Interazioni tra microrganismi e altri organismi

Sulla terra si sono instaurate un gran numero di interazioni fra batteri che possono essere positive o negative. I batteri però non interagiscono solo tra di loro ma possono anche interagire con altri organismo.

Commensalismo

Il commensalismo è molto diffuso in natura ed è una relazione unidirezionale tra due popolazioni, di cui una tra beneficio mentre l’altra non ne risente alcun effetto. Facciamo alcuni esempi:

  • Microrganismi anaerobi facoltativi e anaerobi obbligati: i facoltativi consumano tutto l’ossigeno disponibile e poi passano al metabolismo anaerobio, a questo punto gli anaerobi obbligati possono crescere.
  • Microrganismi sensibili e resistenti a sostanze tossiche: per alcuni batteri l’idrogeno solforato è tossico ma, se vivono insieme a batteri che lo utilizzano trasformandolo in solfato, possono sopravvivere perché il solfato non è, per loro, tossico.
  • Microrganismi auxotrofi e produttori
  • Microrganismi che trasformano substrati per altri organismi
  • Commensalismo multistadio, in cui gli effetti benefici coinvolgono, a cascata, più specie correlate. Un esempio sono tutti i microrganismi coinvolti nel ciclo dell’azoto.

Leggi i nostri appunti sul ciclo dell’azoto



Sinergismo e sintrofia

Nel sinergismo entrambe le popolazioni traggono beneficio dall’interazione ma l’associazione non è obbligata e non è specifica. I due partner possono infatti proliferare indipendentemente in ambienti diversi o essere sostituiti da un altro partner in grado di svolgere la stessa azione.

La forma di sinergismo più studiata è la sintrofia, in cui due popolazioni si riforniscono reciprocamente di nutrienti essenziali.

Un esempio può essere il trasferimento interspecifico di idrogeno, che avviene nell’interazione tra solfobatteri verdi e rossi e batteri solfato-riduttori. I solfobatteri verdi e rossi producono carboidrati grazie alla luce e all’idrogeno solforato rilasciato dai solfato-riduttori che a loro volta utilizzano il carbonio organico e il solfato forniti dall’organismo fotosintetizzante.

Leggi i nostri appunti sul trasferimento interspecifico di idrogeno

Competizione (-/-)

Interazione meno/meno tra due popolazioni. Quando c’è competizione può succedere che una popolazione risponda meglio dell’altra.

Antagonismo (amensalismo)

L’antagonismo si manifesta con la sintesi e il rilascio nell’ambiente circostante di sostanze tossiche per altre popolazioni. I meccanismi di tipo antagonistico sono di grande interesse applicativo, infatti numerosi batteri e funghi antagonisti sono già impiegati come agenti benefici nella lotta biologica in agricoltura e spesso la loro azione è mirata contro organismi fitopatogeni.

Un caso interessante di lotta biologica è quello che sfrutta le peculiarità di Bacillus thuringiensis, il quale è il grado di produrre in fase di sporulazione una tossina letale per le larve di numerosi insetti.

Leggi i nostri appunti sull’endotossina di Bacillus t.



Parassitismo (+/-)

Il parassitismo è poco diffuso tra batteri, anche se a volte accade.

Il parassitismo avviene tra microrganismi del suolo e delle piante. Un esempio è agrobacterium tumefaciens che provoca il tumore del colletto delle piante. Questo batterio provoca una crescita incontrollata delle cellule del colletto, perché è un batterio che presenta un plasmide (detto Ti che sta per tumor induction) che contiene una porzione di DNA detta t-DNA che viene trasferito nel DNA cromosomiale della pianta.

Il plasmide viene trasferito mediante un processo di coniugazione batterica. L’integrazione del plasmide nel DNA cromosomiale provoca un’alterazione nella crescita delle cellule del colletto.

Predazione (+/-)

Per predazione microbica si intende l’uccisione e l’assimilazione di microrganismi da parte di un microrganismo di un’altra specie. Avviene tra microrganismi eucariotici, mentre per i batteri è un po’ complicato.

La simbiosi mutualistica (+/+)

Si tratta di una interazione positiva nella quale entrambe le popolazioni traggono vantaggio. Ciò che si ottiene con la simbiosi non è ottenibile con la crescita separata delle due popolazioni, al punto che gli organismi coinvolti hanno adattato la loro esistenza in stretta associazione risultando metabolicamente dipendenti l’uno dall’altro. La simbiosi mutualistici può essere:

  • Ectosimbiosi: il microrganismo simbionte rimane all’esterno della cellula dell’ospite ma non necessariamente del corpo dell’ospite stesso (può essere nelle cavità interne degli animali). Un esempio sono i batteri luminescenti con il calamaro (leggi i nostri appunti sulla luminescenza)
  • Endosimbiosi: il microrganismo simbionte cresce all’interno di cellule dell’ospite (esempio rizobi all’interno delle cellule dei noduli delle leguminose).

