1. Typy odżywiania się mikroorganizmów 1. źródło węgla • AUTOTROFY - organizmy, które czerpią węgiel do budowy substancji organicznych z dwutlenku węgla, przy czym nie są zdolne do czerpania go z innych źródeł; samożywne • HETEROTROFY - źródłem węgla są dla nich związki organiczne; cudzożywne 2. źródło energii FOTOTROFY - energię uzyskują z promieniowania słonecznego; CHEMOTROFY - czerpią energię z utleniania organicznych lub nieorganicznych związków chemicznych; 3. źródło (donator) elektronów w procesie biosyntezy LITOTROFY - źródłem elektronów są dla nich substancje nieorganiczne (H₂, NH₃, H₂S, CO, związki Fe i in.)• ORGANOTROFY - korzystają z organicznych źródeł elektronów. Wśród bakterii możemy spotkać organizmy reprezentujące każdy z typów odżywiania występujący
w przyrodzie. Większość z nich jest zaliczana do cheterotrofów, czyli organizmów cudzożywnych. Wśród form samożywnych (autotroficznych) znajdują się bakterie chemosyntezujące oraz fotosyntezujące. Te pierwsze do syntezy związków odżywczych wykorzystują energię pochodzącą z utleniania pewnych związków nieorganicznych np. amonowych jak Nitrosomonas, azotynów np. Nitrobacter, siarkowych - Thiobacillus, czy wodorowych, jak Pseudomonas facilis. Bakterie fotosyntetyzujące korzystają natomiast z energii świetlnej. W grupie bakterii przeprowadzających fotosyntezę są takie które uzyskują atomy wodoru z siarkowodoru (beztlenowe) oraz te, które tak jak rośliny czerpią wodór z wody (tlenowe np. sinice).

2. Podział mikroorganizmów w oparciu o sposób odżywiania się

I Chemotrofy - uzyskują energię w wyniku przemian oksydoredukcyjnych organicznych lub nieorganicznych zw. chem. Źródło C: CO₂ lub zw. org.:

1.Chemolitotrofy (chemoautotrofy) - korzystają z energii zawartej w zredukowanych zw. nieorg., np. N, S, Fe, H₂. Źródło elektronów - zredukowane związki (NH₃, H₂S, S, Fe²⁺). Źródło C: CO₂ lub zw. org. Do tej grupy zaliczamy archeonów, bakterie nitryfikacyjne, wodorowe, żelaziste i wiele innych, często występujących w śr. wody i gleby.

2.Chemoorganotrofy (chemoorganoheterotrofy, organotrofy) - wykorzystują zw. org. jako źródło węgla, energii i elektronów (donory wodoru). Należą tutaj wszystkie grzyby (pleśnie i drożdże), większość bakterii, pierwotniaki oraz zwierzęta.

II Fototrofy (fotolitoautotrofy) - org. samożywne wykorzystujące energię słoneczną, źródłem C jest CO₂, źródłem elektronów zw. nieorg.

1.Beztlenowe bakterie fototropiczne, których proces fotosyntezy nie uwalnia do środowiska tlenu, np. purpurowe bakterie siarkowe

2.tlenowe mikroorganizmy fototropiczne - w obecności światła wytwarzają tlen, np. sinice (Anabena, Spirulina, Oscilatoria), glony (Euglena, Pediastrum).

4. Oddychanie tlenowe mikroorganizmów Oddychanie jest procesem katabolicznym, w którym utlenianie związków organicznych lub nieorganicznych jest sprzężone z syntezą ATP w procesie fosforylacji oksydatywnej, a końcowymi akceptorami elektronów są związki egzogenne. Energia zawarta w substracie oddechowym jest stopniowo uwalniana w serii sprzężonych reakcji utleniania - redukcji , którym towarzyszy transport elektronów w łańcuchu oddechowym. W skład łańcucha oddechowego (łańcucha transportu elektronów) wchodzą co najmniej dwa kompleksy enzymatyczne - dehydrogenaza i końcowa oksydoreduktaza. W bardziej kompletnych łańcuchach występują dodatkowe enzymy i białka. Łańcuch oddechowy u Eukaryota jest umiejscowiony w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, a Prokaryota w błonach mezosomów lub w błonie cytoplazmatycznej. W oddychaniu tlenowym końcowym akceptorem elektronów jest tlen. Oddychanie tlenowe daje mikroorganizmom większy zysk energetyczny niż beztlenowe, a związki organiczne, np. glukoza są utleniane do związków obojętnych (CO₂ i H₂O). NADH+ H⁺ (NAD⁺) dehydrogenaza NADH (FMN ; Fe-S) Q reduktaza cytochromowi (cyt bc ₁; Fe-S) cyt c oksydaza cytochromowa (cyt aa₃; Cu) O2 5. Proces fermentacji Liczne bakterie i niektóre grzyby mikroskopowe posiadają zdolność do przeprowadzania procesu utleniania; nazywanego fermentacją . W fermentacji substrat oddechowy zostaje rozbity i przekształcony, po czy jeden produkt ulega utlenianiu, a drugi redukcji. W przebiegu fermentacji wyzwala się tylko część energii, jaka uwalniałaby się w oddychaniu tlenowym. Energia jest odkładana w ATP, a ten ostatni tworzy się w drodze fosforyzacji substratowej. Wyjątkowo fermentacje mogą przebiegać bez wykorzystania fosforyzacji substratowej, kiedy ATP powstaje kosztem energii pompy wodorowej lub sodowej. Wydajność energetyczna fermentacji jest kilkanaście razy mniejsza niż bez oddychania tlenowego. Do uzyskania tej samej ilości energii co w oddychaniu tlenowym, w czasie fermentacji bakteria musi zużyć wiele razy większą ilość substratu. Produktem fermentacji, oprócz energii zmagazynowanej w ATP, są związki organiczne bardziej zredukowane niż substrat i bardziej utlenione. Bakterie fermentując, modyfikują silne środowisko, zużywając dużo substratu i gromadząc wiele ilości produktów końcowych. Produkty te, są w większości związkami organicznymi, mogą służyć jako źródło węgla i energii dla innych bakterii. Przy dużych stężeniach substratu i dominacji bakterii fermentujących dochodzi do kumulacji produktów zwłaszcza kwasów i gazów. Schemat fermentacji:

6. Charakterystyka bakterii chemolitotroficznych Bakterie mogą czerpać energię z utlenienia związków nieorganicznych i redukować produkt asymilacji CO₂ lub też wykorzystywać jedną z tych możliwości.

Baketrie	źr. energii	źr. C
Bezwz. chemoautolitotrofy	zw. min.	CO2
względne -||-	zw. min.	CO2
		zw. org.	zw. org.
miksotrofy	zw. min.	zw. org.

