MIKROBIOLOGIA - WYKŁADY

Drobnoustroje dzielimy na:

1. prokaryota

• bakterie - ich podział opiera się na podobieństwie genetycznym

• archeony - wydzielona grupa bakterii charakteryzujące się określonymi właściwościami (mają inna budowę komórek), wyizolowane ze skrajnie trudnych środowisk (np. dno morskie, wysoka temp) różnią się drogą ewolucji i bliżej im do eukaryota niż do bakterii właściwych.

• Sinice - glony, cyjanobakterie

eukaryota

• grzyby mikroskopowe

• pierwotniaki

3. wirusy - w pewnym okresie życia przejawiają cechy życia ale poza organizmem żywiciela nie żyją

podział bakterii opiera się na podobieństwie genetycznym

Cechy procesów życia / cechy organizmów żywych:

1. struktura

2. metabolizm (przemiany chemiczne)

3. reprodukcja (namnażanie dla drobnoustrojów)

4. dyferencja (różnicowanie) - np. wytwarzanie przez bakterie spor

5. zdolność komunikacji (u drobnoustrojów molekularne: syntezują pewne zw. I wysyłają je a inne bakterie je odbierają i rozpoznają) - qvorum senksiu - wyczuwanie innych populacji

6. przemieszczanie się / ruch

7. zmienność

wielkość drobnoustrojów:

1. najmniejsze (mierzone w nanometrach)

• wirus Poliomyelitis (H medina) - ø 25 nm

• bakteriofag T2, E. Coli - 65 x 95 nm

• wirus grypy - ø 85 nm

• bakterie Mycoplasma - ø 100 - 200 nm (nie posiadają ściany kom)

średnie (mierzone w mikrometrach)

• Haemophilus influenzae - 0,25 x 1,2 µm (bakteria grypy)

• Streptococcus pneumoniae - ø 0,8 µm

• E. coli - 1 x 3 µm

• Bacillus megaterium - 1,5 x 4 µm

3. największe

• Epulopiscium fishelsoni - 600 µm

• Thiomargarita namibiensis - 700 µm

Kształty komórek:

• Ziarniaki / ziarenkowce - tworzą ugrupowania

• Cylindryczne

• Spiralne

• Specjalne / nietypowe

Ugrupowania komórek:

1. ziarniaki

• pojedyncze (coccus)

• dwoinka (diplococcus) - np. diplococcus pneumoniae

• czwórniaki (tetracoccus)

• paciorkowiec (streptococcus) - np. streptococcus pyogenes (ropotwórczy)

• gronkowiec (staphylococcus) - np. Staphylococcus aureus (złocisty)

• pakietowiec (sarcina)

2. cylindryczne

• pałeczka (bacterium) - np. E. coli; Salmonella; pałeczka czerwonki

• laseczka (bacillus) - wytwarzają przetrwalniki np. bacillus anthracis (laseczka wąglika); Clostridium botulinum - laseczka jadu kiełbasianego (botox)

1. spiralne

• przecinkowce (vibrio) - np. vibrio chorelae (przecinkowiec cholery)

• krętki (spirocheta) - np. Treponema pallidum (krętek blady)

1. specjalne

• komórki połączone specjalnymi wyrostkami

Budowa komórki bakterii:

• ściana komórkowa (szczelnie odcina bakterie)

• błona komórkowa (tworząca uwpuklenia - inwaginacja)

• mezonom (odpowiednik mitochondriom)

• chromatofor ( odpowiednik chloroplastu)

• rybosom

• polisom

• cytoplazma

• nukleoid (nić DNA w kom)

• warstwa S (dodatkowa osłona do ściany kom - częściej obecna u archeonów)

• otoczka (często u drobnoustrojów chorobotwórczych)

• fimbrie (białkowe wyrostki odpowiadające za przyleganie, przyczepianie)

• rzęska (odpowiedzialna za ruch bakterii)




Podział drobnoustrojów ze względu na budowę ściany kom:

1. Gramm dodatnie - budują ją 2 elementy: część sztywna z peptydoglikanu lub mureiny. Jest bardzo dużo warstewek nawet kilkadziesiąt w skład części plastycznej wchodzą 2 elementy: kwas teichoinowy lub przyłączony do lipidu kwas lipoteichoinowy do tego dochodzą białka które jak wysepki są na warstwie mureny np. u gronkowców

2. Gramm ujemne - cienka warstwa peptydoglikanu (zredukowana) nad nią jest warstwa plastyczna (dominująca) tzw. Błona zewnętrzna (w niej fosfolipidy) ale w części łącznej ze środowiskiem są substancje: fosfolipidy, lipopolisacharyd (LPS) i białka purynowe (do transportu kom)

Barwienie drobnoustrojów metoda Gramma:

Jest to metoda złożona barwimy bakterie dwoma roztworami:

1. barwimy fioletem krystalicznym (jak byśmy przerwali bakterie będą fioletowe) - 2 - 3 min

2. spłukujemy

3. dodajemy płynu Lugola (jodek w jodku potasu) - 2 min

4. tworzą się kompleksy

5. dodajemy alkoholu (etanolu) - 30 sekund

• bakterie Gramm ujemne stracą barwnik - będą różowe

• dodajemy fuksyny - 20 sekund

• bakterie Gramm dodatnie nie zmienią się - będą fioletowe

U bakterii Gramm dodatnich kolor fioletowy zachowuje się gdyż po zastosowaniu alkoholu gruba warstwa peprydoglikanu pęcznieje zatrzymując barwnik fioletowy. U Gramm ujemnych peptydoglikanu jest mało wiec barwnik wypłukuje się i zostaje barwa różowa.

