MIKROBIOLOGIE • Buněčné organismy - základní charakteristika domén Bacteria, Archaea a Eucarya. Přehled a základní vlastnosti mikrobiálních skupin. • Bakteriální buňky, grampozitivní a gramnegativní bakterie. Růst a množení bakterií. Fyzikální faktory prostředí ovlivňující růst mikroorganismů. Fyzikální způsoby desinfekce a sterilizace. • Chemické faktory prostředí, protimikrobní látky, antibiotika, bakteriociny. Mikrobiální rezistence. • Základy proměnlivosti bakterií. Bakteriální toxiny a faktory patogenity. • Přehled významných patogenních zástupců skupin Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria a Spirochetes. Epidemiologie. • Mikrobiální společenstva a tvorba mikrobiálních biofilmů. • Přehled významných patogenních zástupců eukaryotických mikroorganismů. Nebuněčné částice - viry a priony.
BUNĚČNÉ ORGANISMY
BACTERIA ● BAKTERIE - cca 20 kmenů včetně sinic
ARCHAEA ● ● ● ●
TERMOFILNÍ HALOFILNÍ METHANOGENNÍ DESULFURIKAČNÍ
NEBUNĚČNÉ ČÁSTICE:
EUCARYA ● ● ● ●
VIRY a VIROIDY PRIONY
PRVOCI (PROTISTA)* HOUBY (FUNGI) ROSTLINY (PLANTAE) ŽIVOČICHOVÉ (ANIMALIA)
EUCARYA - upraveno Opisthokonta:
- mnohobuněční živočichové - houby - trubénky, plísňovky, nukleárie
Amoebozoa:
- měňavky (améby) + hlenky
Excavata:
- řada prvoků (bičíkovci, trichomonády)
Archaeplastida: - rostliny - zelené řasy + ruduchy Chromista:
- řada prvoků (nálevníci, mřížovci, dírkonošci, výtrusovci, slunivky...)
PROKARYOTICKÉ A EUKARYOTICKÉ BUŇKY ► nepravé jádro bez membrány ► 1 molekula DNA, obvykle kruhová ► prokaryotické ribosomy (volně v cytoplasmě) ► bez buněčných organel ► buněčná stěna z peptidoglykanu ► jednoduché strukturní geny
► pravé jádro s membránou ► více molekul DNA, lineární ► eukaryotické ribosomy (vázané na ER) ► přítomnost organel ► buněčná stěna z jiných sloučenin (nebo chybí) ► složené strukturní geny
DOMÉNA ARCHAEA ● Jednobuněčné prokaryotické mikroorganismy tvarem i velikostí velmi podobné bakteriím. ● Často mají specifické vlastnosti nebo žijí ve specifických až extrémních prostředích ● Od bakterií se však liší řadou evolučně starých znaků: ● buněčná stěna neobsahuje peptidoglykan ● lipidy cytoplasmatické membrány jsou éterového typu ● organizace genů v genomu je sice podobná jako u bakterií, ale geny jsou složené ● biosyntesou DNA, RNA a bílkovin se v některých znacích podobají eukaryotickým buňkám
● Mezi Archaea patří mj. tyto skupiny: ● hypertermofilní nebo termoacidofilní archaea (r. Pyrodictium, Pyrococcus, Sulfolobus aj.) Pyrolobus fumarii: max. teplota růstu 113°C, neroste při teplotách pod 90°C
● halofilní archaea (Halobacterium, Natronobacterium, Halococcus) ● methanogenní archaea (Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus, Methanopyrus)
● desulfurikační archaea – v blízkosti hlubinných ropných nalezišť Archaeoglobus fulgidus: růst při 60 - 95°C
BAKTERIÁLNÍ BUŇKA Periplasmatický prostor
Cytoplasmatická membrána
Pouzdro,kapsule
Buněčná stěna
Ribosomy
Plynové vakuoly
Bičíky
Granule síry Glykogen
Cytoplasma Granule polyfosfátů
Bakteriální DNA Mesosom
Fimbrie, pilusy
Granule kys. poly-β-hydroxymáselné
STRUKTURA CYTOPLASMATICKÉ MEMBRÁNY
BAKTERIÁLNÍ SPÓRY
Clostridium
Bacillus
ZÁKLAD BUNĚČNÝCH STĚN BAKTERIÍ - PEPTIDOGLYKAN
STRUKTURA BUNĚČNÝCH STĚN BAKTERIÍ
GRAMPOZITIVNÍ BAKTERIE
GRAMNEGATIVNÍ BAKTERIE
Skupiny bakterií s netypickou buněčnou stěnou:
Mykobakterie
Mykoplasmy Planktomycéty
BUNĚČNÁ STĚNA GRAMPOZITIVNÍCH BAKTERIÍ Teikoové kyseliny
Vrstvy peptidoglykanu
Periplasmatický prostor
Cytoplasmatická membrána
BUNĚČNÁ STĚNA GRAMNEGATIVNÍCH BAKTERIÍ
LPS
Vnější membrána Porin
Peptidoglykanová vrstva, tenká Periplasmatický prostor
Cytoplasmatická membrána
VLASTNOSTI GRAMPOZITIVNÍCH A GRAMNEGATIVNÍCH BAKTERIÍ • • • •
Mohou se lišit citlivostí k některým antibiotikům Mohou se lišit citlivostí k některým desinfekčním látkám Většinou se liší odolností k vysoušení Mohou se lišit ve způsobech příjmu látek a také v některých buněčných mechanismech • Zjištění grampozitivity či gramnegativity je prvním krokem při identifikaci neznámých bakterií • Stěny gramnegativních bakterií obsahují endotoxiny: - jsou to součásti lipopolysacharidové vrstvy (Lipid A) - jsou z buněčných stěn uvolňovány při rozpadu bakt. buněk - v krvi člověka způsobují rozvrat řady biochemických pochodů - jejich účinek mj. zvyšuje tělesnou teplotu (jsou to pyrogeny) - masívní uvolnění endotoxinů do krve může vést ke smrti (septický šok)
STRUKTURA BUNĚČNÝCH STĚN BAKTERIÍ
GRAMPOZITIVNÍ BAKTERIE
GRAMNEGATIVNÍ BAKTERIE
Skupiny bakterií s netypickou buněčnou stěnou:
Mykobakterie
Mykoplasmy Planktomycéty aj.
TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK - KOKY
TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK: TYČKY
TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK - VLÁKNA
TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK - RŮZNÉ -
Vibrio
Spirila
Spirochéty, spirosomy
TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK - AKTINOMYCÉTY
DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PŘÍČNÉ DĚLENÍ
DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PŘÍČNÉ DĚLENÍ
DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PŘÍČNÉ DĚLENÍ
DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PUČENÍ
DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PUČENÍ
TVARY BAKTERIÁLNÍCH KOLONIÍ
RŮST A MNOŽENÍ BAKTERIÍ Růst mikrobiálních kultur: silná závislost na podmínkách prostředí
Bakterie: některé druhy jsou nejrychleji rostoucími organismy na Zemi Růst mikroorganismů v podmínkách řízených člověkem: Kultivace Statická kultivace: jednorázový uzavřený systém (vsádkový, batch) Kontinuální kultivace: otevřený průtokový systém
Poznámka: existuje řada špatně kultivovatelných druhů či druhů, které (zatím) nedokážeme pěstovat v čisté kultuře
RŮST A MNOŽENÍ BAKTERIÍ STATICKÁ KULTIVACE BAKTERIÍ Růstová křivka bakterií
I.
