Eva Vlková č. dveří: 29

Transkript

1 Eva Vlková č. dveří: 29 podmínky udělení zápočtu: zkouška: písemná + ústní

2 Literatura katedrový web: 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

3 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

4 Mikrobiologie je věda studující mikroorganizmy mikroorganizmy: viry bakterie sinice některé houby některé řasy prvoci

5 Mikrobiologie rozdělení mikrobiologie podle předmětu: virologie bakteriologie protozologie algologie mykologie rozdělení mikrobiologie podle obecnosti: obecná systematická

6 Role mikroorganizmů v přírodě Koloběh látek o koloběh dusíku o koloběh uhlíku o koloběh síry o koloběh fosforu Přizpůsobivost mikroorganizmů o oxidace anorganických látek o množení ve vysokých teplotách o růst za nepřítomnosti kyslíku o růst za vysokého tlaku o schopnost přežívat nepříznivé

7 Historie mikrobiologie Fracastorius lékař, (1546) Nemoci jsou přenášeny kontaktem nebo i na velké vzdálenosti bez kontaktu živými entitami

8 počátek mikrobiologie R. Hooke první mikroskop A. van Leeuwenhoek krevní buňky, prvoci, bakterie

9 L. Pasteur ( ): o spoluzakladatel stereochemie o objevil původce alkoholového kvašení o technika sterilace a pasterace o izolace původců infekčních nemocí (sněť slezinná) o očkování proti vzteklině

10 R. Koch ( ) o izolace původce cholery a tuberkulózy o zavedl barvení bakterií anilinovými barvivy o zavedl používání polotuhých pěstebných prostředí

11 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 Z tohoto onemocnělého pokusného objektu musí být izolován mikroorganismus identický s tím, který byl pozorován a izolován v původním nemocném jedinci.

12 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

13 Rozlišovací znaky hlavních skupin mikroorganizmů znak viry bakterie houby prvoci typ buňky není prokaryotická eukaryotická eukaryotická buněčná stěna ne ano ano ne velikost nm 1-2 (10) μm 5-10 μm μm

14 Rozdíly mezi prokaryotickou a eukaryotickou buňkou charakteristika prokaryotická buňka eukaryotická buňka jaderná membrána velikost obvykle >2 μm mitochondrie - + endoplazmatické retikulum (ER) - + umístění ribozómů volně v cytoplazmě na ER chromozómy kruhové lineární

15 DALŠÍ ROZDÍLY MEZI PROKARYOTICKOU A EUKARYOTICKOU BUŇKOU Citlivost na antibiotika Chemické složení buněk Metabolismus

16 Viry o nebuněčný (podbuněčný) organizmus o velikost nm (někdy ) 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

17 stavba virové částice (virionu) o centrálně nukleová kyselina RNA nebo DNA, lineární nebo cirkulární, jedno nebo dvouřetězcová o proteinová kapsida

18 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

19 Velikost a morfologie virů

20 Virus chřipky (8 segmentů RNA) Virion HIV (2 molekuly RNA)

21 Stavba bakteriofága kapsid bičík límeček pochva RNA hlavička bičík bičíková vlákna bazální destička

22 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

23 Prionová onemocnění lidí a zvířat Onemocnění CJD, GSS Kuru Bovinní spongioformní encefalopatie ( nemoc šílených krav ) CWD (chronické vyčerpání) Skrapie Přenosná encefalopatie norků Hostitel Lidé Lidé Skot, v zajetí žijící kopytnatci, kočka domácí Jelen, los Ovce, koza Norek CJD Creutzfeldt-Jacob disease CWD Chronic wasting disease GSS Gerstmann-Sträussler-Scheinker syndrom

24 Průnik viru do hostitelské buňky

25 Reprodukce virů lytický x lyzogenní cyklus

26 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

27 Metabolizmus o parazité o nemají zásobní látky o minimum nebo žádné enzymy Význam o intracelulární parazité o genové manipulace o likvidace bakterií

28 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 N 2 o velmi krátká generační doba o menší než eukaryotická buňka o živiny přijímány celým povrchem, velký aktivní povrch k objemu

29 Tvary bakterií o koky o tyčinky pravidelné x nepravidelné o vláknité bakterie

30 KOKY Tetrakoky Diplokoky Sarciny Streptokoky Stafylokoky

31 osa dělení diplokoky streptokoky tetrády sarciny stafylokoky

32 TYČINKY rovné (pravidelné) nesporulující - sporulující zakřivené nepravidelné

33 TYČINKY ROVNÉ - nesporulující tyčinka diplotyčinka kokotyčinka tyčinka streptobakterie diplotyčinka streptobakterie kokotyčinka

