1

Stanisław Błażejak (18 h)
prof. dr hab. Wanda Duszkiewicz – Reinhard (12 h) - Mikrobiologia żywności

Wykład 1

Drobnoustroje niechorobotwórcze

– saprofityczne, mogą wpływać na „psucie” się żywności w potocznym rozumieniu tego słowa

Drobnoustroje patogenne

– nie muszą wpływać na „psucie”

HACAP – analiza zagrożeń i kontrola punktów krytycznych, bezpieczeństwo żywności

Mikrobiologia

– nauka o organizmach niewidocznych gołym okiem. Podstawową jednostką miary jest 1 mikrometr.

(gr. micros – mały, bios – życie, logos – nauka)

Mikrobiologia to obszerna nauka. Występuje we wszystkich sferach działalności człowieka. Łączy się z nią biotechnologia, czyli
wykorzystywanie mikroorganizmów i ich metabolitów do otrzymywania różnych produktów.

Zastosowania mikrobiologii:

Farmacja

Produkcja żywności – piwo, wino, sery żółte i pleśniowe, ocet

Utylizacja odpadów – drobnoustroje wytwarzają enzymy rozkładające

Oczyszczanie ścieków

Genetyka

Produkcja surowców żywności – organizmy transgeniczne

Mikrobiologia ogólna – nauka o budowie, czynnościach życiowych i znaczeniu drobnoustrojów: morfologia, fizjologia, warunki
wzrostu i rozwoju, przemiany wywołane drobnoustrojami oraz zależności między drobnoustrojami i między drobnoustrojami a
ś

rodowiskiem.

Mikrobiologia szczegółowa – nauka o poszczególnych grupach drobnoustrojów:

Bakteriologia

Mykologia

Protozoologia (pierwotniaki)

Algologia

Wirusologia

Dodatkowo:

Immunologia – nauka o odporności organizmu na substancje obce, które powodują powstanie przeciwciał (reakcja
immunologiczna)

Clostridium tetani – laseczki tężca

Podział ze względu na środowisko drobnoustrojów:

Mikrobiologia gleby (obieg materii)

Mikrobiologia wody

Mikrobiologia sanitarna (środowisko życia człowieka)

Mikrobiologia lekarska i weterynaryjna

Mikrobiologia techniczna – biotechnologia – wykorzystanie w procesach technologicznych; farmacja, przemysł mleczarski,
przemysł gorzelniczy

Bakterie probiotyczne – muszą spełniać szereg warunków: (patrz dalej)

Odporne na niskie pH, kwasy żółciowe (holowy i deoksyholowy)

Mają zdolność do adhezji i osiedlania się w jelicie grubym

Muszą wytwarzać substancje niszczące bakterie chorobotwórcze (bakteriocyny)

Prebiotyki – wpływają korzystnie na rozwój probiotyków

prebiotyk + probiotyk = symbiotyk

ale NIE prebiotyk=symbiotyk-probiotyk ☺

☺

☺

☺

Do probiotyków należą:

Bifidobacterium bifidum

Lactobacillus casei – laseczka bakterii mlekowych

Lactobacillus acidofilus

I inne.

Niektóre drobnoustroje mogą wytwarzać cenne substancje takie jak:

Antybiotyki, witaminy (beta-karoten)

Ryboflawina (np. drożdże)

B12 (np. bakterie propionowe)

2

Kwas foliowy (np. saccharomyces cerevisiae)

A nawet mogą być źródłem białka (znakomitym źródłem są drożdże, a co najważniejsze, są bezpieczne!)

Okresy rozwoju mikrobiologii

Przedpasterowski – nie było mikrobiologii, ludzie nawet jak znali jakieś drobnoustroje to nie byli w stanie wyjaśnić
procesów z nimi związanych

Popasterowski – dynamiczny rozwój mikrobiologii

Pierwsze zainteresowanie drobnoustrojami: Włoch Girolamo Fracastoro – stwierdził, że choroby są wywoływane przez organizmy,
których nie jesteśmy w stanie zaobserwować gołym okiem
Pierre Antonio Micheli – opisuje grzyby (pleśnie) i wprowadza nazwy (Aspergillus, Mucor) i wprowadza możliwość hodowli
grzybów na dyni w warunkach laboratoryjnych (nie wiedziano dlaczego akurat na dyni dobrze się rozwijają) – dynia bogata w
węglowodany
Otto Muller – XVII wiek, przedstawił rysunki przecinkowców, (Vibrio cholerae, Vibrio coma) a także krętków i innych.
Christian Ehrenberg: Spirillum, Spirochaeta, Bacterium
Antoni van Leeuwenhook – skonstruował pierwszy mikroskop, wykonał wiele rysunków drobnoustrojów
Robert Hook – sformułował komórkową budowę organizmów
Schleiden i Schwan – potwierdzili komórkową budowę organizmów żywych

LUDWIK PASTEUR

(1822 – 1895) – wykazał, że procesy fermentacyjne znane od wieków spowodowane są działalnością

drobnoustrojów (stworzył podstawy tzw. mikrobiologii przemysłowej)

Udowodnił, że bez drożdży nie ma fermentacji cukrów

Wprowadził proces pasteryzacji wina, niszczenie drobnoustrojów przez obróbkę termiczną

Opracował szczepionki przeciw drobnoustrojom

W 1881 wprowadził szczepionkę przeciwko wąglikowi (

Bacillus anthracis

)

o

Stwierdził, że drobnoustroje mają swoją optymalną temperaturę dla rozwoju (kury, które mają temperaturę ciała ok.
43 stopni Celsjusza zanurzał do wody z lodem i obniżając ją wykazał, że stały się podatniejsze na wąglika)

1885 – wprowadził szczepionkę przeciwko wściekliźnie – suszył mózgi wściekłych królików osłabiając wirus, a następnie
podając go w formie szczepionki

Brał udział w wojnie Prusko – Francuskiej – odkrył wówczas gronkowce, paciorkowce, wprowadził dezynfekcję i materiały
ochronne

Utworzył Instytut Pasteura w Paryżu

Roux – szczepionka przeciwko gruźlicy
Yersin – badania nad dżumą, Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis

Robert Koch

– twórca nowoczesnych technik mikrobiologicznych

Wprowadził podłoża stałe (Pasteur wprowadził płynne)

Opracował metody barwienia bakterii

Wykrył prątki gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis) – prątki Kocha

Zgromadził wokół siebie wielu naukowców:

o

Laefflera – odkrył maczugowce błonicy

o

Gaffsky’ego – odkrył pałeczkę duru brzusznego

o

Behring – badania nad toksyną błonicy

o

Shiga – badania nad czerwonką

Alexander Fleming – odkrył penicylinę (Penicilium – pleśń)
Leon Cieńkowski – badania nad Leuconostoc (ziarniaki)
Ludwik Hirszwald – zakażenia jelitowe, (Salmonella hirszfeldi), utworzył PZH
Rudolf Weigel – wynalazca szczepionki przeciw durowi plamistemu (riketsje)

SYSTEMATYKA I TAKSONOMIA ORGANIZMÓW śYWYCH

Taksonomia – nauka zajmująca się klasyfikacją organizmów żywych, tworzeniem jednostek systematycznych
Klasyfikacja – porządkowanie w grupy wyższego rzędu (na podstawie cech)
Identyfikacja – stwierdzenie przynależności badanego organizmu do danego taksonu
Nazewnictwo – nadawanie nazw grupom taksonomicznym

Międzynarodowym językiem jest łacina (np. workowce – nazwa zwyczajowa, Ascomycetes – nazwa łacińska)

Podstawowym taksonem jest gatunek, a w mikrobiologii

SZCZEP

– czysta kultura wyizolowanych drobnoustrojów, będąca

przedstawicielem danego gatunku

Nomenklatura jest binominalna, na zasadzie wprowadzonej przez Linneusza

Rodzaj saccharomyces – nazwa rodzajowa

Gatunek saccharomyces cerevisiae – nazwa gatunkowa

Bacillus anthrasis – laseczka wąglika

3

Klasyfikacja

Filogenetyczna – łączenie organizmów o wspólnych przodkach i przedstawianie świata organizmów w sposób
uporządkowany, który uwzględnia ich rozwój rodowy

Sztuczna – grupowanie organizmów zgodnie z ich pokrewieństwem według ustalonego klucza

Taksonomia numeryczna (na zasadzie Adamsona) – wszystkie cechy jednakowo ważne

Klasyfikacja sztuczna

1921 – po raz pierwszy przez Bergaya (?)

Bakterie najłatwiej klasyfikowac w ten sposób

Elementy klasyfikacji bakterii:

Kształt bakterii – (kula, pałeczka, spirala)

Stosunek do tlenu – tlenowce, beztlenowce, względne beztlenowce, mikroaerofile – ok. 5% tlenu

Czy gram dodatnie czy gram ujemne

Przetrwalnikowanie (endospory) – potrzebny proces sterylizacji a nie tylko pasteryzacji, bowiem pasteryzacja niszczy tylko
formy wegetatywne, ewentualnie przyspiesza kiełkowanie form przetrwalnikowych – patrz ćwiczenia.

Wykład 2

Systematyka Bergaya

Grupa II, G-, tlenowce/mikroaerofile, pałeczki spiralne

Campylobacter (C. jejuni, C. coli)

o

chorobotwórcze

o

Nowe patogeny w żywności – niedawno zwrócono na nie uwagę jako na źródło zakażeń pokarmowych

o

Dobrze rosną w wysokich temperaturach (powyżej 40 stopni) i dlatego dobrym środowiskiem dla nich są organizmy
ptactwa domowego, które mają taką temperaturę ciała –> zakażenia poprzez spożycie grilowanego drobiu, który nie
zdążył osiągnąć temperatury zabójczej dla bakterii

o

Giną nawet dopiero pow. 50 stopni

Helicobacter – choroba wrzodowa (H. pylori)

o

Niewrażliwe na niskie pH – wytwarzają ureazę, która rozkłada mocznik do amoniaku, a ten neutralizuje kwas
ż

ołądkowy wokół bakterii

Grupa IV, G-, tlenowe, pałeczki, nieprzetrwalnikujące

Acetobacter

(xylinum, aceti)

Gluconobacter

(suboxynans)

Gluconacetobacter

(xylinus, curvum)

-Wytwarzają ocet w wyniku procesu potocznie zwanego „fermentacją octową” z etanolu – proces -niecałkowitego utlenienia
-Wykorzystywane do produkcji kwasu octowego w octowniach
-Mają zdolność do biosyntezy celulozy

Pseudomonas – mają silne właściwości proteolityczne

o

Zagrożenie dla mięsa i przetworów

o

Dobrze się czują w niskiej temperaturze, dlatego przechowywanie mięsa w lodówce nie pomaga pozbyć się tej
bakterii (psychrofilne)

Pseudomonas aeruginosa

– pałeczka ropy błękitnej – może wywoływać sepsę

Pseudomonas fluorescens

– niechorobotwórcza, a zatem saprofityczna bakteria (saprofit – niechorobotwórczy, pasożyt –

chorobotwórczy)
Obie te bakterie mają zdolność do świecenia pod wpływem UV(aeruginosa na niebiesko, fluorescens na zielono)

Burckholderia cepacia

– mało wrażliwa na środki konserwujące, dlatego w kosmetyce stosuje się je do zakażania kremów – w ten

sposób można sprawdzić najniższą ilość środków konserwujących, jaka jest konieczna, aby uniemożliwić rozwój bakterii
pseudomonas

Pseudomonas malei

– bakteria nosacizny

Rhisobium – biorą udział w obiegu azotu w przyrodzie poprzez symbiozę z roślinami motylkowymi i symbiotyczne wiązanie azotu

Sinorhisobium

Acinetobacter
Alcaligenes

- w wodzie

Flavobacterium
Xantomonas (camprestis) – bosynteza ksantanu – biopolimeru zbudowanego z ksylazy. Ostatnio pojawiają się zakażenia szpitalne

4

Legionella – nowe patogeny żywności (pneumofila – powoduje zapalenie płuc). Nazwa pochodzi od tego, że na zjeździe weteranów
60 osób zmarło od zakażenia tą bakterią.

