MIKROBIOLOGIE PŮDY hlavní rezervoár mikroorganizmů, 90 % druhů lze nalézt v půdě hlavní místo mineralizace organické hmoty významné místo biosyntéz
Složení půdy minerální podíl voda + vzduch v pórech organické látky z toho organizmy
45 % 50 % 1 – 3 (6) % <1%
Půdní organická hmota primární organická hmota - edafon – živá složka půdy - mrtvý edafon – široký poměr C:N - částečně rozložená organická hmota – užší C:N humus – stabilizovaná OH, úzký poměr C:N, dlouhý poločas rozkladu
Vliv mikroorganizmů na vznik půdy o o o o
zvětrávání minerálů (produkce kyselin) rozklad a syntéza organických látek (humus) tvorba strukturních agregátů promíchávání organické a minerální hmoty
Počet a hmotnost půdních mikroorganizmů Půdní bakterie Půdní aktinomycety Půdní mikromycety
109. g-1
2,5 t.ha-1
108. g-1
2,0 t.ha-1
105. g-1
5,0 t.ha-1
9,5 t.ha-1
Rozdělení půdních mikroorganizmů podle výživy o o o o o o
saprofytické – rozklad odumřelých organizmů zymogenní – využívají odumřelou rostlinnou hmotu oligotrofní – žijí při nízkých koncentracích živin eutrofní – vyžadují prostředí bohaté živinami autochtonní – typické pro dané prostředí alochtonní – mikroorganismy do prostředí zavlečené, kontaminující
Fyziologické skupiny půdních mikroorganizmů C – celulolytické, amylolytické, máselné… N – amonifikační, nitrifikační, denitrifikační, diazotrofní… S – sulfurikační, desulfurikační, (sirné)… P – fosfáty solubilizující…
Systematické rozdělení půdních mikroorganizmů koky – Staphylococcus, Micrococcus... tyčinky sporulující – Bacillus, Clostridium tyčinky nesporulující (řada plejomorfních) – Arthrobacter, Mycobacterium, Nitrosomonas, Nitrobacter, Pseudomonas, Rhizobium… aktinomycety – Streptomyces, Nocardia… houby – Mucor , Rhizopus; Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Trichoderma…
Vztahy mezi mikroorganizmy a rostlinami Spermosféra mikroflóra povrchu semen antagonistou patogenních mikroorganizmů ohrožení klíčních rostlin (zvláště houby)
Epifytní mikroflóra mikroflóra nadzemních částí rostlin antagonista nežádoucích mikroorganizmů nežádoucí procesy na poškozených rostlinách hnilobné bakterie – dominantní rod Pseudomonas mikromycety – rozklad živin a produkce mykotoxinů (Mucor, Rhizopus; Aspergillus, Fusarium, Penicillium…) sporulující tyčinky – rozklad živin, produkce kyseliny máselné (Bacillus, Clostridium) bakterie mléčného kvašení – významné pro silážování (Lactobacillus, Lactococcus)
Rhizosféra
mikroflóra povrchu kořenů a přiléhající půdy (< 1mm) využívá kořenové exudáty, ovlivňuje výživu rostlin, poškození kořenů dominantní nesporulující tyčinky početnější než půdní mikroflóra
Mykorhiza
mutualistické (symbiotické) soužití mycelia hub a kořenů rostlin, pro některé rostliny až obligatorní zvětšení povrchu kořenů, zlepšený příjem vody a živin, zvýšení mineralizace v blízkosti kořenů (větší dostupnost živin) glycidy pro mikroorganizmy
Mykorhiza
Ektomykorhiza
Endomykorhiza
Ektomykorhiza - borovice
Endomykorhiza - bavlník
Úloha mikroorganizmů v přeměnách látek v půdě koloběhy biogenních prvků (C, N, P, S,...) mineralizace imobilizace humifikace samočištění a detoxikace
MIKROBIOLOGIE VODY obsah mikroorganizmů velmi variabilní obsah živin, kontaminace mikrobiální plankton autochtonní mikroflóra typická mikroflóra psychrofilní (mezofilní), Pseudomonas, Achromobacter alochtonní mikroflóra kontaminující střevní a půdní mikroorganizmy
Definice pitné vody: o voda nezávadná, která po dlouhodobém užívání nezpůsobuje onemocnění a zdravotní poruchy
Druhy pitných vod: o pitná voda (PV) o balená voda (BV)
Hodnocení kvality pitných vod: o mezná hodnota (MH) o nejvyšší mezná hodnota (NMH)
Mikrobiologické parametry pitné vody o Escherichia coli (EC) o Koliformní bakterie (KB) o Enterokoky (EK) o Mezofilní bakterie (MB) = počty kolonií při 36 °C o Psychrofilní bakterie (PB) = počty kolonií při 22 °C o Pseudomonas aeruginosa (PA)
o Clostridium perfringens (CP)
HODNOTY PRO PITNOU VODU (KTJ) Skupina EC KB EK PA CP 36 °C 22°C
Typ limitu NMH MH NMH NMH MH MH/NMH MH/NMH
PV 0/100 ml 0/100 ml 0/100 ml 0/100 ml 100/1 ml 200/1 ml
BV 0/250 ml 0/100 ml 0/250 ml 0/250 ml 0/100 ml 20/1 ml 500/1ml
