1.Jakie domeny wyróŜnia się w obrębie organizmów Ŝywych; porównaj je.
WyróŜniamy 3 domeny: BAKTERIE, ARCHEA, EUKARYA.
Bakterie
Archea
Eucariota
Cecha
-
-
+
Otoczka jądrowa
-
-
+
Plastydy
+
- metanowe, ściana
białkowa, inna np.
pseudomureina;
+ NAG i TAL
-
Ściana peptydoglikanowa
Wiąz. estrowe
Wiąz. eterowe
Wiąz. estrowe
Błony lipidowe
70S
70S
80S
Rybosomy
-
+
+
Obecność intronów
-
-
+
Mitochondria
Rzadko
Rzadko
Częste
RozmnaŜanie płciowe
-
-
+
Mitoza
Dodatkowo:
Bakterie rozpoczynają podział komórkowy od zewnątrz komórki, Eukarya od wewnątrz
(w większości, są np. glony o podziale jak bakteryjny).
2. Pojęcie gatunku w mikrobiologii.
W mikrobiologii stosuje się taksonomię wielofazową w celu określenia gatunku
mikroorganizmu, tzn. taksonomię fenotypową, taksonomię genotypową oraz
sekwencjonowanie SSU(small subunit = podjednostka mniejsza?) rRNA
(>97%) i hybrydyzację genomową (>70%). Cechy fenotypowe uŜyteczne w
taksonomii mikroorganizmów to: morfologia, ruchliwość, wykorzystanie
pokarmu i cechy fizjologiczne, pigment, ciałka wtrętowe, warstwy
powierzchniowe, patogenność i wraŜliwość na antybiotyki. Molekularna analiza
biomolekuł w komórce obejmuje: hybrydyzację DNA:DNA, rybotypowanie
(analiza operonu rybosomowego składającego się z genów kodujących 16S,
23S oraz 5S rRNA wraz z rozdzielającymi je odcinkami) czy analizę lipidów. W
tej chwili wyróŜniamy ponad 5200 gatunków prokariontów, a dla zaliczenia
mikroorganizmów do tego samego rodzaju stawia się warunek 93-95%
identycznośći SSU rRNA. W nomenklaturze stosujemy system binominalny.
Gatunek bakterii to pojecie bardzo subiektywne określające grupę o podobnym
fenotypie i wspólnym pochodzeniu i dlatego bliŜsze jednym gatunkom bardziej
niŜ innym. Zwolennicy łączenia bakterii w większe grupy to lumpersi, a
zwolennicy dzielenia mikroorganizmów na wiekszą liczbę gatunków to
splittersi. Pojęcie gatunku w mikrobiologii jest dość płynne i niektórzy
naukowcy postulują wręcz jego nieadekwatność w tej dziedzinie biologii.
Jednym z przykładów, dla których wyraŜana jest taka opinia, jest przekaz
materiału genetycznego pomiędzy róŜnymi gatunkami bakterii.
Ostatnio zdecydowano, Ŝe gatunek wyróŜniamy na podstawie podobieństwa
genomów, dwa szczepy naleŜą do tego samego gatunku jeŜeli posiadają
podobny % moli G+C oraz genomy re asocjują w więcej niŜ 70%!!!!! %molowy
G+C – stosunek moli G+C do ogółu wszystkich zasad w DNA.
3. Historia mikrobiologii.
Przed 1650 rokiem – teoria samorództwa.
XVII w. – Marcello Malpighi (ojciec biologii mikroskopowej, odkrył działanie
kapilar), Robert Hook (odkrył istnienie komórek)
1684 - Anton van Leeuwenhook (odkrycie bakterii za pomocą prymitywnego
mikroskopu własnej konstrukcji)
1798 - Edward Jenner (szczepionka przeciwko ospie)
1857 - Louis Pasteur (mikrobiologiczna fermentacja kwasu mlekowego)
1860 (rola droŜdŜy w fermentacji alkoholowej)
1864 (obalenie teorii samorództwa)
1867- Ferdinand Cohn (Bacillus i proces sporulacji)
1867 - Rober Lister (antyseptyka)
1881 - Robert Koch (czyste kultury bakteryjne)
1882 (bakteryjna przyczyna gruźlicy)
1884 (postulaty Kocha)
1882 - Elie Metchnikoff (fagocytoza)
1884 - Chrystian Gram (barwienie Grama)
1889- Sergiej Winogradzki (pojecie chemolitotrofów)
1890 (autotroficzny wzrost chemolitotrofów)
1889 - Martinus Beijerinck (pojecie wirusów)
1977 - Carl Woese (odkrycie Archea)
1981 - Stanley Prusiner (charakterystyka prionów)
1988 - Kary Mullis (odkrycie PCR)
1995 - Craig Venter (sekwencje pierwszych genomów bakteryjnych)
2000 - Edward Delong (odkrycie Ŝyjących w wodach fototropicznych Archea
oraz protofotorodopsyny)
4. Prawa Kocha.
I.Organizm powodujący chorobę powinien być zawsze obecny u chorych
osobników, ale niewykrywalny u zdrowych.
II. Organizm chorobotwórczy musi być uzyskany w postaci czystej kultury z
organizmu chorego osobnika.
III.Komórki z czystej kultury powinny wywołać chorobę u zdrowych osobników.
IV. Organizm chorobotwórczy musi być ponownie wyizolowany z doświadczalnie
zakaŜonych osobników i powinien posiadać te same cechy co organizm
wyjściowy.
5. W jaki sposób uwidaczniamy bakterie
Bakterie mają małą zdolność załamywania promieni świetlnych więc są słabo
widoczne w zwykłym mikroskopie świetlnym. Ich obserwacja jest moŜliwa
dopiero po wybarwieniu. Przed rozpoczęciem barwienia naleŜy przygotować i
utrwalić preparat. Preparat wykonuje się poprzez rozprowadzenie zawiesiny
bakterii na szkiełku podstawowym, które następnie suszy się na powietrzu.
Utrwalenia materiału dokonuje się za pomocą czynników fizycznych
(ogrzewanie szkiełka z suchym preparatem w płomieniu palnika gazowego lub
umieszczenie w temp. 60oC na 10 min.) lub chemicznych (alkohol etylowy,
metylowy, formalina, pary kwasu osmowego). Utrwalenie zabija
mikroorganizmy ułatwiając wnikanie barwnika do komórki, powoduje teŜ
denaturację enzymów bakteryjnych zapobiegając autolizie i zwiększa
przyczepność komórek do szkiełka podstawowego. Większość barwników
uŜywanych w mikrobiologii to aniliny, pochodne benzenu, w cząsteczkach tych
związków wyróŜniamy grupę chromoforową- barwną i auksochromową zdolną
do tworzenia soli z barwionym substratem, jeŜeli chromofor jest jonem
dodatnim barwnik nazywamy zasadowym, w barwnikach kwaśnych chromofor
jest jonem ujemnym. W podstawowym podziale wyróŜniamy barwienie:
·Proste- preparat barwi się za pomocą jednego barwnika i wszystkie bakterie
są zabarwione podobnie.
·ZłoŜone- uŜywa się wielu barwników i bakterie reagują na róŜne barwniki w
inny sposób.
Dodatkowo wyróŜniamy barwienie pozytywne- polegające na barwieniu w
preparacie komórek drobnoustrojów i negatywne, które opiera się na
uwidacznianiu tła dzięki zjawisku odpychania się jonów ujemnych barwnika i
bakterii, metoda ta nie wymaga mocnego utrwalania preparatu.
Dodatkowo wspomnieć naleŜy, Ŝe barwniki zasadowe barwią negatywnie
naładowane ściany komórkowe, a barwniki kwaśne dodatnio naładowane
składniki komórki, np. białka.
Jedna z modyfikacji mikroskopu optycznego uŜyteczna do obserwacji bakterii
jest mikroskop ciemnego pola, który pozwala nam na obserwację preparatu
bez uprzedniego barwienia.
Innym sposobem obserwacji bakterii nie wymagającym równieŜ barwienia
moŜe być wykorzystanie mikroskopii elektronowej.
Barwienie Grama.
Barwienie złoŜone róŜnicujące, które w praktyce pozwala na indentyfikacje i
klasyfikacje bakterii na Gram dodatnie i Gram ujemne. Barwienie to zostało
opracowane przez Krystiana Grama w 1884 roku. UŜywa się do niego: fioletu
krystalicznego, płynu lugola, alkoholu etylowego i barwnika kontrastowego np.
safraniny. Bakterie, które zatrzymują barwnik podstawowy [fiolet krystaliczny]
to bakterie Gram dodatnie. Bakterie Gram ujemne to takie, które ulegają
odbarwieniu i po zabarwieniu przyjmują barwę barwnika kontrastowego.
6.
Jak określić skład komórki i jej frakcji
Aby określić skład komórki i jej frakcji interesujący nas rodzaj komórek poddajemy lizie,
metodami chemicznymi (poprzez enzymy, detergenty) lub fizycznymi (poprzez ultradźwięki-
sonifikację), frakcjonujemy składniki komórkowe, a następnie stosujemy analizę biochemiczną
składu. Istnieją róŜne sposoby frakcjonowania, np. poprzez wirowanie róŜnicujące w gradiencie
gęstości czy stęŜeń. Wirowanie róŜnicujące: 15,000 *g 10 min po czym sprawdza się czystość,
usuwa supernatant i wiruje ponownie 100,000 * g, jeŜeli czysty analiza biochemiczna; pierwsze
opadają ściany komórkowe, flagelle i błony, a w następnej kolejności rybosomy i błony.
Wirowanie w gradiencie cukru: określone części komórki rozdzielone ze względu na
odpowiadający im gradient cukru.
7. Budowa rybosomów
KaŜdy rybosom jest zbudowany z dwóch dopasowanych do siebie podjednostek: małej i duŜej.
Obie podjednostki są zbudowane z białek i rRNA (rybosomowy RNA). Podjednostki rybosomu
są ze sobą połączone tylko podczas translacji – po zakończeniu translacji danego łańcucha
białkowego podjednostki rozdzielają się, a podczas inicjacji translacji jakieś blisko siebie
znajdujące się podjednostki (jedna duŜa i jedna mała) łączą się ze sobą, odtwarzając rybosom. U
prokariotów występują rybosomy 70S. DuŜa podjednostka (50S) zawiera 34 białka i dwie
cząsteczki rRNA (5S rRNA i 23S rRNA), a mała podjednostka (30S) zawiera 21 białek i jedną
cząsteczkę rRNA. Rybosomy bakteryjne przypominają trochę rybosomy chloroplastowe i
mitochondrialne bo one równieŜ składają się z duŜej i małej podjednostki, tworzącej razem
cząsteczkę 55S. Fakt ten wspiera teorię endosymbiotyczną opisującą pochodzenie
mitochondriów i chloroplastów.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Rybosom
8.
Wakuole gazowe
Składa się ona z kilku lub wielu pęcherzyków gazowych o kształcie wrzecionowatym; ich ściany
mają grubość 2nm, brak u nich typowej budowy błonowej bo składają się z czystych białek o
układzie listkowym, powierzchnia hydrofobowa tych białek skierowana jest do wnętrza
pęcherzyka a hydrofilowa na zewnątrz; w komórce pęcherzyki gazowe ułoŜone są równolegle
względem siebie; w mikroskopie wyglądają one jak puste przestrzenie silnie skupiające światło.
Występują one u wielu bakterii wodnych, szczególnie u fototrofów ale równieŜ u tych nie
zawierających barwnika, u halobakterii. UmoŜliwiają one komórką zmianę gęstości i unoszenie
się w wodzie. Dzięki wakuolom gazowym niektóre bakterie nie posiadające rzęsek (czyli nie
mają zdolności aktywnego poruszania się) mogą pozostać w określonej warstwie wody gdzie
mają optymalne dla siebie warunki.
„mikrobiologia ogólna” Schlegel
9.
Struktury zewnątrzkomórkowe bakterii
•
Otoczki (kapsuły) – chroni przed przyczepianiem się wirusa, opóźnia wyschnięcie,
jest czynnikiem wirulencji, umoŜliwia przyczep bakterii do podłoŜa. Np. u Streptococcus
pneumoniae.
