Mikrobiologia Przemysłowa

Mikroorganizmy stosowane w

procesach przemysłowych

Drzewo życia – czyli filogenetyczny podział

organizmów planety Ziemia

FILOGENETYKA -

dyscyplina biologii zajmująca się odtwarzaniem

dróg rozwoju rodowego poszczególnych grup organizmów, zarówno
żyjących współcześnie, jak i w epokach minionych

Drzewo życia – czyli filogenetyczny podział

organizmów planety Ziemia

 Drzewo filogenetyczne zbudowane jest w oparciu o

taksony

 Takson - grupa organizmów na tyle do siebie podobnych, że

można ją wyróżnić i zaklasyfikować do jakiejś kategorii
systematycznej np. klasy, rodziny, gatunku

 Podstawową jednostką klasyfikacji biologicznej jest gatunek

 System klasyfikacji musi być oparty na cechach

występujących we wszystkich żywych organizmach

Drzewo życia – czyli filogenetyczny podział

organizmów planety Ziemia

Molekularna miara stopnia pokrewieństwa – sekwencja

DNA wspólnych genów – genów kodujących

rybosomalny RNA

(Carl Woese)

 dla organizmów prokariotycznych – geny kodujące 16S rRNA
 dla organizmów eukariotycznych – geny kodujące 18S rRNA

Molekularna miara stopnia pokrewieństwa

Porównanie sekwencji genów rRNA z różnych

organizmów

Organizm I ACTGCATTA

C

GCCTTAAGAGGCTCT

Organizm II ACTGCATTA

G

GCCTTAAGAGGCTCT

Organizm III ACTGCAT

A

A

T

GC

ACA

A

T

GAGGCTCT

Sekwencja

zmienna

Sekwencja

zakonserwowa

na

Sekwencja

zakonserwowa

na

Organizm I

Organizm II

Organizm III

Molekularna miara stopnia pokrewieństwa

- trzy domeny organizmów

Pyrococcus woesei

izolowany z morskiej solfatary (Porto di Levante, wyspa Volcano,

Włochy)

Domena: Archaea
Grupa: Euryarchaeota
Klasa: Thermococci
Rząd: Thermococcales
Rodzina:
Thermococcaceae
Rodzaj: Pyrococcus
Gatunek: Pyrococcus
woesei

 Beztlenowiec

 Optimum temperatury - 97 - 100°C

 Optimum pH - 6,0

 Optimum NaCl - 30%
 Produkty metabolizmu - H

2

, H

2

S (w obecności S

0

)

 Ziarniak

 0,8 - 2,0 μm

 Urzęsienie
lofotrichalne

Klasyfikacja taksonomiczna mikroorganizmów -

archeony

Deinococcus geothermalis

izolowany z gorących źródeł (Sao Pedro, Portugalia)

Domena: Bacteria
Grupa: Deinococcus-Thermus
Klasa: Deinococci
Rząd: Deinococcales
Rodzina: Deinococcaceae
Rodzaj: Deinococcus
Gatunek: Deinococcus geothermalis

 Tlenowiec

 Optimum temperatury - 45 - 50°C

 Optimum pH - 7,2

 Podwyższona oporność na promieniowanie jonizujące i UV

 Podwyższona oporność na warunki ograniczonej wilgotności

 Ziarniak

 Gram+

 Brak urzęsienia

Klasyfikacja taksonomiczna mikroorganizmów -

bakterie

Saccharomyces cerevisiae

izolowany ze skórek winogron

Domena: Eukarya
Królestwo: Fungi
Gromada: Ascomycota
Podgromada:
Saccharomycotina
Klasa: Saccharomycetes
Rząd: Saccharomycetales
Rodzina: Saccharomycetaceae
Rodzaj: Saccharomyces
Gatunek: Saccharomyces
cerevisiae