7. Oddychanie beztlenowe mikroorganizmów Końcowymi akceptorami elektronów są inne niż tlen pierwiastki lub utlenione związki organiczne i nieorganiczne (siarka pierwiastkowa, azotany, tlenki azotu, siarczany, Fe (III), Mn(IV), nadchlorany, chlorany, arseniany, CO₂, fumaran i inne związki). Zależnie od rodzaju akceptora mówimy o oddychaniu:- azotanowym; - siarczanowym - fumarowym, itd. 8. Fotosynteza bakteryjna Fotosynteza anoksygenowa - bierze w niej udział pojedyncza reakcja świetlna (fotofosforylacja). Elektrony do redukcji NAD nie pochodzą z H₂O lecz z innych zredukowanych związków. Barwniki uczestniczące w fotosyntezie- bakteriochlorofile +barwniki pomocnicze. Fotosynteza oksygenowa - proces przekształcenia energii świetlnej w energię biochemiczną ATP (fotofosforylacja). Energia świetlna jest też wykorzystywana do oderwania elektronu od cząsteczki H₂O i przeniesienia go na utlenioną formę NAD(P). Ciąg dwóch kolejnych reakcji świetlnych aktywuje elektrony
do poziomu wystraczającego do reducki NAD(P) i do wykorzystania H₂O jako źródła elektronów. Mikroorganizmy fotosyntetyzujące żyją w wodzie (morskiej i słodkiej), w warstwach dennych płytkich stawów, na powierzchni bagien, lodowców, gleby.Mikroorganizmy fotosyntetyzujące:- oksygenowe - wytwarzają tlen w czasie fotosyntezy, jako donor elektronów, do redukcji NADP⁺ wykorzystują H₂O;; - anoksygenowe - nie wytwarzają tlenu, donorami elektronów są nieorganiczne związki siarki, wodoru, związki organiczne lub Fe(II). Niektóre gr. w ciemności mogą prowadzić metabolizm chemoorganotroficzny. *Fotosynteza bakteryjna przebiega zasadniczo podobnie do fotosyntezy roślinnej, ale różni się kilkoma istotnymi elementami. Przebiega w warunkach beztlenowych z udziałem innych barwników asymilacyjnych niż chlorofil. Odmienna budowa chlorofilu oraz organelli fotosyntezy powodują, iż wymagają one słabszego naświetlania. Absorbują więc światło o dłuższej fali niż światło pochłaniane przez rośliny zielone. Siedliskami tych bakterii są głębsze warstwy wody i beztlenowe muły denne. W miejscach tych znajdują się zredukowane związki siarki, wodór lub kwasy organiczne będące donorami elektronów redukujących. Z tego powodu w wyniku fotosyntezy bakteryjnej nie jest dostarczany do środowiska tlen, a wydzielane są utlenione związki mineralne lub organiczne.

9. Charakterystyka bakterii prowadzących proces fotosyntezy anoksygenowej Bakterie występują pospolicie w środowisku wodnym, warstwach dennych płytkich stawów, wodach wolno płynących, przy brzegach jezior, w górnych warstwach bagien. -Purpurowe bakterie bezsiarkowe - Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum - występują w jeziorach, stawach, w planktonie morskim; posiadają plastyczny metabolizm- w warunkach beztlenowych i na świetle zachowują się jak fotolitotrofy (H₂ donor elektronów), w warunkach tlenowych w ciemności stają się organotrofami. Komórki małe, pałeczki, formy spiralne, kuliste. -Purpurowe bakterie siarkowe - rodzina Chromataiceae, Ectothiorhodospiraceae; występują w warunkach beztlenowych w wodach słodkich i słonych, ściekach; donor elektronów H₂S. Utleniają siarczki do siarki pierwiastkowej, którą gromadzą w komórkach. Różne kształty komórek, z reguły duże (formy nitkowate, kuliste), często ruchliwe. -Zielone bakterie fotosyntetyzujące - nitkowate - rząd Chloroflexales - głownie termofilne, występują w gorących źródłach, w warunkach beztlenowych zachowują się jak fototrofy (donor wodoru H₂ lub H₂S), nie gromadzą siarki w komórkach, w warunkach tlenowych nie wytwarzają chlorofilu i zachowują się jak organotrofy. - siarkowe - rząd Chlorobiales - bezwzględne beztlenowce i fototrofy (donor elektronów- zredukowane związki siarki), siarkę odkładają w komórkach. Występują w ściekach, wodach słodkich i morskich. Małe pałeczki, nieruchliwe.

10. Toksyczny wpływ tlenu na mikroorganizmy & 11. Reakcje tlenu podczas przemian mikrobiologicznych Toksyczne działanie może być: - bezpośrednie, np. utlenianie grup -SH w białkach, inaktywacja niektórych enzymów, nadoksydacja cytochromów, nadoksydacja lipidów; - pośrednie, działanie toksycznych połączeń tlenu. Toksyczne połączenia tlenu: - wolne rodniki nadtlenkowe (O₂^-) O₂ + e^-> O₂^- (1.); - nadtlenek wodoru (H₂O₂) O₂ + 2e^->O₂^2- (2.); - rodniki hydroksylowe (OH^-) O₂ + H₂O + H⁺ > O₂ + H₂O + OH^- (3.) Reakcja: (1.) jest katalizowana przez oksydazę cytochromową i niektóre enzymy zawierające miedź (laktaza); (2.) jest charakterystyczna dla niektórych enzymów z gr. flawinową (oksydaza glukozowa, oksydaza aminokwasowi, oksydaza ksantynowa) (3.) jest katalizowana przez wiele oksydaz (ksantynowa, aldehydowa). Prowadząc hodowle mikroorganizmów tlenowych należy pamiętać, że pomimo iż tlen jest niezbędnym związkiem dla ich wydajnego metabolizmu, zbyt wysokie stężenie może jednak być niebezpieczne. 12. Wymagania pokarmowe mikroorganizmów Wszystkie mikroorganizmy wymagają do wzrostu tych samych pierwiastków, ale w różnych formach. Pierwiastki budulcowe niezbędne to: C, N, O, H, P, S. Wchodzą one w skład podstawowych związków chemicznych budulcowych i funkcjonalnych. Opracowując skład pożywek hodowlanych musimy pamiętać o tym, ze liczbowa relacja tych składników musi zabezpieczać podstawowe wymagania na składniki budulcowe. Najprostsza metoda na zbadanie tych wymagań jest zbadanie biomasy po hodowli. C, H, O są podstawowymi składnikami związków organicznych, budujących składniki funkcjonalne, np. enzymy. Komórka najchętniej wykorzystuje źródła węgla, które nie wymagają wstępnej hydrolizy i bez transformacji bezpośrednio wprowadzane s do szlaków metabolicznych. Mikroorganizmy potrafią wykorzystywać większość źródeł węgla, ale musza wtedy zaangażować część energii w procesy hydrolizy i transformacji wprowadzanych związków.

13. Pierwiastki budulcowe mikroorganizmów 6 podstawowych pierwiastków (C, O, H, N, S, P) buduje wszystkie związki organiczne w komórce: aminokwasy, białka, cukry, kwasy tłuszczowe, lipidy, nukleotydy i kwasy nukleinowe. Główne składniki masy komórkowej mikroorganizmów są: Węgiel (C) - jego zawartość w suchej masie mikroorganizmów wynosi ok. 47-48%; jest głównym pierwiastkiem wchodzącym w skład wszystkich związków organicznych, Tlen (O) - stanowi 30-31% suchej masy mikroorganizmów; jest obecny we wszystkich związkach organicznych, ponadto wchodzi w skład wody - podstawowego rozpuszczalnika substancji komórkowych. Wodór (H) - jego udział w suchej masie dochodzi do 8%, podobnie jak tlen jest składnikiem wszystkich substancji organicznych oraz wody Azot (N) - - stanowi 14% suchej masy drobnoustrojów; jest niezbędny w komórce jako składnik aminokwasów, pochodnych sacharydów oraz zasad purynowych i pirymidynowych (głównego budulca nukleotydów i kwasów nukleinowych). Fosfor (P) - stanowi do 3%, wchodzi w skład nukleotydów budujących kwasy nukleinowe, ale także związki typu ATP i ADP, w których wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe magazynują lub uwalniają energię w zależności od potrzeb komórki; buduje też fosfolipidy oraz układy buforowe utrzymujące pH komórki na stałym poziomie. Siarka (S) - stanowi do 1%, jest składnikiem niektórych aminokwasów, warunkując ich zdolność do tworzenia mostków dwusiarczkowych, grupa -SH jest też częścią aktywną wielu ważnych enzymów (np. oddychania komórkowego). ; +Mikroelementy

