3138


MIKROBIOLOGIA

WYKŁAD 1 19.02.2013

BAKTERIOLOGIA - dział mikrobiologii zajmujący się budową, sposobem życia i znaczeniem bakterii

-opracował metody pracy w laboratorium

-proces pasteryzacji

-metody otrzymywania czystych kultur dzięki tworzeniu wybiórczych podłoży

-sterylizacja - obalenie mitu samorództwa

-badanie chorób zakaźnych (np. chorób bydła-wąglik)

-atenuacja - szczepionka przeciw wąglikowi i wściekliźnie (początek immunologii)

-sformułował postulaty dotyczące chorób zakaźnych: dany mikroorganizm jest przyczyną danej choroby gdy 1) występuje w organizmach osobników dotkniętych chorobą, 2) można zakazić zdrowe zwierzęta doświadczalne, wprowadzając mu bakterię, 3)da się wyizolować czystą kulturę bakteryjną

-wyizolował i przebadał wiele zarazków wywołujących choroby ludzi i zwierząt (np. prątki gruźlicy)

MIKROBIOLOGIA - nauka zajmująca się zagadnieniami związanymi z mikroorganizmami (makros- mały, bios- życie, logos- nauka); bada organizmy należące do:

Dziedziny mikrobiologii:

KLASYFIKACJA MIKROORGANIZMÓW

Trzy królestwa:

-Bakterie (Bacteria)

-Archaea

-Eukarya

-pierwotniaki (Protozoa)

-grzyby (Fungi)

-rośliny

- zwierzęta

Podstawowe różnice między komórką eukariotyczną i prokariotyczną:

KOMÓRKI EUKARIOTYCZNE

KOMÓRKI PROKARIOTYCZNE

Chromosomy są otoczone dwuwarstwową błoną jądrową

Brak błony jądrowej, chromosomy bezpośrednio kontaktują się z cytoplazmą

Struktura chromosomu jest złożona; DNA jest zwykle związany z białkami tzw. histonami

Struktura chromosomu jet stosunkowo prosta

Podział komórki wymaga mitozy lub mejozy

Mitoza i mejoza nie występuje

ściana komórkowa, jeśli występuje, zawiera składniki strukturalne, takie jak celuloza lub chityna, ale nigdy nie zawiera peptydoglikanu

Ściana komórkowa, jeśli występuje, zwykle zawiera peptydoglikan (podobne do peptydoglikanu związki są u kilku przedstawicieli Archaea) - nigdy nie występują w niej celuloza lub chitynowe składniki strukturalne

Mitochondria są powszechnie obecne; chloroplasty występują w komórkach fotosyntetyzujących

Mitochondria i plastydy nigdy nie występują

Komórki zawierają dwa typy rybosomów: większe w cytoplazmie i mniejsze w chloroplastach i w mitochondriach

Komórki zawierają rybosomy tylko jednego typu

Wici, gdy występują, maja złożoną strukturę

Rzęski, gdy występują, maja stosunkowo prostą strukturę

Prokarionty:

- Bacteria

- Archea

Archebacteria (Archea) - należą do prokariontów, mniejsza grupa niż bakterie, nieznane są gatunki ważne w medycynie, brak peptydoglikanów, żyją w środowiskach ekstremalnych, nie przeprowadzają fotosyntezy; grupa ta obejmuje:

Bakterie (Bacteria) - należą do prokariontów, ich ściany komórkowe są zbudowane z peptydoglikanu, rozmnażają się przez podział, jako źródło energii wykorzystują związki organiczne, nieorganiczne lub fotosyntezę;

->bakterie stanowią grupę młodszą ewolucyjnie od Archaebacteria, mają jednak większe możliwości adaptacyjne = grupa większa i bardziej zróżnicowana;

->bakterie przyjmują trzy podstawowe kształty: kulisty, cylindryczny, spiralny;

->do tej grupy zaliczamy bakterie gramdodatnie i gramujemne, których podstawą klasyfikacji jet budowa ściany komórkowej