II.
III.
VI.
log počtu buněk
IV. čas
V.
Růstová křivka – jednotlivé fáze 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Lagová fáze Fáze zrychleného růstu Exponenciální fáze (logaritmická) Fáze zpomaleného růstu Stacionární fáze Fáze poklesu a odumírání
KONTINUÁLNÍ KULTIVACE BAKTERIÍ
Vzduchovací motorek Živné médium Míchadlo
Filtr
Kultura
Regulační zařízení
PŮSOBENÍ PROSTŘEDÍ NA BAKTERIE A ARCHAEA Fyzikální faktory - sucho, teplota, osmotický a hydrostatický tlak, záření
Faktory chemické povahy - pH, kyslík, redox potenciál, protimikrobní sloučeniny, ochranné sloučeniny
Nepříznivé působení: bakteriostatické a baktericidní (mikrobistatické a mikrobicidní)
NEDOSTATEK VODY
Vodní aktivita (aw):
tlak vodních par nad materiálem tlak vodních par nad destilovanou vodou
Většina bakterií: aw nad 0,9 Halofilní bakterie a archaea: aw 0,6 - 0,65
VLIV TEPLOTY Teplotní pásma:
Psychrofilní – růstové optimum 10 - 20°C
Mesofilní – růstové optimum 30 - 40°C (35 - 37°C) Termofilní – růstové optimum 55 - 60°C Hypertermofilní – růstové optimum nad 80°C
OZNAČOVÁNÍ BAKTERIÍ A ARCHAEÍ PODLE VZTAHU KE KYSLÍKU
STRIKTNĚ (OBLIGÁTNĚ) AEROBNÍ STRIKTNĚ (OBLIGÁTNĚ) ANAEROBNÍ FAKULTATIVNĚ ANAEROBNÍ MIKROAEROFILNÍ
SKUPINY PROTIBAKTERIÁLNÍCH LÁTEK Silné kyseliny a zásady Fenol a fenolické látky Alkoholy Halogeny: chlór, jód Těžké kovy Oxidačně působící látky Barviva Mýdla a povrchově aktivní látky Aldehydy Antibiotika a chemoterapeutika Fytoncidy a protibakteriální enzymy Technické konzervační prostředky
ORGANICKÉ KYSELINY S PROTIMIKROBNÍM ÚČINKEM COOH
CH3 – CH ═ CH – CH ═ CH – COOH Kyselina sorbová Kyselina benzoová
OH H – COOH Kyselina mravenčí
CH3 – CH2 – COOH Kyselina propionová
CH3 – CH – COOH Kyselina mléčná
PARABENY
COOC2H5
OH Ethylester kyseliny parahydroxybenzoové (ethylparaben)
FENOLICKÉ LÁTKY
OH
OH
OH CH3
Fenol
Kresol
OH
Cl
o-fenylfenol
OH
CH3
p-chlor-m-kresol
Cl
Cl
Cl
Cl Cl
Pentachlorfenol
SLOUČENINY CHLÓRU Cl2 – plynný chlór ClO2 – oxid chloričitý (chlordioxid) NaOCl – chlornan sodný
O
CH3
Cl
N
SO2N
Na
NaO
N
N
O
Cl Cl
Chloramin T
Sodná sůl kyseliny dichlórisokyanurové
OXIDAČNĚ PŮSOBÍCÍ LÁTKY
Peroxid vodíku Manganistan draselný Ozón Kyselina peroxooctová (Persteril)
O CH3 – C – O – OH Kyselina peroxooctová
BARVIVA MÝDLA A POVRCHOVĚ AKTIVNÍ LÁTKY BARVIVA s částečným bakteriostatickým účinkem: krystalová violeť, malachitová zeleň, akridinová barviva
POVRCHOVĚ AKTIVNÍ LÁTKY - anionaktivní (Laurylsíran sodný: C12H25NaO4S ) - neionogenní (Tween 20, Tween 80...) - kationaktivní (Ajatin, Septonex a řada dalších...)
DALŠÍ LÁTKY Aldehydy: formaldehyd, glutardialdehyd O
O
HC – CH2 – CH2 – CH2 – CH glutardialdehyd
Ethylenoxid
H2C – CH2 O
Fytoncidy: allicin, allylisothiokyanatan, skořicový aldehyd, citrusové oleje, Tea tree oil (olej z Melaleuca alternifolia)
ANTIBIOTIKA Antibiotika: přírodní, syntetické a polosyntetické sloučeniny se selektivním účinkem, mikrobistatickým nebo mikrobicidním. Většina antibiotik jsou protibakteriální látky. Účinek protibakteriálních antibiotik: poškozují určité struktury v buňkách (cílová místa): ● narušují biosyntézu bakteriální buněčné stěny peniciliny a cefalosporiny; karbapenémy: imipenem, meropenem; teikoplanin + vankomycin (působí i na proteosyntézu)
● narušují bakteriální biosyntézu bílkovin (proteosyntézu) makrolidy: erythromycin, roxitromycin, azitromycin; aminoglykosidy: streptomycin, gentamycin, amikacin; tetracykliny: oxytetracyklin, doxycyklin; linkosamidy: klindamycin, linkomycin;
● narušují bakteriální biosyntézu DNA (např. blokací DNA-gyrasy) fluorochinolony: ofloxacin, ciprofloxacin, pefloxacin nitroimidazoly: metronidazol
● narušují bakteriální biosyntézu RNA rifampicin
● potlačují tvorbu tetrahydrolistové kyseliny sulfonamidy, trimetoprim; kotrimoxazol
REZISTENCE BAKTERIÍ NA ANTIBIOTIKA Primární rezistence: přirozená odolnost některých mikroorganismů (existovala již před klinickým používáním ATB) Získaná rezistence: objevuje se až po určitém čase od zavedení ATB do klinické či veterinární praxe Podstata rezistence bakterií: ● zamezení průniku ATB do bakteriálních buněk ● rozklad ATB bakteriálními enzymy ● aktivní vylučování ATB z bakteriálních buněk ● změna cílového místa (např. mutací)
Šíření rezistence podporují: nadměrné užívání ATB + používání některých ATB jako růstových stimulátorů hospodářských zvířat (od r. 2007 zákaz v EU), koncentrace nemocných, nedoléčení infekcí, AIDS a další faktory… Polyrezistentní kmeny: např. Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus Mechanismy získávání rezistence: kap. Genetické základy proměnlivosti baktérií
BAKTERIOCINY ● Jsou to látky vytvářené řadou gramnegativních i grampozitivních bakterií ● Jsou to látky bílkovinné povahy ● Inhibují růst jiných bakterií nebo je usmrcují (i příbuzné druhy!) ● Mechanismem účinku je perforace cytoplasmatické membrány, degradace DNA nebo inhibice proteosyntézy ● Působí ve velmi nízkých koncentracích, jsou obvykle termostabilní a bakteriociny gramnegativních bakterií mají obvykle velmi úzké spektrum působnosti ● Známými G+ producenty bakteriocinů jsou např. mléčné bakterie (Lactobacillus, Lactococcus) ● Známými G- producenty bakteriocinů jsou např. enterobakterie (E. coli) ● Jsou prakticky využitelné ● U některých bakterií došlo v průběhu evoluce k vývoji resistence vůči nim…
METABOLISMUS BAKTERIÍ A ARCHAEÍ VÝŽIVA A ZDROJE ENERGIE BAKTERIÍ A ARCHAEÍ ZDROJE VÝŽIVY
ZDROJE ENERGIE
- zdroj uhlíku - CO2, organické látky - zdroj dusíku - NH3 a amonné soli, dusičnany - aminokyseliny, močovina, N2 - zdroj fosforu - zdroj dalších biogenních prvků (vodík, kyslík, síra, vápník, hořčík) - zdroj stopových prvků - zdroj růstových faktorů (aminokyselin, vitamínů, koenzymů…)
organické látky, anorganické látky, světelné záření
Nejběžnější vitamíny jako růstové faktory pro některé mikroorganismy Růstový faktor
Funkce
Kyselina listová
Přenos methylových skupin
Biotin
Přenos karboxylových skupin, fixace CO2, biosyntesa mastných kyselin aj.
