5. előadás
A BAKTÉRIUMOK SZAPORODÁSA
• Növekedés: a baktérium új anyagokat vesz fe a környezetből, ezeket asszimilálja – megnő a sejt térfogata • Amikor a sejt térfogat és felület közti arány megváltozik → sejtosztódás – általában direkt sejtosztódással • Az egyedek számának a növekedése: SZAPORODÁS
A bakteriális sejt osztódása: • Az anyasejt ketté osztódik és létrehoz két új leánysejtet – Két leánysejt egyforma: izomorf sejtosztódás – Két leánysejt különbözik: heteromorf sejtosztódás
• A sejtosztódás szakaszai 1. 2. 3. 4. 5. 6.
•
A sejt megnövekedése Az RNS mennyiségének a megnövekedése Fokozott fehérjeszintézis A citoplazma és a maganyag kettéosztódása Befűződés A két leánysejt kialakulása
Generációs idő: két egymás utáni osztódás közötti idő
• Videó bakteriális sejtosztódás: http://www.youtube.com/ watch?v=gEwzDydciWc
A baktériumok szaporodásának dinamikája • Folyékony táptalajon való tenyésztés esetén tanulmányozható • Élő sejtek számának meghatározása bizonyos időközönként és ezek ábrázolása 1. Lag (adaptációs) szakasz • Új környezethez való alkalmazkodás szakasza • Nincs sejtosztódás, a sejtek száma változatlan • A baktériumok sejtmérete növekszik! • Általában 30 perctől két óráig tart 2. Log (exponenciális) fázis • A sejtszám exponenciálisan nő • Sejtosztódás • Ilyenkor jellegzetesek a baktériumok tulajdonságai • Csökken a tápanyagok mennyisége és nő a toxikus anyagok mennyisége • Általában 6 – 8 óra
3. Stacioner szakasz • Maximális sejtkoncentráció (M) fázisa • Az élő csíraszám állandósul, ugyanannyi utódsejt képződik, mint amennyi elpusztul • Egyes fajoknál ekkor kezdődik a spóraképzés • Időtartalma a KÖRNYEZETI FELTÉTELEKTŐL FÜGG, eltarthat több hétig is, a tápanyag mennyiség függvényében
4. Deklinációs szakasz • Csökken az élő sejtek száma, a pusztulások száma nagyobb mint a keletkező sejtszám • Fokozatosan kipusztul a tenyészet • A sejtek tulajdonságai megváltoznak • Időtartalma fajfüggő, eltarthat néhány naptól akár évekig is
Az exponenciális szakasz megnyújtható, hogyha folyamatosan pótoljuk a tápanyagot A deklinációs szakasz megnyújtható, ha a termosztátból a hűtőszekrénybe rakjuk a tenyészetet
Elhalási fázis
Stacioner fázis
Köztes fázis
Log fázis
Köztes fázis
Lag fázis
log sejtszám
Baktériumok növekedési görbéje
A BAKTÉRIUMOK TENYÉSZTÉSE
• Ha a baktériumsejtet leoltjuk táptalajra, akkor egy idő után szabad szemmel látható sejttömeg – baktériumtelep jön létre – Csak szilárd táptalajon jöhet létre telep!
• A táptalajon levő telepek összességét nevezzük tenyészetnek – Tenyészet folyékony táptalajon is kialakulhat
telep
tenyészet
• Ha leoltáskor megfelelő körülményeket biztosítunk a baktériumoknak inkubálás után kialakul a tenyészet • Az oltáshoz használt baktérium tömeg: inokulum • Laboratóriumi körülmények közti szaporodást biztosító anyagok keveréke: táptalaj – Összetétel • • • •
Szén és nitrogénforrás Ionok Megfelelő PH Esetleg növekedési tényezők
– Halmazállapot • Folyékony • Szilárd – agarral szilárdítunk
– Összetétel alapján • Egyszerű vagy alaptáptalaj • Komplex
Egyszerű táptalajok
- igénytelen kórokozók számára megfelelőek. - folyékony változat: húsleves (bouillon) - szilárd változat: sima agar (egyszerű agar) → magas agar → ferde agar → lemez agar
Összetett táptalajok
Komplex táptalajok - igényes baktériumok számára - vért, glukózt vagy szérumot adunk az egyszerű táptalajhoz (pl. véres agar) Speciális táptalajok - különleges igényekkel rendelkező baktériumok számára
Szelektív táptalajok - olyan anyagot tartalmaznak, amely a vegyes baktériumflórát tartalmazó mintából megkönnyíti a egy bizonyos faj kitenyésztését, a normál flóra gátlásával.