•
Śluz – polisacharydy, w których skład wchodzi arabinoza, glukoza, mannoza,
ksyloza, kwas glukuronowy. Np. Stigmatella aurantiaca.
•
U wielu bakterii występuje warstwa "powierzchniowa" (S-layer), złoŜona z
sztywno i ciasno ułoŜonych cząsteczek białka, przykrywających od zewnątrz komórkę
•
Fimbrie i rzęski – wyrostki białkowe o długości ok. 1 µm i średnicy 3-5 nm u
większości bakterii i 100-200 nm u bakterii wodnych – wtedy widoczne pod mikroskopem
świetlnym. Wszystkie zbudowane są z białek zwiniętych spiralnie zostawiając centralny kanał.
Niektóre mają zakończenia glikoproteinowe. Rzęski pełnią funkcję ruchową. MoŜe występować
jedna lub wiele róŜnie rozmieszczonych rzęsek, dodatkowo u tego samego organizmu w róŜnych
siedliskach rzęski mogą wykształcać się inaczej, np. w wodzie Vibrio porusza się za pomocą
pojedynczej rzęski, a na powierzchni agaru przy pomocy wielu. Aparat wprawiający rzęski w
ruch zbudowany jest z 2 par pierścieni (górne i dolne) u bakterii Gram– i jednej pary (dolnej) u
bakterii Gram+, wokół pary dolnej znajduje się krąg tworzony przez białko MOT (motoryczne)
nadające ruch, przez pierścienie przechodzi rdzeń, który przebija teŜ ścianę komórkową i
przymocowany jest do komórki za pomocą haka. Cały ten mechanizm nadaje rzęsce ruch
obrotowy. Fimbrie słuŜą zwykle do „kontaktu"- ułatwiają adhezję do innej komórki bakteryjnej,
przyczep do podłoŜa, transport białka poza komórkę, ruch ślizgowy, drgający, skoki. Pilusy to
rodzaj fimbrii pełniących waŜną role w koniugacji.
•
Kolce.- nie znalazłam nic w ksiąŜce, wujku google ani cioci wikipedii; w
wykładach teŜ nic nie ma.
10.
Budowa ściany komórkowej u bakterii G+
Ściana komórkowa bakterii Gram+ zbudowana jest z wielu warstw. Błona komórkowa znajuje
się pod ścianą komórki. Oprócz mureiny w ścianie komórkowej bakterii G+ znajdują się takŜe
inne związki chemiczne. Dodatkowe peptydoglikany G+ to: kwas N-acetylomuraminowy
(NAM) i N-acetyloglukozamina (NAG). Bardzo waŜnym składnikiem ściany są tutaj równieŜ
kwasy tejchojowe – cząsteczki glicerolu lub rybitolu połączone mostkami fosfoestrowymi. Ze
względu na duŜe ilości fosforu zgromadzonego w kwasach tejchojowych, brak tego pierwiastka
nie pozwala na syntezę tych związków. Wytwarzane są wtedy kwasy tejchuronowe, złoŜone z
utlenionych form cukrów. Występuje tu takŜe charakterystyczne dla bakterii G+ wiązanie
pentaglicynowe.
11.
Budowa ściany komórkowej u bakterii G-
U bakterii Gram- stwierdzono obecność jednej, w niektórych miejscach do trzech warstw.
Głównym jej składnikiem jest mureina. Brak tu wiązania pentaglicynowego występującego w
ścianach bakterii G+, nie stwierdza się teŜ obecności kwasów tejchojowych. W przypadku
bakterii G- ściana komórkowa jest otoczona dodatkową błoną, tzw. błoną zewnętrzną (skład:
fosfolipidy, białka, lipopolisacharyd - LPS).
12.
Czym róŜni się działanie lizozymów od penicyliny
Zarówno lizozym jak i niektóre antybiotyki, jak na przykład beta-laktamy, mają działanie
przeciwbakteryjne skierowane na ścianę komórkową bakterii. RóŜnica widoczna jest w mechanizmie
działania. Działanie lizozymu polega na rozrywaniu wiązań β-1,4-glikozydowych pomiędzy cząsteczkami
kwasu N-acetylomuraminowego i N-glukozaminą. W izotonicznym dla protoplastu roztworze sacharozy
nie dochodzi do lizy komórek. W takicha warunkach pod wpływem lizozymy tworzą się kuliste
protoplasty wraŜliwe na ciśnienie osmotyczne. W środowisku izotonicznym i hipertonicznym są one
stabilne natomiast w hipotonicznym pękają i pozostają po nich tylko resztki błony cytoplazmatycznej.
Protoplasty to tylko takie komórki które nie zawieraja pozostałości ściany komórkowej a więc kw.
Muraminowego ani kw.diaminopimelinowego.
Działanie np. penicyliny, zaliczanej do beta-laktamów, polega na blokowaniu aktywności enzymów
bakteryjnych - transpeptydaz (PBP) biorących udział w ostatnim etapie syntezy peptydoglikanu ściany
komórki bakteryjnej. Penicylina powoduje uszkodzenie tylko takich komórek, które są w fazie wzrostu.
Działa głównie na komórki gramdodatnie ale teŜ na niektóre gramujemne. W poŜywce hipotonicznej
penicylina powoduje pękanie rosnących komórek, natomiast izotonicznej i hipertonicznej formy
cylindryczne zamieniają się w kuliste, zwane formami L lub sferoplastami. Sferoplasty róŜnią się od
protoplastów tym ze posiadają resztki ściany komórkowej. Penicylina działa więc na syntezę ściany
komórkowej.
13.
Magnetosomy
Niektóre bakterie morskie potrzebują do Ŝycia ściśle określonej ilości tlenu, którego ilość jest
zmienna zaleŜnie od głębokości. Bakterie z rodzaju Magnetospirillum są mikroaerofilami, co
oznacza, Ŝe potrzebują do Ŝycia tlenu, ale w mniejszym stęŜeniu, niŜ to, które panuje w
atmosferze i w górnych warstwach zbiornika wodnego. Skąd te bakterie mają wiedzieć, gdzie
jest góra, a gdzie dół zbiornika? W orientacji pomaga im wewnętrzny kompas, czyli
magnetosomy. Są to przypominające łańcuszki koralików struktury zawierające duŜe ilości
magnetytu (Fe
3
O
4
), które pozwalają określić połoŜenie w ziemskim polu magnetycznym. Dzięki
ich odpowiedniemu ułoŜeniu w komórce bakterie z półkuli północnej przemieszczają się w
kierunku bieguna północnego, a te z półkuli południowej – południowego, czyli zanurzają się
coraz głębiej. JeŜeli ktoś podstępnie przeniesie mikroby z półkuli północnej na południe, to
nieświadome zmiany bakterie, nadal poruszając się zgodnie ze wskazaniami kompasu, wypłyną
na powierzchnię, gdzie czeka je śmierć (tycia kostuszka z maciupeńką kosą☺).
tak to wygląda☺
http://mikroby.blox.pl/html/1310721,262146,21.html?341844
14.
Metody bezpośrednie i pośrednie oceny liczebności bakterii
Metody bezpośrednie:
Komora Petroff - Haussera: liczy Ŝywe i martwe komórki.
Komora Coultera: komórki w roztworze soli fizjologicznej przepływają przez aparaturę
urządzenia – prąd elektryczny zostaje przerwany przy przejściu bakterii, mierzony jest puls,
apertura wynosi 10-30 µm – płyn musi być mocno rozcieńczony.
Metody pośrednie:
WaŜenie po odwirowaniu: określa się suchą masę – suszenie do stałej masy (np. przy ocenie
masy gdy izoluje się enzymy lub lipidy)..
Filtrowanie i suszenie w temp. 100-105
o
C przez 8-12 godzin (złe przy planie badań
biochemicznych).
Chemiczna analiza składników komórkowych: na podstawie zawartości azotu (14%) – płukanie i
trawienie komórek w kwasie siarkowym (bo N w NH
3
+
) + indykator i ocena kolorymetryczna.
Ogólna zawartość węgla: rozpuszczając próbę w silnie utleniającym odczynniku, jka
dwuchromian potasu w kwasie siarkowym, ilość węgla jest proporcjonalna do ilości
zredukowanego dwuchromianu.
Turbidometria: pomiar zmętnienia zawiesiny – rozpraszanie światła przez komórki, absorbancja
w określonym zakresie jest proporcjonalna do „mokrej" masy komórek; absorbancja jest log
stosunku światła uŜytego do przechodzącego (A=log[I
o
/I]).
Źródło – przepisane ze slajdów
15.
Metoda rozcieńczeń – opisz
SłuŜy ona do ilościowej analizy mikroorganizmów w poŜywkach płynnych.
Metoda seryjnych
rozcieńczeń Listera naleŜy do klasycznych technik stosowanych do określania liczby drobnoustrojów
oraz do izolowania czystych hodowli ze środowiska płynnego.
Polega ona na
wieloetapowym
rozcieńczaniu badanej zawiesiny, tak aby w 1 cm
3
znajdowała się jedna komórka. Podczas kolejnych
rozcieńczeń wykonuje się posiewy po 1 cm
3
do poŜywek płynnych co najmniej w dwóch powtórzeniach.
Następnie inkubujemy, a potem określamy ilość prób pozytywnych – czyli takich gdzie rosną nam
drobnoustroje.
Kolejnym krokiem jest wyliczenie w oparciu o rachunek prawdopodobieństwa
najbardziej prawdopodobną liczbę drobnoustrojów (NPL) w
1 cm
3
badanej próby, podczas tych
wyliczeń korzystamy z tablic McCrady’ego które opisują w sposób statystyczny ilość prób w których
drobnoustroje rosną, rozcieńczenia i ilość powtórzeń. Dokładność tej metody jest zaleŜna od
przygotowania właściwych rozcieńczeń i od ilości prób wykonywanych w tym samym czasie.
Warunkiem koniecznym jest przygotowanie takich rozcieńczeń aby w ostatnim nie było juŜ Ŝadnych
drobnoustrojów. Metoda ta jest bardzo czasochłonna, wymaga ona duŜej ilości sprzętu oraz czasu – są to
powody przez które jest rzadko stosowana.
16.
Metoda komory Petroff-Hausera
Metoda ta pozwala nam obliczyć całkowitą liczbę komórek.
Przy uŜyciu mikroskopu liczymy
komórki które są zawieszone w specjalnej komorze, której objętość jest nam znana (np. w komora
Petroff-Hauzera). Dla warstwy o grubości 0, 02 mm i powierzchni kwadratu o boku równym 0, 05 mm
objętość komory wynosi 5 x 10~ 8 cm3, a zatem liczba komórek tam znalezionych musi być pomnoŜona
przez 2 x 107 w celu otrzymania liczby komórek w 1ml.
17.
Stałe kultury
UmoŜliwia utrzymanie stałych warunków – stęŜenia substratu i innych parametrów hodowli, przez co
komórki są stale w fazie logarytmicznej, stan ten uzyskuje się poprzez ciągłe dodawanie nowego podłoŜa
do rosnącej populacji z jednoczesnym odprowadzaniem tej samej objętości poŜywki
CHEMOSTAT – naczynie hodowlane połączone ze zbiornikiem dostarczającym świeŜe podłoŜe ze
stałą szybkością; napowietrzanie i mechaniczne mieszanie
Czynnikiem podlegającym regulacji w tym układzie jest stęŜenie substratu
Zmiany gęstości bakterii, stęŜenia substratu, czasu podwojenia i plonu bakterii w zaleŜności od szybkości
rozcieńczania
Szybkość rozcieńczania (D)– zmiana objętości na godzinę, spowodowana doprowadzaniem poŜywki
Szybkość wymywania – prędkość z jaką bakterii ubywałoby z komory gdyby się nie rozmnaŜały
Szybkość przyrostu bakterii
Szybkość zmian gęstości bakterii = Szybkość przyrostu - Szybkość wymywania
JeŜeli szybkość wzrostu jest równa szybkości rozcieńczania to nie ma zmian biomasy, a gęstość jest stała
– hodowla w stanie równowagi
Bakterie zwykle rosną z maksymalną prędkością przy małym stęŜeniu substratu
De – szybkość rozcieńczania przy której następuje wypłukiwanie komórek
D = (0;De) tzn. szybkość wymywania wacha się w przedziale od 0 do De to gęstośc bakterii prawie się
nie zmienia, bakterie reagują zwiększeniem tempa wymywania skracaniem czasu generacji, czyli
zwiększaniem szybkości wzrostu oraz produkcji bakterii
D = De – zostaje osiągnięta maksymalna szybkość oraz wydajność wzrostu; w wycieku pojawia się
pewna ilość substratu
Przekroczenie De – spadek wydajności wzrostu oraz gęstości bakterii, stęŜenie substratu w wycieku
staje się równe stęŜeniu w poŜywce dopływającej
Wzrost w turbidostacie – w odróŜnieniu od hodowli w chemostacie jest ona oparta na utrzymaniu stałej
gęstości bakterii, czyli stałego zmętnienia. Reguluje to dopływ poŜywki za pomocą zaworu. Naczynie
hodowlane zawiera skadniki odŜywcze w nadmiarze, a bakterie rosną z maksymalną szybkością.