->grupa ta zawiera wszystkie prokarioty ważne w medycynie

->niewielka liczba gatunków żyje w warunkach ekstremalnych

->brak w tej grupie bakterii wytwarzających metan

Klasyfikacja = taksonomia

rodzina

rodzaj

gatunek

szczep

Nazwa bakterii:

nazwa rodzaju: Staphylococcus

nazwa gatunku: aureus

Cechy służące klasyfikacji:

  1. morfologia kolonii - kształt, struktura

  2. kształt komórki, struktury, reakcja na barwniki (barwienie metodą Grama, barwienie endospor, otoczek, rzęsek, ziarnistości)

  3. cechy wzrostu

  4. testy biochemiczne

  5. badanie DNA: zawartości C+G

ad.1

→ wielkość kolonii: duże, średnie, małe, drobne; średnica kolonii podana w milimetrach

→ kształt kolonii:

0x08 graphic

→ brzeg kolonii:

0x08 graphic

→ powierzchnia kolonii: gładka, szorstka, pomarszczona, nitkowata, ziarnista, matowa, błyszcząca

→ wyniosłość kolonii ponad powierzchnię podłoża:

0x08 graphic

ad.2

Kształt i wielkość komórek bakteryjnych zależy od:

Wielkość komórki bakteryjnej: 0,125 - 40μm

Kształt: kuliste, cylindryczne, spiralne

0x01 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

a)

b)

c)

d)

e)

f) pałeczka

g) laseczki

h) wrzecionowate

i) maczugowce

j) przecinkowiec

k) rzęski

l) krętek

BUDOWA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ

0x08 graphic

BŁONA KOMÓRKOWA

30% suchej masy stanowią fosfolipidy, 70% białka o rozmaitych funkcjach - enzymy, białka transportowe, etc. (w obrębie błony wyróżnia się białka peryferyjne - luźno z nią związane i położone powierzchniowo oraz białka integralne - silnie związane z błoną.

Błona komórkowa jest struktura przystosowaną do pobierania substancji z zewnątrz (endocytoza) i wydalania zbędnych produktów metabolizmu (egzocytoza) - transport przez błonę.

Funkcje:

MEZOSOMY

Wpuklenia błony cytoplazmatycznej do wnętrza komórki bakteryjnej.

Zawierają wiele enzymów łańcucha oddechowego. Stanowią odpowiednik mitochondriów.

ŚCIANA KOMÓRKOWA

→ Obecna u wszystkich bakterii z wyjątkiem mykoplazm.

→ Zbudowana z polipeptydu = mureiny (N-acetylo-glukozamina, kwas N-acetylomuraminowy; wiązania 1,4-beta-N-glikozydowe; mostki peptydowe: D- i L- aminokwasy

/D-aminokwasy: D-Ala i D-Glu, które nie są obecne w komórce Eucaryota. Dzięki temu a odporne na proteolizę/

→ usieciowana struktura: sztywna i wytrzymała

Bakterie gram+ : mureina stanowi 50-90% ściany komórkowej, w warstwie mureiny warstwa kwasów teichojowych i lipoteichojowych (polimery fosforanów glicerolu i rybitolu) oraz białek

Bakterie Gram- : cienka warstwa mureiny 10%, nad mureiną błona zewnętrzna z lipopolisacharydem LPS (endotoksyną), pomiędzy mureina i boną zewnętrzną jest przestrzeń periplazmatyczna z białkami (enzymami); pory zbudowane z białek porynowych

LPS ma działanie immunogenne. Głównym determinantem antygenowym LPS jest łańcuch cukrowy - antygen somatyczny O (odpowiada za immunogenność poszczególnych gatunków i szczepów bakterii). Najbogatsza w determinanty jet część LPS-lipidA.