Differenciáló táptalajok - olyan anyagot tartalmaznak, amelyet egyes baktériumok elbontanak, mások nem. - az indikátor színe – jelzi a pH változást - a már kitenyésztett baktériumok megkülönböztetésére szolgálnak
Transzport tápközegek - a baktériumok életképességének megőrzését biztosítják a szállítás idejére, - tápanyagban szegények.
Inkubálási körülmények
A baktériumok számára megfelelő körülmények → megfelelő hőmérséklet → relatív páratartalom → igényeknek megfelelően aerob, anaerob vagy mikroaerofilek számára optimális körülmények
• A telep – szilárd táptalajon egyetlen sejtből • Teleptípusok vizsgálata: méret, alak, szélek, felület – S típusú telep: kerek, domború, sima felületű, fényes, egyenletes szélű, főleg virulens formák képeznek – R típusú: rögös, egyenetlen szélű, lapos telepek, közepük kidomborodik, főleg avirulens formák képeznek – M típusú: nagy, kerek, domború fényes, nyákos telepek, amelyek hajlamosak az összefolyásra
S típusú telep
R típusú telepek
M típusú telepek
A KÖRNYEZETI TÉNYEZŐK HATÁSA A BAKTÉRIUMOKRA
• Bakteriosztatikus hatás: megállítja a szaporodást • Bakteriocid: ölő hatás
Fizikai tényezők hatása 1. 2. 3. 4. 5.
Hőmérséklet Víztartalom Ozmotikus nyomás Mechanikai hatások Sugárzások
1. A hőmérséklet hatása a baktériumokra • Egyik legfontosabb életképességet, szaporodást, pusztulást befolyásoló tényező • Mind a magas mind az alacsony hőmérséklettel szembeni érzékenység fontos tartósítási eljárások alapját képezi • Nagyon széles hőmérsékleti tartományban találunk baktériumokat: -4°C → 100°C (de vannak olyanok, amelyek 250°C-on is életben marad – Sztenoterm – szűk hőmérsékleti tartományok közt képes élni (pl. gonnococus 30 – 40°C ) – Euterm – széles hőmérsékleti tartományok közt képes élni (E. coli – 8 – 47°C)
E. coli
• Minimális hőmérséklet: az a legkisebb hőmérsékleti érték, amelynél a baktérium még szaporodni tud • Optimális hőmérséklet: az a hőmérsékleti érték, amely a legoptimálisabb a baktériumfaj fejlődése szempontjából • Maximális hőmérséklet: az a legmagasabb hőmérsékleti érték, amelynél a baktérium még szaporodni tud
• Szupramaximális hőmérséklet: a baktérium elpusztul • Hősterilezés – A hatása függ • a hőmérséklettől • Nedvességtől (nedves közegben nagyobb a magas hőmérséklet ölő hatása) • A baktériumok kezdeti számától • A baktériumfajtól és a sejt életkorától (spóraképzőek ellenállóbbak, a vegetatív sejtek érzékenyebbek mint a spórák) • A közeg pHjától: legkisebb érzékenység semleges pHn (=7), nő lúgos közegben, erősen megnő savas közegben
• A baktériumok fehérjéi koagulálódnak