Hodowle takie są bardziej skomplikowane i bardziej wymagające niŜ w chemostacie.
Szczerze to nie bardzo rozumiem co autor naszego podręcznika miał na myśli z tymi literkami i
cyferkami :/
18.
Toksyczność tlenu dla mikroorganizmów- z czego wynika, jakie grupy
bakterii się wyróŜnia pod tym względem i czym się róŜnią
Tlen to końcowym akceptorem elektronów w oddychaniu tlenowym i jest niezbędny dla
wszystkich organizmów tlenowych. Toksyczność tlenu dla ścisłych tlenowców znana jest od
czasów eksperymentów Pasteura nad fermentacją masłową u bakterii. Ze zdziwieniem jednak
przyjęto fakt toksyczności tlenu wobec organizmów tlenowych i Ŝe większość tych organizmów
ma enzymy chroniące przed toksycznymi produktami tlenu.Przyjmuje się, Ŝe jedynie te
organizmy, które wytwarzają dysmutazę ponadtlenkową są zdolne do tolerowania tlenu. Enzym
ten wykryto u wszystkich (prawie) dotychczas zbadanych bakterii aerotolerancyjnych. JednakŜe,
poniewaŜ ta dziedzina badań intensywnie się rozwija, naleŜy na razie wstrzymać się od
wszelkich innych uogólnień.Większość organizmów, tak jak człowiek, potrzebuje tlenu
(organizmy te określamy jako tlenowce, czyli aeroby), jednak znane są bakterie i pierwotniaki,
które nie tylko potrafią Ŝyć w atmosferze beztlenowej, lecz wręcz nie tolerują tlenu. Mówimy, Ŝe
są to bezwzględne beztlenowce, czyli anaeroby obligatoryjne. Przykładem bakterii -
bezwzględnego beztlenowca moŜe być groźna dla człowieka laseczka tęŜca - Clostridium tetani.
Warunkiem Ŝycia tej bakterii jest brak tlenu w środowisku. Dla niej tlen jest pierwiastkiem
śmierci. Inną grupą mikroorganizmów są względne beztlenowce (anaeroby fakultatywne), które
mogą się rozwijać zarówno w obecności tlenu, jak i w atmosferze beztlenowej. Wśród
względnych beztlenowców moŜna wyróŜnić grupę mikroaerofili -mikroorganizmów, które czują
się lepiej przy obniŜonej zawartości tlenu w środowisku. Do tej grupy naleŜą róŜnorodne
bakterie, między innymi Campylobacter jejuni (główny sprawca biegunek), Treponema pallidum
(krętek blady wywołujący kiłę), a takŜe niektóre grzyby i pierwotniaki. Środowisko ubogie w
tlen jest korzystniejsze dla mikroaerofili, albowiem organizmy te przystosowały się do Ŝycia w
takich właśnie warunkach.
Organizmy aerobowe - w tym człowiek - przystosowały się w toku milionów lat ewolucyjnej
przeszłości do Ŝycia w atmosferze zawierającej 1/5 tlenu i wcale nie czują się lepiej, jeśli
naraŜone są na tlen w wyŜszych stęŜeniach.
19.
Wzrost bakterii w róŜnych temperaturach – grupy bakterii i siedliska
naturalne
GRUPA
OPTIMUM
TERMICZNE
PRZYKŁAD
SIEDLISKA
INNE
Psychrofile
0 - 15°C
nie mogą Ŝyć
powyŜej 20°C
Bacillus insolitus
Gallionella
•
wody morskie
•
polarnym lód i
woda
•
chłodnie
Mezofile
20-42°C
Ludzkie
patogeny - 37°C
optimum
Escherichia coli
Bacillus subtilis
•
gleba - 26-30°C
optimum
•
woda
•
organizmy Ŝywe
białka precypitują jeśli
są podgrzewane przez
8-10 min do temp.60°C
Termofile
42 - 75°C
Thermus aquaticus
•
gorące źródła
•
tereny wulkaniczne
•
kompost
•
gleba wystawiona na
bezpośrednie
działanie słońca
•
zbiorniki z
podgrzana wodą
białka stabilne w
wysokich
temperaturach
Hipertermofile
80-100°C
Methanothermus
fervidus
Archea - Sulfolobus
Desulfurococus
Methanothermus
Pyrodictium,
Metanopyrus
•
wulkany
podmorskie
białka stabilne w
wysokich
temperaturach
20.
Unikalne cechy bakterii i arche
W toku ewolucji te dwie grupy organizmów uzyskały cechy takie jak:
•
Umiejętność asymilacji azotu atmosferycznego
•
Umiejętność syntezy B
12
•
Są one zdolne do korzystania energii ze związków nieorganicznych takich jak, NH
4
, H
2
S, H
2
, Fe
2+
•
Mogą fotosyntetyzować bez chlorofilu
•
Zamiast tlenu jako akceptora elektronów wykorzystują związki organiczne takie jak
: CO
2
, NO
3-
, SO
4
2−
, S, Fe
3+
•
Posiadają zdolność do intensywnego wzrostu nawet w warunkach beztlenowych
•
Wykorzystują H
2
S, H
2
lub związki organiczne jako donor elektronów w
fotosyntezie
•
Posiadają zdolność wzrostu w temperaturach powyŜej 80 st. C
Jednym słowem są zajebiste ;)
21.
Podział mikroorganizmów ze względu na źródło energii, elektronów i węgla
(omówić z przykładami)
Źródło E
źródło C
FOTOAUTOTRO
FY
CO2
→
Obligatoryjne - donory elektronów to H
2
S, H
2
O, H
2
→
Anabaena virabilis
FOTOHETEROT
ROFY
→
Fotosynteza - jeŜeli jest tlen i donor elektronów(H
2
lub zw.
organiczny)
→
Zwykle wymagają witaminy B
→
Rhodomicrobium sp. - źródło węgla octan
CHEMOAUTOT
ROFY
CO2
→
Wykorzystują zredukowane zw.organiczne do asymilacji CO
2
i
jako źródła energii
→
Utleniają H
2
, NH
3
, NO2-, H
2
S, Fe – źródło energii
→
Tlenowe - wykorzystują tlen jako akceptor elektronów
→
Niektóre beztlenowe Archea - wykorzystują siarkę jako
akceptor elektronów
→
Thiobacillus perometabolis S - energia, CO
2
– źródło C
CHEMOHETEROTR
OFY
→
Pobierają zw. org. jako źródło C i energii; czasem są to róŜne
substancje np. org redukujące S korzystają z H
2
jako źródła
energii ale wymagają zw. org. do biosyntezy
→
Większość mikroorganizmów
→
Micrococcus luteus glukoza – energia, źródło C
Źródło energii
FOTOTROFIA - światło jako źródło energii dla metabolizmu i wzrostu
•
Np. glony, sinice, beztlenowe bakterie fototroficzne
CHEMOTROFIA - reakcje chemiczne niezaleŜne od światła (przekształcanie związków
chemicznych) jako źródło energii dla metabolizmu
•
Reakcje redoks przeprowadzane na substracie odŜywczym lub zredukowanych
związkach nieorganicznych - H
2
, NH
3
, NO
2-
, H
2
S lub Fe
3+
•
Wszystkie organizmy niefotosyntetyzujące
Źródło elektronów
LITOTROFIA - związki nieorganiczne (NH
4
+
lub H
2,
H
2
S, S, CO
2
, Fe
2+)
jako donory
elektronów
•
Fotolitotrofy - sinice, glony
•
Chemolitotrofy - bakterie azotowe, bakterie utleniające siarkę
ORGANOTROFIA - substancje organiczne jako donory elektronów
•
Zwykle chemotrofy
•
Grzyby, większość Protozoa
Źródło węgla do biosyntezy
AUTOTROFIA - węgiel pozyskiwany z CO
2
•
Zazwyczaj litotrofy
•
Glony, sinice, bakterie nitryfikacyjne, bakterie utleniające siarkę
HETEROTROFIA - węgiel pozyskiwany ze związków organicznych
•
Zazwyczaj chemoorganotrofy
•
Grzyby, większość bakterii, Protozoa
22.
RóŜnice pod względem wymagań co do składu poŜywki
Mikroorganizmy do wzrostu wymagają źródła energii, węgla, soli mineralnych; czasem
czynników wzrostowych (witamin, aminokwasów, zasad purynowych i pirymidynowych)
• Auksotrofy - organizmy wymagające do wzrostu dodatkowych czynników wzrostowych
• Prototrofy - organizmy nie uzaleŜnione od dodatkowych czynników wzrostowych
PodłoŜa minimalne - zawierają tylko źródło energii, węgla i sole mineralne oraz czasem
pojedyncze czynniki wzrostowe
PodłoŜa pełne - zawierają wszystkie substancje niezbędne do dobrego wzrostu drobnoustrojów (
dodatkowo występują czynniki wzrostowe)
PodłoŜa wzbogacone - stosuje się do hodowli drobnoustrojów słabo rosnących in vitro,
wymagających dodatkowych substancji odŜywczych, takie jak krew, surowica, płyny
wysiękowe, wyciąg wątrobowy, mleko, Ŝółtko jaj, sok z pomidorów
Podział ze względu na przeznaczenie i zastosowanie
•
NamnaŜające, wybiórcze - zawierają dodatkowe substancje chemiczne hamujące
wzrost konkretnej grupy drobnoustrojów
•
NamnaŜająco-wybiórcze - pozwala na namnoŜenie jednego typu organizmów i
zahamowanie wzrostu innego
•
PoŜywki izolacyjne - podłoŜa stałe zawierające odpowiedni wskaźnik pozwalający
odróŜnić od siebie kolonie bakterii
23.
Siderofory
śelazo jest niezbędne do wzrostu bakterii poniewaŜ wchodzi w skład wielu waŜnych dla bakterii
układów enzymatycznych, a takŜe jest kofaktorem w róŜnych reakcjach biochemicznych. W
warunkach beztlenowych występuje w postaci jonu Fe (II) natomiast w warunkach tlenowych
przy pH =7 występuje w formie wodorotlenku Ŝelaza(III)przez co jest nieprzyswajalne dla
bakterii. Bakterie aby sobie z tym radzić wydzielają substancje takie jak siderofory. To
niskocząsteczkowe substancje (masa cząsteczkowa poniŜej 1500), rozpuszczalne w wodzie,
wiąŜące Ŝelazo z bardzo duŜą swoistością i powinowactwem. Pod względem budowy są
zaliczane do związków fenolowych oraz hydroksamantów. DO sideroforów fenolowych
moŜemy zaliczyć np. enterobaktynę która jest wytwarzana przez niektóre bakterie jelitowe.
