WYBRANE ZAGADNIENIA Z MIKROBIOLOGII OGÓLNEJ, ŻYWNOŚCI I PRZEMYSŁOWEJ

TEMATYKA WYKŁADÓW

Miejsce mikroorganizmów w przyrodzie. Charakterystyka ogólna mikroorganizmów.

Komórka prokariotyczna (protocyt), najważniejsze cechy różniące komórki prokariotyczne od eukariotycznych.

Najważniejsze grupy mikroorganizmów, morfologia i fizjologia drobnoustrojów, właściwości chorobotwórcze.

Podstawy ekologii mikroorganizmów (ekosystem, siedlisko, nisza ekologiczna) mieszkańcy ekosystemu: organizmy autochtoniczne i allochtoniczne.

Bezpośrednie (symbioza, pasożytnictwo, drapieżnictwo) i pośrednie oddziaływanie mikroorganizmów (protokooperacja, komensalizm, konkurencja, antagonizm).

Ekosystemy: gleba, woda, powietrze. Mikrobiologia rolnicza.

LITERATURA PODSTAWOWA

Drewniak E., Drewniak T., Mikrobiologia żywności , Wydawnictwo

Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1996, ISBN 83-02-04334-6.

Kisielewska E., Kordowska-Wiater M., Ćwiczenia z mikrobiologii

ogólnej i mikrobiologii żywności, Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, Lublin 2004, ISBN 83-7259-001-X.

Nicklin J., Graeme-Cook K., Paget T., Killington R., Mikrobiologia, Wyd.

Naukowe PWN Warszawa 2002.

Schlegel G., Mikrobiologia ogólna, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2003.

Singlefon Paul, Bakterie w biologii, biotechnologii i medycynie, Wyd.

Naukowe PWN, Warszawa 2000.

Szostak-Kotowa J., Wybrane zagadnienia z mikrobiologii ogólnej i

przemysłowej, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie,

Kraków 2000, ISBN 83-7252-059-3.

Stryjkowska-Sekulska A., Materiały do ćwiczeń z mikrobiologii,

Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Poznaniu, Poznań 2004.

LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA

Mikrobiologia Techniczna pod red. Libudzisz Z., Kowal K., t.1. Łódź, 2000

Borowski M., Podstawy Biologii Sanitarnej, Wyd. Ekonomia i Środowisko, Białystok 2002.

Forma zaliczenia: egzamin

WIADOMOŚCI WSTĘPNE

MIKROBIOLOGIA jest nauką o drobnoustrojach. Nazwa jej pochodzi od trzech słów greckich: mikros-mały, bios-życie i logos-nauka.

Drobnoustroje lub mikroorganizmy są to organizmy wszędzie obecne i niewidoczne gołym okiem. W badaniach mikrobiologicznych stosuje się powiększenia 600-1000-krotne.

Już w czasach starożytnych ludzie wykorzystywali działalność drobnoustrojów przy warzeniu piwa, sporządzaniu wina i octu oraz przygotowywaniu ciasta.

Rozwój mikrobiologii jako nauki stał się jednak możliwy dopiero po skonstruowaniu przez braci Jensenów ok. 1590 r. mikroskopu. Pierwszych obserwacji mikroskopowych dokonał R. Hook (1665-1667), a następnie w 1676 r. holender A.van Leeuwenhoek, który skonstruował mikroskop powiększający ok. 300x.

Ówczesne badania były jednostronne, ponieważ ograniczano się tylko do opisu wyglądu mikroorganizmów, a nie zastanawiano się nad ich rolą.

Uczony francuski L. Pasteur (1822-1895) jest uważany za twórcę mikrobiologii przemysłowej. Wykazał, że drobnoustroje wywołują fermentację. Swoje badania rozpoczął od fermentacji mlekowej, a następnie zbadał fermentację alkoholową i masłową. Opracował metodę pasteryzacji polegająca na zwalczaniu szkodliwej mikroflory za pomocą wysokiej temperatury. Wykazał obecność bakterii w powietrzu, co ostatecznie obaliło teorię samorództwa. Zajmował się też chorobami ludzi i zwierząt, a jego osiągnięcia w tej dziedzinie stały się podstawą rozwoju mikrobiologii lekarskiej. Największą sławę przyniosło mu wynalezienie szczepionki przeciwko wściekliźnie.

Uczony niemiecki R. Koch (1843-1910) jako pierwszy odkrył bakterie gruźlicy oraz udoskonalił metody hodowania zapoczątkowane przez Pasteura.

Nowym decydującym krokiem naprzód w rozwoju mikrobiologii było wykrycie wirusów. Dokonał tego w 1892 r. rosyjski uczony D. Iwanowski a potwierdził w 1896 r. badacz holenderski Beijerinck. Powstała nowa nauka - wirusologia, ale bezpośrednia obserwacja wirusów była możliwa dopiero po wynalezieniu mikroskopu elektronowego.

Odkrywcami wirusów bakteryjnych - bakteriofagów byli uczeni : Twort i d^,Herelle.

Twórcą mikrobiologii rolniczej zajmującej się procesami mikrobiologicznymi zachodzącymi w glebie był uczony rosyjski S. Winogradski. Wyjaśnił on rolę drobnoustrojów w krążeniu pierwiastków w przyrodzie. Jego zasługą jest też wprowadzenie do hodowli drobnoustrojów pożywek wybiórczych (selektywnych).

Pierwszym mikrobiologiem polskim o światowym rozgłosie był L. Cieńkowski (1822-1887). Odkrył on kilka nowych gatunków drobnoustrojów oraz opracował oryginalną metodę zwalczania wąglika.

Do rozwoju mikrobiologii przemysłowej przyczynili się tacy polscy uczeni, jak : W. Sypniewski - autor pierwszego polskiego podręcznika Mikrobiologia fermentacyjna, T. Chrząszcz - prowadzący badania nad pleśniami, T. Matuszewski - zajmujący się mikrobiologią mleczarstwa, W. Dąbrowski - badacz a zakresie przemysłu fermentacyjnego i inni.

W dziedzinie mikrobiologii lekarskiej na wyróżnienie zasługują: O. Bujwid - twórca bakteriologii polskiej, organizator pierwszej w Polsce wytwórni surowic i szczepionek, L. Hirszfeld - odkrywca pałeczki paratyfusu C, prowadzący prace nad grupami krwi, R. Weigl - wynalazca szczepionki przeciwko durowi plamistemu.

W rozwoju mikrobiologii rolniczej duże zasługi położyli tacy uczeni, jak:

A. Prażmowski, E. Godlewski, i S. i H. Krzemieniowscy i inni.

ZADANIA I PODZIAŁ MIKROBIOLOGII

Mikrobiologia zajmuje się warunkami rozwoju i przejawami życiowymi drobnoustrojów oraz przemianami wywołanymi przez nie w tych środowiskach, w których bytują tj. w glebie, wodzie, powietrzu i w organizmach żywych. Zadaniem mikrobiologii jest również opracowanie metod wykorzystania drobnoustrojów dla potrzeb człowieka oraz metod zabezpieczania się przed ich szkodliwym działaniem.