Występuje w basenach i dawno nieużywanych natryskach, instalacjach

Grupa V, G-, względnie beztlenowe pałeczki nieprzetrwalnikujące

Enterobacteriaceae:

- zarówno saprofityczne jak i pasożytnicze:

-Escherichia
-Citrobacter
-Enterobacter - pałeczki z grupy Coli
-Klebsiella

Citrobacter freundii
Enterobacter cloacae
Clebsiella pneumoniae

Pałeczki z grupy Coli

– w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt występują popularnie

– Są to bakterie wskaźnikowe mówiące o stanie zanieczyszczeń produktów fekaliami
– Na ogół niechorobotwórcze (przy osłabieniu organizmu człowieka antybiotykami mogą być)

-Salmonella – dur (typhi, enterica, bongori, choleresuis)
-Schigella – czerwonka
-Serratia (marcescens) – pałeczka cudowna (bacterium prodigiosum) – wytwarza krwistoczerwoną prodigiozynę – silne właściwości
amylolityczne (hydroliza skrobi) – hostie mogły zawierać te bakterie, które rozkładając skrobię uzyskiwały glukozę do rozwoju, a
następnie wytwarzały krwistoczerwoną prodigiozynę, co było uznawane jako cud… a

– może powodować wrzody wątroby

Proteus (vulgaris) – rozkład białka, następnie aminokwasów do amoniaku itp.

– chorobotwórcze

Hafnia
Ervinia – bakterie rozkładające pektyny (carotovora)
Francisiella
Yersinia (enterocolytica, pestis – dżuma) – psychrofilne ( występują w owocach morza, które zamieszkują zimne wody. Są to nowe
patogeny żywności
Aeromonas
Arisona – w proszku jajecznym do produkcji lodów – zatem są one źródłem zakażeń

Vibrionaceae:

Plesiomonas – podobna do czerwonki
Vibrio (fischelli – świecące ryby, cholerae)

Grupa XVII G+, ziarniaki (cocci), nieprzetrwalnikujące, względne beztlenowce

Lactococcus (lactis, cremoris, biacetilactis)– mlekowe – w postaci łańcuszków – paciorkowce. Dawniej były nazywane
streptokokami mlekowymi, obecnie ta nazwa nie jest stosowana (wyj. streptococcus thermofilus)

o

Heterofermentatywne – wytwarzają oprócz kwasu octowego kwas mlekowy, CO2 i inne

o

Homofermentatywne – wytwarzają tylko kwas mlekowy

Enterococcus – paciorkowce kałowe, np. E. faecalis, bovis – u bydła, durans

Ropotwórcze – angina, streptococcus pyogenes

Zieleniejące – streptococcus salivarius, mutans

Leuconostoc – najczęściej diplokoki (mesenteroides, dextranicus – wytwarza dextran – zamiennik plazmy krwi

o

Uniemożliwia rozwój gnilnych bakterii

Pediococcus (tetracocci – czwórniaki) – pseudomlekowe

o

Wytwarza kwas mlekowy z innych kwasów, np. jabłkowego, a nie z glukozy

Sarcina (sześcianka)

Staphylococcus – gronkowce (aureus, - powodują intoksykację, zatrucia; epidermilis – saprofityczne)

Streptococcus (zieleniejące, ropotwórcze)

G+, laseczki, przetrwalnikujące, tlenowe lub beztlenowe

o

Bacillus (subtilis, mesentericus, anthracis – wąglik, bezwzględne tlenowce (aeroby)

o

Clostridium – beztlenowce, anaeroby obligatoryjne, (botulinum – jad kiełbasiany; tetani – tężec; perfringers)

o

Silne właściwości proteolityczne

o

pH -> 7

o

pH gr. 4,5 – produkty mięsne, warzywno – mięsne, zielony groszek, fasolka szparagowa

o

Sporosarcina – sarcina zdolna do wytwarzania endospor

5

G+, nieprzetrwalnikujące pałeczki

o

Lactobacillus – mlekowe pałeczki (homoterentatywne, heterofermentatywne): acidofilus, casei, ramnosus, lactis, delbruecki

o

Listeria – np. Listeria monocytogenes, patogenna

o

Duża śmiertelność (około 70%)

o

Ciepłooporna – dobrze czuje się w wysokich temperaturach, ponadto może nawet stosunkowo dobrze rozwijać się
w temperaturze około 4 stopni Celsjusza – jest zatem mezofilna, ciepłooporna i psychrotroficzna

o

Tworzą ciekawe układy komórek, takie jak kształt litery T, Z, itp.

Warunki probiotyczności:

o

Izolowany z organizmu człowieka

o

Wytwarza kwas mlekowy obniżający pH i niszczący drobnoustroje chorobotwórcze

o

Przechodzi przez żołądek dalej nienaruszony

o

Niewrażliwy na sole kwasów żółciowych

o

Musi przejść i zostać w jelicie grubym

o

Musi ulec adhezji do ścian nabłonka

o

Muszą tworzyć kolonie

o

Muszą wytwarzać bakteriocyny działające na G+ bakterie – działanie antybiotyczne

o

Podnosi odporność

o

Zdolność do tworzenia niskowęglowych kwasów

o

Nie posiadają plazmidów odporności na antybiotyki

Plazmidy – dodatkowy materiał genetyczny, który warunkuje:

Zasiedlanie stref o ekstremalnych warunkach

Odporność na antybiotyki – mogą przekazywać plazmidy w procesie koniugacji, przez co często powstają bakterie
odporne na dany rodzaj antybiotyku

Proces koniugacji

Wykład 3

G +, nieprzetrwalnikujące, nieregularne pałeczki

Bakterie propionowe, mikroaerofile

o

Występują w żwaczu – jednym z żołądków przeżuwaczy

o

Odpowiadają za syntezę kwasów tłuszczowych

o

W warunkach beztlenowych tworzą kwas propionowy, następnie propioniany, które hamują rozwój pleśni

o

Służą do produkcji propionianów, wit. B12, kwasu octowego

o

Powodują małe dziury w serze – zachodzi fermentacja propionowo – octowa, powstaje między innymi CO2,
powstają dziury

o

Odmiany: Propionibacterium schermani (albo shermani), P. petersoni, P. freudenreichi (?)

o

Regulując skład pożywki możemy w pełni wykorzystać potencjał biochemiczny bakterii, np. powodując, że
bakterie będą wytwarzać więcej kwasu propionowego, niż produkują normalnie itp.

Bifidobacterium – probiotyczne, tak jak np. Lactococcus

o

Odmiany: B. bifidum, B. longum, …

o

Mają właściwości probiotyczne

o

Są pierwszymi bakteriami, które zasiedlają nasz układ pokarmowy po narodzeniu – obniżają pH, tworząc kwas
mlekowy i octowy w stosunku 2:3 – przeprowadzają fermentację mlekowo – octową

PODZIAŁY NA KRÓLESTWA

Arystoteles – podział na rośliny i zwierzęta

Św. Augustyn – podział zwierząt na: niepotrzebne, pożyteczne i szkodliwe

Linneusz XVIII wiek – podobny podział do Arystotelesowskiego

Haeckel – podział na 3 królestwa – protista, rośliny i zwierzęta

o

Protista – autotrofy/heterotrofy, brak/możliwość ruchu: bakterie, pleśnie, drożdże, pierwotniaki

o

Rośliny – autotrofy, brak ruchu

o

Zwierzęta – heterotrofy, możliwość ruchu

Podział Protista:

Procaryota – ściana z mureiny, informacja genetyczna w postaci nukleoidu, nie mają niepotrzebnych
intronów – nic nie kodujących; ale minusem jest to, że bakterie są przez to bardziej podatne na różnego
rodzaju mutacje, gdyż każdy nukleotyd coś koduje… - u nas duże prawdopodobieństwo jest, że mutacja
zajdzie w obrębie intronów, co nie wywołuje złych skutków

Eucaryota – drożdże, pleśnie, pierwotniaki, glony – organella takie jak nasze

Wirusy (Virales) – nie są w stanie żyć samodzielnie (pasożyty)

•

Brak budowy komórkowej – brak własnych enzymów

•

Mają pewien kształt, materiał genetyczny (ale DNA lub RNA, a nie oba kwasy)

6

1969 – Whittaker

Procaryota
Protista
Fungi

 kryterium podziału jest sposób odżywiania

Plantae
Animalia

Procaryota – absorpcja pożywienia ze środowiska, generalnie brak fotosyntezy, aczkolwiek zdarzają się organizmy
fotosyntetyzujące, np. sinice
Protista – eukariotyczne, jednokomórkowe organizmy, odżywiają się na wszystkie 3 sposoby;
Fungi – absorpcja, Eukarionty, w procesie płciowym występuje faza dikariotyczna
Animalia – zachodzą procesy trawienia, Eucaryota
Plantae – autotrofy

Mikroorganizmy należą do:
Protista
Fungi
Bakterie

Woese – podział na 3 królestwa

o

Archebacteria – bakterie metanowe (CO2 redukują do CH4), halofilne (lubią duże stężenie soli, występują np. w
morzu Martwym), thermoacidofilne (lubiące wysoką temperaturę oraz niskie pH – zasiedlają obszary o warunkach
ekstremalnych)

o

Eubacteria – wszystkie pozostałe bakterie



Archebacteria + Eubacteria = Procaryota

o

Eucaryota – pierwotniaki, algi, grzyby, rośliny, zwierzęta

Filogenetyczny podział Woese’a



Powstał na podstawie różnic w sekwencji DNA kodującej podjednostkę 16S rRNA – podjednostka 16S jest
charakterystyczna dla wszystkich organizmów żywych



Wnioski:

o

Bardziej zróżnicowany jest świat Procaryota

o

Archebakterie są bliżej nas niż bakterie właściwe – archebakterie mają kwasy nukleinowe związane z białkami, tak
jak my, a bakterie właściwe nie

SZCZEGÓLNE CECHY DROBNOUSTROJÓW



Małe rozmiary (10 – 50 nm – wirusy, 0,5 – 1 mikrometra – bakterie, 0,1 mm – siarkowe)

o

Największe są wirusy atakujące bakterie – bakteriofagi



Występują w dużych populacjach



Stosunek powierzchni do objętości około 10^6, podczas gdy dla nas jest to tylko 20

o

Większe tempo metabolizmu, im większy stosunek powierzchni do objętości

o

Większa szybkość rozmnażania

Bakterie – 20 min
Drożdże – 2-4 h
Pleśnie – 2-3 doby



Rozmnażanie w postępie geometrycznym

N=N0*2^n, gdzie n=(t1-t2)/g

n=(logN-logN0)/0,3

WYKŁAD 4

Fazy rozwoju drobnoustrojów w określonym środowisku:

1.

Faza adaptacyjna (lag faza, faza zastoju) – po wprowadzeniu do nowego środowiska (po posianiu na brzeczkę) – następuje
indukcja odpowiednich enzymów do wykorzystania substancji zawartych w pożywce. Drobnoustroje muszą się zaadaptować
do nowego środowiska

a.

W żywności: drobnoustroje powinny być w lag-fazie, aby nie wzrastała ilość komórek  dbamy o wydłużenie lag-
fazy (np. mięso, mleko – schładzamy, aby bakterie nie rozmnażały się zanim czegoś z nim nie zrobimy)

b.

Gdy przenosimy na taką samą pożywkę – krótka lag-faza, ponieważ drobnoustroje mają już wykształcone
odpowiednie enzymy i są zaadaptowane do danego typu środowiska

c.

Liczba komórek może ulec zmniejszeniu. Np. w mleku znajduje się bakteriobójczy dla bakterii G+ lizozym, a także
immunoglobuliny, które niszczą bakterie mlekowe  liczba komórek spada. Jednak mimo obecności lizozymu
należy mleko schłodzić, gdyż bez tego ilość komórek i tak by wzrosła

7

2.

Faza młodości fizjologicznej znajdująca się pomiędzy fazą spoczynkową a fazą akceleracji – intensywny metabolizm i
przyrost wielkości komórek, podczas gdy nie zmienia się ilość komórek. Wówczas są najbardziej wrażliwe na czynniki
zewnętrzne i najłatwiej je zniszczyć

3.

Faza akceleracji – przyspieszony wzrost liczby komórek

4.

Faza wzrostu logarytmicznego (log-faza) – coraz krótszy czas generacji, wzrost 2^n, maksymalna szybkość wzrostu to
odwrotność czasu generacji (l. podziałów/czas)

a.