U niektórych bakterii występuje warstwa S (warstwa powierzchniowa, dodatkowa osłona przestrzenna jakby kryształki, występują kanały gdzie może zajść transport komórkowy) może występować u wszystkich rodzajów bakterii, częściej występuje u archeonów.

Otoczki (mogą być ale nie muszą):

1. śluzy powierzchniowe - łatwo je usunąć, znacząca struktura przerywana wodą

2. otoczki właściwe - trwale związane z komórką, mocno przylega do ściany

3. mikrootoczki (antygeny K) - są cienkie niewidoczne gołym okiem

4. cukrowe

5. polipeptydowe

6. mieszane (glikolipidy, glikoproteiny)

barwienie otoczek (wegetatywne) - jest trudne bo barwi się szkiełko nie otoczki

Funkcje otoczek kom (bardzo ważne):

• chronią bakterie przed wysychaniem ( w środowisku suchym szybko giną)

• są czynnikiem chorobotwórczości; bakterie mające otoczki są bardziej zjadliwe, chronią przed fagocytozą (te mające otoczki są trudno fagocytowane)

• wbudowują w otoczkę składniki naszego organizmu (sprytne bakterie). Antygeny zwalczają bakterie ale nie rozpoznają ich w otoczkach, bakterie upodabniają się do elementu naszego organizmu (mimikra antygenowa)

wyrostki białkowe: fimbrie (krótkie, sztywne wyrostki białkowe) i rzęski (długie, cienkie, plastyczne)

Budowa rzęski:

1. ciałko podstawowe (bazalne) - kotwiczy rzęskę w ścianie kom

2. haczyk fragment tuż nad powierzchnią bakterii przechodzi w długą nitkę

3. fragment rzęski - część właściwa

ciałko podstawowe - składa się z pierścieni (u Gramm Dodatnich 2 pierścienie, u Gramm ujemnych 4 pierścienie: 2 leża w błonie, 1 w peptydoglikanie, 1 w błonie powierzchniowej)

ruch rzęski (ruch bakterii) -generowany jest w błonie, wprowadzają bakterie w ruch, bakteria może poruszać rzęską w obie strony, może go zmieniać, bakteria porusza się po linii prostej, jak chce zmienić kierunek zatrzymuje się i „fika koziołka” (obrót dookoła własnej osi) i znowu porusza się po linii prostej.

Bakterie podlegają tropi (bodźce na czynniki środowiska) i taksji (odpowiedz na bodźce)

• fototaksja - do bakterii fotosyntezujących

• chemotaksja - odpowiedź na bodźce chemiczne

• reotaksja - odpowiedź na tlen

Atraktant - pobudza zainteresowanie, bodziec dodatni

Repelent - bodziec ujemny, czynnik odstraszający

Fimbrie - sztywne wyrostki: składają się z: athezyny - wyspecjalizowanego białka posiadające zdolność athezji (zdolność do złapania się innej komórki - athezja)

Błona komórkowa - składa się z dwóch warstw lipidów i białek (mogą być ulokowane na powierzchni lub od spodu), zmienia swoją strukturę odpowiedzialna za transport międzykomórkowy; inna jest u archebakterii.

Nukleoid - zastępuje jądro, kwas dezoksyrybonukleinowy, cała informacja gen bakterii, występują białka podobne białek histonowych. DNA jest zredukowane luźno ułożone w formie kulistej. DNA w nukleoidzie ma budowę domenową (fragmenty o określonej skręcalności) za to odpowiedzialne są topoizomerazy

Przetrwalniki - komórki wegetatywne przekształcają się w formy przetrwalnikowe takie jak:

• endospory - zamknięta skondensowana komórka z dodatkowymi osłonkami

• egzospory - dla wielu bakterii - laseczek Gramm dodatnich

Rola:

• chronią przed wysychaniem

• są niewrażliwe na podwyższoną temp (do 60 - 80 stopni) i obniżoną temperaturę

• oporność na działanie promieniowania UV (ale nie całe)

jak spora ma dobre warunki to kiełkuje

substancje zapasowe:

• kwas Poly -B- hydroksymasłowy (PHB)




A - fotolitoautotrofy asymiluje dwutlenek węgla, wykorzystuje światło i zw. Nieorganiczne.

