Stanisław Bła\ejak (18 h)
prof. dr hab. Wanda Duszkiewicz Reinhard (12 h) - Mikrobiologia \ywności
Wykład 1
Drobnoustroje niechorobotwórcze saprofityczne, mogą wpływać na psucie się \ywności w potocznym rozumieniu tego słowa
Drobnoustroje patogenne nie muszą wpływać na psucie
HACAP analiza zagro\eń i kontrola punktów krytycznych, bezpieczeństwo \ywności
Mikrobiologia nauka o organizmach niewidocznych gołym okiem. Podstawową jednostką miary jest 1 mikrometr.
(gr. micros mały, bios \ycie, logos nauka)
Mikrobiologia to obszerna nauka. Występuje we wszystkich sferach działalności człowieka. Aączy się z nią biotechnologia, czyli
wykorzystywanie mikroorganizmów i ich metabolitów do otrzymywania ró\nych produktów.
Zastosowania mikrobiologii:
Farmacja
Produkcja \ywności piwo, wino, sery \ółte i pleśniowe, ocet
Utylizacja odpadów drobnoustroje wytwarzają enzymy rozkładające
Oczyszczanie ścieków
Genetyka
Produkcja surowców \ywności organizmy transgeniczne
Mikrobiologia ogólna nauka o budowie, czynnościach \yciowych i znaczeniu drobnoustrojów: morfologia, fizjologia, warunki
wzrostu i rozwoju, przemiany wywołane drobnoustrojami oraz zale\ności między drobnoustrojami i między drobnoustrojami a
środowiskiem.
Mikrobiologia szczegółowa nauka o poszczególnych grupach drobnoustrojów:
Bakteriologia
Mykologia
Protozoologia (pierwotniaki)
Algologia
Wirusologia
Dodatkowo:
Immunologia nauka o odporności organizmu na substancje obce, które powodują powstanie przeciwciał (reakcja
immunologiczna)
Clostridium tetani laseczki tę\ca
Podział ze względu na środowisko drobnoustrojów:
Mikrobiologia gleby (obieg materii)
Mikrobiologia wody
Mikrobiologia sanitarna (środowisko \ycia człowieka)
Mikrobiologia lekarska i weterynaryjna
Mikrobiologia techniczna biotechnologia wykorzystanie w procesach technologicznych; farmacja, przemysł mleczarski,
przemysł gorzelniczy
Bakterie probiotyczne muszą spełniać szereg warunków: (patrz dalej)
Odporne na niskie pH, kwasy \ółciowe (holowy i deoksyholowy)
Mają zdolność do adhezji i osiedlania się w jelicie grubym
Muszą wytwarzać substancje niszczące bakterie chorobotwórcze (bakteriocyny)
Prebiotyki wpływają korzystnie na rozwój probiotyków
prebiotyk + probiotyk = symbiotyk ale NIE prebiotyk=symbiotyk-probiotyk :&
:&
:&
:&
Do probiotyków nale\ą:
Bifidobacterium bifidum
Lactobacillus casei laseczka bakterii mlekowych
Lactobacillus acidofilus
I inne.
Niektóre drobnoustroje mogą wytwarzać cenne substancje takie jak:
Antybiotyki, witaminy (beta-karoten)
Ryboflawina (np. dro\d\e)
B12 (np. bakterie propionowe)
1
Kwas foliowy (np. saccharomyces cerevisiae)
A nawet mogą być zródłem białka (znakomitym zródłem są dro\d\e, a co najwa\niejsze, są bezpieczne!)
Okresy rozwoju mikrobiologii
Przedpasterowski nie było mikrobiologii, ludzie nawet jak znali jakieś drobnoustroje to nie byli w stanie wyjaśnić
procesów z nimi związanych
Popasterowski dynamiczny rozwój mikrobiologii
Pierwsze zainteresowanie drobnoustrojami: Włoch Girolamo Fracastoro stwierdził, \e choroby są wywoływane przez organizmy,
których nie jesteśmy w stanie zaobserwować gołym okiem
Pierre Antonio Micheli opisuje grzyby (pleśnie) i wprowadza nazwy (Aspergillus, Mucor) i wprowadza mo\liwość hodowli
grzybów na dyni w warunkach laboratoryjnych (nie wiedziano dlaczego akurat na dyni dobrze się rozwijają) dynia bogata w
węglowodany
Otto Muller XVII wiek, przedstawił rysunki przecinkowców, (Vibrio cholerae, Vibrio coma) a tak\e krętków i innych.
Christian Ehrenberg: Spirillum, Spirochaeta, Bacterium
Antoni van Leeuwenhook skonstruował pierwszy mikroskop, wykonał wiele rysunków drobnoustrojów
Robert Hook sformułował komórkową budowę organizmów
Schleiden i Schwan potwierdzili komórkową budowę organizmów \ywych
LUDWIK PASTEUR (1822 1895) wykazał, \e procesy fermentacyjne znane od wieków spowodowane są działalnością
drobnoustrojów (stworzył podstawy tzw. mikrobiologii przemysłowej)
Udowodnił, \e bez dro\d\y nie ma fermentacji cukrów
Wprowadził proces pasteryzacji wina, niszczenie drobnoustrojów przez obróbkę termiczną
Opracował szczepionki przeciw drobnoustrojom
W 1881 wprowadził szczepionkę przeciwko wąglikowi (Bacillus anthracis)
o Stwierdził, \e drobnoustroje mają swoją optymalną temperaturę dla rozwoju (kury, które mają temperaturę ciała ok.
43 stopni Celsjusza zanurzał do wody z lodem i obni\ając ją wykazał, \e stały się podatniejsze na wąglika)
1885 wprowadził szczepionkę przeciwko wściekliznie suszył mózgi wściekłych królików osłabiając wirus, a następnie
podając go w formie szczepionki
Brał udział w wojnie Prusko Francuskiej odkrył wówczas gronkowce, paciorkowce, wprowadził dezynfekcję i materiały
ochronne
Utworzył Instytut Pasteura w Pary\u
Roux szczepionka przeciwko gruzlicy
Yersin badania nad d\umą, Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis
Robert Koch twórca nowoczesnych technik mikrobiologicznych
Wprowadził podło\a stałe (Pasteur wprowadził płynne)
Opracował metody barwienia bakterii
Wykrył prątki gruzlicy (Mycobacterium tuberculosis) prątki Kocha
Zgromadził wokół siebie wielu naukowców:
o Laefflera odkrył maczugowce błonicy
o Gaffsky ego odkrył pałeczkę duru brzusznego
o Behring badania nad toksyną błonicy
o Shiga badania nad czerwonką
Alexander Fleming odkrył penicylinę (Penicilium pleśń)
Leon Cieńkowski badania nad Leuconostoc (ziarniaki)
Ludwik Hirszwald zaka\enia jelitowe, (Salmonella hirszfeldi), utworzył PZH
Rudolf Weigel wynalazca szczepionki przeciw durowi plamistemu (riketsje)
SYSTEMATYKA I TAKSONOMIA ORGANIZMÓW śYWYCH
Taksonomia nauka zajmująca się klasyfikacją organizmów \ywych, tworzeniem jednostek systematycznych
Klasyfikacja porządkowanie w grupy wy\szego rzędu (na podstawie cech)
Identyfikacja stwierdzenie przynale\ności badanego organizmu do danego taksonu
Nazewnictwo nadawanie nazw grupom taksonomicznym
Międzynarodowym językiem jest łacina (np. workowce nazwa zwyczajowa, Ascomycetes nazwa łacińska)
Podstawowym taksonem jest gatunek, a w mikrobiologii SZCZEP czysta kultura wyizolowanych drobnoustrojów, będąca
przedstawicielem danego gatunku
Nomenklatura jest binominalna, na zasadzie wprowadzonej przez Linneusza
Rodzaj saccharomyces nazwa rodzajowa
Gatunek saccharomyces cerevisiae nazwa gatunkowa Bacillus anthrasis laseczka wąglika
2
Klasyfikacja
Filogenetyczna łączenie organizmów o wspólnych przodkach i przedstawianie świata organizmów w sposób
uporządkowany, który uwzględnia ich rozwój rodowy
Sztuczna grupowanie organizmów zgodnie z ich pokrewieństwem według ustalonego klucza
Taksonomia numeryczna (na zasadzie Adamsona) wszystkie cechy jednakowo wa\ne
Klasyfikacja sztuczna
1921 po raz pierwszy przez Bergaya (?)
Bakterie najłatwiej klasyfikowac w ten sposób
Elementy klasyfikacji bakterii:
Kształt bakterii (kula, pałeczka, spirala)
Stosunek do tlenu tlenowce, beztlenowce, względne beztlenowce, mikroaerofile ok. 5% tlenu
Czy gram dodatnie czy gram ujemne
Przetrwalnikowanie (endospory) potrzebny proces sterylizacji a nie tylko pasteryzacji, bowiem pasteryzacja niszczy tylko
formy wegetatywne, ewentualnie przyspiesza kiełkowanie form przetrwalnikowych patrz ćwiczenia.
Wykład 2
Systematyka Bergaya
Grupa II, G-, tlenowce/mikroaerofile, pałeczki spiralne
Campylobacter (C. jejuni, C. coli)
o chorobotwórcze
o Nowe patogeny w \ywności niedawno zwrócono na nie uwagę jako na zródło zaka\eń pokarmowych
o Dobrze rosną w wysokich temperaturach (powy\ej 40 stopni) i dlatego dobrym środowiskiem dla nich są organizmy
ptactwa domowego, które mają taką temperaturę ciała > zaka\enia poprzez spo\ycie grilowanego drobiu, który nie
zdą\ył osiągnąć temperatury zabójczej dla bakterii
o Giną nawet dopiero pow. 50 stopni
Helicobacter choroba wrzodowa (H. pylori)
o Niewra\liwe na niskie pH wytwarzają ureazę, która rozkłada mocznik do amoniaku, a ten neutralizuje kwas
\ołądkowy wokół bakterii
Grupa IV, G-, tlenowe, pałeczki, nieprzetrwalnikujące
Acetobacter (xylinum, aceti)
Gluconobacter (suboxynans)
Gluconacetobacter (xylinus, curvum)
-Wytwarzają ocet w wyniku procesu potocznie zwanego fermentacją octową z etanolu proces -niecałkowitego utlenienia
-Wykorzystywane do produkcji kwasu octowego w octowniach
-Mają zdolność do biosyntezy celulozy
Pseudomonas mają silne właściwości proteolityczne
o Zagro\enie dla mięsa i przetworów
o Dobrze się czują w niskiej temperaturze, dlatego przechowywanie mięsa w lodówce nie pomaga pozbyć się tej
bakterii (psychrofilne)
Pseudomonas aeruginosa pałeczka ropy błękitnej mo\e wywoływać sepsę
Pseudomonas fluorescens niechorobotwórcza, a zatem saprofityczna bakteria (saprofit niechorobotwórczy, paso\yt
chorobotwórczy)
Obie te bakterie mają zdolność do świecenia pod wpływem UV(aeruginosa na niebiesko, fluorescens na zielono)
Burckholderia cepacia mało wra\liwa na środki konserwujące, dlatego w kosmetyce stosuje się je do zaka\ania kremów w ten
sposób mo\na sprawdzić najni\szą ilość środków konserwujących, jaka jest konieczna, aby uniemo\liwić rozwój bakterii
pseudomonas
Pseudomonas malei bakteria nosacizny
Rhisobium biorą udział w obiegu azotu w przyrodzie poprzez symbiozę z roślinami motylkowymi i symbiotyczne wiązanie azotu
Sinorhisobium
Acinetobacter
Alcaligenes - w wodzie
Flavobacterium
Xantomonas (camprestis) bosynteza ksantanu biopolimeru zbudowanego z ksylazy. Ostatnio pojawiają się zaka\enia szpitalne
3
Legionella nowe patogeny \ywności (pneumofila powoduje zapalenie płuc). Nazwa pochodzi od tego, \e na zjezdzie weteranów
60 osób zmarło od zaka\enia tą bakterią.