Przykładem na siderofor z grupy hydroksamantów mogą być ferrochromy wytwarzane przez
niektóre grzyby. Związki te są wydzielane do podłoŜa w postaci wolnej, następnie wiąŜą się z
Ŝelazem i taki kompleks jest transportowany dow nętzra komórki. Podobne funkcje pełnią:
ferrioksamina (u promieniowców), mikobaktyna (w prądkach), egzocholina (u bakterii
śluzowych). Drobnoustroje wytwarzają je zazwyczaj wtedy gdy mała dostępność Ŝelaza
ogranicza ich wzrost. W obecności rozpuszczalnych form Ŝelaza są one syntetyzowane w małej
ilości i pozostają wewnątrz osłon komórkowych gdzie uczestniczą w transporcie Ŝelaza do
wnętrza komórki. Ciekawym zjawiskiem jest to Ŝe jednym z naturalnych mechanizmów
obronnych organizmów wyŜszych jest tworzenie białek które ściśle wiąŜą Ŝelazo, co pozbawia
środowiska wolego Ŝelaza przez co staje się ono niedostępne dla drobnoustrojów i ich wzrost jest
zahamowany. Związki tego typu są obecne w białku jaja kurzego(konalbumina), mleku,
wydzielinach kanalika łzowego i ślinianek (laktotransferyna) oraz w surowicy krwi
(serotransferyna).
24.
Organizmy asymilujące azot atmosferyczny (omów)
Prokaryota są jedyną grupą organizmów, które posiadają zdolność wiązania azotu
atmosferycznego, zdolność ta jest dość szeroko rozpowszechniona wśród bakterii wodnych i
glebowych, występuje takŜe w przypadku niektórych Archea.
Wiązanie N
2
jest katalizowane przez enzymatyczny kompleks nitrogenezy składający się z
nitrogenazy i reduktazay nitrogenazowej, obie części są białkami Ŝelazowo – siarkowymi
znajdującymi się w cytoplazmie; dodatkowo nitorgenaza zawiera atomy molibdenu. Układ
moŜe redukować nie tylko azot atmosferyczny ale teŜ acetylen, azydek, NO, nitryl, cyjanek.
W czasie procesu asymilacji azot atmosferyczny N
2
jest redukowany, przez elektrony
przenoszone z takiego źródła jak wodór lub NADPH np. na ferredoksynę a następnie na
nitrogenezę, do NH
4
+
i włączany do związków węgla.
Wymagany duŜy nakład energii w postaci ATP uzyskany z fermentacji, oddychania lub
fotosyntezy.
Kompleks nitrogenezy jest bardzo wraŜliwy na tlen, dlatego teŜ:
•
Beztlenowce obligatoryjne lub fakultatywne - wiąŜe azot beztlenowo lub w warunkach małego
stęŜenia tlenu
•
Tlenowce – posiadają specjalne mechanizmy chroniące przed szkodliwym działaniem tlenu
o
Hydrogenaza
o
Leghemoglobinę
•
Cyjanobakterie przeprowadzają ten proces w heterocystach, wyspecjalizowane pod względem
morfologicznym i fizjologicznym komórkach o grubej ścianie, panują w nich warunki
beztlenowe
BAKTERIE SYMBIONTYCZNE
•
Rhizobium + rośliny motylkowe
Są organizmami wolnoŜyjącymi w glebie, obligatoryjnymi tlenowcami; większość jest
heterotroficzna, tylko niektóre posiadają zdolność do autotroficznego wzrostu przy
wykorzystaniu wodoru. Wchodzą w symbiozę mutualną z roslinamim motylkowymi,
komórki roślinne dostarczają im kwasów dikarboksylowych a kom bakteryjne wydzielają
jony amonowe, które są następnie wbudowywane do związków roślinnych.
Tworzenie się brodawki korzeniowej
Bakterie wnikają z gleby do młodych włośników korzeniowych i namnaŜają się
Wywołuje to rozrost tkanki epidermalnej korzenia i powstanie brodawki
Szybko rosnące komórki bakteryjne przekształcają się w bakterioidy, otoczone błoną
perybakterioidalną
Bakterioidy rozpoczynają wiązać azot
Tkanka otaczająca bakterioidy zawiera leghemoglobinę – związek, który wykazuje wysokie
powinowactwo do tlenu, ułatwia transport tlenu przez kom roślinne do bakterioidu i chroni
enzymy uczestniczące w wiązaniu azotu przed
uszkodzeniem przez tlen
Po śmierci brodawki Ryzobia zostają uwolnione
i mogą się namnaŜać
•
Frankia + dwuliścienne rośliny wyŜsze
Są to endosymbionty, które równieŜ wiąŜą się z
powstawaniem brodawek korzeniowych
•
Sinice Anabaena azolla + Azolla paprotka
Rozwijają się w przestrzeniach tkankowych w
liściach paprotki wodnej
BAKTERIE WOLNOśYJĄCE
•
Fototroficzne - purpurowe bakterie siarkowe, purpurowe bakterie bezsiarkowe i
cyjanobakterie – Chromatium, Chlorobium, Oscillatoria
•
Heterotroficzne - Klebisella, Azotobacter
•
Obligatoryjne beztlenowce - Clostridium, Bacillus
•
Metanogenne Archea - Mathanosarina, Methanothermus, Methanobacterium, Methanococus
25.
Transport pasywny substancji do wnętrza komórek
Transport pasywny to taki rodzaj transportu który nie wymaga nakładów energii oraz zachodzi
zgodnie z gradientem stęŜeń. WyróŜniamy dwa rodzaje transportu pasywnego – dyfuzję prostą
oraz dyfuzję ułatwioną.
Dyfuzja prosta – najprostszy typ transportu oraz najmniej skomplikowany; zachodzi zgodnie z
gradientem stęŜeń; z tej formy transportu korzystają związki takie jak woda, prawdopodobnie
niepolarne trucizny, inhibitory i inne substancje które są obce dla komórki.
Dyfuzja ułatwiona (wspomagana) – nie wymaga ona energii, zachodzi zgodnie z gradientem
stęŜeń, jej szybkość zaleŜy od stęŜenia substancji w podłoŜu i we wnętrzu komórki; wymaga ona
uŜycia nośnika; tą drogą mogą być przenoszone jony oraz liczne substancje odŜywcze
26. Transport aktywny u bakterii
Odbywa się on za pomocą białek błonowych- integralnych i wymaga zuŜycia energii
pochodzącej z hydrolizy ATP, potencjału protomotorycznego lub dekarboksylacji róŜnych
metabolitów(szczawiooctan, metylomalonylo- CoA, glukatonylo –CoA ) i zachodzi zawsze
wbrew gradientówi stęŜeń np. PERMEAZY, TRANSLOKAZY, białka translokujące,
przenośnikowe, ATP- aza (słuŜąca jako pompa protonowa(w druga stronę błony niŜ normalnie).
W transporcie aktywnym cząsteczka wchodząca do białka przenośnikowego NIE ULEGA
modyfikacji.
Transport pierwotny jest napędzany przenoszeniem elektronów w oddychaniu/fotosyntezie,
pompami jonowymi zaleŜnymi od ATP, lub pompami jonowymi uruchamianymi
dekrboksylacją metabolitów
U bakterii z rodzajów Nitrobacter, Thiobacillus i gatunku Comamonas carboxydovorans
występuje tzw. Odwrócony transport elektronów. Połączony jest on z redukcją NAD do NADH a
energia do tego procesu pochodzi z ATP albo z siły protomotorycznej, a odtworzenie tego ATP
musi zachodzić w końcowych etapach łańcucha oddechowego
Transport wtórny określa wszystkie procesy pow. pobieranie przez kom. lub wypływanie z niej
metabolitów i jonów
Schleger str 311,312, 324, 325
27. Translokacja grupowa
Typ, forma transportu aktywnego, której cząsteczka wchodząca do komórki ulega modyfikacji
np. fosforyzacji
Translokacja grupowa dotyczy głównie glukozy, mannozy, fruktozy Jest to system
fosfotransferazowy zaleŜny od fosfoenolopirogronianu(PTS) 4 enzymy. Enzym II transbłonowy
kanał, który dodatkowo katalizuje fosforyzację cukru. PO4(-3) przenoszona przez Enzym I na
białko HPr. HPr~Pi reaguje z Enzymem III(białko peryferyczne) od którego Enzym II odbiera Pi
i przenosi na cukier.
PTS pełni tez unkcje regulatorowa. Enzymy II i III są swoiste dla cukrów Enzym I i HPr
uczestniczą we wszystkich procesach translokacji z udziałem PTS.
Str 326,328,329
28. Co to jest izolat aseptyczny i w jaki sposób go uzyskujemy
To izolat, w którym brak jest mikroorganizmów. Metody uzyskiwania izolatu aseptycznego:
sterylizacja medium(autoklawowanie za pomocą temp. i/lub ciśnienia), posiew(wymaz wykład-
prezentacja4 slajd29), zalewanie agarem
29. Bakterie syntroficzne
Syntrofia- metabolizm komplementarny. Bakterie syntroficzne rosną w konsorcjach.
Wykorzystywanie produktów przemiany materii jednych organizmów przez inne.np. Bakterie
metanogenne wytwarzają metan podczas beztlenowego katabolizmu substratów organicznych.
Potem inne bakterie przekształcają CH4 CO CO2. W reakcji uczestniczą rodniki
wodorotlenowe. Szacuje się, Ŝe ok. 1-1,5% węgla atmosferze CO2 obecnego atmosferze
pochodzi z rozkładu metanu. Równocześnie inne bakterie przeprowadzają fermentację
przetwarzają związki org. w octan i CO2 i H2. Te produkty to jednocześnie substraty dla reakcji
które przeprowadzają bakterie metanogenne. 70% wytw. Metanu pochodzi z octanu a 30% z
CO2 i H2
30. Jak wyizolować bakterie beztlenowe
Aerotaksja- postacie oddechowe „Beijrincka”- beztlenowce gromadzą się na środku płytki.
NaleŜy wpierw odseparować pojedyńczą komórkę bakteryjna od reszty kolonii i komórek i
przenieść ją na podłoŜe agarowe o T= 45stopni Stopnie. Inkubować bez dostępu tlenu. Przez
ostroŜne pobranie pojedynczej kolonii, zawieszanie jej w odp roztworze i wielokrotne
wysiewanie na podłoŜu agarozowym moŜna zazwyczaj wyizolować czystą kulturę większości
szczepów.
JeŜeli podłoŜe płynne-metoda rozcienczeń
Str.242,243
31.Charakterystyka i przygotowanie kolumny Winogradskiego.
Doświadczenie ma na celu obserwacje bakterii Ŝyjących w glebie. Bakterie
fotosyntetyzujące wykorzystują bakteriochlorofile w celu wygenerowania
elektronów do syntezy ATP i uŜywają siarki oraz związków zawierających
siarkę, wodoru lub związków organicznych jako donorów elektronów.
Bakteriochlorofil nadaje bakteriom zielonym charakterystyczną zieloną barwę.
Na skutek obecności barwników karotenoidowych w komórce, bakterie te mogą
przyjąć barwę brunatną. Bakterie purpurowe zabarwione są na czerwono lub
purpurowo na skutek duŜej ilości karotenoidów. Bakterie te równieŜ posiadają
bakteriochlorofile. Ze względu na posiadane barwniki są one w stanie
wykorzystywać róŜne barwy światła. Niektóre bakterie fotosyntetyzujące
magazynują ziarenka siarki wewnątrz lub na zewnątrz komórek.
Zmagazynowana siarka moŜe zostać wykorzystana jako donor elektronów w
czasie fotosyntezy na skutek czego tworzą się siarczany. W naturze, dwutlenek
siarki tworzy się na skutek redukcji siarczanów, w procesie oddychania
beztlenowego i na skutek degradacji aminokwasów zawierających siarkę.
Siarczany mogą być redukowane do dwutlenku siarki u pięciu rodzajów bakterii
redukujących siarkę (najbardziej znanym jest rodzaj Desulfovibrio). Dwutlenek
siarki wykorzystywany przez bakterie fotosyntetyzujące powstaje podczas
fermentacji węglowodanów w środowisku beztlenowym.
RóŜne bakterie potrzebują równieŜ odmiennej ilości tlenu. Powierzchniowe
warstwy mułu jeziornego lub gleby cechuje duŜa dostępność tlenu. W niŜszych
warstwach ta dostępność się zmniejsza. Bakterie którym do Ŝycia niezbędny
jest tlen nazywamy aerobowymi (tlenowymi). śyją one na powierzchni gleby
albo blisko niej. Z kolei bakterie anaerobowe (beztlenowe) nie tolerują tlenu
cząsteczkowego w otoczeniu i Ŝyją w głębszych warstwach gleby.
