Mikrobiologia cz1 Bakterie

Bakteriologia to nauka o

najmniejszych najprostszych, jednokomórkowych

Mikologia to nauka o

grzybach mikroskopowych (drożdże i pleśnie)

Protozoologia

jednokomórkowe pierwotniaki

Algologia (łac)/ Fykologia (gr.) to nauka o

prostych organizmach wodnych

Wirusologia to nauka o

wirusach „nieżyjące” pasożytnicze cząstki

mikro

coś bardzo małego

Theodor Schwann, Matthias Jacob Schleiden oraz Rudolf Virchow

teoria komórkowa: cała materia ożywiona zbudowana jest z komórek i komórki mogą się rozwijać jedynie z komórek już istniejących

Edward Jenner

jako pierwszy przeprowadził szczepienie.

Odporność poszczepienna

odporność czynna

Ludwik Pasteur

odkrycie m.in. zjawiska wywoływania chorób przez mikroorganizmy. wykazał, że to mikroorganizmy prowadzą fermentację i psucie się żywności i że mogą zostać zabite przez ciepło. Pasteryzacja. Opracował pierwszą szczepionkę (przeciw wściekliźnie)

Robert Koch

wykazał, że konkretna bakteria powoduje konkretną chorobę

Bacillus anthracis powodują

wąglik

Mycobacterium tuberculosis

gruźlicę

Ignacy Semmelweis

zalecił mycie rąk w celu zapobieżania przenoszenia patogenów

Joseph Lister

wprowadził początki aseptyki

Dmitri Ivanovsky

odkrył wirus mozaiki tytoniowej TMV, coś mniejszego niż bakterie – wirusy

Alexander Fleming

odkrył pierwszy antybiotyk

Dzięki rozwojowi immunologii

identyfikacja niektórych bakterii na podstawie serotypów, śledzenie źródła epidemii

Współczesnej mikrobiologia korzysta z osiągnięć

genetyki, metod molekularnych i inżynierii genetycznej

Rekombinowane DNA to DNA

złożone z nici pochodzących z 2 różnych źródeł

Paul Berg

wstawił zwierzęce DNA do DNA bakterii i bakteria zaczęła produkować zwierzęce białko

Na skalę przemysłową wytwarzane są:

- ludzka insulina - czynniki krzepnięcia dla chorych na hemofilię - interferony - hormony - witaminy i inne

Karol linneusz

ustanowił system nomenklatury naukowej

Każdy organizm na unikalną nazwę złożoną z 2 członów

Nazwa rodzaju i epitet określający gatunek

Gatunek

o grupa podobnych organizmów, które mogą się krzyżować między sobą, ale nie z osobnikami z innych grup i dawać płodne potomstwo

Taksonomia

nauka o klasyfikowaniu żywych organizmów

Takson

grupa organizmów na danym poziomie systemu klasyfikacji

Dlaczego nazwy podaje się w łacinie?

jest to język martwy

sp.

jeden, ale niezidentyfikowany gatunek

spp.

kilka gatunków w ramach tego samego rodzaju

Formica sp.

nieokreślony gatunek z rodzaju Formica

Bacillus spp.

kilka gatunków bakterii z rodzaju Bacillus

Numerem 1 opisane jest/są:

Protlisty

Numerem 2 opisane jest/są:

Fungi

Numerem 3 opisane jest/są:

Plantae

Numerem 4 opisane jest/są:

Animalia

ARCHAEA – ARCHAEBACTERIA

Prokarionty

ARCHAEA – ARCHAEBACTERIA

Brak peptydoglikanu w ścianach komórkowych

ARCHAEA – ARCHAEBACTERIA

Odmienna struktura lipidów w bł. komórkowych (są rozgałęzione i mają wiązania eterowe, a nie estrowe)

ARCHAEA – ARCHAEBACTERIA

Obecność intronów w niektórych genach

Organizmy metanogenne

(redukują CO2 za pomocą H2 dając CH4), mają specjalne koenzymy

Ekstremofile

(halofile, termofile, acidofile, alkalofile) żyją w środowiskach ekstremalnych

1

Biota dzieli się na 3 domeny:

Bacteria (Eubacteria) • Archaea (Archaebacteria) - Bacteria i Archaea – Procaryota z gr. „nibyjądro” • Eukarya (Eukaryota) – gr. „prawdziwe jądro”