Występuje w basenach i dawno nieu\ywanych natryskach, instalacjach
Grupa V, G-, względnie beztlenowe pałeczki nieprzetrwalnikujące
Enterobacteriaceae: - zarówno saprofityczne jak i paso\ytnicze:
-Escherichia
-Citrobacter
-Enterobacter - pałeczki z grupy Coli
-Klebsiella
Citrobacter freundii
Enterobacter cloacae
Clebsiella pneumoniae
Pałeczki z grupy Coli w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt występują popularnie
Są to bakterie wskaznikowe mówiące o stanie zanieczyszczeń produktów fekaliami
Na ogół niechorobotwórcze (przy osłabieniu organizmu człowieka antybiotykami mogą być)
-Salmonella dur (typhi, enterica, bongori, choleresuis)
-Schigella czerwonka
-Serratia (marcescens) pałeczka cudowna (bacterium prodigiosum) wytwarza krwistoczerwoną prodigiozynę silne właściwości
amylolityczne (hydroliza skrobi) hostie mogły zawierać te bakterie, które rozkładając skrobię uzyskiwały glukozę do rozwoju, a
następnie wytwarzały krwistoczerwoną prodigiozynę, co było uznawane jako cud& a
mo\e powodować wrzody wątroby
Proteus (vulgaris) rozkład białka, następnie aminokwasów do amoniaku itp.
chorobotwórcze
Hafnia
Ervinia bakterie rozkładające pektyny (carotovora)
Francisiella
Yersinia (enterocolytica, pestis d\uma) psychrofilne ( występują w owocach morza, które zamieszkują zimne wody. Są to nowe
patogeny \ywności
Aeromonas
Arisona w proszku jajecznym do produkcji lodów zatem są one zródłem zaka\eń
Vibrionaceae:
Plesiomonas podobna do czerwonki
Vibrio (fischelli świecące ryby, cholerae)
Grupa XVII G+, ziarniaki (cocci), nieprzetrwalnikujące, względne beztlenowce
Lactococcus (lactis, cremoris, biacetilactis) mlekowe w postaci łańcuszków paciorkowce. Dawniej były nazywane
streptokokami mlekowymi, obecnie ta nazwa nie jest stosowana (wyj. streptococcus thermofilus)
o Heterofermentatywne wytwarzają oprócz kwasu octowego kwas mlekowy, CO2 i inne
o Homofermentatywne wytwarzają tylko kwas mlekowy
Enterococcus paciorkowce kałowe, np. E. faecalis, bovis u bydła, durans
Ropotwórcze angina, streptococcus pyogenes
Zieleniejące streptococcus salivarius, mutans
Leuconostoc najczęściej diplokoki (mesenteroides, dextranicus wytwarza dextran zamiennik plazmy krwi
o Uniemo\liwia rozwój gnilnych bakterii
Pediococcus (tetracocci czwórniaki) pseudomlekowe
o Wytwarza kwas mlekowy z innych kwasów, np. jabłkowego, a nie z glukozy
Sarcina (sześcianka)
Staphylococcus gronkowce (aureus, - powodują intoksykację, zatrucia; epidermilis saprofityczne)
Streptococcus (zieleniejące, ropotwórcze)
G+, laseczki, przetrwalnikujące, tlenowe lub beztlenowe
o Bacillus (subtilis, mesentericus, anthracis wąglik, bezwzględne tlenowce (aeroby)
o Clostridium beztlenowce, anaeroby obligatoryjne, (botulinum jad kiełbasiany; tetani tę\ec; perfringers)
o Silne właściwości proteolityczne
o pH -> 7
o pH gr. 4,5 produkty mięsne, warzywno mięsne, zielony groszek, fasolka szparagowa
o Sporosarcina sarcina zdolna do wytwarzania endospor
4
G+, nieprzetrwalnikujące pałeczki
o Lactobacillus mlekowe pałeczki (homoterentatywne, heterofermentatywne): acidofilus, casei, ramnosus, lactis, delbruecki
o Listeria np. Listeria monocytogenes, patogenna
o Du\a śmiertelność (około 70%)
o Ciepłooporna dobrze czuje się w wysokich temperaturach, ponadto mo\e nawet stosunkowo dobrze rozwijać się
w temperaturze około 4 stopni Celsjusza jest zatem mezofilna, ciepłooporna i psychrotroficzna
o Tworzą ciekawe układy komórek, takie jak kształt litery T, Z, itp.
Warunki probiotyczności:
o Izolowany z organizmu człowieka
o Wytwarza kwas mlekowy obni\ający pH i niszczący drobnoustroje chorobotwórcze
o Przechodzi przez \ołądek dalej nienaruszony
o Niewra\liwy na sole kwasów \ółciowych
o Musi przejść i zostać w jelicie grubym
o Musi ulec adhezji do ścian nabłonka
o Muszą tworzyć kolonie
o Muszą wytwarzać bakteriocyny działające na G+ bakterie działanie antybiotyczne
o Podnosi odporność
o Zdolność do tworzenia niskowęglowych kwasów
o Nie posiadają plazmidów odporności na antybiotyki
Plazmidy dodatkowy materiał genetyczny, który warunkuje:
Zasiedlanie stref o ekstremalnych warunkach
Odporność na antybiotyki mogą przekazywać plazmidy w procesie koniugacji, przez co często powstają bakterie
odporne na dany rodzaj antybiotyku
Proces koniugacji
Wykład 3
G +, nieprzetrwalnikujące, nieregularne pałeczki
Bakterie propionowe, mikroaerofile
o Występują w \waczu jednym z \ołądków prze\uwaczy
o Odpowiadają za syntezę kwasów tłuszczowych
o W warunkach beztlenowych tworzą kwas propionowy, następnie propioniany, które hamują rozwój pleśni
o Słu\ą do produkcji propionianów, wit. B12, kwasu octowego
o Powodują małe dziury w serze zachodzi fermentacja propionowo octowa, powstaje między innymi CO2,
powstają dziury
o Odmiany: Propionibacterium schermani (albo shermani), P. petersoni, P. freudenreichi (?)
o Regulując skład po\ywki mo\emy w pełni wykorzystać potencjał biochemiczny bakterii, np. powodując, \e
bakterie będą wytwarzać więcej kwasu propionowego, ni\ produkują normalnie itp.
Bifidobacterium probiotyczne, tak jak np. Lactococcus
o Odmiany: B. bifidum, B. longum, &
o Mają właściwości probiotyczne
o Są pierwszymi bakteriami, które zasiedlają nasz układ pokarmowy po narodzeniu obni\ają pH, tworząc kwas
mlekowy i octowy w stosunku 2:3 przeprowadzają fermentację mlekowo octową
PODZIAAY NA KRÓLESTWA
Arystoteles podział na rośliny i zwierzęta
Św. Augustyn podział zwierząt na: niepotrzebne, po\yteczne i szkodliwe
Linneusz XVIII wiek podobny podział do Arystotelesowskiego
Haeckel podział na 3 królestwa protista, rośliny i zwierzęta
o Protista autotrofy/heterotrofy, brak/mo\liwość ruchu: bakterie, pleśnie, dro\d\e, pierwotniaki
o Rośliny autotrofy, brak ruchu
o Zwierzęta heterotrofy, mo\liwość ruchu
Podział Protista:
Procaryota ściana z mureiny, informacja genetyczna w postaci nukleoidu, nie mają niepotrzebnych
intronów nic nie kodujących; ale minusem jest to, \e bakterie są przez to bardziej podatne na ró\nego
rodzaju mutacje, gdy\ ka\dy nukleotyd coś koduje& - u nas du\e prawdopodobieństwo jest, \e mutacja
zajdzie w obrębie intronów, co nie wywołuje złych skutków
Eucaryota dro\d\e, pleśnie, pierwotniaki, glony organella takie jak nasze
Wirusy (Virales) nie są w stanie \yć samodzielnie (paso\yty)
" Brak budowy komórkowej brak własnych enzymów
" Mają pewien kształt, materiał genetyczny (ale DNA lub RNA, a nie oba kwasy)
5
1969 Whittaker
Procaryota
Protista
Fungi kryterium podziału jest sposób od\ywiania
Plantae
Animalia
Procaryota absorpcja po\ywienia ze środowiska, generalnie brak fotosyntezy, aczkolwiek zdarzają się organizmy
fotosyntetyzujące, np. sinice
Protista eukariotyczne, jednokomórkowe organizmy, od\ywiają się na wszystkie 3 sposoby;
Fungi absorpcja, Eukarionty, w procesie płciowym występuje faza dikariotyczna
Animalia zachodzą procesy trawienia, Eucaryota
Plantae autotrofy
Mikroorganizmy nale\ą do:
Protista
Fungi
Bakterie
Woese podział na 3 królestwa
o Archebacteria bakterie metanowe (CO2 redukują do CH4), halofilne (lubią du\e stę\enie soli, występują np. w
morzu Martwym), thermoacidofilne (lubiące wysoką temperaturę oraz niskie pH zasiedlają obszary o warunkach
ekstremalnych)
o Eubacteria wszystkie pozostałe bakterie
Archebacteria + Eubacteria = Procaryota
o Eucaryota pierwotniaki, algi, grzyby, rośliny, zwierzęta
Filogenetyczny podział Woese a
Powstał na podstawie ró\nic w sekwencji DNA kodującej podjednostkę 16S rRNA podjednostka 16S jest
charakterystyczna dla wszystkich organizmów \ywych
Wnioski:
o Bardziej zró\nicowany jest świat Procaryota
o Archebakterie są bli\ej nas ni\ bakterie właściwe archebakterie mają kwasy nukleinowe związane z białkami, tak
jak my, a bakterie właściwe nie
SZCZEGÓLNE CECHY DROBNOUSTROJÓW
Małe rozmiary (10 50 nm wirusy, 0,5 1 mikrometra bakterie, 0,1 mm siarkowe)
o Największe są wirusy atakujące bakterie bakteriofagi
Występują w du\ych populacjach
Stosunek powierzchni do objętości około 10^6, podczas gdy dla nas jest to tylko 20
o Większe tempo metabolizmu, im większy stosunek powierzchni do objętości
o Większa szybkość rozmna\ania
Bakterie 20 min
Dro\d\e 2-4 h
Pleśnie 2-3 doby
Rozmna\anie w postępie geometrycznym
N=N0*2^n, gdzie n=(t1-t2)/g
n=(logN-logN0)/0,3
WYKAAD 4
Fazy rozwoju drobnoustrojów w określonym środowisku:
1. Faza adaptacyjna (lag faza, faza zastoju) po wprowadzeniu do nowego środowiska (po posianiu na brzeczkę) następuje
indukcja odpowiednich enzymów do wykorzystania substancji zawartych w po\ywce. Drobnoustroje muszą się zaadaptować
do nowego środowiska
a. W \ywności: drobnoustroje powinny być w lag-fazie, aby nie wzrastała ilość komórek dbamy o wydłu\enie lag-
fazy (np. mięso, mleko schładzamy, aby bakterie nie rozmna\ały się zanim czegoś z nim nie zrobimy)
b. Gdy przenosimy na taką samą po\ywkę krótka lag-faza, poniewa\ drobnoustroje mają ju\ wykształcone
odpowiednie enzymy i są zaadaptowane do danego typu środowiska
c. Liczba komórek mo\e ulec zmniejszeniu. Np. w mleku znajduje się bakteriobójczy dla bakterii G+ lizozym, a tak\e
immunoglobuliny, które niszczą bakterie mlekowe liczba komórek spada. Jednak mimo obecności lizozymu
nale\y mleko schłodzić, gdy\ bez tego ilość komórek i tak by wzrosła
6
2. Faza młodości fizjologicznej znajdująca się pomiędzy fazą spoczynkową a fazą akceleracji intensywny metabolizm i
przyrost wielkości komórek, podczas gdy nie zmienia się ilość komórek. Wówczas są najbardziej wra\liwe na czynniki