Rozwój mikrobiologii spowodował konieczność jej podziału na odrębne dyscypliny:

- mikrobiologia ogólna - zajmuje się budową (morfologią),

czynnościami życiowymi (fizjologią), metodami badań i hodowlą

drobnoustrojów;

- mikrobiologia przemysłowa (inaczej techniczna) - zajmuje się

wykorzystaniem określonych gatunków mikroorganizmów w

przemyśle z jednoczesnym zwalczaniem mikroflory szkodliwej;

zalicza się też do niej mikrobiologię żywności, która zajmuje się

zastosowaniem drobnoustrojów do otrzymania określonych

produktów spożywczych (np. piwa, wina) oraz zwalczaniem

szkodliwych drobnoustrojów zakłócających przebieg procesów

technologicznych (np. fermentację brzeczki piwnej) lub

powodujących psucie się gotowych produktów;

- mikrobiologia rolnicza - bada głównie procesy mikrobiologiczne

zachodzące w glebie w celu wykorzystania ich do zwiększenia

żyzności gleby;

- mikrobiologia lekarska - zajmuje się diagnostyką chorób,

profilaktyką i walką z drobnoustrojami chorobotwórczymi

człowieka;

- mikrobiologia sanitarna - bada zagadnienia czystości wody,

powietrza, pomieszczeń produkcyjnych, urządzeń, opakowań

oraz problemy oczyszczania ścieków metodą biologiczną, a

ponadto zajmuje się higieną osobistą pracowników przemysłu

spożywczego i sposobami zapobiegania zatruciom

pokarmowym;

- mikrobiologia weterynaryjna - bada choroby zwierząt, zarówno

domowych, jak i dzikich.

ŚRODOWISKA BYTOWANIA DROBNOUSTROJÓW

Do podstawowych naturalnych środowisk bytowania drobnoustrojów zalicza się glebę i wodę. Natomiast środowiskiem wtórnym dla drobnoustrojów jest powietrze, w którym nie rozmnażają się, lecz tylko przebywają przejściowo.

Gleba - to główne środowisko bytowania drobnoustrojów. W skład drobnoustrojów glebowych wchodzą bakterie, grzyby i pierwotniaki. Występują one w olbrzymich ilościach, szczególnie w glebach żyznych, przeciętnie w liczbie wielu milionów komórek w 1 g gleby. W glebach o odczynie obojętnym i alkalicznym najczynniejsze są bakterie, a w glebach kwaśnych najlepiej rozwijają się grzyby.

Mikroorganizmy żyjące w glebie mineralizują substancje organiczne, dostarczając roślinom niezbędnych pierwiastków. W glebie występują również bakterie przyswajające azot z powietrza, wzbogacając glebę w ten niezbędny dla życia roślin pierwiastek.

S. Winogradski podzielił bakterie glebowe na dwie grupy :

- bakterie autochtoniczne - występujące w mniej więcej stałej

liczbie dla danego typu gleby;

- bakterie zymogenne - rozwijające się w glebie tylko okresowo, a

dostające się tam ze szczątkami zwierząt, resztkami roślin,

wydalinami i ściekami, giną one po zakończonym rozkładzie

wprowadzanych do gleby substancji organicznych.

Ponadto w glebie mogą znajdować się substancje przypadkowe, które przebywają w niej tylko przez pewien czas, gdyż nie są przystosowane do bytowania w tym środowisku. Do takich drobnoustrojów należą bakterie chorobotwórcze, dostające się do gleby wraz z odchodami ludzi i zwierząt, padliną oraz chorymi tkankami roślin.

Woda - to także naturalne środowisko bytowania drobnoustrojów, których ilości są zróżnicowane.

Uboga w mikroflorę jest woda opadowa (deszcz, śnieg), natomiast wody podziemne (gruntowe) zawierają różne ilości drobnoustrojów w zależności od głębokości występowania. I tak: woda zaskórna zawiera najwięcej drobnoustrojów, woda podziemna płytka jest już najczęściej dostatecznie oczyszczona, woda podziemna głęboka jest zwykle wolna od bakterii.

Zbiorniki otwarte (rzeki, jeziora, stawy) są środowiskiem, w którym drobnoustroje mogą występować w dość znacznych ilościach. Liczba ich zależy od ilości substancji organicznych oraz zawartości tlenu, temperatury wody i jej naświetlenia. Drobnoustroje wód powierzchniowych mineralizują związki organiczne i w ten sposób biorą udział w procesie samooczyszczania wody. Jednak stałe zanieczyszczanie wód ściekami uniemożliwia ich samooczyszczanie. Dlatego też niezbędne jest wstępne oczyszczanie ścieków miejskich i przemysłowych przed wpuszczeniem ich do wód zbiorników otwartych.

Drobnoustroje występujące w wodzie, w zależności od ich pochodzenia, można podzielić na cztery grupy:

- mikroflorę naturalną wody,

- mikroflorę dostającą się do wody z gleby i powietrza,

- mikroflorę przewodu pokarmowego ludzi i zwierząt,

- mikroflorę pochodzącą ze ścieków przemysłowych

(np. drożdżowni, browarów).

Z sanitarnego punktu widzenia na szczególną uwagę zasługuje występowanie w wodzie mikroflory jelitowej dostającej się z odchodami zwierzęcymi i ściekami miejskimi. Obecność tych drobnoustrojów stanowi podstawę do kwalifikowania wody jako zdatnej lub niezdatnej do picia. Wody rzeczne lub gruntowe należy oczyszczać i odkażać, aby stały się zdatne do użytku.

Powietrze - to środowisko wtórne bytowania drobnoustrojów, do którego dostają się one z cząstkami pyłu, kurzu lub pary wodnej i przenoszone przez wiatr. Liczba mikroorganizmów w powietrzu jest bardzo różna i zależy od wielu czynników, m.in. od miejsca, wysokości, pory dnia, klimatu. Powietrze w dużych miastach zawiera więcej drobnoustrojów niż na wsi, a jeszcze mniej jest mikroflory w lasach, ogrodach, parkach oraz na polach. W miarę wznoszenia się w górę powietrze staje się coraz czystsze, nawet nad miastami przemysłowymi, m.in. dzięki działaniu bakteriobójczemu promieni słonecznych. Najmniej drobnoustrojów w powietrzu jest zimą, a najwięcej latem, ponieważ w okresie zimy gleba jest wilgotna i najczęściej pokryta śniegiem, a w lecie wysuszona i wiatr unosi pył w powietrze, a wraz z nim - mikroorganizmy. W klimacie ciepłym w powietrzu jest więcej mikroflory niż w klimacie umiarkowanym, najmniej zaś w strefie polarnej.

MORFOLOGIA DROBNOUSTROJÓW

WIADOMOŚCI OGÓLNE O SYSTEMATYCE DROBNOUDTROJÓW

Najogólniej drobnoustroje dzieli się na :

- wirusy

- bakterie

- grzyby mikroskopowe czyli drożdże i pleśnie

Ponadto do drobnoustrojów zalicza się glony (z wyłączeniem plechowych) oraz pierwotniaki (jednokomórkowe organizmy zwierzęce , np. ameba).

Stosuje się różne praktyczne układy systematyczne drobnoustrojów, inne - w mikrobiologii przemysłowej, inne - w mikrobiologii rolniczej, a jeszcze inne - w mikrobiologii lekarskiej i weterynaryjnej.

Dla bakterii najbardziej popularna jest systematyka wg Bergey^,a, dla drożdży wg Loddera, dla pleśni wg Delitscha oraz Thoma.