Królestwa:

Protisty • Grzyby • Rośliny • Zwierzęta

PROKARYOTA

jednokomórkowe

PROKARYOTA

wielkość 0,2-2 um średnicy, bywają większe

PROKARYOTA

brak jądra i jąderek, jest nukleoid, który nie jest odgraniczony od cytoplazmy żadną błoną

PROKARYOTA

materiał genetyczny stanowi genofor złożony z pojedynczej nagiej, kolistej cząsteczki DNA (w rejonie nukleoidu) i plazmidy

PROKARYOTA

brak organelli otoczonych błoną, centra energetyczne to skomplikowane mezosomy, brak cytoszkieletu i ruchu cytoplazmy, rybosomy 70S

ziarniak

micrococcus

dwoinka

diplococcus

czwórniak

tetracoccus

gronkowiec

staphylococcus

paciorkowiec

streptococcus

pakietowiec

sarcina

laseczka

bacillus

pałeczka

coccobacillus

maczugowiec

corynebacterium

przecinkowiec

vibrio

śrubowiec

spirillum

krętek

spirochaeta

formy gwieździste

np Stella

formy nitkowate

np sinice

formy prostokątne

np Haloarcula

formy pleomorficzne

np Mycoplasma

Na podłożach standardowych i w stałych warunkach hodowli komórki danego gatunku

mają zawsze określone kształty będący ich istotną cechą diagnostyczną

formy inwolucyjne

o zmienionych kształtach. Pojawiają się w okresie starzenia się bakterii

Budowa bakterii

ŚCIANA KOMÓRKOWA KOM. BAKTERYJNEJ

elastyczna struktura nadająca komórce bakteryjnej określony kształt

ŚCIANA KOMÓRKOWA KOM. BAKTERYJNEJ

stanowi barierę ochronną przed czynnikami zewnętrznymi fizycznymi i chemicznymi, a także przed innymi mikroorganizmami

ŚCIANA KOMÓRKOWA KOM. BAKTERYJNEJ

pełni głównie funkcje mechaniczną, ogranicza objętość komórki bakteryjnej i chroni ją przed pęknięciem

ŚCIANA KOMÓRKOWA KOM. BAKTERYJNEJ

jest przepuszczalna dla licznych substancji niskocząsteczkowych i soli mineralnych

ŚCIANA KOMÓRKOWA KOM. BAKTERYJNEJ

charakterystyczny składnik ściany komórkowej bakterii to heteropolimer peptydoglikan (mureina)

w zależności od budowy ściany komórkowej oraz struktury przestrzennej peptydoglikanu ryróżniamy bakterie

gram-dodatnie, gram-ujemne, kwasooporne, bez ściany

peptydoglikan (mureina) jest złożony z długich nierozgałęzionych łańcuchów, w których na przemian występują cukrowce:

N-acetyloglukozamina (NAG) - kwas N-acetylomuraminowy (NAM) połączone wiązaniami β-1,4-glikozydowymi

Peptoglikanzbudowany jest z nierozgałęzionych łańcuchów, w których naprzemiennie występują

kwas acetylomuraminowy i N-acetyloglukozamina

PEPTYDOGLIKAN

peptyd + glikan

Trzon mureiny stanowią proste

nierozgałęzione łańcuchy glikanowe,

U bakterii gram-ujemnych tetrapeptyd zawiera kolejno:

-L-alanina -kwas D-glutaminowy -Kwas mezo-diaminopimelinowy (DAP) -D-alanina

DAP z jednego tetrapeptydu łączy się z D-Ala drugiego tworząc tzw

woreczek mureinowy

Proste, nierozgałęzione łańcuchy glikanowe

stanowią trzon mureiny

U bakterii gram-dodatnich tetrapeptyd zawiera:

L-alanina -D-glutamina -L-lizyna -D-alanina

Dla woreczka mureinowego bakterii Gram-dodatnich charakterystyczna jest obecność:

L-lizyny i mostków pentaglicynowych

N-acetyloglukozamina, kwas N-acetylomuraminowy, kwas mezo-diaminopimelinowy D-alanina

nie występują w komórkach roślin i zwierząt, co jest wykorzystywane w medycynie

Lizozym

enzym, występuje w łzach, komórkach układu immunologicznego, śluzie jamy nosowej i białku jaja.

