Program přednášek z praktické mikrobiologie Vojtěch Rada
1)
2)
3)
Role mikroorganismů v přírodě, historie mikrobiologie Hlavní skupiny mikroorganismů: viry, bakterie a aktinomycety Další skupiny mikroorganismů: kvasinky a plísně, prvoci
Program přednášek z mikrobiologie, BC ŢP, denní studium
4) Růst a mnoţení mikroorganismů 5) Metabolismus mikroorganismů 6) Genetika mikroorganismů 7) Koloběh biogenních prvků (C,N,P,S) 8) Mikrobiologie vody (pitná, povrchová, odpadní) 9) Mikrobiologie půdy
Program přednášek z mikrobiologie, BC ŢP, denní studium
10) 11) 12) 13)
Mikrobiologie krmiv Mikroflóra trávicího traktu Patogenní mikroorganismy a imunita Mikrobiologie potravin
Zkouška: podmínky – zápočet ze cv. Forma zkoušky: písemný test, ústní zk.
Literatura
Voříšek K.: Zemědělská mikrobiologie (sylaby přednášek), ČZU Praha 2004
Mikrobiologie, mikroorganismy
Viry (nebuněční) Bakterie (prokaryotická buňka) Sinice (prokaryotická buňka) Mikroskopické houby (eukaryotická b.) Mikroskopické řasy (eukaryotická b.) Prvoci (eukaryotická b.)
Rozdělení mikrobiologie podle předmětu
Virologie Bakteriologie Protozologie Algologie Mykologie
Rozdělení mikrobiologie podle stupně obecnosti
Obecná m. Systematické Aplikovaná
Aplikovaná mikrobiologie
Lékařská m. Veterinární m. Potravinářská m. Technická m. Zemědělská m.
Role mikroorganismů v přírodě
Koloběh Koloběh Koloběh Koloběh
dusíku uhlíku síry fosforu
Přizpůsobivost mikroorganismů
Oxidace anorganických látek Mnoţení za vysokých teplot Růst za nepřítomnosti kyslíku Růst za vysokého tlaku Schopnost přeţít nepříznivé podmínky
Historie mikrobiologie
1659 1796 1860 1867 1870 1874 1877 1877
Leewenhoek, pozorování mikroorganismů Jenner, vakcinace proti černým neštovicím Pasteur, podstata kvašení Lister, objev antisepse Pasteur, pasterace, sterilace Hanse, původce lepry Tyndall, frakcionovaná sterilace Koch, barvení anilinovými barvivy
Historie mikrobiologie
1881 1881 1883 1884 1884 1885 1886 1887
Pasteur, přenos vztekliny Koch, polotuhé kultivační půdy Koch, objev původců tuberkulózy a cholery Mečnikov, objev fagocytózy Gram, gramovo barvení Pasteur, očkování proti vzteklině Escherich, objev Escherichia coli Beijerinck, izolace hlízkových bakterií
Historie mikrobiologie
1890 1892 1901 1907 1916 1923 1925 1928
Vinogradskij, izolace nitrifikačních bakterií Ivanovskij, virus tabákové mozaiky Beijerinck, izolace azotobaktera Mečnikov, úloha mléčných bakterií Tworth a d´Hérelle, bakteriofág Bergey, první mezinárodní systém bakterií Gratia, objev bakteriocinů Fleming, penicilin
Historie mikrobiologie
1932 Domagk, chemoterapie sulfonamidy 1932-9 Bush, Knoll, Ruska, Borries, elektronový mikroskop 1947 Hungate, kultivace striktních anaerobů 1953 Fázově kontrastní mikroskopie 1975 Lymská boreliosa 1980 Skenující elektronový mikroskop 1982 Vakcína proti hepatitidě B 1984 AIDS, PCR
Systematické zařazení mikroorganizmů nadříše: PROKARYOTA – PRVOJADERNÍ říše: SUBCELLULATA – NEBUNĚČNÍ oddělení: Vira – Viry říše: PROTOCELLULATA – PRVOBUNĚČNÍ oddělení: Bacteria – Bakterie oddělení: Cyanophyta – Sinice
nadříše: EUCARIYOTA – JADERNÍ říše: PLATAE – ROSTLINY podříše: Thalobionta – niţší rostliny: Algae – říše: FUNGY – HOUBY říše: ANIMALIA – ŢIVOČICHOVÉ 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
50-300μ
Rozdíly mezi prokaryotickou a eukaryotickou bu prokaryotická buňka
eukaryotická buňka
jaderná membrána
-
+
velikost obvykle > 2 μm
-
+
+
-
-
+
volně v cytoplazmě
na ER
kruhové
lineární
charakteristika
velikost obvykle < 2 μm endoplazmatické retikulum (ER) umístění ribozómů
chromozómy
Další rozdíly mezi prokaryotickou a eukaryotickou buňkou
Citlivost na antibiotika Chemické sloţení buněk Metabolismus
Viry o nebuněčný (podbuněčný) organizmus o velikost 30-300 nm (někdy 10-400) o základní jednotka = virion – kompletní virová
rozdělení virů
podle hostitele: o bakteriofágy o rostlinné viry o ţivočišné viry
podle druhu nukleové kyselin o DNA viry o RNA viry podle stavby virionu
stavba virové částice
o centrálně nukleová kyselina – RNA nebo DNA o proteinová kapsida – sloţená z kapsomér o plášť – vnější lipidový obal kapsida plášť kapsoméra DNA/RNA
Virus chřipky (8 segmentů RNA)
Virion HIV (2 molekuly RNA)
Stavba bakteriofága kapsid
hlavička
bičík
RNA
límeček pochva
bičík bičíková vlákna bazální destička
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
Bakterie – základní údaje oprokaryotická buňka oúplná samostatnost buňky onepřítomnost jádra – chybí jaderná membrána, pouze nukleoid tvořen jediným kruhovým chromozomem onepřítomnost buněčných organel oodlišná stavba ribozomů opeptidoglykan v buněčné stěně oanaerobní i aerobní ofixace N2 ovelmi krátká generační doba omenší než eukaryotická buňka oživiny přijímány celým povrchem , velký aktivní povrch k objemu
Tvary bakterií o koky o tyčinky o vláknité bakterie podrobně na cvičení
STAVBA BAKTERIÁLNÍ BUŇKY
Vnější struktury – postradatelné bičík o jen některé bakterie o orgán pohybu o antigenní vlastnosti o bílkovinná vlákna – flagelin o mono-, lofo-, amfi- a peritricha fimbie a pily o bílkovinná vlákna, výběţky cytoplazmatické membrány o uchycení k povrchům, F-(sex)pily pro konjugaci, receptor pro uchycení virů
glykokalyx o polysacharidová vlákna o adherence na povrchy o vymezení prostoru pro exoenzymy
Vnější struktury – postradatelné pouzdro, kapsula, slizovitý obal o o o o o
ochrana buňky zejména u patogenních bakterií sloţeny hlavně z polysacharidů pevná struktura (slizovitý obal – nestrukturní) antigenní vlastnosti
Buněčná stěna oochrana, udržuje stálý tvar opostradatelná onení u některých eukaryontů a archaebakterií onepropustná pro velké molekuly oantigenní charakter oobsahuje receptory ourčuje barvitelnost podle Grama, velké rozdíly ve složení u Gram + a - bakterií otypickým komponentem je PEPTIDOGLYKAN peptidoglykan oN-acetylmuramová kyselina + N-acetylglukosamin – vytváří síťovitou strukturu oproteiny, aminokyseliny
