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Escherichia coli

Che cos'è l'Escherichia coli?

Escherichia coli è il batterio e forse l’organismo più conosciuto e studiato al mondo. Di questo microrganismo, che si presta molto bene ad essere utilizzato come specie modello, si conosce il genoma, gran parte delle funzioni metaboliche che è in grado di svolgere, i meccanismi di virulenza nei ceppi patogeni e via discorrendo.

Data la facilità con cui può essere manipolato in laboratorio, è stato il primo organismo geneticamente modificato per ottenere la produzione di una proteina eterologa per il consumo umano, l’insulina.

Escherichia coli è un saprofita commensale nella sua forma più comune, vive abitualmente in simbiosi con l’uomo, ma in particolare condizioni può scatenare infezioni anche gravi.

Escherichia coli

Figura 1: Escherichia coli.

Escherichia coli: caratteristiche generali

Escherichia coli è un batterio di forma bastoncellare, del tipo Gram negativo, appartenente alla famiglia delle Enterobacteriaceae, insieme a molti altri batteri conosciuti, tra cui diversi pericolosi patogeni come la salmonella.

Come tutti i batteri Gram negativi, possiede una doppia membrana cellulare di cui lo strato esterno collocato oltre la parete cellulare. Si caratterizza, tra l’altro, per la presenza di tre antigeni specifici, l’antigene O, l’antigene K e l’antigene H.

Caratteristiche metaboliche di Escherichia coli

Dal punto di vista metabolico Escherichia coli si caratterizza per essere un anaerobio facoltativo, può cioè occasionalmente sopravvivere in assenza di ossigeno praticando la fermentazione degli zuccheri, sia il lattosio che il glucosio.

E’ catalasi positivo, cioè è in grado di degradare il perossido di idrogeno (acqua ossigenata: H2O2) in semplice acqua e ossigeno gassoso. Non possiede citocromo C, pertanto risulta negativo al test per la ossidasi, in cui si espone il batterio ad un indicatore redox che si colora in presenza di organismi in possesso dell’enzima.

Come identificare Escherichia coli

L’osservazione delle colonie è di poco aiuto nella identificazione dei batteri, ma può darci comunque qualche indizio. Le colonie di Escherichia coli su terreni solidi in gel si presentano di dimensioni variabili, colorate di bianco o beige su agar sangue, con una crescita costante, ad anelli, che vanno a formare dei cerchi concentrici.

Per una conferma vanno eseguiti dei test in successione, tesi a osservare la presenza di caratteristiche tipiche della specie.

Innanzitutto va eseguita la colorazione di Gram per verificare che si tratti si un batterio Gram negativo. Dopodiché si passa a coltivare il ceppo su terreno McConkey agar oppure in EMB, terreni contenente lattosio, in condizioni di anaerobiosi per verificare la capacità di effettuare la fermentazione di questo glucide.

In caso di esito positivo, si osserva infine la risposta al test del rosso metilene: in un terreno di coltura specifica viene testato in questo modo la tipologia di fermentazione del glucosio. Se i prodotti della fermentazione, cioè i vari acidi organici quali il formico, l’acetico e il lattico sono stabili e si genera una elevata concentrazione di ioni idrogeno, il test è positivo e il batterio è proprio Escherichia coli, diversamente si tratta di altri ceppi batterici differenti.

In alternativa, l’osservazione al microscopio a scansione può aiutare nella individuazione di caratteristiche anatomiche specifiche della specie.

Organizzazione generale di Escherichia coli

Figura 2: Organizzazione generale di Escherichia coli.

Escherichia coli come organismo modello

Abbiamo detto quanto questo batterio sia stato largamente adoperato come organismo modello nella ricerca. Le caratteristiche che lo rendono così adatto sono da ricercare nella facilità con cui si riesce a lavorare (cresce a temperature molto gestibili, intorno ai 37 gradi, crescendo in terreni sia liquidi che solidi), l’elevata velocità di duplicazione (20 minuti, il che rende disponibili molte generazioni in pochissimo tempo) e l’economicità della sua gestione.

In industria, oltre ad essere ingegnerizzato per la produzione di insulina ed altre molecole utili per scopi farmaceutici, viene anche utilizzato per sviluppare vettori e plasmidi ricombinanti.