zewnętrzne i najłatwiej je zniszczyć
3. Faza akceleracji przyspieszony wzrost liczby komórek
4. Faza wzrostu logarytmicznego (log-faza) coraz krótszy czas generacji, wzrost 2^n, maksymalna szybkość wzrostu to
odwrotność czasu generacji (l. podziałów/czas)
a. Czas generacji zale\y od:
1. pH
2. Temperatury
3. Dostępności tlenu
4. Zawartości podło\a. Im podło\e ubo\sze, tym dłu\szy czas generacji
5. Faza wzrostu opóznionego ilość składników od\ywczych coraz mniejsza, coraz więcej metabolitów, których rzecz jasna
nie usuwamy
6. Faza stacjonarna liczba komórek nie ulega zmianie (tyle samo powstaje, co umiera)
a. Komórki du\e, odporne
b. Du\o substancji zapasowych
c. Du\e wodniczki stare komórki
d. Toksyczne oddziaływanie metabolitów na komórki
e. Lizosomy rozpadają się, enzymy proteolityczne niszczą komórkę
7. Faza letalna
Najkrótszymi fazami są: faza spoczynkowa (lag-faza), akceleracji, opóznienia
Po uboju komórki jeszcze \yją, czerpią energię z fermentacji glikogenu, w którym to procesie następuje obni\enie pH bakterie
nie mogą \yć w takich warunkach
Faza logarytmiczna szczególnie po\ądana w przemyśle mleczarskim (produkcja zakwasów, mlecznych napojów
fermentowanych), w przemyśle warzywnym (kiszenie kapusty, ogórków), w dro\d\ownictwie, winiarstwie (dro\d\e winiarskie mają
szybciej rozwinąć się ni\ dzikie)
Faza stacjonarna szczególnie po\ądana przy produkcji antybiotyków najwięcej penicyliny wytwarzane jest w fazie, w której
przestają rosnąć faza wzrostu stacjonarnego
DIAUKSJA wzrost dwufazowy
Wyobrazmy sobie, \e przenosimy bakterię Escherichia coli do środowiska z zawartą mieszaniną ró\nych substratów. Mo\emy
obserwować 2 fazy rozwoju. Przykładowo w po\ywce zawarte są glukoza i sorbitol Escherichia najpierw przystosuje się do
pobierania energii z glukozy, wytworzy odpowiednie enzymy i przejdzie w log-fazę. Gdy zapas glukozy skończy się, wówczas
bakteria przystosuje swój układ enzymatyczny do pobierania energii z sorbitolu. Znów przejdzie w fazę wzrostu logarytmicznego. Po
zu\yciu sorbitolu nastąpi faza letalna. Proces ten świadczy o mądrości drobnoustrojów
Organizmy jednokomórkowe:
Tworzą kolonie, łatwo adaptują się do nowych warunków odpowiednio skonstruowany układ enzymatyczny enzymy w
komórce są zawsze (enzymy konstytucyjne)
enzymy indukowane pojawiają się, gdy w środowisku pojawi się dane zródło węgla. Dzięki temu
drobnoustrój nie zu\ywa energii na niepotrzebną ekspresję genów potrzebnych do wytworzenia enzymu
Mogą wykorzystywać ró\ne zródła węgla, azotu
Mogą przebywać w temperaturze od -273 do ponad 100 st. Celsjusza
Wytwarzanie przetrwalników (bakterie) lub zarodników (grzyby)
Zdolność do mineralizacji substancji organicznych (obieg pierwiastków w przyrodzie, naturalne psucie się \ywności)
Aatwość przenoszenia się drobnoustrojów pod wpływem czynników zewnętrznych środowiska
Są świetnym obiektem badań biologicznych (du\e populacje, krótki czas generacji, główne szlaki metaboliczne takie same
jak u wy\szych organizmów eukariotycznych, budowa komórkowa, łatwa mo\liwość obserwacji zmian genetycznych w
kolejnych pokoleniach
Budowa komórki:
1. Eukariotyczna
Jądro:
Otoczone podwójną otoczką jądrową
W otoczce jądrowej pory, dzięki którym mo\liwy jest transport RNA z jądra do cytoplazmy
Zawarta w nim większość materiału genetycznego (większość, poniewa\ niekiedy występują plazmidy)
Wnętrze jądra wypełnia kariolimfa
Materiał genetyczny stanowią ściśle upakowane cząsteczki DNA, które w interfazie są w postaci luznej chromatyny, a
podczas podziałów upakowują się w chromosomy
Chromatyna z fibrylii
o Histony tworzą 8-cząsteczkowe jednostki oktamery, na białka histonowe nawinięta nić DNA, która tworzy
solenoid
W środku jąderko odpowiedzialne głównie za syntezę rybosomowego RNA (rRNA)
7
Wykład 5
Cytoplazma roztwór koloidalny białek i składników mineralnych. Zawarta pomiędzy plazmolemmą a tonoplastem (błoną wakuoli).
Zawieszone są w niej organella i rybosomy
Rybosomy 80S (Eukariotyczne podj. 60 i 40 S)
Błona cytoplazmatyczna dzięki niej organizmy mają budowę komórkową
Dwuwarstwowa, białkowo lipidowa
Nie przejdzie przez nią to, co jest rozpuszczalne w wodzie (środkowa część błony składa się z elementów hydrofobowych
lipidów)
Pobieranie tych związków związane jest z kanałami jonowymi (charakter białkowy)
Dyfuzja prosta lub ułatwiona. Ta pierwsza zgodnie z gradientem stę\eń, ten drugi wbrew temu gradientowi
Retikulum endoplazmatyczne zwłaszcza u eukariotycznych
Szorstkie synteza białek
Gładkie synteza lipidów
Lizosomy trawienie wewnątrzkomórkowe, enzymy trawienne
Diktiosomy tworzą AG (Aparat Golgiego)
Wakuola typowa dla komórki dro\d\owej w okresie wzrostu stacjonarnego jest największa, poniewa\ jest w niej ju\ du\o
substancji przemiany materii, których stę\enie wewnątrz wakuoli jest wysokie i na zasadzie ró\nicy stę\eń woda napływa do niej.
Mitochondria otoczone podwójną błoną, na zewnątrz gładka, od wewnątrz pofałdowana, tworzy łańcuch oddechowy
W środku występuje matrix
Własna informacja genetyczna i własne rybosomy, takie jak u prokariotów (70S 30 i 50)
Obecny NAD, FAD itp.
Ściana komórkowa (grzybów dro\d\y i pleśni)
Dro\d\e:
Wielowarstwowa, skomplikowana struktura. Na zewnątrz mannan z białkami (z mannozy) mannoproteiny, środkowa część
z glukanu, a na wewnętrznej części trochę chityny
Ściana komórkowa ma charakter ujemny. Spowodowane jest to obecnością ujemnych grup funkcyjnych (COOH, SH itp.)w warstwie
mannoproteinowej. Dlatego dobrze wią\ą kationy, między innymi OAÓW, dzięki czemu mogą być wykorzystywane do
wychwytywania toksycznych kationów. Ponadto mogą tak\e wiązać URAN, przez co są bardzo cenne (chemisorpcja). Przyciąganie
kationów jest równie\ spowodowane obecnością grup aminowych z wolną parą elektronową przy azocie. Wykazują wówczas nawet
zapotrzebowanie na te metale. Pojawiają się wówczas metalotioneiny
Metalotioneiny są wewnątrzkomórkowymi białkami wią\ącymi metale. Białka te zaanga\owane są w homeostazę cynku i miedzi
oraz detoksykację ustroju z metali cię\kich.
Warstwa mannoproteinowa ma równie\ inną pozytywną właściwość: mo\e być wykorzystywana przez probiotyki jako zródło
węgla dlatego mo\na powiedzieć, \e dro\d\e mają właściwości prebiotyczne. Ponadto jest ona koloidem, dzięki czemu mo\e
unieruchamiać bakterie chorobotwórcze.
Pleśnie
Na zewnątrz warstwa glukanowa (alfa i betaglukan)
Warstwa glukoproteinowa
Warstwa chitynowa sztywność
Błona
Inne struktury
Mikrotubule i mikrofilamenty nadają kształt, około 20% białek eukariotycznych komórek z tubuliny (u prokariontów
PILINA patrz dalej)
2. Prokariotyczna
Średnia wielkość komórek bakterii około 1 nm
Kształt i wielkość: kula, pałeczka, spirala; formy odbiegające od typowych to: maczugowce, cocci tworzące diplococcus,
tetracoccus, sarcina, staphylococcus
Brak retikulum
Brak mitochondriów i chloroplastów (u fotosyntetyzujących pojawiają się odpowiedniki chloroplastów) (autotrofy
chemosyntetyzujące, fotosyntetyzujące; heterotrofy paso\yty, saprofity)
DNA nieoddzielony błoną jądrową od cytoplazmy
Błona cytoplazmatyczna mo\e tworzyć wpuklenia zwane mezosomami (odpowiednik mitochondriów) szczególnie u G-
Rybosomy mniejsze ni\ rybosomy eukariotyczne
Cała informacja genetyczna zawarta w kolistej cząsteczce DNA (chromosomie bakteryjnym). Obszar zajmowany przez nią
to nukleoid, a cząsteczka DNA nazywana jest genoforem
Brak białek histonowych (eubakterie; u archebakterii występują)
8
Obecność DNA w plazmidach nietypowe cechy fenotypowe, jak np. odporność na warunki ekstremalne mają często
kształt szpilki do włosów
Rozmna\anie przez podział (bezpłciowe)
o Replikacja DNA
o Przez większość czasu są haploidalne
Cykl komórkowy
o Faza C replikacja DNA (około 50% cyklu)
o Faza G segregacja chromosomów (20%)
o Faza właściwego podziału (30%)
Ściana komórkowa z mureiny (peptydoglukan) nie występuje u archebakterii (u nich warstwa białkowa)
Otoczki śluzowe najbardziej zewnętrzna warstwa komórki prokariotycznej ochrona przed wyschnięciem
Wytwarzają rzęski ruch
Zawartość suchej masy:
50% - B
10% - T
10-20% - RNA(?)
Nukleoid bakteryjny:
Z DNA 2 zasady purynowe (A,G) i 2 pirymidynowe (C,T)
A=T, C=G
A+G = C+T
(G+C)/(A+T) stały dla gatunku (dla człowieka 1,5)
Podwy\szenie T do 90 stopni powoduje topnienie DNA (denaturacja)
Replikacja DNA zasada jak u eukariotów (jedna nić w sposób ciągły, druga w sposób przerywany, nowa nić powstaje w kierunku
5 -3
Helikaza Dna rozplątuje DNA
Topoizomeraza tnie DNA
Plazmidy pozachromosomowa cząsteczka DNA liniowe, koliste albo w kształcie szpilki do włosów
Wielkość 2,2 210 kpZ
Funkcja jak wcześniej + koniugacyjne (tzw plazmidy F)
Replikują się tak samo jak normalne DNA; Replikacja typu teta tak się replikują du\e plazmidy. Zawierają one wa\ne
informacje dla komórek bakterii i które są po\ądane do przekazania do komórki potomnej w całości, np. plazmidy
koniugacyjne (F) odpowiadające za proces płciowy u bakterii. Jest w nich zapisana więc informacja, czy dane bakterie są
zdolne do tworzenia pilipłciowych rzęsek są to bakterie F+, a bakterie niezdolne do tego to bakterie F-. Bakterie F+ łączą
się z F- i dochodzi do koniugacji poprzez mostek koniugacyjny. W procesie koniugacji nie powstaje nowa komórka, a
jedynie dochodzi do wymiany materiału genetycznego. Plazmid mo\e zostać przekazany do komórki F- metodą toczącego
się koła (metoda sigma).
