Metabolismus, taxonomie a identifikace bakterií Karel Holada
[email protected]
Klíčová slova • • • • • • • • • •
Obligátní aeroby Obligátní anaeroby Aerotolerantní b. Fakultativní anaeroby Mikroaerofilní b. Kapnofilní bakterie Siderofory Mesofilní bakterie Termofililní b. Psychrofilní b.
• • • • • • • • • •
Genotypizace Růstová křivka Glykolýza Fermentace Aerobní respirace Anaerobní respirace Krebsův cyklus Oxidativní fosforylace Glyoxylátový cyklus Taxonomie
Dělení mikroorganismů • Podle získávání energie - fototrofní (fotosyntéza) - chemotrofní (oxidace substrátů) • Podle zdroje uhlíku - autotrofní (oxid uhličitý) - heterotrofní(organické látky) - mixotrofní Medicínsky důležité - chemoheterotrofní
Podle vztahu ke kyslíku • OBLIGÁTNÍ x FAKULTATIVNÍ • Obligátní aeroby – bez kyslíku nerostou, nejsou schopné fermentace • Obligátní anaeroby – kyslík je zabíjí, neprovádí oxidativní fosforylaci • Aerotolerantní anaeroby – tolerují O2 • Fakultativní anaeroby – mají na výběr • Microaerofilní b. – potřebují snížený O2 • Kapnofilní b. – potřebují vyšší tenzi CO2
Obligátní aeroby • Rostou pouze v přítomnosti kyslíku Pseudomonas, Vibrio, Neisseria, Bordetella, Mycobacterium, kvasinky a plísně
• Nejsou schopné fermentace • Energii získávají oxidativní fosforylací O2 H 2O ADP
ATP
Elektronový transportní řetězec, postupný přenos přez intermediální meziprodukty.
Obligátní anaeroby • Rostou pouze v nepřítomnosti kyslíku Clostridium, Bacteroides, Treponema
• Nejsou schopné oxidativní fosforylace • Energii získávají fermentací • Kyslík toxický - chybí jim enzymy: Superoxid dismutáza O2- + 2H+ H2O2 Kataláza
H2O2
Peroxidáza H2O2 +NADH
H 2O + O 2 H2O + NAD
Aerotolerantní anaeroby • Dýchají anaerobně • Tolerují přítomnost kyslíku (kyslík je nezabije) Clostridium perfringens
Fakultativní anaeroby • Jsou schopné adaptace, umí jak oxidativní fosforylaci, tak fermentaci • Oxidativní fosforylace – efektivnější (glukóza 30-36 ATP) • Fermentace – málo efektivní (glukóza 2 ATP) enterobakterie, hemofily, stafylokoky, streptokoky, atd. (většina důležitých bakterií)
Mikroaerofilní bakterie • Potřebují nízké množství kyslíku (méně než ve vzduchu – ten je zabije) • Mají oxidativní fosforylaci Campylobacter, Lactobacillus
Kapnofilní bakterie • Potřebují k růstu zvýšené množství CO2 gonokoky, meningokoky, Helicobacter pylori
Optimální teplota růstu 20 – 40oC • Mesofily většina patogenů (37oC), některé psychrotolerantní (př. Listerie) 0 - 20oC • Psychrofily nad 40oC • Termofily
Optimální pH • Většina důležitých okolo neutrálního pH • Některé preferují kyselé (Laktobacily) či zásadité (Vibrio cholerae) pH Růst kultury – okyselení média – zastavení růstu
Živiny • • • • •
Uhlík Dusík Fosfor Síra Ionty kovů (Fe2+)
• Fe2+ často limitující faktor • Siderofory – transportní bílkoviny umožňující příjem Fe2+
Fe2+ Fe2+
Růstová křivka • Měření bakteriální masy
– zákal - CFU
Generační doba • Udává délku růstového cyklu (doba zdvojení) • Escherichia coli - cca 20 min. • Mycobacterium tuberculosis - cca 12 hod. Počet bakterií:
x = xo 2 x
n
Př. Kolik E. coli se pomnoží z 10 bakterií za 24 hodin? x = 10 272 = 4,7 1022 x
x
Glykolýza • Štěpení (katabolizmus) cukrů NAD Glukóza C6 ADP
NADH Pyruvát C3 ATP
Fermentace (kvašení) • Účelem je regenerace NAD, tak aby mohla běžet další glykolýza • Velká rozmanitost, specifické produkty NADH Pyruvát C3
NAD Alkoholy, mastné kys. C2 – C4
Anaerobní respirace • Provádí anaerobní bakterie • GLYKOLÝZA + FERMENTACE • Glukóza C6je rozložena na C2-C4 NAD NADH
NADH NAD
ATP
• Malá účinnost – pomalý růst anaerobních bakterií
Aerobní respirace • Aerobní a fakultativně anaerobní bakt. • GLYKOLÝZA + KREBSŮV CYKLUS + OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE • Glukóza C6je rozložena na C1 (CO2) NAD NAD NADH
NADH NADH NAD
ATP ATP
Krebsův (citrátový) cyklus • Křižovatka katabolismu a anabolismu Citrát Acetát C6 C2 + -CO2 Oxalacetát C4 Pyruvát Malát Fumarát
-CO2, NADH
Isocitrát -CO2, NADH
Alfa keto glutarát C4
Oxidativní fosforylace Elektronový transportní řetězec, postupný přenos elektronů z kyslíku na vodík za vzniku vody. Generuje se velké množství ATP a dochází k obnově NAD potřebného pro glykolýzu.
NADH
NAD
O2
H2O
ADP
ATP
Glyoxylátový cyklus • Unikátní pro bakterie, umožňuje zvýšit množství metabolických intermediátů Citrát C6 Oxalacetát C4 Malát
Glyoxylát Acetát + C2 C2
-CO2
Pyruvát
Isocitrát
Fumarát
Alfa keto glutarát C4
Kultivace bakterií Půdy tekuté x pevné Základní – masový bujón Obohacené – krevní agar (náročné b.) Selektivní – Endova půda, Deoxycholát citrátový agar (potlačují růst) • Diagnostické – záchyt produkce specifického metabolitu • Transportní • • • •
Klasifikace bakterií • Rozmnožují se nepohlavně – příčným dělením • Klasifikace umělá – přechody neostré • Názvy bakterií – ČELEĎ (Enterobacterie) ROD (Escherichia) DRUH (coli) KMEN (O157:H7) • Identifikace bakterií (kultivace, barvení, genotypizace)
Základní tvary bakterií
Klíčová slova • • • • • • • • • •
Obligátní aeroby Obligátní anaeroby Aerotolerantní b. Fakultativní anaeroby Mikroaerofilní b. Kapnofilní bakterie Siderofory Mesofilní bakterie Termofililní b. Psychrofilní b.
• • • • • • • • • •
Genotypizace Růstová křivka Glykolýza Fermentace Aerobní respirace Anaerobní respirace Krebsův cyklus Oxidativní fosforylace Glyoxylátový cyklus Taxonomie
