I batteri sono microscopici organismi unicellulari che esistono a milioni, in ogni ambiente, sia all’interno che all’esterno di altri organismi. Questi affascinanti esseri viventi, sebbene spesso associati a malattie, svolgono un ruolo cruciale nel mantenimento della vita sulla Terra.
Alcuni batteri sono dannosi, ma la maggior parte ha uno scopo utile. Sostengono molte forme di vita, sia vegetali che animali, e sono utilizzati in numerosi processi industriali e medicinali. Recenti ricerche hanno evidenziato quanto sia fondamentale il microbioma intestinale, rivelando nuovi legami tra batteri e salute umana.
Si ritiene che i batteri siano stati i primi organismi ad apparire sulla terra, circa 4 miliardi di anni fa. I fossili più antichi conosciuti sono di organismi simili ai batteri, suggerendo che la loro evoluzione ha plasmato l’ecosistema terrestre.
I batteri possono utilizzare la maggior parte dei composti organici e alcuni composti inorganici come cibo, e alcuni possono sopravvivere a condizioni estreme. Questo li rende incredibilmente adattabili e variabili.
Cosa sono i batteri?
I batteri sono organismi unicellulari che non sono né piante né animali. Di solito misurano pochi micrometri di lunghezza ed esistono insieme in comunità di milioni. Un grammo di terreno contiene in genere circa 40 milioni di cellule batteriche, mentre un millilitro di acqua dolce ne contiene circa un milione.
Si stima che la Terra contenga almeno 5 nonilioni di batteri e si ritiene che gran parte della biomassa terrestre sia costituita da batteri. Questa enorme diversità è fondamentale per il funzionamento degli ecosistemi.
Tipi
Esistono molti tipi diversi di batteri. Un modo per classificarli è per forma. Ci sono tre forme base:
- Sferica: i batteri a forma di palla sono chiamati cocchi e un singolo batterio è un coccus. Gli esempi includono il gruppo di streptococchi, responsabile di «mal di gola».
- A forma di bastoncelli: sono conosciuti come bacilli (bacillo singolare). Alcuni batteri a forma di bastoncello sono curvi, noti come vibrio. Esempi di batteri a forma di bastoncello sono il Bacillus anthracis (B. anthracis) o l’antrace.
- Spirale: sono conosciuti come spirilla (spirillus singolare). Se la loro bobina è molto tesa, sono conosciute come spirochete. La leptospirosi, la malattia di Lyme e la sifilide sono causate da batteri di questa forma.
Ci sono molte varianti all’interno di ciascun gruppo di forme, ognuna con caratteristiche uniche e funzioni ecologiche.
Struttura
Le cellule batteriche sono diverse dalle cellule vegetali e animali. I batteri sono procarioti, il che significa che non hanno un nucleo. La loro struttura è sorprendentemente complessa e include:
- Capsula: uno strato trovato all’esterno della parete cellulare in alcuni batteri.
- Parete cellulare: uno strato costituito da un polimero chiamato peptidoglicano, che conferisce ai batteri la loro forma. È più spessa in alcuni batteri, chiamati batteri Gram-positivi.
- Membrana al plasma: trovata all’interno della parete cellulare, genera energia e trasporta sostanze chimiche. La membrana è permeabile, il che significa che le sostanze possono attraversarlo.
- Citoplasma: una sostanza gelatinosa all’interno della membrana plasmatica che contiene materiale genetico e ribosomi.
- DNA: contiene tutte le istruzioni genetiche utilizzate nello sviluppo e nella funzione del batterio. Si trova all’interno del citoplasma.
- Ribosomi: è qui che le proteine vengono prodotte o sintetizzate. I ribosomi sono particelle complesse composte da granuli ricchi di RNA.
- Flagello: utilizzato per il movimento, per spingere alcuni tipi di batteri. Ci sono alcuni batteri che possono avere più di uno.
- Pili: queste appendici simili a peli all’esterno della cellula permettono di attaccarsi alle superfici e trasferire materiale genetico ad altre cellule, contribuendo alla diffusione della malattia negli esseri umani.
Alimentazione
I batteri si nutrono in modi diversi. I batteri eterotrofi ottengono la loro energia attraverso il consumo di carbonio organico, spesso assorbendo materiale organico morto, come la carne in decomposizione. Alcuni di questi batteri parassiti possono uccidere il loro ospite, mentre altri forniscono benefici.