Podstawową jednostką systematyczną jest gatunek, pokrewne gatunki tworzą rodzaje, rodzaje o wspólnych cechach łączy się w rodziny, rodziny w rzędy, rzędy w klasy, klasy w gromady, gromady w typy, typy tworzą królestwa. W obrębie gatunku stosuje się jeszcze dalszy podział na odmiany lub rasy. Każdy gatunek ma swoją naukową nazwę łacińską, składającą się z dwóch wyrazów; pierwszy określa rodzaj, a drugi gatunek, np. Streptococcus lactis - paciorkowiec mlekowy, Saccharomyces cerevisiae - gatunek drożdży szlachetnych. Koniec 2.10.2008

PODZIAŁ SYSTEMATYCZNY DROBNOUSTROJÓW

Podział bakterii wg Bergey`a, 1984 r. (wybrane jednostki systematyczne)

Grupa	Rodzina	Rodzaj	Gatunek
Gram-ujemne, tlenowe, pałeczki i formy kuliste	Pseudomonadaceae _________________ Acetobacteriaceae	Pseudomonas ___________________ Acetobacter	Pseudomonas fluorescens ___________________ Acetobacter schützenbachii Acetobacter curvum Acetobacter orleanense Acetobacter xylinum
Względnie beztlenowe, Gram-ujemne, pałeczki	Enterobacteriaceae	Escherichia _________________ Shigella _________________ Salmonella _________________ Serratia _________________ Proteus	Escherichia coli _________________ Shgella dysenteriae _________________ Salmonella typhi _________________ Serratia marcescens _________________ Proteusz vylgaris
Gram-dodatnie bakterie kuliste	Micrococcaceae	Micrococcus _________________ Streptococcus _________________ Leuconostoc _________________ Sarcina	Micrococcus caseolyticus _________________ Streptococcus pyogenes Streptococcus faecalis Streptococcus lactis Streptococcus cremoris Streptococcus thermophilus _________________ Leuconostoc citrivorum Leuconostoc mesenteroides _________________

Grupa	Rodzina	Rodzaj	Gatunek
Przetrwalnikujące Gram-dodatnie pałeczki i formy kuliste		Bacillus _________________ Clostridium	Bacillus subtilis Bacillus cereus Bacillus anthracis _________________ Clostridium butyricum Clostridium botulinum Clostridium sporogenes Clostridium tetani Clostridium perfringens
Regularne nieprzetrwalnikujące Gram-dodatnie pałeczki		Lactobacillus	Lactobacillus plantarum Lactobacillus delbrückii Lactobacillus lactis Lactobacillus helveticus Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus thermophilus
Nieregularne nieprzetrwalnikujące, Gram-dodatnie pałeczki		Microbacterium ________________ Propionibacterium	_______________ Propionibacterium shermanii

Przegląd rodzajów bakterii:

(mające znaczenie dla żywności)

Pseudomonas - pałeczki psychrofilne występujące w glebie i wodzie. Wchodzą one często w skład mikroflory produktów chłodzonych i mrożonych (np. ryb, mięsa, drobiu, jaj, masła) powodując ich psucie się. Rozkładają cukrowce, białka oraz tłuszcze.

Acetobacter - bakterie octowe. W produkcji octu wykorzystuje się tylko, które wytwarzają estry aromatyczne i nie powodują zjawiska nad oksydacji. Gatunki szkodliwe tych bakterii wywołują zakłócenia w produkcji octu.

Escherichia - pałeczki okrężnicy stanowiące normalną mikroflorę jelita grubego ludzi i zwierząt. Niektóre szczepy mogą być chorobotwórcze. Stopień zakażenia produktu tymi bakteriami określa miano coli. Są one bardzo niepożądane w produktach spożywczych, wywołują wady, jak np. wczesne wzdęcia serów i inne.

Shigella - pałeczki chorobotwórcze dla człowieka, wywołują czerwonkę oraz zatrucia pokarmowe.

Salmonella - pałeczki chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt wywołujące ostre choroby zakaźne (dur brzuszny i dury rzekome) oraz zatrucia pokarmowe.

Serratia - pałeczki saprofityczne o właściwościach gnilnych. Wywołują wady produktów, np. Serratia marcescens (pałeczka cudowna) powoduje krwistość pieczywa (wytwarzając czerwony barwnik).

Proteus - pałeczki odmieńca, często występujące w żywności, powodują jej psucie się z wyraźnymi zmianami organoleptycznymi. Mają właściwości gnilne. Najpospolitszym gatunkiem jest Proteus vulgaris. Niektóre szczepy są chorobotwórcze. Mogą być przyczyną zatruć pokarmowych.

Micrococcus - bakterie kuliste (ziarniaki lub czwórniaki), tlenowe, liczne gatunki są ciepłoodporne. Są one niepożądane w mleczarstwie, powodują też psucie się kwaszonek warzywnych. Niektóre gatunki biorą udział w dojrzewaniu serów (np. Micrococcus caselyticus - ser tylżycki).

Staphylococcus - gronkowce. Rozkładają cukrowce i białka. Niektóre gatunki są chorobotwórcze. Gronkowiec złocisty (Staphylococcus ureus) wytwarza toksynę powodującą zatrucia pokarmowe.

Streptococcus - paciorkowce homofermentatywne fermentujące laktozę. Do tego rodzaju należą paciorkowce mlekowe Streptococcus lactis i Streptococcus cremoris, stanowiące główną mikroflorę prawidłowo ukwaszonego mleka oraz gatunek Streptococcus thermophilus wchodzący w skład mikroflory jogurtu. Do tego samego rodzaju należą też paciorkowce chorobotwórcze, np. Streptococcus faecalis (paciorkowiec kałowy). Ten ostatni gatunek jest stosunkowo ciepłoodporny i jego obecność w mleku pasteryzowanym jest wskaźnikiem stanu higienicznego mleka surowego.

Leuconostoc - paciorkowce heterofermentatywne. Gatunek Leuconostoc citrovorum wchodzi w skład zakwasów czystych kultur mleczarskich. Gatunek Leuconostoc mesenteroides jest szkodnikiem w cukrownictwie ( powoduje śluzowacenie soków dyfuzyjnych).

Sarcina - pakietowce. Rozkładają cukrowce i białka. Są przyczyną psucia się piwa. Niektóre gatunki są chorobotwórcze dla człowieka i zwierząt.

Bacillus - laseczki tlenowe przetrwalnikujące. Mają właściwości gnilne. Bardzo rozpowszechnionym gatunkiem jest Bacillus subtilis (laseczka sienna) wywołująca śluzowacenie pieczywa. Niektóre gatunki są chorobotwórcze, jak np. Bacillus cereus - wywołuje zatrucia pokarmowe lub Bacillus anthracis (laseczka wąglika) - chorobotwórcza dla zwierząt rzeźnych.

Clostridium - laseczki beztlenowe przetrwalnikujące, które dzieli się na trzy grupy:

1. laseczki fermentujące cukrowce, a nie mające właściwości gnilnych,

2. laseczki o słabych właściwości gnilnych i jednocześnie fermentujące cukrowce,

3. laseczki o silnych właściwości gnilnych rozkładające również cukrowce.

Przedstawicielem grupy pierwszej jest Clostridium butyricum - laseczka fermentacji masłowej powodująca np. późne wzdęcia serów i psucie się konserw warzywnych.

Przedstawicielem grupy drugiej jest Clostridium perfringens - laseczka zgorzeli gazowej powodująca psucie się konserw i wzdęcia serów oraz zatrucia pokarmowe i zakażenia przyranne (zgorzel gazowa).

Przedstawicielem grupy trzeciej jest gatunek Clostridium sporogenes wywołujący psucie się konserw i serów (gnicie) Ponadto do tej grupy należą też gatunki chorobotwórcze : Clostridium tetani - laseczka tężca i Clostridium botulinum - laseczka jadu kiełbasianego, przy czym ta ostatnia wytwarza jeden z najsilniej działających jadów.