/lps wywołuje objaw - gorączkę, ale dopiero po śmierci bakterii/

0x08 graphic

** ściana komórkowa prątków (bakterii kwasoopornych)

→ zawiera kwasy mykolowe, lipoarabinomannany i lipoarabinoglukany

-ma cienką warstwę mureiny

-warstwa polipeptydów i wolnych kwasów mykolowych stanowi 1/3 masy ściany komórkowej,

-warstwa arabingalaktanu

-warstwa kladająca się z glikolipidów i wosków

-w poprzek warstw przechodzi lipoarabinomannan

Rola ściany komórkowej:

→ lizozym - enzym odkryty przez Aleksandra Fleminga, występuje m.in. we łzach i w białku jaja. Rozszczepia w mureinie wiązanie glikozydowe, powodując jej rozpad - jest (N-acetylo)-muramidazą

→ penicylina niszczy głównie komórki bakteryjne G+ (działa bakteriobójczo na komórki rosnące, gdyż zaburza syntezę ściany komórkowej)

DNA - BAKTERYJNY CHROMOSOM (genofor)

→ tworzy nukleoid (wyodrębniona struktura wewnątrz komórki)

→ plazmidy ( pozachromosomalne odcinki DNA)

Nukleoid to obszar komórki prokariotycznej będący odpowiednikiem jądra komórkowego u Eucaryota. W przeciwieństwie do jądra komórek eukariotycznych, nukleoid nie jest oddzielony od cytoplazmy otoczką jądrową. Zawiera genofor 9chromosom bakteryjny), czyli pojedynczą, kolistą cząsteczkę dwuniciowego DNA o długości do 200nm (0,6-13 mln par zasad). Cząsteczka DNA zawiera geny ułożone w zespoły, które regulują określony szlak metaboliczny (np. operon laktozowy) konkretną właściwość organizmu lub proces komórkowy.

*replikacja DNA u procaryota

* podział komórki bakteryjnej - rozmnażanie bezpłciowe (podział poprzeczny): z jednej komórki powstają dwie identyczne (jedno pokolenie); czas podziały różny (min. 20min dla E.coli)

Plazmidy to pozachromosomalne cząsteczki DNA, replikują się niezależnie od bakteryjnego chromosomu. Zwykle kowalencyjnie zamknięte, koliste, superzwinięte, rzadziej liniowe. Nie są niezbędne do przeżycia bakterii, ale zawierają geny przydatne, np. oporności na antybiotyki, kodujące toksyny, enzymy.

Plazmidy koniugacyjne/płciowe - mogą być przekazywane do innej komórki bakteryjnej.

Trzy drogi wymiany informacji genetycznej u Procaryota:

  1. transdukcja - zachodzi z udziałem bakteriofagów

  2. koniugacja - plazmidy koniugacyjne; poprzez utworzony mostek koniugacyjny pojedyncza cząsteczka plazmidowego DNA jest przekazywana z komórki dawcy do komórki biorcy

  3. transformacja - bezpośrednio ze środowiska; komórka DNA dawcy umiera, DNA jest uwalniany do środowiska; komórka kompetentna pobiera DNA do swojego wnetrza, geny z jednej komórki są przekazywane do drugiej bez kontaktu komórek i bez pośrednictwa wirusów

Doświadczenie Griffitha 1928r. - przykład transformacji (pobierania DNA ze środowiska); badanie zostało przeprowadzone na myszach z użyciem dwoinki zapalenie płuc (ma otoczki = zjadliwa, bez otoczek- niezjadliwa)

0x08 graphic

RYBOSOMY

U Procaryota są mniejsze niż u Eucaryota, mają niższą masę cząsteczkową i stałą sedymentacji Svedberga, wynoszącą 70S (Eucaryota 80S).

Różnice między rybosomami mają ogromne znaczenie przy leczeniu infekcji, gdyż niektóre antybiotyki wybiórczo hamują syntezę białek na rybosomach 70S, nie wpływając na działanie rybosomów 80S.