Czas generacji zależy od:

1.

pH

2.

Temperatury

3.

Dostępności tlenu

4.

Zawartości podłoża. Im podłoże uboższe, tym dłuższy czas generacji

5.

Faza wzrostu opóźnionego – ilość składników odżywczych coraz mniejsza, coraz więcej metabolitów, których rzecz jasna
nie usuwamy

6.

Faza stacjonarna – liczba komórek nie ulega zmianie (tyle samo powstaje, co umiera)

a.

Komórki duże, odporne

b.

Dużo substancji zapasowych

c.

Duże wodniczki – stare komórki

d.

Toksyczne oddziaływanie metabolitów na komórki

e.

Lizosomy rozpadają się, enzymy proteolityczne niszczą komórkę

7.

Faza letalna

Najkrótszymi fazami są: faza spoczynkowa (lag-faza), akceleracji, opóźnienia

Po uboju – komórki jeszcze żyją, czerpią energię z fermentacji glikogenu, w którym to procesie następuje obniżenie pH  bakterie
nie mogą żyć w takich warunkach

Faza logarytmiczna – szczególnie pożądana w przemyśle mleczarskim (produkcja zakwasów, mlecznych napojów
fermentowanych), w przemyśle warzywnym (kiszenie kapusty, ogórków), w drożdżownictwie, winiarstwie (drożdże winiarskie mają
szybciej rozwinąć się niż dzikie)

Faza stacjonarna szczególnie pożądana przy produkcji antybiotyków – najwięcej penicyliny wytwarzane jest w fazie, w której
przestają rosnąć  faza wzrostu stacjonarnego

DIAUKSJA – wzrost dwufazowy
Wyobraźmy sobie, że przenosimy bakterię Escherichia coli do środowiska z zawartą mieszaniną różnych substratów. Możemy
obserwować 2 fazy rozwoju. Przykładowo w pożywce zawarte są glukoza i sorbitol – Escherichia najpierw przystosuje się do
pobierania energii z glukozy, wytworzy odpowiednie enzymy i przejdzie w log-fazę. Gdy zapas glukozy skończy się, wówczas
bakteria przystosuje swój układ enzymatyczny do pobierania energii z sorbitolu. Znów przejdzie w fazę wzrostu logarytmicznego. Po
zużyciu sorbitolu nastąpi faza letalna. Proces ten świadczy o „mądrości” drobnoustrojów

Organizmy jednokomórkowe:

Tworzą kolonie, łatwo adaptują się do nowych warunków – odpowiednio skonstruowany układ enzymatyczny – enzymy w
komórce są zawsze (enzymy konstytucyjne)

– enzymy indukowane – pojawiają się, gdy w środowisku pojawi się dane źródło węgla. Dzięki temu

drobnoustrój nie zużywa energii na niepotrzebną ekspresję genów potrzebnych do wytworzenia enzymu

Mogą wykorzystywać różne źródła węgla, azotu

Mogą przebywać w temperaturze od -273 do ponad 100 st. Celsjusza

Wytwarzanie przetrwalników (bakterie) lub zarodników (grzyby)

Zdolność do mineralizacji substancji organicznych (obieg pierwiastków w przyrodzie, naturalne psucie się żywności)

Łatwość przenoszenia się drobnoustrojów pod wpływem czynników zewnętrznych środowiska

Są świetnym obiektem badań biologicznych (duże populacje, krótki czas generacji, główne szlaki metaboliczne takie same
jak u wyższych organizmów eukariotycznych, budowa komórkowa, łatwa możliwość obserwacji zmian genetycznych w
kolejnych pokoleniach

Budowa komórki:

1.

Eukariotyczna

Jądro:

Otoczone podwójną otoczką jądrową

W otoczce jądrowej pory, dzięki którym możliwy jest transport RNA z jądra do cytoplazmy

Zawarta w nim większość materiału genetycznego (większość, ponieważ niekiedy występują plazmidy)

Wnętrze jądra wypełnia kariolimfa

Materiał genetyczny stanowią ściśle upakowane cząsteczki DNA, które w interfazie są w postaci luźnej chromatyny, a
podczas podziałów upakowują się w chromosomy

Chromatyna z fibrylii

o

Histony tworzą 8-cząsteczkowe jednostki – oktamery, na białka histonowe nawinięta nić DNA, która tworzy
solenoid

W środku jąderko odpowiedzialne głównie za syntezę rybosomowego RNA (rRNA)

8

Wykład 5

Cytoplazma – roztwór koloidalny białek i składników mineralnych. Zawarta pomiędzy plazmolemmą a tonoplastem (błoną wakuoli).
Zawieszone są w niej organella i rybosomy
Rybosomy 80S (Eukariotyczne – podj. 60 i 40 S)
Błona cytoplazmatyczna – dzięki niej organizmy mają budowę komórkową

Dwuwarstwowa, białkowo – lipidowa

Nie przejdzie przez nią to, co jest rozpuszczalne w wodzie (środkowa część błony składa się z elementów hydrofobowych
lipidów)

Pobieranie tych związków związane jest z kanałami jonowymi (charakter białkowy)

Dyfuzja – prosta lub ułatwiona. Ta pierwsza zgodnie z gradientem stężeń, ten drugi wbrew temu gradientowi

Retikulum endoplazmatyczne – zwłaszcza u eukariotycznych

Szorstkie – synteza białek

Gładkie – synteza lipidów

Lizosomy – trawienie wewnątrzkomórkowe, enzymy trawienne
Diktiosomy – tworzą AG (Aparat Golgiego)
Wakuola – typowa dla komórki drożdżowej – w okresie wzrostu stacjonarnego jest największa, ponieważ jest w niej już dużo
substancji przemiany materii, których stężenie wewnątrz wakuoli jest wysokie i na zasadzie różnicy stężeń woda napływa do niej.
Mitochondria – otoczone podwójną błoną, na zewnątrz gładka, od wewnątrz pofałdowana, tworzy łańcuch oddechowy

W środku występuje matrix

Własna informacja genetyczna i własne rybosomy, takie jak u prokariotów (70S – 30 i 50)

Obecny NAD, FAD itp.

Ściana komórkowa (grzybów – drożdży i pleśni)

Drożdże:

Wielowarstwowa, skomplikowana struktura. Na zewnątrz mannan z białkami (z mannozy) – mannoproteiny, środkowa część
z glukanu, a na wewnętrznej części trochę chityny

Ś

ciana komórkowa ma charakter ujemny. Spowodowane jest to obecnością ujemnych grup funkcyjnych (COOH, SH itp.)w warstwie

mannoproteinowej. Dlatego dobrze wiążą kationy, między innymi OŁÓW, dzięki czemu mogą być

wykorzystywane do

wychwytywania toksycznych kationów

. Ponadto mogą także

wiązać URAN, przez co są bardzo cenne

(chemisorpcja). Przyciąganie

kationów jest również spowodowane obecnością grup aminowych z wolną parą elektronową przy azocie. Wykazują wówczas nawet
zapotrzebowanie na te metale. Pojawiają się wówczas metalotioneiny
Metalotioneiny są wewnątrzkomórkowymi białkami wiążącymi metale. Białka te

zaangażowane są w homeostazę cynku i miedzi

oraz detoksykację ustroju z metali ciężkich

.

Warstwa mannoproteinowa ma również inną pozytywną właściwość: może być wykorzystywana przez probiotyki jako źródło
węgla – dlatego można powiedzieć, że drożdże mają właściwości prebiotyczne. Ponadto jest ona koloidem, dzięki czemu może

unieruchamiać bakterie chorobotwórcze

.

Pleśnie

Na zewnątrz warstwa glukanowa (alfa i betaglukan)

Warstwa glukoproteinowa

Warstwa chitynowa – sztywność

Błona

Inne struktury

Mikrotubule i mikrofilamenty – nadają kształt, około 20% białek eukariotycznych komórek – z tubuliny (u prokariontów

PILINA – patrz dalej)

2.

Prokariotyczna

Ś

rednia wielkość komórek bakterii około 1 nm

Kształt i wielkość: kula, pałeczka, spirala; formy odbiegające od typowych to: maczugowce, cocci tworzące diplococcus,
tetracoccus, sarcina, staphylococcus

Brak retikulum

Brak mitochondriów i chloroplastów (u fotosyntetyzujących pojawiają się odpowiedniki chloroplastów) (autotrofy –
chemosyntetyzujące, fotosyntetyzujące; heterotrofy – pasożyty, saprofity)

DNA nieoddzielony błoną jądrową od cytoplazmy

Błona cytoplazmatyczna może tworzyć wpuklenia zwane mezosomami (odpowiednik mitochondriów) – szczególnie u G-

Rybosomy mniejsze niż rybosomy eukariotyczne

Cała informacja genetyczna zawarta w kolistej cząsteczce DNA (chromosomie bakteryjnym). Obszar zajmowany przez nią
to nukleoid, a cząsteczka DNA nazywana jest genoforem

Brak białek histonowych (eubakterie; u archebakterii występują)

9

Obecność DNA w plazmidach – nietypowe cechy fenotypowe, jak np. odporność na warunki ekstremalne – mają często
kształt szpilki do włosów

Rozmnażanie przez podział (bezpłciowe)

o

Replikacja DNA

o

Przez większość czasu są haploidalne

Cykl komórkowy

o

Faza C – replikacja DNA (około 50% cyklu)

o

Faza G – segregacja chromosomów (20%)

o

Faza właściwego podziału (30%)

Ś

ciana komórkowa z mureiny (peptydoglukan) – nie występuje u archebakterii (u nich warstwa białkowa)

Otoczki śluzowe – najbardziej zewnętrzna warstwa komórki prokariotycznej – ochrona przed wyschnięciem

Wytwarzają rzęski – ruch

Zawartość suchej masy:

50% - B

10% - T

10-20% - RNA(?)

Nukleoid bakteryjny:

Z DNA – 2 zasady purynowe (A,G) i 2 pirymidynowe (C,T)

A=T, C=G
A+G = C+T
(G+C)/(A+T) – stały dla gatunku (dla człowieka 1,5)

Podwyższenie T do 90 stopni powoduje topnienie DNA (denaturacja)
Replikacja DNA – zasada jak u eukariotów (jedna nić w sposób ciągły, druga w sposób przerywany, nowa nić powstaje w kierunku
5’-3’

Helikaza Dna – rozplątuje DNA

Topoizomeraza – tnie DNA

Plazmidy – pozachromosomowa cząsteczka DNA – liniowe, koliste albo w kształcie szpilki do włosów

Wielkość 2,2 – 210 kpZ

Funkcja jak wcześniej + koniugacyjne (tzw plazmidy F)

Replikują się tak samo jak normalne DNA;

Replikacja typu „teta”

– tak się replikują duże plazmidy. Zawierają one ważne

informacje dla komórek bakterii i które są pożądane do przekazania do komórki potomnej w całości, np. plazmidy
koniugacyjne (F) – odpowiadające za proces płciowy u bakterii. Jest w nich zapisana więc informacja, czy dane bakterie są
zdolne do tworzenia pilipłciowych rzęsek – są to bakterie F+, a bakterie niezdolne do tego to bakterie F-. Bakterie F+ łączą
się z F- i dochodzi do koniugacji poprzez mostek koniugacyjny. W procesie koniugacji nie powstaje nowa komórka, a
jedynie dochodzi do wymiany materiału genetycznego. Plazmid może zostać przekazany do komórki F- metodą toczącego
się koła (metoda sigma).