Z kolei replikacja typu sigma dotyczy małych plazmidów, które losowo dobierają się do komórki potomnej i mogą być
tracone w kolejnych pokoleniach
Zapisane są geny oporności na antybiotyki (plazmidy R lub właśnie koniugacyjne) mo\e przekazać odporność innej
bakterii, nawet między rodzajami!!! Z tego względu bakterie mlekowe nie powinny mieć plazmidów F aby nie przekazać
plazmidów oporności na antybiotyki innym bakteriom (np. chorobotwórczym)
W pewnych wypadkach plazmid mo\e zintegrować się z chromosomem bakteryjnym (epison) np. bakteriofagi
o Związane z procesem transdukcji
o Wa\ne w procesie koniugacji między bakteriami
Cytoplazma w zasadzie nie ró\ni się od eukariotycznej
Rybosomy mniejsze (70S) du\o gdy się intensywnie rozmna\ają wówczas procesy metaboliczne muszą zachodzić szybko
W przypadku bakterii występują tzw polisomy (polirybosomy), gdy na m-RNA ponawlekane są rybosomy. UWAGA!!! Większość
antybiotyków swoje działanie opiera na rybosomach bakteryjnych (70S), dzięki czemu zahamowują proces biosyntezy białek
bakteryjnych. Z tego względu nie będą one skuteczne w stosunku do eukariotycznych grzybów (np. dro\d\y), które mają rybosomy
80S. W stosunku do nich nale\y zastosować inne mechanizmy, które mogą np. zakłócać biosyntezę ściany komórkowej
9
Wykład 6
Kwas rybonukleinowy Budowa: najczęściej pojedyncza nić
Zawiera rybozę zamiast deoksyrybozy
Zamiast tyminy zawiera uracyl
W pewnych sytuacjach (np. tRNA) występuje parowanie zasad komplementarnych
RNA uczestniczy w 2 procesach:
o Transkrypcji przepisywanie z DNA na mRNA
o Translacji na rybosomach, uczestniczy w niej mRNA i tRNA
o Powstające mRNA komplementarne do nici kodującej DNA. Ta nić DNA nosi nazwę nici
antysensownej, a nić niekodująca - sensownej
Potranskrypcyjna obróbka mRNA charakterystyczna dla eukariotów wycinanie intronów, łączenie
egzonów. Proces ten nazywany jest splicingiem
U bakterii wszystkie nukleotydy coś kodują, a za tem nie ma splicingu. Sprawia to \e prokarioty są
bardziej podatne na mutacje
Proces biosyntezy białka przebiega w analogiczny sposób, jak u eukariotów
Trójki nukleotydów kodony na mRNA
tRNA z antykodonem
itp.
Błona cytoplazmatyczna uniwersalna, podobna do eukariotycznej
Wewnątrz hydrofobowa, na zewnątrz hydrofilowa
Permeazy enzymy uczestniczące w pobieraniu składników od\ywczych
Białka transportowe, integralne
o Najszybciej pobierane cząsteczki hydrofobowe (np. gazy, które są niepolarne wiązania kowalencyjne)
o Najtrudniej cukry i inne du\e cząsteczki i kationy metali (polarne)
Uniportery przenoszą tylko 1 rodzaj związku; symporterzy przenoszą dwa ró\ne związki w tym samym kierunku;
antyportery przenoszą 2 ró\ne związki w ró\nych kierunkach
Je\eli nie ma mezosomów, to tutaj zachodzą procesy energetyczne, są tu równie\ centra replikacji RNA, a tak\e struktury dla
utrzymywania rzęsek
Tylakoidy u niektórych bakterii, odpowiednik chloroplastów
Ściana komórkowa
Turgor ciśnienie wewnątrzkomórkowe
o Równanie Clapeyrona: pv=nRT
o dla 1-molowego roztworu wartość pv równa jest 22,4 dm^3
W roztworze hipertonicznym plazmoliza, a w hipotonicznym plazmoptyza
1884 Cristian Gramm wprowadził metodę barwienia. Metoda ta pozwoliła podzielić bakterie na gram + i gram
Ró\nice pomiędzy G+ a G-
G+:
Gruba ściana komórkowa, mniej zło\ona, ni\ ściana komórkowa G-
Podstawowym składnikiem ściany komórkowej eubakterii jest mureina peptydoglukan
Mają około 40 warstw mureiny, podczas gdy u G- jest 1,2 lub 3
Mureina zbudowana z podjednostek
o n-acetyloglukozoamina
o n-acetylomuramina
Uło\one naprzemiennie, a w drugiej warstwie odwrotna kolejność
Aańcuchy powiązane poprzez aminokwasy
Do ka\dej cząsteczki n-acetylomuraminy przyłączone tetrapeptydy
n-alanina
d-alanina
Kwas glutaminowy
Kwas 2-aminopinalinowy (?) (diaminopimelinowy?)
a do nich dołączone tetrapeptydy z drugiej warstwy itd.
W strukturze występują tzw kwasy tejchojowe polimery glicerolu (kilkanaście lub kilkadziesiąt monomerów). Czasami związane z
związkami tłuszczowymi, wpływają na wiele właściwości
Wytwarzają więcej enzymów pozakomórkowych dzięki mniej zło\onej strukturze ściany komórkowej
10
G-:
1,2 lub 3 warstwy peptydoglukanu
Bardziej skomplikowana budowa:
o Wnętrze błona cytoplazmatyczna hydrofobowe wnętrze hydrofilowa część zewnętrzna przestrzeń
peryplazmatyczna (zlokalizowane tam są ró\ne enzymy) z warstwą peptydoglukanu związana poprzez
lipoproteiny Browna dodatkowa błona zewnętrzna podobna do błony cytoplazmatycznej z dwuwarstwą białkowo
lipidową, zawiera lipopolisacharydy (decydują o właściwościach antygenowych, serologicznych bakterii G-), są
niebezpieczne jako endotoksyny mogą być zle odczytywane przez nasze receptory
o Brak kwasów tejchojowych (tejchowych)
Na zewnątrz ściany komórkowej znajdują się kationy wapniowe, które stabilizują zewnętrzną warstwę lipidowo białkową
Przestrzeń peryplazmatyczna charakterystyczna dla G- - wiele enzymów, np. betalaktamazy enzymy rozkładające
pierścienie betalaktamowe (z nich zbudowana penicylina) przez to są niewra\liwe na działanie antybiotyków
penicylinopodobnych!!!
Mniej wra\liwe na barwniki, sole kwasów \ółciowych (cholowy i dezoksycholowy) dodając te kwasy mo\na hamować
rozwój bakterii G+
Niewra\liwe na działanie lizozymu
Lizozym enzym zbudowany tylko z białka
Zidentyfikowany i opisany przez Aleksandra Fleminga
Naturalnie występuje w przyrodzie w błonie śluzowej, ślinie, łzach
o Niszczy ścianę komórkową komórek G+ powstają komórki pozbawione ściany komórkowej, tzw protoplasty
jest to proces protoplastyzacji
Protoplasty mo\na utrzymać przy \yciu w warunkach laboratoryjnych, zapewniając stabilność osmotyczną
np. w mleku (lag faza przez jego działanie mo\e zmaleć liczba komórek)
Je\eli zwią\e się kationy wapnia (poprzez EDTA) spowoduje to destabilizację błony zewnętrznej i lizozym mo\e zacząć
działać powstają komórki (sferoplasty) częściowo pozbawione ściany komórkowej
LPS lipopolisacharydy zbudowane z:
Lipidu A zamocowany w błonie cytoplazmatycznej
Wielocukier rdzeniowy
Boczny łańcuch zło\ony z jednostek cukrowych antygen 0 właściwości serologiczne bakterii G- - jest podstawą
identyfikacji bakterii G- w obrębie gatunku
Odpowiada za:
o Utrudnianie dostarczania szkodliwych cząstek
o Toksyczność dla ludzi
o Wypadkowy ładunek
Zewnątrzkomórkowe otoczki śluzowe (śluzy)
Śluzy są luzniej związane z komórką, mo\na je oderwać podczas wytrząsania
Otoczki ślizowe nie usuniemy poprzez wytrząsanie
Charakter biopolimerów polisacharydy lub białka
Na podło\ach bogatych w sacharozę:
o Leuconostoc sacharoza dekstran (sacharaza dekstranowa)
Sacharoza glukoza + fruktoza
Glukoza dekstran (polimer) tworzy lepką sieć
Streptococcus (salivarius, mutans) sacharoza lewan (biopolimer fruktozy). Lewan jest odpowiedzialny za powstawanie próchnicy
zębów
Celuloza Acetobacter xylinum ko\uch celulozowy dobry w leczeniu oparzeń substytut skóry
Substancje śluzowe mogą utrzymywać komórki w zoogleach
o Symbioza dro\d\e bakterie mlekowe: dro\d\e dostarczają bakteriom witaminę B12, natomiast bakterie rozkładają
laktozę do glukozy i galaktozy, które mogą zu\ywać dro\d\e
o Ró\ne struktury typu sarcina czy staphylococcus są utrzymywane poprzez substancje śluzowe
Ruch bakterii
Ziarniaki się nie poruszają
Rzęski wypustki (do 20 mikrometrów) cytoplazmatyczne o charakterze białkowym, zbudowane z helikalnie skręconych 3 nici
białkowych (u eukariotów 2 na 9 2 centralne i 9 peryferycznych)
U G- są bardziej zło\one i skomplikowane, 2 pary pierścieni
U G+ 1 para pierścieni
11
Typy urzęsienia:
Atricha
Monotricha vibrio
Ditricha
Lophotricha pseudomonas, gluconobacter
Peritricha np. Bacillus, clostridium, enterobacteriaceae
Urzęsienie lateralne (selenomonas) z boku
|Rzęski obracają się 3000 obr/min. Je\eli ruch ten jest zgodnie z ruchem wskazówek zegara ruch koziołkowania. Je\eli ruch ten jest
przeciwnie do ruchu wskazówek zegara ruch do przodu
Bakterie poruszają się stosunkowo szybko (60 mikrometrów/s)
Ruch bakterii jest ruchem celowym. W zale\ności od substancji obecnych chemotaksja je\eli pojawią się antrakanty (np.
cząsteczak glukozy), to chemotaksja jest dodatnia, natomiast chemotaksja ujemna występuje w przypadku pojawienia się relegentów
(np. fenol)
Fimbrie (pile)
Zbudowane są z piliny białko
Są to krótsze rzęski, występujące u bakterii, mające 10 mikrometrów długości
Decydują o przyleganiu adhezja
F pilusy odpowiedzialne za proces rozmna\ania płciowego u bakterii (proces paraseksualny koniugacja)
Megaplazmidy (komórki F+) na nich zakodowane są informacje genetyczne o biozdolności do wytworzenia F- pilusa pili
płciowej
Poprzez pilę F+ przyciąga F- i między nimi powstaje mostek koniugacyjny koniugacja do komórki biorcy przekazywany jest
plazmid
Jedna nić plazmidu nacięta, zaczyna wchodzić do 2 komórki, do niej zaczynają dołączać się nukleotydy komplementarne, a do
plazmidu dawcy równie\ powstaje u biorcy plazmid zreplikowany.
F(+) + F(-) = 2F(+)
Plazmid mo\e połączyć się z chromosomem bakteryjnym komórka Hfr epison
Chromosom nabiera innych cech zaczyna się zachowywać jak wielki plazmid mo\e być przekazany do komórki F- (teoretycznie,
lecz praktycznie tylko kawałek
Ale: plazmid mo\e tak\e się na takiej samej zasadzie wyciąć z chromosomu i znowu powstała by komórka F+. Najczęściej
jednak wycina się z fragmentem chromosomu bakteryjnego powstaje komórka F (chromosom bakteryjny + plazmid z kawałkiem
DNA bakterii mo\e to być przekazane do innej bakterii (F-)
Substancje zapasowe komórek:
Polisacharydy
Polifosforany (wolutyna spirillum)
Tłuszcze kropelki tłuszczu (dro\d\e),
Związki siarki
Ziarna cjanoficyny (sinice) zródło azotu
Ponadto wakuole gazowe zwiększają wyporność i pozwalają na ruch wertykalny (góra dół)
Wykład 7
Polimer kwasu betahydroksymasłowego u przetrwalnikujących bakterii tlenowych lub beztlenowych (w niekorzystnych
warunkach bakterie tworzą przetrwalniki)
Endospory i inne formy przetrwalne (Bacillus
, Clostridium , sporosarcina, sporolactobacillus)
Endospory
Przetrwalniki są ciepłooporne, z tego względu potrzebna sterylizacja, aby je zniszczyć
Dobrze widoczne w mikroskopie świetlnym (zielonkawy kolor, zagęszczona cytoplazma - około 15 % wody, zupełnie inny
współczynnik załamania światła)
Tworzenie endospor:
Poprzedzone gromadzeniem substancji zapasowych, z których komórka bierze energię do wytworzenia przetrwalników
(głównie kwas betahydroksymasłowy, ponadto tworzony jest kwas dipikolinowy, występujący tylko w przetrwalnikach,
prawdopodobnie jako CZYNNIK CIEPAOOPORNOŚCI)
Etapy powstawania:
o Replikacja DNA
o Niespecyficzny podział komórki dzieli się błona (2/3 : 1/3), a nie ściana komórkowa. W obrębie protoplastu są 2
błony komórkowe
Korteks ściana odkładana do wewnątrz
Na zewnątrz ściany komórkowej przetrwalników polipeptydy, tworzą osłonę egzosporium
Te dwa elementy to około 50% suchej masy całego przetrwalnika
Proces trwa 7 godzin: wzrost stę\enia Ca, kwasu dipikolinowego, zmienia się współczynnik załamania światła
12
Czynniki sporulacji:
Brak substancji od\ywczych w podło\u nale\y spowolnić metabolizm poprzez wytworzenie form przetrwalnych
Nagromadzenie produktów przemiany materii, które są toksyczne dla komórki i nale\y się przed nimi bronić poprzez
wytworzenie form przetrwalnych
Krótkotrwałe podgrzanie szok termiczny niszczy formy wegetatywne i pobudza komórki do tworzenia form
przetrwalnych
Cechy endospor:
Nie mają metabolizmu (dostrzegalnego biochemicznie)
Du\o suchej masy, mało wody
Ciepłooporność (kwas dipikolinowy)
Du\o aminokwasów siarkowych (egzosporium) niewra\liwość na promieniowanie jonizujące
Czynniki kiełkowania:
Środowisko bogate w substancje od\ywcze
Podgrzanie (pasteryzacja)
Kiełkowanie:
Pobieranie wody
Wzrost aktywności enzymatycznej
Pozbycie się kwasu dipikolinowego (spada ciepłooporność)
Utrata suchej substancji
Komórka wegetatywna wydostaje się biegunowo z endospor
Liofilizacja zamro\enie, redukcja ciśnienia, sublimacja wysuszenie w stanie zamro\enia pod pró\nią (prze\ywa około 5%, ale
prze\yłe komórki są potem bardzo odporne)
Drobnoustroje a środowisko
Du\y stosunek powierzchni do objętości sprawia, \e środowisko w sposób znaczący wpływa na drobnoustroje, a drobnoustroje na
środowisko.
