Sergej Nikolaevič Vinogradskij

Biografia

Sergej Nikolaevič Vinogradskij (Figura 1) è stato un importante microbiologo russo, vissuto nella seconda metà dell’800 e nella prima del ‘900. Viene considerato uno dei padri fondatori della Microbiologia ambientale.

Fotografia di Sergej Vinogradskij.
Figura 1 – Sergej Nikolaevič Vinogradskij (1856-1953)

Sergej Nikolaevič Vinogradskij nacque a Kiev nel 1856, quando allora l’odierna capitale ucraina era parte dell’Impero russo. Dopo un’infanzia in cui diede prova delle proprie abilità col pianoforte, si iscrisse all’Università a San Pietroburgo, dove si laureò in chimica nel 1881. Sempre nello stesso ateneo ottenne la specializzazione in botanica, quattro anni più tardi. Si trasferì a Strasburgo, nel 1885, dove lavorò nell’ambito della botanica e dove incominciò ad interessarsi di batteriologia, concentrandosi sul metabolismo dei solfobatteri. Pochi anni più tardi, a Zurigo, fu in grado di comprendere il meccanismo di nitrificazione batterica, individuando anche diversi generi coinvolti. Nel 1891 fece ritorno a San Pietroburgo, dopo la nomina di capo dipartimento di microbiologia generale all’Istituto di Microbiologia Sperimentale, e dove rimase fino al 1905. Finita la carica, si ritirò a vita privata, accettando solo un incarico di direttore di batteriologia dell’Istituto Pasteur in un centro ricerca di Brie-Comte-Robert, che ricoprì fino al 1940. Fu in questa piccola cittadina della regione dell’Île-de-France che si spense, nel 1953.

Contributo scientifico: La batteriologia ecologica

L’attività scientifica di Sergej Vinogradsky è stata ampia e rivoluzionaria nel suo genere, tanto che non è possibile ricondurre il suo contributo ad una scoperta in particolare. Inoltre, va tenuto conto del suo percorso scientifico, che lo ha visto impegnato su più fronti e su più progetti Forte delle sue conoscenze, Sergej iniziò presto a studiare i batteri del suolo. A quei tempi era forte la convinzione che i batteri fossero tutti fotoautotrofi, e che utilizzassero quindi la luce solare come fonte di energia. Ben presto le sue intuizioni portarono a scoprire che in realtà c’era molto di più. In quel periodo la batteriologia era oggetto di studio soprattutto nel campo medico; in quanto vi era un forte dibattito sui microbi come causa di malattie.

Ma Vinogradskij aveva idee differenti, che combaciavano con quelle di un luminare del tempo, Martinus Beijerinck, microbiologo olandese di stanza nella neonata Università di Delft (destinata poi a diventare tra le più prestigiose in Europa), e che si definiva un “batteriologo ecologico”, con l’obiettivo di studiare i batteri del suolo dimostrando la loro importanza dal punto di vista ambientale.

Focus: la chemioautotrofia e il metabolismo dei batteri

Le numerose ricerche di Vinogradskij dimostrarono che i batteri erano in grado di ottenere sostanze organiche a partire da composti inorganici, scoperta rivoluzionaria per la batteriologia -e non solo- di un meccanismo che prese poi il nome di chemioautotrofia.

Nei primi anni di studio si fece notare per le sue scoperte riguardo la solfonazione dei batteri anaerobi stretti.
Tra le sue osservazioni di spicco sul metabolismo batterico troviamo il meccanismo di nitrificazione di alcune specie da lui individuate, capaci di trasformare l’ammoniaca in nitrito (Nitrosomonas e Nitrosococcus) e il nitrito in nitrato (Nitrobacter).

Importantissimi anche gli studi sulla fissazione dell’azoto, osservata nel Clostridium pasteurianum, batterio scoperto proprio da lui. Si tratta della capacità di ridurre l’azoto atmosferico N2 in ammoniaca NH3; questo meccanismo, tipico di alcune specie batteriche e di archea, consente di utilizzare l’azoto agli organismi viventi, che ne possono usufruire solo in forma legata.

Premi e riconoscimenti

Nel 1901 è stato eletto membro onorario della Società di Scienze Naturali di Mosca, e nel 1902 venne nominato membro dell’Accademia Francese delle Scienze.

L’Unione Astronomi Internazionali gli ha intitolato un cratere situato su Marte.