Buněčná stěna G+ bakterií – barví se do fia jednovrstevná jednoduchá stavba silná (30 nm) peptidoglykan aţ 90 % o teichové a lipoteichové kyseliny o o o o
rody: Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Streptomyces
Buněčná stěna G- bakterií – barví se do če 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 MEMBRÁN fofátová skupina + glycerol (hydrofilní)
fosfolipidová dvouvrstva
mastné kyseliny (hydrofóbní)
mesozom o„vchlípenina“ cytoplazmatické membrány ohlavní složkou jsou bílkoviny oenergetické procesy, metabolizmus, syntézy oúčast na dělení buněk
cytoplazma ovoda + bílkoviny (50 %, enzymy) (= cytosol) okoloidní charakter, není amorfní ovymezuje prostor pro vnitřní součásti ometabolizmus buňky ocytoplazma + cytoplazmatická membrána = PROTOPLAST
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
nukleoid o o o o o
chromatin, chromatinové tělísko dvouvlákenná kruhová DNA (dsDNA) stopy RNA a bílkovin, bez jaderné membrány 1 chromozom, 3 500 genů, genetický kód 99-100 % veškeré dědičné informace buňky
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 bakte R-plazmidy (rezistence) – přeţití nepříznivých podm temperovaný – dočasná součást chromozomu
spóra (endospóra) oodolný klidový útvar, vzniká uvnitř některých bakterií oneslouží k rozmnožování! oodolnost k vnějším podmínkám odlouhodobě životaschopná ovíce obalů než vegetativní buňka osnížení obsahu vody oméně ribozomů onulová metabolická aktivita oPro syntézu důležitý Ca a Mn onepřijímá živiny oBacillus, Clostridium
Systematika bakterií DRUH – základní systematická jednotka – soubor totoţných buněk (klonů) charakterizovaný stejnými morfologickými, fyziologickými, biochemickými, kultivačními a dalšími vlastnostmi KMEN – vzniká pomnoţením jediné buňky binomické názvosloví (binární název, vţdy jen jeden) o rodový název (velké písmeno na začátku):
Escherichia
o druhový název: coli o druh: Escherichia coli o poddruh (subsp., ssp.):
Systémy bakterií fylogenetický – vývojová příbuznost taxonomických jednotek morfologický – nejpouţívanější – fenotypové projevy – původně zaloţen na morfologii – později: Gramovo barvení, vztah ke kyslíku, atd. numerická taxonomie – kaţdému znaku přiděleny body – číselný kód – vyhodnocuje počítač pomocí statistických metod rRNA taxonomie
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 fyziologické vlastnosti: vztah ke kyslíku, teplota, pH, tolerance k solím, ţluči a jiným látkám biochemická vlastnosti: zdroje ţivin, enzymy, metabolity
Mikroskopické houby: kvasinky a plísně (mikromycety)
Mikroskopické houby oeukaryotické organizmy onemají chlorofyl ohlavně plísně a kvasinky ojedno-, dvou-, vícejaderné ojedno-, vícebuněčné okromě zygot jsou haploidní oheterotrofní, symbiotické, saprofytické, parazitické obuněčná stěna bez peptidoglykanu, obsah chitinu, někdy celulózy oněkdy myceliární (vláknitý) tvar ostélka (thallus)
Mikroskopické houby: kvasinky a plísně (mikromycety)
Fruktifikační orgány
Mycelium: nepřehrádkované (neseptované); přehrádkované (septované)
Říše: Houby (Fungi)
Oddělení: Hlenky (Myxomycota) Oddělení: Chytridomycety (Chytridomyceta) Oddělení: Oomycety (Oomyceta) Oddělení: Eumycety (Eumycota, houby pravé)
Oddělení: Eumycety (Eumycota, houby pravé)
Třída: Zygomycetes (Mucor, Rhizopus) Třída: Endomycetes (Saccharomyces) Třída: Ascomycetes ( Penicillium,
Aspergillus) Třída: Basidiomycetes Třída: Deuteromycetes (Candida, Monilia, Fusarium)
Příbliţné mnoţství druhů
Zygomycety 600 Askomycety 35 000 Bazidiomycety 30 000 Deuteromycety 30 000
Stavba buňky kvasinky jaderná membrána
endoplazmatické retikulum vakuola
jádro
mitochondrie
cytoplazmatická membrána buněčná stěna
Rozmnožování mikroskopických hub vegetativní ofragmenty mycelia opučení
nepohlavní částice ofruktifikační orgány okonidie, sporangiospóry pohlavní opohlavní orgány (gametangia) – antheridium, oogonium; tvorba pohlavních spór - pohlavní spóry vytvoří mycelium – fúze pohlavních mycelií (dikariotické mycelium), fúze jader, redukční dělení
Schéma pučení
Význam mikroskopických hub Půda omineralizace ohumifikace odetoxikace okoloběh biogenních prvků
Voda a vzduch onepříznivé podmínky pro množení ošíření, kontaminace Krmiva a potraviny ozhoršení organoleptických vlastností orozklad živin oprodukce metabolitů, mykotoxinů okancerogenní účinky okulturní mikroorganizmy
MYKOTOXINY
Mykotoxiny jsou sekundární metabolity plísní Mezi hlavní mykotoxiny nalézané v potravinách patří: o aflatoxin B1 (produkovaný Aspergillus flavus) o citrinin (Penicillium citrinum, P. viridicatum) o fumonisin (Fusarium spp.) o ochratoxin (Aspergillus ochraceus, Penicillium viridicatum) o vomitoxin (Fusarium spp)
o Obiloviny a zelenina sklízená ke krmným a nutričním účelům vždy obsahuje spory toxikogenních plísní o Nízká vodní aktivita zabraňuje růstu plísní o Růst plísní může být redukován také přídavky organických kyselin, hlavně k. propionové o Lidem hrozí pravděpodobně největší riziko otrav mykotoxiny z přímé konzumace kontaminovaných obilovin, luštěnin a zeleniny o Z potravin živočišného původu je riziko pravděpodobně menší i když mykotoxiny byly nalezeny v mase, mléku, vejcích a také ve zpracovaných surovinách např. v párcích
Faktory ovlivňující produkci mykotoxinů o Vlhkost o Množství spór o Teplota o Konkurenční mykoflóra o Substrát o Mikrobiílní interakce o Přítomnost plynů
Pravidla produkce mykotoxinů o Zástupci několika rodů mohou produkovat stejný toxin o Jeden rod (druh, kmen) může produkovat více mykotoxinů o Přítomnost toxikogenních plísní neznamená nutně přítomnost toxinů
Mykotoxiny sledované v potravinách (od 4.11.2006)
o Aflatoxiny (B1, suma) o Deoxynivalenol o Zearalenon o Ochratoxin A o Fumonisiny o T-2 toxin o HT-2 toxin
Členění mykotoxinů podle toxických účinků k cílovým orgánům toxický účinek
mykotoxiny
dermatotoxiny
tichoteceny, psolareny, verukariny, sporidesminy
estrogeny
zearalenon
genotoxiny
aflatoxiny, sterigmatoxystin, ochratoxin A, citrinin, zearalenon, patulin, trichoteceny, fumonisiny, fusarin C, griseofulvin