• Szubminimális hőmérséklet: – Jobban ellenálnak mint a szupramaximális hőmérsékletnek! – A hatása függ: • a hőmérséklet fokától: 0°C-on sok baktériumsejt még életben maradhat és megőrzi vitalitását habár nem szaporodnak. 0°alatti hőmérsékleten a sejtek több mint 90%-a elpusztul, de még így is maradhatnak élő sejtek • Az alacsony hőmérséklet időtartalma – minnél tovább tart, annál hatásosabb • A fagyasztás sebessége: minél gyorsabban történik a fagysztás, annál kevesebb sejt pusztul el • A kiolvasztás sebessége: minnél lassabb, annál több baktériumsejt pusztul el. Minnél magasabb hőmérsékleten történik a fagyasztás, annál hatékonyabb! Ha többször ismételjük a fagyasztás – kiolvasztást, több sejt pusztul el • A baktérium faja és életkora: Gram- érzékenyebb mint a Gram +
A baktériumok osztályozása a hőtűrés szempontjából 1. Pszikrofil (kriofil): hidegkedvelők – – –
Optimális hőmérsékletük 10 – 20°C Előfordulás: Hegyvidéken, sarkkörök zónájában Élőhely: Talajok, hidegforrások, tengerek, óceánok
2. Mezofil: 15 - 30°C – legtöbb baktérium faj –
Emlősök patogén baktériumai
3. Termofil: életük magas hőmérsékleti értékeken zajlik –
Hévizek, tenger alatti vulkánok környékén levő vizek, istálótrágya
Thermus aquaticus – hőforrásokban élő baktérium , Taq polimeráz
Víztartalom • Fokozott vízigény • Feleslegben levő víz nem okoz problémát • A vízhiánnyal járó kiszáradást a vegetatív sejtek nem viselik el
Ozmotikus nyomás • Ozmotikusan aktív anyag a táptalajhoz (sók, cukrok) → plazmolízis • Ozmofil baktériumok – Szachrofil baktériumok: magas cukorkoncentrációjú növényi nedveken – Halofil baktériumok • Tengerek és óceánok, sós tavak • Fakultatív halofil baktériumok: a közeg 2%sót kell tartalmazzon • Obligált halofil baktériumok: a közeg több mint 2% sót kell tartalmazzon
Mechanikai hatások 1. Mechanikai nyomás – –
600 atm nyomáson a baktériumok szaporodása leáll Természetes körülmények közt ritán vannak ennek kitéve
2. Rázás: –
Lassú rázás elősegíti a növekedést és a szaporodást • •
–
Elősegíti a tápanyagok bejutását a sejtekbe Aerob baktériumok: levegőztetés
Erős rázás szilárd anyagokkal: a baktériumok szétzúzása
3. Szétdörzsölés: mozsárban 4. Szűrés: a sejteket ki lehet ultaszűrővel szűrni a folyadékokból, a szűrőn maradt sejtek életképesek maradnak 5. Centrifugálás: a sejtek a folyadék aljára kerülnek 6. Ultrahangos kezelés: vizes közegben pusztulás –
A folydékban oldott formában található gázok kis buborékok formájában felszabadulnak és szétzúzzák a sejteket
Sugárzások • • • •
Dózistól függően baktericid vagy mutagén hatású UV: Nukleinsavak szerkezetét változtatja meg Infravörös: felmelegíti és kiszárítja a sejteket Röntgen sugarak: nukleinsavak szerkezetét változtatja meg • Nem pigment képző baktériumok érzékenyebbek • UV lámpás fertőtlenítés
Deinococcus radiodurans – nagymértékben képes helyrehozni a sugárzások által okozott genetikai hibákat
Kémiai tényezők hatása a baktériumokra 1. Nem fajlagos kémiai anyagok: – Minden élő szervezetre károsak – Csak tárgyak, munkafelületek fertőtlenítésére esetleg külsőleg, bőrfertőtlenítésre
2. Kemoterápiás anyagok – Szintetikus anyagok – nem mérgezőek vagy csak kis mértékben mérgezőek állatokra és az emberre
3. Antibiotikumok – Mikroorganizmusok termelik más mikroorganizmusok ellen