Z kolei

replikacja typu „sigma

” dotyczy małych plazmidów, które losowo dobierają się do komórki potomnej i mogą być

tracone w kolejnych pokoleniach

Zapisane są geny oporności na antybiotyki (plazmidy R lub właśnie koniugacyjne)  może przekazać odporność innej
bakterii, nawet między rodzajami!!! Z tego względu bakterie mlekowe nie powinny mieć plazmidów F – aby nie przekazać
plazmidów oporności na antybiotyki innym bakteriom (np. chorobotwórczym)

W pewnych wypadkach plazmid może zintegrować się z chromosomem bakteryjnym (epison) – np. bakteriofagi

o

Związane z procesem transdukcji

o

Ważne w procesie koniugacji między bakteriami

Cytoplazma – w zasadzie nie różni się od eukariotycznej
Rybosomy mniejsze (70S) – dużo gdy się intensywnie rozmnażają – wówczas procesy metaboliczne muszą zachodzić szybko

W przypadku bakterii występują tzw polisomy (polirybosomy), gdy na m-RNA ponawlekane są rybosomy. UWAGA!!! Większość
antybiotyków swoje działanie opiera na rybosomach bakteryjnych (70S), dzięki czemu zahamowują proces biosyntezy białek
bakteryjnych. Z tego względu nie będą one skuteczne w stosunku do eukariotycznych grzybów (np. drożdży), które mają rybosomy
80S. W stosunku do nich należy zastosować inne mechanizmy, które mogą np. zakłócać biosyntezę ściany komórkowej

10

Wykład 6

Kwas rybonukleinowy – Budowa: najczęściej pojedyncza nić

Zawiera rybozę zamiast deoksyrybozy

Zamiast tyminy zawiera uracyl

W pewnych sytuacjach (np. tRNA) występuje parowanie zasad komplementarnych

RNA uczestniczy w 2 procesach:

o

Transkrypcji – przepisywanie z DNA na mRNA

o

Translacji – na rybosomach, uczestniczy w niej mRNA i tRNA

o

Powstające mRNA komplementarne do nici kodującej DNA. Ta nić DNA nosi nazwę nici
antysensownej, a nić niekodująca - sensownej

Potranskrypcyjna obróbka mRNA – charakterystyczna dla eukariotów – wycinanie intronów, łączenie
egzonów. Proces ten nazywany jest splicingiem

U bakterii wszystkie nukleotydy coś kodują, a za tem nie ma splicingu. Sprawia to że prokarioty są
bardziej podatne na mutacje

Proces biosyntezy białka przebiega w analogiczny sposób, jak u eukariotów

Trójki nukleotydów – kodony na mRNA

tRNA z antykodonem

itp.

Błona cytoplazmatyczna – uniwersalna, podobna do eukariotycznej

Wewnątrz hydrofobowa, na zewnątrz hydrofilowa

Permeazy – enzymy uczestniczące w pobieraniu składników odżywczych

Białka transportowe, integralne

o

Najszybciej pobierane cząsteczki hydrofobowe (np. gazy, które są niepolarne – wiązania kowalencyjne)

o

Najtrudniej cukry i inne duże cząsteczki i kationy metali (polarne)

Uniportery – przenoszą tylko 1 rodzaj związku; symporterzy – przenoszą dwa różne związki w tym samym kierunku;
antyportery – przenoszą 2 różne związki w różnych kierunkach

Jeżeli nie ma mezosomów, to tutaj zachodzą procesy energetyczne, są tu również centra replikacji RNA, a także struktury dla
utrzymywania rzęsek

Tylakoidy – u niektórych bakterii, odpowiednik chloroplastów

Ściana komórkowa

Turgor – ciśnienie wewnątrzkomórkowe

o

Równanie Clapeyrona: pv=nRT

o

dla 1-molowego roztworu wartość pv równa jest 22,4 dm^3

W roztworze hipertonicznym – plazmoliza, a w hipotonicznym – plazmoptyza
1884 – Cristian Gramm wprowadził metodę barwienia. Metoda ta pozwoliła podzielić bakterie na gram + i gram –

Różnice pomiędzy G+ a G-

G+:

Gruba ściana komórkowa, mniej złożona, niż ściana komórkowa G-

Podstawowym składnikiem ściany komórkowej eubakterii jest mureina – peptydoglukan

Mają około 40 warstw mureiny, podczas gdy u G- jest 1,2 lub 3

Mureina zbudowana z podjednostek

o

n-acetyloglukozoamina

o

n-acetylomuramina

Ułożone naprzemiennie, a w drugiej warstwie odwrotna kolejność

Łańcuchy powiązane poprzez aminokwasy
Do każdej cząsteczki n-acetylomuraminy przyłączone tetrapeptydy

n-alanina

d-alanina

Kwas glutaminowy

Kwas 2-aminopinalinowy (?) (diaminopimelinowy?)

a do nich dołączone tetrapeptydy z drugiej warstwy itd.

W strukturze występują tzw kwasy tejchojowe – polimery glicerolu (kilkanaście lub kilkadziesiąt monomerów). Czasami związane z
związkami tłuszczowymi, wpływają na wiele właściwości

Wytwarzają więcej enzymów pozakomórkowych dzięki mniej złożonej strukturze ściany komórkowej

11

G-:

1,2 lub 3 warstwy peptydoglukanu

Bardziej skomplikowana budowa:

o

Wnętrze  błona cytoplazmatyczna  hydrofobowe wnętrze  hydrofilowa część zewnętrzna  przestrzeń
peryplazmatyczna (zlokalizowane tam są różne enzymy)  z warstwą peptydoglukanu związana poprzez
lipoproteiny Browna  dodatkowa błona zewnętrzna podobna do błony cytoplazmatycznej z dwuwarstwą białkowo
– lipidową, zawiera lipopolisacharydy (decydują o właściwościach antygenowych, serologicznych bakterii G-), są
niebezpieczne jako endotoksyny – mogą być źle odczytywane przez nasze receptory

o

Brak kwasów tejchojowych (tejchowych)

Na zewnątrz ściany komórkowej znajdują się kationy wapniowe, które stabilizują zewnętrzną warstwę lipidowo – białkową

Przestrzeń peryplazmatyczna charakterystyczna dla G- - wiele enzymów, np. betalaktamazy – enzymy rozkładające
pierścienie betalaktamowe (z nich zbudowana penicylina)  przez to są niewrażliwe na działanie antybiotyków
penicylinopodobnych!!!

Mniej wrażliwe na barwniki, sole kwasów żółciowych (cholowy i dezoksycholowy) – dodając te kwasy można hamować
rozwój bakterii G+

Niewrażliwe na działanie lizozymu

Lizozym – enzym zbudowany tylko z białka

Zidentyfikowany i opisany przez Aleksandra Fleminga

Naturalnie występuje w przyrodzie w błonie śluzowej, ślinie, łzach

o

Niszczy ścianę komórkową komórek G+  powstają komórki pozbawione ściany komórkowej, tzw protoplasty –
jest to proces protoplastyzacji



Protoplasty można utrzymać przy życiu w warunkach laboratoryjnych, zapewniając stabilność osmotyczną

np. w mleku (lag – faza – przez jego działanie może zmaleć liczba komórek)

Jeżeli zwiąże się kationy wapnia (poprzez EDTA) – spowoduje to destabilizację błony zewnętrznej i lizozym może zacząć
działać – powstają komórki (sferoplasty) – częściowo pozbawione ściany komórkowej

LPS – lipopolisacharydy zbudowane z:

Lipidu A – zamocowany w błonie cytoplazmatycznej

Wielocukier rdzeniowy

Boczny łańcuch złożony z jednostek cukrowych– antygen 0 – właściwości serologiczne bakterii G- - jest podstawą
identyfikacji bakterii G- w obrębie gatunku

Odpowiada za:

o

Utrudnianie dostarczania szkodliwych cząstek

o

Toksyczność dla ludzi

o

Wypadkowy ładunek

Zewnątrzkomórkowe otoczki śluzowe (śluzy)

Ś

luzy są luźniej związane z komórką, można je oderwać podczas wytrząsania

Otoczki ślizowe – nie usuniemy poprzez wytrząsanie

Charakter biopolimerów – polisacharydy lub białka

Na podłożach bogatych w sacharozę:

o

Leuconostoc – sacharoza  dekstran (sacharaza dekstranowa)

Sacharoza  glukoza + fruktoza
Glukoza  dekstran (polimer) – tworzy lepką sieć

Streptococcus (salivarius, mutans) – sacharoza  lewan (biopolimer fruktozy). Lewan jest odpowiedzialny za powstawanie próchnicy
zębów
Celuloza – Acetobacter xylinum – kożuch celulozowy dobry w leczeniu oparzeń – substytut skóry

Substancje śluzowe mogą utrzymywać komórki w zoogleach

o

Symbioza drożdże – bakterie mlekowe: drożdże dostarczają bakteriom witaminę B12, natomiast bakterie rozkładają
laktozę do glukozy i galaktozy, które mogą zużywać drożdże

o

Różne struktury typu sarcina czy staphylococcus są utrzymywane poprzez substancje śluzowe

Ruch bakterii

Ziarniaki się nie poruszają

Rzęski – wypustki (do 20 mikrometrów) cytoplazmatyczne o charakterze białkowym, zbudowane z helikalnie skręconych 3 nici
białkowych (u eukariotów 2 na 9 – 2 centralne i 9 peryferycznych)
U G- są bardziej złożone i skomplikowane, 2 pary pierścieni
U G+ 1 para pierścieni

12

Typy urzęsienia:

Atricha

Monotricha – vibrio

Ditricha

Lophotricha – pseudomonas, gluconobacter

Peritricha – np. Bacillus, clostridium, enterobacteriaceae

Urzęsienie lateralne (selenomonas) – z boku

|Rzęski obracają się 3000 obr/min. Jeżeli ruch ten jest zgodnie z ruchem wskazówek zegara – ruch koziołkowania. Jeżeli ruch ten jest
przeciwnie do ruchu wskazówek zegara – ruch do przodu

Bakterie poruszają się stosunkowo szybko (60 mikrometrów/s)
Ruch bakterii jest ruchem celowym. W zależności od substancji obecnych – chemotaksja – jeżeli pojawią się antrakanty (np.
cząsteczak glukozy), to chemotaksja jest dodatnia, natomiast chemotaksja ujemna występuje w przypadku pojawienia się relegentów
(np. fenol)


Fimbrie (pile)

Zbudowane są z piliny – białko

Są to krótsze rzęski, występujące u bakterii, mające 10 mikrometrów długości

Decydują o przyleganiu – adhezja

F – pilusy – odpowiedzialne za proces rozmnażania płciowego u bakterii (proces paraseksualny – koniugacja)

Megaplazmidy (komórki F+) – na nich zakodowane są informacje genetyczne o biozdolności do wytworzenia F- pilusa – pili
płciowej

Poprzez pilę F+ przyciąga F- i między nimi powstaje mostek koniugacyjny – koniugacja – do komórki biorcy przekazywany jest
plazmid
Jedna nić plazmidu nacięta, zaczyna wchodzić do 2 komórki, do niej zaczynają dołączać się nukleotydy komplementarne, a do
plazmidu dawcy również – powstaje u biorcy plazmid zreplikowany.