B - fotoorganoautotrofy

C - fotoorganoautotrofy

D - chemolitoautotrofy

E - chemoorganoautotrofy

Podział drobnoustrojów ze wzg. na wykorzystywane źródła energii, węgla oraz donory protonów i elektronów

• prototrofy - ubogie środowiska z jednym związkiem organicznym np. glukozą i solami min, wodą - E. coli

• auksotrofy - nie mogą żyć i rozwijać się na bardzo prostej pożywce np. musi być prosty zw. organiczny, sole mineralne, H₂O i tryptofan (aminokwas) np. u Proteus

metabolizm - składa się z anabolizmu (biosynteza z prostym zw. Chemicznym organicznym tworzy potrzebne związki złożone) i katabolizmu (proces odwrotny do anabolizmu, złożone związki polegają degradacji)

katabolizm - zdobywanie energii, degradacja zw. Chemicznych

anabolizm - biosynteza zw. Prostych i złożonych

amfibolizm - katabolizm/ anabolizm (trudno zakwalifikować do którejś z grup)

źródła węgla/ energii:

• węglowodany - cukry proste, skrobia, celuloza i inne - łatwo przyswajalne i rozkładane

• tłuszcze - największe spalanie

• inne związki

rodzaje oddychania:

• oddychanie tlenowe - utlenianie glukozy (odrywanie protonów i elektronów)

• oddychanie beztlenowe - dla mikroorg ostatecznym akceptorem jest zw. nieorg, glukoza ulega utlenieniu.

• fermentacja

1. homofermentacja

2. heterofermentacja

akceptor tlenu - oddychanie tlenowe

akceptor zw. Organicznego - fermentacja

Enzymatyczny rozkład skrobi przeprowadzają związki zawierające amylopektynę

• amylolityczne - bakterie rozkładające skrobię

• celulolityczne - bakterie rozkładające celulozę

Szlaki metaboliczne rozkładów cukrów:

• szlak Embdena - Meyerhofa - Parnasa (EPM) - glikoliza (od glukozy przez triozy utleniania do kwasu pirogronowego, fosforylacja i wytworzenie ATP substratowe)

• szlak heksozomonofosforanowy (HMP) - cykl pentozowy (działa na 2 sposoby: może być kataboliczny albo anaboliczny, może prowadzić do całkowitego spalania pentoz)

• szlak Entnera - Dondoroffa (ED)

glikoliza: od glukozy do kw. Pirogronowego zachodzą 2 procesy:

1. biologiczny NAD⁺ do NADH + H⁺ - utlenianie

2. wytwarzanie ADP → proces fosforylacji substratowej bo przemiany doprowadzają do powstania ADP

oddychanie tlenowe - ostatecznym akceptorem jest tlen. Produkty końcowe cyklu Krebsa i glikolizy to CO₂ i H₂O

fosforylacja oksydacyjna (na poziomie łańcucha oddechowego)

36 moli ATP (z fosforylacji oksydacyjnej) + 2 mole ATP (z glikolizy)

Oddychanie beztlenowe - typowe dla bakterii, końcowym akceptorem są zw. nieorganiczne.

NO₃^- → NO₂^- → NO → NH₂OH →NH₃ lub NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O →N₂

CYKL KREBSA




Zw. organiczne (donory wodoru) → NAD⁺ → FAD → Fe³⁺ → cytochromy → O₂

• reduktaza azotanowa → NO₃ - np. E. coli

• reduktaza azotynowa →NO₂^-

• reduktaza hydroksyloaminowa → NH₂OH

HOMOFERMENTACJA


fermentacja - oddychanie biologiczne - ostatnim akceptorem jest zw. organiczny

• hemofermentacja - produktem jest jeden związek (dominujący)

• heterofermentacja - produktami dominującymi są co najmniej dwa związki.

Procesy fermentacji wykorzystywane są w diagnostyce mikrobiologicznej.

Enterobacteriace - bakterie przewodu pokarmowego, bytujące w jelitach np. E. coli

Źródła azotu:

• jony amonowe

• białka peptydy i aminokwasy

• azot nieorganiczny np. azotany

• azot atmosferyczny

Fotosynteza

Bakterie wodne, żyjące w głębi zbiorników wodnych

Fototrofy

• fotosynteza roślinna (tlenowa)

1. asymilacja CO₂

2. źródłem jest woda a w efekcie powstaje tlen

3. następuje przekształcenie energii świetlnej e energię chemiczną (ATP)

4. fotosynteza zachodzi w chloroplastach

• fotosynteza beztlenowa

1. źródłem jest siarkowodór, kw. Mlekowy

2. fotosynteza zachodzi w chromatoforach

3. wspólną cechą są barwniki - chlorofil α, bakteriochlorofil

faza jasna fotosyntezy

absorbowanie światła przez barwniki. Światło przekazywane jest na chloroplasty. Powstaje ATP. Energia świetlna przekształca się na energię chemiczną. Wytworzenie zredukowanych nukleotydów, NADH, NAD, wykorzystywane są do redukcji CO₂

faza ciemna fotosyntezy:

cykl Celvina i inne szlaki, redukcja CO₂

różne czynniki mają wpływ na drobnoustroje; ważny jest czas działania i dawka

trzy typy efektów:

• efekt letalny (bójczy) - bakterie giną

• efekt statyczny - bakterie przestają się dzielić ale nie giną

• efekt mutagenny - zachodzą zmiany w dna, bakterie mutują

czynniki środowiskowe działające na drobnoustroje:

• fizyczne

1. dostępność wody

2. temperatura

3. ciśnienie (osmotyczne, hydrostatyczne)

4. promieniowanie

• chemiczne

1. pH

2. dostępność tlenu

3. zw. chemiczne (alkohole, zw powierzchniowo - czynne, inne)

wpływ różnych czynników na drobnoustroje:

• dostępność wody

uzależnione jest to od budowy bakterii. Bakterie Gramm dodatnie są oporne na wysuszone środowiska,. Jeżeli bakteria posiada otoczki to jest wtedy lepiej przystosowana do życia w suchym środowisku.