Czynniki:
Fizyczne temperatura, ciśnienie mechaniczne, ciśnienie osmotyczne, promieniowanie, ultradzwięki
Chemiczne zawartość tlenu w środowisku potencjał oksydoredukcyjny, pH (wpływ na działalność enzymów, które mają
swoje optymalne pH do działania), obecność metabolitów własnych i obcych
Biologiczne wzajemne reakcje pomiędzy drobnoustrojami
Temperatura decyduje o prze\ywalności w środowisku
Bakterie: średnio 0 100 C, >100 ekstremofile
Prawo van t Hoffa wzrost temperatury o 10 C zwiększa 2-3 razy aktywność enzymatyczną (i odwrotnie) w pewnych granicach
zbyt wysoka temperatura zwyczajnie denaturuje białka enzymów
Wyró\niamy 3 temperatury kardynalne: optimum, minimum i maksimum
Optimum przyrost liczby komórek jest największy w jednostce czasu (najkrótszy czas generacji), log faza (krzywa
Monoga) najszybsze wykorzystywanie składników pokarmowych i przez to szybsze wytwarzanie metabolitów i
zatruwanie się nimi
Minimum poni\ej tej temperatury nie ma wzrostu
Maksimum powy\ej niej wzrost jest niemo\liwy, następuje inaktywacja enzymów (denaturacja) i koniec \ycia
Psychrofile zimnolubiące, kriofilne
Optimum <20 C
Maksimum ok. 30 C
Minimum -10 0 C
Mogą się rozwijać w lodówkach (psychrotrofowe nawet chorobotwórcze, mogą się rozwijać nawet na produktach
przechowywanych w chłodniach)
0 C wyrazny wzrost po 14 dniach, a przy 7 C po 7 dniach
Psychrotrofy niezale\nie od optymalnej temperatury mogą się rozwijać w temperaturze 5 C, czyli w warunkach chłodniczych
Większość psychrofili to bakterie G-
o Pseudomonas (np. chorobotwórcza Pseudomonas aeruginosa)
o Acinetobacter
o Achromobacter
o Flavobacterium
o Mikrokoki i Lactobacillus G+
o Ponadto dro\d\e dzikie (Hansenula, Candida, Rhodotorula) i pleśnie (je\eli nie psychrofilne, to przynajmniej
psychrotrofowe rozwijają się w warunkach chłodniczych)
13
Budowa i skład komórki
Więcej kwasów nienasyconych, dzięki temu ni\sza jest temperatura krzepnięcia (błona komórkowa nie powinna być stała,
więc przy tak niskich temperaturach, w jakich występują psychrofile, ich błona komórkowa powinna zawierać więcej
tłuszczów nienasyconych)
Ze względu na niską temperaturę powietrza w komórce powstawałyby kryszytałki lodu, które rozrywałyby komórkę. Z tego
względu komórka musi wytwarzać białka szoku zimna (CSP cold shock protein), które uniemo\liwiają powstawanie
kryształków lodu. Cecha ta jest zapisana na PLAZMIDACH!!!
Minimalne temperatury:
Dro\d\e: -34 C
Bakterie: -20 C
Enterococcus: -2 C
Clostridium botulinum: 3-4 C
Termofile 45-50 C opt. Większość termofili to bakterie G+
Bacillus
Clostridium
Enterococcus
Streptococcus
Lactobacillus
Campylobacter (G- - wyjątek)
Podział:
Stenotermofile wąski zakres tolerancji: Campylobacter jejuni, opt 42-45, max <50, min 30 (OPTYMALNA TEMP JEST
W ZAKRESIE TEMPERATUR CIAAA DROBIU drób jest zatem jednym ze zródeł zaka\enia, a grilowanie mięsa nie
zabija bakterii, gdy\ często T mięsa podczas tego procesu nie przekracza 50 C
Eurytermofile szeroki zakres tolerancji Bacillus, Clostridium
Termorolerancyjne optymalne dla mezofili, ale mogą \yć nawet w temperaturze znacznie wy\szej gronkowce,
enterokoki, E.coli typu kałowego (mo\e \yć w T 44 C ró\ni się od pozostałych coli (Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter).
Termofile występują w ekstremalnych warunkach
Odporność na T: Bakterie > grzyby; ziarniaki > pałeczki; glony (max 40) < pierwotniaki (max 50) < grzyby (max 60)
Termofile:
Wy\sza zawartość tłuszczów nienasyconych
Sztywniejsza struktura 2 i 3 rzędowa białek
Większa zdolność wiązania metali (Mg stabilizuje białka enzymatyczne)
Mogą wytwarzać białka HSP (hot shock protein)
Więcej guaniny i cytozyny (wyjątek Clostridium)
Drobnoustroje ciepłooporne: 90% populacji prze\ywa h ogrzewania w temperaturze 62,8 C
Najsilniej ciepłooporne:
Listeria
Enterococcus
Streptococcus
Staphylococcus
Ich obecność obni\a skuteczność pasteryzacji.
Punkt śmierci cieplnej temperatura, która zabija daną hodowlę drobnoustrojów w określonym czasie (10 min). Dla Saccharomyces
cerevisiae jest to temperatura 57,5 C
Czas śmierci cieplnej czas do zabicia danej populacji w określonej temperaturze (120 C)
Dziesiętny czas redukcji czas potrzebny do zabicia 90 % komórek w określonej temperaturze (120 C) związane z procesem
sterylizacji
14
Sterylizacja 12 cykli logarytmicznych
Wyobrazmy sobie próbkę jakiegoś produktu w kształcie sześcianu o objętości 1 cm^3. Zakładamy, \e w tym sześcianie
znajdują się wyłącznie bakterie Clostridium botulinum (nic poza bakteriami nie ma). Zakładając, \e bakterie te są w kształcie
sześcianów o długości 1 mikrometra, a sześcian ma bok o długości 10000 mikrometrów (10^4) objętość 1 cm ^3, to w
takim sześcianie mo\e znajdować się maksymalnie (10^4)^3 czyli 10^12 komórek (bilion). Prowadząc sterylizację przez 12
cykli logarytmicznych mo\na zatem teoretycznie doprowadzić do pozostania 1 komórki. Jest to bardzo du\y zapas poniewa\:
o Komórki bakterii są większe ni\ 1 mikrometr
o W takiej próbce nie znajdują się wyłącznie bakterie
Zatem sterylizując przez 12 cykli logarytmicznych mo\emy teoretycznie pozbyć się wszystkich bakterii.
Wpływ czynników zewnętrznych na efekt działania temperatury na drobnoustroje:
Woda im więcej wody w komórce, tym łatwiej zniszczyć drobnoustroje (inaktywacja termiczna, denaturacja białek).
Dlaczego? Woda jest dipolem. Im więcej wody, tym bardziej następuje redukcja wiązań S-S w białkach, powstają wiązania
S-H, które destabilizują strukturę białek. Ponadto obecność wody obni\a energię aktywacji wiązań peptydowych
Zawartość tłuszczu im więcej tłuszczu w środowisku, tym trudniej zniszczyć białka. Tłuszcz pełni funkcję ochronną,
obni\a skuteczność termicznej inaktywacji drobnoustrojów, podwy\sza ciepłooporność. Dla przykładu:
o Escherichia coli w śmietanie ma punkt śmierci cieplnej 73C, w mleku 69, a w serwatce 63
Zawartość węglowodanów obni\a skuteczność działania temperatury. Węglowodany podwy\szają ciśnienie osmotyczne,
następuje odciągnięcie wody, a mniejsza ilość wody zwiększa odporność drobnoustrojów na T trudniej zniszczyć
Białka tak jak węglowodany
Jony Mg, Ca stabilizują komórki, ścianę komórkową; po przekroczeniu destabilizacja; Na, K patrz węglowodany
Antybiotyki, antyseptyki, fitoncydy podnoszą skuteczność działania temperatury
Witaminy ochrona drobnoustrojów przed termiczną inaktywacją
Czynniki związane z drobnoustrojami:
Wielkość populacji im większa populacja, tym gorsza skuteczność działania temperatury
Wiek drobnoustrojów najodporniejsze są dojrzałe komórki znajdujące się w fazie wzrostu stacjonarnego
Pochodzenie drobnoustrojów. Bardzo wra\liwe są te, które były hodowane w warunkach laboratoryjnych, a odporniejsze są
pochodzące ze środowiska naturalnego
Otoczki śluzowe i śluzy funkcja ochronna
15
Wykład 8
Wpływ pH na termiczną inaktywację drobnoustrojów
Najmniej wra\liwe drobnoustroje w optymalnym pH
Clostridium (proteolityczna) pH opt około 7; 0,51 min
o pH 5 0,12 min
Jałowość handlowa pozostałe drobnoustroje w warunkach przechowywania nie rozwijają się
Wpływ ciśnienia osmotycznego na termiczną inaktywację bakterii
1 M 22,4 atm
Ciśnienie osmotyczne mo\e doprowadzić do plazmolizy (stę\enie zewnętrzne większe) lub plazmoptyzy (stę\enie danej
substancji ni\sze na zewnątrz)
1% roztwór NaCl to ciśnienie osmotyczne około 6,1 atm, natomiast 1% roztwór sacharozy tylko 0,7 atm. Jest to
spowodowane tym, \e:
o NaCl dysocjuje, przez co zwiększa się stę\enie molowe
o NaCl jest l\ejszy, więc przy takim samym stę\eniu procentowym jest więcej moli NaCl ni\ sacharozy
Drobnoustroje osmofilne (dro\d\e, Saccharomyces rouxii) lubią wysokie stę\enie (sacharozy itp., dlatego występują m.in. na
d\emach)
Drobnoustroje osmooporne w wysokich stę\eniach nie rozwijają się, ale nie giną
G- są bardziej wra\liwe na ciśnienie osmotyczne ni\ G+
Grzyby mniej wra\liwe ni\ ogólnie bakterie
Ziarniaki mniej wra\liwe ni\ pozostałe formy morfologiczne
Drobnoustroje halofilne wymagają wysokiego stę\enia NaCl
Brak mureiny w ścianie komórkowej w grupie archebakterii
Aagodne 2-5%
Umiarkowane 5-20%
Skrajne 20-30%
Szereg enzymów wymaga aktywacji przez kation sodowy Na+
Halobacterium podobne do Pseudomonas
Halococcus podobne do Sarcina i Micrococcus
Drobnoustroje solooporne nie giną w wysokich stę\eniach NaCl, ale nie rozwijają się
Drobnoustroje solotolerancyjne wytrzymują podwy\szone stę\enie soli i mogą się rozwijać (Enterokoki, Gronkowce!)