F(+) + F(-) = 2F(+)

Plazmid może połączyć się z chromosomem bakteryjnym – komórka Hfr – epison
Chromosom nabiera innych cech – zaczyna się zachowywać jak wielki plazmid – może być przekazany do komórki F- (teoretycznie,
lecz praktycznie tylko kawałek

Ale: plazmid może także się na takiej samej zasadzie wyciąć z chromosomu i znowu powstała by komórka F+. Najczęściej

jednak wycina się z fragmentem chromosomu bakteryjnego – powstaje komórka F’ (chromosom bakteryjny + plazmid z kawałkiem
DNA bakterii – może to być przekazane do innej bakterii (F-)

Substancje zapasowe komórek:

Polisacharydy

Polifosforany (wolutyna – spirillum)

Tłuszcze – kropelki tłuszczu (drożdże),

Związki siarki

Ziarna cjanoficyny (sinice) – źródło azotu

Ponadto wakuole gazowe – zwiększają wyporność i pozwalają na ruch wertykalny (góra – dół)

Wykład 7

Polimer kwasu betahydroksymasłowego – u przetrwalnikujących bakterii tlenowych lub beztlenowych (w niekorzystnych
warunkach bakterie tworzą przetrwalniki)

Endospory i inne formy przetrwalne (Bacillus <kat+>, Clostridium <kat->, sporosarcina, sporolactobacillus)

Endospory

Przetrwalniki są ciepłooporne, z tego względu potrzebna sterylizacja, aby je zniszczyć

Dobrze widoczne w mikroskopie świetlnym (zielonkawy kolor, zagęszczona cytoplazma - około 15 % wody, zupełnie inny
współczynnik załamania światła)

Tworzenie endospor:

Poprzedzone gromadzeniem substancji zapasowych, z których komórka bierze energię do wytworzenia przetrwalników
(głównie kwas betahydroksymasłowy, ponadto tworzony jest kwas dipikolinowy, występujący tylko w przetrwalnikach,
prawdopodobnie jako CZYNNIK CIEPŁOOPORNOŚCI)

Etapy powstawania:

o

Replikacja DNA

o

Niespecyficzny podział komórki – dzieli się błona (2/3 : 1/3), a nie ściana komórkowa. W obrębie protoplastu są 2
błony komórkowe



Korteks – ściana odkładana do wewnątrz



Na zewnątrz ściany komórkowej przetrwalników polipeptydy, tworzą osłonę – egzosporium



Te dwa elementy to około 50% suchej masy całego przetrwalnika

Proces trwa 7 godzin: wzrost stężenia Ca, kwasu dipikolinowego, zmienia się współczynnik załamania światła

13

Czynniki sporulacji:

Brak substancji odżywczych w podłożu – należy spowolnić metabolizm poprzez wytworzenie form przetrwalnych

Nagromadzenie produktów przemiany materii, które są toksyczne dla komórki i należy się przed nimi bronić poprzez
wytworzenie form przetrwalnych

Krótkotrwałe podgrzanie – szok termiczny – niszczy formy wegetatywne i pobudza komórki do tworzenia form
przetrwalnych

Cechy endospor:

Nie mają metabolizmu (dostrzegalnego biochemicznie)

Dużo suchej masy, mało wody

Ciepłooporność (kwas dipikolinowy)

Dużo aminokwasów siarkowych (egzosporium) – niewrażliwość na promieniowanie jonizujące

Czynniki kiełkowania:

Ś

rodowisko bogate w substancje odżywcze

Podgrzanie (pasteryzacja)

Kiełkowanie:

Pobieranie wody

Wzrost aktywności enzymatycznej

Pozbycie się kwasu dipikolinowego (spada ciepłooporność)

Utrata suchej substancji

Komórka wegetatywna wydostaje się biegunowo z endospor

Liofilizacja – zamrożenie, redukcja ciśnienia, sublimacja – wysuszenie w stanie zamrożenia pod próżnią (przeżywa około 5%, ale
przeżyłe komórki są potem bardzo odporne)

Drobnoustroje a środowisko

Duży stosunek powierzchni do objętości sprawia, że środowisko w sposób znaczący wpływa na drobnoustroje, a drobnoustroje na
ś

rodowisko.

Czynniki:

Fizyczne – temperatura, ciśnienie mechaniczne, ciśnienie osmotyczne, promieniowanie, ultradźwięki

Chemiczne – zawartość tlenu w środowisku  potencjał oksydoredukcyjny, pH (wpływ na działalność enzymów, które mają
swoje optymalne pH do działania), obecność metabolitów własnych i obcych

Biologiczne – wzajemne reakcje pomiędzy drobnoustrojami

Temperatura – decyduje o przeżywalności w środowisku

Bakterie: średnio 0 – 100 C, >100 – ekstremofile

Prawo van’t Hoffa – wzrost temperatury o 10 C zwiększa 2-3 razy aktywność enzymatyczną (i odwrotnie) w pewnych granicach –
zbyt wysoka temperatura zwyczajnie denaturuje białka enzymów

Wyróżniamy 3 temperatury kardynalne: optimum, minimum i maksimum

Optimum – przyrost liczby komórek jest największy w jednostce czasu (najkrótszy czas generacji), log faza (krzywa
Monoga)  najszybsze wykorzystywanie składników pokarmowych i przez to szybsze wytwarzanie metabolitów i
zatruwanie się nimi

Minimum – poniżej tej temperatury nie ma wzrostu

Maksimum – powyżej niej wzrost jest niemożliwy, następuje inaktywacja enzymów (denaturacja) i koniec życia

Psychrofile – zimnolubiące, kriofilne

Optimum <20 C

Maksimum ok. 30 C

Minimum -10 – 0 C

Mogą się rozwijać w lodówkach (psychrotrofowe – nawet chorobotwórcze, mogą się rozwijać nawet na produktach
przechowywanych w chłodniach)

0 C – wyraźny wzrost po 14 dniach, a przy 7 C – po 7 dniach

Psychrotrofy niezależnie od optymalnej temperatury mogą się rozwijać w temperaturze 5 C, czyli w warunkach chłodniczych

Większość psychrofili to bakterie G-

o

Pseudomonas (np. chorobotwórcza Pseudomonas aeruginosa)

o

Acinetobacter

o

Achromobacter

o

Flavobacterium

o

Mikrokoki i Lactobacillus – G+

o

Ponadto drożdże dzikie (Hansenula, Candida, Rhodotorula) i pleśnie (jeżeli nie psychrofilne, to przynajmniej
psychrotrofowe – rozwijają się w warunkach chłodniczych)

14

Budowa i skład komórki

Więcej kwasów nienasyconych, dzięki temu niższa jest temperatura krzepnięcia (błona komórkowa nie powinna być stała,
więc przy tak niskich temperaturach, w jakich występują psychrofile, ich błona komórkowa powinna zawierać więcej
tłuszczów nienasyconych)

Ze względu na niską temperaturę powietrza w komórce powstawałyby kryszytałki lodu, które rozrywałyby komórkę. Z tego
względu komórka musi wytwarzać białka szoku zimna (CSP – cold shock protein), które uniemożliwiają powstawanie
kryształków lodu. Cecha ta jest zapisana na PLAZMIDACH!!!

Minimalne temperatury:
Drożdże: -34 C
Bakterie: -20 C
Enterococcus: -2 C
Clostridium botulinum: 3-4 C

Termofile

– 45-50 C opt. – Większość termofili to bakterie G+

Bacillus

Clostridium

Enterococcus

Streptococcus

Lactobacillus

Campylobacter (G- - wyjątek)

Podział:

Stenotermofile – wąski zakres tolerancji: Campylobacter jejuni, opt 42-45, max <50, min 30 (OPTYMALNA TEMP JEST
W ZAKRESIE TEMPERATUR CIAŁA DROBIU – drób jest zatem jednym ze źródeł zakażenia, a grilowanie mięsa nie
zabija bakterii, gdyż często T mięsa podczas tego procesu nie przekracza 50 C

Eurytermofile – szeroki zakres tolerancji – Bacillus, Clostridium

Termorolerancyjne – optymalne dla mezofili, ale mogą żyć nawet w temperaturze znacznie wyższej – gronkowce,
enterokoki, E.coli typu kałowego (może żyć w T 44 C – różni się od pozostałych coli (Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter).

Termofile występują w ekstremalnych warunkach

Odporność na T: Bakterie > grzyby; ziarniaki > pałeczki; glony (max 40) < pierwotniaki (max 50) < grzyby (max 60)

Termofile:

Wyższa zawartość tłuszczów nienasyconych

Sztywniejsza struktura 2 i 3 rzędowa białek

Większa zdolność wiązania metali (Mg – stabilizuje białka enzymatyczne)

Mogą wytwarzać białka HSP (hot shock protein)

Więcej guaniny i cytozyny (wyjątek Clostridium)

Drobnoustroje ciepłooporne

: 90% populacji przeżywa ½ h ogrzewania w temperaturze 62,8 C

Najsilniej ciepłooporne:

Listeria

Enterococcus

Streptococcus

Staphylococcus

Ich obecność obniża skuteczność pasteryzacji.

Punkt śmierci cieplnej

– temperatura, która zabija daną hodowlę drobnoustrojów w określonym czasie (10 min). Dla Saccharomyces

cerevisiae jest to temperatura 57,5 C

Czas śmierci cieplnej

– czas do zabicia danej populacji w określonej temperaturze (120 C)

Dziesiętny czas redukcji

– czas potrzebny do zabicia 90 % komórek w określonej temperaturze (120 C) – związane z procesem

sterylizacji

15

Sterylizacja – 12 cykli logarytmicznych

Wyobraźmy sobie próbkę jakiegoś produktu w kształcie sześcianu o objętości 1 cm^3. Zakładamy, że w tym sześcianie
znajdują się wyłącznie bakterie Clostridium botulinum (nic poza bakteriami nie ma). Zakładając, że bakterie te są w kształcie
sześcianów o długości 1 mikrometra, a sześcian ma bok o długości 10000 mikrometrów (10^4) – objętość 1 cm ^3, to w
takim sześcianie może znajdować się maksymalnie (10^4)^3 czyli 10^12 komórek (bilion). Prowadząc sterylizację przez 12
cykli logarytmicznych można zatem teoretycznie doprowadzić do pozostania 1 komórki. Jest to bardzo duży zapas ponieważ:

o

Komórki bakterii są większe niż 1 mikrometr

o

W takiej próbce nie znajdują się wyłącznie bakterie

Zatem sterylizując przez 12 cykli logarytmicznych możemy teoretycznie pozbyć się wszystkich bakterii.

Wpływ czynników zewnętrznych na efekt działania temperatury na drobnoustroje:

Woda – im więcej wody w komórce, tym łatwiej zniszczyć drobnoustroje (inaktywacja termiczna, denaturacja białek).
Dlaczego? Woda jest dipolem. Im więcej wody, tym bardziej następuje redukcja wiązań S-S w białkach, powstają wiązania
S-H, które destabilizują strukturę białek. Ponadto obecność wody obniża energię aktywacji wiązań peptydowych

Zawartość tłuszczu – im więcej tłuszczu w środowisku, tym trudniej zniszczyć białka. Tłuszcz pełni funkcję ochronną,
obniża skuteczność termicznej inaktywacji drobnoustrojów, podwyższa ciepłooporność. Dla przykładu:

o

Escherichia coli w śmietanie ma punkt śmierci cieplnej 73C, w mleku 69, a w serwatce 63

Zawartość węglowodanów – obniża skuteczność działania temperatury. Węglowodany podwyższają ciśnienie osmotyczne,
następuje odciągnięcie wody, a mniejsza ilość wody zwiększa odporność drobnoustrojów na T  trudniej zniszczyć

Białka – tak jak węglowodany

Jony – Mg, Ca stabilizują komórki, ścianę komórkową; po przekroczeniu destabilizacja; Na, K – patrz węglowodany

Antybiotyki, antyseptyki, fitoncydy – podnoszą skuteczność działania temperatury

Witaminy – ochrona drobnoustrojów przed termiczną inaktywacją

Czynniki związane z drobnoustrojami:

Wielkość populacji – im większa populacja, tym gorsza skuteczność działania temperatury

Wiek drobnoustrojów – najodporniejsze są dojrzałe komórki znajdujące się w fazie wzrostu stacjonarnego

Pochodzenie drobnoustrojów. Bardzo wrażliwe są te, które były hodowane w warunkach laboratoryjnych, a odporniejsze są
pochodzące ze środowiska naturalnego

Otoczki śluzowe i śluzy – funkcja ochronna

16

Wykład 8

Wpływ pH na termiczną inaktywację drobnoustrojów

Najmniej wrażliwe drobnoustroje w optymalnym pH

Clostridium (proteolityczna) pH opt około 7; 0,51 min

o

pH 5 – 0,12 min

Jałowość handlowa – pozostałe drobnoustroje w warunkach przechowywania nie rozwijają się

Wpływ ciśnienia osmotycznego na termiczną inaktywację bakterii

1 M – 22,4 atm

Ciśnienie osmotyczne może doprowadzić do plazmolizy (stężenie zewnętrzne większe) lub plazmoptyzy (stężenie danej
substancji niższe na zewnątrz)

1% roztwór NaCl to ciśnienie osmotyczne około 6,1 atm, natomiast 1% roztwór sacharozy – tylko 0,7 atm. Jest to
spowodowane tym, że:

o

NaCl dysocjuje, przez co zwiększa się stężenie molowe

o

NaCl jest lżejszy, więc przy takim samym stężeniu procentowym jest więcej moli NaCl niż sacharozy

Drobnoustroje osmofilne (drożdże, – Saccharomyces rouxii) – lubią wysokie stężenie (sacharozy itp., dlatego występują m.in. na
dżemach)
Drobnoustroje osmooporne – w wysokich stężeniach nie rozwijają się, ale nie giną

G- są bardziej wrażliwe na ciśnienie osmotyczne niż G+

Grzyby mniej wrażliwe niż ogólnie bakterie

Ziarniaki mniej wrażliwe niż pozostałe formy morfologiczne

Drobnoustroje halofilne – wymagają wysokiego stężenia NaCl

Brak mureiny w ścianie komórkowej – w grupie archebakterii

Łagodne 2-5%

Umiarkowane 5-20%

Skrajne 20-30%

Szereg enzymów wymaga aktywacji przez kation sodowy Na+

Halobacterium – podobne do Pseudomonas

Halococcus – podobne do Sarcina i Micrococcus

Drobnoustroje solooporne – nie giną w wysokich stężeniach NaCl, ale nie rozwijają się
Drobnoustroje solotolerancyjne – wytrzymują podwyższone stężenie soli i mogą się rozwijać (Enterokoki, Gronkowce!)


