Proč studovat biofilmy

Podobné dokumenty
Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

Viviana Fuchsová, Kamila Zdeňková, Martina Boháčová, Kateřina Demnerová

Mnohobuněčné kvasinky

Způsoby potlačení tvorby biofilmů event. jejich degradace. Doležalová Fehérová 2015/2016

ZDRAVOTNÍ NEZÁVADNOST

Úvod do mikrobiologie

Využití antibakteriálních testů v textilním průmyslu Mgr. Irena Šlamborová, Ph.D.

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

Ž i v o t n o s t (= životaschopnost = vitalita = viabilita)

5. Bioreaktory. Schematicky jsou jednotlivé typy bioreaktorů znázorněny na obr Nejpoužívanějšími bioreaktory jsou míchací tanky.

- na rozhraní mezi živou a neživou přírodou- živé jsou tehdy, když napadnou živou buňku a parazitují v ní nitrobuněční parazité

Mikrobiologie. Základní pojmy a informace určené zejména pro odborné pracovníky zabývající se kontaminovanými textilními materiály

MIKROSKOPIE JAKO NÁSTROJ STUDIA MIKROORGANISMŮ

MIKROORGANISMY EDÍ. Ústav inženýrstv. enýrství ochrany ŽP FT UTB ve Zlíně

ANALÝZA VÝSKYTU JEDNOTLIVÝCH BAKTERIÁLNÍCH DRUHŮ NA POVRCHU CENTRÁLNÍCH ŽILNÍCH KATÉTRŮ Autor: Mudroch T.

PRŮTOKOVÁ CYTOMETRIE - PERSPEKTIVNÍ ALTERNATIVA V ANALÝZE MIKROBIOLOGICKÝCH UKAZATELŮ KVALITY VOD

VYUŽITÍ PRŮTOKOVÉ CYTOMETRIE PRO DETEKCI ÚČINNOSTI FILTRACE BAKTERIÍ V PROCESECH ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD

Biofilm a jeho význam

Vliv chemických desinfekčních metod na bakteriální biofilm

tvoří tvoř biofilm biofilm tvoří biof tvoř ilm tvoří biof tvoř ilm tvoří biofilm tvoř

Látka toxická pro mikroorganismy a vyšší živočichy i v nízké koncentraci. Do prostředí se dostává: Používá se například:

Citlivost a rezistence mikroorganismů na antimikrobiální léčiva

CZ.1.07/1.5.00/

LNÍ VLASTNOSTI ENÍ ANTIMIKROBIÁLN ČESKÁ REPUBLIKA. CHUMCHALOVÁ J. a PLOCKOVÁ M. Ústav technologie mléka a tuků

Lactobacillus brevis kazit pivo

Metabolismus, taxonomie a identifikace bakterií. Karel Holada khola@lf1.cuni.cz

Enterotoxiny Staphylococcus aureus. Jana Kotschwarová Andrea Koťová

Anaerobní proces. Anaerobní rozklad organických látek. Bioplyn

Modul 2 Mikrobiologie

Životaschopnost. (= vitalita = viabilita) počet živých buněk. 100 = [%] počet všech buněk

Chemila, spol. s r.o. Chemická a mikrobiologická laboratoř Za Dráhou 4386/3, Hodonín

Mikrobiologické zkoumání potravin. Zákonitosti růstu mikroorganismů v přírodním prostředí, vliv fyzikálních faktorů na růst mikroorganismů

MTI Cvičení č. 2 Pasážování buněk / Jana Horáková

ČSN EN ISO ČSN ISO ČSN EN ISO 6579, kromě bodu

Anaerobní proces. Anaerobní rozklad organických látek. Bioplyn

M. Laichmanová NOVINKY V NABÍDCE KONTROLNÍCH KMENŮ ČESKÉ SBÍRKY MIKROORGANISMŮ

Izolace nukleových kyselin

Metody sterilní práce. Očkování a uchovávání mikroorganismů.