hematotoxiny
aflatoxiny, ochratoxin A, zearalenon, trichoteceny
hepatotoxiny
aflatoxiny, luteoskyrin, sterigmatoxystin
imunotoxiny
aflatoxiny, ochratoxin A, trichoteceny, patulin, gliotoxin, sporidesmin
nefrotoxiny
citrinin, ochratoxin A
neurotoxiny
penitrem A, fumitremorgeny, verukulogeny, fumonisiny
toxiny GI traktu
trichoteceny
Vybrané potraviny, které mohou být nejčastěji kontaminované mykotoxiny (BEVIS, 2003) Aflatoxiny B1, B2, G1, G2 mandle burské oríšky Vlašské ořechy zrna obilnin a produkty z nich sušené ovoce Sója Koření krmiva medikamenty
Aflatoxin M1
Ochratoxin A
Zearalenon
Fumoniziny
mléko jogurt sýry máslo
pšenice ječmen oves rýže
pšenice ječmen rýže krmiva
kukuřice popcorn „müsli“ obilniny potraviny pro děti
potraviny pro děti medikamenty
víno pivo káva sušené ovoce koření čokoláda ledviny prasat krmivá zvierat kakao
Prevence výskytu mykotoxinů o omezení infekce zemědělských plodin a potravin o rychlé vysušení a správné skladování o použití konzervačních látek (chemické látky, protektivní kultury)
ANTIBIOTIKA • specifické sekundární metabolity • působí v malých koncentracích Účinek
- bakteriostatický - bakteriocidní
Spektrum účinnosti - úzké (penicilin, streptomycin) - široké (tetracyklin, chloramfenikol)
Produkována - bakteriemi - aktinomycetami - mikromycetami Rezistence - přirozená - získaná
ÚČINEK ANTIBIOTIK inhibice syntézy buněčné stěny inhibice syntézy nukleových kyselin
inhibice proteosyntézy ovlivnění funkce membrán
inhibice energetického metabolismu jiný mechanizmus účinku
Mikroorganismy produkující antibiotika BAKTERIE Bacillus: Bacitracin, Kolistin AKTINOMYCETY Streptomyces: Erythromycin, Chloramphenicol, Neomycin, Streptomycin, Tetracyklin MIKROMYCETY Penicillium: Penicilin, Ampicilin, Oxacilin Cephalosporium: Cephalosporin
2006 – zákaz EU používání ATB ke krmným účelům (výjimka monensin do 2013)
Růst a mnoţení baktérií Generace
Nediferencované dělení buněk
0
1
2
Bakterie se mnoţí dělením
Růstová křivka bakteriální populace (statická, jednorázová kultivace)
Parametry růstové křívky
Parametry exponenciální fáze: generační doba (T), specifická růstová rychlost (µ), rychlost dělění (R) Ostatní: doba lagu (L), počet buněk (x), počet generací (n)
Růst a mnoţení baktérií Generace 0
1
2
Bakterie se mnoţí dělením
Mnoţení bakterií v exponenciální fázi Generace
Počet bakterií
0
1
1
2
2
4
3
8
4
16
n
2n
Počet bakterií obecně: x = x0 . 2n
Počet bakterií obecně: x = x0 . 2n logx = logx0 + nlog2 Počet generací: n = (logx – logx0)/log2 Rychlost dělení: R = n/t = [(logx – logx0)/log2]/(t-t0)
Generační doba: T = 1/R = log2[(t-t0)/(logx – logx0)]
Generační doba = doba zdvojení
Je doba potřebná ke zdvojnásobení počtu buněk v kultuře Je doba dělení buňky Doba, za kterou dojde ke zdvojnásobení mikrobiální biomasy Fyzikální rozměr: h
Mikroorganismus
Streptococcus thermophilus Escherichia coli Bacillus subtilis Clostridium botulinum Mycobacterium tuberculosis Saccharomyces cerevisiae Prvoci
Generační doba (h) 0,20 0,35 0,43 0,58 12 2 10
Specifická růstová rychlost: µ
Udává mnoţství biomasy vytvořené jednotkou biomasy za jednotku času Udává zlomek buňky vytvořené jednou buňkou za jednotku času Fyzikální rozměr: h-1
Růstová křivka bakteriální populace (statická, jednorázová kultivace)
Specifická růstová rychlost: µ
µ = ln2/T µ = (lnx – lnx0)/(t – t0)
Mikroorganismus
Streptococcus thermophilus Escherichia coli Bacillus subtilis Clostridium botulinum Mycobacterium tuberculosis Saccharomyces cerevisiae Prvoci
Spec. Růst. rychlost (h-1) 3,47 1,98 1,61 1,19 0,06 0,35 0,07
Metody měření růstu bakterií
Kultivační Turbidimetrie Konduktometrie
(320)
(10)
Bifidobacterium sp.
(1,61 h)
(0,43 h-1)
Ovlivnění růstu bakterií (mikroorganismů)
Substrát (ţiviny) Antimikrobiální látky (desinfekční l., ATB, bakteriociny) Teplota (minimum, optimum, maximum)
Vliv teploty na růst mikroorganismů
Vliv teploty na růst mikroorganismů
Psychrotrofové, psychrofilové (<20OC): plísně, kvasinky, Pseudomonas Mezofilové (20-40OC): E. coli, Lactococcus Termofilové (40-60OC): Jogurtové bakterie, Clostridium Hypertermofilové: (70-90OC): Thermus aquaticus, sirné bakterie
Semikontinuální a kontinuální kultivace
Trávicí trakt (vole u drůbeţe, slepá střeva, bachor) Turbidostat Chemostat
Vitamíny jako kofaktory enzymů Vitamín
Funkce
Vit. B1 - thiamin
Metabolismus pyruvátu
Kys. nikotinová
Součást NAD, transfer elektronů Kofaktor při syntese pyrimidinů a purinů Potřebný pro syntesu makromolekul
Kys. listová
Vit. E
Biochemické reakce probíhají pomocí enzymů
Oxidoreduktasy: Laktátdehydrogenasa Transferasy: Aminotransferasy Hydrolasy: Amylasy Lyasy: Dekarboxylasy Isomerasy: Alanin racemasa Ligasy: Glutamin syntasa
Kvašení (fermentace) a dýchání (respirace)
Polysacharidy (škrob, celulosa) → monosacharidy → pyruvát → organické kyseliny, alkoholy, CO2 = Kvašení (anaerobní podmínky, 2 ATP) Pyruvát → acetyl CoA → Krebsův cyklus → Dýchací řetězec → CO2 , H2O = Dýchání (aerobní podmínky, 38 ATP)
Konečné produkty fermentace
Kvašení - fermentace
Mléčné kvašení homofermentativní: konečný produkt kyselina mléčná; Lactobacillus
acidophilus, Streptococcus thermophilus, Lactococcus lactis
Mléčné kvašení heterofermentativní: konečné produkty kyselina mléčná (50%), kyselina octová, etanol, CO2; Pediococcus, Lactobacillus
brevis, L. fermentum
Význam mléčného kvašení: siláţ, kysané zelí, mléčné kysané výrobky, fermentované salámy, součást střevní mikroflóry
Kvašení - fermentace
Alkoholové kvašení: konečné produkty etanol, CO2; kvasinky – Saccharomyces, bakterie – Zymomonas Význam alkoholového kvašení: Výroba piva, vína, destilátů, technický líh, kaţení potravin (dţusy)
Kvašení - fermentace
Propionové kvašení: konečné produkty kyselina propionová, octová, CO2;
Propionibacterium freudenreichii, P. acnes
Význam: výroba sýrů s tvorbou ok (ementál), akné
Kvašení - fermentace
Máselné kvašení: konečné produkty kyselina máselná, kyselina octová, CO2, H2; Clostridium butyricum, Cl.