Lizozym

Rozszczepia w mureinie wiązanie glikozydowe powodując jej rozpad na dwusacharydy NAG-NAM. Jest więc (N-acetylo)-muramidazą

Penicylina

niszczy głównie komórki bakteryjne gram-dodatnich, a także niektóre gram-ujemne. D

Penicylina

zaburza syntezę ściany komórkowej, poprzez zahamowanie tworzenia wiązań peptydowych w mostkach

u bakterii G+ występuje

około 40 warstw siatki mureinowej o grubości 20-80 nm

u bakterii G+

peptydoglikan stanowi 30-70% suchej masy ściany komórkowej.

Pomiędzy łańcuchy peptydoglikanu wplecione są też

kwasy tejchojowe (Ta)

kwasy tejchojowe (Ta) o budowie zależnej od gatunku stanowią

warstwę plastyczną ściany komórkowej

Kwasy tejchojowe stanowią nawet

do 50% suchej masy ściany komórkowej bakterii G+

Kwasy tejchojowe (TA)

to łańcuchowe polimery złożone z 8-50 cząsteczek fosforanu gilcerolu lub fosforanu rybitolu

kwasy tejchojowe ściany

WTA

kwasy tejchuronowe

TUA

kwasy lipotejchojowe

LTA

Synteza kwasów tejchojowych wymaga

dużych ilości fosforu,

kwasy tejchuronowe - ich synteza wymaga obecności

jonów Mg2+

Kwasy lipotejchojowe (LTA) są złożone z łańcucha

kwasu tejchojowego oraz komponentu tłuszczowego (pochodnych glicerolu)

Tak

Bardzo ważną rolę w ścianie komórkowej bakterii G+ pełnią

polisacharydy oraz białka

białka i powierzchniowe cukry są

silnymi antygenami,

zmienność struktury ściany odpowiada za zmienność serotypową

bakterii G+

Białka w ścianie komórkowej Gram+

pełnić funkcję adhezynm enzymów i inwazyn. Mogą chronić bakterie przed zlizowaniem

U Gram-

Siatka mureiny jest jednowarstwowa

Gram- na zewnątrz ściany znajduje się dodatkowa błona, tzw.

błona zewnętrzna

Gram- Praktycznie jedyną funkcją warstwy mureiny komórek gram ujemnych jest

zapobieganie cytolizie wywołanej zmianami ciśnienia osmotycznego

Gram- Między błoną zewnętrzną a błoną cytoplazmatyczną znajduje się tzw

przestrzeń peryplazmatyczna

przestrzeń peryplazmatyczna

w niej „pływa” mureina, a także liczne enzymy

Lipoproteina Brauna

białko, jedno z liczniejszych w ścianie G-, tworzy mostki między peptydoglikanem, a błona zewnętrzną, stabilizuje ścianę wiążąc błonę zewnętrzną do peptydoglikanu

Lipopolisacharydy

są najbardziej efektywnymi endotoksynami bakterii,

Lipopolisacharydy

wywołującymi gorączkę i biegunkę!

Konsekwencją obecności błony zewnętrznej i lipoprotein Brauna jest wysoka (20-30%)

zawartość lipidów w ścianie komórkowej bakterii Gram

błona zewnętrzna Gram- zbudowana jest z

z fosfolipidów, licznych białek, lipoproteiny Brauna, lipopolisacharydu

Gram- Białka pełnią funkcje;

transportową, receptorową i enzymatyczną

LIPOPOLISACHARYD

O-swoistego łańcucha bocznego (antygen O), rdzenia oligosacharydowego, lipidu A

lipid A

jest właściwą endotoksyną uwalnianą w przewodzie pokarmowym gospodarza po śmierci komórek bakteryjnych

Składnikiem ściany komórkowej bakterii Gram- działającym jako toksyna na organizm gospodarza jest

lipopolisacharyd

Kwasy tejchojowe są typowe dla budowy ściany komórkowej

Bakterii Gram+

Lipoproteina Brauna jest składnikiem

Ściany komórkowej Gram-

Tak

ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERII KWASOOPORNYCH

Cienka, wewnętrzna warstwa petydoglikanu

ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERII KWASOOPORNYCH

Do niej przyłączony jest arabinogalaktan, który z kolei połączony jest z wysokocząsteczkowymi kwasami mykolowymi. Do błony zakotwiczone są także długie łańcuchy lipoarabinomannanu

ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERII KWASOOPORNYCH

Całość jest „przykryta” warstwą polipeptydową

WARSTWA POWIERZCHNIOWA „S-LAYER”

występuje zarówno u G+, jak i G-

WARSTWA POWIERZCHNIOWA „S-LAYER”

jednocząsteczkowa warstwa zbudowana z ciasno ułożonych cząsteczek białek lub glikoprotein, na zewnątrz komórki

ROLA „S-LAYER”

Stabilizacja mechaniczna, termiczna i osmotyczna ochrona przed czynnikami chemicznymi i biologicznymi rola w adhezji do komórek immobilizacja różnych cząstek zawiera enzymy o rozmaitych funkcjach odpowiada za ciepłooporność

Stablilizacja mechaniczna, termiczna, osmotyczna oraz ochronna to jedna z głównych funkcji:

Warstwy S

NUKLEOID + PLAZMID

Materiał genetyczny

Nukleoid to obszar komórki prokariotycznej będący

odpowiednikiem jądra komórkowego u Eukaryotwa

Nukleoid

nie jest oddzielony od cytoplazmy otoczką jądrową

genofor zawarty w nukleoidzie to

pojdeyńcza, kolista cząsteczka dwuniciowego DNA

Rybosomy u Prokaryota są mniejsze niż u

Eukaryota

Rybosomy u Prokaryota

mają niższą masę cząsteczkową i stałą sedymentacji Svedberga wynoszącą 70S, w porównaniu do 80S u Eukaryota.

niektóre antybiotyki

wybiórczo hamują syntezę białek na rybosomach 70S, nie wpływając na działanie rybosomów 80S

geny kodujące 16S rRNA zawierające wysoce konserwatywne sekwencje nukleotydów,

które są praktycznie niezmienne w obrębie gatunków bakterii i Archaea

SUBSTANCJE ZAPASOWE to

polisacharydy, tłuszcze, polifosforany, siarka

Substancje zapasowe

znajdują się one w komórce w postaci osmotycznie nieczynnej i są nierozpuszczalne w wodzie

do odkładania substancji zapasowych konieczne jest,

aby w podłożu były obecne składniki potrzebne do ich syntezy, a jednocześnie wzrost komórki musi być zatrzymany.

Substancje tłuszczowe: u wielu bakterii te kropelki zawierają

kwas poli-β-hydrijsymasłowy (PHB), poliester rozpuszczalny w chloroformie, nierozpuszczalny w eterze. PHB zbudowany jest z około 60 reszta kwasy β-hydroksymasłowego

Magnetosomy

zawierają magetyt Fe3O4, u niektórych bakterii wodnych, umożliwiają orientację i poruszanie się w polu magnetycznym

Pęcherzyki gazu

u wodnych bakterii, gł. sinic, pływanie góra-dół

Kryształy parasporalne

Kryształy u laseczek tworzących endospory, zawierają substancje toksyczne dla niektórych owadówparasporalne

Karboksysomy

u licznych bakterii autotroficznych, zawierają enzymy do wiązania CO2

Fikobilisomy

u sinicm zawierają fikobiliproteiny, barwniki pochłaniające światło

chlorosomy

u bakterii zielonych, zawierają tłuszcze, białko i bakteriochlorofili, pochłaniają światło

U Gram+, przetrwalnikujących laseczek na terenie cytoplazmy znajdują się substancje toksyczne dla niektórych owadów (insektycydy) Są to:

Kryształy Parasporalne

Aktywny ruch wywołany jest

rotacją wici/rzęsek.

Możliwy jest też ruch

ślizgowy

Taksje to:

Ruchy swobodne organizmów jednokomórkowych lub kolonijnych i komórek

– taksje dodatnie

Taksje w stronę przeciwną do źródła bodźca

– taksje ujemne

zależnie od rodzaju bodźca wywołującego taksje wyróżnia się

fototaksje (światło) o termotaksje (ciepło) o chemotaksje (bodźce chemiczne) o magnetotaksje (pole magnetyczne)