Lactobacillus - pałeczki mlekowe homo- i heterofermentatywne. Określone gatunki stanowią pożądaną mikroflorę kefiru, jogurtu, mleka acydofilnego, sera ementalskiego, kwaszonej kapusty i ogórków, zacierów ziemniaczanych i zbożowych.

Propionibacterium - bakterie propionowe (pałeczki) występujące w mleku, serze, zakwasach chlebowych. Biorą udział w dojrzewaniu niektórych serów podpuszczkowych (np. sera ementalskiego).

Wybrane grupy systematyczne drożdży (wg Loddera)

Gromada	Klasa	Rodzina	Rodzaj	Gatunek
Fungi (Grzyby)	Ascomycetes (Workowce) ______________ Fungi imperfecti (Grzyby niedoskonałe)	Saccharomy-cetaceae _____________ crypto- coccaceae	Saccharomyces _____________ Pichia _____________ Hansenula _____________ Saccharomy- codes _____________ Cryptococcus _____________ Torulopsis _____________ Brettanomyces ______________ Candida ______________ Kloeckera ______________ Rhodotorula	Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis Saccharomyces ellipsoideus _____________­­­­­ Pichia membrana- efaciens _____________ Hansenula anomala _____________ Saccharomy- codes ludwigii ______________ ______________ ______________ ______________ Candida utilis Candida mycoderma ______________ ______________ Rhodotorula rubra

Wszystkie rodzaje drożdży z rodziny Saccharomycetaceae mają zdolność fermentacji alkoholowej oraz zdolność wytwarzania zarodników.

Saccharomyces - drożdże szlachetne wykorzystywane w przemyśle. Do drożdży dzikich z tego rodzaju należą gatunki wywołujące wady piwa, mleka, masła i innych produktów spożywczych. Drożdże osmofilne powodują psucie się miodów, dżemów, soków i syropów owocowych.

Pichia - drożdże kożuchujące powodujące psucie się napojów alkoholowych. Są wybitnie tlenowe i tworzą kożuszek na powierzchni płynu (np. piwa).

Hansenula - również drożdże kożuchujące, wybitne szkodniki w przemyśle fermentacyjnym.

Saccharomycodes - drożdże dzikie spotykane w moszczach owocowych, gdyż znoszą duże stężenie kwasu siarkowego, używanego do konserwowania moszczów.

Wszystkie drożdże z rodziny Cryptococcaceae nie wytwarzają zarodników. Są szkodnikami w przemyśle. Niektóre gatunki z rodzaju Candida wykorzystuje się do produkcji drożdży paszowych.

Cryptococcus - nie fermentują cukrowców. Wytwarzają otoczki śluzowe. Niektóre gatunki są chorobotwórcze.

Torulopsis - powodują psucie się piwa, wina, mleka i jego przetworów. Występują też w solankach i produktach o dużej ilości cukru.

Brettanomyces - spotyka się je często w piwie.

Candida - niektóre gatunki są wybitnie tlenowe, należą więc do drożdży kożuchujących, np. gatunek Candida mycoderma będący szkodnikiem piwa, wina, kwaszonek i prasowanych drożdży.

Kloeckera - występują powszechnie w owocach, psują moszcze owocowe.

Rhodotorula - nie fermentują cukrowców. Są szkodnikami śmietany, masła, serów, drożdży piekarskich.

Wybrane grupy systematyczne pleśni

Gromada	Klasa	Rodzina	Rodzaj	Gatunek
Fungi (Grzyby)	Phycomycetes (Glonowce) _____________ Ascomycetes (Workowce) _____________ Fungi Imperfecta (Grzyby niedoskonałe)	Mucoraceae _____________ _____________ Moniliaceae	Mucor _____________ Rhizopus _____________ _____________ Geotrichum (Oospora) _____________ Monilia _____________ Botritis _____________	Mucor mucedo Mucor racemosus _____________ Rhizopus nigricans _________ Byssochlamys Fulva _____________ Geotrichum Candidum (Oospora lactis) _____________ Monilia vini Monilia nigra _____________ Botritis cinerea _____________

Mucor - są szkodnikami występują na owocach i innych produktach. Fermentują cukrowce, rozkładają żelatyne.

Rhizopus - występują na owocach, chlebie i innych produktach. Rozrzedzają także żelatynę, wytwarzają kwas szczawiowy i fumarowy. Gatunek Byssochlamys fulva rozkłada pektyny, powoduje całkowity rozpad owoców. Wywołuje psucie się pasteryzowanych konserw owocowych, gdyż zarodniki tej pleśni są stosunkowo odporne na ogrzewanie.

Geotrichum (Oospora) - pospolity gatunek Oospora lactis występuje w mleku i jego przetworach w postaci białego puszystego nalotu (rozmnaża się przez wytwarzanie oidiów. Występuje też w kwaszonkach i jest szkodnikiem.

Monilia - powodują psucie się serów, masla, produktów mięsnych, soków owocowych, win, chleba.

Botritis - gatunek Botritis cinerea powoduje psucie się dojrzałych winogron.

Aspergillus - rozpowszechnionym gatunkiem jest Aspergillus glaucus, występujący często w produktach żywnościowych i powodujący ich psucie się (fermentuje cukrowce, rozkłada białka). Gatunek Aspergillus niger występuje często na psujących się owocach. Pleśń ta ma zastosowanie w przemyśle do produkcji kwasu cytrynowego.

Penicillium - gatunek Penicillium glaucum występuje często w produktach żywnościowych. Pleśń ta rozkłada liczne cukrowce oraz tłuszcze. Niektóre gatunki z tego rodzaju biorą udział w dojrzewaniu serów.

Cladosporium - gatunek Cladosporium herbanum jest często sprawcą psucia się mięsa przechowywanego w chłodni, a gatunek Cladosporium butyri występuje często w maśle.

Fusarium - niektóre gatunki mogą wywoływać zatrucia pokarmowe na skutek wytwarzania substancji toksycznych. Zatrucia te mogą wystąpić po spożyciu chleba wypieczonego ze zboża zakażonego pleśnią Fusarium sporotrichoides.

FIZJOLOGIA DROBNOUSTROJÓW

Ogólna charakterystyka procesów fizjologicznych drobnoustrojów

W procesach przemiany materii - określanych ogólnym pojęciem metabolizmu - można wyróżnić:

- Procesy syntezy (asymilacji, przyswajania ),

Ich istotą jest wytwarzanie związków złożonych ze związków

prostych. Podczas procesów asymilacji z otaczającego

środowiska są pobierane substancje odżywcze i przerabiane na

składniki budulcowe komórki. Na procesy przyswajania

składają się reakcje endotermiczne, wymagające dopływu

energii z zewnątrz.

- Procesy rozkładu (dysymilacji).

Ich istotą jest przemiana złożonych substancji organicznych na

związki prostsze, które jako zbędne wydalane są przez komórkę

na zewnątrz. Na procesy dysymilacji składają się reakcje

egzotermiczne, uwalniające energię.

- Przemiany biochemiczne (procesy metabolizmu) wykazują

Następujące podstawowe cechy:

- są e t a p o w e - pozornie prosta reakcja utleniania cukru

prostego do dwutlenku węgla i wody w rzeczywistości jest

procesem bardzo złożonym, przebiegającym etapowo przez

kilkanaście reakcji pośrednich,

- mają charakter r e a k c j i s p r z ę ż o n y c h, tzn. reakcją

endotermicznym towarzyszą zawsze reakcje egzotermiczne,

- przebiegają zawsze przy udziale enzymów.