tyrobutyricum
Význam: pozdní duření tvrdých sýrů, kaţení siláţe a potravin
Kvašení - fermentace
Smíšené kvašení: ţádný konečný produkt nepřevaţuje – př. E. coli – kyselina mléčná, k. jantarová, k. mravenčí, etanol, CO2, H2 Kvašení uskutečňované rodem Bifidobacterium: konečné produkty kyselina octová a mléčná v poměru 3:2, význam: mléčné kysané výrobky (probiotika), součást střevní mikroflóry
Nepravá kvašení
Ve skutečnosti nejsou kvašeními, ale jsou to procesy navazující na kvašení Tvorba kyseliny octové: navazuje na alkoholové kvašení, Acetobacter Tvorba kyseliny citronové, Aspergillus
Průmyslové vyuţití fermentací Konečný produkt fermentace
Vyuţití komerční a průmyslové
Výchozí materiál (surovina)
Pouţívaný Mikroorganismus
Etanol
Pivo, víno ,palivo
Melasa, mošt
Saccharomyces cerevisiae
Kyselina mléčná
Jogurt, kysané Mléko, mouka, zelí, chléb, salám zelí, maso
Kyselina propionová
Ementál
Kyselina mléčná Propionibacterium
Aceton, butanol
Chemický průmysl
Melasa
Clostridium acetobutylicum
Glycerol
Farmacie, průmysl
Melasa
Saccharomyces cerevisiae
Kyselina citronová
Potravinářský průmysl
Melasa
Aspergillus
Lactobacillus, Streptococcus
Rozdělení bakterií podle zdroje uhlíku
Autotrofní – CO2 Heterotrofní – organický uhlík Mixotrofní – auto i heterotrofní
Rozdělení bakterií podle zdroje energie
Chemotrofní: chemolitotrofní, chemoorganotrofní Fototrofní: fotolitotrofní, fotoorganotrofní
Vztah mikroorganismů ke kyslíku
Obligátně (striktně) aerobní: plísně,
Bacillus, Pseudomonas Mikroaerofilní: Campylobacter, některé
laktobacily Fakultativně anaerobní: E. coli, Enterococcus, kvasinky – Saccharomyces Obligátně (striktně) anaerobní:
Clostridium, Bifidobacterium, Fibrobacter
Regulace metabolismu Regulace rychlosti enzymové reakce (koncentrace substrátu, zpětná vazba) Regulace rychlosti syntézy a degradace enzymů Pasteurův efekt Efekt Crabtree
Genetika bakterií – základní pojmy
Genetika bakterií – základní pojmy
DNA (RNA) Genetická informace – genom Gromozom Gen Mikrosatelitní DNA Lokus Genotyp Fenotyp
Stavební kameny DNA (RNA)
Purinové báze: adenin, guanin Pyrimidinové báze: cytosin, thymin, uracil Cukr – pentosa: deoxyribosa, ribosa Kyselina trihydrogen fosforečná H3PO4
Báze DNA
Struktura DNA
Struktura DNA
fosfát
cukr
báze
Genetický kód je:
Tripletový Degenerovaný Univerzální
Bakteriální chromozom
Kruhový 1-4 tisíce genů (min. 500 genů) Délka asi 1 mm (E. coli) Přichycen na CM
Plazmidy bakterií
Malé kruhové molekuly DNA Dělení nezávislé na hlavním chromozómu Postradatelné replikony Počet 0-stovky v jedné buňce Konjugativní a nekojugativní Rychlá replikace cca 2 min
Nejznámější plazmidy
F plazmid R plazmidy Kryptické plazmidy
Vyuţití plazmidů
Plazmidové vektory Schuttle vektory (kyvadlové vektory) Identifikace bakterií (plazmidové profily)
Realizace genetické informace
Mezi buňkami téže generace
Mezi generacemi
Uvnitř buňky
Genová exprese
Regulace GE Bez regulace – konstitutivní bílkoviny (enzymy) Adaptabilní (inducibilní ) bílkoviny Regulace induktorem (laktosa, E coli) Regulace represorem
Struktura genu
Promotor Operátor Strukturní gen
Mutace genů
Delece báze Adice báze Změna báze
Přenos genetické informace bakterií Konjugace Transdukce Transformace
Příklady vyuţití genetických manipulací u mikroorganismů
Produkce lidského insulinu pomocí E. coli Produkce alfa-interferonu pomocí E. coli a
Saccharomyces cerevisiae
Produkce gama-interferonu pomocí E. coli Výroba vakcíny proti hepatitidě B Saccharomyces cerevisiae (geny viru v plazmidu)
Účast mikroorganismů na koloběhu prvků
Koloběhy biogenních prvků Koloběh C Koloběh N Koloběh S Koloběh P Koloběhy ostatních prvků: Fe, Mn, Zn, Co, Cu
Koloběh uhlíku
Koloběh uhlíku – rozklad polysacharidů
Polysacharidy: rostlinné, ţivočišné (glykogen) Rostlinné polysacharidy: strukturní, zásobní Strukturní p.: celulosa, hemicelulosa, pektin Zásobní p.: škrob, inulin Rzklad polysacharidů: aerobní, anaerobní Aerobní rozklad – konečné produkty: CO2, H2O Anaerobní rozklad – konečné produkty: organické kyseliny (máselná, octová, mléčná), alkoholy (etanol, butanol), CO2, H2
Rozklad polysacharidů – obecné schéma
Polysacharidy (škrob, celulosa, inulin, pektin) ↓ hydrolasy Monosacharidy (glukosa, fruktosa, uronové kys.) ↓ glykolysa Aerobní rozklad ← Pyruvát → anaerobní rozklad ↓ ↓ CO2, H2O organické kyseliny alkoholy, CO2 , H2
Mikroorganismy rozkládající polysacharidy
Aerobní rozkladačí: baktérie – Bacillus; plísně = mikromycety (Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Mucor) Anaerobní rozkladači: v půdě, vodě – bakterie (Clostridium); v bachoru – bakterie (Fibrobacter, Bytyrivibrio); plísně (Anaeromyces)
Konečné produkty rozkladu polysacharidů
Aerobně: CO2, H2O Anaerobně: organické kyselin (máselná, mléčná, octová), alkoholy (etanol, butanol), CO2, H2
Rozklad škrobu
Zásobní polysacharid Základní stavební jednotka – glukosa Dvě formy – amylosa (80%, glukosy spojené α 1-4 glykosidickou vazbou), amylopektin (20%, větvení – α 1-6 glykosidická vazba) Stěpení pomocí amylas Škrob →dextriny→maltosa→glukosa
Rozklad škrobu
Aerobně: plísně, Bacillus Anaerobně: Clostridium, Lactobacillus,
Bifidobacterium
Rozklad celulosy