KSEROFILE - bakterie przystosowane do życia w środowisku wysuszonym.

• Temperatura

Woda nie zamarza gdy ma dużo soli. Bakterie i grzyby występują w temp od -23 do 113 st. Celsjusza, oraz w głębinach gdzie są specyficzne prądy morskie, występują pod dużym ciśnieniem osmotycznym.


Temperatura kardynalna - wartość opisująca dany drobnoustrój

1. minimalna - temp poniżej której nie rozwijają się bakterie

2. optymalna - temp najlepsza do namnażania bakterii

3. maksymalna - temp powyżej której nie rozwijają się bakterie

podział drobnoustrojów:

1. psychrofile (zimnolubne) - rosną w zakresie temp od -20 do 20 st. Celsjusza. Drobnoustroje namnażajace się w temp 0 st. Przeważają bakterie Gramm ujemne!! Psychrofile namnażają się do temp 20 st., psychrotrofy namnażają się w temp wyższej niż 0 st. Do psychrofili należą lipidy z długołańcuchowymi kw. Tłuszczowymi, grzyby. Bakterie te rozkładają żywność, drobnoustroje te wykorzystywane są do badania zanieczyszczeń środowiska.

2. mezofile - np. E. Coli namnażają się do 45 st. Temp 37 st. jest optymalna dla nich.

3. termofile - namnażają się w temp 42-60 st. Występują w środowisku naturalnym (glebie, nawozie)

4. hypertermofile - początkowo wyznaczono dla nich zakres namnażania przy 68 -100 st. Później wykryto że występują nawet przy 113 st. Przeważają tu bakterie Gramm dodatnie!!

• Ciśnienie hydrostatyczne

BAROFILE (PIESOFILE) - drobnoustroje żyjące w głębinach mórz i oceanów, są odporne na ciśnienie hydrostatyczne (wraz z głębokością rośnie ciśnienie)

Podział:

1. barotolerancyjne - do głębokości 400 m

2. barofile umiarkowane - do głębokości 5 km

3. barofile ekstremalne - w głębinach oceanicznych (rowach oceanicznych)

• zasolenie (NaCl)

holofile - drobnoustroje słonolubne, w zasolonym środowisku takim jak np. morze martwe. Fizjologiczna sól = 0,9 % NaCl

podział:

1. holotolerancyjne - gdy znajdują się w środowisku powyżej soli fizjologicznej to przezywają lecz nie jest to ich naturalne środowisko)

2. halofile umiarkowane - od 6 - 10% NaCl

3. holofile ekstremalne - powyżej 20% NaCl - to archeony

NaCl - holofile mają na zewnątrz, KCl - holofile mają wewnątrz

• pH środowiska

w pH ok. 7 zyje zdecydowana większość drobnoustrojów

podział:

1. acydofile - drobnoustroje kwasolubne przy pH mniejszym niż 7

2. alkalifile - drobnoustroje zasadolubne przy pH większym niż 7

archebakterie - drobnoustroje żyjące w pH 0,7 przy temp 60 st lub pH 6

zakwit sinic: wynik eutrofizacji, wygrywają wyścig z glonami, proporcje azotu do fosforu.

• Tlen

1. Tlenowce - drobnoustroje mające dobry dostęp do tlenu (hodowle występują na dnie probówki lub na powierzchni)

2. beztlenowce - drobnoustroje pozbawione tlenu

3. względne tlenowce - żyją w środowisku gdzie tlen jest ale jest go mało

• promieniowanie

drobnoustroje są wrażliwe na cały przekrój promieniowania. najbardziej wrażliwe są na prom UV.

Trzy efekty działania UV na drobnoustroje:

1. statyczne - zahamowanie podziałów ale nie śmierć

2. mutagenne - bakterie się mutują , zmiana w DNA

3. bójcze - śmierć bakterii

bakterie potrafią bronić się przed promieniowaniem UV (reprodukują ubytki w swoich strukturach)

teoria tarczy - promieniowanie działa na nasze DNA, które jest swojego rodzaju tarczą, bakteria nie potrafi się przed tym bronić i ginie.

Radioliza wody - rozkład wody na wolne rodniki.

Sterylizacja radiacyjna - wykorzystywana do wyjaławiania sprzętu medycznego.

Deinococcus radiodurans - bakterie „ z piekła rodem” są odporne na promieniowanie przenikliwe, UV, temp, pH są odporne na wszystkie czynniki. Teoria głosi ze to kosmici zesłali na ludzi tą bakterie, gdyż są one odporne nawet na promieniowanie kosmiczne.

Wzajemne oddziaływania między drobnoustrojami

• oddziaływanie bezpośrednie (niekorzystne)

1. caulobacteriales

2. bdelovibrio bacteriovorus

3. cyklobacter

4. teratobacter

5. bakteriofagi (wirus dla którego gospodarzem są bakterie, doprowadza go do śmierci)

6. bakteriocyny - białkowe prod bakterii, wydzielane do środowiska, to trucizna dla innych bakterii np. E. coli.