STRUKTURY POWIERZCHNIOWE (OTOCZKI, RZĘSKI, FIMBRIE)

*OTOCZKI występują na powierzchni bakterii. Ich rola to:

-bariera przepuszczalności

-ochrona przed fagocytozą

-ochrona przed wysychaniem

-adhezja=przyleganie

Otoczki mogą być:

Otoczki można uwidocznić pod mikroskopem świetlnym (barwienie pozytywno-negatywne).

np. Neisseria meningitidis (dwoinka zapalenie opon mózgowych) G-, wytwarza poliacharydową otoczkę;

* postacie kliniczne zakażeń:

- posocznica z zapaleniem opon mózgowo-rdzeniowych - 60% zakażeń inwazyjnych, śmiertelność <11%

- posocznica - 20%zakażeń inwazyjnych, śmiertelność 20-53%

- zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych - 20% zakażeń inwazyjnych, śmiertelność <1,2%

- zapalenie spojówek, osierdzia, stawów, płuc

substancja czynna szczepionki: wyizolowane i oczyszczone polisacharydy otoczki N. meningitidis

*RZĘSKI

→ zbudowane z ułożonych helikalnie podjednostek białka flagelliny

→ zakotwiczone w błonie cytoplazmatycznej ciałkiem podstawowym

→ sztywne, długie, obracają się

→ zapewniają bakterii zdolność ruchu (taksję)

Układ rzęsek jest cechą taksonomiczną.

1 rzęska - monotrichalne

kilka rzęsek - logotrichalne

pęczek rzęsek - amfotrichalne

rzęski na całej powierzchni - peritrichalne

Badanie ruchu w półpłynnym agarze 0,5%

*FIMBRIE

Inaczej pili, zbudowane z z białka piliny wypustki powierzchniowe, zakotwiczone w błonie cytoplazmatycznej; krótsze niż rzęski

→ zwykłe: adhezja

→ płciowe: koniugacja

ŚLUZ, GLIKOKALIKS - STRUKTURY POWIERZCHNIOWE

śluz - wielocukrowe łańcuchy luźno ułożone na powierzchni bakterii

glikokaliks - wielocukrowe warstwy na powierzchni bakterii

→ rola: adhezja

PRZETRWALNIKI (ENDOSPORY)

To formy chroniące bakterię przed zniszczeniem w niekorzystnych warunkach. Przetrwalnik powstaje wewnątrz komórki, zwykle jeden. Może być okrągły lub owalny, umieszczony w środku lub przy końcu komórki, co jest cechą gatunkową bakterii. Wytwarzane są tylko przez bakterie gramdodatnie.

Przetrwalniki zawierają około 40% więcej białka i prawie 4 razy mniej węglowodanów niż komórki wegetatywne. Charakterystycznym dla endospor związkiem jet kwas dipikolinowy DPA.

Zdolność tworzenia przetrwalników mają m.in. laseczki: Bacillus (tlenowce przetrwalnikujące) i Clostridium (beztlenowce przetrwalnikujące).

Formy przetrwalnikowe są bardzo oporne naniekorzystne wpływy otoczenia - niszczy je proces sterylizacji.

Oporność przetrwalników:

Komórka bakterii w wyniku sporulacji staje się sporangium, w którym przetrwalnik, w zależności od gatunku, zajmuje pozycję środkową albo mniej lub bardziej biegunową (cecha taksonomiczna). Ponieważ przetrwalniki te są często większe od komórki macierzystej, dojrzale sporangia przyjmują kształt maczugi lub wrzeciona.

Sporulacja - proces tworzenia endospory

Endospory powstają wewnątrz komórki bakteryjnej, a proces ich tworzenia rozpoczyna się, gdy warunki żywieniowe stają się niekorzystne (wyczerpanie źródła węgla, azotu lub obu jednocześnie)

I stadium - błona cytoplazmatyczna lekko uwypukla się do wnętrza komórki tworząc przegrodę

II stadium - DNA dzieli się na dwie części, dając genofor sporangium i genofor prespory zlokalizowany bliżej bieguna komórki

III stadium - DNA prespory wraz z częścią cytoplazmy zostaje oddzielone, a następnie otoczone dwiema błonami cytoplazmatycznymi

IV stadium - Wewnętrzna błona tworzy ścianę komórkową przetrwalnika. Błona zewnętrzna daje do środka korteks. Zaczynają powstawać osłony białkowe wytwarzane przez komórkę macierzystą.