 Metabolizm tlenowy i beztlenowy

 Optimum temperatury - 25 - 30°C

 Optimum pH - 6,5

Klasyfikacja taksonomiczna mikroorganizmów -

eukariota

 komórki kuliste lub
owalne

 5 - 10 μm średnicy

Bakterie

 Mikroorganizmy jednokomórkowe
 Otoczone sztywną ścianą komórkową

(za wyjątkiem

mykoplazm)

 Brak jądra komórkowego, DNA zlokalizowane w cytoplazmie,

1 – 2 chromosomy, mogą zawierać DNA plazmidowe

 Szybki wzrost i metabolizm
 Rozmnażanie przez podział komórki
 Zdolność do horyzontalnego transferu genów – nabywania

DNA od innych mikroorganizmów i włączania go do własnego
genomu

 Wielkość: długość 1-5 μm; średnica 1-2 μm
 Kształt: kulisty lub owalny, cylindryczny, spiralny

Podstawowe kształty i ugrupowania
komórek bakterii

ziarniaki dwoinki paciorkowce
gronkowce

czworaczki pakietowce pałeczki

śrubowce
przecinkowce

Laseczki - Bacillus

Pałeczki - bacterium

Escherichia coli

Maczugowce -

Corynebacterium

Śrubowce - Spirillum i Krętki -

Spirochaetea

Przecinkowce - Vibrio

Ziarniaki - Coccus

Zdolność do ruchu – rzęski

występowanie i sposób ułożenia rzęsek jest cechą o

znaczeniu taksonomicznym

Taksja – ukierunkowany ruch jako odpowiedź na bodźce
zewnętrzne: chemo-, foto-, aero-, magneto-, termotaksja

monotrichal
ne

lofotrichaln
e

amfitrichalne

peritrichaln
e

Formy przetrwalne bakterii - endospory

Clostridium tetani

Bacillus thuringiensis

Otoczki bakteryjne

Neisseria meningitidis

dwoinka G-
wytwarza polisacharydową
otoczkę
optymalna temp. wzrostu 37°C
wzrost na pożywkach
wzbogaconych z dodatkiem
krwi

Postacie kliniczne zakażeń N. meningitidis

posocznica z zapaleniem opon mózgowo-rdzeniowych – 60%

posocznica z zapaleniem opon mózgowo-rdzeniowych – 60%

zakażeń inwazyjnych, śmiertelność ≤ 11%

zakażeń inwazyjnych, śmiertelność ≤ 11%

posocznica – 20% zakażeń inwazyjnych, śmiertelność 20 – 53%

posocznica – 20% zakażeń inwazyjnych, śmiertelność 20 – 53%

zapalenie

opon

mózgowo-rdzeniowych

–

20%

zakażeń

zapalenie

opon

mózgowo-rdzeniowych

–

20%

zakażeń

inwazyjnych, śmiertelność ≤ 1,2%

inwazyjnych, śmiertelność ≤ 1,2%

zapalenie spojówek, osierdzia, stawów, płuc

zapalenie spojówek, osierdzia, stawów, płuc

substancja czynna szczepionki – wyizolowane i

substancja czynna szczepionki – wyizolowane i

oczyszczone polisacharydy otoczki

oczyszczone polisacharydy otoczki

N.

N.

meningitidis

meningitidis

Obserwacja komórek bakterii

• Obserwacje mikroskopowe żywych bakterii

nie pozwalają na rozpoznanie kształtów i
szczegółów struktur komórkowych. Kształt
bakterii obserwuje się zwykle po ich
wybarwieniu.

• Do celów diagnostycznych stosuje się

barwienie różnicujące, metodę Grama,
która jest podstawą podziału bakterii na
dwie grupy o odmiennych cechach
fizjologicznych i biochemicznych.

Hans Christian Gram

(13.09.1853 –
14.11.1938)

Duński farmakolog i
lekarz. W roku 1884
opublikował

autorską

metodę

barwienia

bakterii.

