Introduzione alle biotecnologie microbiche e alla microbiologia generale

La microbiologia studia le cellule e il loro funzionamento, in particolar modo quelle batteriche che rappresentano un vasto gruppo di microrganismi di enorme importanza nella scienza di base e in quella applicata. Inoltre, studia il ruolo di questi microrganismi nel mondo, nella società umana, nel corpo umano e nelle piante. I microrganismi si distinguono dalle cellule di animali e piante perché quest'ultime sono capaci di vita propria in natura ed esistono come parti di strutture multicellulari (organi negli animali e componenti strutturali nelle piante); al contrario la maggior parte dei microrganismi è in grado di effettuare tutti i processi vitali associati alla crescita, alla generazione dell'energia e alla riproduzione.  
La cellula è l'unità fondamentale della vita. Essa è un identità, isolata dalle altre cellule mediante una membrana cellulare e contenente una varietà di strutture chimiche e subcellulari. Tutte le cellule sono strutture altamente organizzate, costituite da almeno quattro componenti chimiche: proteine, acidi nucleici, lipidi e polisaccaridi che nell'insieme sono chiamate macromolecole. Ciò che rende un organismo diverso dall'altro risiede fondamentalmente nella natura chimica e nelle modalità organizzative dei componenti chimici all'interno della cellula. Tutti gli organismi cellulari sono altamente organizzati in strutture che mostrano una sorta di metabolismo. Ciò significa che le cellule prendono nutrienti dall'ambiente e li trasformano, conservando parte dell'energia presente in tali sostanze in modo da poterla utilizzare, e poi eliminano i prodotti di scarto. Tutte si riproducono, cioè sono capaci di dirigere una serie di eventi biochimici che risultano nella crescita e nella divisione per dare origine a due cellule. Molte cellule si differenziano, processo durante il quale si formano nuove sostanze o strutture ( come le spore, coinvolte nella riproduzione, nella disseminazione e nella sopravvivenza). Esse comunicano, rispondono ai segnali chimici presenti nell'ambiente, compresi quelli prodotti da altre cellule. Inoltre gli organismi viventi sono capaci di movimento attivo, soprattutto nel mondo microbico. Infine le cellule possono evolvere: attraverso il processo di evoluzione possono cambiare permanentemente le loro caratteristiche e trasmettere alla progenie le nuove proprietà. Le cellule in realtà sono sia delle macchine chimiche in grado di operare trasformazioni all'interno della struttura cellulare stessa, grazie anche agli enzimi che accelerano le reazioni chimiche, sia strumenti codificanti che immagazzinano e processano l'informazione genetica (DNA) che possono essere passate alla progenie durante il processo riproduttivo. Le cellule vivono in natura in associazione con altre cellule in una sorta di agglomerato chiamato popolazione. Le popolazioni sono quindi costituite da gruppi di cellule correlate, generalmente derivate da una singola cellula per successive divisioni cellulari. Il luogo dove la popolazione microbica vive si chiama habitat. In natura raramente le popolazioni vivono isolate; piuttosto esse vivono e interagiscono con altre popolazioni cellulari assemblate nelle cosiddette comunità microbiche. Lo studio dei microrganismi nel loro habitat naturale si chiama ecologia microbica. Quando parliamo di organismi viventi insieme alle caratteristiche chimico-fisiche del loro ambiente, stiamo parlando di ecosistema. I maggiori ecosistemi microbici sono quelli acquatici (oceani, laghi, stagni etc.), terrestri ( suolo e sottosuolo profondo) e quelli degli organismi superiori, siano essi animali o piante. Per questo le proprietà di un ecosistema sono spesso sotto il controllo dannoso e/o benefico di attività microbiche. I microrganismi rimuovono attraverso processi metabolici nutrienti dall'ambiente e li usano per costruire nuove cellule. Contemporaneamente però eliminano prodotti di scarto nell'ambiente. L'esame di ambienti naturali come il suolo e l'acqua rilevano la presenza di cellule microbiche e benché cellule così piccole possano sembrare poco importanti, esse sono capaci di moltiplicarsi rapidamente e produrre popolazioni molto numerose con effetti importanti sugli habitat stessi. I microrganismi sono quindi estremamente importanti e parte significativa di ogni ecosistema. Valutazioni accurate del numero totale di cellule microbiche sulla terra, specificamente dei procarioti (batteri), indicano un numero di 5x10*30 cellule. L'ammontare complessivo di carbonio presente in questo enorme numero di piccolissime cellule eguaglia quello di tutte le piante del pianeta, mentre il contenuto di azoto e fosforo è 10 volte superiore. Inoltre i microrganismi costituiscono la maggior quota di biomassa presente sulla terra.

LA COLORAZIONE BATTERICA
Le colorazioni differenziali sono così chiamate perché non colorano in maniera uguale tutti i tipi di cellule. Un importante colorazione differenziale, ampiamente utilizzata in batteriologia, è la colorazione di Gram. Sulla base di questa colorazione i batteri possono essere suddivisi in due grandi gruppi: Gram-positivi e Gram-negativi. I batteri Gram-positivi si presentano colorati in viola, mentre quelli Gram-negativi in rosso. La diversa reazione alla colorazione di Gram è dovuta alle differenze strutturali nella parete cellulare. L'etanolo è in grado di decolorare un batterio Gram-negativo, ma non un Gram-positivo.