Strukturní polysacharid, hlavně v buněčných stěnách rostlinných buněk Základní stavební jednotky - glukosy spojené ß 1-4 glykosidickou vazbou, struktury – primární, sekundární, terciální
Rozklad celulosy
Celulosa → celulosodextriny → celobiosa → glukosa Enzymy štěpící celulosu: exo a endocelulasy, celobiasa
Rozklad celulosy probíhá v
Půdě (vodě) V trávicím traktu býloţravých ţivočichů Při kvašení odpadků
Rozklad celulosy v půdě
Aerobně plísně a bakterie (Cytophaga, Sporocytophaga, Cellvibrio) Anaerobně Clostridium
Rozklad celulosy v trávicím traktu
V bachoru přeţvýkavců (skot, ovce, koza): bakterie (Fibrobacter, Butyrivibrio), anaerobní plísně (Anaeromyces) U nepřeţvýkavců v tlustém (kůň, slon) a slepém střevě (králík, morče) Na štěpení celulosy často navazuje tvorba metanu (metanové bakterie – Methanobacterium): CO2 + H2 → CH4
Rozklad celulosy při kvašení odpadků
Probíhá zprvu aerobně (plísně) pak anaerobně Clostridium Na štěpení celulosy často navazuje tvorba metanu (metanové bakterie – Methanobacterium): CO2 + H2 → CH4 Výroba metanu (bioplynu): skládky, čistírny odpadních vod, domácí výroba Metan a ţivotní prostředí
Rozklad ostatních uhlíkatých látek
Rozklad pektinu, hemicelulos Rozklad chitinu Rozklad ligninu
Rozklad pektinových látek o o o o
mezibuněčné prostory rostlin pektin = polygalakturonidy exoenzymy – propektinázy, pektázy, pektinázy meziprodukty – k. galakturonová, galaktóza, xylóza, arabinóza
Aerobní rozklad o o o
úplná respirace všech meziproduktů
Bacillus, Mucor, Alternaria
mineralizace org. látek v půdě, pektinolytické enzymy, rosení lnu
Anaerobní rozklad o
o o
meziprodukty (kromě k. galakturonové) podléhají máselnému kvašení k. galaktronová, organické kyseliny, alkoholy CO2, H2
Clostridium
Rozklad hemicelulóz opolysacharidy buněčné stěny rostlin (hexózy, pentózy,
uronové kyseliny, xylózy, manóza) ohlavně za aerobních podmínek (xylanázy) oanaerobně – máselné kvašení (Clostridium, Butyrivibrio) oAerobně -celulolytické bakterie, Streptomyces, mikromycety
Rozklad ligninu o komplexní C-látka o doprovází celulózu a hemicelulózu zejména ve dřevinách o hydrolýza na jednodušší C-látky o aerobní rozklad houbami (basidiomycéty, askomycéty), aktinomycety, Pseudomonas o půdní proces, trávicí trakt – termiti
Koloběh dusíku
AMONIFIKACE organické N-látky NH4+, NH3 o mineralizace – AK, proteiny, NK, močovina, kyselina močová, chitin, peptidoglykan,.... o vyuţití NH4+, NH3 – syntéza AK, nitrifikace, příjem rostlinami, volatizace (únik do ovzduší), vyplavení, fyzikálně-chemická vazba na půdní komplexy
Amonifikace bílkovin
proteolytické enzymy – hydlolýza peptidické vazby proteiny poly- oligo- di- peptidy aminokyseliny AK – výstavba mikrobiálních bílkovin, deaminace, transaminace, dekarboxylace
Aerobní rozklad o o
NH4+, NH3, CO2 aerobní, fakultativně anaerobní, Bacillus, Pseudomonas, Proteus, plísně
Anaerobní rozklad o
aminy, indol, skatol, merkaptany, organické kyseliny,
Amonifikace močoviny CO(NH2)2
CO2 + NH3
o Urobakterie: Micrococcus ureae, Planosarcina ureae o stájové prostředí o trávicí trakt (bachor)
NITRIFIKACE
- oxidace redukovaných forem, aerobní
Autotrofní nitrifikace
2 fáze: NH4+ NH2OH NO2NO3aerobní, autotrofní, chemolitotrofní, mezofilní, pH 7 typický půdní proces zdroj C = CO2 (Calvinův cyklus)
Nitritace NH4+ + O2
NO2- + 2H+ + H2O + E
- Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus…
Nitratace NO2- + O2
- Nitrobacter, Nitrococcus…
NO3- + E
Heterotrofní nitrifikace RNH2
NO2-
NO3-
o heterotrofové, zdroj C – organická látka o kyselé půdy, chlévská mrva o houby(Aspergillus), aktinomycéty (Streptomyces), bakterie (Arthrobacter)
Význam nitrifikace: o o o o o
zdroj energie pro nitrifikační bakterie ţivina pro rostliny (hlavní zdroj NO3-) substrát pro denitrifikaci neţádoucí proces v chlévském hnoji nitráty silně pohyblivé, neakumulují se, ztráty vyplavením = moţnost vzniku nitrosoaminů (karcinogen) = ztráta ţiviny = zhoršená kvalita vody o povrchové vody – eutrofizace o spodní vody – zvýšený obsah NO3neumoţňuje jejich vyuţití jako pitné vody (methemoglobinemie)
DENITRIFIKACE
o redukce oxidovaných forem N o anaerobní respirace (zdroj energie) o anaerobní půdní proces
Disimilativní denitrifikace NO3- + H+ (NO3NO2N2 )
N2 + H2O + E NO N2O
o uvolňování N z půdy (chlévské mrvy) do ovzduší o odstraňování NO3- z pitné a odpadní vody o anaeroby a fakultativních anaeroby -
Pseudomonas, Paracoccus, Propionibacterium, Thiobacillus…
Asimilativní denitrifikace NO3- + H+ NO3NO2-
NO
NH4+ + H2O + E NH3OH NH3
o půdní proces o anaerobní, pozměněný dýchací řetězec, příjem O2 z dusičnanů o zisk E a N látek pro syntézu AK a bílkovin NO3- + H+ NO2- + H2O + E běţná redukce (nitrátreduktáza) NO3- + H+ N2 + H2O + O2 + E O2 vyuţit pro aerobní respiraci organických sloučenin NO3- + H2O + S N2 + SO42- + H+ + E sirné bakterie (redukce nitrátů spojená
FIXACE VZDUŠNÉHO DUSÍKU - redukce N2 na NH4+ N=N HN=NH H2N-NH2 2 NH3 2 NH4+ AK N2 + 8 e- + 16 ATP + 10 H+ 2 NH3 + H2 + 16 ADP + Pi o 16 nitrogenázy - přenos H+ na N2 o návrat N z atmosféry do koloběhu biogenních prvků o aerobní i anaerobní o intenzivní především při nedostupnosti jiných zdrojů N
diazotrofní bakterie:
o volně ţijící v půdě - Azotobacter, Clostridium,
Azotomonas,…. o asociativní – Azospirillum,….