Na ćwiczeniach prezentowana będzie kolumna Winogradzkiego - technika
pozwalająca na obserwację mikroorganizmów tlenowych i beztlenowych . W
kolumnie widoczne są strefy zasiedlone przez organizmy o zróŜnicowanej
tolerancji na obecność tlenu i siarkowodoru.
PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA
1. Przed rozpoczęciem doświadczenia naleŜy umyć ręce.
2. Potargać kartkę papieru gazetowego na drobne kawałki.
3.Do wiaderka wsypać 5-6 kubków gleby zebranej w danym miejscu. Usuń z
niej patyki, liście i kamyki. Mieszając dodawaj powoli wody do czasu aŜ
mieszanina nabierze konsystencji kremu. Ilość wody jaką potrzebujesz zaleŜy
od tego jak była wilgotna gleba na początku. Dodaj kawałki papieru i 2 łyŜki
sproszkowanej kredy. Wymieszaj delikatnie. Upewnij się, Ŝe mieszanina jest
wystarczająco wilgotna aby przelać ją do butelki przez lejek.
4. UŜywając taśmy, przygotuj etykiety na słoiki lub butelki ( z informacją o
miejscu pobrania). Za pomocą lejka napełnij słoik lub butelkę do wysokości
ok. 2 cm od dna. Następnie naleŜy ubić mieszaninę i usunąć pęcherze
powietrza poprzez delikatne uderzanie butelką o stół. Napełniaj butelkę co jakiś
czas ubijając zawartość. Pozostaw około 2 cm wolnego miejsca i zakręć słoik.
JeŜeli uŜyłeś butelki zamknij ją szczelnie folią i gumką.
5. Umieść słoiki/butelki w dobrze oświetlonym miejscu, ale nie bezpośrednio na
słońcu, w temperaturze pokojowej.
6.Kolumnę obserwuje się w tygodniowych odstępach obserwując i notując
pojawianie się barwnych odcinków.
32. Wzrost asynchroniczny i synchroniczny kultur bakteryjnych
Synchroniczny kultur bateryjnych to taki, w którym komórki bakteryjne dzielą się w tym samym
momencie. Synchronizacja hodowli pomaga osiągnąć fazową zgodność róŜnych procesów
róŜnych komórkach. Synchronizację hodowli moŜna przeprowadzić poprzez zmianę
temperatury, stymulacje światłem, ograniczenie składników odŜywczych(odŜywczych poŜywce),
lub wyselekcjonowanie komórek o tych samych rozmiarach przez filtrowanie. Populacja tak
potraktowana będzie się dzielić jednocześnie przez kilka podziałów po czym powróci do
podziałów ASYNCHRONICZNYCH. Sposób zwiekszania się liczby komórek zmieni się ze
skokowego na ciągły.
Str. 259. Wykład 3 slajd 60
33. Kultury wzbogacone.
a) selekcjonują specyficzne organizmy z inkolum [zawiesina cząstek
wirusa, komórek bakterii lub zarodników grzyba patogenicnzych
przygotowana przez człowieka w celu dokonania sztucznego zakaŜenia
rośliny [inokulacji]].
b) podłoŜe wzbogacone stosuje się do hodowli drobnoustrojów słabo
rosnących in vitro wymagających dodatkowych substancji odŜywczych.
Jako czynniki wzbogacające stosuje się krew, surowicę, płyny
wysiękowe, wyciąg wątrobowy, mleko, Ŝółtko z jaj, sok pomidorowy.
c) hodowle wzbogacające stosuje się przy izolacji poszczególnych
bakterii. Stosując warunki selekcyjne i hodowle wzbogacone moŜna
wyizolować z małej próbki gleby, mułu czy jakiegokolwiek innego
materiału naturalnego większość znanych mikroorganizmów i otrzymać
je w postaci czystej kultury.
34. W jaki sposób moŜna konserwować Ŝywność
Problemem tym się zajmuje mikrobiologia Ŝywności. Cel ochrona Ŝywności przed
biologiczną degradacją, zabezpieczenie przed działalnością i namnaŜaniem się
mikroorganizmów. Sposoby: Przechowywanie w niskiej temperaturze, wędzenie(zmniejszenie
zawartości wody, oraz nasycenie produktów fenolami, krezolami, aldehydami,kw. Octowym,
mrówkowym), sól, fermentacja mlekowa, alkoholowa. Sterylizacja cieplna. Przechowywanie w
puszkach, Ŝywność ta zazwyczaj jest autoklawowana. Suszenie(owoców).Pasteryzacja(mleka,
soków), ale to nie zabija endospor-zakwaszenie(kwaśnie soki owocowe są trwałe) endospory
nie mogą się rozwijać w niskim pH. Napromieniowanie- niewielkie dawki i to zazwyczaj
maszyny, pomieszczenia do przetwarzania Ŝywności. Wirowanie i filtracjaprzerwanie
fermentacji wina na pewnym etapie. Zwiększenie zawartości cukru nawet do 50%(dŜemy,
marmolady,syropy)
Str.271, 272
35. Sterylizacja za pomocą promieniowania
Naświetlanie za pomocą promieniowania X, γ, UV. Całkowita lub częściowa sterylizacja.
Najczęściej stosuje się UV λ=260nm. Niszczy/uszkadza kwasy nukleinowe=> szkodliwe
mutacje. Bakterie zabija szybko, ale grzyby(i ich zarodniki) wolno. UŜywany do szybkiego
sterylizowania zwłaszcza pomieszczeń. Promieniowanie X, γ, UV działają dzięki wytwarzaniu
rodników hydroksylowych atakujących makrocząsteczki. Nawet bardzo małe ilości
promieniowania są skuteczne, poniewaŜ mikroorganizmy mają pojedyńczą cząsteczkę DNA, nie
mają kopii i zniszczeni tej 1 wywołuje śmierć komórki. Promieniowanie jonizujące jest
wykorzystywane najczęściej do sterylizacji Ŝywności i stałych materiałów
Str. 268,269
36. Jak usunąć wąglika w liście.
Dać list do mikrofalówki(- mikrofale zabija bakterie), lub naświetlić promieniowaniem
UV(lampa UV)
MoŜna tez uŜyć mocy. Wrzucić list do pieca i zamknąć drzwiczki od niego. Po co niszczyć
wąglika w liście jak moŜna go witalińskiemu podrzucić.
37. MIC i standardy.
MIC [minimal inhibitory concentration] minimalne stęŜenie hamujące.
Jest to najmniejsze stęŜenie środka bakteriobójczego [antybiotyku lub
chemioterapeutyku] wyraŜone w mg/l hamujące wzrost drobnoustrojów,
odnosi się zazwyczaj do bakterii i grzybów.
Standardy: Fenol-Salmonella typhi zostaje zabita przez roztwór fenolu
1:50. Duzy wpływ czynnika siedliska [temp, światło, tlen].
38. Czynniki sterylizacji i mechanizmy działania.
Alkohole-denaturowanie białek, rozpuszczanie membrany lipidowej.
Aldehydy-łączenie się z białkami i denaturowanie ich.
Halogeny-jodyna utlenia składniki komórki i moŜe jodynować białka,
chlor i chlorany utleniają składniki komórki.
Metale cięŜkie-łączą się z białkami na ogół przez grupy sulfhydrylowe.
Fenole-denaturują białka i rozrywają błony.
Sole amonowe- rozrywają ścianę komórkową i mogą deneturować
białka.
39. Co to są chemoterapeutyki
Wiki mówi:
hemioterapeutyk jest to rodzaj substancji chemicznej stosowany w leczeniu chorób zakaźnych
Dokładniej są to leki przeciwdrobnoustrojowe otrzymane na zasadzie całkowitej syntezy
chemicznej, nie posiadające swojego odpowiednika w przyrodzie.
Bezpośrednio działanie wszystkich chemioterapeutyków polega na zwalczaniu rozwoju
drobnoustrojów organizmie. Do tej grupy leków naleŜą min. sulfonamidy przeciwbakteryjne (w
przeciwieństwie do sulfonamidów moczopędnych).
Chemioterapeutyki bywają niekiedy zaliczane do antybiotyków jednak nie jest to prawidłowe,
gdyŜ antybiotyki w większości powstają na drodze półsyntezy z substratów naturalnych, a jeśli
uzyskiwane są w całości syntetycznie, to ich budowa wywodzi się od związków, które
obserwowane są w naturze. Chemioterapeutyki natomiast nie mają takich odpowiedników.
Obecnie jednak w piśmiennictwie medycznym coraz częściej uŜywana jest ta nieprawidłowa
definicja — wynika to z tego, Ŝe anglojęzyczne określenia antibiotic oznaczające antybiotyk i
antimicrobial oznaczające kaŜdy lek przeciwdrobnoustrojowy (czyli antybiotyki i
chemioterapeutyki) tłumaczone są przewaŜnie jako "antybiotyk".
Schleger Str.129,262
40. Mechanizmy działania antybiotyków
Hamowanie syntezy ściany kom.- ham. Syntezy peptydoglikanu. Penicylina- antybiotyk β-
laktamowy. Hamowanie transpeptydazy glikopeptydylowej poprzez łączenie się antybiotyku z
jej centrum aktywnym(pierścień β- laktamowy). Przez to nie tworza się wiązania peptydowe
między resztami Ala łańcuchów peptydoglikanów, które tw. mostki poprzeczne w ścianie
komórkowej.
Pochodne penicyliny: cefalosporyny, rystocetyny, wankomycyna, bacytracyna,cykloseryna
hamuja dodatkowo syntezę mureiny
Lizozym to (N-acetylo)-muramidaza. Rozszczepia w murenie wiązania glikozydowe między
at.C-1 kw. N- acetylomuraminowego a atomem C-4 N-acetyloglukozoaminy i rozkłada ją do
disacharydów GlcNAc
Hamowanie syntezy kwasów nukleinowych- Mitomycyna C selektywnie hamuje syntezę DNA
beŜ naruszania syntezy RNA i białek. Wytw. poprzeczne wiązania i pęknięcia nici w 2-
niciowym DNA. Aktynomycyna D tworzy kompleks z 2 niciowym DNA reag. Z G, co blokuje
syntezę wszystkich 3 RNA, ale nie wpływa na replikację DNA. Rymfapicyna działa na DNA-
zaleŜną polimerazę RNAhamowanie syntezy RNA.
Hamowanie syntezy białek- swoiste oddziaływanie. Wpływa na funkcjonowanie rybosomów
70S. Streptomycyna i neomycyna hamują prawidłowe włączanie aminokwasów do łańcucha
polipeptydowego. Erytromycyna hamuje funkcjonowanie podjednostki 50S. Tetracyklina-
hamuje wiązanie aminoacylo t- RNA z rybosomami. Chloramfenikol hamuje tw. Wiązania
peptydowego peptydowego udziałem peptydylotransferazy. Jest on stosowany w chemioterapii
jako bardzo efektywny czynnik bakteriostatyczny. Badania biochemiczne- wybiórczy inhibitor
bez wpływania na inne metaboliczne aktywności.Ww antybiotyki mają podobny wpływ na
rybosomy w mitochondriach i chloroplastach. Streptomycyna –w małych stęŜeniach brak
wpływu na org. EU bo chloroplasty i mitochondria mają podwójną błonę-mało przepuszczalną.
Ma dopiero na nei wpływ przy 1000x większym stęŜeniu.
261, 262,263
41. Oporność a odporność
Wiki mówi:
Oporność na antybiotyki - jest to cecha części szczepów bakteryjnych, która umoŜliwia im
przeciwstawianie się wpływowi antybiotyku. W zaleŜności od pochodzenia, dzieli się ją na
pierwotną (naturalna struktura bakterii uniemoŜliwiająca działanie leku) lub nabytą - na skutek
nabycia genów oporności od innych bakterii lub spontanicznych mutacji. Częsta oporność wśród
bakterii wiąŜe się z nieracjonalną antybiotykoterapią oraz zbyt duŜym zuŜyciem tych leków w
przemyśle spoŜywczym.