Wra\liwe na sól:
Coli nie rozwijają się ju\ przy stę\eniu 1%, Proteus
Mlekowe mniej wra\liwe (3%) dodatek soli do kiszonek hamuje rozwój powy\szych drobnoustrojów, ale nie niszczy
mlekowych jednak zbyt du\e dodanie soli mo\e uniemo\liwić nawet rozwój bakterii mlekowych
Wpływ aktywności wody związane z ciśnieniem osmotycznym na ile woda dostępna jest dla drobnoustrojów?
Prę\ność pary nad roztworem/prę\ność czystego rozpuszczalnika = ułamek molowy rozpuszczalnika
Minimalne wartości:
Bakterie 0,91
Dro\d\e 0,88
Pleśnie 0,80
Bakterie halofilne 0,75
Bakterie kserofilne 0,65
Wpływ ciśnienia mechanicznego
Drobnoustroje barofilne (1 bar = 750 mmHg
o Nie dają się hodować przy normalnym ciśnieniu
Drobnoustroje barotolerancyjne
Ciśnienie mechaniczne mo\e hamować rozwój niektórych bakterii. Dlatego mo\na stosować je np. do konserwowania mięsa
ciśnienie wówczas nie działa bezpośrednio na mięso, ale na płyn, w którym umieszczamy mięso
Wpływ ultradzwięków
Niekorzystne są powy\ej 20 kHz bakteriobójcze działanie na większość bakterii
Kawitacja rozrywanie komórek pod wpływem drgań; drgania powodują rozdzielenie fazy gazowej i fazy wodnej
cytoplazmy, powstają pęcherzyki gazu, które rozrywają komórkę
Najbardziej odporne są ziarniaki i bakterie przetrwalnikujące
Stosuje się m.in. do pozyskiwania enzymów z wnętrza bakterii w tym przypadku nie mo\na stosować podwy\szonej
temperatury w celu zniszczenia bakterii i pozyskania enzymów, poniewa\ istnieje mo\liwość denaturacji białek
enzymatycznych
16
Wpływ napięcia powierzchniowego
Wpływa na dobry lub zły wzrost drobnoustrojów
o Podział
o Wzrost
o Powstawanie kolonii
o Tym wzrostu na podło\u płynnym
SDS sól sodowa siarczanu dodecylowego
Wpływ promieniowania elektromagnetycznego
Kosmiczne < 0,001 nm
Fale radiowe do 10 km
Widzialne 400-800 nm
E = hc/lambda (długość fali)
Energia absorbowana jest przez wiązania, często zachodzą niekorzystne reakcje
1 kwant, około 5eV widzialne bardzo małe działanie bakteriobójcze
UV zdecydowanie większe działanie
Oddziałuje na zasady purynowe i pirymidynowe czynnik mutagenny, mo\e zmieniać właściwości drobnoustrojów.
Wy\sza dawka jest letalna. Powodować mo\e:
o Błędne podstawienie zasad w replikacji
o Pękanie łańcuchów DNA
o Powstawanie wolnych rodników/nadtlenków
o Pękanie łańcuchów polipeptydowych
o Radiolizę wody
Radiacyjne metody utrwalania \ywności stosowane są wobec:
Przypraw
Czosnku
Cebuli
Grzybów
Suszonych warzyw
Czy sprzętu medycznego
Skuteczność zale\y od radiooporności drobnoustrojów
Wielkości populacji
Temperatura
Zawartość wody
Środowisko drobnoustrojów
Najbardziej odporne są przetrwalniki (mostki siarczkowe w egzosporium!!!)
Najbardziej wra\liwe są bakterie G-
Wzrost wra\liwości jest następujący:
G- grzyby G+
Deinococcus
Wytrzymują promieniowanie 300x większe ni\ człowiek (1,5 mln radów)
Mają mechanizmy błyskawicznej naprawy DNA (1500 genów na 3000 odpowiedzialnych jest za naprawę DNA)
Dwa chromosomy bakteryjne (drugi prawdopodobnie z megaplazmidu)
Wpływ pH na wzrost drobnoustrojów
Ka\dy enzym ma swoje optymalne pH, przy którym jest najbardziej aktywny. Enzymy decydują o \yciu komórek, a zatem
pH ma du\y wpływ na wzrost drobnoustrojów.
Ponadto pH wywiera wpływ na przepuszczalność błony cytoplazmatycznej.
Większość środowiska ma pH od 5 do 9. Dla większości drobnoustrojów optymalne pH wynosi 6,5 7,5.
Grzyby lepiej rozwijają się w kwaśnym pH
Bakterie lepiej rozwijają się w obojętnym pH
Bakterie mlekowe
Wytwarzają kwas mlekowy nawet do pH 2,5 3 ale same giną :&
Powinny być odporne na niskie pH (probiotyki)
Thiobacillus, Thiothrix wytwarzają H2SO4 z siarki
Nitrosomonas, Nitrobacter wysokie pH (około 8). Niektóre wytwarzają nawet pH około 13!!
17
Optymalne pH
Gnilne 6,5
Przetrwalnikujące tlenowce 5,5
Coli 4,5 5
Masłowe 4,2 (pojęcie minimum cukrowego) wytwarzają kwas masłowy, CO2, H2; np. Clostridium butyricum, butylicum;
NIE BOTULINUM (silnie proteolityczna, nie wytwarza kwasów z cukrów)
Bakterie mlekowe 3-3,5
Dro\d\e 2,5
Pleśnie 2
PH często mo\e wpływać na kierunek działania drobnoustrojów:
Saccharomyces cerevisiae przy pH 4,5 wytwarzają etanol, natomiast przy pH 8,5 glicerol
Aspergillus niger w przypadku pH 2 wytwarzają kwas cytrynowy, natomiast pH 7 kwas szczawiowy
Wpływ potencjału oksydoredukcyjnego na drobnoustroje
Zdolność środowiska do przyjmowania elektronów. W warunkach tlenowych jest on wy\szy, natomiast beztlenowe obni\ają
go
Tlenowce ze zródła węgla produkują CO2 i H2O (Pseudomonas, Micrococcus, dro\d\e, pleśnie)
Beztlenowce nie wytwarzają katalazy na H2O2 powstające w warunkach tlenowych (Clostridium)
Względne beztlenowce Lactococcus, Leuconostoc, Listeria, Enterococcus, Staphylococcus, dro\d\e szlachetne
Mikroaerofile Listeria, Propionibacterium, Campylobacter
Potencjał oksydoredukcyjny:
Poni\ej - 200 mV jest optymalny dla beztlenowców (Clostridium botulinum)
Między 200 mV a + 200 mV dla względnych beztlenowców
Powy\ej +200 mV dla aerobów
Wpływ elektrolitów
Kationy Na+, Mg2+, Ca2+ w odpowiedniej ilości są niezbędne
o Aktywują enzymy
o Na i K wpływ na ciśnienie osmotyczne
o L\ejsze są mniej toksyczne
o Im większa wartościowość, tym bardziej toksyczne
o G+ są bardziej wra\liwe ni\ G-
Azydek sodu, telluryn sodu/potasu hamują rozwój drobnoustrojów
Środku dezynfekcyjne
Alkohole tym skuteczniej działają, im większy cię\ar cząsteczkowy
o Najlepszy jest etanol 50-70% - wy\sze stę\enie (np. 96%) powoduje odciągnięcie wody i zwiększenie odporności
drobnoustrojów
Fenole, krezole
Aldehydy
I inne
Antybiotyki wytwarzane przez grzyby (20%), promieniowce (60%) i bakterie
Hamowanie translacji
Zakłócenia w syntezie ściany komórkowej
Zahamowanie przepuszczalności błony komórkowej
Nizyna wytwarzana przez bakterie mlekowe, rodzaj bakteriocyny
Hamuje rozwój Clostridium (produkcja serów, dojrzewanie serów podpuszczkowych, (Lactococcus Lactis wytwarzają
nizynę)
WZAJEMNE ZALEśNOŚCI MIDZY DROBNOUSTROJAMI
Neutralizm
Komensalizm
Protokooperacja
Symbioza
Konkurencja
Amensalizm
Paso\ytnictwo
Drapie\nictwo
18
Neutralizm obojętne stosunki (Bacillus + dro\d\e dzikie)
Komensalizm dla jednego pozytywne, dla drugiego obojętne np. Escherichia coli w przewodzie pokarmowym człowieka (jest to
nieco dyskusyjne, gdy\ czasem bakterie te mogą stać się dla człowieka niebezpieczne np. gdy organizm jest osłabiony)
Protokooperacja korzystna dla obu stron, ale niekonieczna (Bakterie mlekowe w zakwasie uniemo\liwia rozwój bakterii
masłowych (kultury starterowe)
Symbioza (mutualizm) korzystne dla obu stron i konieczne dla ich przetrwania (ziarna kefirowe dro\d\e + bakterie dro\d\e
dają bakteriom witaminę B, a same korzystają z cukrów rozło\onych przez bakterie)
Ektosymbioza jeden organizm poza drugim (porosty)
Endosymbioza jeden organizm wewnątrz drugiegi
Mikroorganizmy + rośliny (bakterie brodawkowe (mikrosymbionty) i rośliny motylkowe (makrosymbionty))
Mikroorganizmy + zwierzęta mikroflora \wacza u prze\uwaczy (bakterie propionowe, Ruminococcus, grzyby,
pierwotniaki)
Mikroorganizmy + człowiek mikroflora skóry (propionowe, paciorkowce, gronkowce, dro\d\e Candida albicans)
obni\ają pH skóry, dzięki czemu zabezpieczają przed bakteriami chorobotwórczymi
Konkurencja (o deficytowy składnik te, które szybciej się rozmna\ają zwycię\ą np. dro\d\e dzikie kontra dro\d\e szlachetne)
Amensalizm rozwój hamowany przez toksyny drugiej np. antybiotyki, bakteriocyny itp.
Paso\ytnictwo (względne np. E.coli enterokrwotoczna>; bezwzględne chorobotwórcze; nadpaso\ytnictwo paso\ytowanie na drobnoustrojach chorobotwórczych
(bakteriofagi zniszczenie w cyklu litycznym)
Drapie\nictwo (przecinkowce Bdellovibrio & )
Metabioza następstwo organizmów po sobie jedne drobnoustroje poprzez aktywność \yciową tak zmieniają środowisko, \e same
giną, a stwarzają warunki do rozwoju innych np. naturalne psucie się mleka: Escherichia coli Lactococcus Lactobacillus
pleśnie ponownie Escherichia coli;
Jabłko: dro\d\e wytwarzają etanol z cukrów, a następnie bakterie octowe mogą korzystać z etanolu wytwarzając kwas
octowy
Synergizm efekt działalności kilku rodzajów drobnoustrojów, lepszy ni\ w przypadku oddzielnego stosowania
WPAYW DROBNOUSTROJÓW NA ŚRODOWISKO
Rośliny główny producent biomasy
Zwierzęta konsumenci biomasy roślinnej, producenci biomasy zwierzęcej
Drobnoustroje reducenci zapewniają obieg pierwiastków w przyrodzie (C, spalanie do CO2 i H2O, CO2 do atmosfery,
asymilacja przez producentów itd; w przypadku beztlenowych warunków rozkład biomasy do amoniaku, siarkowodoru, H2 itp.)
Obieg azotu (78% powietrza)
Za wykorzystanie azotu odpowiedzialne drobnoustroje
Jon amonowy końcowy produkt degradacji białek (deaminacja) do wody: jon amonowy przekształcany do azotynów i
azotanów przez NITROSOMONAS, NITROBACTER pobieranie przez rośliny
W warunkach beztlenowych denitryfikacja (azotany (redukcja)amoniak powstaje tlen dla mikroorganizmów)
BACILLUS I NIEKTÓRE ENTEROBACTERIACEAE
Wiązanie wolnego azotu ACETOBACTER, RHISOBIUM (brodawkowe); ka\da z roślin motylkowych ma odpowiednie
bakterie brodawkowe
AZOTOBACTER, CLOSTRIDIUM niesymbiotyczne wiązanie azotu
(DESULFOVIBRIO?)