Biofilm a jeho význam

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

ZDRAVOTNÍ NEZÁVADNOST POTRAVIN

ANTIBIOTIKA. Mgr. Marie Vilánková. Joalis s.r.o. Všechna práva vyhrazena

Oblasti vlivu mikroorganismů na hlubinné úložiště radioaktivních odpadů ODPADOVÉ FÓRUM 2015

Tvorba biofilmu potravinářsky významnými bakteriemi. Martina Hrubanová

DIAGNOSTIKA INFEKČNÍCH CHOROB KULTIVACE V LABORATORNÍCH PODMÍNKÁCH

ODSTRAŇOVÁNÍ KYANIDŮ Z MODELOVÝCH VOD

Stanovení celkového počtu mikroorganismů

Kultivační metody stanovení mikroorganismů

ZPRÁVA O VÝZKUMNÉ ČINNOSTI Společnost: Výzkumný ústav mlékárenský s.r.o. Právní forma: společnost s ručením omezeným

INOVATIVNÍ ŘEŠENÍ PŘI ZJIŠŤOVÁNÍ A ODSTRAŇOVÁNÍ BIOFILMŮ VÝROBEK ŠETRNÝ K ŽIVOTNÍMU PROSTŘEDÍ

Vypracovaly: Martina Hejtmánková Michaela Stapajová

Kapitola III. Poruchy mechanizmů imunity. buňka imunitního systému a infekce

analýza dat a interpretace výsledků

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

INTERPRETACE VÝSLEDKŮ CITLIVOSTI NA ANTIBIOTIKA. Milan Kolář Ústav mikrobiologie Fakultní nemocnice a LF UP v Olomouci

Pouţití hydrolytických enzymů při produkci bioplynu z odpadů: Výsledky z praxe

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky

prokaryotní Znaky prokaryoty

Ukázky: CCM katalog Anaerostat + generátor anaerobní atmosféry Plastové kličky Termostat se třepačkou. Očkovánía kultivace

Fermentace. Na fermentaci je založena řada potravinářských výrob. výroba kysaného zelí lihovarnictvní pivovarnictví. mlékárenství.

1) Pojem biotechnologický proces a jeho fázování 2) Suroviny pro fermentaci 3) Procesy sterilizace 4) Bioreaktory a fermentory 5) Procesy kultivace,

Prevence ventilátoro Prevence pneumonie

Úprava odpadní vody Biologická úprava odpadní vody

Obecná mikrobiologie. Bakterie Viry Paraziti Houby

Bakterie mléčného kvašení jako původci kažení masných výrobků. Co je to zkažená potravina? Faktory ovlivňující mikrobiální kažení

Citlivost vybraných kmenů bakterií k dezinfekčním přípravkům

Citlivost bakterií izolovaných z prostředí k dezinfekčním přípravkům

NÁVRH A PŘÍPRAVA PEPTIDŮ A LIPOPEPTIDŮ S ANTIMIKROBIÁLNÍM ÚČINKEM A STUDIUM JEJICH BIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ

Oborový projekt 2013/2014 (návrh témat)

VÍME VŠE O PREVENCI NEMOCNIČNÍ INFEKCÍ SPOJENÝCH S KATETRIZACÍ CENTRÁLNÍ ŽÍLY?

TECHNIKA PRO ZPRACOVÁNÍ ODPADŮ (13)

Rezistence patogenů vůči antimikrobialním látkám. Martin Hruška Jan Dlouhý

Film-Utile D. Přípravek s kyselinou mléčnou pro dezinfekci struků po dojení. Popis. Přednosti. Vlastnosti. Legislativa

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence. Výměnu látek Růst Pohyb Rozmnožování Dědičnost

Krajská hygienická stanice Pardubického kraje se sídlem v Pardubicích. Hygiena povrchů, předmětů, instalací a zařízení ve školních jídelnách

Monitoring mikrobiologického oživení v provozu demineralizační linky na elektrárně Ledvice

Blu-Gard N Dip D. Přípravek s kyselinou mléčnou pro dezinfekci struků po dojení. Popis. Přednosti. Vlastnosti. Legislativa

Molekulární biotechnologie. Nový obor, který vznikl koncem 70. let 20. století (č.1)

Dana Baudišová. Novinky v mikrobiologii vody 2016

Fouling a biofouling membrán při provozu MBR, metody potlačení Mgr. Ing. Bc. Lukáš Dvořák, Ph.D.