Wrażliwe na sól:

Coli – nie rozwijają się już przy stężeniu 1%, Proteus
Mlekowe mniej wrażliwe (3%) – dodatek soli do kiszonek hamuje rozwój powyższych drobnoustrojów, ale nie niszczy

mlekowych – jednak zbyt duże dodanie soli może uniemożliwić nawet rozwój bakterii mlekowych

Wpływ aktywności wody – związane z ciśnieniem osmotycznym – na ile woda dostępna jest dla drobnoustrojów?

Prężność pary nad roztworem/prężność czystego rozpuszczalnika = ułamek molowy rozpuszczalnika

Minimalne wartości:

Bakterie 0,91

Drożdże 0,88

Pleśnie 0,80

Bakterie halofilne 0,75

Bakterie kserofilne 0,65

Wpływ ciśnienia mechanicznego

Drobnoustroje barofilne (1 bar = 750 mmHg

o

Nie dają się hodować przy normalnym ciśnieniu

Drobnoustroje barotolerancyjne

Ciśnienie mechaniczne może hamować rozwój niektórych bakterii. Dlatego można stosować je np. do konserwowania mięsa –
ciśnienie wówczas nie działa bezpośrednio na mięso, ale na płyn, w którym umieszczamy mięso

Wpływ ultradźwięków

Niekorzystne są powyżej 20 kHz – bakteriobójcze działanie na większość bakterii

Kawitacja – rozrywanie komórek pod wpływem drgań; drgania powodują rozdzielenie fazy gazowej i fazy wodnej
cytoplazmy, powstają pęcherzyki gazu, które rozrywają komórkę

Najbardziej odporne są ziarniaki i bakterie przetrwalnikujące

Stosuje się m.in. do pozyskiwania enzymów z wnętrza bakterii – w tym przypadku nie można stosować podwyższonej
temperatury w celu zniszczenia bakterii i pozyskania enzymów, ponieważ istnieje możliwość denaturacji białek
enzymatycznych

17

Wpływ napięcia powierzchniowego

Wpływa na dobry lub zły wzrost drobnoustrojów

o

Podział

o

Wzrost

o

Powstawanie kolonii

o

Tym wzrostu na podłożu płynnym

SDS – sól sodowa siarczanu dodecylowego

Wpływ promieniowania elektromagnetycznego

Kosmiczne < 0,001 nm

Fale radiowe do 10 km

Widzialne 400-800 nm

E = hc/lambda (długość fali)

Energia absorbowana jest przez wiązania, często zachodzą niekorzystne reakcje
1 kwant, około 5eV – widzialne – bardzo małe działanie bakteriobójcze
UV – zdecydowanie większe działanie

Oddziałuje na zasady purynowe i pirymidynowe – czynnik mutagenny, może zmieniać właściwości drobnoustrojów.
Wyższa dawka jest letalna. Powodować może:

o

Błędne podstawienie zasad w replikacji

o

Pękanie łańcuchów DNA

o

Powstawanie wolnych rodników/nadtlenków

o

Pękanie łańcuchów polipeptydowych

o

Radiolizę wody

Radiacyjne metody utrwalania żywności stosowane są wobec:

Przypraw

Czosnku

Cebuli

Grzybów

Suszonych warzyw

Czy sprzętu medycznego

Skuteczność zależy od radiooporności drobnoustrojów

Wielkości populacji

Temperatura

Zawartość wody

Ś

rodowisko drobnoustrojów

Najbardziej odporne są przetrwalniki (mostki siarczkowe w egzosporium!!!)

Najbardziej wrażliwe są bakterie G-

Wzrost wrażliwości jest następujący:

G-  grzyby  G+

Deinococcus

Wytrzymują promieniowanie 300x większe niż człowiek (1,5 mln radów)

Mają mechanizmy błyskawicznej naprawy DNA (1500 genów na 3000 odpowiedzialnych jest za naprawę DNA)

Dwa chromosomy bakteryjne (drugi prawdopodobnie z megaplazmidu)

Wpływ pH na wzrost drobnoustrojów

Każdy enzym ma swoje optymalne pH, przy którym jest najbardziej aktywny. Enzymy decydują o życiu komórek, a zatem

pH ma duży wpływ na wzrost drobnoustrojów.
Ponadto pH wywiera wpływ na przepuszczalność błony cytoplazmatycznej.

Większość środowiska ma pH od 5 do 9. Dla większości drobnoustrojów optymalne pH wynosi 6,5 – 7,5.

Grzyby lepiej rozwijają się w kwaśnym pH

Bakterie lepiej rozwijają się w obojętnym pH

Bakterie mlekowe

Wytwarzają kwas mlekowy nawet do pH 2,5 – 3 – ale same giną ☺
Powinny być odporne na niskie pH (probiotyki)

Thiobacillus, Thiothrix – wytwarzają H2SO4 z siarki
Nitrosomonas, Nitrobacter – wysokie pH (około 8). Niektóre wytwarzają nawet pH około 13!!

18

Optymalne pH

Gnilne 6,5

Przetrwalnikujące tlenowce 5,5

Coli 4,5 – 5

Masłowe 4,2 (pojęcie minimum cukrowego) wytwarzają kwas masłowy, CO2, H2; np. Clostridium butyricum, butylicum;
NIE BOTULINUM (silnie proteolityczna, nie wytwarza kwasów z cukrów)

Bakterie mlekowe 3-3,5

Drożdże 2,5

Pleśnie 2

PH często może wpływać na kierunek działania drobnoustrojów:

Saccharomyces cerevisiae – przy pH 4,5 wytwarzają etanol, natomiast przy pH 8,5 – glicerol

Aspergillus niger – w przypadku pH 2 wytwarzają kwas cytrynowy, natomiast pH 7 – kwas szczawiowy

Wpływ potencjału oksydoredukcyjnego na drobnoustroje

Zdolność środowiska do przyjmowania elektronów. W warunkach tlenowych jest on wyższy, natomiast beztlenowe obniżają
go

Tlenowce ze źródła węgla produkują CO2 i H2O (Pseudomonas, Micrococcus, drożdże, pleśnie)

Beztlenowce – nie wytwarzają katalazy na H2O2 powstające w warunkach tlenowych (Clostridium)

Względne beztlenowce – Lactococcus, Leuconostoc, Listeria, Enterococcus, Staphylococcus, drożdże szlachetne

Mikroaerofile – Listeria, Propionibacterium, Campylobacter

Potencjał oksydoredukcyjny:

Poniżej - 200 mV jest optymalny dla beztlenowców (Clostridium botulinum)

Między – 200 mV a + 200 mV – dla względnych beztlenowców

Powyżej +200 mV – dla aerobów

Wpływ elektrolitów

Kationy Na+, Mg2+, Ca2+ w odpowiedniej ilości są niezbędne

o

Aktywują enzymy

o

Na i K – wpływ na ciśnienie osmotyczne

o

Lżejsze są mniej toksyczne

o

Im większa wartościowość, tym bardziej toksyczne

o

G+ są bardziej wrażliwe niż G-

Azydek sodu, telluryn sodu/potasu

– hamują rozwój drobnoustrojów

Środku dezynfekcyjne

Alkohole – tym skuteczniej działają, im większy ciężar cząsteczkowy

o

Najlepszy jest etanol 50-70% - wyższe stężenie (np. 96%) powoduje odciągnięcie wody i zwiększenie odporności
drobnoustrojów

Fenole, krezole

Aldehydy

I inne

Antybiotyki

– wytwarzane przez grzyby (20%), promieniowce (60%) i bakterie

Hamowanie translacji

Zakłócenia w syntezie ściany komórkowej

Zahamowanie przepuszczalności błony komórkowej

Nizyna – wytwarzana przez bakterie mlekowe, rodzaj bakteriocyny

Hamuje rozwój Clostridium (produkcja serów, dojrzewanie serów podpuszczkowych, (Lactococcus Lactis wytwarzają
nizynę)

WZAJEMNE ZALEśNOŚCI MIĘDZY DROBNOUSTROJAMI

Neutralizm

Komensalizm

Protokooperacja

Symbioza

Konkurencja

Amensalizm

Pasożytnictwo

Drapieżnictwo

19

Neutralizm

– obojętne stosunki (Bacillus + drożdże dzikie)

Komensalizm

– dla jednego pozytywne, dla drugiego obojętne – np. Escherichia coli w przewodzie pokarmowym człowieka (jest to

nieco dyskusyjne, gdyż czasem bakterie te mogą stać się dla człowieka niebezpieczne – np. gdy organizm jest osłabiony)

Protokooperacja

– korzystna dla obu stron, ale niekonieczna (Bakterie mlekowe w zakwasie – uniemożliwia rozwój bakterii

masłowych (kultury starterowe)

Symbioza (mutualizm)

– korzystne dla obu stron i konieczne dla ich przetrwania (ziarna kefirowe – drożdże + bakterie – drożdże

dają bakteriom witaminę B, a same korzystają z cukrów rozłożonych przez bakterie)
Ektosymbioza – jeden organizm poza drugim (porosty)
Endosymbioza – jeden organizm wewnątrz drugiegi

Mikroorganizmy + rośliny (bakterie brodawkowe (mikrosymbionty) i rośliny motylkowe (makrosymbionty))
Mikroorganizmy + zwierzęta – mikroflora żwacza u przeżuwaczy (bakterie propionowe, Ruminococcus, grzyby,

pierwotniaki)

Mikroorganizmy + człowiek – mikroflora skóry (propionowe, paciorkowce, gronkowce, drożdże – Candida albicans) –

obniżają pH skóry, dzięki czemu zabezpieczają przed bakteriami chorobotwórczymi

Konkurencja

(o deficytowy składnik – te, które szybciej się rozmnażają zwyciężą – np. drożdże dzikie kontra drożdże szlachetne)

Amensalizm

– rozwój hamowany przez toksyny drugiej – np. antybiotyki, bakteriocyny itp.

Pasożytnictwo

(

względne

– np. E.coli <niegroźne dla zdrowego człowieka, u osłabionego potrafią wywoływać choroby; 0157 H7 –

enterokrwotoczna>;

bezwzględne – chorobotwórcze

;

nadpasożytnictwo

– pasożytowanie na drobnoustrojach chorobotwórczych

(bakteriofagi  zniszczenie w cyklu litycznym)

Drapieżnictwo

(przecinkowce Bdellovibrio …)

Metabioza

– następstwo organizmów po sobie – jedne drobnoustroje poprzez aktywność życiową tak zmieniają środowisko, że same

giną, a stwarzają warunki do rozwoju innych – np. naturalne psucie się mleka: Escherichia coli 





 Lactococcus 





 Lactobacillus 







pleśnie 





 ponownie Escherichia coli;

Jabłko: drożdże wytwarzają etanol z cukrów, a następnie bakterie octowe mogą korzystać z etanolu wytwarzając kwas

octowy

Synergizm – efekt działalności kilku rodzajów drobnoustrojów, lepszy niż w przypadku oddzielnego stosowania

WPŁYW DROBNOUSTROJÓW NA ŚRODOWISKO
Rośliny – główny producent biomasy
Zwierzęta – konsumenci biomasy roślinnej, producenci biomasy zwierzęcej
Drobnoustroje – reducenci – zapewniają obieg pierwiastków w przyrodzie (C, spalanie do CO2 i H2O, CO2 do atmosfery,
asymilacja przez producentów itd; w przypadku beztlenowych warunków rozkład biomasy do amoniaku, siarkowodoru, H2 itp.)