Azotobacter o plejomorfní (diplokoky, tyčinky) aerobní mesofilní bakterie o náročný na podmínky prostředí: neutrální půdní reakce (Ca2+) vysoký obsah organických látek (zdroj E jednodušší C-látky)
strukturní půdy (humus, vzduch) dobrá zásoba biogenních prvků (P, Ca, K…) fixace při nedostatku jiných zdrojů N o výskyt jen v kvalitních půdách (vyuţíván jako indikátor)
Rhizobium (symbiotická fixace) o symbiosa s kořeny rostlin (Fabaceae) – vytváří hlízky (hlízkové bakterie), rostlina poskytuje glycidy, bakterie N-sloučeniny o aerobní nesporulující plejomorfní tyčinka, v kořenech jako bakteroidy (aţ T, Y – tvary) o specifita – věrnost hostitelské rostlině o zvýšená zásoba půdního N omezuje fixaci o (30) 50 – 200 (800) kg/ha; Ø 140 kg/ha o inokulace semen před výsevem (Rizobin)
Koloběh síry
Sulfurikace o o o o o o
oxidace redukovanějších sloučenin S (aerobní) H2 S S S2O32SO42sirné bakterie – Thiobacillus zpřístupnění S organizmům, zisk energie okyselení půd podíl na zvětrávání mateční horniny
Desulfurikace o o o o o
redukce oxidovanějších forem S SO42S H2 S anaerobní respirace, zdroj energie sirné bakterie – Desulfovibrio… ztráta ţivin
KOLOBĚH P oNK, enyzmy, hormony, ATP,.... oFosfor přítomen v živých org. Vždy jako H3PO4
Mineralizace P organických sloučenin (ATP, NK, fosfolipidy, fytáty) anorganický P (H2PO4-, HPO42-, PO43-)
ofosfatázy – alkalické, kyselé onezastupitelná součást koloběhu biogenních prvků ozdroj živin pro mikroorganismy a rostliny
Mikrobiologie krmiv
Mikrobiologie Mikrobiologie Mikrobiologie Mikrobiologie
zelených krmiv sena siláţe a senáţe krmných směsí
Mikrobiologie zelených krmiv
Epifytní mikroflóra
Mikrobiologie sena
Sušení sena Mikroorganismy v senu: převáţně spory – plísně, Bacillus Syndrom farmářských plic Samozahřetí sena: fáze fyziologická, mikrobiologická, chemická
Mikrobiologie siláţe
Mikroorganismy v siláţi: Hlavní mikrokfóra – Bakterie mléčného kvašení (BMK),
Lactobacillus plantarum, Leuconostoc, Pediococcus
Doprovodná mikroflóra: kvasinky,
Clostridium
Podmínky pro siláţování
Cukerné minimum – dostatek zkvasitelných cukrů (pH 4-4,2) Anaerobní podmínky Přítomnost BMK
Krmiva pro siláţování
Snadno siláţovatelné: kukuřice Těţko siláţovatelná: luční porosty Nesiláţovatelná: vojtěška, luštěniny
Fáze rozvoje mikroorganismů v siláţi
Fáze rozvoje smíšené mikroflóry Fáze rozvoje BMK, koky, tyčinky Konečná fáze – pokles počtu mikroorganismů, doba zrání 6-8 týdnů, konečné pH 4,0 – 4,2
Hodnocení siláţe
Organoleptické hodnocení Sloţení organických kyselin: mléčná 1,7%, octová 0,7%, máselná 0,3%
Siláţní přísady
Zdroje cukru: melasa Enzymy : amylasy Zdroje N Mikroorganismy: L. plantarum,
Enterococcus faecium
Tabulka 2: Výskyt patogenních mikroorganismů v krmivech. Podle Hinton (13). Kategorie (a) Infekční agens přenosná na člověka z hospodářských zvířat, tj. zoonózy
(b) Nezoonotické infekční agens nebo jejich produkty (metabolity), které působí onemocnění hospodářských zvířat a lidí (c) Infekční agens, které působí epidemie hospodářských zvířat u lidí může způsobit pouze lehká onemocnění nikoliv vážná onemocněníc (d) Neinfekční agens, které působí nemoci hospodářských zvířat a lidí (e) Produkty neinfekčních agens, které působí onemocnění hospodářských zvířat a lidí
Krmiva a komponenty krmiv Spory Bacillus anthracis a Priony BSE Salmonella enteritidis Virus pseudomoru b drůbeže
Sušená nebo fermentovaná píce Toxoplasma gondii
Pastva Spory Bacillus anthracis Mycobacterium spp. Vajíčka tasemnic např. Cysticercus bovis
Krmiva ze zbytků potravin a odpadků Trichinella spiralis
Toxin Clostridium botulinum Listeria monocytogenes
Virus afrického moru prasat Kulhavka a slintavka Mor prasat
Virus afrického moru prasat Kulhavka a slintavka Mor prasat
Spory a hyfy plísní působící alergická onemocnění
Spory a hyfy plísní působící alergická onemocnění
Mykotoxiny
Mykotoxiny
Mykotoxiny
Předpokládáno, ale ještě stále ne zcela prokázáno virus pseudomoru drůbeže se může přenášet na drůbež přes krmivo a ze zvířat na člověka prostřednictvím aerosolu. Riziko infekce je velmi malé, u člověka může dojít k lehkému zánětu spojivek. a
b
PATOGENNÍ BAKTERIE V KRMIVECH
Salmonella Campylobacter (Bacillus anthracis)
(Clostridium botulinum)
KONTAMINACE KRMIV SALMONELAMI Kontaminovány jsou krmiva rostlinného (0-18%) i živočišného (0-12%) původu. Úroveň kontaminace u masokostních mouček a
rybích mouček je 0 až 13% pozitivních vzorků. Salmonely jsou nalézány také v obilninách a semenech olejnin. Značně více jsou kontaminovány olejniny a jejich vedlejší produkty než obilniny.
ZOONÓZY Podle zprávy EK z roku 2002 (9) je třeba věnovat pozornost celkem jedenácti zoonózám:
Salmonelóza (150 000 případů ročně) Kampylobakterióza (150 000) Yersinióza (10147) VTEC (2664) Brucelóza (2386) Listerióza (860) Toxoplazmóza (477) Echinokokóza (266) Tuberkulóza (49) Trichinelóza (48) Vzteklina (1)
ZÁVĚRY: Největší mikrobiální riziko v krmivech představuje výskyt Salmonella spp. a Campylobacter spp.. Tyto bakterie jsou nebezpečné jako pro člověka tak pro zvířata. Zvláště pro salmonely je typický přenos krmivem, kde tyto bakterie mohou i dlouhou dobu přežívat Přenos prionů BSE krmivy je reálný. Je proto nezbytné vyloučit živočišné moučky z výživy přežvýkavců. Je třeba zabránit míchání rybích a masokostních mouček.
Některá rizika jako je botulismus a antrax jsou v praxi málo pravděpodobná, avšak následky jejich manifestace mohou být fatální, a proto je nelze zcela opomíjet. Na rozdíl od kontaminace chemickými látkami jsou nebezpečná i malá množství mikroorganismů v krmivech, neboť mikroorganismy se při špatném skladování (teplo, vlhko) mohou pomnožit a produkovat toxiny. Reálné riziko představují mykotoxiny. Hlavním mykotoxinem v krmivech je aflatoxin B1. Bylo by žádoucí rutinně testovat i další mykotoxiny např. toxiny Fusarium spp. Častý výskyt mykotoxinů je v kukuřici. Je třeba zavést jednotný systém kontroly kvality krmiv (HACCP).
