Eva Vlková č. dveří: 29
[email protected] podmínky udělení zápočtu: zkouška: písemná + ústní
Literatura katedrový web:
http://kmvd.agrobiologie.cz/index.php ?obsah=skripta Voříšek K.: Zemědělská mikrobiologie (sylaby přednášek), ČZU, 2004 Šilhánková L.: Mikrobiologie pro potravináře a biotechnology, Academia, 3.vydání, 2009 Leitgeb S.: Zemědělská mikrobiologie, ČZU, 1988
Program přednášek: 1. role mikroorganizmů v přírodě, historie mikrobiologie 2. hlavní skupiny mikroorganizmů – viry, bakterie a aktinomycety, kvasinky a plísně 3. prvkové a látkové složení mikroorganizmů 4. metabolizmus mikroorganizmů 5. růst a množení mikroorganizmů 6. koloběhy biogenních prvků (uhlík, dusík, fosfor, síra) 7. mikrobiologie vody 8. mikrobiologie půdy 9. mikrobiologie krmiv a potravin 10.mikrobiologie trávicího traktu
Mikrobiologie je věda studující mikroorganizmy
mikroorganizmy: – – – – – –
viry bakterie sinice některé houby některé řasy prvoci
Mikrobiologie rozdělení mikrobiologie podle předmětu: – virologie – bakteriologie – protozologie – algologie – mykologie
rozdělení mikrobiologie podle obecnosti: – obecná – systematická
Role mikroorganizmů v přírodě Koloběh látek o o o o
koloběh dusíku koloběh uhlíku koloběh síry koloběh fosforu
Přizpůsobivost mikroorganizmů o o o o o
oxidace anorganických látek množení ve vysokých teplotách růst za nepřítomnosti kyslíku růst za vysokého tlaku schopnost přežívat nepříznivé
Historie mikrobiologie Fracastorius –lékař, (1546) „Nemoci jsou přenášeny kontaktem nebo i na velké vzdálenosti bez kontaktu živými entitami“
1665- 1670 – počátek mikrobiologie R. Hooke – první mikroskop A. van Leeuwenhoek – krevní buňky, prvoci, bakterie
L. Pasteur (1822-1895): o spoluzakladatel stereochemie o objevil původce alkoholového kvašení o technika sterilace a pasterace o izolace původců infekčních nemocí (sněť slezinná) o očkování proti vzteklině
R. Koch (1843-1910) o izolace původce cholery a tuberkulózy o zavedl barvení bakterií anilinovými barvivy o zavedl používání polotuhých pěstebných prostředí
Kochovy postuláty: 1. Mikroorganizmus musí být pozorován ve všech nemocných jedincích a v žádném zdravém. 2. Musí být izolován z nemocného jedince a vypěstován mimo něj v laboratoři v čisté kultuře. 3. Zdravý pokusný objekt musí po naočkování dostatečného počtu jedinců této čisté kultury onemocnět a vykazovat stejné příznaky onemocnění jako v bodě 1. 4. Z tohoto onemocnělého pokusného objektu musí být izolován mikroorganismus identický s tím, který byl pozorován a izolován v původním nemocném jedinci.
Systematické zařazení mikroorganizmů nadříše: PROCARYOTA – PRVOJADERNÍ říše: SUBCELLULATA – NEBUNĚČNÍ oddělení: Vira – Viry říše: PROTOCELLULATA – PRVOBUNĚČNÍ oddělení: Bacteria – Bakterie oddělení: Cyanophyta – Sinice nadříše: EUCARYOTA – JADERNÍ říše: PLANTAE – ROSTLINY podříše: Thalobionta – nižší rostliny: Algae – řasy
říše: FUNGY – HOUBY říše: ANIMALIA – ŽIVOČICHOVÉ podříše: Protozoa - prvoci
Rozlišovací znaky hlavních skupin mikroorganizmů znak
viry
bakterie
houby
prvoci
typ buňky
není
prokaryotická
eukaryotická
eukaryotická
buněčná stěna
ne
ano
ano
ne
velikost
20-400 nm
1-2 (10) μm
5-10 μm
50-300 μm
Rozdíly mezi prokaryotickou a eukaryotickou buňkou prokaryotická buňka
eukaryotická buňka
jaderná membrána
-
+
velikost obvykle >2 μm
-
+
mitochondrie
-
+
endoplazmatické retikulum (ER)
-
+
volně v cytoplazmě
na ER
kruhové
lineární
charakteristika
umístění ribozómů chromozómy
DALŠÍ ROZDÍLY MEZI PROKARYOTICKOU A EUKARYOTICKOU BUŇKOU Citlivost na antibiotika Chemické složení buněk Metabolismus
Viry o nebuněčný (podbuněčný) organizmus o velikost 30-300 nm (někdy 10-400) o základní jednotka = virion – kompletní virová částice o viroid – RNA bez kapsidy
rozdělení virů podle hostitele: o bakteriofágy o rostlinné viry o živočišné viry podle druhu nukleové kyseliny: o o
DNA viry RNA viry