Wyposażenie enzymatyczne drobnoustrojów

Enzymy określane mianem b i o k a t a l i z a t o r ó w zbudowane są z substancji białkowej (enzymy proste) albo ze swoistego białka i części niebiałkowej (enzymy złożone). Wyróżnia się dwie grupy :

· enzymy zewnątrzkomórkowe (egzoenzymy), wydzielane przez

komórkę do do otaczającego ją środowiska;

· enzymy wewnątrzkomórkowe (endoenzymy), wytwarzane

wewnątrz komórki i tylko tam działające.

Mechanizm działania enzymów

polega na tworzeniu z substratem przejściowych nietrwałych połączeń, przy czym substrat zostaje zaktywowany i staje się zdolny do wejścia w reakcję, a ostatecznie powstaje produkt reakcji i wolny enzym:

E + S = ES - P + E

[enzym] [substrat] [połączenie enzymu z substratem] [produkt końcowy] [wolny enzym]

Cechą charakterystyczną enzymów jest s w o i s t o ś ć - uwarunkowana budową części białkowej enzymu.

Każdy enzym ma do czynienia tylko z jednym metabolitem i produktem jego przekształcenia

(s w o i s t o ś ć s u b s t r a t o w a) oraz katalizuje tylko jedną z możliwych reakcji przekształcenia danego metabolitu

(s w o i s t o ś ć k a t a l i z o w a n e j r e a k c j i).

Substancje, które wiążąc się z białkiem enzymatycznym, będą je modyfikować w taki sposób, że nastąpi spowolnienie reakcji lub jej zahamowanie, określa się jako i n h i b i t o r y. Natomiast substancje drobnocząsteczkowe lub jony ułatwiające działanie enzymu to tzw. a k t y w a t o r y.

Enzymy występujące w komórce podzielono na :

· konstytucyjne (konstytutywne), tj. takie które są tworzone w

Komórce niezależnie od tego, czy komórka stykała się już w

podłożu z ich swoistym substratem czy też nie,

· adaptacyjne (indukowane), które powstają w komórce dopiero

po jej zetknięciu z odpowiednim substratem.

Dla większości enzymów o p t y m a l n e t e m p e r a t u r y działania mieszczą się w granicach 30-50^oC. Powyżej temperatury optymalnej reakcje ulegają zwolnieniu, a temperatura pow. 60^oC, powodująca denaturację białka, unieczynnia większość enzymów. Poniżej temperatury optymalnej reakcje także stają się wolniejsze, a w temperaturze 0^oC działanie enzymów prawie ustaje.

Rozpatrując zależność enzymu od o d c z y n u p o d ł o ż a stwierdzono, że optymalne odczyny są różne dla poszczególnych enzymów, np. pepsyna występująca w żołądku jest najaktywniejsza w środowisku o pH od 1,5 do 2, a lipaza (enzym trzustkowy) działa najszybciej przy pH=8.

Z w i ą z k i c h e m i c z n e, obecne w podłożu mogą hamować działanie enzymów lub unieczynniać je, a niektóre mogą zwiększać aktywność enzymów.

Enzymy przybierają często nazwę od substratu, na który działają przez dodanie im końcówki „aza”, np. enzym rozkładający maltozę nosi nazwę maltazy, a enzym rozkładający sacharozę - sacharazy.

Enzymy podzielono wg rodzaju katalizowanych przez nie reakcji:

· oksydoreduktazy (dehydrogenazy, oksydazy) przenoszą

elektrony i atomy wodoru z jednego związku (donatora) na drugi

(akceptor) ; zachodzą reakcje utleniania i redukcji,

· transferazy katalizują przenoszenie grup chemicznych

( np. aminowych, {transaminazy} lub metylowych) z jednego

związku na drugi,

· hydrolazy katalizują hydrolityczny rozkład związków złożonych

na prostsze, czyli rozkład w środowisku wody i z przyłączeniem

H₂O, np. proteazy (rozszczepiające białka), celulaza (rozkładająca

celulozę),

· liazy odszczepiają określone grupy bez przyłączania wody

(np. dekarboksylazy),

· izomerazy przekształcają cząsteczkę na jej izomer bez

rozkładu,

· ligazy (syntetazy) katalizują łączenie się dwóch cząsteczek.

MORFOLOGIA I BUDOWA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ

Najmniejszą jednostką zdolną do życia jest komórka. Istnieją znaczne różnice w składzie i ultrastrukturze komórek żywych organizmów. Dlatego świat żywy podzielono na dwa królestwa: Prokaryota i Eukaryota.

Do Prokaryota zaliczono bakterie i sinice, natomiast wszystkie inne żywe organizmy należą do Eukaryota.

Wielkość.

Bakterie są organizmami jednokomórkowymi. Najmniejsze znane formy mają rozmiary na granicy rozdzielczej mikroskopów świetlnych, tzn. ok. 0,15-0,2 µm (np. Mycoplasmatales). Największe sięgają kilkunastu mikrometrów (np. niektóre bakterie purpurowe Chromatium i siarkowe Beggiatoa). Zdecydowana jednak większość bakterii ma komórki o wielkości od 0,5 µm do kilku mikrometrów.

Skan mikrobiologia Rys 1 błąd

Wybrane zagadnienia z mikrobiologii….. str.10 rys 1 skanować

Kształty.

komórek bakteryjnych są mało zróżnicowane, wyróżnia się trzy ich typy:

1. kulisty (ciało ich często nie jest regularnie kuliste, lecz lekko

wydłużone, elipsoidalne lub jajowate)

2. cylindryczny

3. cylindryczny - skręcony

Skan 056 rys. 11

Niektóre bakterie po podziale nie zawsze rozłączają się i tworzą wówczas charakterystyczne skupienia komórek, tzw. układy.

Podział bakterii pod względem kształtu i tworzenia ugrupowań:

1. Bakterie kuliste - ziarniaki (coccus)

· forma pojedyncza - monococcus

· forma podwójna - diplococcus - dwoinka (np. Diplococcus

pneumoniae)- o jednej płaszczyźnie podziału;

· paciorkowiec - streptococcus (np. Streptococcus agalactiae)

- o jednej płaszczyźnie podzialu;

· forma poczwórna - tetracoccus - czwórniak - o dwóch

płaszczyznach podziału;

· pakietowiec - sarcina - sześcianka - o trzech płaszczyznach

podziału;

· gronkowiec - staphylococcus (np. Staphylococcus ureus) - o

różnych płaszczyznach podziału;

Podział bakterii kulistych:

Rząd 1 - podział w jednej płaszczyźnie (forma paciorkowca)

Rząd 2 - podział w dwóch płaszczyznach wzajemnie prostopadłych (forma czwórniaka)

Rząd 3 - podział w trzech płaszczyznach (forma pakietowca)

Rząd 4 - podział w różnych płaszczyznach (forma gronkowca)

Skan 057 rys 12

Skan mikrobiologia Rys 1

2. Bakterie cylindryczne

· pałeczka - bacterium - formy krótsze (np. Escherichia

coli, Listeria monocytogenes);

· laseczka - bacillus - formy cylindryczne

Przetrwalnikujące (np. Bacillus subtilis, Clostridium

botulinum);

· laseczka tworząca łańcuszki - streptobacillus;

· maczugowiec - corynebacterium - forma o różnej

grubości biegunów komórki (np. Corynebacterium

diphtheriae);

· wrzecionkowiec - fusobacterium;

· prątek - mycobacterium (np. Mycobacterium

tuberculosis);

3. Bakterie cylindryczne - skręcone - odznaczają się

częściowym lub pełnym skrętem spirali:

· przecinkowiec (zagięta pałeczka)- vibrio (np. Vibrio

cholerae);

· śrubowiec - spirillum (np. Rhodospirillum rubrum);

· krętek - spirocheta (Borrellia, Treponema, Leptospiry).