Mikrobiologie vody
MIKROBIOLOGIE VODY obsah mikroorganizmů velmi variabilní obsah ţivin, kontaminace mikrobiální plankton
autochtonní mikroflóra typická mikroflóra psychrofilní (mezofilní), Pseudomonas, Achromob
alochtonní mikroflóra kontaminující střevní a půdní mikroorganizmy
Definice pitné vody: o voda nezávadná, která po dlouhodobém uţívání 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
Čistění odpadních vod
Sedimentační nádrţ (oddělení pevného a tekutého podílu) Vyhnívací komora (anaerobní procesy, kvašení, tvorba metanu) Aerační tanky (aerobní rozklad, respirace) Filtrace, úprava pachů, desinfekce
Infekční onemocnění přenášená vodou mikroorganizmus
Campylobacter Salmonella enteritidis Salmonella typhi Vibrio cholerae Pseudomonas aeruginosa enteroviry virus hepatitidy A
Giardia lamblia
onemocnění průjmy enteritidy břišní tyfus cholera infekce uší střevní onemocnění ţloutenka průjmy
Mikrobiologie potravin
Historický vývoj Konzervace potravin Kaţení potravin Otravy z potravin Potravinářská legislativa
VÝZNAM MIKROORGANISMŮ V POTRAVINÁCH:
Podílejí se na výrobě potravin (výroba, konzervace) Podílejí se na kaţení potravin Jsou patogenní (onemocnění z potravin) Probiotika (prebiotika, synbiotika)
ÚKOLY POTRAVINÁŘSKÉ MIKROBIOLOGIE
Zkoumání mechanismu kaţení potravin (vnější, vnitřní faktory; technologie) Zkoumání mechanismu biokonzervace (kulturní m.; fermentace) Vypracování mikrobiologických limitů (indikátorové a patogenní m.; metody detekce a kontroly, HACCP Hazard Analysis Critical Control Points System)
Mikroorganismy vyskytující se v potravinách
Viry Bakterie Mikroskopické houby Prvoci
Vnitřní a vnější faktory ovlivňující růst mikroorganizmů v potravinách Vnitřní faktory: -
pH obsah vody a aw oxidačně-redukční potenciál obsah ţivin antimikrobiální látky biologické struktury
Vnější faktory:
- teplota skladování - vlhkost prostředí - přítomnost plynů - přítomnost a aktivita mikroorganizmů
Konzervace potravin Fyzikální metody -
chlazení a mraţení zahřívání (pasterace, sterilace, UHT) sníţení obsahu vody (sušení, lyofilizace) vakuové balení filtrace ozařování
Chemické metody -
solení (NaCl, NaNO 2) uzení proslazování okyselování alkoholizování pouţití chemických konzervačních látek
Indikátory mikrobiální kvality a bezpečnosti potravin Indikátory (produkční) kvality potravin 1) Přítomnost určitých mikroorganizmů: - Clostridium (tvrdé sýry) -
bakterie mléčného kvašení (pivo, víno) kvasinky (ovocné sirupy, majonézy) sporulující bakterie (konzervy)
2) -
Přítomnost mikrobiálních metabolitů:
kadaverin, putrescin (vakuové hovězí maso) histamin (rybí konzervy) etanol (ovocné šťávy) kyselina mléčné (sterilovaná zelenina) těkavé mastné kyseliny (máslo)
Indikátory bezpečnosti potravin -
E. coli
koliformní bakterie enterokoky kolifágy
Mikrobiologické poţadavky – definice symbolů n
rozsah výběru
m mnoţství mikroorganizmů, které se připouští u všech vzorků n M
mnoţství mikroorganizmů, které se ještě připouští u počtu vzorků, který je niţší nebo se rovná c
c
rozhodné číslo, tj. počet vzorků z výběru n u nichţ se připouští hodnota M
vyjadřování n a M: -
počet v 1 g (ml) nepřítomnost v určitém mnoţství (0/10 = nepřítomnost v 10 ml nebo g).
Tolerované hodnoty pro vybrané potraviny potravina - ukazatel
n
c
m
M
syrové maso - salmonely
5
-
0/25
-
tvrdé sýry – E. coli
5
2
10
102
MIKROBIOLOGIE MASA
aw = 0,98-0,99; pH ~ 7 (PSE = 5) voda 76%, bílkoviny 18%, tuk 3%, ostatní 4% (glukóza, glykogen, AK, kreatinin, minerální látky) Zdroje mikroorganismů – primární, sekundární Noţe a jatečné nástroje Kůţe zvířat Trávicí trakt Lymfatické uzliny Ruce pracovníků Nádoby, obaly, přepravky Prostředí (skladování, zpracování)
Opatření pro oddálení kaţení masa
vykolení do 30 min neporušení trávicího traktu (vole u drůbeţe) neporušení mízních uzlin (hovězí maso) při vysoké skladovací teplotě dominují při kaţení střevní bakterie (Clostridium, E.coli) při niţší skladovací teplotě probíhá
Norma (Vyhláška č. 91/1999) Syrové maso a masné výrobky Koliformní bakterie Staphylococcus aureus Salmonella
n 5 5 5
c 2 2 0
m 5.102 102 0/25
M 5.103 5.103
Kaţení masa
Povrchové – psychrotrofní G- tyčinky, Pseudomonas fluorescens, Acinetobacter, Moraxella, osliznutí povrchu, změna barvy vzrůst teploty, mnoţení enterobakterií, mikrokoků, stafylokoků a bacilů. Sekání, řezání, mletí zvětšuje povrch a kontaminaci. Zevnitř (v hmotě) – maso primárně kontaminované (z obsahu střev, okolí kostí, nedostatečně vychlazené) hlavně klostridie (C. perfringens, C. histolyticum, C. sporogenes), tvoří se plyn a hnilobný zápach, někdy enterobakterie a streptokoky. Kaţení vakuového masa – trvanlivost aţ 8 týdnů při 4oC (DFD méně), rostou fakultativně anaerobní a anaerobní bakterie (laktobacily, klostridie - C. botulinum E , Brochothrix thermosphacta – psychrofilní).
FERMENTOVANÉ MASNÉ VÝROBKY
Rychlé zrající (aw=0,96-0,90), dlouhozrající (aw=0,90-0,80) Aditiva: slanina, askorban sodný, glukóza, škrobový sirup, dusitany, NaCl (2-4%). Startovací kultury: BMK- laktobacily, pediokoky (tvoří kyselinu mléčnou, H2O2), stafylokoky a mikrokoky (kataláza), Kvasinky, plísně (aroma).
MIKROBIOLOGIE VAJEC
Vysoká vodní aktivita, obsah ţivin Antibakteriální mechanismy: kutikula, pH po snesení stoupne z 7,3 na 9,5; lysozym
Moţnosti kontaminace vajec mikroorganismy
hematogenní kontaminace (ve vaječnících) kongenitální kontaminace (vejcovod) extragenitální (podtlak po snesení)
MIKROBIOLOGIE VAJEC
Mikroorganismy na skořápce: 102 aţ milion na cm2, Micrococcus, Alcaligenes,
Pseudomonas, Escherichia, Salmonella, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Rhizopus.
Mikrobiologie potravin –cv.