14. Źródła pierwiastków budulcowych organizmu Tlen - Jego źródłem dla organizmów beztlenowych są związki organiczne, dla tlenowców, względnych tlenowców powietrze. Wodór: - Wykorzystywany jest wodór pochodzący z połączeń organicznych i wody, która jest wszechobecna w środowisku hodowlanym. Azot - Jest składnikiem an1inokwasów, zasad azotowych. Źródłem azotu dla mikroorganizmów są także jony NH+4, najchętniej wykorzystywane. Część mikroorganizmów potrafi wykorzystywać azot w formie utlenionej, ale wbudowywany może być tylko w formie zredukowanej. Dlatego tracona jest energia na proces redukcji. Istnieją mikroorganizmy zdolne do wykorzystywania mineralnych źródeł azotu: większość bakterie chorobotwórczych, bakterie fermentacji mlekowej. Musza one mieć dostarczony azot w postaci aminokwasów lub białek. Nieliczne drobnoustroje zdolne są do wykorzystywania azotu atmosferycznego(Azotobacter), Fosfor - Wchodzi w skład fosfolipidów (składniki błon komórkowych), kwasów nukleinowych, ATP, AMP, ADP. Źródłem fosforu są związki mineralne, najczęściej P03'4. Mikroorganizmy potrafią tez wykorzystywać fosfor w połączeniach organicznych.Siarka - Występuje w organizmie w formie zredukowanej. Mikroorganizmy najchętniej pobierają siarkę w postaci utlenionej i tylko niektóre drobnoustroje nie potrafią tej siarki redukować, wtedy dostarcza się im S^2-. Składniki funkcjonalne - Musza być również obecne w pożywce. Biorą udział w przemianach metabolicznych. Najistotniejsze są: mikroorganizmów, Na, Mg, Fe, Ca, Fe. Związki te wykorzystywane są z reguły w postaci rozpuszczalnych soli.

15.Podział mikroorganizmów w oparciu o wymagania pokarmowe Mikroorganizmy o skrajnie wysokich wymaganiach pokarmowych - są to głownie patogenne mikroorganizmy, które poza swoim gospodarzem nie mogą się rozwijać. Muszą mieć dostarczone wszystkie składniki pokarmowe w odpowiednich proporcjach. Mikroorganizmy o średnich wymaganiach pokarmowych - mikroorganizmy pomiędzy np. Pseudomonas i bakterie fermentacji mlekowej Mikroorganizmy o niskich wymaganiach pokarmowych - mikroorganizmy autotroficzne w stosunku do źródła węgla, a niektóre nawet do źródła azotu. Sinice o zdolności asymilacji CO₂ i asymilacji azotu atmosferycznego, zalicza się również heterotroficzne mikroorganizmy bytujące w środowiskach naturalnych.

16.Wzrost osobniczy i populacyjny mikroorganizmów Wzrost osobniczy - przyrost biomasy i objętości organizmu jednokomórkowego (np. komórki drożdżowej, bakteryjnej) lub wielokomórkowego (np. strzępki grzybni) w wyniku biosyntezy substancji komórkowych, tj. białka, kwasy nukleinowe, sacharydy, służących do tworzenia struktur komórkowych: błon komórkowych, rybosomów, jądra, mitochondriów - cykl życiowy Wzrost populacyjny - wzrost populacji tzn. zwiększenie liczby komórek populacji drobnoustrojów - organizacja całej populacji

17.Systemy hodowli drobnoustrojów System otwarty - podczas całego okresu hodowli doprowadzone jest medium ze stałą szybkością i z taką sama szybkością jest odprowadzana przefermentowana pożywka. Jest to tzw. hodowla ciągła. Drobnoustroje mają idealne warunki do wzrostu. Są w takim samym stosunku odżywczym: -Zmniejszona jest toksyczność środowiska; -Dostarczane są cały czas składniki. System zamknięty - Pożywka hodowlana jest zamknięta w naczyniu i staje się coraz bardziej uboga. Produkty metabolitu są cały czas gromadzone, w miarę upływu czasu pogarszają się warunki życia mikroorganizmów. Gromadzące się komórki zmieniają warunki wewnętrzne(gęstość), co powoduje pogorszenie równomiernego natlenienia środowisk, zmniejszenie składników odżywczych. Drobnoustroje prowadzące fermentacje są narażone na swoje metabolity, ponieważ są one dla nich toksyczne.

18.Wzrost drobnoustrojów w hodowli okresowej, fazy wzrostu mikroorganizmów Faza I - przystosowawcza, adaptacyjna, zastoju, lag faza, - trwa od momentu wprowadzenia drobnoustroju do świeżej pożywki, aż do czasu uzyskania intensywnego rozwoju; - okres jej trwania zależy od: składu pożywki, w której przygotowano inokulum, rodzaju pożywki hodowlanej, wielkości i stanu fizjologicznego użytego materiału posiewnego, cech gatunkowych drobnoustrojów, temperatury inkubacji. w fazie zastoju masa pojedynczych komórek wprowadzonych do świeżej pożywki rośnie natychmiast w stosunku logarytmicznym; zwiększenie ilości kwasu RNA. - nawet l2-krotnie (do syntezy innych enzymów.); potem zwiększenie ilości białek oraz rybosomów; powiększają się wymiary pojedynczej komórki. Faza II - wzrostu logarytmicznego, wykładnicza.- najintensywniejszy przyrost liczby komórek, ze stałą szybkością, - masa i liczba komórek wzrastają logarytmicznie, - wartość w przeliczeniu na masę komórki są względnie stałe, - składniki komórki syntetyzowane ze stalą szybkością, - sprzyja to zachowaniu stałej wielkości komórki oraz jej składu chemicznego; - tzw. wzrost zrównoważony; - czas trwania fazy determinowany jest czynnikiem środowiskowym np. ilością substancji odżywczych, obecnością toksycznych produktów metabolizmu:, wartością pH,. temperatury, tlenu. Zależy tez od właściwości drobnoustrojów i sposobu prowadzenia hodowli.Faza III - faza zwolnionego wzrostu - maleje rozmiar komórek, - staja się one ubogie w RNA i rybosomy, - równocześnie wzrasta liczba komórek martwych Faza IV - faza stacjonarna - stała liczba komórek w hodowli - równowaga pomiędzy żywnymi i martwymi; - komórki zużywają materialny zapasowe; - ulega degradacji część rybosomów; - komórki jednak cały czas mają zdolność syntezy pewnych enzymów ; - czasami mikroorganizmy w tej fazie produkują metabolity (w idiofazie) Faza V - zwolnionego zamieraniania ;- przyrost liczby komórek martwych; - pojawiają się formy ewolucyjne; - zachodzą proces autolizy zmniejsza się liczba komórek oraz ogólna biomasa hodowli Faza VI - logarytmicznego zamierania - szybkość zamierania drobnoustrojów. w jednostce czasu jest stała;- szybkość zamierania oraz okres trwania tej fazy zależy od stopnia wrażliwości komórek na toksyczne metabolity - są one wówczas w dużym stężeniu; - może mieć ona gwałtowny lub łagodny przebieg

19.Diauksja Diauksja - jest to dwufazowy wzrost w podłożu z różnymi składnikami (np. z różnymi sacharydami) Polega ona na tym, ze najpierw wykorzystany zostanie prostszy składnik, dopiero później ten trudniejszy do "przerobienia", Np" gdy w podłożu obecna jest glukoza i skrobia - najpierw wykorzystana zostanie glukoza. Diauksja ma miejsce szczególnie wtedy, gdy w podłożu są różne składniki naturalne. Funkcjonowanie represji katabolicznej i indukcji substratowej, że w obecności dwóch źródeł energii, drobnoustrój w pierwszej kolejności wykorzystuje substrat metabolicznie korzystniejszy, a dopiero po jego wyczerpaniu następuje indukcja dodatkowych enzymów 1 uruchomienie nowego odcinka procesu katabolicznego, umożliwiającego przyswajanie komórce substratu "gorszego". - Mechanizm ten stanowi podstawę zjawiska "diauksji", czyli dwufazowości wzrostu drobnoustrojów. Ma on również kluczowe znacznie w procesach: biosyntezy antybiotyków, która wymaga ograniczenia szybkości wzrostu drobnoustrojów. Osiąga się to np. przez obniżenie stężenia łatwo przyswajalnego cukru, np. glukozy, wprowadzając laktozę.