Obieg azotu (78% powietrza)

Za wykorzystanie azotu odpowiedzialne drobnoustroje

Jon amonowy – końcowy produkt degradacji białek (deaminacja)  do wody: jon amonowy przekształcany do azotynów i
azotanów przez NITROSOMONAS, NITROBACTER  pobieranie przez rośliny

W warunkach beztlenowych denitryfikacja (azotany 





(redukcja)amoniak 





powstaje tlen dla mikroorganizmów) –

BACILLUS I NIEKTÓRE ENTEROBACTERIACEAE

Wiązanie wolnego azotu – ACETOBACTER, RHISOBIUM (brodawkowe); każda z roślin motylkowych ma odpowiednie
bakterie brodawkowe

AZOTOBACTER, CLOSTRIDIUM – niesymbiotyczne wiązanie azotu
(DESULFOVIBRIO?)

NH3 





(Nitrosomonas) NO2 





(Nitrobacter) NO3 (nitryfikacja)

Udział bakterii w krążeniu azotu:

Amonifikacja – amoniak ze związków białkowych w wyniku rozkładu białek z martwej materii organicznej

Nitryfikacja: Nitrosomonas, Nitrobacter, równolegle proces denitryfikacji (zubożenie gleby w azot)

Proces wiązania azotu

o

Symbiotyczny = Rhisobium

o

Niesymbiotyczny – jak wyżej

Wykład 9

Obieg siarki (około 1% suchej masy komórek żywych) – znajduje się m.in. w aminokwasach siarkowych (cystyna, cysteina,
metionina) w koenzymie A itp.
Udział drobnoustrojów w obiegu siarki:

W warunkach tlenowych: SHSO3H (kwas sulfonowy)(desulfonacja) H2S  siarczynysiarczany przyswajalne
przez rośliny jako źródło siarki

W warunkach beztlenowych (np. bakterie Clostridium, Proteus): Cysteina  siarkowodór

20

Możliwe są również reakcje:
Siarczany siarczyny  siarka  H2S (przez Desulfovibrio
S, H2S  siarczyny (Thiobacillus, Beggiatoa, Thiothrix; Chlorobium (beztlenowe))

Obieg fosforu (fosforany przyswajalne pochodzą m.in. z kwasów nukleinowych, ATP, również jako produkty pośrednie
metabolizmu cukrów)

Martwa biomasa  uwalnianie fosforu w postaci fosforanów (przy pomocy enzymów o nazwie ESTERAZY)

Promieniowanie drobnoustrojów (G-, tlenowe: Pseudomonas, Photobacterium phosphoreum) – substratem jest mononukleotyd
LUCYFERYNA. Podczas enzymatycznego utleniania lucyferyny (enzym lucyferynaza) powstaje lucyferyna wzbudzona. Elektrony
wzbudzone, wracając na stan podstawowy emitują kwant energii o długości fali 490 nm, czyli w zakresie światła widzialnego.
Może być również emitowane promieniowanie niewidzialne (Górditcha? Górdicza?) o długości fali 190 – 250 nm

Wydzielanie ciepła
Część energii drobnoustrojów idzie na produkcję ATP, a część jest wydzielana na zewnątrz w postaci ciepła.

Termogeneza (przykład metabiozy)

Mezofile występujące w np. kompoście, torfie, a nawet w mące, mogą podwyższać temperaturę, wydzielając ciepło, dzięki czemu
następnie możliwy jest rozwój termofili, które również podwyższają temperaturę.

Obniżanie potencjału oksydoredukcyjnego
Większość bakterii jest tlenowych, występuje w środowiskach tlenowych, a zatem ich rozwój i przyswajanie tlenu powoduje
obniżenie potencjału oksydoredukcyjnego

Zmiana pH pod wpływem rozwoju bakterii

Alkalizacja – np. bakterie Nitrosomonas, Nitrobacter, gnilne

Zakwaszanie – w środowisku z dużą zawartością cukrów – zachodzi fermentacja (np. octowa, propionowa, mlekowa itp.)

Uzupełnienie do drożdży

W cyklu rozwojowym Saccharomyces cerevisiae zachodzi przemiana pokoleń:

W normalnych warunkach zachodzi pączkowanie (wszystkie pokolenia są diploidalne 2n)

Gdy przeniesiemy je w warunki niekorzystne, zaczynają wytwarzać zarodniki (n) (mejoza)

Gdy przeniesiemy je na brzeczkę z optymalnymi warunkami, zarodniki wydostaną się na zewnątrz (nadal n) i zacznie się
rozmnażanie przez pączkowanie – linia drożdży haploidalnych (kolonie takie można poznać po tym, że są mniejsze od
diploidalnych)

Okazuje się, że istnieją odmiany alfa, (które wydzielają peptyd o 13 aminokwasach i mające receptory a) i a (wydzielające
peptyd o 12 aminokwasach i mające receptory alfa)

Gdy takie dwie odmiany zarodników spotkają się, zachodzi proces rozmnażania płciowego, który tutaj również zwany jest
koniugacją. Powstaje diploidalna zygota i rozmnażanie przez pączkowanie  linia drożdży diploidalnych (aż do kolejnego
przeniesienia w warunki niekorzystne). Można zatem mówić tutaj o przemianie pokoleń, gdy naprzemiennie występują
pokolenia haploidalne i diploidalne.

Jako przykład praktycznego zastosowania można podać drożdże winiarskie. Są to drożdże, które powinny tworzyć mocne
wino, przynajmniej tego oczekujemy. Zatem w środowisku powinno być dużo cukrów, czyli drożdże winiarskie powinny
być osmofilne. Ponadto, przy dużej ilości wytwarzanego alkoholu drożdże powinny być odporne na takie jego ilości.
Występują drożdże osmofilne, ale nieodporne na wysokie stężenie alkoholu i odwrotnie. Dlatego zachodzi konieczność
zmuszenia drożdży do przemiany pokoleń. Przenosząc je w niekorzystne warunki zmuszamy je do tworzenia zarodników,
które następnie przy przeniesieniu na brzeczkę wydostają się na zewnątrz. Na tym etapie mieszamy ze sobą dwie kolonie o
oddzielnych cechach (jedna kolonia osmofilna, druga odporna na wysokie stężenie alkoholu). Zachodzi koniugacja, w
wyniku której powstają diploidalne zygoty o obu pożądanych przez nas cechach.

Riketsje i chlamydie

Eubakterie dzielimy na:

G- (gracilicutes): Enterobacteriaceae, ziarniaki:, Neiseria gonorroheae(?), Neiseria meningitilis, Chemophilus (pałeczki,
zapalenie płuc), krętki, sinice, riketsje, chlamydia

G+ (firmicudes)

Pozbawione ściany komórkowej (mykoplazmy, tenercutes) – najmniejsze samoreplikujące się organizmy, zawierają w
materiale genetycznym 500 tys par zasad

Krętki – G-, giętkie ściany komórkowe, posiadają włókna osiowe wewnątrz komórki, dzięki którym możliwy jest ruch; (Borelia)
Riketsje, chlamydie – pasożyty bezwzględne, obligatoryjne, G-, mogą rozwijać się tylko i wyłącznie w żywych organizmach.
Dlatego nie da się ich chodować na pożywkach w laboratorium, ale na zarodkach kurzych

Riketsje – 0,5 mikrometrów, pałeczki – powodują gorączki plamiste z gór Skalistych, tyfus plamisty

Riketsja Prowazekii – przenoszona przez wszy, kleszcze, niegroźna dla nich, za to groźna dla człowieka

R. typhii – powoduje dur mysi, nosicielami są szczury

Coxiella burnetti – powoduje tzw gorączkę Q, jest odporna na niekorzystne warunki (pasteryzacja w 60 st nie niszczy jej)

o

Przenoszona przez kleszcze na bydło

o

Przez mleko dostaje się do organizmu człowieka – powoduje gorączkę plamistą

Bartonella – przenoszona przez komary, powoduje anemię; wytwarza hemolizynę

21

Chlamydiophila (chlamydie)

Kuliste

G-

Patogenne dla ludzi

Mogą rozwijać się wyłącznie w żywych organizmach – mają defekt metaboliczny, przez co nie mogą wytwarzać ATP z ADP
– muszą korzystać z ATP gospodarza (pasożyty energetyczne)

Clamydiophila trachomatis – powoduje jaglicę, chorobę oczu, która prowadzi nawet do utraty wzroku
Ch. psitaci – powoduje choroby ptasie, przenoszona na człowieka przez ptaki, często wywołuje zapalenia płuc

Bakterie śluzowe; myxobakterie

Mogą rozkładać drewno enzymatycznie

Rozkład peptydoglukanu (znajduje się w ścianach komórkowych, dlatego można je uznać za drapieżniki)

Często zdolne do bioluminescencji

Promieniowce

G+, actinomycetales (dawniej)

Były wykorzystywane do produkcji streptomycyny

Do innych bakterii podobne są tym, że są to organizmy prokariotyczne, G+, a różnią się od nich tym, że tworzą długie,
nitkowate organizmy, podobne do pleśni

Formy proste – Mycobacterium leprae (trąd) i Mycobacterium tuberculosis (gruźlica)

Formy złożone – tworzą grzybnię i zarodniki – egzo lub endospory, artrospory lub oidia;

o

Suche, zwarte, silnie przylegają do podłoża

o

Zarodniki gładkie, wyposażone w wypustki, dzięki którym mogą być przenoszone przez powietrze

Większość promieniowców ginie w temperaturze 60-75 C

Kolonie ładnie zabarwione, rosną wolniej niż kolonie innych bakterii, wzrost promienisty

Jako źródła węgla mogą zużywać celulozę, ligninę, n-parafinę

W największej ilości występują w glebie, jednak 100 razy mniej niż innych bakterii (?)

Nadają charakterystyczny zapach gleby (geosmina – substancja, alkohol 10-węglowy, wytw przez Streptomyces griseus)

WIRUSY (virales)

Grupa czynników chorobotwórczych zdolnych do przejścia przez filtry bakteriologiczne. Wyjątkiem są nanobakterie, które
również mogą przechodzić

Co je różni od innych organizmów?

Tylko 1 rodzaj kwasu nukleinowego

Brak budowy komórkowej

Niezdolne do życia poza komórką żywiciela

Brak własnych enzymów – brak życia

Jest to kwas nukleinowy w otoczce białkowej, pełniącej funkcję ochronną. Wirus zbudowany jest z kwasu nukleinowego i kapsydu,
które łącznie tworzą nukleokapsyd.

Zakażenie roślin można poznać po zmianach nekrotycznych, a zakażenie bakterii to charakterystyczne łysinki na koloniach

Taksonomia:

Morfologia

Budowa genomu

Właściwości fizykochemiczne

Właściwości antygenowe

Rzędy (1) - Mononengavirales
Rodziny (71) (-viridae), podrodziny – virinae; Herpesviridae – ospa wietrzna, pewne typy białaczki
Rodzaje (174) (-virus)
Gatunki (około 5000)

Adenoviridae – zakażenia dróg oddechowych
Papovaviridae – rak szyjki macicy
Hepadnaviridae
Paramyxoviridae
Orthomyxoviridae
Reoviridae – rotawirusy, wirusy biegunek niemowląt
Picornaviridae
Togaviridae
Rhabdoviridae
Retroviridae – HIV

22

Naturalni gospodarze:

Rośliny – wirusy roślinne, np. wirus mozaiki tytoniowej, jako pierwszy zbadany

Zwierzęta – wirusy zwierzęce – ospa, odra, grypa

Bakterie – wirusy bakteryjne (fagi)

Roślinne – nośnikiem informacji genetycznej jest RNA, pojedyncza nić (ssRNA)
Zwierzęce – podwójna nić DNA lub RNA – pojedyncza lub podwójna nić
Bakteryjne – DNA – pojedyncze lub podwójne lub RNA – pojedyncze lub podwójne

Escherichia coli – pożywka stała (na szalce Petriego) – w pewnych miejscach obserwowany brak wzrostu

- pożywka płynna – klarowne w całej objętości. (E.coli jako bakteria względnie beztlenowa w stanie niezakażonym

daje zmętnienie w całej objętości pożywki płynnej)

Wielkość wirusów

Colifagi – bardzo duże (200 nanometrów) (170 kpz)

Największe są wirusy bakteryjne, małe są zwierzęce

Mogą być również małe bakteriofagi (20 nm, MS2 (?))