Cyanokobalamin (vit. B12)
Přenos methylových skupin, biosyntesa deoxyribosy
Kyselina nikotinová
Prekursor NAD+ a NADP+
Kyselina pantotenová
Riboflavin (vit. B2)
Prekursor FAD
Thiamin (vit. B1)
Pyridoxal-pyridoxamin – skupina (vit. B6) Vitamin K, chinony
Hem a příbuzné tetrapyrroly
Součást enzymů
ROZDĚLENÍ BAKTERIÍ A ARCHAEÍ PODLE ZDROJŮ ENERGIE A UHLÍKU
CHEMOTROFNÍ
CHEMOLITOTROFNÍ CHEMOORGANOTROFNÍ
(CO2)
FOTOTROFNÍ
FOTOLITOTROFNÍ FOTOORGANOTROFNÍ
(CO2)
TRANSPORT LÁTEK PŘES BUNĚČNOU STĚNU A CYTOPLASMATICKOU MEMBRÁNU
Průchod látek stěnou G+ bakterií Průchod látek stěnou G- bakterií Transport látek cytoplasmatickou membránou: Prostá difuse Zprostředkovaná (usnadněná) difuse Aktivní transport (symport, antiport…) Skupinová translokace
AKTIVNÍ TRANSPORT - I
Substrát
ATP Cytoplasmatická membrána
Vnitřní část buňky
AKTIVNÍ TRANSPORT - II
Substrát
ADP + Pi
Vnitřní část buňky
Cytoplasmatická membrána
METABOLISMUS ― ZÁKLADNÍ POJMY
Katabolismus Anabolismus Metabolické dráhy Reakce exergonické a endergonické Makroergické vazby a sloučeniny Enzym, enzymová katalýsa
ENZYMY Sloučeniny bílkovinné povahy, které katalysují chemické reakce v živých systémech (mnohé enzymy však dokáží totéž i vně živých organismů!) Enzymy: a) čistě bílkovinné enzymy (neobsahující jinou složku) b) složené enzymy: obsahují kromě bílkoviny i nebílkovinnou složku: - atomy kovů: Fe, Mg, Mn, Mo, Co … - kofaktory, koenzymy, prosthetické skupiny (NAD, NADP, FAD, hemy, PQQ, Koenzym A, thiamin, biotin aj.) NAD: nikotinamidadenindinukleotid (oxidovaná forma) NADH2: nikotinamidadenindinukleotid (redukovaná forma) FAD: flavinadenindinukleotid (oxidovaná forma) FADH2: flavinadenindinukleotid (redukovaná forma)
OBECNÉ VLASTNOSTI ENZYMŮ ● katalysují určitou specifickou reakci (reakce), tj. mají reakční specificitu ● katalysují přeměnu určitého substrátu (substrátů), tj. mají substrátovou specificitu
● rychlost enzymové katalysy konkrétní reakce (v) je dána několika faktory: - aktivitou daného enzymu (počtem proměn substrátu 1 molekulou enzymu za časovou jednotku) - afinitou daného enzymu k danému substrátu (tj. schopností vázat se s ním) - koncentrací substrátu - podmínkami reakce
● jejich činnost je výrazně ovlivněna podmínkami (pH, teplota, koncentrace solí…) ● pro jejich činnost je často klíčová jejich prostorová konfigurace (konformace) ● jejich tvorba nebo aktivita podléhá v živých organismech regulačním dějům
LOKALIZACE ENZYMŮ Enzymy intracelulární (cytoplasmatické) Enzymy membránově vázané Enzymy periplasmatické Enzymy extracelulární
ENERGETICKÝ METABOLISMUS CHEMOORGANOTROFNÍCH BAKTERIÍ A ARCHAEÍ
KVAŠENÍ
RESPIRAČNÍ PROCESY - AEROBNÍ RESPIRACE - ANAEROBNÍ RESPIRACE
PRINCIP KVAŠENÍ (KVASNÝCH PROCESŮ) CO2 H2 (NH3 ….)
SUBSTRÁT SUBSTRÁT
KONEČNÝ PRODUKT
ADP+ Pi
ATP
PRINCIP RESPIRACÍ (HETEROTROFNÍCH) CO2 CO 2
SUBSTRÁT
respirační řetězec
SUBSTRÁT ATP ATP ATP
NADH2 FADH2
ATP
ADP+ Pi
ATP
(NH3 ….)
TVORBA ATP - AEROBNÍ HETEROTROFNÍ RESPIRACE
+ +
ATP-synthasa
+ +
++
- - - -
2H+ + 2e+ ½ O2
H2O
FAD
- -
ADP+ Pi
Periplasmatický prostor
FADH2
NAD Vnitřní část buňky
Buněčná stěna
NADH2
Cytoplasmatická membrána
ATP
KYSLÍK
ORGANICKÉ LÁTKY
TVORBA ATP - ANAEROBNÍ HETEROTROFNÍ RESPIRACE
+ +
ATP-synthasa
+ +
++ 2H+ + 2e+ NO3¯
- - - H2O NO2¯
FAD
- -
ATP
Periplasmatický prostor
FADH2
NAD
ADP+ Pi
Buněčná stěna
NADH2
Cytoplasmatická membrána
Vnitřní část buňky
DUSIČNANY DUSITANY, SÍRANY aj.
ORGANICKÉ LÁTKY
ENERGETICKÝ METABOLISMUS CHEMOORGANOTROFNÍCH BAKTERIÍ A ARCHAEÍ
KVAŠENÍ
RESPIRAČNÍ PROCESY - AEROBNÍ RESPIRACE - ANAEROBNÍ RESPIRACE
AE, FAN a AN bakterie
PRINCIP NEÚPLNÝCH OXIDACÍ
SUBSTRÁT
O2
respirační řetězec
KONEČNÝ PRODUKT
H2O
SUBSTRÁT ATP ATP
NADH2 FADH2
AEROBNÍ RESPIRACE – NEÚPLNÉ OXIDACE
Oxidace etanolu na kyselinu octovou (Acetobacter aceti): dehydrogenasa
CH3 – CH2OH
dehydrogenasa
CH3 – CHO PQQ
PQQ = pyrrolochinolinchinon
PQQH2
CH3 – COOH PQQ
PQQH2
AEROBNÍ RESPIRACE – NEÚPLNÉ OXIDACE Oxidace sorbitolu na L-sorbosu (Gluconobacter oxydans): CH2OH H – C – OH HO – C – H H – C – OH H – C – OH CH2OH
NAD
NADH2
CH2OH H – C – OH HO – C – H H – C – OH OC CH2OH
BIOSYNTETICKÝ METABOLISMUS CHEMOORGANOTROFŮ Zdroje N, P, S, O a jiných prvků
Organické látky
Esenciální aminokyseliny, vitamíny, koenzymy aj.
