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Vibrioni

Che cosa sono e che forma hanno i vibrioni?

I vibrioni sono batteri Gram-negativi a forma di bastoncello e di bastoncello ricurvo, aerobi facoltativi e con metabolismo fermentativo. Sono quasi tutti dotati di motilità grazie alla presenza di flagelli polari e, in pochissimi casi, di flagelli peritrichi (numerosi, disposti attorno alla cellula).

La forma dei vibrioni ricorda anche una “virgola”, termine usato per la prima volta dal microbiologo tedesco Robert Koch per descrivere i microrganismi responsabili del colera.

Koch e diversi altri scienziati contribuirono alla scoperta dei vibrioni avvenuta nel corso dell’800 nel tentativo di individuare le cause del colera, le cui epidemie scoppiate in Europa e Asia nel corso di tutto il XIX secolo fecero migliaia di vittime. Come agente del colera, Vibrio cholerae è sicuramente la specie più nota del gruppo dei vibrioni a cui però appartengono diverse altre specie non necessariamente patogenetiche.

Vibrioni

Immagine al microscopio elettronico e colorata di vibrioni. Si noti la caratteristica forma a bastoncello ricurvo e il flagello polare. Pochi vibrioni hanno flagelli peritrichi.

Biodiversità dei vibrioni

I vibrioni comprendono i generi Vibrio e Photobacterium e sono distribuiti in vari ambienti acquatici, come estuari, coste e sedimenti marini, ambienti di acquacoltura.
Molte specie instaurano relazioni di simbiosi con molti organismi marini, come pesci, coralli, spugne, gamberetti, molluschi, calamari e zooplancton. Si conoscono, inoltre, molte specie di vibrioni patogeni di coralli.

Alcuni vibrioni sia del genere Vibrio sia del genere Photobacterium sono capaci di emettere luce, fenomeno definito bioluminescenza. Questi batteri sono in simbiosi con pesci e calamari.

I vibrioni comprendono importanti patogeni umani. Si tratta di V.cholerae, l’agente eziologico del colera, V.parahaemolitycus, causa di gastroenteriti, e V.vulnificus, responsabile di infezioni delle ferite e di setticemie in soggetti ospedalizzati e immunocompromessi.

Tappe storiche della scoperta dei vibrioni

La prima specie di vibrione scoperta è stata quella di V.cholerae, da parte del medico italiano Filippo Pacini nel 1854, mentre cercava di individuare la causa dell’epidemia di colera che imperversava a Firenze. Analizzando al microscopio la mucosa intestinale delle vittime di colera, Pacini notò in tutti i campioni dei microrganismi, poi attribuiti al batterio V.cholerae.

Pacini suppose che il colera fosse una malattia contagiosa, ma ciò contrastava con la prevalente teoria miasmatica, sostenuta dalla maggior parte di scienziati e medici, che attribuiva a veleni presenti nell’ambiente la causa delle malattie infettive.

Nello stesso periodo il medico John Snow studiò le epidemie di colera in molte città inglesi, tra cui Londra, dove erano morte decine di migliaia di persone tra il 1830 e il 1850. Egli individuò la causa del colera in un veleno introdotto nel canale alimentare attraverso acqua contaminata e raccomandava di rifornirsi di acqua in fonti lontane da fogne e canali di scolo.

Circa trent’anni dopo, il celebre microbiologo Robert Koch riuscì ad ottenere colture di V.cholerae su piastre di gelatina. Koch analizzò i tessuti intestinali delle vittime dell’epidemia di colera in Egitto e India e i microrganismi individuati furono definitivamente attribuiti all’agente eziologico di tale fatale malattia.

A seguito dell’epidemia di colera scoppiata ad Amburgo nel 1893, Koch consigliò alle autorità sanitarie di provvedere a sistemi di filtraggio per la fornitura di acqua potabile in grado di eliminare i batteri.

Koch e i suoi collaboratori scoprirono inoltre l’esistenza di altre specie di vibrioni non patogenetici negli ambienti acquatici. Verso la fine dell’800 il microbiologo tedesco Martinus Beijerinck isolò le prime specie di vibrioni non patogenetici: Vfischeri, V.splendidus e Photobacterium phosphoreum.

Scienziati che scoprirono i vibrioni

Alla scoperta dei vibrioni e, soprattutto, dell’agente eziologico del colera, V.cholerae, hanno contribuito diversi scienziati. Tra il 1883 e il 1884 Robert Koch (B) isolò i vibrioni del colera, associandoli definitivamente alla causa di questa malattia. Quasi trent’anni prima il medico italiano Filippo Pacini (A) aveva fatto la stessa scoperta che, tuttavia, non destò nessun interesse nella comunità scientifica internazionale. Pacini ebbe un dovuto riconoscimento solo nel 1965. Contemporaneamente a Pacini operò il medico inglese John Snow (C) che ebbe il merito di ipotizzare la trasmissione del colera tramite acqua contaminata. Il microbiologo Martinus Beijerinck (D) contribuì alla scoperta di alcune specie di vibrioni non patogenetici.

Il fenomeno della bioluminescenza

I vibrioni capaci di bioluminescenza instaurano relazioni di simbiosi con pesci e calamari insediandosi in un organo particolare detto l’organo della luce. Attraverso l’emissione di luce, i vibrioni contribuiscono ad alcune funzioni vitali degli organismi ospite, come l’attrazione delle prede, l’allontanamento dai predatori e la comunicazione reciproca tra gli individui.

Tra le specie di vibrioni capaci di bioluminescenza che si conoscono, si trovano in simbiosi con i pesci le specie Photobacterium leiognathi e Photobacterium phospohoreum, con i calamari le specie Photobacterium leiognathi, Vibrio fischeri e Vibrio logei.

Bioluminescenza e colture su piastre Petri di alcuni ceppi del genere Phosphoreum

Il fenomeno della bioluminescenza può essere osservato in laboratorio. L’immagine si riferisce a colture su piastre Petri di alcuni ceppi del genere Phosphoreum.

Il meccanismo di bioluminescenza studiato in alcuni vibrioni del genere Photobacterium prevede l’intervento di un enzima, chiamato luciferasi, che ossida un’aldeide a lunga catena carboniosa in presenza di O2 e di flavin mononucleotide ridotto (FMNH2) producendo acqua. La reazione è accompagnata dall’emissione di luce.
La reazione può essere così descritta:

RCHO + FMNH2 + O2 → RCOOH + FMN + H2O + luce

RCHO indica l’aldeide, RCOOH l’acido carbossilico che si ottiene dalla reazione di ossidazione.

L’enzima luciferasi viene attivato in presenza di adeguate concentrazioni di una sostanza chiamata autoinduttore, che in V.fisheri è il composto N-β-chetocaproil omoserina lattone. La concentrazione di autoinduttore è legata alla densità della popolazione batterica, pertanto l’emissione di bioluminescenza è possibile se la densità è alta.

Questo meccanismo di induzione di un fenomeno biologico in funzione della densità cellulare è chiamato quorum sensing e regola diversi altri processi vitali in molte specie di batteri.

Pesce e un calamaro biolumiscenti

Un pesce (A) e un calamaro (B) biolumiscenti grazie alla particolare simbiosi instaurata con alcuni vibrioni che si insediano in un organo specifico, detto organo della luce.

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