Opatření při překročení: DESINFEKCE o Ag, Cu, Cl (plynný, Savo, chloramin), O3 o UV a γ záření
MIKROBIOLOGIE KRMIV
– rozklad živin – zhoršení organoleptických vlastností – produkce toxinů + BKM v siláži a senáži + zdroj vitamínů a bílkovin + probiotické bakterie
Mikroflóra objemných krmiv o epyfitní mikroflóra – nadzemní části rostlin, 104 – 108/g o nesporulující tyčinky – 90 %, hnilobné, Pseudomonas o BMK – 5 %, produkce k. mléčné – konzervace, Lactobacillus, Micrococcus
o sporulující tyčinky – 2 %, bakterie máselného kvašení, Clostridium, Bacillus
o mikromycety – do 5 %, hlavně konidie, zygomycety o kvasinky – alkoholové kvašení
Mikroflóra sena o o o o o o
konzervace snížením obsahu vody (12 – 16 %) čím rychlejší sušení, tím méně se pomnoží mikroorganizmů mikroflóra je analogická epifytní snížení počtu (při optimálním sušení) anabióza, spóry, konidie mikromycety, Bacillus
samozahřívání sena termogeneze jako výsledek fyziologických a mikrobiologických procesů (nepřiměřený obsah vody) o produkce tepla mikroorganizmy o fáze: • fyziologická (aktivita rostlin) • mikrobiologická • chemická - samovznícení o
Mikroflóra jadrných krmiv o základem je epifytní o zvýšený výskyt je negativní o bez patogenních mikroorganizmů a mikromycet
Mikroflóra siláže o konzervace objemné píce činností bakterií mléčného kvašení
podmínky silážování o anaerobní uložení silážované hmoty o dostatek zkvasitelných cukrů – pokles pH na 4,0 - 4,2 o přítomnost BMK – epifytní mikroflóra, dodané b.
fáze rozvoje mikroorganizmů v siláži o smíšená mikroflóra (7 dní) o fáze bakterií mléčného kvašení o technologická zralost (8 týdnů)
Mikroorganizmy siláže Bakterie mléčného kvašení o produkce kyseliny mléčné o homo- i heterofermentativní o Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus Bakterie máselného kvašení o proteolytické o Clostridium Hnilobné bakterie o rozklad bílkovin, nežádoucí metabolity o aerobní i anaerobní o Pseudomonas, Escherichia
Mikromycety o rozklad živin o produkce toxinů o acidorezistentní, aerobní
Kvasinky o etanol, CO2 o fakultativně anaerobní o Saccharomyces
Hodnocení siláže Organoleptické hodnocení o Složení organických kyselin: mléčná 1,7%, octová 0,7%, máselná 0,3% o
Patogenní mikroorganizmy v krmivech o přenos zoonóz o největší mikrobiální riziko v krmivech představuje výskyt Salmonella spp. (0 – 18 % krmiv rostlinného a 0 – 13 % krmiv živočišného původu) a Campylobacter spp. o přenos prionů BSE krmivy je reálný, je proto nezbytné vyloučit živočišné moučky z výživy přežvýkavců o botulizmus (Clostridium botulinum), antrax (Bacillus anthracis) – málo pravděpodobné, ale následky fatální o nebezpečná jsou i malá množství mikroorganizmů v krmivech, neboť mikroorganizmy se při špatném skladování (teplo, vlhko) mohou pomnožit a produkovat toxiny o reálné riziko představují mykotoxiny
PATOGENNÍ MIKROORGANIZMY A IMUNITA Patogenita o schopnost vyvolat onemocnění o podmíněno 3 vlastnostmi: invazivita – schopnost překonat obranné bariery virulence – schopnost žít a rozmnožovat se v organizmu hostitele toxicita – schopnost produkovat exo- nebo endo-toxiny
VLASTNOSTI BAKTERIÁLNÍCH TOXINŮ chemická struktura část buněčné stěny hlavně G- bakterie extracelulární kódováno plazmidem nebo fágem antigenní vlastnosti neutralizace protilátkami termostabilita toxicita selektivita
endotoxiny lipopolysacharidy ano ano ne ne slabé slabá ano nižší ne
exotoxiny proteiny ne ne ano často silné silná ne vyšší ano
Imunita – schopnost organizmu bránit se průniku a rozmnožování patogena Imunizace – cílené vyvolání obranných reakcí Imunita vrozená – podmíněna geneticky (druhová, rasová…) Imunita získaná = adaptivní (vzniká během života) aktivní – syntéza imunoglobulinů hostitelem jako reakce na antigen (očkování, prodělání choroby) pasivní – přijetí hotových protilátek (děloha, mlezivo, séra, imunoglobuliny)
MIKROBIOLOGIE MLÉKA Zdroje kontaminace mléka o o o o o o
strukový kanálek mikroflóra trávicího traktu mikroflóra kůže a srsti mikroflóra prostředí ruce ošetřovatelů dojící zařízení