podle stavby virionu
stavba virové částice (virionu) o centrálně nukleová kyselina – RNA nebo DNA, lineární nebo cirkulární, jedno nebo dvouřetězcová o proteinová kapsida
stavba virové částice (virionu) o centrálně nukleová kyselina – RNA nebo DNA o proteinová kapsida – složená z kapsomér o plášť – vnější lipidový obal kapsida
plášť kapsoméra DNA/RNA
Velikost a morfologie virů
Virus chřipky (8 segmentů RNA)
Virion HIV (2 molekuly RNA)
Stavba bakteriofága kapsid
hlavička
bičík
RNA
límeček pochva
bičík bičíková vlákna bazální destička
BSE: VIRUS POD MASKOU PRIONŮ? TSE – transmissible spongiform encelophalopathies (CJD, BSE) mohou být způsobeny unikátní skupinou „pomalých virů“ (Manuelidis, 2007) Možný virion pouze 25 nm veliký
Prionová onemocnění lidí a zvířat Onemocnění
Hostitel
CJD, GSS
Lidé
Kuru
Lidé
Bovinní spongioformní encefalopatie („nemoc šílených krav“) CWD (chronické vyčerpání) Skrapie
Skot, v zajetí žijící kopytnatci, kočka domácí Jelen, los Ovce, koza
Přenosná encefalopatie norků
Norek
CJD – Creutzfeldt-Jacob disease CWD – Chronic wasting disease GSS – Gerstmann-Sträussler-Scheinker syndrom
Průnik viru do hostitelské buňky
Reprodukce virů lytický x lyzogenní cyklus
LYTICKÝ CYKLUS
navázání na b. stěnu bakterie
penetrace, genetický materiál vniká do bakterie
replikace genomu bakteriofága
produkce komponent bakteriofága
z komponent se vytváří fágové částice
rozpad bakterie a uvolnění bakteriofágů do prostředí
Metabolizmus o parazité o nemají zásobní látky o minimum nebo žádné enzymy
Význam o intracelulární parazité o genové manipulace o likvidace bakterií
Bakterie – základní údaje o prokaryotická buňka o úplná samostatnost buňky o nepřítomnost jádra – chybí jaderná membrána, pouze nukleoid tvořen jediným kruhovým chromozomem o nepřítomnost buněčných organel o odlišná stavba ribozomů o peptidoglykan v buněčné stěně o anaerobní o fixace N2 o velmi krátká generační doba o menší než eukaryotická buňka o živiny přijímány celým povrchem, velký aktivní povrch k objemu
Tvary bakterií o koky o tyčinky – pravidelné x nepravidelné o vláknité bakterie
KOKY Tetrakoky
Diplokoky
Streptokoky
Sarciny
Stafylokoky
osa dělení diplokoky
streptokoky
tetrády
sarciny
stafylokoky
TYČINKY rovné (pravidelné) – nesporulující - sporulující zakřivené
nepravidelné
TYČINKY ROVNÉ nesporulující
tyčinka
diplotyčinka
streptobakterie
kokotyčinka tyčinka
diplotyčinka
streptobakterie
kokotyčinka
TYČINKY ROVNÉ - Sporulující plektridium Clostridium
Bacillus
TYČINKY ZAKŘIVENÉ
vibrio
spirila
spirocheta
TYČINKY - nepravidelné bifidobakterie
mykobakterie
Aktinomycety – vláknité bakterie
STAVBA BAKTERIÁLNÍ BUŇKY
(mesozom)
Vnější struktury – postradatelné bičík o jen některé bakterie o orgán pohybu o antigenní vlastnosti o bílkovinná vlákna – flagelin o mono-, lofo-, amfi- a peritricha
Vnější struktury – postradatelné fimbrie a pily obílkovinná vlákna, výběžky cytoplazmatické membrány ouchycení k povrchům, F-(sex)pily pro konjugaci (parasexuální procesy), receptor pro uchycení virů
glykokalyx o polysacharidová vlákna o adherence na povrchy o vymezení prostoru pro exoenzymy bakteriální buňka
Vnější struktury – postradatelné pouzdro, kapsula, slizovitý obal o o o o o
ochrana buňky (enzymy, kyseliny) zejména u patogenních bakterií složeny hlavně z polysacharidů pevná struktura (slizovitý obal – nestrukturní) antigenní vlastnosti – vyvolává tvorbu specifických protilátek
Buněčná stěna ochrana, udržuje stálý tvar postradatelná není u eukaryontů a archaebakterií nepropustná pro velké molekuly antigenní charakter (polysacharidy) obsahuje receptory určuje barvitelnost podle Grama, velké rozdíly ve složení u Gram + a - bakterií o typickým komponentem je PEPTIDOGLYKAN o o o o o o o
peptidoglykan o N-acetylmuramová kyselina + N-acetylglukosamin – vytváří síťovitou strukturu o proteiny, aminokyseliny
Buněčná stěna G+ bakterií – barví se do fialova o o o o o