NH3 (Nitrosomonas) NO2 (Nitrobacter) NO3 (nitryfikacja)
Udział bakterii w krą\eniu azotu:
Amonifikacja amoniak ze związków białkowych w wyniku rozkładu białek z martwej materii organicznej
Nitryfikacja: Nitrosomonas, Nitrobacter, równolegle proces denitryfikacji (zubo\enie gleby w azot)
Proces wiązania azotu
o Symbiotyczny = Rhisobium
o Niesymbiotyczny jak wy\ej
Wykład 9
Obieg siarki (około 1% suchej masy komórek \ywych) znajduje się m.in. w aminokwasach siarkowych (cystyna, cysteina,
metionina) w koenzymie A itp.
Udział drobnoustrojów w obiegu siarki:
W warunkach tlenowych: SH SO3H (kwas sulfonowy) (desulfonacja) H2S siarczyny siarczany przyswajalne
przez rośliny jako zródło siarki
W warunkach beztlenowych (np. bakterie Clostridium, Proteus): Cysteina siarkowodór
19
Mo\liwe są równie\ reakcje:
Siarczany siarczyny siarka H2S (przez Desulfovibrio
S, H2S siarczyny (Thiobacillus, Beggiatoa, Thiothrix; Chlorobium (beztlenowe))
Obieg fosforu (fosforany przyswajalne pochodzą m.in. z kwasów nukleinowych, ATP, równie\ jako produkty pośrednie
metabolizmu cukrów)
Martwa biomasa uwalnianie fosforu w postaci fosforanów (przy pomocy enzymów o nazwie ESTERAZY)
Promieniowanie drobnoustrojów (G-, tlenowe: Pseudomonas, Photobacterium phosphoreum) substratem jest mononukleotyd
LUCYFERYNA. Podczas enzymatycznego utleniania lucyferyny (enzym lucyferynaza) powstaje lucyferyna wzbudzona. Elektrony
wzbudzone, wracając na stan podstawowy emitują kwant energii o długości fali 490 nm, czyli w zakresie światła widzialnego.
Mo\e być równie\ emitowane promieniowanie niewidzialne (Górditcha? Górdicza?) o długości fali 190 250 nm
Wydzielanie ciepła
Część energii drobnoustrojów idzie na produkcję ATP, a część jest wydzielana na zewnątrz w postaci ciepła.
Termogeneza (przykład metabiozy)
Mezofile występujące w np. kompoście, torfie, a nawet w mące, mogą podwy\szać temperaturę, wydzielając ciepło, dzięki czemu
następnie mo\liwy jest rozwój termofili, które równie\ podwy\szają temperaturę.
Obni\anie potencjału oksydoredukcyjnego
Większość bakterii jest tlenowych, występuje w środowiskach tlenowych, a zatem ich rozwój i przyswajanie tlenu powoduje
obni\enie potencjału oksydoredukcyjnego
Zmiana pH pod wpływem rozwoju bakterii
Alkalizacja np. bakterie Nitrosomonas, Nitrobacter, gnilne
Zakwaszanie w środowisku z du\ą zawartością cukrów zachodzi fermentacja (np. octowa, propionowa, mlekowa itp.)
Uzupełnienie do dro\d\y
W cyklu rozwojowym Saccharomyces cerevisiae zachodzi przemiana pokoleń:
W normalnych warunkach zachodzi pączkowanie (wszystkie pokolenia są diploidalne 2n)
Gdy przeniesiemy je w warunki niekorzystne, zaczynają wytwarzać zarodniki (n) (mejoza)
Gdy przeniesiemy je na brzeczkę z optymalnymi warunkami, zarodniki wydostaną się na zewnątrz (nadal n) i zacznie się
rozmna\anie przez pączkowanie linia dro\d\y haploidalnych (kolonie takie mo\na poznać po tym, \e są mniejsze od
diploidalnych)
Okazuje się, \e istnieją odmiany alfa, (które wydzielają peptyd o 13 aminokwasach i mające receptory a) i a (wydzielające
peptyd o 12 aminokwasach i mające receptory alfa)
Gdy takie dwie odmiany zarodników spotkają się, zachodzi proces rozmna\ania płciowego, który tutaj równie\ zwany jest
koniugacją. Powstaje diploidalna zygota i rozmna\anie przez pączkowanie linia dro\d\y diploidalnych (a\ do kolejnego
przeniesienia w warunki niekorzystne). Mo\na zatem mówić tutaj o przemianie pokoleń, gdy naprzemiennie występują
pokolenia haploidalne i diploidalne.
Jako przykład praktycznego zastosowania mo\na podać dro\d\e winiarskie. Są to dro\d\e, które powinny tworzyć mocne
wino, przynajmniej tego oczekujemy. Zatem w środowisku powinno być du\o cukrów, czyli dro\d\e winiarskie powinny
być osmofilne. Ponadto, przy du\ej ilości wytwarzanego alkoholu dro\d\e powinny być odporne na takie jego ilości.
Występują dro\d\e osmofilne, ale nieodporne na wysokie stę\enie alkoholu i odwrotnie. Dlatego zachodzi konieczność
zmuszenia dro\d\y do przemiany pokoleń. Przenosząc je w niekorzystne warunki zmuszamy je do tworzenia zarodników,
które następnie przy przeniesieniu na brzeczkę wydostają się na zewnątrz. Na tym etapie mieszamy ze sobą dwie kolonie o
oddzielnych cechach (jedna kolonia osmofilna, druga odporna na wysokie stę\enie alkoholu). Zachodzi koniugacja, w
wyniku której powstają diploidalne zygoty o obu po\ądanych przez nas cechach.
Riketsje i chlamydie
Eubakterie dzielimy na:
G- (gracilicutes): Enterobacteriaceae, ziarniaki:, Neiseria gonorroheae(?), Neiseria meningitilis, Chemophilus (pałeczki,
zapalenie płuc), krętki, sinice, riketsje, chlamydia
G+ (firmicudes)
Pozbawione ściany komórkowej (mykoplazmy, tenercutes) najmniejsze samoreplikujące się organizmy, zawierają w
materiale genetycznym 500 tys par zasad
Krętki G-, giętkie ściany komórkowe, posiadają włókna osiowe wewnątrz komórki, dzięki którym mo\liwy jest ruch; (Borelia)
Riketsje, chlamydie paso\yty bezwzględne, obligatoryjne, G-, mogą rozwijać się tylko i wyłącznie w \ywych organizmach.
Dlatego nie da się ich chodować na po\ywkach w laboratorium, ale na zarodkach kurzych
Riketsje 0,5 mikrometrów, pałeczki powodują gorączki plamiste z gór Skalistych, tyfus plamisty
Riketsja Prowazekii przenoszona przez wszy, kleszcze, niegrozna dla nich, za to grozna dla człowieka
R. typhii powoduje dur mysi, nosicielami są szczury
Coxiella burnetti powoduje tzw gorączkę Q, jest odporna na niekorzystne warunki (pasteryzacja w 60 st nie niszczy jej)
o Przenoszona przez kleszcze na bydło
o Przez mleko dostaje się do organizmu człowieka powoduje gorączkę plamistą
Bartonella przenoszona przez komary, powoduje anemię; wytwarza hemolizynę
20
Chlamydiophila (chlamydie)
Kuliste
G-
Patogenne dla ludzi
Mogą rozwijać się wyłącznie w \ywych organizmach mają defekt metaboliczny, przez co nie mogą wytwarzać ATP z ADP
muszą korzystać z ATP gospodarza (paso\yty energetyczne)
Clamydiophila trachomatis powoduje jaglicę, chorobę oczu, która prowadzi nawet do utraty wzroku
Ch. psitaci powoduje choroby ptasie, przenoszona na człowieka przez ptaki, często wywołuje zapalenia płuc
Bakterie śluzowe; myxobakterie
Mogą rozkładać drewno enzymatycznie
Rozkład peptydoglukanu (znajduje się w ścianach komórkowych, dlatego mo\na je uznać za drapie\niki)
Często zdolne do bioluminescencji
Promieniowce
G+, actinomycetales (dawniej)
Były wykorzystywane do produkcji streptomycyny
Do innych bakterii podobne są tym, \e są to organizmy prokariotyczne, G+, a ró\nią się od nich tym, \e tworzą długie,
nitkowate organizmy, podobne do pleśni
Formy proste Mycobacterium leprae (trąd) i Mycobacterium tuberculosis (gruzlica)
Formy zło\one tworzą grzybnię i zarodniki egzo lub endospory, artrospory lub oidia;
o Suche, zwarte, silnie przylegają do podło\a
o Zarodniki gładkie, wyposa\one w wypustki, dzięki którym mogą być przenoszone przez powietrze
Większość promieniowców ginie w temperaturze 60-75 C
Kolonie ładnie zabarwione, rosną wolniej ni\ kolonie innych bakterii, wzrost promienisty
Jako zródła węgla mogą zu\ywać celulozę, ligninę, n-parafinę
W największej ilości występują w glebie, jednak 100 razy mniej ni\ innych bakterii (?)
Nadają charakterystyczny zapach gleby (geosmina substancja, alkohol 10-węglowy, wytw przez Streptomyces griseus)
WIRUSY (virales)
Grupa czynników chorobotwórczych zdolnych do przejścia przez filtry bakteriologiczne. Wyjątkiem są nanobakterie, które
równie\ mogą przechodzić
Co je ró\ni od innych organizmów?
Tylko 1 rodzaj kwasu nukleinowego
Brak budowy komórkowej
Niezdolne do \ycia poza komórką \ywiciela
Brak własnych enzymów brak \ycia
Jest to kwas nukleinowy w otoczce białkowej, pełniącej funkcję ochronną. Wirus zbudowany jest z kwasu nukleinowego i kapsydu,
które łącznie tworzą nukleokapsyd.
Zaka\enie roślin mo\na poznać po zmianach nekrotycznych, a zaka\enie bakterii to charakterystyczne łysinki na koloniach
Taksonomia:
Morfologia
Budowa genomu
Właściwości fizykochemiczne
Właściwości antygenowe
Rzędy (1) - Mononengavirales
Rodziny (71) (-viridae), podrodziny virinae; Herpesviridae ospa wietrzna, pewne typy białaczki
Rodzaje (174) (-virus)
Gatunki (około 5000)
Adenoviridae zaka\enia dróg oddechowych
Papovaviridae rak szyjki macicy
Hepadnaviridae
Paramyxoviridae
Orthomyxoviridae
Reoviridae rotawirusy, wirusy biegunek niemowląt
Picornaviridae
Togaviridae
Rhabdoviridae
Retroviridae HIV
21
Naturalni gospodarze:
Rośliny wirusy roślinne, np. wirus mozaiki tytoniowej, jako pierwszy zbadany
Zwierzęta wirusy zwierzęce ospa, odra, grypa
Bakterie wirusy bakteryjne (fagi)
Roślinne nośnikiem informacji genetycznej jest RNA, pojedyncza nić (ssRNA)
Zwierzęce podwójna nić DNA lub RNA pojedyncza lub podwójna nić
Bakteryjne DNA pojedyncze lub podwójne lub RNA pojedyncze lub podwójne
Escherichia coli po\ywka stała (na szalce Petriego) w pewnych miejscach obserwowany brak wzrostu
- po\ywka płynna klarowne w całej objętości. (E.coli jako bakteria względnie beztlenowa w stanie niezaka\onym
daje zmętnienie w całej objętości po\ywki płynnej)
Wielkość wirusów
Colifagi bardzo du\e (200 nanometrów) (170 kpz)
Największe są wirusy bakteryjne, małe są zwierzęce
Mogą być równie\ małe bakteriofagi (20 nm, MS2 (?))