Budowa komórki bakteryjnej

Komórka składa się z trzech podstawowych elementów:

· ściany komórkowej - elastycznej i wytrzymałej na rozerwanie,

chroniąca komórkę przed szkodliwymi wpływami środowiska

oraz nadająca jej określony kształt;

· błony cytoplazmatycznej - mającej charakter półprzepuszczalny

(przenikają przez nią tylko związki o prostej budowie, rozpuszczalne

w wodzie lub tłuszczach) ;

· cytoplazmy - galaretowatej substancji o charakterze białkowym

wypełniającej wnętrze komórki.

Schemat budowy komórki bakteryjnej:

1 - rzęska, 2 - ciałko podstawowe rzęski, 3 - błona komórkowa, 4 -fimbrie, 5 - mezonom, 6 - otoczka, 7 - ściana komórkowa, 8 - przestrzeń między ścianą i błoną komórkową, 9 - wgłębienie błony komórkowej, 10 - nukleoid 11 - skupiska cytoplazmy, 12 i 12` - ziarnistości materiałów zapasowych, 13 - rybosomy, 14 - skupisko rybosomów wewnątrz cytoplazmy,

15 - plazmid, 16 - przetrwalnik, 17 - zgrupowanie błon wewnątrz cytoplazmy.

Skan 019 rys. 27

Komórka bakterii jest prokariotyczna. Ściana komórkowa decyduje o przynależności bakterii do jednej z dwóch grup - garamdodatnich (Gram+) albo do gramujemnych (Gram-). Grupy te różnią się odmiennym zabarwieniem komórek uzyskiwanym w wyniku barwienia złożonego metodą Grama. Polega ono na traktowaniu komórek fioletem krystalicznym, a następnie działaniu na nie płynem Jugola, czyli roztworem jodu w jodku potasu. Nie jest on barwnikiem, ale zaprawą i może utworzyć z fioletem krystalicznym kompleks, który jest rozpuszczalny w wodzie i alkoholu. Następny krok to odbarwienie preparatu alkoholem etylowym. Komórki Gram+ nie odbarwiają się i pozostają fioletowo-niebieskie, gdyż utworzył się w nich trwały kompleks (barwnik-jod). Natomiast komórki Gram- ulegają odbarwieniu i w celu ich uwidocznienia stosuje się dobarwienie kontrastowym barwnikiem czerwonym (fuksyną albo safraniną), który zabarwia je na kolor różowo-czerwony.

Szkieletem ściany komórkowej jest murena, czyli mukopeptyd, ponadto występują również substancje dodatkowe. Zarówno szkielet mureinowy jak i substancje dodatkowe są różne w komórkach gramdodatnich i gramujemnych.

Skan 004 rys. 6

Zasadnicze różnice pomiędzy bakteriami gramdodatnimi a gramujemnymi stanowią:

· grubość ścian komórkowych (w wypadku bakterii gramdodatnich

20 nm i więcej, natomiast gramujemnych 10 nm);

· zawartość mureiny (w wypadku bakterii gramdodatnich 30-70%

suchej masy komórkowej, natomiast gramujemnych do 10% suchej

masy komórkowej );

· inne składniki ścian komórkowych (w przypadku bakterii

gramdodatnich występują związki wielocząsteczkowe zwane

kwasami tejchojowymi, zbudowane z cząstek glicerolu lub rybitolu

połączonych mostkami fosfoetrowymi, w wypadku bakterii

gramujemnych występuje kompleks białkowo-lipidowo

-wielocukrowy zwany lipopolisacharydem lub antygenem O.)

Istniejące różnice objawiają się przykładowo inną reakcją

bakterii na wiele antybiotyków i leków (bakterie gramdodatnie są

bardziej wrażliwe niż gramujemne).

Błona cytoplazmatyczna

leży pod ścianą komórkową. Jest to warstwa o grubości 2-4 nm, zbudowana z podwójnej warstwy lipidowo-białkowej. Odgrywa ona ważną rolę w metabolizmie komórki. Kontroluje pobieranie substancji oraz wydalanie produktów przemiany materii. Poprzez nią odbywa się aktywny transport, a w niej występują swoiste dla różnych substratów permeazy oraz inne enzymy niezbędne komórce do życia.

Cytoplazma

wypełnia wnętrze komórki, a w niej występują liczne organelle komórkowe oraz nukleoid, czyli ziarno jądrowe. Jest to nie ograniczony od cytoplazmy splot nici DNA. Ziarno - zwykle o średnicy ok. 100-250 nm, ma kształt nieregularny i dość zmienny. Funkcjonalnie jest to odpowiednik jądra wyższych organizmów. W komórce bakteryjnej występuje jeden nukleoid, często dwa, a rzadziej więcej nukleoidów. Wszystkie istniejące w komórce nukleoidy są równocenne, gdyż zawierają identyczną informację genetyczną.

Mezosomy

są to twory zbudowane z koncentrycznie ułożonych błon o wielkości 20-100 nm. Są one wypukleniami błony cytoplazmatycznej i zawsze są z nią bezpośrednio związane, ale również połączone są z ziarnem jądrowym. Biorą udział w syntezie DNA i w budowaniu przegród podczas podziału komórkowego. W mezosomach prawdopodobnie koncentrują się enzymy oddechowe.

Rybosomy

występują we wnętrzu cytoplazmy. Są maleńkimi (14-28 nm), nieregularnymi, kulistymi tworami składającymi się w 80-85% z bakteryjnego RNA. Dzięki rybosomom zachodzi synteza białek. Komórki bakteryjne zawierają 5000-50000 rybosomów, co zależy od szybkości wzrostu. Im szybszy jest wzrost komórki, tym większa liczba rybosomów.

Ciałka chromatoforowe

występują tylko u bakterii fotosyntetyzujących (purpurowych i zielonych). Są to powstające przez uwypuklenia błony pęcherzykowate twory o wielkości ok. 20 nm, zawierające chlorofil bakteryjny, umożliwiający fotosyntezę. Odgrywają więc taką samą rolę jak chloroplasty u roślin.

Materiały zapasowe

bakterie gromadzą wielocukry (skrobia, granuloza, glikogen), tłuszcze i substancje tłuszczowe, takie jak kwas poli-ß-hydroksymasłowy (PHB) i inne hydroksypolialkany (PHA), polifosforany (wolutyna), siarkę oraz kryształy białka.

Skład chemiczny komórki bakteryjnej

Woda jest ilościowo najważniejszym składnikiem komórki bakteryjnej stanowiącym 73-85% i środowiskiem reakcji, jakie zachodzą w komórce. Ze względu na posiadany ładunek elektryczny cząsteczki wody układają się wokół innych naładowanych elektrycznie cząsteczek w sposób zorientowany i tworzą warstwę hydratacyjną, czyli wodę związaną.

Cząsteczki wody wolnej stykając się wzajemnie nie są rozrzucone bezładni, ale tworzą rodzaj nietrwałej, ulegającej zmianom sieci. Ponadto cząsteczki wody rozpadają się na jony. Jon H⁺ jest niezwykle aktywny w wielu przemianach, szczególnie w procesach zdobywania energii.