I batteri autotrofi producono il loro cibo, sia attraverso:
- fotosintesi, utilizzando luce solare, acqua e anidride carbonica, oppure
- chemiosintesi, utilizzando biossido di carbonio, acqua e sostanze chimiche come ammoniaca, azoto, zolfo e altri.
I batteri fotoautotrofi, come i cianobatteri, producono ossigeno, contribuendo in modo significativo alla formazione dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre. Altri, come gli eliobatteri, non producono ossigeno, ma svolgono comunque ruoli vitali negli ecosistemi.
Quelli che usano la chemiosintesi sono noti come chemoautotrofi e si trovano comunemente nelle bocche degli oceani e nelle radici di legumi come erba medica, trifoglio, piselli, fagioli, lenticchie e arachidi.
Dove vivono?
I batteri possono essere trovati in una varietà di ambienti, dal suolo e dall’acqua, a piante, animali, scorie radioattive, ghiaccio artico e sorgenti calde. Alcuni batteri vivono anche nella stratosfera e nelle profondità oceaniche, adattandosi a condizioni estreme.
Gli aerobes o batteri aerobici possono crescere solo in presenza di ossigeno, mentre gli anaerobi possono prosperare in ambienti privi di ossigeno, come il tratto gastrointestinale umano, dove possono causare infezioni come gangrena del gas e tetano.
Gli anaerobi facoltativi possono vivere con o senza ossigeno, ma tendono a preferire ambienti ricchi di ossigeno. Un esempio comune è il batterio Salmonella.
I mesofili, responsabili della maggior parte delle infezioni umane, prosperano a temperature moderate, intorno ai 37 gradi Celsius, corrispondenti alla temperatura del corpo umano. Esempi includono Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus e Escherichia coli.
La flora intestinale umana, o microbioma intestinale, è composta da batteri mesofili benefici, come il Lactobacillus acidophilus, che gioca un ruolo chiave nella digestione e nella salute intestinale.
Gli estremofili, invece, sono batteri che possono resistere a condizioni estreme, come temperature elevate o ambienti salini. Questi includono termofili, che vivono a temperature fino a 75-80 gradi Celsius, e alofili, che si trovano solo in ambienti salati.
Altri estremofili includono:
- Acidofili: alcuni vivono in ambienti acidi come pH 0.
- Alcalifili: che vivono in ambienti alcalini fino a pH 10,5.
- Psicrofili: trovati a temperature fredde, per esempio, nei ghiacciai.
Questi organismi straordinari possono sopravvivere dove nessun altro organismo riesce a vivere, dimostrando l’incredibile adattabilità dei batteri.
Riproduzione e trasformazione
I batteri possono riprodursi e cambiare utilizzando diversi metodi:
- Fissione binaria: una forma asessuale di riproduzione in cui una cellula continua a crescere fino a quando una nuova parete cellulare cresce attraverso il centro, formando due cellule identiche.
- Trasferimento di materiale genetico: le cellule acquisiscono nuovo materiale genetico attraverso processi come coniugazione, trasformazione o trasduzione, aumentando la loro resistenza a minacce come gli antibiotici.
- Spore: quando alcuni batteri si trovano in condizioni avverse, possono formare spore, che contengono il materiale genetico e sono altamente resistenti a stress ambientali. Le spore possono rimanere inattive per secoli, riprendendo vita quando le condizioni diventano favorevoli.
Alcuni batteri producono endospore, come il Clostridium, che possono causare gravi intossicazioni alimentari. Altre forme di spore, note come cisti, vengono rilasciate all’esterno.
Usi
I batteri sono spesso considerati dannosi, ma molti sono essenziali per la vita. Non esisteremmo senza di loro, poiché l’ossigeno che respiriamo è stato probabilmente creato dall’attività batterica.
Sopravvivenza umana
Molti batteri nel corpo umano giocano un ruolo fondamentale nella nostra sopravvivenza. Nel sistema digestivo, i batteri degradano i nutrienti in forme utilizzabili. Inoltre, i batteri non patogeni aiutano a prevenire le malattie occupando i siti in cui i patogeni potrebbero attaccare.
Fissazione dell’azoto
I batteri assorbono azoto e lo rilasciano per uso vegetale quando muoiono. Le piante necessitano di azoto nel terreno per vivere, ma non possono ottenerlo da sole. Per garantire questo, molti semi di piante hanno un piccolo contenitore di batteri che viene utilizzato durante la germinazione.