V stadium - zakończeniu ulega wytwarzanie korteksu oraz osłon białkowych. Materiał jądrowy ulega uporządkowaniu w pobliżu błony przetrwalnika

VI stadium - przetrwalnik dojrzewa, osłonki ulegają przemianom, które powodują, że stają się one nieprzepuszczalne i ciepłooporne. Ustają przemiany metaboliczne, przejście w tan anabiozy.

VII stadium - uwolnienie endospory na skutek lizy sporangium

Kiełkowanie przetrwalników.

Jest to proces bardzo szybki, trwający czasem kilka sekund. Cały proces przemiany w pełnosprawną komórkę, zdolną do rozmnażania trwa zwykle około godziny. Kiełkowanie endospor poprzedza pobieranie wody z podłoża i pęcznienie. Zwiększa się wtedy objętość przetrwalnika i zanika zjawisko silnego załamywania światła przez sporę. Następuje aktywacja enzymów i szybki wzrost przemiany materii, utrata ciepłooporności, zanikanie dipikolinianu wapnia, wzrasta intensywność oddychania.

ZAPOTRZEBOWANIE BAKTERII NA SKŁADNIKI ODŻYWCZE

Autotrofy:

→ fotosyntetyzujące beztlenowe (bakterie zielone, bakterie purpurowe)

fotosyntetyzujące tlenowe (sinice)

→ chemosyntetyzujące (siarkowe, metanowe, żelaziste, azotowe, wodorowe)

Wzrost bakterii w pożywce płynnej - krzywa wzrostu

  1. faza adaptacyjna - faza początkowego zastoju, zachodzi synteza związków organicznych w komórkach, ale wzrostowi masy populacji bakteryjnej nie towarzyszy przyrost liczby komórek

  2. faza logarytmiczna (wykładnicza) - po adaptacji do nowego podłoża, komórki zaczynają rosnąć i dzielić się z szybkością maksymalną dla danego gatunku w tych warunkach. Liczba komórek podwaja się ze stałą szybkością, co dotyczy również całej populacji

  3. faza stacjonarna - rosnące komórki zużywają substancje odżywcze i wytwarzają produkty odpadowe, które gromadzą się w podłożu. Z tego powodu wzrost staje się wolniejszy wraz z upływem czasu, a następnie zatrzymuje się. W tej fazie w ogóle nie obserwuje się wzrostu liczby żywych komórek

  4. faza śmierci - liczba żywych komórek w populacji stale się zmniejsza

FIZYCZNE CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WZROST DROBNOUSTROJÓW

Temperatura

* Do grupy psychrofili i psychrotrofów zalicza się szereg drobnoustrojów zdolnych do rozwoju w środowiskach naturalnych o niskich temperaturach, jak rejony podbiegunowe, szczyty wysokich gór, dna oceanów, osady głębokich jezior.

Bakterie tej grupy stanowią poważny problem w przechowalnictwie. W schłodzonych produktach mleczarskich, mięsnych i owocowo-warzywnych wywierają niekorzystny wpływ na ich jakość i trwałość.

Najczęściej są to bakterie G- należące do rodzaju Pseudosomonas oraz gatunki z rodzajów Vibrio,

Aeromonas, Acinetobacter.

Wśród bakterii G+ dominują gatunki: Micrococcus, Bacillus oraz niektóre Lactobacillus.

Szczególne niebezpieczeństwo zatruć pokarmowych stwarzają bakterie patogenne: Listeria monocytogenes, Yersinia enterolitica, Bacillus cereus.

* Mezofile to grupa drobnoustrojów zdolna do wzrostu w umiarkowanych temperaturach. Do mezofili zalicza się większość drobnoustrojów obecnych w środowisku (glebie, wodzie, na powierzchni ciała roślin i zwierząt).