Mykotoxiny Mikrobiologie pitné vody Mléčné a máselné kvašení Mikrobiologie mléka
ONEMOCNĚNÍ Z POTRAVIN
Onemocnění vyvolaná ţivými mikroorganismy: Salmonella, Campylobacter, enteroviry Onemocnění vyvolaná mikrobiálními toxiny: mykotoxiny, botulismus (Clostridium botulinum), stafylokokové enterotoxikosy (Staphylococcus aureus)
Onemocnění z potravin působené mikroorganiz Onemocnění působená ţivými mikroorganizmy -
samonelózy kampylobakteriózy listeriózy průjmy působené E. coli rod Shigella rod Yersinia
Onemocnění působené bakteriálními toxiny -
stafylokokové enteritidy botulizmus otravy působené Clostridium perfringens otravy působené Bacillus cereus
Nejčastější infekční onemocnění z potravin (podle zprávy EK z r. 2002) Baktérie
Počet případů
Salmonella
150 000
Campylobacter
150 000
Yersinia
10 147
Escherichia
2 264
Brucella
2 386
Listeria
860
Mycobacterium
49
Onemocnění z potravin Hlavní původci (USA, 1999) Původce Campylobacter Salmonella Shigella E. coli Yer. enterocolitica Lis. monocytogenes
% 17,3 14,8 5 2,1 0,9 0,5
Hlavní patogeni potravin (USA 1983 – 1987) patogen
případy
%
úmrtí
%
Salmonella
31 625
61
39
66
140
0,3
10
17
S. aureus
3 181
6,2
0
0
C. perfringens
2 743
5,4
2
3,4
hepatitis A
1 067
2
1
1,7
C. botulinum
Zoonózy Podle zprávy EK z roku 2002 je třeba věnovat pozornost celkem 11 zoonózám: o o o o o o o o o o o
Salmonelóza (150 000 případů ročně) Kampylobakterióza (150 000) Yersenióza (10 147) VTEC (2 664) Brucelóza (2 386) Listerióza (860) Toxoplazmóza (477) Echinokokóza (266) Tuberkulóza (49) Trichimelóza (48) Vzteklina (1)
Onemocnění z potravin působená mikroorganizmy Onemocnění působená živými mikroorganismy o o o o o o
Salmonelózy Kampylobakteriózy Listeriózy Průjmy působené E. coli Shigellosis Yersiniosis
Onemocnění působená bakteriálními toxiny o o o o
Stafylokokové enteritidy Botulismus Otravy působené Clostridium perfringens Otravy působené Bacillus cereus
Bakteriální toxiny Endotoxiny
Exotoxiny
Chemická struktura
Lipopolysacharidy
Proteiny
Část buněčné stěny
Ano
Ne
Hlavně G- bakterie
Ano
Ne
Extracelulární Kódováno plazmidem nebo fágem Přeměna v toxoid
Ne
Ano
Ne
Často
Ne
Často
Antigenní vlastnosti
Slabé
Ano
Neutralizace protilátkami
Slabá
Ano
Ano
Ne
Termostabilita
Prionová onemocnění lidí a zvířat Onemocnění
Hostitel
CJD, GSS
Lidé
Kuru
Lidé
Bovinní spongioformní encefalopatie („nemoc šílených
Skot, v zajetí žijící kopytnatci, kočka domácí
krav“) CWD (chronické vyčerpání)
Jelen, los
CJD – Creutzfeldt-Jacob disease Ovce, koza CWD – Chronic wasting disease – Gerstmann-Sträussler-Scheinker syndrom Přenosná GSS encefalopatie norků Norek
Skrapie
Lidské střevní viry přítomné v potravinách 1. Picornaviry
Polioviry 1-3 Enterovirus 68-71 Virus hepatitidy A
2. Reoviry
Reovirus 1-3 Rotaviry
3. Parvoviry
Lidské gastrointestinální viry
4. Papovaviry
Lidské BK a JC viry
5. Adenoviry
Lidské adenoviry typu 1-33
Deset zlatých pravidel WHO 1) nakupovat nezávadné potraviny 2) dokonalá tepelná úprava 3) konzumace nejlépe ihned po úpravě 4) skladování uvařených potravin při > 60 °C nebo < 5 °C 5) důkladné ohřívání 6) zabránit styku syrových a uvařených potravin 7) mýt si opakovaně ruce 8) čistota kuchyňského zařízení 9) ochrana potravin před hmyzem a hlodavci 10)používat pouze pitnou vodu
Probiotika, prebiotika, synbiotika
Probiotika Živé mikrobiální kultury, které po podání per os příznivě ovlivňují zdraví hostitele, prostřednictvím změn střevní mikroflóry
Prebiotika Látky stimulující rozvoj příznivých bakterií v trávicím traktu (fruktooligosacharidy, galaktooligosacharidy, mateřské mléko, bifidogenní účinky)
Synbiotika Kombinace probiotik a prebiotik
Změny ve fekální mikroflóře v průběhu života (Mitsuoka, 1992)
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
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
Počty a druhy bifidobakterií v mléčných výrobcích Product
Product type
Country
AB ABT Acido Activia Bianko BioKefir Biomild Bion3 Biospega Biotic Dr. Bio Hollandia KYR Olmavit Pangamin Rajo Sacco Stefit Symbiolact Trevis Tropico Yogurt Yoplait
butter kefir-like milk yogurt yogurt yogurt kefir-like milk yogurt freeze-dried powder yogurt yogurt yogurt yogurt yogurt yogurt freeze-dried powder yogurt freeze-dried powder fermented milk freeze-dried powder freeze-dried powder ice-cream freeze-dried powder yogurt
Czech rep. Czech rep. Czech rep. Czech rep. Czech rep. Russia Netherlands Germany Italy Germany Czech rep. Czech rep. Italy Czech rep. Czech rep. Slovakia Italy Czech rep. Germany Denmark Czech rep. Canada Czech rep.
Bifidobacterial counts Identification (log CFU/ mL) 0.00 - 2.00 5.83 - 6.16 5.79 - 7.01 3.90 - 7.72 4.65 5.05 4.60 2.48 4.00 - 5.20 7.15 5.20 - 6.32 6.31 7.53 - 8.62 4.85 - 6.78 0.00 - 2.00 2.37 8.87 6.01 9.87 9.13 6.58 4.32 4.64-5.36
Not identified B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis Not identified Not identified B. animalis / B. lactis B. longum B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis Not identified B. longum B. longum B. animalis / B. lactis Not identified B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis B. animalis / B. lactis B. longum B. animalis / B. lactis
Prebiotika o o o o o
Fruktooligosacharidy – FOS (inulin) Galaktooligosacharidy – GOS (TOS, SOS) Laktulosa, laktosa Manooligosacharidy (MOS) Xylooligosachridy (XOS)
Substráty pro růst bakterií v tlustém střevu člověka (podle Rastalla et al., 2000)
Substrát
Množství (g/den)
rezistentní škrob
8 - 40
ostatní polysacharidy (vesměs složky stěn rostlinných buněk)
8 - 18
nestrávené cukry
2 - 10
oligosacharidy
2-8
bílkoviny
3-9
Obsah inulinu v jedlém podílu některých druhů zeleniny, ovoce a obilovin (podle Velíška, 1999)
Potravina
Inulin (%)
čekanka (kořen)
15 - 20
topinambur (hlíza)
16 – 20
jakon (hlíza)
až 20
česnek
9 – 16
pór
3 – 10
cibule
1,1 – 7,5
banány
0,3 – 0,7
pšenice
1–4
žito
0,5 – 1
Synbiotika = kombinace probiotik a prebiotik
www.probiotika-prebiotika.cz