W suchej masie, która stanowi 15-27%, zawarte są pozostałe składniki komórki. Spośród nich najwięcej ilościowo jest białek, których zawartość waha się w granicach 42-63%.

Trzecim ważnym składnikiem komórki są kwasy nukleinowe (ok. 17% s.m.). Zbudowane są z łańcuchów nukleotydowych, a nukleotydy z zasady organicznej, cukru pięciowęglowego (pentozy) i reszty fosforanowej. Wyróżniamy dwa typy kwasów nukleinowych: kwas rybonukleinowy (RNA) i dezoksyrybonukleinowy (DNA). Kwas rybonukleinowy zawiera rybozę i dwie zasady purynowe: adeninę i guaninę, oraz dwie zasady pirymidynowe: uracyl i cytozynę. Kwas dezoksyrybonukleinowy natomiast zawiera dezoksyrybozę, dwie zasady purynowe: adeninę i guaninę, oraz dwie zasady pirymidynowe: tyminę i cytozynę.

Wielocukry (ok. 10% s.m.) stanowią materiały budulcowe, energetyczne i zapasowe w komórce. Jako substancje zapasowe występują w postaci skrobi, glikogenu, granulozy. Ponadto są składnikiem ściany komórkowej, otoczek i śluzów.

Lipidy (ok. 10% s.m.) wchodzą w skład ścian komórkowych wielu bakterii, w skład błony cytoplazmatycznej i innych błoniastych struktur występujących w cytoplazmie komórki bakteryjnej. Ponadto stanowią substancje zapasowe.

Inne związki występujące w komórce w niewielkiej ilości to np. witaminy , głównie z grupy B. Należy nadmienić, że bakterie nie wykazują zapotrzebowania na witaminy C, A i D.

Ruch bakterii

odbywa się za pomocą rzęsek. Mają one postać sznura o grubości 10-15 nm i długości nawet kilkunastu mikrometrów, skręconego spiralnie z dwu lub trzech łańcuchów. Zbudowane są z białka kurczliwego flageliny i osadzone na ciałku podstawowym. Zależnie od liczby i ułożenia rzęsek rozróżniamy różne typy urzęsienia:

- jednorzęse (monotrichalny); o jednej rzęsce umieszczonej na

biegunie komórki

- dwurzęse (ditrichalny) ; mające po jednej rzęsce na obu

biegunach

- czuborzęse (lofotrichalny) ; mające pęk rzęsek na jednym lub

obu biegunach

- okołorzęse (peritrichalny) ; mające rzęski na całej powierzchni

komórki

- bezrzęse (atrichalny)

Skan 002 rys. 4

Typy urzęsiena bakterii : A - jednorzęse (monotrichalne), B i C - czuborzęse (lophotrichalne i amphitrichalne), D - okołorzęse (peritrichalne)

Skan 020 rys 28

Pałeczki i laseczki są zwykle urzęsione peritrichalnie, przecinkowce mają zazwyczaj jedną rzęskę. Ziarniaki i promieniowce są to tak cienkie twory, że bez zastosowania specjalnych technik barwiących są niewidoczne pod mikroskopem świetlnym.

Fimbrie (pili)

Są to twory białkowe o grubości 3-25 nm i długości do 12 µm, będące rureczkami łączącymi się bezpośrednio z błoną cytoplazmatyczną. W odróżnieniu od rzęsek są proste, a nie spiralnie wygięte. Występują tylko u części bakterii, zarówno urzęsionych jak i nieurzęsionych.

Otoczki

Pokrywają bakterie albo prawie niezauważalną cienką warstwą śluzu, lub też ilość śluzu jest znaczna. Chronią bakterie przed suszą, a także przed działaniem szkodliwych czynników środowiskowych. Są dobrze widoczne w mikroskopie świetlnym.

Skan 003 rys 5

Przetrwalniki (endospory)

Wytwarzane są one głównie przez laseczki tlenowe z rodzaju Bacillus i laseczki beztlenowe z rodzaju Clostridium oraz bakterie z rodzaju Sporosarcina. Są to twory wielkości 0,5-1,0 µm, otoczone grubą trójwarstwową ścianą komórkową. Wyróżnia się następujące kształty przetrwalników:

· kulisty

· elipsoidalny

· gruszkowaty

Ze względu na położenie dzieli się przetrwalniki na:

· centralne

· terminalne (biegunowe)

· subterminalne (podbiegunowe)

Skan 001 rys. 3

Biorąc pod uwagę zdolności do deformacji komórki wyróżnia się przetrwalniki:

· deformujące, gdy średnica przetrwalnika jest większa niż

średnica komórki;

· u laseczek beztlenowych komórki przybierają kształt buławy lub

wrzeciona;

· nie deformujące, gdy średnica przetrwalnika jest mniejsza niż

średnica komórki.

Sposoby rozmieszczenia przetrwalników w komórce bakteryjnej

Skan 021 rys. 29

Przetrwalniki są bardzo wytrzymałe i mogą przeżyć niekorzystne warunki panujące w środowisku, nawet temperaturę powyżej 100^oC, obecność toksycznych substancji itp. W dogodnych warunkach środowiska przetrwalnik kiełkuje i pojawia się komórka wegetatywna.

Formy przetrwalne tworzą również promieniowce. W wyniku fragmentacji końcowych część nitek pseudomycelium powstają spory (konidia), które są równocześnie organami rozmnażania.

FIZJOLOGIA BAKTERII

Odżywianie

Mechanizm odżywiania

Bakterie pobierają pokarm całą powierzchnią ciała. Ściana komórkowa pełni rolę bierną i działa jak sito, przepuszczając związki drobno- cząsteczkowe, a nie przepuszczając wielkocząsteczkowych. Organem czynnego pobierania pokarmu jest b ł o n a c y t o p l a z m a t y c z n a. Na jej powierzchni znajdują się tzw. b i a ł k a w i ą ż ą c e, które wybiórczo łączą się z określonymi substancjami. Do transportu ich do cytoplazmy konieczny jest swoisty p r z e n o ś n i k, którym mogą być białka lub inne prostsze związki organiczne. Te specyficzne enzymy określa się nazwą permeaz. Takim sposobem bakterie pobierają czynnie większość składników pokarmowych, którymi są związki drobnocząsteczkowe. Związki wielkocząsteczkowe (białka, wielocukry, tłuszcze, kwasy nukleinowe) aby mogły być spożytkowane, muszą zostać rozłożone na związki drobnocząsteczkowe.

Błona cytoplazmatyczna działa także jako narząd wydalania u bakterii. Mechanizm wydalania z komórki niepotrzebnych produktów metabolizmu opiera się na podobnych zasadach transportu.

AUTOTROFY (samożywne)

Nie korzystają ze związków organicznych jako składników pokarmu. Redukują pobrany CO₂ do związków organicznych, a do tego celu niezbędne jest źródło energii. Może to być energia świetlna lub energia chemiczna, pochodząca z utleniana związków nieorganicznych. Bakterie wykorzystujące energię świetlną określa się jako f o t o a u t o t r o f y, a proces syntezy zredukowanego związku organicznego przy pomocy światła nosi nazwę f o t o s y n t e z y. Taką zdolność posiadają bakterie purpurowe i zielone, które zawierają chlorofil w ciałkach chromatoforowych.

Natomiast wykorzystujące energię chemiczną do zredukowania CO₂ do związków organicznych określa się jako -

c h e m o a u t o t r o f y. Ten typ odżywiania nosi nazwę

c h e m o s y n t e z a i występuje wyłącznie u bakterii siarkowych, nitryfikacyjnych, wodorowych i żelazistych.