• Oddziaływania pośrednie (korzystne/ niekorzystne)

1. symbioza

2. synergizm

3. syntropizm

4. metaboliza

5. antagonizm

6. antybioza

oddziaływania bezpośrednie

• baterie styliskowe - przytwierdzają się za pomocą nóżki do innych bakterii. Są ektopasożytami (działają na zewnątrz bakterii, wysysając wszystko z ich wnętrza)

• teratobacter i cyklobacter - tworzą sieci w które łapią inne bakterie

• bdelovibrio bacteriororus - penetruje inne bakterie dostając się do ich wnętrza. Jest endopasożytem (działa wewnątrz komórki) żywicielem jest np. E. coli.

Oddziaływania pośrednie - poprzez modyfikację środowiska

• symbioza (pozytywne)- współżycie dwóch lub więcej gatunków organizmów w trakcie którego każdy lub przynajmniej jeden z partnerów odnosi korzyści a pozostałe nie ponoszą strat. Np.

1. Mycobacteriales;

2. Nitrosomonas i Nitorbacter;

3. Bacillus cereus ( rozkłada białko do aminokwasów) i Pseudosomonas fluorescens (nie rozkłada białka)

• Synergizm (pozytywne) - współżycie dwóch drobnoustrojów prowadzące do takiej zmiany środowiska , której żaden z partnerów oddzielnie spowodować nie może. Np.: (rozkład cukrów z wydzieleniem gazu i zakwaszeniem)

1. laktoza = staphylococcus ureus + salmonella enterica Sar

2. sacharoza = staphylococcus ureus + E. Coli

3. mannoza = staphylococcus ureus + proteus vulgaris

przekształcenie aminokwasów




• syntropizm (pozytywne)- wzajemne oddziaływanie, zależność miedzy organizmami. Ich zależność wynika z przeprowadzonej reakcji np. methanobacillus omelianski

szczep S

2CH₂CH₂OH + 2H₂O → 2CH₃COO^- + 2H⁺ + 4H₂ ^{- PRODUKT UBOCZNY}

Szczep M.o.H (zużywa wodór i wykorzystuje do redukcji CO₂)

4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O

„coculture” (reakcje gdy żyją razem)


2CH₂CH₂OH + CO₂ → 2CH₃COO^- + 2H⁺ + CH₄

• Metabioza (pozytywne)- następstwo gatunków. Drobnoustroje rosnące w pierwszej kolejności przygotowują warunki wzrostu dla następnych np. drożdże i bakterie octowe (acetobacter)

• Antagonizm (negatywne) - oddziaływanie miedzy drobnoustrojami w którym jeden z nich

zmienia środowisko hamując tym samym wzrost innych. Thiobacillus trioodaxidans (utleniania siarki do kw. Siarkowego), Desulfovibrio desulfuricans (redukcja siarczanów do siarkowodoru), Myxobacter, Cytophaga streptomyces, Bacillus (wydzielają enzymy lityczne do środowiska)

• Antybioza - przejaw antagonizmu polegający na wydzielaniu do środowiska wzrostu przez niektóre bakterie właściwe, grzyby, promieniowce antybiotyków działających zabójczo lub hamujących wzrost innych drobnoustrojów

Antybiotyki - substancje naturalne, najczęściej pochodzenia drobnoustrojowego, oraz ich półsyntetyczne modyfikacje i syntetyczne analogi. Oddziałują w małych stężeniach, wybiórczo na struktury i procesy biologiczne, hamują wzrost i namnażania komórek. Przykłady antybiotyków: przeciwbakteryjne (np. penicylina); przeciwgrzybowe (np. nystatyna)

Wzajemne reakcje miedzy drobnoustrojami oraz drobnoustrojami i innymi organizmami.

Symbioza:

• Neutralizm = dwaj partnerzy nie oddziałują na siebie, są sobie obojętni

• Mutualizm = działania przynoszą obu partnerom korzyści

• Komensalizm = jeden z partnerów ponosi korzyści, a 2 nic nie traci

• Pasożytnictwo = zwalczanie się działanie antagonistyczne

Mikroorganizmy a rośliny

Ryzosfera: Azotobakter paspali / Paspalum notatum;

Azospirillum lipoferum / Digitaria

Mikoryza: Grzyby / korzenie roślin

Współżycie bakterii / rośliny motylkowe

Komensale - bakterie tworzące naturalną florę bakteryjną (np. gardło, pochwa) przeciwdziałają infekcją

Patogeny (mają zdolności kolonizacyjne gdy układ człowieka jest niesprawny):

• Patogeny obligatoryjne np. VIbrio, Salmonella, S. ureus

• Patogeny oportunistyczne np. E. coli

Środowisko naturalne drobnoustrojów

Drobnoustroje występują w hodowlach mieszanych.

Briofil - populacja drobnoustrojów, która żyje na stałej powierzchni. Może występować na powierzchni stałej np. zbiornika. Otoczone są polisacharydową, którą sama produkuje.

Rola drobnoustrojów w środowisku:

• Reducenci przekształcają materię organiczną do związków nieorganicznych.