20.Zjawiska "shift up" i "shift down" w hodowli drobnoustrojów Zjawisko "shift up" - zjawisko przesunięcia ze wzrostu osobniczego do wzrostu populacyjnego.(zmiana szybkości syntezy związków wysoko-cząsteczkowych po przeniesieniu na podłoże bogatsze) Następuje zwiększenie ilości DNA i enzymów. Zjawisko "shift down" -zjawisko przesunięcia wzrostu drobnoustrojów na niższy poziom (zmiana szybkości syntezy związków wysoko-cząsteczkowych po przeniesieniu na podłoże uboższe). Następuje zastopowanie produkcji RNA, spadek syntezy białek oraz spadek stężenia kwasów nukleinowych.

21.Zmiany w składzie chemicznym drobnoustrojów zależnie od fazy rozwojowej Hodowla okresowa powoduje w każdym momencie hodowli odmienność składu chemicznego komórek, odmienność morfologii i aktywności enzymatycznej. Zmianie ulega skład i rozmiar komórki. Jest to związane z odmiennymi warunkami abiotycznymi, natlenianiem, wzrostu substancji toksycznych. Nie ma dwóch identycznych punktów w czasie, a których wszystko byłoby identyczne.

22.Parametry wzrostu mikroorganizmów w hodowli okresowej Hodowla okresowa (statyczna, wstrząsane) - w której drobnoustroje namnażane są w systemie zamkniętym, do czasu całkowitego wyczerpania składników odżywczych lub zatrucia się produktami własnej przemiany materii. Wzrost drobnoustrojów w hodowli okresowej charakteryzują trzy parametry: Przyrost biomasy; Szybkość wzrostu; Czas trwania fazy zastoju (lag fazy). Przyrost biomasy stanowi różnicę pomiędzy ilością biomasy w szczytowym punkcie hodowli a ilością biomasy wprowadzonej do pożywki: X=Xmax-X₀ Zależność ta określa wartość suchej masy w gramach. Największy przyrost biomasy przypada na fazę logarytmiczną wzrostu, lecz największą ilość biomasy stwierdza się w fazie stacjonarnej. Jest ona

plonem rozwoju populacji we wszystkich fazach wzrostu hodowli stacjonarnej. Szybkość wzrostu jest to stosunek przyrostu biomasy, bądź liczby komórek do masy lub liczby komórek już istniejących w jednostce czasu.

μ
μ

μ - właściwa szybkość wzrostu (h^-1)

Czas trwania fazy zastoju (lag fazy) - pozwala ocenić właściwości mikroorganizmu oraz przydatność pożywki. Czas trwania lag fazy można wyznaczyć z różnicy czasu między momentem t_r, w którym hodowla osiąga określoną biomasę (X_r) lub liczbę komórek (N_r),a momentem t_i, w którym ta biomasa lub liczba komórek byłaby uzyskana, gdyby drobnoustroje rozmnażały się wykładniczo.

23.Szybkość wzrostu mikroorganizmów, definicja Szybkość wzrostu jest to stosunek przyrostu biomasy, bądź liczby komórek do masy lub liczby komórek już istniejących w jednostce czasu.

μ
μ

μ - właściwa szybkość wzrostu (h^-1)

Szybkość wzrostu d-u zależy od: Cech gatunkowych (szczepowych) drobnoustrojów; Składu pożywki (stężenia i rodzaju składników odżywczych, zawartości szkodliwych parametrów metabolizmu); Parametrów fizycznych hodowli (temperatura, pH, aktywność wody, potencjał redoks).

24.Wzrost ograniczony: limitacja i hamowanie wzrostu mikroorganizmów Często w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych mamy do czynienia ze zjawiskiem limitacji wzrostu przez niskie stężenie któregoś ze składników podłoża lub hamowania wzrostu w obecności inhibitora, np. nagromadzonego metabolitu. W hodowli okresowe zaistnienie takich warunków ograniczających szybkość wzrostu prowadzi do zakończenia fazy logarytmicznej, a zatem wzrost ograniczony przestaje być wzrostem wykładniczym. Obniżenie się stężenia jednego ze składników podłoża powoduje zwykle postępujący spadek szybkości wzrostu zgodnie z modelem Monoda analogicznym do równania Michaelisa - Menten. Jeżeli substrat asymilowany przez drobnoustrojów znajduje się w zbyt dużym nadmiarze, może to również prowadzić do ograniczenia szybkości wzrostu. Do takich substratów należą: kwas cytrynowy, etanol. Ważnym czynnikiem ograniczającym wzrost drobnoustrojów, jest niedobór tlenu w środowisku. W warunkach niedostatecznego natlenienia szybkość wzrostu i szybkość oddychania biomasy zależą od stężenia tlenu rozpuszczonego w podłożu. Kolejnym czynnikiem może być nagromadzenie toksycznego produktu metabolizmu.

25.Wzrost mikroorganizmów w hodowli ciągłej Hodowla ciągła - w której nieprzerwany rozwój drobnoustrojów reguluje dopływ świeżej porcji pożywki oraz jednoczesny odpływ tej samej ilości zużytego podłoża zawierającego produkty metabolizmu.W warunkach hodowli ciągłej po wstępnym namnożeniu mikroorganizmów odbywa się stałe zasilanie fermentora świeżą ilością pożywki i jednoczesny odbiór tej samej objętości płynu hodowlanego. Pozwala to na utrzymanie stałego stężenia substratu i wytwarzanych produktów metabolizmu, jak i również zachowanie wykładniczego wzrostu populacji. Odpowiednie warunki hodowli ciągłej można zapewnić, prowadząc ją na zasadzie chemostatu ze stała szybkością rozcieńczania. Naczynie hodowlane zawiera w nadmiarze wszystkie składniki odżywcze, które zapewniają mikroorganizmom maksymalną szybkość wzrostu. W chemostacie wzrost drobnoustrojów jest regulowany szybkością dopływu pożywki. W dowolnym układzie można zmieniać szybkość przepływu pożywki tylko w takim zakresie, aby stężenie wprowadzonego substratu nie przekroczyło wartości, przy której drobnoustroje osiągają maksymalną właściwą szybkość wzrostu. Wielkością stała jest szybkość rozcieńczania hodowli D (h^-1). D - stosunek natężenia objętościowego przepływu pożywki (F) do objętości hodowli (V)D=F/V Zasadą chemostatu jest stan równowagi dynamicznej między szybkością wzrostu μ i szybkością rozcieńczania hodowli: μ X=DX

26.Zalety i wady hodowli ciągłej Zalety: Brak limitacji wzrostu drobnoustrojów substratem i produktem metabolizmu; Wyeliminowanie zmiany warunków w trakcie trwania hodowli; Możliwość standaryzacji stanu fizjologicznego drobnoustrojów;

Produkty biotechnologiczne otrzymane są bardziej jednolite; Wyższa produktywność procesu (nawet 10razy); Zmniejszenie czasu pracy na obsługę hodowli (mycia, sterylizację aparatury). Wady: Trudność utrzymania jałowych warunków procesu przez dłuższy czas; Możliwość degeneracji szczepów (brak stabilności genetycznej), selekcji osobników o gorszych cechach biotechnologicznych; Tworzenie przez niektóre mikroorganizmy kłaczków lub agregatów powodujących zarastanie ścian i przewodów fermentora.