Umiejscowienie i liczba rzęsek jest dla bakterii

cechą charakterystyczną i ma znaczenie taksonomiczne

dwurzęse (ditrychalne)

po jednej rzęsce na obu biegunach

amfitrychalne

Mają pęczek rzęsek na obu biegunach

Okrągłorzęse (perytrychalne)

rzęski rozmieszczone dookoła komórki lub na jej całej powierzchni

bezrzęse (atrychalne)

większość ziarniaków

jednorzęse (monotrychalne)

mają jedną biegunową rzęskę

czuborzęse (lofotrychalne)

mają pęczek rzęsek na jednym biegunie

schemat przedstawia kolejno od lewej:

perytrychalne, lofotrychalne, amfitrychalne

U krętków występuje tzw.

włókno osiowe, wić wewnętrzna

Zaczepione na jednym końcu komórki, niejako ją oplata

włókno osiowe

całe ciało krętka jest śrubowato skręcone przez specyficzne włókna osiowe

włókno to kurcząc się skraca śrubowato komórkę

Elementem strukturalnym u krętków odpowiedzialnym za ich zdolność do poruszania się jest:

włókno osiowe

Oprócz rzęsek, niektóre bakterie Gram ujemne mogą wytwarzać nitkowate, zakotwiczone w cytoplazmie wyrostki-

fimbrie

fimbrie zbudowane są z białka zwanego

piliną

Fimbrie ułatwiają przyczepianie się komórek do

podłoża

Grubsze wyrostki, zwane też ........ służą podczas procesu koniugacji do przenoszenia DNA. Są to puste rurki białkowe

pilami płciowymi

ROZMNAŻANIE BAKTERII jest to rozmnażanie -

bezpłciowe

bakterie rozmnażają się przez

prosty podział komórki

z 1 komórki macierzystej powstają

2 komórki potomne

podział komórki bakteryjnej jest znacznie prostszy niż

mitoza

n-ty podział, wzrost podwajający

2n

bakterie rozmnażają się w postępie

geometrycznym

czas generacji to czas

potrzebny do podwojenia liczby komórek

Przyrost liczby rozmnażających się bez ograniczeń bakterii można przedstawić

2n

lag

log

stacjonarna

zamierania

Przenoszenie dziedzicznych cech szczepu dawcy na szczep biorcy przez bezpośredni kontakt w parach to:

Koniugacja

Przekazanie cech genetycznych szczepom biorcy z pominięciem łączenia w pary, poprzez pobranie ze środowiska wolnego rozpuszczalnego DNA uzyskanego od dawcy to:

Transformacja

jest to proces przenoszenia fragmentu DNA z jednej komórki do drugiej przez bakteriofaga łagodnego (w czasie cyklu lizogenicznego)

Transdukcja

formy przetrwalne są formami rozwoju umożliwiającymi bakteriom

przeżycie warunków, które mogłyby być zabójcze dla normalnych postaci wegetatywnych

każda komórka może wytworzyć w swym wnętrzu tylko 1

przetrwalnik

ODPORNOŚĆ PRZETRWALNIKÓW:

wysoka temperatura, niska temperatura, promieniowanie, wysuszanie, czynniki chemiczne

PRZETRWALNIKI

zawierają tylko 10-30% zawartości wody w kom. wegetatywnej, zawierają o około 40% więcej białka i prawie 4-krotnie mniej węglowodanów, charakterystycznym dla endospor związkiem jest kwas diplikolinowy, nie zawierają β-hydroksymaślanu

Endospory bakterii w porównaniu do komórek wegetatywnych

zawierają o około 40% więcej białka i prawie 4-krotnie mniej węglowodanów

BUDOWAPRZETRWALNIKA: najgrubsza warstwa osłony przetrwalnika, zbudowana z mureiny, ale z luźnych warstw o mniejszej liczbie mostków poprzecznych niż typowa ściana komórkowa.

Korteks

BUDOWA PRZETRWALNIKA: zbudowany jest z białka keratynopodobnego z wieloma mostkami disiarczkowymi. Jest nieprzepuszczalny zapewniając dużą oporność na antybiotyki, substancje chemiczne i środki dezynfekcyjne

Płaszcz

cytoplazma otoczona błoną cytoplazmatyczną, czyli protoplast przetrwalnika. Zawiera kwas dipikolinowy (DPA). DPA odpowiada za ciepłooporność

Rdzeń

zbudowana z murein

Ściana przetrwalnika

Egzosporium

błona lipoproteinowa

Od zawartości kwasu dipikolinowego w przetrwalnikach zależy ich odporność na

Wysoką temperaturę

Największą opornością na ciepło charakteryzują się

endospory