Obieg węgla i azotu

GLEBA - środowisko życia drobnoustrojów

Pionierami w tworzeniu gleb są sinice które:

• Asymilują CO₂

• Asymilują azot

• Mogą pobierać fosfor nieorganiczny

Gleba jest:

• Powszechnym środowiskiem dla drobnoustrojów

• Środowiskiem nieciągłym w przestrzeni

• Środowiskiem nieciągłym w czasie

Skład gleby:

• cześć stała: (stanowi 50% gleby), składają się na nią związki mineralne i substancje organiczne . w części stałej wyróżniamy tzw koloidy mineralne do których przylegaja drobnoustroje oraz koloidy organiczne wys. w postaci zw humusowych powstałych z rozkładu materii organicznej stanowiacej dla drobnoustrojów źródła energii i substancji budulcowych

• powietrze glebowe: (stanowi 35% gleby,) wypełnia wolne przestrzenie pomiędzy stałymi elementami gleby, nie zajętymi przez roztwór glebowy. Pow glebowe, przesycajace koloidy glebowe zawiera przede wszystkim NH3, CO2, N2 i O2w mniejszym zaś stopniu H2S i CH4, dwa najważniejsze gazy O2 i CO2 są rozmieszczone równomiernie. Ich ilość zależy od stopnia wilgotności a także procesów mikrobiologicznych w niej zachodzacych.

• Roztwór glebowy (15%) jest to woda wytupująca w tym środowisku wraz z rozpuszczonymi związkami org i substancjami min. spełnia on role pożywki dla drobnoustrojów . Roztwory glebowe charakteryzują się właściwościami buforowymi i są w stanie przeciwstawić się zakwaszeniu lub alkalizacji gleby.

Najczęściej w glebie występują bakterie z rodzaju: Alcaligenes, Bacilus, Enterobacter, Micrococcus, Azotobacter, Nitrosomonas, Nitrobacter, Flarobacterium, Arthrobacter, Pseudomonas, Clostridium

Schemat tworzenia humusu (próchnicy) kwasy huminowe - składają się z 2 części:

1. 
   jądra (centralnej części kwasu)

2. stron peryferyjnych (peptydy, oligopeptydy, disacharydy, aminokwasy)

próchnica - najbardziej żyzna część gleby, powstaje z rozkładu resztek roślinnych i zwierzęcych, część tej materii jest mineralizowana , natomiast reszta przekształca się w humus. Powstaje w wyniku wieloetapowego działania drobnoustrojów.

Drobnoustroje glebowe:

• Autochtony - typowe dla danego środowiska (tylko tam ich znajdujemy), stale znajdują się w glebie, żyją kosztem tego co w tej glebie znajdą. Tworzą związki humusowe czerpiąc wszystko co jest im potrzebne do życia, korzystając ze związków węgla i azotu. Przekształcają związki skomplikowane w proste np. bakterie, grzyby, promieniowce. Rodzaj Arthrobacter może stanowić 80% flory bakteryjnej.

• Zymogeny - mikroorganizmy które czasowo występują w glebie, gdy znajdują się tam związki proste. Nie potrafią rozkładać zw. złożonych. Jest to flora okresowa. Uzależnione są od dopływu z zewnątrz świeżej łatwo przyswajalnej materii

• Allochtony - drobnoustroje napływowe, które normalnie w glebie nie powinny występować lub mogą tam być bardzo krótko. Np. gdy łąkę zaleje rzeka, z odchodów zwierząt.

Środowisko wodne

Hydrosfera to ok. 70% całej powierzchni ziemi. Dominuje środowisko morskie


Zbiornik wodny i procesy w nim zachodzące halofile - żyją w środ zasolonym, 3-4 stopnie to przeciętna temp wody

psychrofile - preferują środ chłodne

barofile (piezofile) - mogą żyć przy wysokim ciśnieniu

Środowisko oligotroficzne - ubogie w substancje pokarmowe, materia jest tu w dużym rozcieńczeniu, zdolne są tu do życia organizmy digotroficzne.

Do głębokości ok. 400 m jest bardzo bogate życie mikroorg (baterii, glonów, sinic, pierwotniaków), środ jest przyjazne, dobrze naświetlone i natlenione, o niewysokim ciśnieniu.

w zbiorniku o życiu drobnoustrojów decydują:

• Czynniki abiotyczne

• Dostępność światła, temp, ruchy wody


Zjawisko mieszania wody:

• Cyrkulacja wiosenna (na początku wiosny)

• Epilimnion (ogrzana), metalimnion ( spadek 1 st/1m), hipolimnion (o temp 4 stopni) - lato

• Cyrkulacja jesienna (jesienią)

• Stagnacja - na odwrót niż w lecie

Osady denne - drobnoustroje fermentujące, proteolityczne, beztlenowe, które z opadających cząstek roślin i zwierząt wytwarzają związki proste. Np. bakterie celulityczne,

Podział drobnoustrojów wodnych:

• Autochtoniczna - typowe drobnoustroje wodne: vibrio, pseudomonas, spirillum, (auto i heterotrofy) w osadach typowe beztlenowce: clostridium. Najczęściej potrafią poruszać się aktywnie mają rzęski lub unoszą się w toni wodnej (wytwarzają pęcherzyki gazów)

• Allochtoniczna - napływowa organizmy krótko tam żyją, długo się nie utrzymują bo nie są przystosowane np. z gleb, ze ścieków, odchodów itp.

Drobnoustroje chorobotwórcze: salmonella, shigella, vibrio cholerae, S. ureus.