Proteiny, DNA, RNA, lipidy, polysacharidy aj.
Organické kyseliny Katabolismus Anabolismus Energetický metabolismus
ATP ATP
Konečné produkty CO2 + H2O organické látky + CO2, H2, aj.
Aminokyseliny Nukleotidy Monosacharidy Mastné kyseliny Vitamíny aj.
Sekundární metabolity
OVLIVNĚNÍ BIOSYNTETICKÉHO METABOLISMU CHARAKTEREM PROSTŘEDÍ
Leuconostoc mesenteroides na tryptonovém agaru
OVLIVNĚNÍ BIOSYNTETICKÉHO METABOLISMU CHARAKTEREM PROSTŘEDÍ
Leuconostoc mesenteroides na tryptonovém agaru se sacharosou
OVLIVNĚNÍ BIOSYNTETICKÉHO METABOLISMU CHARAKTEREM PROSTŘEDÍ
Kultivace půdních bakterií
Na tlumeném světle
Ve tmě
MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE BAKTERIÍ ZÁKLADNÍ POJMY Genetická informace - je dědičná informace o primární struktuře molekul bílkovin a RNA - je uložena v primární struktuře molekul DNA Struktura DNA, nukleotidy Purinové a pyrimidinové báze (adenin, guanin, thymin, cytosin) Kodón je trojice po sobě jdoucích nukleotidů v DNA nebo RNA (triplet) Gen je úsek molekuly DNA, obsahující informaci týkající se primární struktury jednoho typu řetězce bílkoviny (strukturní geny) nebo primární struktury jednoho typu řetězce RNA (geny pro funkční RNA) nebo je gen úsekem s regulační funkcí
Alely jsou variantami genu Čtecí rámec
MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE BAKTERIÍ ZÁKLADNÍ POJMY
Genotyp je soubor genů (alel) konkrétní buňky (a klonu pocházejícího z ní), u mnohobuněčných organismů soubor genů u konkrétního jedince
Genom je soubor genů i nekódujících úseků DNA buňky nebo jedince Fenotyp je soubor vlastností buňky nebo jedince (daný jejich genotypem) Genetický kód ● je forma uložení informací v DNA ● informace se vztahují ke stavebním kamenům bílkovin - aminokyselinám ● je tvořen 64 kodóny: 60 kodónů obsahuje výhradně informaci o určité aminokyselině 2 kodóny jsou bifunkční (AUG, UGA) 2 kodóny jsou tzv. nesmyslné (ukončují translaci) ● kodóny se nepřekrývají a není mezi nimi žádná mezera ● je v zásadních vlastnostech universální (tzv. standardní genetický kód), avšak s drobnými odchylkami u některých organismů
GENETICKÝ KÓD (mRNA, 5´ → 3´)
první
báse
U
C
A
G
C
A
UUU - fenylalanin UUC - fenylalanin UUA - leucin
UCU - serin UCC - serin UCA - serin
UAU - tyrosin UAC - tyrosin UAA - TERMINACE
UUG - leucin
UCG - serin
CUU - leucin CUC - leucin CUA - leucin CUG - leucin
G U C A
UAG - TERMINACE
UGU - cystein UGC - cystein UGA - selenocystein - TERMINACE UGG - tryptofan
CCU - prolin CCC - prolin CCA - prolin CCG - prolin
CAU - histidin CAC - histidin CAA - glutamin CAG - glutamin
CGU - arginin CGC - arginin CGA - arginin CGG - arginin
U C A G
AUU - izoleucin AUC - izoleucin AUA - izoleucin AUG - methionin, START
ACU - treonin ACC - treonin ACA - treonin ACG - treonin
AAU - asparagin AAC - asparagin AAA - lysin AAG - lysin
AGU - serin AGC - serin AGA - arginin AGG - arginin
U C A G
GUU - valin GUC - valin GUA - valin GUG - valin
GCU - alanin GCC - alanin GCA - alanin GCG - alanin
GAU - kys. asparagová GAC - kys. asparagová GAA - kys. glutamová GAG - kys. glutamová
GGU - glycin GGC - glycin GGA - glycin GGG - glycin
U C A G
G
báse
U
báse
třetí
druhá
ZÁKLADNÍ POJMY Genetická informace: ► zabezpečuje přenos informací do dceřinných buněk při buněčném dělení ► umožňuje v buňkách: ● tvorbu konkrétních typů bílkovin (strukturní geny) ● tvorbu konkrétních typů ribonukleových kyselin ● regulaci některých procesů
ZÁKLADNÍ MOLEKULÁRNĚBIOLOGICKÉ PROCESY: REPLIKACE (biosyntésa DNA) TRANSKRIPCE (biosyntésa RNA) TRANSLACE (biosyntésa bílkovin)
BAKTERIÁLNÍ BUŇKA Periplasmatický prostor
Cytoplasmatická membrána
Pouzdro,kapsule
Buněčná stěna
Ribosomy
Plynové vakuoly
Bičíky
Granule síry Glykogen
Cytoplasma Granule polyfosfátů
Bakteriální DNA Mesosom
Fimbrie, pilusy
Granule kys. poly-β-hydroxymáselné
REPLIKACE DNA - I DNA – gyrasa: rozbalení DNA
ori Molekula DNA
REPLIKACE DNA - II Replikační vidlice DNA-primasa Helikasa Topoisomerasa
5´
3´ 5´
3´
U T C
C T
C
DNA-polymerasa III
REPLIKACE DNA – III (tvorba RNA-primerů)
RNA-primer
5´
3´ 5´
3´
T C
T
C
DNA-polymerasa III
REPLIKACE DNA – IV – tvorba kopie vedoucího řetězce a tvorba Okazakiho fragmentů
Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty
5´
3´ 5´
3´
TCAGG TTA GAG
Vedoucí řetězec
Poznámka: Délka Okazakiho fragmentů je u bakterií cca 1000 – 2000 nukleotidů
REPLIKACE DNA – V
Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty TC TCG
5´
3´ 5´
3´
TCAGG TTA GAG
Vedoucí řetězec DNA-polymerasa I DNA-ligasa
REPLIKACE DNA – VI
Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty TC CAA TC TCG
5´
3´ 5´
3´
TCAGG TTA GAG
Vedoucí řetězec
REPLIKACE DNA – SUMMARY Replikace probíhá tzv. semikonzervativním mechanismem tj. každý z obou řetězců DNA je předlohou (matricí) pro tvorbu nového řetězce, s nímž pak tvoří kompletní dvoušroubovici Replikace probíhá po rozvolnění dvoušroubovice Replikace jednoho z řetězců probíhá v replikačním oku nepřetržitě zatímco replikace druhého řetězce probíhá postupně, po částech zvaných Okazakiho fragmenty Průběh replikace řídí sada enzymů Vlastní tvorbu DNA zabezpečují DNA-polymerasy, které katalysují připojování nukleotidů k primerům dle principu komplementarity básí s básemi matricového řetězce Replikační oko postupuje po molekule DNA a postupně ji tak zdvojí
BIOSYNTÉSA RNA - TRANSKRIPCE Formy RNA vznikající transkripcí a posttranskripčními úpravami: ● Mediátorové RNA (messenger-RNA, mRNA): obsahují přepis informací ze strukturních genů ● Ribosomové RNA (rRNA): tvoří spolu s proteiny ribosomy a účastní se translace ● Transferové RNA (tRNA): účastní se translace přenosem aminokyselin k ribosomům
BIOSYNTÉSA RNA - TRANSKRIPCE Pozitivní řetězec
DNA
+1
5´
3´
3´
5´
RNA-polymerasa
Negativní řetězec
RNA
BIOSYNTÉSA mRNA – TRANSKRIPCE – OPERON DNA:
+1
Promotor
(Operátor)
Strukturní gen A Strukturní gen B Strukturní gen C Vedoucí sekvence Terminátor se sekvencí Shine-Dalgarno