Występowanie oporności na dany antybiotyk nie jest jednoznaczne z moŜliwością przeŜycia
drobnoustroju w obecności tego antybiotyku. Oporność moŜe się objawiać równieŜ niewielkim
wzrostem wytrzymałości mikroorganizmu, tak, Ŝe do jego zabicia wystarczy zwiększenie
stęŜenia leku, a nie będzie konieczna jego zamiana.
Oporność mikrobiologiczna — posiadanie jakiegokolwiek mechanizmu przeciwstawiającego się
działaniu leku, który pozwala mikroorganizmowi przeŜyć w wyŜszych stęŜeniach leku niŜ w
przypadku tych samych lub pokrewnych mikroorganizmów pozbawionych tego mechanizmu.
Oporność farmakologiczna — zdolność mikroorganizmu do przeŜycia w stęŜeniach leku
wyŜszych niŜ osiągalne w organizmie pacjenta podczas leczenia. Czasem wyróŜnia się kategorię
średniej wraŜliwości, czyli zdolności mikroorganizmu do przeŜycia w takich stęŜeniach leku,
które są wyŜsze niŜ osiągalne typowo, ale mogą być przekroczone w niektórych przypadkach
(np. po podaniu zwiększonej dawki lub w niektórych miejscach w organizmie, jak np. w
układzie moczowym).
Oporność kliniczna — brak skuteczności leczniczej danego leku pomimo braku oporności
farmakologicznej (a nawet mikrobiologicznej) u danego mikroorganizmu. MoŜe ona wynikać np.
z osobniczej zdolności pacjenta do rozkładu leku w większym stopniu niŜ przeciętna w
populacji, stosowania innych leków, które niekorzystnie wpływają na działanie antybiotyku itd.
Odporność:
Zdolność organizmu do czynnej i biernej ochrony organizmu przed patogenami.
Bierna, nieswoista część odporności, zwana czasem opornością zaleŜy głównie od budowy i
funkcji barier jak: skóra i błony śluzowe. Dlatego naleŜy pamiętać, Ŝe oporność jest aktem
biernym, w który nie jest zaangaŜowany układ immunologiczny. Termin oporność i odporność
są często ze sobą mylone.
Za aktywną (czynną) część odporności odpowiada głównie układ immunologiczny zapewniając
zdolność organizmu do rozpoznawania elementów naleŜących do własnego, jak i obcego
organizmu.
42. Dlaczego bakterie stają się mniej wraŜliwe na antybiotyki
Patrz pytanie wyŜej oporność na antybiotyki- wtórna(nabyta). Źle dobrana antybiotykoterapia,
zbyt częste uŜywanie antybiotyków, złe dawkowanie sprawia, Ŝe leki te źle działają nie
wyniszczając patogenu, albo robiąc to niecałkowicie. Organizmy, które przeŜywają wytwarzają
własne mechanizmy obronne (min. w skutek mutacji i rekombinacji DNA) Dodatkowo ta zła
antybiotykoterapia osłabia/wyniszcza ludzki organizm dając moŜliwość do rozwoju pozostałych
bakterii.
Dodatkowo w Ŝywności np. mięsie drobiowym są obecne antybiotyki(kury, kurczaki otrzymują
dawki antybiotyków w ziarnach, którymi są karmione w celu ochrony mięsa przed chorobami)
43. Typy związków bogatych w energię u bakterii
ATP, GTP, glukoza,
Materiały zapasowe(zapasy węgla/energii): cukry, tłuszcze, polifosforany(zapas fosforanów),
siarka(źródło elektronów). Gromadzone są, gdy w podłoŜu sa substancje potrzebne do ich
syntezy a jednocześnie wzrost bakterii jest hamowany lub ograniczony w jakiś sposób, gdy brak
jakiegoś składnika pokarmowego. Są gromadzone w postaci nieczynnej osmotycznie i
nierozpuszczalnej w wodzie
Polisacharydy- skrobia(płyn Lugola zabarwienie granatowe) złoŜona z amylozy i amylopeltyny,
glikogen(brunatne zabarwienie). Zbudowane z reszt α- D-glukozy połączonymi wiązaniami α-
glikozydowymi. Rozgałęzienia(duza ilość) w pozycji1,4
Tłuszcze obojętne(triglicerydy)- barwienie Sudan III, lub czerń Sudanowi. Postać krople
tłuszczu. Źródło at. C i reszt acylowych potrzebnych do utworzenia acetylo- CoA.
Magazynowane głównie w wakuolach droŜdŜy i innych grzybów.
Kwas poli- β- hydroksymasłowy- źródło C i energii w warunkach tlenowych. Bakterie tlenowe
gromadzą go, gdy są pozbawione tlenu i muszą przeprowadzać fermentacje. Beztlenowce i
bakterie fototropiczne teŜ go gromadzą.
Polifosforany- kwas fosforowy w postaci ziaren polifosforanów- ziarna wolutyny.
Zmagazynowane fosforany komórki moŜe wykorzystać, gdy nie ma w podłoŜu, starcza to na
kilka podziałów.
Siarka-Ŝródlo elektronów dla bakterii fototropicznych, beztlenowych i purpurowych. Bakterie
tlenowe utleniają siarczki do siarczanów. Siarka jest wtedy źródłem energii. Ogólnie bakterie
przechowują ją w postaci kulek. Początkowo w formie ciekłej a potem krystalizują,
przekształcając ja w formę ortorombową. Mówi się, Ŝe inkluzje S sinic i Sphaerotilus to
produkty detoksykacji siarkowodoru
Str.95-102
44. Reakcje redox (omów i podaj przykłady, jak obliczyć zmianę energii swobodnej i co
oznacza – i +)
JeŜeli ∆G< 0 czyli jest na - to znaczy, Ŝe reakcja jest termodynamicznie korzystna i moŜe
zachodzić samorzutnie. JeŜeli ∆G> 0 czyli jest na + to znaczy, Ŝe jest niekorzystna i wymaga
nakładu energii, Ŝeby mogła ona zajść.
Zmianę entalpii swobodnej reakcji oblicza się sumując zmiany entalpii swobodnych
cząsteczek/atomów wszystkich reagentów danej/ nych reakcji w stosunku do odpowiednich
współczynników stechiometrycznych(zakładając ich najmniejsza wspólna wielokrotność)
przeliczając to na 1 mol.
JeŜeli reakcja jest wieloetapowa naleŜy zbilansować termodynamicznie kaŜdy z etapów i z
sumować wartości zmiany entalpii swobodnej ∆G i przeliczyć na 1 mol
45. Transport elektronów i synteza ATP, gdzie zachodzi u bakterii a gdzie u roślin i
zwierząt
Generalnie transport elektronów ma miejsce podczas wszystkich reakcji oxydo-redukcyjnych
niezaleŜnej od grupy organizmów i miejsca zachodzenia tych reakcji
U bakterii w błonie tylakoidów zawierających barwniki: fikobilisomy(u sinic i krasnorostów),
chlorofil a, β- karoten, ketokarotenoidy, miksoksantofil, echineon, zeaksantynę.
MoŜe zachodzić fotosynteza normalna- oksygenowa, w której donorem H jest H2O, a w jej
trakcie wydzielany jest tlen.U Archea zachodzi fotosynteza anoksygenowa. Donorami H+ są
tutaj siarczki, w jej trakcie tlen nie jest wydzielany.
Schemat fazy świetlnej fotosyntezy bakterii:
Centrum reakcyjne cytochrom c2 pigment 870(Bakteriochlorofile a) bakteriofeofityna a
chinon a Fe chinon bpula chinonu cytochrom b centrum Ŝelazowo-siarkowe
cytochrom c1 kolejny raz(to z początku) Centrum reakcyjne cytochrom c2 H+ syntaza ATP
U zwierząt w mitochondriach w wewnętrznej błonie grzebieni podczas oddychania tlenowego
glikolizaCykl Crebsa łańcuch oddechowy H+ syntaza ATP(fosforyzacja oksydacyjna)
U roślin transport elektronów zachodzi w błonie tylakoidów chloroplastów: fotosystem II,
koenzym Qa i Qb układ rozszczepiający wodę, plastochinoncytochromy b i f
plastocyjnina, fotosystem I ATP- aza .Transport e u roślin zachodzi takŜe w mitochondriach.
Synataza ATP składa się z podjednostek F0 bedącej kanałem transbłonowym i podjednostki F1
złoŜonej z 3 podjednostek α i 3 podjednostek podjednostek stanowiących rotor. H+ wchodzi do
kanału transbłonowego i powoduje szereg zmian konformacji wewnątrz ATP-azy co sprawia Ŝe
rotor się kręci i syntezuje ATP z ADP i reszt Pi. JeŜeli jest obecne ATP a jony H+ wpadałby od
drugiej strony białka to ATP-aza by hydrolizowała ATP do ADP i Pi
Str. 166,167,478,479,480,481, 328,287,325,583
46. Pozyskiwanie energii u Thiobacillus ferroxidans
Bakteria Ŝelazista, chemolitotofczna(tzn. Ŝe wykorzystuje związek nieorganiczny jako donor
wodoru w oddychaniu beztlenowym. Dodatkowo wszystkie zbadane chemolitotrofy asymilują C
z CO2 w cyklu rybulozobisfosforanowym). Jej wzbogacona hodowla cechuje się brakiem
obecności światła i związków organicznych. Posiada zdolność uzyskiwania energii na drodze
utleniania jonów Ŝelaza(II). Są to polarnie urzęsione bakterie gramujemne. Potrafi Ŝyć i rosnąć w
niskim pH=2,5. Donor elektronów: S(2-), S2O3(2-), S Donor H: Fe2+, akceptor H : O2,
źródło C: CO2.
4
O
H
Fe
O
H
Fe
2
3
2
2
2
4
4
+
→
+
+
+
+
+
Thiobacillus ferrooxidans wykorzystywane jest do ługowania rud Ŝelaza w kopalnich.
Tolerancyjne jest na obecność jonów metali cięŜkich.
Str. 240,435,440,441,444
47. W jaki sposób oceniamy ilość ATP w glebie i czemu to słuŜy
Prezentacja 5 str. 51
Zredukowana lucyferyna+O2+ATP
utleniona
lucyferyna+CO2+ADP+Pi+światło(pomiar fotometrem)
Metoda wykorzystywana do oceny zakaŜenia mikroorganizmami np. gleby. Jest łatwa w uŜyciu
a efekty są dobrze widoczne( utleniona lucyferyna świeci).
Moje przypuszczenie jest takie: im więcej światła będzie emitowanego w czasie reakcji tym
więcej ATP w glebie a tym samym większe skaŜenie gleby. Na prezentacji nie było wyjaśnione
ani u mnie w notatkach. Tu jest link ale po angielsku o tym zjawisku:
http://www.biotechnologia.pl/biotechnologia/15/47/118
To z innej strony:
http://snack.p.lodz.pl/ferment/down2.pdf
Myślę, Ŝe to samo dotyczy gleby.
Związkiem obecnym w kaŜdym Ŝywym organizmie jest ATP (adenozynotrifosforan). MoŜna go
wykorzystać do oznaczania zanieczyszczenia mikrobiologicznego powietrza. Pomiaru dokonuje
się przy zastosowaniu metody bioluminescencyjnej. Próby pobiera się metodą filtracyjną lub
zderzeniową z zastosowaniem odpowiedniego detektora. ATP obecny w pobranych próbach
reaguje z odczynnikiem – lucyferną, w wyniku reakcji emitowane jest światło w ilości
proporcjonalnej do stęŜenia ATP w próbie. Przy załoŜeniu, Ŝe ilość ATP w komórkach jest stała
moŜna wyliczyć ilość Ŝywych komórek w badanym powietrzu. Niestety metoda ma
zastosowanie w przypadku duŜego poziomu zanieczyszczeń, tak więc pomiar ATP stosuje się
najczęściej do oceny skuteczności dezynfekcji powietrza, gdzie potrzebna jest szybka analiza
efektywności zastosowanej metody dezynfekcji.
48.Postulaty Van Nielsa.
a) w biosferze obecne są mikroorganizmy które mogą wykorzystywać
kaŜdy produkt organizmu Ŝywego jako źródło węgla lub/i energii.
b) mikroorganizmy są w kaŜdym siedlisku gdzie wystepują produkty
Ŝywych organizmów.