Problem zakwitu sinic:

• Zwiększenie dostępności azotu, fosforu

• Maja zdolność przyswajania fosforu nieorganicznego. Potrafią pozyskiwać azot z powietrza

• Mogą żyć w pH zasadowym ( nawet w pH = 9)

• Mają zdolność pozyskiwania żelaza poprzez wytwarzanie sideroforów, które łatwo łączą się z żelazem

• Potrafią wytwarzać bardzo groźne toksyny

Zanieczyszczenie środowiska wodnego:

1. ścieki

• mineralne - kopalnie przemysł sodowy, przemysł nawozów sztucznych

• organiczne - przemysł chemiczny, mleczarski, ścieki komunalne, włókien sztucznych i tworzyw

• mieszane - przemysłowe i komunalne

metody oczyszczania ścieków:

1. naturalne - wylewanie na łąki, pola

2. oczyszczanie hydrobotaniczne

3. złoża biologiczne

4. oczyszczanie z osadem czynnym

5. złoża fluidalne

stopnie oczyszczania ścieków:

1. mechaniczne (metody chemiczne, fizyczne, fizyko - chemiczne)

2. biologiczne

3. usuwanie substancji biogennych

4. odnowa wody (uzdatnianie)

biologiczne metody oczyszczania ścieków

1. metoda hydrobiologiczna - wykorzystuje się zdolność roślin, poprzez ryzosferę gdzie jest bardzo dużo drobnoustrojów. Np. trzcina, wierzba. Stosowana do mniejszej ilości ścieków jest to metoda naturalna.

2. Technologia oparta o złoże biologiczne

Złoże biologiczne - zbiornik zawierający wypełnienie w postaci żużlu, nad tym „osadza się” błonę biologiczną (zbiorowiska drobnoustrojów)

1. cześć stała, rusztowanie

2. błona biologiczna (galaretowata postać): błona biologiczna + wypełnienie = złoże biologiczne

błona biologiczna - masa drobnoustrojów (galaretowata). Występują w niej zarówno bakterie, grzyby, glony jak i pierwotniaki. Zawiera drobnoustroje tlenowe.

1. grzyby: pleśnie, drożdże, nitkowate

2. bakterie: zooglea ramiglea (dominuje), pseudomonas

3. glony: sinice, glony wyższe

4. pierwotniaki: orzęski osiadłe

jak dostarcza się drobnoustrojów: przez błonę przepuszcza się ścieki. Drobnoustroje osiadają na stałych elementach i tam się namnażają.

Warunki: muszą być dobre proporcje

Musi być dobre napowietrzenie

Nie może być za dużo zanieczyszczeń.

Zagrożenia: zbyt duża ilość ścieków

Zbyt mała ilość tlenu (procesy gnilne) co powoduje pojawienie się grzybów nitkowatych

Jest to metoda bardzo efektywna 98% skuteczności!

3. Oczyszczenie przy udziale osadu czynnego

Osad czynny - zbiorowisko drobnoustrojów (skład taki jak w przypadku błony biologicznej)

Skład: bakterie, grzyby, glony, pierwotniaki, inne grobne zwierzęta. Jest to kłaczkowata (ø 50 - 20 µm) zawiesina drobnoustrojów.

Osad czynny wcześniej przygotowany trafia do ścieków. Ścieki muszą być bardzo intensywnie napowietrzane. Dochodzi tam do intensywnego utleniania (na skutek rozkładania zanieczyszczeń)

Mikroorganizmy powodujące powstanie osadu czynnego:

• Bioflokulacja - zatrzymanie (adsorpcja) zanieczyszczeń na kłaczkach

• Biokoagulacja - adsorbowanie wszystkich zanieczyszczeń jako wstępny etap oczyszczania.

• Utlenianie zanieczyszczeń (utl. Biologiczne = zw. organiczny → CO₂ + H₂O)

• Asymilacja zanieczyszczeń (przyrost biomasy, autooksydacja - oddychanie endogenne)

Wymagania dotyczące drobnoustrojów:

• Nie mogą to być drobnoustroje chorobotwórcze

• Muszą mieć dużą aktywność enzymatyczną

• Zdolność flokulacji

Warunek: kłaczki muszą być odpowiedniej wielkości (nie za małe nie za duże)

Dobre napowietrzenie

Nie można dopuścić by pojawiły się inne drobnoustroje

Występują: zooglea ramiglea, zooglea filipendula (ma zdolność biokoagulacji) inne (takie jak w błonie)

Autooksydacja - proces wymuszony, prowadzi do pozbycia się nadmiernej biomasy.

Osad pościekowy - zanieczyszczenia których nie udało się do końca usunąć (fosfor, azot). Podaje się je kolejnym etapom oczyszczania → fermentacji metanowej

Fermentacja metanowa (WKF) - dalsze oczyszczanie osadu pościekowego

• Etap fermentacji kwasowej - hydroliza substancji wielkocząsteczkowych do zw. prostych tj kwasów organicznych, cukrów, aminokwasów, H₂S, NH₃, CO₂, pseudomonas, proteus, E. coli.

• Etap fermentacji metanowej - samorzutna, kwas octowy, masłowy, CO₂, H₂, CH₄, methanobacterium, methanobacillus, methanococcus, bardzo skuteczna metoda.