Dokonał przełomowego
odkrycia
przyczyniającego się do
rozwoju mikrobiologii

Budowa ściany komórkowej bakterii G- i G+

G+

G-

Mechanizm barwienia metodą Grama

1. Komórki bakteryjne (G+ i G-) barwią się fioletem
krystalicznym.
2. Dodanie płynu Lugola powoduje, że fiolet reaguje z jodem, w
wyniku czego tworzą się stosunkowo duże kompleksy złożone z
barwnika i jodu.
3. Płukanie alkoholem powoduje, że w komórkach G+ następuje
zmniejszenie pustej przestrzeni w wielowarstwowych ścianach
komórkowych, mających wygląd wielu (ok. 50) nałożonych na
siebie siatek mureiny. W rezultacie kompleksy fioletu
krystalicznego z jodem nie mogą ulec wypłukaniu, co w
przypadku 1-2 warstw u bakterii G- nie jest przeszkodą i alkohol
świetnie wypłukuje barwnik.
4. Po zakończeniu płukania komórki G+ są fioletowe, zaś G- -
bezbarwne.
5. Dodatkowy barwnik np. fuksyna dobarwi komórki G- na kolor
czerwony, nie zmieniając barwy komórek G+.

Thermus Thermophilus - barwienie metodą Grama i błękitem

metylenowym

Deinococcus geothermalis – barwienie metodą Grama i błękitem
metylenowym

Promieniowce - Actinomycetales

• Bakterie, których komórki, w postaci cienkich

nitek, tworzą rozgałęzienia na wzór strzępków
grzybni; promieniowce tworzą też zarodniki
(spory, konidia).

• O przynależności do bakterii decydują: brak

jądra komórkowego, podobny skład chemiczny
ściany komórkowej, wrażliwość na fagi.

• Naturalne środowisko: gleba, rozkładająca się

masa roślinna, wilgotne stogi siana, torfowiska,
sterty odpadów organicznych, rzadziej zbiorniki
wodne.

Promieniowce - Actinomycetales

• Przeważnie tlenowce
• Są chemoorganotrofami
• Optymalna temperatura wzrostu 25-30 °C (zakres

15-37°C)

• Optymalne pH bliskie 7 (zakres 5,0-9,0)
• Barwią się Gram dodatnio
• Tworzą 3 rodzaje pseudogrzybni (powietrzną,

substratową i wgłębną)

• Rozmnażają się przez podział nitek pseudogrzybni

oraz zarodniki

Promieniowce - Actinomycetales

 Najważniejsze rodzaje promieniowców
• Actinoplanes
• Geodermatophilus
• Micromonospora
• Nocardia
• Streptomyces

Klasyfikacja na podstawie cech morfologicznych,

fizjologicznych i pigmentacji

Promieniowce -

Actinomycetales

Morfologia strzępek i układów sporonosnych

promieniowców

Przemysłowe zastosowanie bakterii

właściwych

i promieniowców

 Promieniowce
• produkcja

antybiotyków

(np.

aktynomycyna,

amfoterycyna B, kanamycyna, neomycyna, nystatyna,
tetracyklina)

• produkcja leków steroidowych - biokonwersja (kortyzon,

hydrokortyzon)

• produkcja witamin (witamina B

12

)

• produkcja enzymów (proteazy, izomeraza glukozowa)

Przemysłowe zastosowanie bakterii

właściwych

i promieniowców

 Bakterie właściwe
• produkcja kwasu octowego (Acetobacter sp.)
• produkcja kwasu mlekowego (Lactobacillus delbrueckii)
• produkcja fermentowanych produktów mlecznych (Lactococcus

lactis, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus)

• produkcja nizyny (Lactococcus lactis)
• produkcja kwasu glutaminowego (Corynebacterium

glutamicum)

• produkcja antybiotyków (Bacillus brevis – gramicydyna S)
• produkcja etanolu (Zymomonas mobilis)
 źródło genów kodujących enzymy
 nośnik obcych genów