27.Metody mikroskopowe pomiaru ilości drobnoustrojów Metody mikroskopowe polegają na bezpośrednim liczeniu komórek mikroorganizmów pod mikroskopem. Różnice sprowadzają się tylko do sposobu przygotowania próby i różnych metod przeliczenia drobnoustrojów na jednostkę objętości. a) metoda preparatu przeżyciowego- wykonanie preparatu bezpośredniego, tj nanosi się kroplę zawiesiny drobnoustrojów na powierzchnię szkiełka przedmiotowego i przykrywa się szkiełkiem nakrywkowym (20-50 komórek w polu widzenia); - licznie powinno się wykonać w co najmniej 3 preparatach, licząc przynajmniej po 20 pól widzenia w każdym. 1. Bezpośrednie liczenie w preparacie:

L=1000/(0,01**r²)*a*n Gdzie: L (ml^-1); 1000 - przeliczenie na l ml; a - średnia zawartość komórek w polu widzenia; n - rozcieńczenie; r - promień pola widzenia ; h=0,01 - grubość preparatu

Komory do liczenia drobnoustrojów pod mikroskopem maja postać szklanych płytek z wyciętym wgłębieniem podzielonym na kwadraty lub prostokąty o znanej powierzchni .1. KOMORA THOMA Liczenie w komorze Thoma Ma ona głębokość 0,1 mm, na jej dnie znajduje się siatka składająca sie z 16 dużych kwadratów, które z kolei są podzielone na 16 małych. Szerokość i długość komory wynosi 0,05 mm. Na powierzchni komory Thoma wyżłobione są trzy kanaliki w kształcie litery H. Badana zawiesinę nanosi się na górna i dolna siatkę w centralnej części komory. Wyjściowa gęstość zawiesiny powinna wynosić od 10⁶ do 10⁷ komórek w 1 cm3• podczas liczenia wyznacza się średnia liczbę komórek w około 40 małych kwadracikach. Liczbę drobnoustrojów w 1 cm3 wylicza się ze wzoru:
Gdzie: n - rozcieńczenie; a - średnia zawartość komórek w polu widzenia

2. KOMORA BORKERA Ma podobna budowę jak komora Thoma, podzielona jest jednak na większe kwadraciki: oboku 0,2 mm. Liczbe drobnoustrojów wylicza sie z wzoru:

L=2,5*10⁵*a*n Gdzie: n - rozcieńczenie; a - średnia zawartość komórek w polu widzenia

28.Metody hodowlane pomiaru ilości drobnoustrojów Metody hodowlane pośrednie oparte są na zdolności drobnoustrojów do rozmnażania, dzięki czemu oznacza się tylko żywe komórki zdolne do wzrostu w pożywkach płynnych (metoda rozcieńczeniowa) lub w pożywkach stałych (metoda płytkowa i jej modyfikacje). • Metoda rozcieńczeniowa Metoda seryjnych rozcieńczeń Listera należy do klasycznych technik stosowanych ,do określania liczby drobnoustrojów oraz izolowania czystych hodowli ze środowiska płynnego. Zasada tej metody polega na wieloetapowym rozcieńczaniu badanej zawiesiny, tak, aby w 1cm3 znajdowała się 1 komórka. Z kolejnych rozcieńczeń wykonuje się posiewy, po 1 cm3, do pożywek płynnych, co najmniej w 2 powtórzeniach. Po inkubacji określa , się ilość prób dodatnich, tj. takich, w których rosną drobnoustroje. Korzystając z tablic McCrady'ego ujmujących statystycznie ilość prób ze wzrostem, drobnoustrojów, rozcieńczeniem i ilością powtórzeń wylicza się w oparciu o rachunek prawdopodobieństwa NPL, czyli najbardziej prawdopodobna liczbę drobnoustrojów w 1 cm3 badanej próby. Dokładność metody zależy od przygotowania właściwych rozcieńczeń i od ilości równoległych prób. Warunkiem jest przygotowanie takiego szeregu rozcieńczeń, aby w ostatnim nie były juz obecne mikroorganizmy. Jest to metoda czasochłonna, pracochłonna i coraz rzadziej stosowana. • Metoda płytkowa Zasada metody polega na wysiewie odpowiednio rozcieńczonej zawiesiny drobnoustrojów na pożywkę stała, inkubacji i liczeniu wyrosłych kolonii. Wyniki otrzymywane ta metoda są zawsze niższe niż rzeczywiste, ponieważ liczy się na płytkach tylko kolonie tych drobnoustrojów, które są zdolne do wzrostu na danej pożywce i w danych warunkach. Dodatkowym czynnikiem obniżającym wyniki oznaczeń jest występowanie niektórych bakterii w skupiskach i łańcuszkach. Technika wysiewu na płytki wymaga zachowania następującej procedury:a) ROZCIEŃCZENIE ZAWIESINY Badana próbę należy tak rozcieńczyć, aby po wysiewie na płytkę wyrosło od 30 - 300 kolonii. Rozcieńczenia najczęściej przygotowuje się w jałowej soli fizjologicznej lub płynie Ringera. b)POSIEW NA PŁYTKI PETRIEGO Posiew można wykonywać metoda wgłębną lub powierzchniową. Powinny być wykonywane z dużych rozcieńczeń, w co najmniej dwu powtórzeniach.c) INKUBACJA Płytki z posiewami inkubuje się w temperaturze optymalnej dla wzrostu określonej grupy mikroorganizmów. d)LICZENIE po inkubacji liczy się wyrosłe kolonie na płytkach, odrzucając płytki z ilością powyżej 300 . • Modyfikacje metody płytkowej Tradycyjna metoda liczenia drobnoustrojów na pożywce stałej doczekała się wielu modyfikacji, które w znacznym stopniu ja upraszczają. Automatyzacja podstawowych etapów, takich jak: rozcieńczanie badanej próby, posiew i liczenie drobnoustrojów zmniejsza pracochłonność i czasochłonność wykonywanych badań. a)Metoda filtrów membranowych

Jest stosowana do określania ilości drobnoustrojów w środowiskach, przeważnie wodnych, w których ilość ich jest niewielka, poniżej 20-30 komórek w 1 cm3. Zasada tej metody polega na przesączeniu określonej objętości badanego płynu (lub rozpuszczonej substancji stałej) przez filtr membranowy o wielkości porów 0,2-0,4 μm. Filtracja odbywa się dzięki wytworzeniu podciśnienia w kolbie ssawkowej za pomocą pompki wodnej lub mechanicznej. Ilość cieczy przeznaczonej do filtracji dobiera się według przewidywanej liczby mikroorganizmów w badanej próbie. Zatrzymane na filtrze drobnoustroje rozwijają się poprzez umieszczenie filtru na powierzchni płytki Petriego z odpowiednia pożywka agarowa. Płytki inkubuje się w temperaturze optymalnej dla wzrostu danych mikroorganizmów w czasie 24-48 godz. Po inkubacji ilość kolonii, które wyrosły na powierzchni filtru odpowiada liczbie drobnoustrojów, znajdujących się w badanej objętości płynu. b) Wykorzystanie Petrifilmów Petrifilmy są jałowymi plastykowymi płytkami zawierającymi gotowe pożywki hodowlane przykryte folia polietylenowa. Specjalny indykator dodany do pożywek zabarwia kolonie drobnoustrojów, przez co są one lepiej widoczne. Na płytkach są zaznaczone kwadraty o powierzchni 1 cm3 ułatwiające liczenie wyrosłych kolonii. Posiewu dokonuje się za pomocą pipety, nanosząc 1 cm3 badanej próbki lub jej rozcieńczenia na środek płytki, następnie przykrywa się folia i dociska specjalnym krążkiem w celu równomiernego rozprowadzenia próbki po całej powierzchni pożywki. Po inkubacji płytek w określonych warunkach liczy się wyrosłe kolonie.c) Płytki kontaktowe testy łopatkowe Testy te sa przeznaczone do szybkiej oceny jakości mikrobiologicznej produktów oraz kontroli stanu higienicznego. Zastosowano w nich technikę wzrostu drobnoustrojów na pożywce agarowej nałożonej na obydwie strony płytki, która jest umieszczona w sterylnej fiolce. Producenci oferują zestawy do określania ogólnej liczby drobnoustrojów, liczby drożdży i pleśni, obecności bakterii z rodzaju Enterobacteriaceae, identyfikacji bakterii E.coli, oraz bakterii z rodzaju Pseudomonas. d) Metoda posiewów spiralnych W metodzie tej następuje rozprowadzenie mikropipeta badanego materiału po powierzchni płytki agarowej w postaci spirali Archimedesa, biegnącej spiralnie od centrum płytki do jej brzegów. W urządzeniu służącym do posiewów ta metoda silnik elektryczny obraca podstawę, w której umieszcza się otwarta płytkę Petriego z pożywką agarowa. Liczenie drobnoustrojów odbywa się przez umieszczenie pod płytką wzorcowej siatki podzielonej na 8 sektorów, będących wycinkami koła.