4. Metoda złóż - Próba połączenia metody błon biologicznych z metodą osadu czynnego. Na złożu formułuje się błona biologiczna.

Mikroflora powietrza

Powietrze - środowisko przejściowe dla drobnoustrojów. Mogą się one w nim rozprzestrzeniać, ale nie rozwijać.

Przemieszczanie drobnoustrojów:

• Poprzez klimatyzację, wentylację

• Poprzez drogę kropelkową

• Poprzez prądy konwekcyjne

Wyróżniamy trzy typy bioareozoli:

• Saprofityczny

• Zakaźny

• Mieszany

Czynniki limitujące utrzymanie się drobnoustrojów w powietrzu:

• W powietrzu nie ma autochtonów

• Jest tu forma allochtoniczna

• różna wielkość (faza gruboziarnista < 100 µm; faza średnia od 50 - 100 µm; faza drobnoziarnista 1-50 µm)

• wysuszenie - formy oporne na wysuszenie (te w otoczkach) będą dłużej się utrzymywały, lub te które wytwarzają przetrwalniki.

• Promieniowanie UV - formy oporne na światło będą się dłużej utrzymywały w środowisku

• Typowe miejsca występowania - np. szpitale

• Organizmy dominujące w środowisku przejściowym (powietrzu)

1. grzyby (90% to pleśnie, drożdże,………..)

2. bakterie (saprofityczne - dominujące) - mycobacterium tuberculosus - bakterie gruźlicy, nie mają przetrwalników, otoczek, ale posiada ścianę komórkową zbudowaną z lipidów (wosków) dzięki temu długo się utrzymują w powietrzu i nie wysychają.

3. wirusy

Sposoby wykorzystywania drobnoustrojów:

• do oczyszczania ścieków

• do pozyskiwania pierwiastków: Au, P, Fe, Cu, U - Acidothiobacillus ferrooxidans (kwasolubny - żelazo)

• usuwanie ze środowiska metali ciężkich

1. powierzchnia drobnoustrojów jest ujemnie naładowana (przyciągają metale ciężkie - „+”)

2. powinny być oporne na działanie tych metali ciężkich, aby mogły się w tych miejscach namnożyć.

• Rozkład ropy naftowej - drobnoustroje prowadzą proces bioremediacji (rozkład ropy) - bakterie tlenowe

• Usuwanie ksenobiontyków (pestycydów)

• Produkcja polimerów

• Biotransformacja

Chorobotwórczość :

• Flora naturalna

• Drobnoustroje chorobotwórcze

1. bezwzględnie chorobotwórcze (obligatoryjne, klasyczne) np. salmonella, vibrio cholerae

2. względnie chorobotwórcze (fakultatywne, oportunistyczne) - podczas osłabienia organizmu

Postulaty Kocha (1882):

1. drobnoustrój musi występować stale w organizmie zarażonym

2. drobnoustrój powodujący określone schorzenia powinien być wyizolowany i namnożony w postaci czystej kultury hodowli

3. mikroorganizm powinien wywoływać te same objawy chorobowe po wprowadzeniu do organizmu zdrowego (w praktyce zwierzęcia doświadczalnego)

4. ten sam drobnoustrój o takich samych cechach jak pierwotnie , powinny być wyizolowane z organizmu, w którym wywołano eksperymentalne doświadczenie

infekcje - wniknięcie

patogen - chorobotwórczość (90% zakażeń powodowana jest przez wąską gr. Patogenów)

wirulencja - zjadliwość

infekcyjność - zakażalność

inwazyjność - penetrowanie, przenikanie

toksyczność - wytwarzanie toksyn

przyczyny zakażeń:

• warunki ekonomiczne i sanitarne

• nowe patogeny

• pojawienie się patogenów na nowo

• mobilność ludności

• odporność na antybiotyki

drogi przenoszenia zarazków:

• powietrzno - kropelkowa

• przez skórę, krew

• fekalno - oralne, układ moczowy, drogę płciową

• wertykalną (zarażenie dziecka przez matke)

• wodę

• drogę wentylacyjną

• zakażenia szpitalne

typy zakażeń:

• egzo - endogenne

• pierwotne, wtórne

• jednorodne, mieszane

• bezobjawowe

• miejscowe, narządowe, uogólnione

• ostre, przewlekłe

• utajone, miejscowe, poronne

drogi rozprzestrzeniania się patogenów:

• wrota zakażenia

• droga ciągłości tkanek

• droga styczności tkanek (zapalenie wyrostka robaczkowego)

• droga chłonna

• droga hematogenna (przez krew)

• droga nerwów obwodowych (głównie wirysy)

• miejsce (droga) wejścia patogena

baterie obronne makroorganizmu:

• bariery fizyczne i mechaniczne - (skóra, błony)

• bariery fizjologiczne (złuszczanie nabłonka, wydzieliny, fagocytoza, interferon, komórki NK, pH)

• odporność naturalna (swoista) czynna i bierna, komórkowa

właściwości bakterii (umożliwiające im atak):

• fimbrie ( przyczepianie do organizmu - atcherencja)

• rzęski (przemieszczanie się)

• hemolizyny (rozkład krwinek)

• umiejętność wytworzenia toksyn.

• Siderofory do pozyskiwania żelaza

12