Escherichia coli: abitudini di vita

In condizioni normali, Escherichia coli è un normale abitante della flora intestinale dei mammiferi. In realtà data la predilezione per le temperature intorno ai 37-40 gradi, vive bene nell’intestino di tutti i mammiferi e gli altri animali a sangue caldo. La sua collocazione ideale è la parte bassa dell’intestino, dove vive in simbiosi risultando indispensabile per la corretta digestione degli alimenti.

Da saprofita, in questa collocazione vive metabolizzando i resti di cibo che transitano nell’intestino, dando un contributo essenziale all’assimilazione dei nutrienti. Per rimanere nelle vie enteriche e resistere all’espulsione, possiede potenti sostanze, dette “adesine” che gli permettono di rimanere attaccato alle pareti intestinali. 

Capacità patogene di Escherichia coli

In particolari condizioni, questo batterio così utile diventa un nemico, talvolta anche pericoloso. Innanzitutto la sua presenza in distretti corporei differenti da quello d’elezione rappresenta la principale via di patogenesi.

Generalmente ciò si verifica quando il batterio entra in contatto con le vie urinarie, alle cui pareti aderisce con forza grazie alle adesine, scatenando una dolorosa risposta infiammatoria.

Esistono però anche delle situazioni di infezione delle stesse vie gastrointestinali, da parte di particolari ceppi di Escherichia coli che hanno sviluppato la capacità di promuovere patologie di tipo diarroico. Questi ceppi sono:

  • ETEC: ceppi enterotossigeni. Causano lo sviluppo della cosiddetta “diarrea del viaggiatore”
  • EPEC: ceppi enteropatogeni. Sono responsabili delle tipiche diarree infantili
  • EIEC: ceppi enteroinvasivi. La sintomatologia associata alla loro infezione è identificata con una diarrea molto acquosa
  • EHEC: enteroemorragici. Causano diarrea mista a emorragia
  • EAEC: enteroaggreganti

Oltre alle infezioni gastrointestinali, Escherichia coli può essere responsabile di infezioni anche gravi a carico di altri distretti corporei. In particolare può causare:

  • Meningiti (soprattutto il ceppo K1)
  • Setticemie, che in genere si diffondono a partire da un infezione delle vie urinarie o gastroenteriche ( oltre alle adesine, l’infezione a carico delle vie urinarie è dovuta anche alla presenza di emolisina Hlya, che causando lisi cellulare a danno dei globuli rossi da il via ad un processo infiammatorio)

Modalità di contrazione dell’infezione

La principale via attraverso cui si possono contrarre le infezioni dei ceppi gastrointestinali è, ovviamente, quella di ingerire il batterio.

Questo può essere ingerito consumando carne infetta e poco cotta (le elevate temperature della cottura in genere uccidono il batterio), frutta e verdura cruda non adeguatamente sterilizzata che è venuta a contatto con feci di animali, oppure ingerendo acqua infetta. Ciò si verifica con maggiore frequenza in piscine pubbliche dove possibilmente vi sia una fonte di contaminazione.

Molluschi bivalvi

Figura 3: in caso di contaminazione delle acque da coliformi fecali, i molluschi bivalvi possono facilmente divenire veicolo di infezione.

Escherichia coli come indicatore di contaminazione fecale

Sebbene le adesine svolgano al meglio il loro lavoro di mantenere il batterio naturalmente adeso alle pareti intestinali, una quantità pari a diversi milioni di cellule batteriche vengono comunque espulse ogni giorno con le feci, finendo pertanto nei sistemi di scarico delle nostre città.

I sistemi di depurazione delle acque reflue sono progettati per abbattere il carico batterico prima che queste vengano rilasciate nell’ambiente. Il controllo microbiologico delle acque di scarico delle acque di balneazione consente di verificare che non vi siano sversamenti in mare di acque contaminate e pericolose.

La ricerca, in questo tipo di analisi, è mirata proprio alla osservazione della eventuale presenza di Escherichia coli, in quanto rappresentante della flora batterica fecale nella sua interezza. Il rilevamento di quantità eccessive di questo batterio è pertanto considerato sinonimo di contaminazione di origine fecale.

Lo stesso tipo di analisi viene realizzato, a campione, anche sugli alimenti destinati al consumo umano, per scongiurare la possibilità di contaminazioni accidentali che possano mettere a repentaglio la salute pubblica.

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