29.Tworzenie się biocenoz w środowiskach Niezależnie poglądu, że mikroorganizmy występują wszędzie, są takie środowiska, które są ich pozbawione. Są to, np. tereny objęte spływem lawy, świeżo odkryte powierzchnie skał, tkanki, zdrowych organizmów wyższych czy surowce spożywcze i produkty wyjałowione. Takie środowiska są doskonałymi modelowymi warunkami do obserwowania tworzenia biocenoz. Stwierdzono, że w podobnych warunkach ekologicznych kolejność zmian wykazuje pewną prawidłowość. Zjawiska te nazwano sukcesją ekologiczną.Wyróżnia się dwa typy sukcesji: sukcesję pierwotną i sukcesję wtórną.

30.Sukcesja pierwotna, przykłady Sukcesja pierwotna zachodzi w środowiskach wyjściowo - jałowych (w których dotąd nie istniało). Rozwój biocenozy w takich środowiskach zaczyna się od gatunków pierwotnych, czyli tzw. mikroorganizmów pionierskich, które stopniowo zmieniają środowisko, przez co staje się bogatsze w różne gatunki. Gatunki pionierskie zazwyczaj cechują się zdolnością do ruchu lub zdolnością do przeżycia w powietrzu. Daje im to szanse dotarcia do określonego siedliska. Rodzaj gatunków pionierskich zależy od charakteru chemicznego i parametrów fizycznych zasiedlanego środowiska.

31.Sukcesja wtórna, przykłady

Sukcesja wtórna polega na rozwijaniu się biocenoz z pominięciem typowej fazy pionierskiej. Takie tworzenie się biocenoz występuje w środowiskach, w których częściowo zakłócono (zniszczono) istniejący zespół mikroorganizmów na skutek klęski żywiołowej czy tez ingerencji człowieka. Pozostałe mikroorganizmy (odporne na zastosowany czynnik środowiskowy) staną się mikroflorą dominującą nie typową dla danego środowiska, produktu. Przykładem może być zbiornik wodny, w którym została zniszczona naturalna biocenoza na skutek suszy lub spuszczenia wody. W przypadku działalności człowieka w przetwórstwie spożywczym może być to pasteryzacja surowca, zakwaszanie itp.

32.Oddziaływanie mikroorganizmów w środowiskach i bioproduktach O układzie drobnoustrojów poza czynnikami środowiskowymi decydują również wzajemne stosunki pomiędzy poszczególnymi gatunkami biocenozy. Wzajemne oddziaływania miedzy mikroorganizmami podzielić można na: Bezpośrednie (symbioza, pasożytnictwo, drapieżnictwo); Pośrednie (protokooperacja, komensalizm, konkurencja, amensalizm). Populacje występujące w biocenozie mogą na siebie wzajemnie oddziaływać. Interakcje mogą być protekcyjne lub antagonistyczne. Przy braku zależności mówimy o neutralizmie. Do zależności protekcyjnych, nazywanych nieantagonistycznymi, zaliczamy: symbiozę - która jest rodzajem współżycia organizmów czerpiących obopólne korzyści, np.: bakterie brodawkowe i korzenie roślin motylkowych. Jeśli występuje rodzaj współżycia tzw. koniecznego, wówczas ten układ nazywamy mutualizmem - przykładem są porosty, których ciało zbudowane jest z glonów i skrzepek grzyba.; komensalizm - jeden z występujących organizmów w układzie jest komensalem, czerpiącym korzyść z obecności drugiego osobnika, tzw. gospodarza, który nie ponosi szkód, np.: porosty występujące na pniach drzew.; protokooperacja - dotyczy dwóch organizmów świadczących sobie wzajemnie usługi, "korzyści", ale nie jest to konieczne do ich egzystencji. Do zależności antagonistycznych zaliczamy: Konkurencje - występuje wówczas, gdy są w danym siedlisku populacje o podobnych wymaganiach życiowych (np. podobne sposoby odżywiania, jednakowe wymagania środowiskowe). W konkurencji wygrywa populacja liczebniejsza lub mająca większe umiejętności przystosowawcze. Pasożytnictwo - polega na wykorzystywaniu organizmu żywiciela przez pasożyta. Wyróżniamy pasożyty zewnętrzne i wewnętrzne. Pasożyty wytworzyły wiele cech przystosowujących do pasożytnictwa, np.: narządy czepne, oskórki chroniące przed strawieniem, doskonale rozmnażanie.Drapieznictwo - dotyczy sytuacji, w której osobnik jednego gatunku (drapieżnik) chwyta, zabija i zjada osobniki drugiego gatunku (ofiara). Drapieżca w stosunku do ofiary jest zwykle większy, (gdy jest mniejszy poluje stadnie). Zabijane są zwykle osobniki młode, stare, słabe, chore. Ilość osobników drapieżców jest ściśle uzależniona od ilości ofiar. Drapieżcy posiadają szereg przystosowań ułatwiających zdobycie pożywienia (dobry węch, wzrok, rozwinięte kły, pazury, ewentualnie dzioby), a ofiary do obrony przed pożarciem (barwa ochronna, szybkie nogi, czujność). Amensalizm - występuje wówczas, gdy czynności życiowe jednej populacji szkodzą innym, np.: tworzone przez bobry żeremia zmieniają warunki wodne w biocenozie, wykluczając obecność dotychczasowych populacji.Antybioza - wytwarzanie antybiotyków (związków chemicznych) przez jedna grupę bakterii powoduje zahamowania wzrostu innej.