49. Fotosynteza u bakterii- Patrz pytanie nr 45
fotosynteza oksygenowa(poza Heliobakteriami gdzie jest anoksygenowa) u Sinic fotosynteza
zachodzi tak samo jak u autotroficznych Eucariota.
Wiązanie CO2 szlak rybulozobisfosforanowy (Calvina Bensona) jest taki sam albo bardzo
podobny u roślin wyŜszych, sinic, prawie wszystkich bakterii chemolitoautotroficznych(za
wyjątkiem bakterii metanogennych i acetogennych), orazu prawie wszystkich bakterii
fototropicznych.
50. Fotosynteza u Archaea
Halofile Halobacterium sp.- bakterie purpurowe, bakteriorodopsyna. Wykorzystują E świetlną.
Są ekstremohilamihalofilami(bardzo niskie pH= duŜe stęŜenie protonów)
Dodatkowo u cześci Archea(min. bakterie metanogenne i acetogenne) autotroficzne
wiązanieCO2 nie zachodzi w cyklu rybulozobisfosoranowym(tak jak u roślin)tylko za pomocą
acetylo-CoA.
Donorem H u Archea są często związki nieorganiczne np. H2S, CH4, NH4, ale teŜ zw. Org.
Akceptorami mogą być NO3, CO2, S2O3,S
51. Z czym związane było powstawanie warstw Ŝelaza utlenionego w skałach
Warstwy utlenionego Ŝelaza
w skałach powstały w wyniku cyklu Ŝyciowego cyjanobakterii, czyli fotosyntezy przeprowadzanej przez
te bakterie. śelazo zostało uŜyte przez te bakterie jako donor elektronów do dalszych przemian
metabolicznych w celu wytworzenia ATP. Mogły się do tego przyczynić, równieŜ inne bakterie
utleniające Ŝelazo potrzebujące go równieŜ jako donora elektronów.
Literatura:
Wykłady z mikrobiologii
52. Lokalizacja barwników związanych z fotosyntezą u mikroorganizmów
Bakterie fotosyntetyzujące
posiadają róŜnej wielkości i róŜnego kształtu struktury błoniaste połoŜone w cytoplazmie komórki lub
związane z plazmolemą. Struktury te, ze względu na zawarte w nich barwniki asymilacyjne, określa się
czasem jako chromatofory (u bakterii purpurowych i siarkowych) , bakterie zielone siarkowe mają
natomiast chlorosomy - błoniaste struktury uformowane w rurki zawieszone w cytoplazmie komórki.
Chlorofil bakteryjny (bakteriochlorofil a, b, c, d, lub e), specyficzny dla róŜnych gatunków bakterii.
Dodatkowymi barwnikami fotosyntetycznymi u bakterii są karotenoidy np. chlorobakten,
spirylloksantyna.
U sinic
występują pojedyncze tylakoidy mogące tworzyć najbardziej róŜnorodne układy. Układ tylakoidów jest
zazwyczaj charakterystyczny dla gatunku. Barwnikami fotosyntetycznymi są: chlorofil a (występujący
równieŜ u glonów i roślin wyŜszych) i b-karoten a ponadto charakterystyczne dla sinic: fikobilina,
fikocyjanina, allofikocyjanina i fikoerytryna. Barwniki fikobilinowe, nadające sinicom zabarwienie,
skupione są w fikobilisomach przytwierdzonych do zewnętrznej powierzchni tylakoidów. Fikobilisomy
są to ziarnistości zbudowane z białek i barwników fikobilinowych.
53. Fotosynteza u bakterii halofilnych
dotyczy gatunków naleŜących do grupy bardzo wyspecjalizowanej Halobacterium. Zamieszkują one
środowiska wysycone roztworami róŜnych soli. Ich błona cytoplazmatyczna jest pokryta
ciemnoczerwonymi plamkami zajmującymi około połowy całej powierzchni komórki. Ich zabarwienie
wynika z obecności bakterio rodopsyny, która przypomina rodopsynę w komórkach wzrokowych
zwierząt. Pigment ten odpowiedzialny jest za tworzenie gradientu protonów między wewnętrzną i
zewnętrzną powierzchnią błony podczas naświetlania. Pełni więc funkcję „pompy protonowej napędzanej
światłem” tworzącej elektrochemiczny potencjał błonowy. Powstawaniu potencjału moŜe teŜ towarzyszyć
generacja ATP. Błoną ta prowadzi specyficzny rodzaj fotofosforylacji oraz uzyskanie energii do dalszych
procesów biochemicznych.
Literatura:
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. 487
54. Na czym polega pasteryzacja, tyndalizacja, sterylizacja, opisz metody i podaj
przykłady
Pasteryzacja
to zapoczątkowana przez Ludwika Pasteura technika konserwacji przy pomocy odpowiednio dobranego
podgrzewania produktów spoŜywczych, tak aby zniszczyć lub zahamować wzrost drobnoustrojów
chorobotwórczych lub enzymów przy jednoczesnym zachowaniu smaku produktów i uniknięciu
obniŜenia ich wartości odŜywczych. Głównym zadaniem pasteryzacji jest przedłuŜenie trwałości
produktów poprzez unieszkodliwienie form wegetatywnych mikroorganizmów. Proces ten nie niszczy
jednak form przetrwalnikowych ani większości wirusów.
Przykłady zastosowania pasteryzacji:
•
mleko i jego przetwory
•
wino
•
piwo
•
dŜemy i marmolady, soki owocowe i warzywne
•
mięso, wędliny
Metody pasteryzacji:
1.
Klasyczna metoda pasteryzacji polega na ogrzewaniu produktu do temperatury powyŜej 60°C, jednak
nie większej niŜ 100°C. Np. typowy proces pasteryzacji mleka polega na ogrzaniu go do temperatury
100°C w ciągu 1 minuty lub do 85°C w ciągu 30 minut w zamkniętym urządzeniu nazywanym
pasteryzatorem.
2.
Ultra high temperature processing (UHT) - polega na błyskawicznym, 1-2 sekundowym podgrzaniu do
temp. ponad 100°C (135-150°C dla mleka) i równie błyskawicznym ochłodzeniu do temperatury
pokojowej. Cały proces trwa 4-5 sek. Taka sterylizacja zabija florę bakteryjną nie zmieniając walorów
smakowych produktu.
3.
Metodą radiacyjna przez poddanie produktów promieniowaniu jonizującemu, w wyniku którego
dezaktywuje się część drobnoustrojów.
Rodzaje pasteryzacji:
•
niska długotrwała (LTLT)
63
°
C - 65
°
C/30min.
•
krótkotrwała (HTST)
71
°
C - 72
°
C/15sek.
•
wysoka
80
°
C - 95
°
C/15 – 20sek. do kilku minut
•
uperyzacja
130
°
C - 150
°
C/ułamki sekund, momentalna.
Tyndalizacją
metoda
konserwacji Ŝywności
, która polega na trzykrotnej
pasteryzacji
przeprowadzanej co 24
godziny. Termin wywodzi się od nazwiska brytyjskiego uczonego
Johna Tyndalla
. Pierwsza
pasteryzacja zabija głównie formy wegetatywne, nie jest w stanie zabić niektórych form
przetrwanych.
Po okresie 24 h pod wpływem impulsu termicznego z przetrwalników rozwijają się
kolejne formy wegetatywne bakterii, które giną po drugiej pasteryzacji. Trzecia pasteryzacja działa
podobnie jak druga, zabijając ewentualne opóźnione bakterie.
Sterylizacja, wyjaławianie
jednostkowy proces technologiczny polegający na zniszczeniu wszystkich, zarówno wegetatywnych, jak i
przetrwalnikowych form mikroorganizmów. Sterylizacji moŜna dokonać mechanicznie, fizycznie, bądź
chemicznie, najczęściej uŜywa się metod fizycznych. Prawidłowo wysterylizowany materiał jest jałowy -
nie zawiera Ŝadnych Ŝywych drobnoustrojów (takŜe wirusów) oraz ich form przetrwalnikowych.
Metody sterylizacji:
1.
WyŜarzanie
(do drobnych przedmiotów metalowych; do sterylizacji ez stosowanych do posiewów
mikrobiologicznych)
2.
Spalanie
(niszczenie skaŜonego materiału; odpady szpitalne )
3.
Sterylizacja suchym gorącym powietrzem
(do metalowych narzędzi)
4.
Sterylizacja nasyconą parą wodną pod ciśnieniem
(roztwory wodne, jak i odzieŜ ochronną, opatrunki, narzędzia)
5.
Sterylizacja przez sączenie
(stosujemy tylko wówczas, gdy roztworu nie moŜna wyjałowić termicznie - na przykład gdy jest to
roztwór zawierający witaminy lub preparat biologiczny (enzymy, roztwory toksyn, surowica). Metodą
sączenia wyjaławia się równieŜ powietrze - rolę filtra pełnią arkusze z włókien szklanych (filtry HEPA)).
6.
Sterylizacja promieniowaniem
•
Jonizującym
(wyrobów medycznych jednorazowego uŜytku, produktów leczniczych, kosmetyków oraz materiałów
transplantacyjnych)
•
UV
(tylko powietrze lub powierzchnię przedmiotów np. laminar)
•
Mikrofalowym
•
Promieniowanie podczerwone
(
sprzętu medycznego: igły, strzykawki)
7.
Sterylizacja gazami
•
tlenkiem etylenu
(materiały i sprzęt medyczny z tworzyw sztucznych, które mogą odkształcać się po wpływem
temperatury)
•
formaldehydem
•
ozonem
8.
Sterylizacja roztworami środków chemicznych
•
aldehydu glut arowego
(narzędzi chirurgicznych i endoskopów)
•
kwasu nadoctowego
9.
Sterylizacja plazmowa
Literatura:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Pasteryzacja;
http://portalwiedzy.onet.pl/64841,,,,pasteryzacja,haslo.html;
http://pl.wikipedia.org/wiki/Tyndalizacja;
http://pl.wikipedia.org/wiki/Sterylizacja_(technologia);
www.semestr-x.za.pl/4/m1.doc;
www.mbio.am.wroc.pl/mbio/lib/php-
adds/download.php?tbl=download_files&datafld=attachement&typefld...sterylizacja.pdf
55. Na czym polegają reakcje redox i czemu słuŜą
Na czym polegają:
Utlenieniu zredukowanych związków organicznych lub nieorganicznych (donor elektronów) przy
jednoczesnej redukcji organicznego, bądź nieorganicznego akceptora.
Czemu słuŜą:
- uzyskiwaniu ATP przez bakterie
- uzyskiwanie elektronów do dalszych reakcji zachodzących w komórkach
- uzyskiwania glukozy w procesie fotosyntezy
- uzyskiwanie energii
- redukcji szkodliwych związków metabolicznych
Literatura:
Wykłady z mikrobiologii
56. Podaj przykłady substratów i produktów w procesie fermentacji
Organizmy
Rodzaj fermentacji
Substraty
Produkty
Większość grzybów
m.in. droŜdŜe;
Sarcinia ventriculi
Fermentacja alkoholowa
Glukoza
Etanol, CO
2
Zymomonas mobilis
Fermentacja alkoholowa
Glukoza
Etanol, CO
2
, Kwas
mlekowy
Heterofermentujące
bakterie mlekowe
Fermentacja alkoholowa
Glukoza
Etanol, Mleczan
Lactobacteriaceae
Fermentacja mlekowa
Laktoza
D-glukoza,
D-galaktoza
Homofermentujące
bakterie mlekowe
Fermentacja mlekowa
Glukoza
Mleczan, czasem: octan,
etanol, CO
2
i acetoina
Heterofermentujące
bakterie mlekowe
Fermentacja mlekowa
Glukoza
Mleczan, Etanol, CO
2
Heterofermentujące
bakterie mlekowe
Fermentacja mlekowa
Fruktoza
Mleczan, Octan, CO
2
,
Mannitol
Leuconostoc
mesenteroides;
Lactobacillus casei
Fermentacja mlekowa
Ryboza
Mleczan, Octan
Paleobacter
acetylenicus
-
Acetylen
Etanol, Octan
Oxalobacter formigenes
-
Szczawian
Mrówczan, CO
2
Malomonas rubra
-
Jabłczan
Octan, CO
2
Clostridium
acetobutylicum
Fermentacja
Glukoza, Skrobia,
Dekstryna
Aceton, Butanol,
2-propanol, Maślan
Clostridium kluyveri
-
Etanol, Octan
Maślan, Kapronian, H
2
C. tetanomorphum
Fermentacja
aminokwasów
Glutaminian
Maślan, Octan,
Amoniak, CO
2
i H
2
C. sporogenes
Fermentacja par
aminokwasów
Alanina i Glicyna
Octan, Amoniak, CO
2
C. tyrobutyricum
-
Glicerol i Octan
Maślan, Octan, CO
2
, H
2
C. acidi-urici
Fermentacja specjalnego
szlaku
Kwas moczowy,
Ksantyna
Octan, Mrówczan, CO
2
,
NH
3
Literatura:
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. od 332 do376
Wykłady z mikrobiologii
57. Opisz replikację DNA u bakterii.
Replikacja-kopiowanie informacji.
replikacja bakterii jest semikonserwatywna, podwójna helisa zostaje
rozpleciona i kaŜda nić słuzy jako matryca do syntezy nowej nici. Nowa
nić to hybryda [jednan ić juŜ istniejąca i jedna zsyntetyzowana].