34 TYČINKY ROVNÉ - Sporulující plektridium Clostridium Bacillus

35 TYČINKY ZAKŘIVENÉ vibrio spirila spirocheta

36 TYČINKY - nepravidelné bifidobakterie mykobakterie

37 Aktinomycety vláknité bakterie

38 STAVBA BAKTERIÁLNÍ BUŇKY (mesozom)

39 Vnější struktury postradatelné bičík o jen některé bakterie o orgán pohybu o antigenní vlastnosti o bílkovinná vlákna flagelin o mono-, lofo-, amfi- a peritricha

40 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

41 Vnější struktury postradatelné pouzdro, kapsula, slizovitý obal o ochrana buňky (enzymy, kyseliny) o zejména u patogenních bakterií o složeny hlavně z polysacharidů o pevná struktura (slizovitý obal nestrukturní) o antigenní vlastnosti vyvolává tvorbu specifických protilátek

42 Buněčná stěna o ochrana, udržuje stálý tvar o postradatelná o není u eukaryontů a archaebakterií o nepropustná pro velké molekuly o antigenní charakter (polysacharidy) o obsahuje receptory o určuje barvitelnost podle Grama, velké rozdíly ve složení u Gram + a - bakterií o typickým komponentem je PEPTIDOGLYKAN peptidoglykan o N-acetylmuramová kyselina + N-acetylglukosamin vytváří síťovitou strukturu o proteiny, aminokyseliny

43 Buněčná stěna G+ bakterií barví se do fialova o jednovrstevná o jednoduchá stavba o silná (30 nm) o peptidoglykan až 90 % o teichové a lipoteichové kyseliny rody: Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Streptomyces

44 Buněčná stěna G- bakterií barví se do červena o složitější struktura o tenká cca nm o trojvrstevná: vnější membrána proteiny, lipidy peptidoglykanová vrstva periplasmatický prostor - gel rody: Acetobacter, Azotobacter, Escherichia, Pseudomonas, Rhizobium, Salmonella

45

46 Vnitřní struktury nepostradatelné Cytoplazmatická membrána o rozhoduje o transportu látek o polopropustná o bariérová funkce o energetické a metabolické procesy o iniciuje replikaci DNA o obsahuje fosfolipidy, bílkoviny, glykolipidy o 5-10 nm

47 STAVBA CYTOPLAZMATICKÉ MEMBRÁNY fofátová skupina + glycerol (hydrofilní) fosfolipidová dvouvrstva mastné kyseliny (hydrofóbní)

48 mesozom o vchlípenina cytoplazmatické membrány o hlavní složkou jsou bílkoviny o energetické procesy, metabolizmus, syntézy

49 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

50 nukleoid o dvouvlákenná kruhová DNA (dsdna) o stopy RNA a bílkovin, bez jaderné membrány o 1 chromozom, genů, genetický kód o % veškeré dědičné informace buňky

51 Replikace DNA

52 plazmidy o o o o o o o o postradatelné, zvýšení genetické variability dvojvlákenná kruhová DNA vlastní replikační cyklus přenos z buňky do buňky v buňce (stejné plazmidy ve více kopiích) F-plazmidy (fertility = plodnosti) konjugace bakterií R-plazmidy (rezistence) přežití nepříznivých podmínek temperovaný dočasná součást chromozomu

53 Konjugace bakterií

54 Transformace

55 Transdukce

56 ribozomy o 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

57 Transkripce a Translace

58 spóra (endospóra) o odolný klidový útvar, vzniká uvnitř některých bakterií o neslouží k rozmnožování! o odolnost k vnějším podmínkám o dlouhodobě životaschopná o více obalů než vegetativní buňka o snížení obsahu vody o méně ribozomů o nulová metabolická aktivita o nepřijímá živiny

59 PRŮBĚH SPORULACE

60 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

61 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

62 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

63 Identifikace bakterií fyziologické vlastnosti: o vztah ke kyslíku o optimální teplota, ph o tolerance k solím, žluči a jiným látkám

64 Identifikace bakterií biochemické vlastnosti: zdroje živin, enzymy, metabolity molekulárně-biologické testy: genetická informace mikroorganizmu

65 Metody identifikace bakterií metoda čeleď rod druh kmen fenotypové testy %G+C + (+) amplifikace DNA + + serologické testy + fagotypizace + DNA-DNA hybridizace + +