Wirus mozaiki tytoniowej:
Średnica około 10 nm, długość około 300 nm
Składa się z kapsydu zło\onego z kapsomerów uło\onych w postaci śruby, której skok wynosi 2 3 nm. Kapsomery zło\one
są ze 158 aminokwasów
Izolacja fagów:
Escherichia coli na po\ywce płynnej
Infekcja fagami liza komórek bakteryjnych, uwolnienie fagów
Wiruje się podło\e w ultrawirówce oddzielone większe fragmenty ściany komórkowej, nad osadem powstaje lizat
uwolnione cząstki fagowe
Rozcieńczamy lizat (10^-10)
Posiew na płytkę zawiesiny dobrej z dodatkiem 1 cm3 lizatu
Liczymy łysinki
Fagi:
Lityczne (zjadliwe)
Lizogenne zmiany pewnych właściwości bakterii
Lityczne infekcja:
Adsorpcja faga na powierzchni komórki bakteryjnej
Skureczenie ogonka helikalnego
Wstrzyknięcie przez rdzeń DNA do komórki, kapsyd pozostaje na zewnątrz
Czasem uda się komórce bakteryjnej pociąć obcy DNA ze względu na obecne mechanizmy obronne, jednak nie zawsze
Replikacja DNA fagów:
o Białka wczesne umo\liwiają odtworzenie poszczególnych elementów cząstek faga
o Białka pózne umo\liwiają wydostanie się komórek fagów z komórki (liza komórki)
Składanie elementów faga, wpychanie DNA do główki
Liza komórki uwolnienie fagów
Eklipsa utajony rozwój faga w komórce
Infekcja lizogenna:
W przeciwieństwie do zjadliwych nie prowadzi do śmierci komórek
DNA faga włączane do DNA gospodarza powstaje tzw profag (fag lizogenny wbudowany w genom bakterii) coś w
rodzaju episonu; następuje rozmna\anie, w kolejnych pokoleniach występuje DNA faga
Przykłady:
o Corynebacterium diphteriae maczugowiec błonicy
o Streptococcus pyogenes wywołuje chorobę, gdy komórki są lizogenne
o Clostridium botulinum prawdopodobnie wytwarza jad kiełbasiany, gdy komórki są lizogenne
o Vibrio cholerae
Niektóre czynniki mogą spowodować przejście faga w cykl lityczny z uwolnieniem nowych cząstek fagowych. Wówczas DNA
rozpada się, uwalniany jest DNA faga, następuje replikacja i wytwarzanie elementów faga, podczas wpychania DNA do główek faga
mo\e dostać się materiał genetyczny bakterii. Wówczas przy kolejnym zaka\eniu innej bakterii ten materiał genetyczny mo\e być jej
przekazany jest to tzw transdukcja przenoszenie informacji genetycznej między bakteriami przy u\yciu tzw wektorów
wirusowych
22
Mo\na zatem wyró\nić następujące czynniki zmienności genetycznej bakterii:
Koniugacja
Transdukcja
Transformacja
POGLDY NA WIRUSY:
Wirusy to forma pośrednia pomiędzy materią o\ywioną a nieo\ywioną
Ściśle bezwzględne paso\yty powstałe z komórki prokariotycznej lub eukariotycznej w toku ewolucyjnym
Wirusy to fragmenty DNA, które wydostały się z komórki roślinnej lub zwierzęcej (dlatego wirusy roślinne atakują tylko
rośliny, a zwierzęce zwierzęta)
Wiroidy 200 300 nukleotydów, fragmenty DNA atakujące jądra komórkowe roślin; one tylko odtwarzają swoje struktury i
opuszczają roślinę
PRIONY
Cząsteczki białka powodujące degeneratywne schorzenia mózgu u bydła (BSE), u owiec (SCRAPPIE) i u ludzi (choroba
Creutzfelda Jakoba)
Odkryte przez Prusinera
Są to cząstki białkowe odporne na wysoką temperaturę!!
Czynnikiem patogennym jest białko, a nie kwas nukleinowy, i jak dotąd nie znaleziono ani trochę materiału genetycznego w
prionach.
Białka:
PRPC prawidłowe białko warunkowane przez geny na 20 chromosomie człowieka, prawdopodobnie uczestniczą w
transporcie jonów Cu2+, są niezbędne, aby mo\liwe było zainfekowanie przez białko:
PRPSC szkodliwe, patogenne białko prionowe odciska się na białku PRPC i przekształca je w białko prionowe.
Białka te mają taką samą strukturę I-rzędową, a inną konfigurację przestrzenną obala to dogmat, \e wyłącznie struktura I-
rzędowa decyduje o właściwościach białek
Wykład 10
1. Zagadnienia ogólne rola i znaczenie mikrobiologii \ywności
2. yródła drobnoustrojów występujących w \ywności
a. Czynniki zewnętrzne wpływające na rozwój drobnoustrojów
b. Czynniki wewnętrzne wpływające na rozwój drobnoustrojów
3. Sposoby zapobiegania psuciu się \ywności i ich wpływ na drobnoustroje
4. Drobnoustroje po\yteczne i szkodliwe występujące w \ywności
Mikrobiologia \ywności część mikrobiologii zajmująca się po\ytecznym i szkodliwym oddziaływaniem mikroflory na \ywność
Dodatni wpływ mają drobnoustroje wprowadzanie przez nas celowo do \ywności, aby wywoływały po\yteczne zmiany, aby
przedłu\yć trwałość \ywności; np. jogurty, sery pleśniowe
Ujemny wpływ mają drobnoustroje wówczas, gdy powodują zepsucie \ywności, np. d\em, chleb pleśnienie itp.
Zadania mikrobiologii \ywności
Poznanie zródeł drobnoustrojów występujących w \ywności
Poznanie czynników wpływających na wzrost w aspekcie dodatnim i ujemnym
Poznanie samych drobnoustrojów po\ytecznych i szkodliwych
Poznanie sposobów zapobiegania psuciu się \ywności
Bakterie kilkadziesiąt rodzajów (* ilość gatunków * ilość szczepów daje to ogromną ilość bakterii)
Dro\d\e i pleśnie kilkanaście rodzajów
yródła drobnoustrojów w \ywności:
1. Gleba (109 drobnoustrojów w 1g gleby) i woda (głównie G-, G+ tylko przyniesione)
Acinetobacter, Aeromonas, Pseudomonas G-
Bacillus, Clostridium
Vibrio
Pierwotniaki
2. Rośliny i produkty roślinne (tylko te drobnoustroje, które mają tam dobre warunki)
Bronchothrix
Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc
Pediococcus
Enterobacter
LISTERIA
Grzyby
23
3. Urządzenia, pojemniki i maszyny (np. w przypadku u\ywania tych samych urządzeń do ró\nych produktów)
Wszystkie drobnoustroje
4. Mikroflora przewodu pokarmowego ludzi i zwierząt zanieczyszczona woda (zanieczyszczenie fekalne)
Campylobacter
Escherichia, Salmonella, Shigella
Enterococcus
5. Mikroflora środowiska (food handlers) mikroflora rąk, ubrań, osób mających kontakt z \ywnością (np. znajdujące się na
skórze gronkowce)
Gronkowce - dominują
6. Mikroflora pasz pasza dostaje się do zwierząt
Salmonella
7. Skóra zwierząt
Micrococcus
Ciepłooporne
8. Mikroflora powietrza (G+, mające zdolność przetrwania w niekorzystnych warunkach)
G+, głównie Bacillus i Clostridium
Czynniki wpływające na rozwój:
Wewnętrzne związane z samą \ywnością
o PH
o Zawartość wody
o Potencjał oksydoredukcyjny
o Zawartość składników od\ywczych
o Zawartość substancji antybiotycznych
o Struktura biologiczna
Zewnętrzne zale\ne od nas
o Temperatura przechowywania
o Wilgotność względna środowiska
o Obecność i koncentracja gazów w środowisku
WEWNTRZNE:
1. PH
Zakresy tolerancji:
Największy pleśnie (0-11)
Dro\d\e 1,5 8,5
Bakterie 3,2 10,5
Bakterie optymalne pH = 7
Dla pozostałych optymalne pH około 5
PH produktów:
Wołowina 5,9 6,3
Cielęcina 6
Kurczaki 6,2 6,4
Ryby 6,6 6,8
Kraby 7
Tuńczyk 5,2 6,1
Aosoś 6,1 6,3
Owoce 1,8 5,6
Mleczarskie 4,9 6,4
Warzywa 4,2 6,5
PH mo\e być:
Naturalne
Powstałe w wyniku działalności drobnoustrojów
śywność zbuforowana odporna na zmiany pH; Lag faza tym dłu\sza, im bardziej zbuforowana \ywność
Przy zmianie pH środowiska w kierunku granicznego, wydłu\amy okres przystosowawczy drobnoustrojów
2. ZAWARTOŚĆ WODY
Suszenie sposób na utrwalanie \ywności bez wody drobnoustroje nie mogą rosnąć
Aktywność wody miernik dostępności wody dla drobnoustrojów
24
Przykładowe aktywności wody:
Woda 1,00
22% NaCl 0,86
Nasycony roztwór NaCl 0,75
Aw świe\ej \ywności przekracza 0,99
Po\ądane wartości aktywności wody przez drobnoustroje:
Clostridium botulinum typ E, Pseudomonas 0,97
Acinetobacter, E.coli 0,96
Enterobacter aerogenes, Bacillus subtilis 0,95
Staphylococcus aureus 0,86
Bakterie wywołujące zepsucia 0,91
Dro\d\e wywołujące zepsucia 0,88
Pleśnie wywołujące zepsucia 0,80
Halofile 0,75
Osmofile 0,61
Xerofile 0,61 odporne na wysuszenie
Dro\d\e:
o Candida 0,9 0,94
o Zygosaccharomyces rouxii 0,62
Pleśnie
o Aspergillus 0,64 0,70
o Penicillium patulum 0,81
o Rhisopus stolonifer 0,93
3. POTENCJAA OKSYDOREDUKCYJNY zdolność do oddawania lub przyjmowania elektronów
Eh wyra\a się w miliwoltach (mV)
Tlenowce wymagają + Eh
Beztlenowce wymagają Eh
Mikroaerofile wymagają Eh w okolicach 0
Du\e kawałki mięsa, serów: Eh = (-100) (-200)
Mięso rozdrobnione: Eh = +200
Soki owocowe: Eh = +400
4. OBECNOŚĆ SKAADNIKÓW ODśYWCZYCH \ywność jako po\ywka (zródło węgla, azotu, witamin itp.)
5. ZAWARTOŚĆ SUBSTANCJI ANTYBIOTYCZNYCH
Garbniki, kwasy, związki o charakterze fenolowym, fitoncydy itp.
Tymol, eugenol
Lizozym jaja, kalafior, rzodkiewka, miód
Kwas chlorogenowy, kumaryny
6. STRUKTURA BIOLOGICZNA
Jajka, orzechy, owoce i warzywa posiadają warstwę ochronną (skórka, skorupka itp.)
Skóra zwierząt (nieuszkodzona) bariera
ZEWNTRZNE:
1. TEMPERATURA PRZECHOWYWANIA
Psychrotrofy dobrze rosną w temperaturze =<7, temperatura optymalna 20-30 C
Alcaligenes, Bronchothrix, Corynebacterium, Enterococcus, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Pseudomonas
Psychrofile optymalna temperatura około 15C
Mezofile optymalna temperatura 30-40 C, tolerancja 20-45 C
Enterobacteriaceae mogą być wykrywane w \ywności przechowywanej w lodówce
Termofile temperatura powy\ej 45 C, optymalna 55-65 C
Bacillus, Clostridium
Wa\ne zasady:
Niezale\nie od temperatury zdolność wzrostu drobnoustrojów maleje wraz ze spadkiem aktywności wody
Wzrost drobnoustrojów występujących w danym zakresie aktywności wody jest najwy\szy przy optymalnej temperaturze
Obecność składników od\ywczych rozszerza zakres aktywności wody, w jakiej dany drobnoustrój mo\e prze\yć
25
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
mikrobiologia wykłady
mikrobiologia wyklady
Mikrobiologia wykłady notatki z UM Łódź
mikrobiologia wyklad2
mikrobiologia wyklady
Mikrobiologia wykłady
Mikrobiologia wykłady
Mikrobiologia wszystkie wykłady
MIKROBIOLOGIA JAMY USTNEJ, WYKŁAD 3, 28 03 2013
MIKROBIOLOGIA JAMY USTNEJ WYKŁAD 1 WYKŁAD 2
MIKROBIOLOGIA JAMY USTNEJ, WYKŁAD 7, 23 05 2013
więcej podobnych podstron