Tecnologia alimentare
I batteri dell’acido lattico, come il Lactobacillus e il Lactococcus, insieme a lievito e muffe, vengono utilizzati per preparare alimenti come formaggio, salsa di soia, natto (fagioli di soia fermentati), aceto, yogurt e sottaceti. Questi processi non solo conservano gli alimenti, ma possono anche offrire benefici per la salute.
Alcuni alimenti fermentati contengono batteri simili a quelli presenti nella flora intestinale, contribuendo alla salute gastrointestinale. Alcuni processi di fermentazione generano composti come l’acido lattico, che hanno dimostrato effetti antinfiammatori. Tuttavia, sono necessarie ulteriori indagini per confermare questi benefici.
Batteri nell’industria e nella ricerca
I batteri sono in grado di degradare composti organici, rendendoli utili per il trattamento dei rifiuti e la pulizia di sversamenti di petrolio. Le industrie farmaceutiche e chimiche utilizzano i batteri nella produzione di vari prodotti chimici, e sono fondamentali nella biologia molecolare e nella ricerca genetica.
Inoltre, i batteri sono essenziali per la produzione di antibiotici. Un esempio è il Bacillus thuringiensis (BT), utilizzato in agricoltura come alternativa ai pesticidi, senza le conseguenze ambientali negative associate a quest’ultimi.
Pericoli
Alcuni tipi di batteri possono causare malattie nell’uomo, inclusi colera, difterite, dissenteria, peste bubbonica, polmonite e tubercolosi. L’esposizione a batteri patogeni può scatenare una risposta immunitaria, portando a sintomi di gonfiore e infiammazione, come in una ferita infetta.
Resistenza
Nel 1900, la polmonite, la tubercolosi e la diarrea erano tra i principali killer negli Stati Uniti. Tuttavia, l’uso di tecniche di sterilizzazione e antibiotici ha ridotto significativamente la mortalità. Purtroppo, l’uso eccessivo di antibiotici sta portando a un aumento della resistenza, rendendo difficile il trattamento delle infezioni batteriche. Mentre i batteri mutano naturalmente, l’abuso di antibiotici accelera questo processo.
«Anche se vengono sviluppati nuovi farmaci, senza cambiamenti di comportamento, la resistenza agli antibiotici rimarrà una delle principali minacce», avverte l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS).
Per questo motivo, è fondamentale che i medici prescrivano antibiotici solo quando necessario e che le persone adottino pratiche di prevenzione, come una buona igiene alimentare, lavaggio delle mani, vaccinazione e sesso sicuro.
Il microbioma intestinale
Recenti ricerche hanno portato a una crescente comprensione di come il corpo umano interagisce con i batteri, in particolare le comunità che abitano il tratto intestinale, conosciute come microbioma intestinale o flora intestinale. Questi batteri influenzano la salute fisica e mentale degli individui.
Nel 2009, studi hanno suggerito che le donne obese tendono a presentare un tipo specifico di batteri nocivi nella loro bocca. Nel 2015, ricercatori dell’Università del North Carolina hanno scoperto che l’intestino delle persone con anoressia ospita comunità microbiche «molto diverse» rispetto a quelle di individui sani, suggerendo un possibile impatto psicologico.
Storia
Oltre 2000 anni fa, l’autore romano Marcus Terentius Varro suggerì che le malattie potessero essere causate da piccoli animali invisibili nell’aria. Raccomandò di evitare luoghi paludosi durante i lavori di costruzione, poiché contenevano insetti troppo piccoli per essere visti ad occhio nudo.
Nel XVII secolo, il microscopista olandese Antonie van Leeuwenhoek, con il suo microscopio a lente singola, scoprì ciò che chiamò animalcule, da cui derivano i moderni batteri. È considerato il primo microbiologo.
Nel XIX secolo, i chimici Louis Pasteur e Robert Koch stabilirono che le malattie erano causate da germi, dando origine alla Teoria dei Germi. Nel 1910, Paul Ehrlich annunciò lo sviluppo del primo antibiotico, il Salvarsan, utilizzato per trattare la sifilide, e fu il primo a identificare batteri utilizzando macchie.
Nel 2001, Joshua Lederburg coniò il termine «microbioma intestinale», e gli scienziati di tutto il mondo sono attualmente al lavoro per descrivere e comprendere meglio le strutture, i tipi e gli usi della flora intestinale nel corpo umano. Questo lavoro potrebbe gettare nuova luce su una vasta gamma di condizioni di salute in futuro.