Wirus mozaiki tytoniowej:

Ś

rednica około 10 nm, długość około 300 nm

Składa się z kapsydu złożonego z kapsomerów ułożonych w postaci śruby, której skok wynosi 2 – 3 nm. Kapsomery złożone
są ze 158 aminokwasów

Izolacja fagów:

Escherichia coli na pożywce płynnej

Infekcja fagami – liza komórek bakteryjnych, uwolnienie fagów

Wiruje się podłoże w ultrawirówce – oddzielone większe fragmenty ściany komórkowej, nad osadem powstaje lizat –
uwolnione cząstki fagowe

Rozcieńczamy lizat (10^-10)

Posiew na płytkę zawiesiny dobrej z dodatkiem 1 cm3 lizatu

Liczymy łysinki

Fagi

:

Lityczne (zjadliwe)

Lizogenne – zmiany pewnych właściwości bakterii

Lityczne – infekcja:

Adsorpcja faga na powierzchni komórki bakteryjnej

Skureczenie ogonka helikalnego

Wstrzyknięcie przez rdzeń DNA do komórki, kapsyd pozostaje na zewnątrz

Czasem uda się komórce bakteryjnej pociąć obcy DNA ze względu na obecne mechanizmy obronne, jednak nie zawsze

Replikacja DNA fagów:

o

Białka wczesne – umożliwiają odtworzenie poszczególnych elementów cząstek faga

o

Białka późne – umożliwiają wydostanie się komórek fagów z komórki (liza komórki)

Składanie elementów faga, wpychanie DNA do główki

Liza komórki – uwolnienie fagów

Eklipsa – utajony rozwój faga w komórce

Infekcja lizogenna:

W przeciwieństwie do zjadliwych nie prowadzi do śmierci komórek

DNA faga włączane do DNA gospodarza – powstaje tzw profag (fag lizogenny wbudowany w genom bakterii) – coś w
rodzaju episonu; następuje rozmnażanie, w kolejnych pokoleniach występuje DNA faga

Przykłady:

o

Corynebacterium diphteriae – maczugowiec błonicy

o

Streptococcus pyogenes – wywołuje chorobę, gdy komórki są lizogenne

o

Clostridium botulinum – prawdopodobnie wytwarza jad kiełbasiany, gdy komórki są lizogenne

o

Vibrio cholerae

Niektóre czynniki mogą spowodować przejście faga w cykl lityczny z uwolnieniem nowych cząstek fagowych. Wówczas DNA
rozpada się, uwalniany jest DNA faga, następuje replikacja i wytwarzanie elementów faga, podczas wpychania DNA do główek faga
może dostać się materiał genetyczny bakterii. Wówczas przy kolejnym zakażeniu innej bakterii ten materiał genetyczny może być jej
przekazany – jest to tzw transdukcja – przenoszenie informacji genetycznej między bakteriami przy użyciu tzw wektorów
wirusowych

23

Można zatem wyróżnić następujące czynniki zmienności genetycznej bakterii:

Koniugacja

Transdukcja

Transformacja

POGLĄDY NA WIRUSY:

Wirusy to forma pośrednia pomiędzy materią ożywioną a nieożywioną

Ś

ciśle bezwzględne pasożyty powstałe z komórki prokariotycznej lub eukariotycznej w toku ewolucyjnym

Wirusy to fragmenty DNA, które wydostały się z komórki roślinnej lub zwierzęcej (dlatego wirusy roślinne atakują tylko
rośliny, a zwierzęce – zwierzęta)

Wiroidy – 200 – 300 nukleotydów, fragmenty DNA atakujące jądra komórkowe roślin; one tylko odtwarzają swoje struktury i
opuszczają roślinę

PRIONY

Cząsteczki białka powodujące degeneratywne schorzenia mózgu u bydła (BSE), u owiec (SCRAPPIE) i u ludzi (choroba
Creutzfelda Jakoba)

Odkryte przez Prusinera

Są to cząstki białkowe odporne na wysoką temperaturę!!

Czynnikiem patogennym jest białko, a nie kwas nukleinowy, i jak dotąd nie znaleziono ani trochę materiału genetycznego w
prionach.

Białka:

PRP

C

– prawidłowe białko – warunkowane przez geny na 20 chromosomie człowieka, prawdopodobnie uczestniczą w

transporcie jonów Cu

2+

, są niezbędne, aby możliwe było zainfekowanie przez białko:

PRP

SC

– szkodliwe, patogenne białko prionowe – odciska się na białku PRP

C

i przekształca je w białko prionowe.

Białka te mają taką samą strukturę I-rzędową, a inną konfigurację przestrzenną – obala to dogmat, że wyłącznie struktura I-
rzędowa decyduje o właściwościach białek

Wykład 10

1.

Zagadnienia ogólne – rola i znaczenie mikrobiologii żywności

2.

Ź

ródła drobnoustrojów występujących w żywności

a.

Czynniki zewnętrzne wpływające na rozwój drobnoustrojów

b.

Czynniki wewnętrzne wpływające na rozwój drobnoustrojów

3.

Sposoby zapobiegania psuciu się żywności i ich wpływ na drobnoustroje

4.

Drobnoustroje pożyteczne i szkodliwe występujące w żywności

Mikrobiologia żywności

– część mikrobiologii zajmująca się pożytecznym i szkodliwym oddziaływaniem mikroflory na żywność

Dodatni wpływ mają drobnoustroje wprowadzanie przez nas celowo do żywności, aby wywoływały pożyteczne zmiany, aby
przedłużyć trwałość żywności; np. jogurty, sery pleśniowe
Ujemny wpływ mają drobnoustroje wówczas, gdy powodują zepsucie żywności, np. dżem, chleb – pleśnienie itp.

Zadania mikrobiologii żywności

Poznanie źródeł drobnoustrojów występujących w żywności

Poznanie czynników wpływających na wzrost w aspekcie dodatnim i ujemnym

Poznanie samych drobnoustrojów pożytecznych i szkodliwych

Poznanie sposobów zapobiegania psuciu się żywności

Bakterie – kilkadziesiąt rodzajów (* ilość gatunków * ilość szczepów – daje to ogromną ilość bakterii)
Drożdże i pleśnie – kilkanaście rodzajów

Źródła drobnoustrojów w żywności

:

1.

Gleba (10

9

drobnoustrojów w 1g gleby) i woda (głównie G-, G+ tylko przyniesione)

Acinetobacter, Aeromonas, Pseudomonas – G-

Bacillus, Clostridium

Vibrio

Pierwotniaki

2.

Rośliny i produkty roślinne (tylko te drobnoustroje, które mają tam dobre warunki)

Bronchothrix

Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc

Pediococcus

Enterobacter

LISTERIA

Grzyby

24

3.

Urządzenia, pojemniki i maszyny (np. w przypadku używania tych samych urządzeń do różnych produktów)

Wszystkie drobnoustroje

4.

Mikroflora przewodu pokarmowego ludzi i zwierząt – zanieczyszczona woda (zanieczyszczenie fekalne)

Campylobacter

Escherichia, Salmonella, Shigella

Enterococcus

5.

Mikroflora środowiska (food handlers) – mikroflora rąk, ubrań, osób mających kontakt z żywnością (np. znajdujące się na
skórze gronkowce)

Gronkowce - dominują

6.

Mikroflora pasz – pasza dostaje się do zwierząt

Salmonella

7.

Skóra zwierząt

Micrococcus

Ciepłooporne

8.

Mikroflora powietrza (G+, mające zdolność przetrwania w niekorzystnych warunkach)

G+, głównie Bacillus i Clostridium

Czynniki wpływające na rozwój

:

Wewnętrzne – związane z samą żywnością

o

PH

o

Zawartość wody

o

Potencjał oksydoredukcyjny

o

Zawartość składników odżywczych

o

Zawartość substancji antybiotycznych

o

Struktura biologiczna

Zewnętrzne – zależne od nas

o

Temperatura przechowywania

o

Wilgotność względna środowiska

o

Obecność i koncentracja gazów w środowisku

WEWNĘTRZNE

:

1.

PH

Zakresy tolerancji:

Największy – pleśnie (0-11)

Drożdże – 1,5 – 8,5

Bakterie – 3,2 – 10,5

Bakterie – optymalne pH = 7
Dla pozostałych optymalne pH około 5

PH produktów:

Wołowina 5,9 – 6,3

Cielęcina – 6

Kurczaki 6,2 – 6,4

Ryby – 6,6 – 6,8

Kraby – 7

Tuńczyk – 5,2 – 6,1

Łosoś – 6,1 – 6,3

Owoce – 1,8 – 5,6
Mleczarskie – 4,9 – 6,4
Warzywa – 4,2 – 6,5


PH może być:

Naturalne

Powstałe w wyniku działalności drobnoustrojów

śywność zbuforowana – odporna na zmiany pH; Lag faza tym dłuższa, im bardziej zbuforowana żywność
Przy zmianie pH środowiska w kierunku granicznego, wydłużamy okres przystosowawczy drobnoustrojów

2.

ZAWARTOŚĆ WODY

Suszenie – sposób na utrwalanie żywności – bez wody drobnoustroje nie mogą rosnąć

Aktywność wody – miernik dostępności wody dla drobnoustrojów

25

Przykładowe aktywności wody:

Woda – 1,00

22% NaCl – 0,86

Nasycony roztwór NaCl – 0,75

Aw świeżej żywności przekracza 0,99

Pożądane wartości aktywności wody przez drobnoustroje:

Clostridium botulinum typ E, Pseudomonas – 0,97

Acinetobacter, E.coli – 0,96

Enterobacter aerogenes, Bacillus subtilis – 0,95

Staphylococcus aureus – 0,86

Bakterie wywołujące zepsucia 0,91

Drożdże wywołujące zepsucia 0,88

Pleśnie wywołujące zepsucia  0,80

Halofile – 0,75

Osmofile – 0,61

Xerofile – 0,61 – odporne na wysuszenie

Drożdże:

o

Candida 0,9 – 0,94

o

Zygosaccharomyces rouxii – 0,62

Pleśnie

o

Aspergillus – 0,64 – 0,70

o

Penicillium patulum – 0,81

o

Rhisopus stolonifer – 0,93

3.

POTENCJAŁ OKSYDOREDUKCYJNY – zdolność do oddawania lub przyjmowania elektronów

Eh wyraża się w miliwoltach (mV)

Tlenowce – wymagają + Eh
Beztlenowce – wymagają – Eh
Mikroaerofile – wymagają Eh w okolicach 0

Duże kawałki mięsa, serów: Eh = (-100) – (-200)
Mięso rozdrobnione: Eh = +200
Soki owocowe: Eh = +400

4.

OBECNOŚĆ SKŁADNIKÓW ODśYWCZYCH – żywność jako pożywka (źródło węgla, azotu, witamin itp.)

5.

ZAWARTOŚĆ SUBSTANCJI ANTYBIOTYCZNYCH

Garbniki, kwasy, związki o charakterze fenolowym, fitoncydy itp.

Tymol, eugenol

Lizozym – jaja, kalafior, rzodkiewka, miód

Kwas chlorogenowy, kumaryny

6.

STRUKTURA BIOLOGICZNA

Jajka, orzechy, owoce i warzywa – posiadają warstwę ochronną (skórka, skorupka itp.)
Skóra zwierząt (nieuszkodzona) – bariera

ZEWNĘTRZNE

:

1.

TEMPERATURA PRZECHOWYWANIA

Psychrotrofy – dobrze rosną w temperaturze =<7, temperatura optymalna 20-30 C

Alcaligenes, Bronchothrix, Corynebacterium, Enterococcus, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Pseudomonas

Psychrofile – optymalna temperatura około 15C
Mezofile – optymalna temperatura 30-40 C, tolerancja 20-45 C

Enterobacteriaceae – mogą być wykrywane w żywności przechowywanej w lodówce

Termofile – temperatura powyżej 45 C, optymalna 55-65 C

Bacillus, Clostridium

Ważne zasady:

Niezależnie od temperatury zdolność wzrostu drobnoustrojów maleje wraz ze spadkiem aktywności wody

Wzrost drobnoustrojów występujących w danym zakresie aktywności wody jest najwyższy przy optymalnej temperaturze

Obecność składników odżywczych rozszerza zakres aktywności wody, w jakiej dany drobnoustrój może przeżyć