mRNA: Strukturní gen A Vedoucí sekvence se sekvencí Shine-Dalgarno
Strukturní gen B Strukturní gen C Koncová sekvence
BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN - TRANSLACE Místo děje: Hrají: Vedoucí výroby: Scénář: Režie:
ribosomy 20(21) standardních aminokyselin (vázané na tRNA) ATP, GTP DNA, mRNA AA-tRNA syntetasy, iniciační, elongační a terminační faktory
Malá podjednotka 30S
Vazebné místo pro mRNA
E
P
A A – aminokyselinové vazebné místo P – peptidylové vazebné místo E – výstupní místo pro tRNA Velká podjednotka 50S
AMK Aminokyselinové rameno
Antikodonové rameno
Transferová RNA – schema
Antikodón je komplementární kodónu pro danou aminokyselinu na mRNA
Antikodón
Aktivace aminokyselin = jejich vazba na molekuly tRNA (katalysují AA-tRNA syntetasy)
BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN – TRANSLACE – INICIACE I Shine-Dalgarno
AGGA
AUG CCA
mRNA
3´
fMet
!!! E
P
A
Nutná přítomnost iniciačních faktorů IF1, IF2 a IF3
TRANSLACE – INICIACE II
AGGA
AUG CCA
mRNA
E
A fMet
TRANSLACE – ELONGACE I AGGA
AUG CCA
mRNA
E fMet
Pro
!!! Nutná přítomnost elongačních faktorů EF-G a EF-T
TRANSLACE – ELONGACE II AGGA
AUG CCA
mRNA
E fMet
Pro
EF-G
Tvorbu peptidické vazby katalysuje peptidyltransferasa vázaná v P- místě velké podjednotky ribosomu
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE III AGGA
AUG CCA
mRNA
E Pro fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE IV AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
A
E Pro Pro fMet
fMet
EF-G
Translokace ribosomu o 1 kodón (3 nukleotidy)
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE V AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
E Pro Pro fMet
Thr
fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE VI AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
E Pro Pro
Thr
fMet fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE VII AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
E Pro fMet
Thr Pro
fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE VIII CCA
ACU GGC
mRNA
A
E Pro
Thr Pro
fMet
EF-G
Translokace ribosomu o 1 kodón (3 nukleotidy)
EF-T
TRANSLACE – TERMINACE I Nesmyslný kodón
mRNA CGA
AAA UAA
A
E Lys
!!!
Arg
Nutná přítomnost terminačních faktorů R1 R2 R3
Ala Thr
fMet
TRANSLACE – TERMINACE II Nesmyslný kodón
mRNA CGA
E
AAA UAA
A
TRANSLACE – TERMINACE III mRNA
TRANSLACE - BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN - SUMMARY Translace probíhá na ribosomech, podle informace obsažené v řetězcích mRNA Podjednotky ribosomů obsahují dvě důležitá vazebná místa pro molekuly tRNA Translace začíná vždy iniciačním kodonem, kódujícím formylovaný methionin Jednotlivé molekuly tRNA s aminokyselinami postupně přistupují na aminokyselinové vazebné místo, jehož specifita je stejně postupně definována jednotlivými kodony mRNA. Klíčovou roli má antikodon tRNA. Narůstající peptidický (bílkovinný) řetězec je tvořen katalytickým účinkem peptidyltransferasy peptidylového vazebného místa Ukončení tvorby bílkovinného řetězce nastává při výskytu nesmyslného kodonu na mRNA Celý proces translace je řízen bílkovinnými molekulami, zvanými iniciační, elongační a terminační faktory
POSTRANSLAČNÍ PROCESY Úprava polypeptidových řetězců po translaci: ● spontánní vytváření sekundární, terciární a kvartérní struktury ● vytváření sekundární, terciární a kvartérní struktury za pomoci chaperonů
VÝZNAM TVORBY BÍLKOVIN V BUŇKÁCH Bílkoviny (proteiny, polypeptidy) mají v buňkách všech organismů klíčovou roli: ● jako stavební a strukturní součásti buněk ● jako enzymy ● jako regulační a řídící sloučeniny
MUTACE Jsou to změny bakteriální DNA, ke kterým dochází před replikací DNA nebo během ní.
Bodové mutace jsou změny týkající se jediného nukleotidu: - záměna nukleotidu za jiný - vypuštění (ztráta, delece) nukleotidu - vložení (inserce) nukleotidu Frekvence bodových mutací jsou za „normálních“ podmínek velmi nízké, ale výrazně jsou zvyšovány účinkem mutagenních látek nebo záření. Spontánní mutace: vznikají účinkem vlastních buněčných procesů nebo buněčných sloučenin (např. reaktivních forem kyslíku) Indukované mutace: vznikají účinkem vnějšího mutagenního faktoru a přetížením buněčných opravných mechanismů Opravné (reparační) mechanismy: běžně opravují řadu bodových mutací, navíc jsou schopny i jistých oprav škod po mutagenních faktorech. - Světelná reaktivace: oprava thyminových dimerů (způsobených UV-zářením) - Excisní oprava: „vystřižení“ nesprávných úseků DNA a jejich nahrazení
MUTACE – DŮSLEDEK BODOVÝCH MUTACÍ
↓ 3´
GGA TGA CGA GGA TGA ATG ATG Pro Thr Ala Pro Thr Tyr Tyr
5´
(DNA, negativní řetězec) (bílkovina)
Záměna nukleotidu
3´
GGA TGA CCA GGA TGA ATG ATG Pro Thr Gly Pro Thr Tyr Tyr
5´
(DNA, negativní řetězec)
(bílkovina)
MUTACE – DŮSLEDEK BODOVÝCH MUTACÍ
↓ GGA TGA CGA GGA TGA ATG ATG Pro Thr Ala Pro Thr Tyr Tyr
(DNA, negativní řet.) (bílkovina)
Delece nukleotidu
GGA TGA CGG GAT GAA TGA TG. Pro Thr Ala Leu Leu Thr Thr
(DNA, negativní řet.) (bílkovina)
CROSSING – OVER (I) Je to výměna částí (segmentů) mezi dvěma molekulami DNA. Části však musí být homologní. Příklad:
Bakteriální buňka
DNA
Plasmid
CROSSING – OVER (II)
Bakteriální buňka
DNA
Plasmid
REGULACE BIOSYNTÉSY BÍLKOVIN Mechanismy regulace tvorby enzymů:
● enzymová indukce (regulace enzymů katabolických drah) ● katabolická represe (regulace enzymů katabolických drah) ● enzymová represe (regulace enzymů anabolických drah) Rozdělení enzymů dle jejich přítomnosti v bakteriálních buňkách:
● enzymy konstitutivní ● enzymy inducibilní
(trvale přítomny v relativně stálé koncentraci)
Enzymová indukce Způsob regulace tvorby inducibilních enzymů. Tyto enzymy jsou v bakteriálních buňkách trvale přítomny v nepatrných koncentracích, ale ty jsou výrazně zvyšovány tehdy, dostanou-li se bakteriální buňky do kontaktu s určitými látkami (induktory).