33. Systemy oddziaływania bezpośredniego Interakcje:- symbioza; - drapieżnictwo; - pasożytnictwo - współzależność, w której jeden partner (pasożyt osiąga korzyści, natomiast drugi nie ponosi (rozkład martwych organizmów - szczątków) lub ponosi szkody (gospodarzem jest organizm żywy). Symbioza nazywamy taki rodzaj współzależności dwóch lub więcej różnych gatunków ściśle od siebie zależnych, które bez obecności partnera rozwijają się bardzo słabo lub wcale nie rosną. .Taki rodzaj współzależności jest również nazywany mutualizmem. Znane są przykłady oddziaływania symbiotycznego między samymi mikroorganizmami, jak i miedzy mikroorganizmami i organizmami wyższymi w tym również człowiekiem. Główne kierunki korzystnego oddziaływania na siebie symbiontów są wynikiem: Wymiany składników pokarmowych; Przekształcania przez mikro symbionty nieprzyswajalnych dla :organizmu wyższego; Substancji pokarmowych; Dostarczania substancji wzrostowych; Zaopatrywania w składniki mineralne; Wykorzystywania, i w ten sposób usuwania, produktów metabolizmu toksycznych dla organizmu partnera; Ochrony przed szkodliwymi czynnikami środowiskowymi; Zmiany parametrów środowiska; Pasożytnictwo - Jest rozumiane jako współzależność, w której jedne z partnerów (pasożyt) osiąga korzyści, natomiast drugi partner (gospodarz) nie ponosi lub ponosi szkody. W pierwszym przypadku pasożytnictwo dotyczy rozkładu martwych szczątków roślin czy zwierząt. Ten rodzaj pasożytnictwa jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie i jest decydującym dla zapewnienia obiegu pierwiastków. Drugi rodzaj pasożytnictwa występuje wtedy, gdy gospodarzem jest organizm żywy. W świecie mikroorganizmów tego rodzaju pasożytnictwo jest stosunkowo mało poznane. Przykładem mogą być bakteriofagi atakujące komórki bakterii. Drapieżnictwo - Jest systemem, który rozumiany jest najczęściej jako odżywianie się jednych mikroorganizmów innymi. W świecie zwierząt jest to system współzależności bardzo często spotykany, natomiast miedzy mikroorganizmami należy do rzadkości. Najbardziej typowym przykładem pasożytnictwa u mikroorganizmów jest odżywianie się pierwotniaków bakteriami. Jest to zjawisko szczególnie widoczne w zbiornikach wodnych, osadach czynnych, ściekach. Główna rola w eliminowaniu bakterii ściekowych przypisuje się orzeszkom i wiciowcom.

34. Systemy oddziaływania pośredniego Oddziaływanie pośrednie, zachodzące poprzez środowisko. Warunek: odpowiednio bliskie sąsiedztwo organizmów, tak by stworzone metabolity czy zmiany parametrów fizycznych środowiska mogły wywierać wpływ na partnerów. Efekt: zwiększenie/osłabienie wzrostu lub brak wpływu. Współzależności:- neutralizm; - komensalizm; - konkurencja; - protokooperacja; - amensalizm. W przyrodzie współzależności miedzy mikroorganizmami zachodzące poprzez środowisko występują niezwykle często. Warunkiem niezbędnym jest jednak odpowiednio bliskie sąsiedztwo organizmów, tak, aby tworzone metabolity czy zmiany parametrów fizycznych środowiska mogły wywierać wpływ na partnerów. Protokooperacja - Jest często określana jako pośrednia symbioza. Jest to system, w którym wszystkie powiązane ze sobą mikroorganizmy odnoszą korzyść. W tym systemie nie ma konieczności współistnienia, jednakże wspólne bytowanie jest korzystne dla partnerów i objawia się zwiększeniem szybkości wzrostu i wyższa aktywnością metaboliczna, większą ekspansywnością w środowisku lub większą tolerancja na zmienione warunki bytowania. Współzależności protokooperacyjne polegają na: Wzajemnym uprzystępnianiu składników pokarmowych; Wzajemnej wymianie gazów, najczęściej dotyczy to, CO₂ i O_2;Wytwarzaniu i wzajemnej wymianie substancji wzrostowych przez partnerów zespołu.; Wytwarzanie substancji stymulujących wzrost i usuwanie metabolitów toksycznych przez współbytując mikroorganizmy. Komensalizm - Oznacza współzależność, w wyniku której j eden z partnerów odnosi korzyści, natomiast drugi nie podlega wpływowi, istnienie partnera jest dla niego obojętne. Jest to tzw. jednostronna korzyść z reguły tego typu zależności są w małym stopniu swoiste. Komensalizm najczęściej polega na:- Przeprowadzeniu przez jednego z mikroorganizmów substratów pokarmowych, nieprzyswajalnych przez partner, w produkty, które juz może wykorzystać jako składniki odżywcze; - Tworzeniu przez jednego ze współmieszkańców ekosystemu substancji wzrostowych, np. witamin, stymulujących wzrost partnerów; - Rozkładzie lub wykorzystywaniu w środowisku substancji hamujących wzrost partnerów; Konkurencja - Jest forma współżycia, w której obydwaj partnerzy współzawodniczą o deficytowy i ważny dla nich składnik pokarmowy bądź też o światło, wodę czy przestrzeń życiową. Konkurencja występuje tylko w takich przypadkach, gdy zasoby substancji potrzebnej dla rozwoju obydwu grup są zbyt małe, aby zabezpieczyć potrzeby współistniejących mikroorganizmów. Współzawodniczące mikroorganizmy nie szkodzą sobie nawzajem, lecz walczą o zaspokojenie własnych potrzeb.Amensalizm - Często określany jest antagonizmem; jest forma współzależności, w wyniku, której rozwój jednej populacji jest zahamowany przez substancje wytwarzane przez partnera. W tym środowisku drapieżnictwo pierwotniaków jest uznawane jako efekt korzystny, pozwalający na redukcje substancji antagonistycznych może być korzystne dla wytwarzającego je mikroorganizmu. Osłabianie szybkości wzrostu wrażliwych partnerów lub ich eliminowanie daje producentowi szanse uzyskania przewagi w ekosystemie i ekspansji środowiska. Jest to szczególnie istotne dla mikroorganizmów wolno rosnących, które mają małe możliwości konkurowania z innymi mieszkańcami biocenozy. Często substancje antagonistyczne są traktowane jako "broń" mikroorganizmów w walce o przetrwanie w środowisku.

Współzależność	Wpływ na wzr i przeż pop A i B
		A	B
Oddział bezpośr	+	+
symbioza
pasożytnictwo	+	0, -
drapieżnictwo	+	-
Oddziaływania pośrednie	0	0
neutralizm
komensalizm	+	0
protokooperacja	+	+
konkurencja	-	-
amensalizm	-	0

35. Oddziaływania symbiotyczne między mikroorganizmami, przykłady, znaczenie ekologiczne Symbioza - rodzaj współzależności 2 lub więcej różnych gatunków ściśle od siebie zależnych, które bez obecności partnera rozwijają się bardzo słabo albo wcale nie rosną. SYMBIOZA MIĘDZY MIKROORGANIZMAMI Zespoły porostów - złożone z układów glonów lub sinic z grzybami. W poroście grzyb i glon są tak ściśle powiązane, że stanowią jeden organizm wegetatywny; grzybnia oplata całkowicie komórki glonów, niekiedy strzępki grzybni wnikają do wnętrza komórek glonów.Glony zaopatrują komórki grzybów w organiczne substancje pokarmowe tworzone dzięki fotosyntetyzującej zdolności wiązania CO_2. Grzyby dostarczają glonom soli mineralnych oraz chronią przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi. Zespoły pierwotniaków i bakterii (ENDOSYMBIOZA) Bakterie odgrywają rolę w trawieniu pewnych składników pokarmowych nieprzyswajalnych przez pierwotniaki; u pierwotniaków, które jedynie prowadzą glikolizę z wytworzeniem kwasu mlekowego spełniają funkcję podobną do mitochondriów- prowadząc oddychanie tlenowe; niektóre dostarczają pierwotniakom witamin, których nie potrafią syntetyzować. Zespoły glonów i bakterii (ENDOSYMBIOZA); SYMBIOZA MIĘDZY MIKRO- I ORGANIZMAMI WYŻSZYMI Mikroorganizmy i rośliny - bakterie z rodzajów Rhizobium i Bradyrhizobium + rośliny motylkowe; Mikroorganizmy i zwierzęta przeżuwające; Mikroorganizmy rozkładają celulozę (bakterie celulolityczne, orzęski), uwolniona glukoza podlega fermentacji z wytworzeniem lotnych kwasów tłuszczowych (octowego, propionowego, masłowego), kwasy stanowią źródło energii dla zwierząt przeżuwających. Mikroorganizmy syntetyzują również aminokwasy witaminy. Mikroorganizmy i człowiek - Mikroflora jelitowa - złożony ekosystem. Mikroorganizmy syntetyzują witaminy, głównie z grupy B, współuczestniczą w trawieniu składników pokarmowych oraz ochronie człowieka przed nadmiernym rozwojem patogenów jelitowych.