Zdecydowana większość bakterii odżywia się heterotroficznie.

HETEROTROFY (cudzożywne)

Organizmy heterotroficzne (bakterie, grzyby), którym wystarcza występowanie w pokarmie tylko jednego prostego związku organicznego nazywamy p r o t o t r o f a m i. Występują one powszechnie. Należy do nich wiele pałeczek gramujemnych (Escherichia, Pseudomonas), laseczek tlenowych (Bacillus) i beztlenowych (Clostridium), wiele prątków i promieniowców oraz liczne bakterie wodne. Związki organiczne potrzebne do życia prototrofom mogą być proste np. kwas mrówkowy, kwas octowy, metanol, aldehydy, ketony, kwasy organiczne, cukry. Mogą to być również związki wielocząsteczkowe (białka, węglowodany, tłuszcze, kwasy nukleinowe), jeżeli zostaną wcześniej rozłożone na związki drobnocząsteczkowe. Większość prototrofów wykorzystuje cukry, aminokwasy, kwasy tłuszczowe, a tylko nieliczne korzystają z takich związków, jak błonnik czy pektyna. Są one wyposażone w niezbędny do syntezy komplet enzymów.

Natomiast wymagające więcej niż jednego związku organicznego nazywamy a u k s o t r o f a m i. Wiele z nich wymaga dwóch związków organicznych jednego prostego i drugiego bardziej skomplikowanego. Inne potrzebują kilku związków, a niektóre np. bakterie mlekowe, wymagają kilkunastu aminokwasów, wielu zasad organicznych oraz witamin z grupy B. Wymagania pokarmowe rzutują na występowanie bakterii. Te o dużych wymaganiach potrzebują środowisk bogatych w związki organiczne (bogate gleby, zanieczyszczone wody, żywość, organizmy ludzkie i zwierzęce), zaś o małych wymaganiach zasiedlają środowiska ubogie w pokarm (ubogie gleby, czyste wody np.). Auksotrofami jest wiele gatunków bakterii chorobotwórczych (Salmonella typhi, Staphylococcus aureus), ale także bakterie niechorobotwórcze, jak np. wcześniej wspomniane bakterie fermentacji mlekowej.

SAPROFITY I PASOŻYTY

Są to bakterie żyjące w środowisku martwym i rozmnażające się w martwej materii organicznej.

Wiele bakterii prowadzi pasożytniczy tryb życia, wykorzystując jako podłoże inny organizm żywy (drobnoustrój, roślinę, zwierzę, człowieka). Organizmy pasożytnicze nie mogące rozwijać się poza organizmem cudzym określamy jako p a s o ż y t y

b e z w z g l ę d n e. Inne zaś, dla których obcy organizm jest często głównym, ale nie jedynym siedliskiem, nazywamy

p a s o ż y t a m i w z g l ę d n y m i. Większość pasożytów jest auksotrofami.

ROZMNAŻANIE SIĘ BAKTERII

Bakterie rozmnażają się najczęściej przez p o d z i a ł poprzeczny komórki. Bakterie kuliste mogą dzielić się w trzech płaszczyznach

Podział bakterii kulistych:

A - podział w płaszczyźnie prostopadłej dającej formę paciorkowca (streptococcus),

B - podział w dwóch płaszczyznach, dający formę czwórniaka (tetracoccus),

C - podział w trzech płaszczyznach, dających formę pakietowca (sarcina),

D - podział w różnych płaszczyznach, dający formę gronkowca (staphylococcus).

Skan 025 rys 36

· w jednej płaszczyźnie powstają ziarniaki, dwoinki lub

paciorkowce,

· w dwóch płaszczyznach, prostopadłych do siebie, tworzą się

czwórniaki,

· w trzech płaszczyznach tworzą się:

- pakietowce; przy zachowaniu kolejności płaszczyzn podziału

- gronkowce; bez zachowania kolejności płaszczyzn podziału.

Bakterie cylindryczne i spiralne dzielą się zawsze poprzecznie.

Podział wydłużonych komórek bakteryjnych.

Skan 026 rys 37

W warunkach najbardziej korzystnych dla rozwoju podział może odbywać się co 20-30 min., a w warunkach niekorzystnych tempo maleje, a nawet podział całkowicie ustaje.

ROZMNAŻANIE SIĘ BAKTERIOFAGÓW

Bakteriofagi mogą rozmnażać się tylko w żywych komórkach bakteryjnych, a występują jako:

· wolny pozakomórkowy,

· pasożytujący w komórce,

· współżyjący z komórką (profag).

P r o f a g i przebywają wewnątrz komórki i nie niszczą jej. Są one przekazywane do komórek potomnych. W pewnych warunkach uwalniają się z komórki i powodują jej rozpad. Poniżej podano schemat rozwoju bakteriofagów prowadzących do niszczenia komórki bakteryjnej.

Schemat rozwoju bakteriofagów w komórce bakteryjnej

Skan 031 rys 44

MORFOLOGIA KOLONII BAKTERYJNYCH

Kolonia jest to zespół bakterii powstających w wyniku podziałów komórek. Przy ocenie morfologii kolonii bierze się pod uwagę następujące cechy:

1. wzrost kolonii; powierzchniowy, podpowierzchniowy, wgłębny,

2. wielkość kolonii:

· kolonia mała (punktowa) - o średnicy do 1 mm,

· kolonia średnia - o średnicy 1-3 mm,

· kolonia duża - o średnicy pow. 3 mm,

3. kształt kolonii :

Skan 063 rys 21

· okrągły (regularny, z pomarszczonym brzegiem, z wałem

brzeżnym, koncentryczny),

· rizoidalny (korzonkowaty),

· nieregularny (amebowaty, pofałdowany),

· strzępiasty,

Skan 63 rys 22 profil kolonii

4. profil (wzniesienie) kolonii ponad powierzchnię agaru:

· płaski (A),

· lekko wypukły (B),

· silnie wypukły (C),

· pępkowaty (stożkowaty) (D),

· wypukły z powierzchnią brodawkowatą (E),

· płaski wrastający w podłoże (F),

· kraterowaty (G),

Skan 63 rys 22 Brzeg kolonii

5. brzeg koloni:

· regularny (gładki) (A),

· nieregularny (ząbkowany, łopatkowaty, lokowaty)

(C, D, E, J),

· rozlany, strzępiasty (F, G, H, I),

· falisty (B),

6. przejrzystość kolonii:

· przejrzysta,

· nieprzejrzysta (matowa),

· półprzejrzysta,

· opalizująca,

7. fluorescencja kolonii:

· obecna,

· brak,

8. barwa kolonii, która obejmuje:

· obecność pigmentu

· brak pigmentu (kolonia bezbarwna),

· intensywność zabarwienia,

· zabarwienie otoczenia kolonii związane z dyfuzją barwnika

do podłoża,

9. struktura kolonii, którą badamy na końcu oznaczania poprzez

dotknięcie ezą i lekkie uniesienie lub rozmazanie:

· ziarnista (przy dotknięciu wyczuwalne ziarenka),

· krucha, pylista (przy dotknięciu rozpada się),

· włóknista (podczas podnoszenia widoczne włókna),

· skórzasta (bardzo zwarta, trudna do rozmazania),

· mazisto-kremowa (ciągnąca się),

10. zapach kolonii:

· obecny

· bez zapachu,

· intensywność zapachu,

· charakterystyczność zapachu.

---