REGULACE BIOSYNTÉSY BÍLKOVIN Mechanismy regulace tvorby enzymů u bakterií: ● enzymová indukce: substráty nebo jejich metabolity vyvolávají tvorbu katabolických enzymů potřebných pro jejich rozklad
● katabolická represe: některé substráty (např. glukosa) dokáží potlačit indukci enzymů potřebných pro rozklad jiných přítomných substrátů
● enzymová represe: konečné metabolity biosyntetických drah zastavují tvorbu anabolických enzymů potřebných k jejich produkci
VŠECHNY TYTO DĚJE SE USKUTEČŇUJÍ REGULACÍ TRANSKRIPCE PŘÍSLUŠNÝCH GENŮ
GENETICKÉ ZÁKLADY PROMĚNLIVOSTI BAKTERIÍ ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI VIRŮ A FÁGŮ Viry – nebuněčné částice složené z - 1 molekuly nukleové kyseliny (DNA nebo RNA) - bílkovinného obalu (kapsidu) - případně M-proteinu a membránového fosfolipidového obalu s glykoproteiny (tzv. obalené viry) Striktní parazité bakteriálních, rostlinných nebo živočišných buněk. Virová částice schopná infikovat buňky se označuje jako virion. Bakteriální viry = bakteriofágy Velikost virů se pohybuje od cca 20 nm (parvoviry) po stovky nm. Lidské poxviry mají tvar kvádru o rozměrech cca 260 x 260 x 450 nm.
PŘÍKLADY ŽIVOČIŠNÝCH VIRŮ Chřipkové viry Orthomyxoviry
Lidské rotaviry
BAKTERIÁLNÍ VIRY - BAKTERIOFÁGY
Bakteriofág T4
Adsorpce fága na povrch citlivé bakteriální buňky
LYTICKÁ INFEKCE - I
Jaderná DNA
LYTICKÁ INFEKCE - II
Jaderná DNA
LYTICKÁ INFEKCE - III
Jaderná DNA
LYTICKÁ INFEKCE - IV
Jaderná DNA
LYTICKÁ INFEKCE - V
Jaderná DNA
LYTICKÁ INFEKCE - VI
Jaderná DNA
LYTICKÁ INFEKCE - VII
Fragmenty DNA
LYTICKÁ INFEKCE - VIII
Fragmenty DNA
LYZOGENNÍ INFEKCE TEMPEROVANÝM FÁGEM - I
Jaderná DNA
LYZOGENNÍ INFEKCE TEMPEROVANÝM FÁGEM - II
Jaderná DNA
Profág (provirus)
LYSOGENNÍ KONVERSE Je změna vlastností bakteriálních buněk vyvolaná přítomností profága. Příklady: Corynebacterium diphteriae + β fág (tvorba záškrtového toxinu) Escherichia coli – tvorba verotoxinu Salmonella sp. Staphylococcus aureus Ps. aeruginosa
Léčebné využití bakteriofágů….???
ZÁKLADNÍ MECHANISMY PŘENOSU VLASTNOSTÍ MEZI BAKTERIEMI
►
KONJUGACE: přenos genů prostřednictvím plasmidů
►
TRANSDUKCE: přenos genůprostřednictvím virů
►
TRANSFORMACE: přenos genů volnou DNA
Obecné vlastnosti plasmidů ► Jsou to malé molekuly DNA ► Jsou obvykle ve tvaru kruhové dvoušroubovice, méně často lineární ► Jsou nezávislé na jaderné DNA a jsou replikovány samostatně ► Vyskytují se jen v některých bakteriálních buňkách ► Nesou genetické informace, které nejsou obvykle pro danou bakteriální buňku nezbytné, ale které jí v určitém prostředí poskytují určitou výhodu ► Plasmidy jsou replikovány rychleji než jaderná DNA, takže někdy jich může být v buňce více molekul ► Je popsána celá řada plasmidů, nesoucích různé geny ► Bakteriální buňky ve mohou stresových situacích plasmidy ztratit ► Plasmidy buňku při růstu a množení určitým způsobem zatěžují (zejména ty větší z nich)
KONJUGACE – přenos genů pomocí konjugativního plasmidu
DNA j.
F
KONJUGACE – přenos genů pomocí konjugativního plasmidu
DNA j.
F
KONJUGACE – přenos genů pomocí konjugativního plasmidu
DNA j.
F
KONJUGACE – přenos genů pomocí konjugativního plasmidu
DNA j.
F
KONJUGACE – přenos genů pomocí konjugativního plasmidu
DNA j.
F
KONJUGACE – přenos genů pomocí konjugativního plasmidu
DNA j.
F
F
EPIZOMÁLNÍ PLASMIDY
DNA j.
DNA j.
KONJUGACE EPIZOMÁLNÍM PLASMIDEM - I
DNA j.
KONJUGACE EPIZOMÁLNÍM PLASMIDEM - II
DNA j.
KONJUGACE EPIZOMÁLNÍM PLASMIDEM - III
DNA j.
Může následovat crossing-over s určitou částí jaderné DNA
VLASTNOSTI BAKTERIÍ KÓDOVANÉ PLASMIDY Rezistence vůči některým antibiotikům Produkce antibiotik
(např. r. Streptomyces)
Produkce toxinů Schopnost symbiosy s vikvovitými rostlinami: r. Rhizobium a příbuzné rody Rezistence vůči těžkým kovům:
rtuti, kadmiu, stříbru, antimonu, olovu, chromu, kobaltu, teluru aj. (Pseudomonas, Staphylococcus)
Rozklad
a využití některých jinak nerozložitelných nebo toxických látek:
je známa celá řada tzv.
degradačních plasmidů
TRANSDUKCE - I
Jaderná DNA
TRANSDUKCE - II
Fragmenty DNA
TRANSDUKCE - III
Jaderná DNA
TRANSDUKCE - IV
Jaderná DNA
Může následovat crossing-over s určitou částí jaderné DNA
ZÁKLADNÍ MECHANISMY PŘENOSU VLASTNOSTÍ MEZI BAKTERIEMI
TRANSFORMACE: přenos vlastností volnou DNA (malými fragmenty DNA)
TRANSFORMACE - I
TRANSFORMACE - II
Crossing-over
TRANSFORMACE - III
INSERČNÍ A TRANSPOZIČNÍ ELEMENTY (TRANSPOZONY) Inserční elementy (IS elementy) jsou kratší, neobsahují žádné známé geny a jejich umístění na DNA se může často měnit. Transpozony jsou rovněž mobilní úseky, avšak nesou i genetickou informaci (gen) - Tvoří pravidelnou součást genomu prokaryot i eukaryot (až 50% genomu !) - Jsou zodpovědné za přestavby chromozomů nebo plazmidů (tvoří "přenosné" úseky homologie, podmiňující homologní rekombinace) - Navozují mutace genů - Přenášejí nové znaky mezi organismy (včetně horizontálního přenosu genů) Základní typy transpozonů a jejich klasifikace: DNA-transpozony Transpozony „cut and paste“ (u prokaryot i eukaryot) – vyčlení se z původního místa a začleňují se do nového Replikativní transpozony (prokaryota) – během transpozice se replikují (jedna kopie zůstává v původním místě, druhá se objeví v novém místě Konjugativní transpozony (bakterie) Retropozony - retrony (bakterie)
PŘEHLAD HLAVNÍCH BAKTERIÁLNÍCH SKUPIN TAXONOMIE BAKTERIÍ, NÁZVOSLOVÍ Doména
BACTERIA
(EUBACTERIA)
Kmen
Proteobacteria
Třída
Gammaproteobacteria
Řád
Enterobacteriales
Čeleď
Enterobacteriaceae
Rod
Escherichia
Druh
Escherichia coli (Escherichia vulneris, Escherichia hermanii aj.)