jednovrstevná jednoduchá stavba silná (30 nm) peptidoglykan až 90 % teichové a lipoteichové kyseliny
rody: Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Streptomyces
Buněčná stěna G- bakterií – barví se do červena o o o •
složitější struktura tenká cca 10-15 nm trojvrstevná: vnější membrána – proteiny, lipidy • peptidoglykanová vrstva • periplasmatický prostor gel rody: Acetobacter, Azotobacter, Escherichia, Pseudomonas, Rhizobium, Salmonella
Vnitřní struktury – nepostradatelné Cytoplazmatická membrána o o o o o o o
rozhoduje o transportu látek polopropustná bariérová funkce energetické a metabolické procesy iniciuje replikaci DNA obsahuje fosfolipidy, bílkoviny, glykolipidy 5-10 nm
STAVBA CYTOPLAZMATICKÉ MEMBRÁNY fofátová skupina + glycerol (hydrofilní)
fosfolipidová dvouvrstva
mastné kyseliny (hydrofóbní)
mesozom o „vchlípenina“ cytoplazmatické membrány o hlavní složkou jsou bílkoviny o energetické procesy, metabolizmus, syntézy
cytoplazma o voda + bílkoviny (50 %, enzymy) (= cytosol) o koloidní charakter, není amorfní o vymezuje prostor pro vnitřní součásti o metabolizmus buňky o cytoplazma + cytoplazmatická membrána = PROTOPLAST
nukleoid o o o o
dvouvlákenná kruhová DNA (dsDNA) stopy RNA a bílkovin, bez jaderné membrány 1 chromozom, 3 500 genů, genetický kód 99-100 % veškeré dědičné informace buňky
Replikace DNA
plazmidy o o o o o o o o
postradatelné, zvýšení genetické variability dvojvlákenná kruhová DNA vlastní replikační cyklus přenos z buňky do buňky 0-100 v buňce (stejné plazmidy ve více kopiích) F-plazmidy (fertility = plodnosti) – konjugace bakterií R-plazmidy (rezistence) – přežití nepříznivých podmínek temperovaný – dočasná součást chromozomu
Konjugace bakterií
Transformace
Transdukce
ribozomy o 10-15 tis. v buňce, závislost na metabolické aktivitě (anabióza – 50 %) o syntéza bílkovin (translace) o velikost vyjadřována sedimentační rychlostí – 70S – dvě podjednotky – 50S = 23S rRNA, 5S rRNA, bílkoviny – 30S = 16S rRNA, bílkoviny – 60 % RNA, 40 % bílkoviny
Transkripce a Translace
spóra (endospóra) o o o o o o o o o
odolný klidový útvar, vzniká uvnitř některých bakterií neslouží k rozmnožování! odolnost k vnějším podmínkám dlouhodobě životaschopná více obalů než vegetativní buňka snížení obsahu vody méně ribozomů nulová metabolická aktivita nepřijímá živiny
PRŮBĚH SPORULACE
Systematika bakterií DRUH – základní systematická jednotka – soubor totožných buněk (klonů) charakterizovaný stejnými morfologickými, fyziologickými, biochemickými, kultivačními a dalšími vlastnostmi KMEN – vzniká pomnožením jediné buňky binomické názvosloví (binární název, vždy jen jeden) o rodový název (velké písmeno na začátku): Escherichia o druhový název: coli o druh: Escherichia coli o poddruh (subsp., ssp.): Lactobacillus delbrueckii ssp. (subsp.) bulgaricus
Systémy bakterií
fylogenetický – vývojová příbuznost taxonomických jednotek
morfologický – – – –
nejpoužívanější fenotypové projevy původně založen na morfologii později: Gramovo barvení, vztah ke kyslíku, atd.
numerická taxonomie – každému znaku přiděleny body – číselný kód – vyhodnocuje počítač pomocí statistických metod
Identifikace bakterií podmínka správné identifikace – čistá kultura!
morfologické vlastnosti: tvar, velikost, seskupení buněk, pohyblivost, umístění bičíku, barvitelnost podle Grama, spóry, .........
kultivační vlastnosti: tvar, pigmentace, okraje kolonií, růst v tekutém médiu
Identifikace bakterií fyziologické vlastnosti: o vztah ke kyslíku o optimální teplota, pH o tolerance k solím, žluči a jiným látkám
Identifikace bakterií biochemické vlastnosti: zdroje živin, enzymy, metabolity
molekulárně-biologické testy: genetická informace mikroorganizmu
Metody identifikace bakterií metoda fenotypové testy %G+C
čeleď
rod
druh
+
+
+
+
(+)
amplifikace DNA
+
kmen
+
serologické testy
+
fagotypizace
+
DNA-DNA hybridizace
+
+