36. Drapieżnictwo w świecie mikroorganizmów, przykłady, znaczenie biotechnologiczne Drapieżnictwo - odżywianie się jednych mikroorganizmów innymi. Odżywianie się pierwotniaków bakteriami. Zjawisko występujące w : - zbiornikach wodnych, osadach czynnych i ściekach; drapieżnictwo uznawane jako korzystne - pozwala na redukcję ilości osadu czynnego; udział: orzęsek i wiciowców; - glebie; udział wiciowców i ameb; -żołądek zwierząt przeżuwających- występowanie zależności drapieżca ofiara.

37=34. 38. Komensalizm w świecie mikroorganizmów, przykłady, znaczenie biotechnologiczne Komensalizm - współzależność, w wyniku której jeden z partnerów odnosi korzyści, natomiast drugi nie podlega wpływowi; istnienie partnera jest dla niego obojętne; jest to jednostronna korzyść. Komensalizm polega na: przeprowadzeniu prze jednego z mikroorg. substratów pokarmowych , nieprzyswajalnych prze partnera, w produkty, które może wykorzystać jako składniki odżywcze; tworzeniu prze jednego ze współmieszkańców ekosystemu substancji wzrostowych, np. witamin, stymulujących wzrost partnerów; rozkładzie lub wykorzystaniu w środowisku substancji hamujących wzrost partnerów. Mikroorganizmy tlenowe i beztlenowe. Wykorzystanie tlenu przez organizmy tlenowe i w ten sposób umożliwienie wzrostu beztlenowcom. Inne - silnie toksyczny H₂S wydzielany prze mikroorganizmy proteolityczne w wyniku rozkładu białek jest usuwany ze środowiska przez bakterie siarkowe utleniające go do siarki. - drożdże osmofilne, osmotolerancyjne, zużywając cukier dodawany jako środek konserwujący do żywności umożliwiają rozwój mikroorg. wrażliwych na wysokie ciśnienie osmotyczne. Kilkuetapowe zależności komensalne (w środowiskach naturalnych, surowcach

spożywczych o bogatym składzie chemicznych):- rozkład resztek roślinnych na bagnach: celuloza rozkładana przez beztlenowe bakterie (rodzaj Clostridium), tworzone są kwasy organiczne i CO₂, które następnie są wykorzystywane przez bakterie metanowe, czemu towarzyszy tworzenie metanu. Ulatniający się metan jest utleniany przez tlenowe bakterie metanowe do CO_2, który jest źródłem węgla dla autotroficznych glonów i sinic.

- obieg azotu: mikroorganizmy proteolityczne uwalniają jony amonowe z białek roślinnych/zwierzęcych, które służą jako źródło energii dla bakterii z rodzaju Nitrosomonas, bakterie te następnie utleniają NH₄⁺ do NO₂^-, który jest źródłem energii wykorzystywanym przez Nitrobacter .;- przemiana (rozkład) składników mleka

39. Protokooperacyjne powiązania wśród mikroorganizmów, przykłady, znaczenie Protokooperacja (pośrednia symbioza)- system, w którym wszystkie powiązane ze sobą mikroorganizmy odnoszą korzyść. W systemie tym nie ma konieczności współistnienia, ale wspólne bytowanie jest korzystne dla partnerów i objawia się:- zwiększeniem szybkości wzrostu; - wyższą aktywnością metaboliczną; - większą ekspansywnością w środowisku; - większą tolerancją na zmienione warunki bytowania Współzależności protokooperacyjne polegają na: -wzajemnym uprzystępnianiu składników pokarmowych - Zespół bakterii celulolitycznych i bakterii asymilujących azot atmosferyczny (rodzaj: Azotobacter); Bakterie Azotobacter -dostarczają partnerom zredukowanych (przyswajalnych) związków azotu, bakterie celulolityczne degradując celulozę, zaopatrują zespół w łatwo przyswajalne źródło węgla (glukozę); -wzajemnej wymianie gazów CO₂ i O₂ ,- Heterotroficzne bakterie tlenowe i glony w ściekach. Podczas mineralizacji związków organicznych bakterie wydzielają duże ilości CO₂, który jest wykorzystywany przez fotoautotroficzne glony i sinice jako źródło węgla, glony w wyniku metabolizmu fotosyntetycznego zaopatrują partnerów w tlen. - Bakterie tlenowe i beztlenowe w glebie. Tlenowce wykorzystują tlen stwarzając warunki beztlenowe, organizmy tlenowe natomiast wykorzystują niektóre produkty beztlenowego metabolizmu partnerów.- wytwarzaniu i wzajemnej wymianie substancji wzrostowych - Bakterie jogurtowe. Paciorkowce opanowują środowisko jako szybciej rosnące, produkują kwas mlekowy, octowy, aldehyd octowy, diacetyl i kwas mrówkowy, którego obecność, jak również obniżony potencjał oksydoredukcyjny środowiska sprzyjają rozwojowi pałeczek jogurtowych, natomiast pałeczki uwalniają niskocząsteczkowe peptydy i aminokwasy z białek mleka, co stymuluje rozwój proteolitycznych szczepów Streptococcus thermophilus. - Mikroflora ziaren kefirowych (tzw. „grzybków kefirowych)- zespół różnych bakterii fermentacji mlekowej i drożdży (Candida, Saccharomyces), bakterie mlekowe hydrolizując laktozę oraz zakwaszając środowisko, stwarzają korzystne warunki rozwoju dla drożdży, natomiast drożdże syntetyzują witaminy z grupy B, od których zależy dobry wzrost bakterii mlekowych;- wytwarzanie substancji stymulujących wzrost i usuwanie metabolitów toksycznych .- Bakterie i grzyby. Bakterie fermentujące cukry wytwarzają kwasy organiczne (subst. toksyczne), które dla grzybów stanowią źródło węgla; np. bakterie fermentacji mlekowej z grzybami Geotrichum candidum lub Candida mycoderma.

40. Konkurencja i amensalizm jako formy współzależności wśród mikroorganizmów Konkurencja - obydwaj partnerzy współzawodniczą o deficytowy i ważny dla nich składnik pokarmowy bądź też o światło, wodę czy przestrzeń życiową. Występuje w przypadku, gdy zasoby substancji potrzebnej do rozwoju są zbyt małe, aby zabezpieczyć potrzeby współistniejących mikroorganizmów. Najostrzejsza konkurencja występuje między organizmami o podobnych parametrach wzrostu i podobnych wymaganiach pokarmowych: sinice +glony - konkurencja o światło i CO_2; promieniowce + pleśnie - konkurencja o składniki odżywcze Partner słabszy, wolniej rosnący, o ubogim metabolizmie, wyższych wymaganiach pokarmowych musi przegrać. Amensalizm - rozwój jednej populacji jest hamowany przez substancje wytwarzane prze partnera. Substancje antagonistyczne są wykorzystywane w walce drobnoustrojów o środowisko. Osłabienie wzrostu wrażliwych partnerów lub ich wyeliminowanie daje producentowi szansę ekspansji w środowisku. Antybioza - amensalizm będący wynikiem produkcji subst. antybiotycznych. Wykorzystanie amensalizmu: - utrwalanie surowców i produktów spożywczych. Tworzone na drodze mikrobiologicznej kwasy organiczne zwiększają stabilność biologiczną żywności fermentowanej. Obniżenie pH na skutek rozwoju bakterii fermentacji mlekowej hamuje wzrost wielu bakterii, w tym chorobotwórczych;

---