(Enterobacter, Salmonella, Citrobacter, Proteus…..)
TAXONOMIE BAKTERIÍ, NÁZVOSLOVÍ „FYSIOLOGICKÉ SKUPINY“ BAKTERIÍ Grampozitivní bakterie: G+ koky G+ sporulující tyčky G+ pravidelné nesporulující tyčky G+ nepravidelné tyčky Aktinomycéty
Gramnegativní bakterie: G- fakultativně anaerobní tyčky G- aerobní tyčky a koky Bakterie s klouzavým pohybem Bakterie s výběžky Fototrofní bakterie
(fermentující) (nefermentující)
Poznámka: Jde o starší, většinou zcela zastaralé třídění nejběžnějších bakterií.
KMENY BAKTERIÍ Actinobacteria
(dnes 20 kmenů) Fibrobacteres/Acidobacteria
Aquificae
Firmicutes
Bacteroidetes/Chlorobi
Fusobacteria Gemmatimonadetes Nitrospirae Planctomycetes
Chlamydiae/Verrucomicrobia Chloroflexi Chrysiogenetes
Cyanobacteria Defferibacteres Deinococcus-Thermus Dictyoglomi
Proteobacteria Spirochaetes Thermodesulfobacteria Thermomicrobia Thermotogae
Poznámka: Vedle bakterií zařazených do uvedených kmenů existuje rozsáhlá řada nezařazených kultur a také řada nezařazených nekultivovaných bakterií
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - I Kmen ACTINOBACTERIA Actinobacteria - Grampozitivní bakterie s vysokým podílem G + C v DNA Koryneformní tyčky: Gordonie: Mykobakterie: Nokardie: Mikrokoky: Propionibaktérie: Aktinomycéty: Bifidobaktérie:
Corynebacterium Gordonia Mycobacterium (M. tuberculosis, M. leprae, atypická mykobakteria) Nocardia, Rhodococcus Micrococcus, Kocuria Propionibacterium, Microlunatus (M. phosphorovorus) Streptomyces Bifidobacterium
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY – II Kmen Bacteroidetes/Chlorobi
Rody:
Bacteroides Flavobacterium
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY – III Kmen CYANOBACTERIA Cyanobacteria (Sinice) – fototrofní bakterie produkující kyslík Rody: Chroococcus Anabaena Nostoc Oscillatoria Spirulina Pleurocapsa Pseudocapsa Phormidium
CYANOBACTERIA a CYANOTOXINY CYANOTOXINY – intracelulární i extracelulární toxiny produkované sinicemi - jsou toxičtější než kurare, strychnin či kobří jed - nejzávažnější producenti: Microcystis sp., Planctothrix sp., Anabaena sp. - nejvíce mohou být zasaženy mělké eutrofizované vody stojaté a také pomalu tekoucí vody - alkaloidy, peptidy, proteolipidy, lipopolysacharidy...
Účinky: neurotoxické, hepatotoxické, cytotoxické, embryotoxické, genotoxické a mutagenní, dermatotoxické, imunotoxické a imunomodulační TPF (Tumor promoting factors) Nejvýznamnější: Anatoxiny, Saxitoxin, Tetrodotoxin, Cylindrospermopsin, Nodularin, Microcystiny... Ochrana proti průniku cyanotoxinů do pitných vod: - sledování biomasy sinic a řas ve zdrojích - sledování microcystinů v biomase sinic i v surové vodě - modifikace vodárenských technologií
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - IV
Kmen FIRMICUTES Firmicutes - Grampozitivní bakterie s nízkým podílem G + C v DNA Bacily :
Bacillus + řada příbuzných rodů (B. cereus, B. anthracis, B. licheniformis, B. polymyxa aj.) Listeria, Staphylococcus (S. aureus) Thermoactinomyces
Lactobacily:
Lactobacillus, Lactococcus, Enterococcus Streptococcus, Leuconostoc
Klostridia:
Clostridium (C. perfringens, C. botulinum C. tetani, C. difficile aj.) Desulfotomaculum
Mykoplasmy:
Mycoplasma
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - V Kmen PROTEOBACTERIA Proteobacteria - Gramnegativní bakterie pocházející z purpurových bakterií Alphaproteobacteria Betaproteobacteria Gammaproteobacteria Deltaproteobacteria Epsilonproteobacteria
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VI Kmen PROTEOBACTERIA
Alphaproteobacteria Rhizobakterie: Rhizobium, Agrobacterium, methylotrofní bakterie Sfingomonády: Sphingomonas
Betaproteobacteria Burkholderia, Ralstonia, Comamonas Sphaerotillus, Spirillum, Neisseria
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VII Kmen PROTEOBACTERIA Gammaproteobacteria Enterobakterie - čeleď Enterobacteriaceae Escherichia (E. coli), Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella, Proteus, Salmonella, Shigella, Yersinia + řada dalších Koliformní bakterie: rody enterobakterií rozkládající laktosu Pseudomonády - čeleď Pseudomonadaceae Pseudomonas (Ps. aeruginosa, Ps. putida aj.) Acinetobacter, Azotobacter Legionely:
Legionella pneumophila
Methylotrofní bakterie: Methylococcus a jiné Thiotricha: Vibria:
Beggiatoa, Thiothrix Vibrio, Photobacterium
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VIII Kmen PROTEOBACTERIA Deltaproteobacteria Myxobakterie, myxokoky Desulfurikační baktérie (Desulfovibrio a další)
Epsilonproteobacteria Campylobacter, Helicobacter
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - IX Kmen SPIROCHETES Spirochetes (Spirochéty) – Gramnegativní bakterie šroubovitého tvaru Borrelia, Leptospira, Spirochaeta
VÝSKYT BAKTERIÍ V PROSTŘEDÍ BAKTERIE VE VODÁCH Požadavky na mikrobiologické ukazatele pitných a teplých vod VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006
Typy limitů: Mezní hodnota: její překročení obvykle nepředstavuje akutní zdravotní riziko (MH) Nejvyšší mezní hodnota: její překročení vylučuje použití vody jako pitné (NMH) Doporučené hodnoty (DH)
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005
1. Pitná voda Mikroskopický obraz: Abioseston Počet organismů:
MH 50 jed. / ml
* poznámka
Počet živých organismů
MH 0 jed. / ml
* poznámka
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006 1. Pitná voda - pokračování Clostridium perfringens
MH
0 / 100 ml
* poznámka
Enterokoky
NMH NMH
0 / 100 ml 0 / 250 ml