La colonna di Vinogradskij

Questo esperimento rimane la più grande, perchè semplice, testimonianza di ecologia batterica, in cui l’obiettivo era quello di dimostrare la presenza e il comportamento di diverse specie batteriche nel suolo. La colonna è costituita da un dispositivo di vetro in cui si inseriscono fango e acqua di stagno, e a cui si aggungono delle fonti di carbonio (cellulosa o gusci d’uovo) e di zolfo (tuorlo d’uovo). Il tutto viene poi esposto alla luce solare per alcuni mesi, affinché si formino due tipi di gradienti: uno di aerobiosi/anaerobiosi e uno di diversa concentrazione di zolfo. Entrambi i gradienti concorrono alla crescita di vari microrganismi, quali Clostridium, Chromatium, Rhodomicrobium, Beggiatoa, cianobatteri, e alghe. Si possono inoltre distinguere altre due fasi; quella aerobica con acqua e fango e quella anaerobica, situata sul fondo.

La colonna di Vinogradskij in strati: STRATO 5 (NERO): il fondo del cilindro è anaerobio. I batteri presenti utilizzano la fonte organica di C ( respirazione anaerobica/fermentazione) con produzione di acidi organici, CO2 ed H2. I solfati vengono ridotti a solfuri con formazione di precipitati metallici (solfuri metallici neri) STRATO 4 (VERDE): Arricchimento in solfobatteri verdi tolleranti i solfuri di idrogeno. Utilizzano i composti organici prodotti nello Strato 5. STRATO 3 (ROSSO): Arricchimento in solfobatteri porporini, poco tolleranti ai solfuri di. idrogeno. STRATO 2. In questo strato si localizzano. batteri non sulfurei che tollerano modiche. quantità di O2. STRATO 1 (ACQUOSO). Sono presenti. Cianobatteri e microalghe aerobie. Tutti i batteri isolati nella colonna sono fotosintetici; solamente in 1 sono presenti batteri ossinogenici. Batteri anaerobi vengono isolati negli strati più profondi della colonna, mentre alcuni batteri solfo-ossidanti possono essere isolati negli strati fangosi ossigenati.
Figura 2 – La colonna di Vinogradskij in strati: STRATO 5 (NERO): il fondo del cilindro è anaerobio. I batteri presenti utilizzano la fonte organica di C ( respirazione anaerobica/fermentazione) con produzione di acidi organici, CO2 ed H2. I solfati vengono ridotti a solfuri con formazione di precipitati metallici (solfuri metallici neri) STRATO 4 (VERDE): Arricchimento in solfobatteri verdi tolleranti i solfuri di idrogeno. Utilizzano i composti organici prodotti nello Strato 5. STRATO 3 (ROSSO): Arricchimento in solfobatteri porporini, poco tolleranti ai solfuri di. idrogeno. STRATO 2. In questo strato si localizzano. batteri non sulfurei che tollerano modiche. quantità di O2. STRATO 1 (ACQUOSO). Sono presenti. Cianobatteri e microalghe aerobie. Tutti i batteri isolati nella colonna sono fotosintetici; solamente in 1 sono presenti batteri ossinogenici. Batteri anaerobi vengono isolati negli strati più profondi della colonna, mentre alcuni batteri solfo-ossidanti possono essere isolati negli strati fangosi ossigenati.

Figura 3 – a sinistra tre differenti colonne di Vinogradskij nello stato iniziale. Contengono acqua e fango presi da un fiume, le ultime due colonne sulla destra sono state modificate con l’aggiunta di fosfato, nitrato e zolfo. Queste aggiunte promuovono la crescita di una varietà di batteri dalle regioni anaerobiche a quelle aerobiche della colonna; a destra le stesse colonne dopo 7 settimane. Si nota la crescita di alghe, cianobatteri e altre colonie batteriche. Di notevole interesse sono le zone di color rosso della colonna centrale, indicative della crescita di batteri porpora non-sulfurei (cioè Rhodospirillaceae). Nella terza colonna, la zona rossa indica la crescita di colonie di batteri sulfurei porpora (Chromatium). – Immagini prelevate da https://it.wikipedia.org/wiki/Colonna_di_Vinogradskij

Fonti

  • https://it.wikipedia.org/wiki/Sergej_Vinogradskij
    Ed Yong, “Contengo moltitudini. I microbi dentro di noi euna visione più grande della vita”, La nave di teseo+, 2019.
    Tortora – Funke – Case, “Elementi di Microbiologia”, Pearson, 2008.

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