Un itinerario storico della microbiologia

La biologia è un campo scientifico diversificato che riguarda principalmente gli organismi viventi e tutto ciò che è associato agli organismi viventi. La microbiologia è un sottosettore della biologia e riguarda principalmente lo studio della struttura e delle funzioni dei microrganismi, cioè di tutti gli organismi viventi unicellulari, pluricellulari o acellulari, che costituiscono un sistema assai vario ed eterogeneo. Data la vastità del campo scientifico della biologia, ci soffermeremo su una breve storia della microbiologia.

Storia della microbiologia

Partiamo dalle origini della storia della microbiologia: Fino al XVII secolo si pensava che gli organismi viventi potevano generarsi spontaneamente da materiali inanimati come fango, rifiuti, acque putride o stagnanti, materiali vari in decomposizione (teoria della generazione spontanea o abiogenesi).

Solo alla fine del XIX secolo si è assistito al grande sviluppo della microbiologia con il crollo della teoria della generazione spontanea, la messa a punto della tecnica delle colture pure e l’introduzione del concetto di ecologia microbica.

Una tappa fondamentale nella storia della microbiologia si deve all’osservazione da parte dell’inglese Robert Hooke (1635-1702) di una sottile sezione di sughero; Hooke osservò quelle da lui chiamate celle, gettando le basi della cosiddetta teoria cellulare.

Il primo a descrivere microrganismi fu probabilmente l’olandese Antony van Leeuwenhoek (1632-1723), osservando gocce di acqua piovana o materiale prelevato dalla superficie dei denti. L’esistenza dei microrganismi fu comunque ignota fino all’invenzione dei primi semplici microscopi come quelli che appunto impiegarono Hooke e van Leeuwenhoek per le loro osservazioni (si trattava in quel caso di strumenti molto rudimentali, che consistevano in semplici lenti o sistemi di lenti).

il microscopio è stato lo strumento che ha favorito lo studio dei microrganismi nella storia della microbiologia
Figura 1 – Microscopio di van Leeuwenhoek

La scoperta degli animacules di van Leeuwenhoek, comunicata alla Royal Society di Londra fra il 1673 e il 1723, ebbe il grande merito di focalizzare l’interesse degli scienziati del tempo sulla possibile origine di quegli organismi invisibili a occhio nudo.

Antony van Leeuwenhoek mise a punto un microscopio in grado di raggiungere ingrandimenti di 300 volte le dimensioni reali degli oggetti e riuscì a descrivere accuratamente le principali forme batteriche (sfere, bastoncelli e spirali) denominate da lui “animalcules”.

La fine della teoria della generazione spontanea

A partire dalla metà dell’ottocento, alla teoria dell’abiogenesi si contrappose quella della biogenesi, secondo cui “ogni essere vivente deriva da un altro vivente”.

Francesco Redi ebbe per primo il merito di dimostrare sperimentalmente, negli anni intorno al 1660, la falsità delle teorie in base alle quali si credeva che le larve di mosca si potessero sviluppare spontaneamente dalla carne esposta all’aria, ad opera di un non meglio identificato principio vitale presente nell’alimento.

Come riuscì a dimostrare il contrario?

Ponendo pezzi di carne in recipienti coperti di garze egli fu in grado di provare che le larve si sviluppassero dalle uova che le mosche, attratte dall’odore della carne, deponevano sulla garza ma non sulla carne. Questo ha rappresentato un notevole contributo nella storia della microbiologia.

Solo nel 1861 Louis Pasteur (1822-1895) riuscì con i suoi esperimenti a contestare in modo irrevocabile le teorie dei sostenitori della generazione spontanea.

L’esperimento di Pasteur con i palloni a collo di cigno dimostrò che il contatto con l’aria di un liquido reso sterile da un trattamento termico, determina la crescita microbica e l’intorbidamento di tale liquido.

Pallone a collo di cigno
Figura 2 – Pallone a collo di cigno

I punti fondamentali del contributo di Pasteur, nella storia della microbiologia, consistono nella dimostrazione che:

  • I microrganismi possono essere presenti sul materiale non vivente o vi finiscono provenendo dall’ambiente o dall’aria.
  • Esistono metodi e tecniche per bloccare l’accesso dei microrganismi che sono nell’aria.
  • I microrganismi possono essere distrutti dal calore.

Il contributo di Pasteur alla microbiologia risultò veramente fondamentale; portò ulteriori e definitive dimostrazioni sulla dipendenza di fermentazione e putrefazione della sostanza organica dalla presenza di microrganismi come lieviti e batteri, sull’esistenza di batteri che vivono solo in assenza di aria (anaerobi) accanto ad altri che la richiedono (aerobi).

Ideò tecniche di disinfezione e conservazione degli alimenti come la pastorizzazione.

Il suo nome resta scritto, insieme con quelli di Koch e Lister, fra quelli degli scienziati riconosciuti come padri della microbiologia.

Introduzione del concetto di eziologia

In passato si riteneva che le malattie infettive contagiose venissero diffuse attraverso il contagio da persona malata a persona sana.
Robert Koch nel 1876 introduce il concetto di eziologia dimostrando la relazione fra malattia e batteri, cioè identificando i microbi come agenti di malattia.

Egli studiò una malattia del bestiame, il carbonchio (antrace), e scoprì che il sangue degli animali infetti conteneva cellule microbiche del batterio Bacillus anthracis.

Se tale sangue era iniettato in un secondo animale questo si ammalava e moriva. Tale malattia poteva essere passata anche ad un terzo e un quarto animale fino a sterminare una mandria intera.

primi studi della morfologia di Bacillus anthracis
Figura 3 – Appunti di Robert Koch riproducenti la morfologia di Bacillus anthracis

Sviluppo della microbiologia nel XX secolo

E’ solo negli anni ‘40 che la microbiologia stabilisce più strette relazioni con le altre discipline biologiche, grazie alle interazioni che si sono venute a creare con la biochimica e la genetica.

I microrganismi costituiscono un utile materiale da esperimento, in quanto sono forme biologiche relativamente semplici, presentano una crescita rapida, possono essere coltivati su larga scala. La confluenza tra discipline come la microbiologia, la genetica e la biochimica portò ben presto allo sviluppo della genetica moderna e della biologia molecolare.

Nel 1953 Watson & Crick propongono la struttura a doppia elica del DNA. Tra il 1961e il 1966 Nirenberg et al. spiegano il codice genetico. Nel 1970 Arber & Smith scoprono gli enzimi di restrizione. Nel 1984 Mullis sviluppa la PCR (reazione a catena della polimerasi).

Fonti






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