1. Nem fajlagos kémiai anyagok • Antiszeptikumok – bakteriosztatikus hatás • Fertőtlenítőszerek – bakteriocid hatás • Hatásmechanizmus nagyon különböző lehet – Denaturálják a fehérjéket – Módosítják a membránok permeabilitását – Blokkolják a fehérjék aktív csoportjait
Felületaktív anyagok • Csökkentik a felületi feszültséget → a sejt elveszíti a féligáteresztő képességét – Fenolok: bizonyos biológiai készítményekben a mikróbák szaporodásának gátlására – Detergensek: ruhaneműk, edények fertőtlenítése – Szappanok: • nem erős antiszeptikumok, de elpusztíthatnak bizonyos kórokozókat (pl. Streptococcusok) • Jobban hatnak meleg vagy langyos vízbenmint hidegben
Fehérjéket denaturáló vegyületek • Savak – kénsav, sósav, foszforsav, salétromsav: erős bakteriocid hatás – Ecetsav: 5%oldat tartósítás – Tejsav: takarmányok, bizonyos élelmiszerek (pl. savanyú uborka, káposzta) tartósítása – erjedés során keletkezik – a hidrogén ionok hatásának köszönhető a pusztulás
• Lúgok: OH ionok hatása
• Alkoholok: gyenge fertőtlenítőszerek, baktériumellenes hatásuk nő a szénlánc hosszával • Etilalkohol: – 2 – 10 perc alatt elpusztítja az E. coli -t, 65 perc alatt a Staphyllococusokat, 1200 perc alatt a B. anthracis –t – A 60%-s töménységű a leghatásosabb – Bőrfelület, műszerek fertőtlenítése
A fehérjék aktív csoportjait támadó kémiai anyagok • • • •
Aldehidek Nehézfémek Oxidáló szerek Bázikus festékek
• Aldehidek: antimikrobiális hatás csökken a szénláns hosszával – Formaldehid: biológiai preparátumok tartósítása
• Etilénoxid: ruhák, könyvek fertőtlenítése - robbanásveszély • Nehézfémek: kettős hatás – nagy koncentrátumban ölő, kis koncetrátumban serkentő hatás – ezüstérme a táptalajra – gátlási zóna az érme körül – Higanyklorid
• Oxidáló szerek – Klór: ivóvíz – Jód: sebek, bőrfelület
• Bázikus festékek: Hatásuk erősebb a Gram+ baktériumokra – Malachit zöld, metilén kék, kristály ibolya – Gyulladások kezelése, akváriumok fertőtlenítése
2. Kemoterápiás anyagok • Orvosi gyakorlatban használtak • Erős hatás a mikroorganimusokra, de nem mérgező az állatokra – Szufonaminok: Gram+ kokkuszok által okozott fertőzések ellen kigészítésként – Antiluetikumok: szifilisz ellen használták az antibiotikumok felfedezése előtt – Tuberkulosztatikumok: Mycobacterium tuberculosis ellen hat – Szulfonok: Mycobacterium laprae (lepra kórokozója)
Antibiotikumok • Gombák által termelt: penicillin, cefaloszporin, fumagilin • Eubaktériumok által termelt: szterpomicin, eritromicin, kloramfenikol, nisztatin • Hatás szerinti osztályozás – Baktérium ellenes: • Gr+ ellen: penicillin • Gr- ellen: kloramfenikol • Mindkettő ellen: tetraciklinek
– Gomba ellenesek: nisztatin, amfotericin, – Protozon ellenes: fumagilin
• Hatásmechanizmus: sejtfal bioszintézis gátlása • DNS replikáció gátlása • Fehérjeszintézis gátlása: – Transzkripció gátlása – Transzláció gátlása
• Membránok károsítása