Są to na ogół mikroorganizmy saprofityczne oraz chorobotwórcze dla roślin, zwierząt i człowieka, wśród nich wywołujące zatrucia pokarmowe.

* Termofile są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Spotyka się je w gorących źródłach, w fermentujących resztkach roślinnych (tytoniu, sianie, nawozie, kiszonkach) oraz w przewodzie pokarmowym niektórych zwierząt.

Większość termofili to bakterie G+, przetrwalnikujące należące do rodzaju Bacillus (Bacillus Stearothermophillus). Obok nich są to przedstawiciele rodzajów Clostridium (Clostridium thermosaccharolyticum), Stereptococcus, Lactobacillus.

Znane są również termofilne promieniowce (Thermoactinomyces), sinice oraz liczne gatunki grzybów, np. Aspergillus fumigatus

Tlen

Procaryota maja zróżnicowane zapotrzebowanie na tlen cząsteczkowy.

Bezwzględne tlenowce (aeroby)

Obecność tlenu jest dla wzrostu i rozwoju tych mikroorganizmów niezbędna. Do tej grupy zalicza się liczne autotroficzne bakterie chemosyntetyzujące (bakterie nitryfikacyjne, Thiobacillus), wiele bakterii heterotroficznych (Pseudomonas, bakterie śluzowe), wiele gatunków grzybów pleśniowych i drożdży.

Liczne mikroorganizmy należące do tlenowców rozwijają się na nieopakowanych produktach żywnościowych lub takich, których opakowania zostały uszkodzone.

Są wykorzystywane w procesach biotechnologicznych, np. produkcji kwasów organicznych, antybiotyków.

Należą do nich bakterie z rodzaju Bacillus, pleśnie z rodzaju Aspergillus i Penicillum oraz promieniowce Streptomyces.

Bezwzględne beztlenowce (anaeroby)

Energię uzyskują na drodze fermentacji lub oddychania beztlenowego.

Do grupy tej zalicza się przetrwalnikujące laseczki (Clostridium) przeprowadzające fermentację masłową lub wytwarzające toksyny, które występują w odpowietrzanych konserwach oraz głębokich warstwach żywności np. w mięsie, serach, bakterie czynne w procesie beztlenowego oczyszczania ścieków.

Spośród grzybów jedynie nieliczne (Mucor) przeprowadzają w warunkach beztlenowych fermentację alkoholową.

Względne beztlenowce

Należy do nich wiele różnych gatunków bakterii, grzybów i pierwotniaków.

Obecność tlenu może być dla tych mikroorganizmów korzystna, brak tlenu nie wyklucza jednak możliwości ich rozwoju (np. bakterie Escherichia coli, Shigelle sp., Pseudosomonas sp., drożdże Saccharomyces cerevisiae).

Mikroorganizmy te zależnie od warunków wzrostu uzyskują energię zarówno na drodze oddychania tlenowego jak i beztlenowego.

Względne beztlenowce rozwijają się w produktach żywnościowych szczelnie opakowanych, ale nie odpowietrzonych, np. porcjowane kawałki mięsa, ryby na tackach, w woreczkach z tworzyw sztucznych.

Mikroaerofile

Rosną najlepiej, gdy stężenie tlenu w ich środowisku jest mniejsze. Przykłady wśród bakterii chorobotwórczych to Helicobacter jejuni czy też Helicobacter pylori. Większe stężenia tlenu powodują zahamowanie wzrostu i zatrucie komórki (bakterie fermentacji mlekowej).

PH

Biorąc pod uwagę reakcje drobnoustrojów na minimalne, optymalne i maksymalne stężenie jonów wodorowych, podzielono je na:

PODZIAŁ DROBNOUTROJÓW

W zależności od rodzaju i interakcji z organizmem ludzkim wyróżnia się:

KULISTE

CYLINDRYCZNE

SPIRALNE


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
3138
3138
Instrukcja obsługi Electrolux ER 3138

więcej podobnych podstron