Funkční vzorek 5454/2017. Set ke stanovení minimálních inhibičních koncentrací antimikrobiálních. látek u Pseudomonas spp.

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

PŘEDMLUVA...ii. OBSAH...ii 1. ÚVOD...1

Nutriční aspekty konzumace mléčných výrobků

Kosmetika a kosmetologie Přednáška 12 Konzervace kosmetických přípravků II

Mikrobiologický stav restauračních výčepů

Obecná charakteristika živých soustav

TEORETICKÝ ÚVOD. Počítání buněk

Odběr a transport biologického materiálu do mikrobiologické laboratoře. Jana Juránková OKM FN Brno

Potravinářské aplikace

let na trhu JEDINÝ ČESKÝ VÝROBCE MYČEK PODLOŽNÍCH MÍS

Funkční vzorek 5452/2017. Set ke stanovení minimálních inhibičních koncentrací antimikrobiálních. látek u gramnegativních bakterií II.

Fluorescenční mikroskopie

Genetika bakterií. KBI/MIKP Mgr. Zbyněk Houdek

Dana Baudišová. Mikrobiologický rozbor podle novely vyhlášky o pitné vodě

Gramovo barvení bakterií

ANALÝZA VÝSKYTU JEDNOTLIVÝCH BAKTERIÁLNÍCH DRUHŮ V DÝCHACÍCH CESTÁCH PACIENTŮ TRPÍCÍCH CYSTICKOU FIBRÓZOU ZÁVAŽNOST VE VZTAHU K EXACERBACÍM

PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ORGANISMY

Transkript:

Proč studovat biofilmy

Definice: biofilm je komplexní seskupení mikroorganismů rostoucích na pevném podkladu. Pro biofilmy je charakteristická strukturální heterogenita, genetická diverzita, komplexní interakce uvnitř společenstva a extracelulární matrice z polymerních látek (substances) EPS.

Proč studovat biofilm? Bakteriální biofilmy působí vážné problémy 1. V průmyslu primárně ve vodních systémch, střižné síly nejsou schopné zastavit tuto tvorbu. 2. Problematika lidského zdraví: - rezistence k antimikrobiálním látkám - zpomalené pronikání antimikrobiálních látek - biofilmy na lékařských instrumentech.

Vývoj tvorby biofilmu Mikroorganismy schopné přilnout na povrch využívají nutrienty přítomné na povrchu potravin nebo technologického zařízení a začínají se množit (proliferate). Ostatní mohou za určitých podmínek vylučovat polysacharidy, které slouží jako ochrana před environmentálními stresy a následně znemožňují jejich odstranění z povrchů. Tato trojrozměrná (3-D) matrice (matrix) složená z polysacharidů, proteinů, DNA a mikroorganizmů je označovaná jako biofilm.

Jak se biofilm začíná tvořit? Tvorba biofilmu začíná připevněním (attachment) volně rostoucích mikroorganismů k povrchu. Tito první kolonisté se přichycují k povrchu pomocí slabých a reversibilních van der Waalsových sil. Nejsou-li kolonisté okamžitě odstranění z povrchů, mohou se vzájemně kotvit za účasti adhezivních proteinů a bičíků (pili.)

Biofilmy jsou přirozeným způsobem existence mikroorganismů Vybudovaná struktura biofilmu sestává z mikrobiálních buněk a EPS (extrapolymerní látky), má definovanou architekturu a skýtá optimální prostředí pro výměnu genetického materiálu mezi buňkami. Buňky také spolu komunikují pomocí quorum sensing, a tento mechanismus může také ovlivnit procesy uvnitř biofilmu, jako je jeho rozpad (detachment.)