balená pitná voda
NMH
0 / 100 ml 0 / 250 ml
balená pitná voda
Escherichia coli
Koliformní bakterie
MH
0 / 100 ml
Počty kolonií při 22°C
MH MH NMH
200 / ml 500 / ml 500 / ml
náhradní zásob. + malé zdroje balená pitná voda
MH MH NMH
100 / ml 100 / ml 20 / ml
náhradní zásob. + malé zdroje balená pitná voda
Pseudomonas aeruginosa
NMH
0 / 250 ml
balená pitná voda
Z chemických ukazatelů: Microcystin LR
NMH
1 µg / l
* poznámka
Počty kolonií při 36°C
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006 2. Teplá voda Legionely
Počty kolonií při 36°C
MH DH
100 / 100 ml 0 / 50 ml 100 / 100 ml
MH
200 / ml
nemocnice apod. oddělení sn.im. ostatní
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006 2. Teplá voda vyráběná z individuálního zdroje pro účely osobní hygieny zaměstnanců Atypická mykobakteria Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa Staphylococcus aureus Legionely Počet kolonií při 36°C
0 / 100 ml 0 / 100 ml 0 / 100 ml 0 / 100 ml 100 / 100 ml 200 / ml
*
PODMÍNKY ŠÍŘENÍ MIKROBIÁLNÍCH NÁKAZ Původce: konkrétní mikrobiální druh nebo kultura (infekční agens) Patogenita původce: schopnost určitého druhu vyvolat onemocnění. Virulence: stupeň patogenity konkrétní kultury, vyjadřuje míru závažnosti onemocnění. Rezervoár: souhrn všech možných trvalých zdrojů daného mikroorganismu Vylučování z rezervoáru a cesty šíření: různé způsoby dle charakteru infekčního činitele. Přímý přenos: je nutný přímý kontakt se zdrojem nebo s nakaženým člověkem Nepřímý přenos: vektorem přenosu jsou potraviny, voda, vzduch, předměty či hmyz. Vstup do organismu: potravou, porušenou či neporušenou kůží, dýchacími cestami, sliznicemi, apod. Vnímavost: náchylnost jedince nebo celého druhu k určité infekci.
Faktory patogenity Jednotlivé druhy patogenních (a podmíněně patogenních) druhů mikroorganismů jsou charakteristické určitou škálou schopností, které jim umožňují infikovat tkáně živočichů. Jde např. o tyto schopnosti: - tvorba mikrobiálních enzymů a jejich vylučování (narušení tkání) - tvorba mikrobiálních metabolitů (dráždění, narušení tkání…) - adherence buněk mikroorganismů na živočišné buňky - tvorba biofilmu - průnik do živočišných buněk (tzv. intracelulární parazité, např. chlamydie, mykoplasmy apod.)
EUKARYOTICKÉ MIKROORGANISMY ZÁKLADNÍ GENETICKÉ ZNAKY EUKÁRIÍ Přeměna chromatinu v chromosomy a naopak Přítomnost mnohonásobně se opakujících sekvencí Výskyt genových rodin Délka genů Existence intronů a exonů
HOUBY - FUNGI
Jedno- i mnohobuněčné eukaryotické heterotrofní organismy: saprofytické endofytické parazitické Většinou aerobní, mnohobuněční zástupci tvoří mycélia. Často symbiosa s rostlinami. Rozmnožování nepohlavní i pohlavní (dle skupin).
TŘÍDĚNÍ HUB – praktické hledisko
HOUBY - FUNGI
MIKROMYCÉTY
MAKROMYCÉTY
KVASINKY VLÁKNITÉ MIKROSKOPICKÉ HOUBY (PLÍSNĚ)
TŘÍDĚNÍ HUB – vědecké Chytridiomycota Microsporidia Glomeromycota (Zygomycota):
vláknité plísně s neseptovaným nebo nepravidelně septovaným mycéliem
Ascomycota:
● kvasinkovité organismy (Endomycetes, Hemiascomycetes) ● houby vřeckovýtrusné (Ascomycetes) ● houby nedokonalé (Deuteromycetes)
Basidiomycota (houby stopkovýtrusné): ● sněti a rzi ● rouškaté, lupenité a hřibovité houby
MIKROMYCÉTY – KVASINKOVITÉ ORGANISMY
MIKROMYCÉTY – KVASINKOVITÉ ORGANISMY
Významné druhy kvasinek:
Saccharomyces cerevisiae Candida utilis Yarrowia lipolytica Candida albicans
MIKROMYCÉTY – VLÁKNITÉ MIKROSKOPICKÉ HOUBY III
Významné rody a druhy: Aspergillus Aspergillus niger, A. oryzae, A. flavus
Penicillium P. notatum, P. chrysogenum, P. candidum
Botrytis cinerea Mucor Mucor miehei
Rhizopus Rhizopus nigricans
MIKROMYCÉTY – VLÁKNITÉ MIKROSKOPICKÉ HOUBY PLÍSNĚ
MYKOTOXINY: Aflatoxiny Ochratoxiny Trichotecény Zearalenony Patulin Kyselina cyklopiazonová Citreoviridin
a mnohé jiné….!!!
MYKOTOXINY
MYKOTOXINY
Eukaryotické mikroorganismy („PRVOCI“)
PATOGENNÍ PRVOCI I
Cryptosporidium sp.
Parazitují ve střevním traktu živočichů (v tenkém střevě) Průjmové onemocnění, léčba (zatím) neexistuje Závažné onemocnění u imunodeficientních osob (hrozba smrti) Může pronikat do pitné vody Velikost oocyst cca 5 µm
- existuje řada dalších druhů kryptosporidií - kryptosporidie jsou značně odolné vůči desinfekčním látkám
PATOGENNÍ PRVOCI II Giardia lamblia
PATOGENNÍ PRVOCI III
PATOGENNÍ PRVOCI IV • Toxoplasma gondii • Plasmodium sp. • Trypanosoma gambiense
Toxoplasma gondii - parazit kočkovitých šelem - mezihostitel: ptáci a savci včetně člověka - toxoplasmosa: akutní i chronická - závažná u těhotných žen (poškození plodu) - závažná u osob s imunodeficiencí
Plasmodium sp. - původce malárií
Plasmodium falciparum
Plasmodium vivax Plasmodium ovale Plasmodium malariae
PRIONY Nejde o mikroorganismy, ale o infekční bílkovinné částice. Vznikají přeměnou některých normálních savčích bílkovin mozkové tkáně (např. u BSE je to membránový glykoprotein neuronů a gliových buněk, označovaný Prpc).
Změněná molekula má schopnost navodit tutéž změnu u molekuly sousední (řetězovou reakcí tak postupně dochází k degenerativním změnám v tkáni…).
Jejich přenos na druhého jedince se uskutečňuje orální cestou. Priony jsou odolné vůči žaludeční kyselině i trávicím enzymům a zřejmě mohou být vstřebány do krevního oběhu. Jsou odolné i vůči obvyklým sterilizačním technikám a desinfekčním prostředkům v běžných koncentracích.
Způsobují BSE, scrapie a některé další nemoci zvířat, u lidí kuru a nvCJD (nová varianta Creutzfeldt-Jakobovy choroby).