La specificità, cioè la selettività con la quale i due partner interagiscono, è spesso alta: questo vuol dire che un simbionte ha uno spettro limitato di possibili ospiti.



I vantaggi della simbiosi mutualistica sono:

  • Protezione: i microrganismi endosimbionti, come quelli ectosimbioti che vivono all’interno di cavità corporee, sono protetti nei confronti di molte condizioni ambientali sfavorevoli (disidratazione, temperatura, pH, ossigeno, sostanze tossiche).
  • Acquisizione di sistemi di riconoscimento: la bioluminescenza è ampiamente diffusa in molti invertebrati e pesci nei quali rappresenta un meccanismo di ricognizione che favorisce l’addestramento della prole, l’accoppiamento o l’attrazione delle prede.
  • Nutrizione: è molto frequente che la simbiosi mutualistica si basi su vantaggi di tipo nutrizionale che consistono in uno scambio di nutrienti tra i due partner.

Simbiosi mutualistiche tra microrganismi: i licheni

I licheni sono associazioni stabili fra un fungo (ospite) e un organismo fotosintetizzante (fotobionte). Il fotobionte può essere un’alga eucariotica o un cianobatterio. La simbiosi mutualistica nei licheni non è specie-specifica: una specie di alghe può associarsi con carie specie fungine dando vita a diversi licheni, e viceversa.

Tutti i licheni che contengono cianobatteri sono in grado di fissare l’azoto.

Leggi i nostri appunti sulla fissazione dell’azoto

Significato della simbiosi

I due partner sono capaci di vita propria (in ambienti non ostili), ma quando si determinano condizioni ambientali avverse si associano formando il lichene. I licheni, infatti, si trovano in habitat estremi.

Il fungo fornisce al fotobionte ancoraggio alle superficie, garantendo protezione nei confronti di un’eccessiva insolazione e allo stesso tempo facilita l’approvvigionamento di acqua e minerali necessari all’alga. L’alga eucariotica o il cianobatterio forniscono al fungo nutrienti organici ottenuti con la fotosintesi.

I licheni come bioindicatori

I licheni hanno una notevole capacità di concentrare i metalli, probabilmente correlata alla produzione di acidi lichenici in grado di chelare composti minerali. Questa loro abilità a concentrare i nutrienti presenti nell’ambiente a basse concentrazioni è normalmente vantaggiosa, ma diviene dannosa quando i licheni si trovano in aree contaminate. Questa loro caratteristica sensibilità li rende estremamente utili come bioindicatori dell’inquinamento atmosferico.



Quando vediamo che sono presenti licheni in buona salute vuol dire che l’habitat è poco contaminato. Se l’ambiente è contaminato:

  • C’è un’alterazione della crescita, della vitalità, del colore e della forma del lichene.
  • Alterazione della fertilità.
  • Rarefazione e riduzione delle dimensioni dei singoli individui fino alla loro completa comparsa.
  • Diminuzione delle specie presenti nel tempo e nello spazio.

I licheni come bioaccumulatori

Sulla base delle capacità di concentrare i metalli, i licheni possono essere utilizzati anche nelle indagini sulla presenza di determinati contaminanti persistenti.

Cianobatteri e piante

Un’ectosimbiosi molto studiata si verifica la felce d’acqua Azolla e il cianobatterio Anabaena azollae. Ricordiamo che i cianobatteri presentano eterocisti che sono quelle strutture caratterizzate da una parete inspessita per ridurre ingresso ossigeno e preservare nitrogenasi.



Queste felci d’acqua presentano nel corso del loro accrescimento delle cavità comunicanti con l’esterno all’interno delle quali si vanno a posizionare i cianobatteri. Man mano che la felce si accresce le cavità si chiudono e i cianobatteri continuano a crescere nella felce scambiandosi protezione e nutrimento.

Questo tipo di simbiosi è sfruttata da secoli in Asia, dove è pratica comune lasciare crescere Azolla sulla superficie d’acqua che ricopre le risaie prima di piantare il riso. Successivamente le piante di riso prendono il sopravvento, la felce muore e libera l’azoto fissato che viene poi utilizzato dal riso stesso per crescere.

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Autore dell'articolo: Admin

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