Fáze rozvoje mikroorganizmů Fáze baktericidní o omezení rozvoje mikroorganizmů baktericidními složkami mléka (laktoperoxidázový systém) Fáze smíšené mikroflóry o rozvoj všech přítomných bakterií, spotřeba O2 Fáze rozvoje BMK o intenzivní rozvoj BMK (Lactococcus, Lactobacillus) o pokles pH a výrazné omezení ostatních mikroorganismů Fáze rozvoje kvasinek a plísní o odbourávání kyseliny mléčné, vzestup pH Fáze rozvoje hnilobných bakterií o proteolýza (Pseudomonas)
Nežádoucí mikroorganizmy v mléce: o E. coli; Clostridium Patogenní mikroorganizmy v mléce: o Mycobacterium; viry Mlékařské kultury: smetanová – Lactococcus, Leuconostoc jogurtová – Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus acidofilní – Lactobacillus acidophilus kefírová – Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Kluyveromyces, Candida sýrařské – směsné mezofilní kultury BMK, propionové bakterie, mazové bakterie, Penicillium
MIKROFLÓRA TRÁVICÍHO TRAKTU
Vývoj fekální mikroflóry v průběhu života (Mitsuoka, 1992)
Autochtonní mikroorganizmy trávicího traktu Enterobakterie o fakultativně anaerobní nesporulující G- tyčinky o fermentují laktózu za vzniku kyselin a plynu, žluč rezistentní o Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter
Anaerobní bakterie o hlavně sacharolytické, pektinolytické o Bacteroides, Butyrivibrio, Clostridium, Peptococcus, Prevotella,... Bakterie mléčného kvašení o antagonisté nežádoucích mikroorganizmů a procesů o Lactobacillus, Enterococcus, Bifidobacterium
Ekologie mikroorganizmů TT ústní dutina – 1011/g, nežádoucí vole – 108/g, hlavně BMK žaludek – méně než 106/g, kyselé prostředí tenké střevo – účinek zejména enzymů hostitele tlusté a slepé střevo – 1011/g, intenzivní mikrobiální metabolizmus bachor – mikroflóra (1012), mykoflóra – anaerobní, rozklad složitých C-látek, mikrofauna – syntéza bílkovin, 103 – 106
Význam mikroorganizmů TT o přeměny potravy – mikrobní enzymy (hydrolázy) o syntéza – AK, bílkoviny, vitamíny o obranné reakce o o o o
autointoxikace kompetice o živiny indukce karcinogeneze choroby, zubní kazy, bacilonosičství
Možnosti ovlivnění mikroflóry TT o o o o o
potrava chemické antimikrobiální látky probiotika prebiotika synbiotika
Probiotika - definice „Probiotika jsou mono- nebo směsné kultury živých mikroorganizmů, které po aplikaci prospěšně ovlivňují hostitele zlepšením vlastností jeho vlastní mikroflóry.“ (FAO/WHO, 2001)
Role probiotik při obnově ochranné funkce mikroflóry trávicího traktu (Fuller, 1989) novorozenec
omezený přístup k matce
chybějící ochrana
volný přístup k matce
deficientní flóra
+ probiotika
kompletní flóra
ochrana
Požadavky kladené na probiotika
prospěšnost pro zdraví hostitele
mikrobiologickobezpečnostní požadavky
vhodné technologické vlastnosti
Mikroorganizmy používané jako probiotika Bakterie mléčného kvašení
Bifidobakterie
Lactobacillus acidophilus Lactobacillus casei Lactobacillus rhamnosus Lactobacillus salivarius Lactobacillus plantarum Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus Lactococcus lactis Enterococcus faecium Streptococcus thermophilus Pediococcus pentosaceus
Bifidobacterium animalis ssp. lactis Bifidobacterium longum Bifidobacterium bifidum Bifidobacterium breve Bifidobacterium infantis Bifidobacterium pseudolongum Bifidobacterium thermophilum
Ostatní bakterie Escherichia coli Bacillus sp. Clostridium butyricum
Mikroskopické houby Saccharomyces sp. Aspergillus oryzae Candida pintolopesii
Prebiotika - definice „Nestravitelné složky potravy, které příznivě ovlivňují hostitele pomocí selektivního rozvoje a/nebo aktivity pozitivně působících bakterií v tlustém střevě, což může zlepšit zdraví hostitele.“ (Gibson a Roberfroid, 1995)
Požadované vlastnosti prebiotik
průchod horní částí trávicího traktu příjemce v nezměněné formě (rezistence vůči kyselému prostředí v žaludku, nehydrolyzovatelné enzymy příjemce)
slouží selektivně jako substrát pro fermentaci určitými bakteriemi tlustého střeva, které mají příznivý efekt na zdravotní stav hostitele
oligosacharidy (galaktooligosacharidy, fruktooligosacharidy), peptidy
Synbiotika
kombinace probiotik a prebiotik
prebiotikum by mělo být specifické pro probiotické bakterie, se kterými je kombinováno