EPS Složení: - polysacharidy(exopolysacharidy), proteiny, fosfolipidy, NK Exopolysacharidy: - vysokomolekulární látky, složené z monosacharidů a necukerné složky, které jsou specifické pro jednotlivé MO - N-acetyl-heparosan ( Escherichia coli) - Dextran ( Lactobacillus hilgardii) Poskytuje ochranu před antimikrobiálními látkami, UV zářením, změnou ph, osmotickým šokem a dehydratací Umožnuje zachytit živiny Zabraňuje přistupu biocidu, toxinu, težkych kovu

Bill Costerton 1934-2012 Ředitel Centre for Biofilm Engineering, Montana State University, USA Umístil se mezi 100 nejvíce citovaných autorů v mikrobiologii. Mikroorganismy rostoucí ve formě biofilmu jsou více rezistentní k antibiotikům než planktonní buňky. Costerton, J.W., G.G.Geesey, and G.K.Cheng. 1978. How bacteria stick. Sci.Am. 238: 86-95

Vývojová stadia tvorby biofilmu

Metody ke studiu biofilmů Konfokální skenovací laserová mikroskopie Mikrotitrační destičky, barvení krystal. violetí Plovoucí seskupení v kapalinách d Tvar a velikost kolonií na agarových mediích

Honeycomb biofilm structure of L. monocytogenes

Nerezové kupony. Biofilmy byly vytvořeny kmeny E. coli O157:H7 strain ATCC 43895 (A) a ATCC 43895-(B) při 22 C. Kupony (2 x 5 cm) jsou drženy pinzetou.

Biofilmy lze pěstovat v laboratoři s použitím levných přístrojů. Různé typy průtočných cel.

Využití kuponů Kupony slouží jako povrchy na které bakterie adherují. Lze je připravit na zakázku, nebo si je zhotovit. Např. nerezové kupony získáme rozřezáním plechu na vhodné rozměry. Podobně se pracuje se sklem a plasty. Povrch lze vyleštit, nebo opatřit testovanou nátěrovou látkou. Po vytvoření biofilmu je nutné jej z kuponů vhodným způsobem snést a analyzovat.

Testování tvorby EPS u S. aureus Kongo červeň přidaná do media

Health Risks from Microbial Growth and Biofilms in Drinking Water Distribution Systems 2002 U.S. Environmental Protection Agency Office of Ground Water and Drinking Water Standards and Risk Management Division 1200 Pennsylvania Ave., NW Washington DC 20004 http://www.epa.gov/safewater/disinfection/tcr/regulation_revisions.h tml

Cílem tohoto dokumentu je přehled: Mikrobů přítomných nebo spojených s biofilmy, které mohou být ohrožením zdraví uživatelů distribučního systému; Typů onemocnění u každého patogenu nebo jeho metabolického produktu ; Dráhy kterými patogeny mohou vstupovat do distribučního systému Faktory ovlivňující přežití a růst patogenů v distribučním systému; Vliv biofilmů na další zdravotní aspekty spojené s distribučním systémem; Vhodná opatření pro omezení rozvoje biofilmu; Vhodné indikátory přítomnosti biofilmu a účinnost jeho kontroly;

What is Quorum sensing regulation

Patogeneze Infekce plic při cystické fibróze (Pseudomonas aeruginosa) Zánět středního ucha Zánět žlučových cest (G střevní tyčinky) Periondotitida (zánět podpůrných tkání zubů) Endokarditida (zánět srdečních chlopní) Keratitida (zánět rohovky) Tvoří se na umělých implantátech, katétrech

Biofilmy na lékařských implantátech Tab. Příklady některých infekcí způsobených biofilmem asociovaným s implantátem

Typy biofilmů V přírodě, biofilmy existují primárně jako komplexy multidruhových společenství bakterií, ve kterých každý druh zaujímá svou ekologickou niku uvnitř biofilmu v souladu se svým metabolismem a morfologií. Povaha těchto vícedruhových biofilmů je daná aktuální přítomností druhů a jakou roli každý druh plní. Např. jeden druh může provádět anaerobní fermentace ve spodních vrstvách, ale v jiném prostředí může využívat aerobní metabolismus, v přítomnosti odlišných sousedících mikrobů.

