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Le cellule sono le unità fondamentali della vita, conservando tutte le proprietà chiave:metabolismo, riproduzione e omeostasi chimica. Si dividono in procarioti (batteri e alcuni organismi unicellulari) e eucarioti (piante, funghi, animali).
Le cellule procariotiche sono più semplici di quelle eucariotiche. Come minimo contengono una membrana plasmatica, citoplasma e DNA. Mentre gli eucarioti possiedono numerosi organelli, le cellule batteriche fanno affidamento principalmente su questi componenti principali e aggiungono una parete cellulare unica.
Un singolo organismo eucariotico può contenere trilioni di cellule, mentre la maggior parte dei batteri sono unicellulari. Gli eucarioti hanno organelli legati alla membrana – nucleo, mitocondri, cloroplasti, Golgi, RE, lisosomi – mentre i batteri sono privi di tali organelli. Entrambi i gruppi possiedono ribosomi, essenziali per la sintesi proteica; sono più visibili negli eucarioti a causa del raggruppamento sul RE grezzo.
Anche se i batteri si sono evoluti circa 3,5 miliardi di anni fa, molto prima degli eucarioti, ciò non significa che siano semplicemente “primitivi”. La loro semplicità conferisce effettivamente resilienza; Si prevede che i batteri sopravviveranno a molti organismi superiori quando le condizioni della Terra cambieranno. Inoltre, i batteri hanno sviluppato sofisticati meccanismi di sopravvivenza che spesso superano quelli degli eucarioti.
Le cellule batteriche presentano tre forme principali:bastoncini (bacilli), sferiche (cocchi) e spirali (spirochete). La forma e i modelli di raggruppamento aiutano nella diagnosi delle infezioni:il mal di gola deriva da streptococchi rotondi , infezioni da stafilococco da stafilococchi , antrace da un grosso bacillo e malattia di Lyme da una spirocheta.
A differenza dei virus, la maggior parte dei batteri vive in modo indipendente e non necessita di altri organismi per il metabolismo o la riproduzione. Le eccezioni includono specie intracellulari obbligate come le Rickettsiae e Chlamydiae , che deve risiedere all'interno delle cellule ospiti.
L'assenza di un nucleo è una caratteristica dei procarioti. Il loro DNA non è legato alla membrana ma è compattato in una regione nucleoide. Un genoma batterico si estende per circa 1–2 µm quando viene allungato, rispetto a circa 1 mm per un tipico cromosoma eucariotico:una differenza da 500 a 1.000 volte. Il DNA eucariotico si associa agli istoni, mentre il DNA procariotico interagisce con poliammine e ioni magnesio.
Le pareti cellulari batteriche sono composte da peptidoglicano, una rete di zuccheri polisaccaridi e legami incrociati peptidici, che fornisce rigidità e protezione. Questa struttura fissa anche le appendici superficiali come peli e flagelli, che si estendono attraverso la parete nell'ambiente.
Poiché il peptidoglicano è esclusivo dei batteri, è un bersaglio ideale per gli antibiotici. Le penicilline, i primi antibiotici ampiamente utilizzati, inibiscono l’enzima reticolante nei batteri sensibili, compromettendo l’integrità della parete. Tuttavia, l'evoluzione batterica ha prodotto le β‑lattamasi che degradano le penicilline, alimentando una corsa agli armamenti in corso tra agenti antimicrobici e microbi resistenti.
I flagelli sono strutture a forma di frusta che consentono la motilità; alcuni batteri hanno un solo flagello, altri ne hanno due. Ruotano come eliche, consentendo ai batteri di cercare sostanze nutritive, sfuggire alle tossine o, nei cianobatteri fotosintetici, di spostarsi verso la luce.
I pili sono proiezioni simili a capelli che facilitano l'attaccamento alle superfici, compresi i tessuti dell'ospite e i denti, fondamentali per la colonizzazione e l'infezione. Coniugazione specializzata dei pili, trasferimento diretto del DNA tra batteri.
Le endospore sono forme dormienti e altamente resistenti prodotte dalle specie Bacillus e Clostridium. Contengono un genoma completo ed enzimi metabolici, racchiusi in un rivestimento robusto. Clostridium botulinum le endospore rilasciano la tossina botulinica, una potente endotossina responsabile del botulismo.
I batteri si riproducono asessualmente mediante fissione binaria, producendo due cellule figlie geneticamente identiche. Sebbene questo processo sia efficiente dal punto di vista energetico, offre una diversità genetica limitata. Per contrastare questo fenomeno, i batteri utilizzano meccanismi di trasformazione, coniugazione e trasduzione che introducono nuovo materiale genetico e migliorano l'adattabilità.
La trasformazione comporta l'assorbimento di DNA libero dall'ambiente, naturalmente o tramite manipolazione di laboratorio utilizzando plasmidi. La coniugazione trasferisce plasmidi o frammenti cromosomici attraverso un pilo. La trasduzione utilizza batteriofagi per trasportare il DNA batterico tra gli ospiti.
Queste strategie mantengono la variazione genetica, garantendo che le popolazioni batteriche possano sopravvivere a nuove minacce, come gli antibiotici o le risposte immunitarie dell'ospite.
Comprendere la struttura batterica e le strategie genetiche non solo informa la microbiologia, ma guida anche lo sviluppo efficace di antibiotici e il controllo delle infezioni.