Quorum-sensing

Biofilmy urychlují tvorbu rezistentních bakteriálních kmenů

Pozitiva a negativa biofilmů Přirozeně utvořené biofilmy redukují přenos tepla ve výměnících tepla a v chladících věžích, znečisťují při reversní osmose membrány, a kontaminují výrobní zařízení potravinářského průmyslu. Vícedruhové biofilmy jsou využívány průmyslově, hlavně při čištění odpadních vod, kde odstraňují organické látky a také těžké kovy. Přítomnost mnoha druhů umožňuje ošetření odpadů o různém složení a kde složení jednotlivých složek kolísá.

Dopad biofilmů na průmysl Biofilmy jsou z hlediska ekonomiky problematické. Tvorba biofilmů ztěžuje sterilizační procesy v potravinářském průmyslu. Mikroorganizmy v biofilmech jsou více odolné k desinfekčním látkám, detergentům užívaným k sanitaci apod. Koroze způsobená nasedáním biofilmů představuje velký problém v průmyslu a má dopady na ekonomiku.

Biofilmové reaktory Reaktory mohou být jednoduché jako např. batch reaktor, kontinuální míchaný reaktor (CSTR), packed bed reactor (PBR), fluidized bed reactor (FBR), airlift reaktor (ALR), upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reaktor, nebo jiná vhodná konfigurace.

Použití biofilmových reaktorů Produktivita těchto reaktorů převyšuje všechny ostatní typy reaktorů. Dobře dokumentovaná je produkce ethanolu, butanolu, kys. mléčné, kys. octové acid/octa, kys. jantarové a fumarové, kromě toho jsou biofilmové reaktory využívané při čištění odpadních vod. Biofilmové reaktory mají vysokou kapacitu pro využití v biotechnologii/biotransformace pro své ekonomické výhody.

A Bioethan biofilm airlift suspension and expanded granular sludge blanket (Biobed) reactors at Gist Brocades B Pagues CIRCOX (foreground; 140 m 3 ) and internal circulation (background; 385 m 3 ) reactors at a brewery in Brazil

Čištění odpadních vod Dva typy biofilmu jsou využívané : 1) Biofilmy rostoucí na nosičích jako je křída, dřevěné uhlí, pryskyřice,smůla, beton, kostní uhlí, jílové cihličky, nebo písek. Biomasa roste na povrchu všech uvedených částic, velikost částic se nárůstem biofilmu zvětšuje, až na několik mm v průměru. Hustota podpůrných částic je obvykle vyšší než v planktonicky kultivované fermentační půdě. Vzhledem k vyšší hmotnosti tyto biočástice setrvávají v dolní sekci reaktoru. 2) Biofilmy se tvoří jako výsledek tvorby vloček. Tento typ biofilmu je označován jako granulární biofilm a reaktor, kde se tyto biofilmy aplikují je nazýván granulární biofilmový reaktor. Tvorba granulí může trvat několik týdnů až několik měsíců. Buňky bakterií tvoří extracelulární polymerní látky (EPS), které pevně váží buňky k sobě a tak tvoří vločky i větší agregáty.

BacLight Live/Dead stain

Barvící techniky živých buněk v biofilmu Barvivo obsahuje dvě rozdílná fluorescentní barviva, jedno je SYTO 9 zelené-fluorescentní barvivo nukleové kyseliny, další je červené-fluorescentní barvivo nukleové kyseliny, propidium jodid. SYTO 9 zelené-fluorescentní barvivo barví jak živé tak neživé buňky penetrací přes intaktní i porušenou buněčnou membránu. Avšak, propidum jodid barví pouze buńky s poškozenou membránou, což působí snížení zelené fluorescence v neživotných buňkách. Tedy, když se buňka jeví jako červená, je mrtvá. Když se buňka jeví jako zelená, znamená to, že je živá.

Stages of biofilm development