Replikacja u bakterii jest szybka i odbywa się w ciągu całego cyklu
podziałowego. Punkt ORI jest miejscem w genomie bakterii w którym
zaczyna się proces replikacji. widełki replikacjne to miejsce syntezy DNA.
Oczko replikacyjne to miejsce tworzenia się widełek replikacyjnych.
Szybkość replikacji u bakterii to 1000 par zasad na minutę.
58. Na czym polega większa zdolność adaptacyjna bakterii niŜ
organizmów eukariotycznych.
Wieksza zdolnośc adaptacyjna u bakterii polega na mozliwości transferu
genów bakteryjnych.
-wertykalny- normalne dziedziczenie chromosomowe
-boczny-w obrebie danego gatunku od szczepu do szczepu, dotyczy
genów niehomologicznych.
-horyzontalny-od rodzaju do rodzaju lub od gatunku do gatunku.
59. Opisz proces regulacji negatywnej u bakterii.
Operon laktozowy [E.coli] jest systemem regulacyjnym stęŜenie
enzymów odpowiedzialnych za rozkład laktozy. W warunkach
nieobecności laktozy system utrzymuje niskie stęŜenie enzymów
natomiast w przypadku obecności laktozy warunkuje szybki wzrost
stęŜenia tych enzymów. Na operon laktozowy skłądają się geny struktury
lacZ lacY lacA. W kierunku 5' do tych genów znajduje się sekwencja
zwana operatorem. Nachodzi ona kilkoma nukleotydami na sekwencje
promotora, więc jeśli do operatora przyłączy się represorto uniemoŜliwi
transkypcję genów. W przypadku połączenia się laktozy do białka
regulatorowego [represora] nastąpi obniŜenie zdolności represora do
wiązania się z operatorem. Zatem represor nie będzie w stanie blokować
sekwencje operatora i w rezultacie umoŜliwia przyłączenie się polimerazy
RNA do promotora i transkrypcję genów. Pojawienie się laktozy w
środowisku zmienia strukturę cząsteczki represora umoŜliwiając tym
samym synteze RNA. Po wyczerpaniu laktozy nie zmodyfikowane
cząsteczki represora znów łączą się z operatorem przywracając
wyjściową sytuacje.
60. Test fluktuacyjny
The fluctuation test is an assay for the detection of mutation induction in bacteria by chemicals, carried
out in liquid medium, and scored by counting the number out of around 50 tubes or wells that turn yellow.
It is suitable for the Ames Salmonella strains or for Escherichia coli WP2 trp and its derivatives. Calcium
precipitated microsomes, S9 fraction or freshly prepared hepatocytes can be incorporated for metabolic
activation. It is comparable to the Ames test in its ability to detect mutagens and carcinogens and
generally shares the limitations of that test as regards extrapolation to animals and man. Its disadvantages
are that it is marginally slower and slightly more labour intensive than the Ames protocol. For certain
applications, however, these disadvantages may be offset by the advantages of somewhat greater
sensitivity, ability to be automated, and facility for using hepatocytes for metabolic activation. The test is
particularly suitable for the testing of aqueous samples containing low levels of mutagen.
To Kora gdzies znalazla☺
61. Test Amesa
Test Amesa
jest to metoda diagnostyczną, słuŜąca do wykrywania siły mutagenu, czyli odpowiadająca na pytanie,
czy badany czynnik wywołuje mutację. Test ten został stworzony w latach 70. XX wieku przez
amerykańskiego biologa Bruce'a Amesa.
Przebieg testu:
Tworzy się szczep komórek, która juŜ posiada pojedynczą mutację - np. taką, która blokuje produkcję
histydyny - aminokwasu niezbędnego do Ŝycia bakterii. Takie bakterie poddaje się wpływowi badanego
czynnika i wpuszcza do idealnego środowiska, w którym nie występuje histydyna. Im więcej czynnik
wywoła mutacji, tym większa jest szansa, Ŝe część z nich zniesie działanie pierwszej mutacji (przez
rewersję lub supresję), i Ŝe bakteria będzie mogła znów produkować histydynę. Po pewnym czasie
sprawdza się ilość bakterii (liczbę kolonii), które urosły. Ta ilość określa siłę mutagenu - im więcej
bakterii, tym silniejszy mutagen.
Szczepy bakterii uŜywane do testów to Salmonella typhimurium niosące uniemoŜliwiające im produkcję
histydyny mutacje róŜnych typów - zarówno substytucje pojedynczych nukleotydów, jak i mutacje
przesuwające otwartą ramkę odczytu. Ponadto szczepy posiadają dodatkowe mutacje, które zwiększają
ich wraŜliwość na czynniki mutagenne, np. mutacje zwiększające przepuszczalność ściany komórkowej
czy zmniejszające zdolność naprawy DNA.
Literatura:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Test_Amesa
62. Wirusy, opisz budowę
Wirusy
(łac. virus - trucizna, jad) - skomplikowane cząsteczki organiczne nie posiadające struktury komórkowej,
zbudowane z białek i kwasów nukleinowych. Zawierają materiał genetyczny w postaci RNA lub DNA,
wykazują jednak zarówno cechy komórkowych organizmów Ŝywych, jak i materii nieoŜywionej. Wirusy
namnaŜają się przez infekowanie Ŝywych komórek. Do namnaŜania wykorzystują aparat kopiujący
zawarty w komórkach. Szereg wirusów jest chorobotwórczy dla człowieka i zwierząt, są one często
przyczyną groźnych chorób. Wirusy mają małe rozmiary. Zdecydowana większość przedostaje się przez
filtry mikrobiologiczne zatrzymujące bakterie (są od nich mniejsze). Największym znanym wirusem jest
mimiwirus mający 400 nm, który jest większy od niektórych bakterii. Dany gatunek wirusa zawiera tylko
jeden rodzaj kwasu nukleinowego (DNA lub RNA), chociaŜ w trakcie rozwoju wewnątrz komórki
dochodzi zwykle do syntezy drugiego rodzaju kwasu. Ze względu na pasoŜytnictwo komórkowe wirusy
posiadają na swojej powierzchni białka, które pozwalają zaatakować odpowiednie komórki. Wirusy nie
posiadają rybosomów. Poza komórką nie wykazują Ŝadnego metabolizmu (wyjątek - niektóre wirusy
Archaea), nie są zdolne do wzrostu ani rozmnaŜania się. MoŜna je krystalizować. Zagadnienia dotyczące
budowy wirusów dotyczą właściwie tylko stadium zdolnego do zakaŜenia komórki gospodarza.
Pojedynczą jednostkę wirusa nazywamy wirionem. KaŜdy wirion wykazuje obecność określonych
elementów, a są nimi kapsyd i kwas nukleinowy:
•
kapsyd, czyli płaszcz białkowy, okrywający kwas nukleinowy, zbudowany z białkowych łańcuchów
zwanych kapsomerami
•
kwas nukleinowy, niosący informację genetycznie niezbędną do replikacji oraz kodujący białka
strukturalne (kapsomery) i ewentualnie enzymy (np. odwrotną transkryptazę). Kwas nukleinowy wraz z
kapsydem nazywamy nukleokapsydem
Oprócz tego, niektóre wirusy mogą być otoczone dodatkową osłonką lipidową. Dotyczy to tych
serotypów, które uwalniają się z komórki przez pączkowanie. PoniewaŜ błona jest im zwykle potrzebna
do kolejnej infekcji, takie wiriony są wraŜliwe na niszczący ją atak dopełniacza.
Istotną cechą systematyczną jest zagadnienie symetrii wirionu. WyróŜnia się trzy jej rodzaje:
•
symetrię kubiczną, która charakteryzuje się tym, Ŝe wirion ma kształt bryły foremnej. Zwykle jest to
dwudziestościan foremny (ikozaedr), stąd inna nazwa tej symetrii - symetria ikozaedralna
•
symetrię helikalną, którą obserwujemy u wirusów mających śrubowato zawinięty nukleokapsyd
•
symetrię złoŜoną, która opisuje wirusy nie dające się zaliczyć do dwóch poprzednich rodzajów
symetrii.
Symetria wirionu moŜe nie być dostrzegalna na pierwszy rzut oka, co wynika z faktu istnienia osłonek
lipidowych, mogących zakrywać rzeczywisty kształt nukleokapsydu. Jest tak zwłaszcza w przypadku
wirusów o symetrii helikalnej, których otoczka jest dodatkowo wzmocniona warstwą tzw. białka M.
Wirusy posiadają tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego, na dodatek wykazującego odpowiednie dla
danego gatunku lub wyŜszej jednostki taksonomicznej cechy. W związku z tym moŜemy wyróŜnić
następujące formy kwasów nukleinowych stanowiących genom wirusowy i mających znaczenie
systematyczne:
•
DNA - wirusy zawierające go w wirionie to tzw. wirusy DNA
o
jednoniciowy (ssDNA)
o
częściowo jednoniciowy - charakterystyczny dla hepadnawirusów
o
dwuniciowy (dsDNA)
•
RNA - wirusy zawierające go w wirionie to tzw. wirusy RNA
o
jednoniciowy
o polarności dodatniej - moŜe pełnić funkcje mRNA kodującego białka
o polarności ujemnej - RNA musi być najpierw przepisany na mRNA
o
dwuniciowy
NamnaŜanie wirusów jest zaleŜne od rodzaju kwasu nukleinowego, który znajduje się w wirionie. PoniŜej
przedstawiono krótki opis replikacji genomów wirusowych.
ZakaŜenie komórki przez wirusy moŜe przebiegać - w zaleŜności od gatunku - na wiele sposobów.
JednakŜe niezaleŜnie od występujących róŜnic, podstawowe procesy zachodzące podczas takiej infekcji
są wspólne dla wszystkich wirusów. Najbardziej ogólny schemat przedstawiony jest na poniŜszym
rysunku:
Znaczenie poszczególnych etapów przedstawia się następująco:
1.
Adsorpcja - proces przylegania wirusa do powierzchni komórki - jest oczywiście niezbędnym wstępem
do zakaŜenia. Opiera się ona na połączeniu ze specyficznym receptorem, z czego z kolei wynika tropizm
tkankowy wirusa. Białko wirusowe, od którego zaleŜy rozpoznanie komórki to tzw. białko wiąŜące
receptor
2.
Penetracja jest procesem wnikania wirusa do komórki po jego uprzednim połączeniu się z receptorem.
MoŜe ono zachodzić na jeden z trzech podstawowych sposobów:
1.
fuzja - zachodzi w przypadku wirusów, które są otoczone błoną lipidową zawierającą białko fuzyjne.
Otoczka lipidowa wirusa zlewa się z błoną komórkową, dzięki czemu wirus wnika do wnętrza
2.
wiropeksja jest sposobem polegającym na wykorzystaniu naturalnych mechanizmów komórki, które są
wykorzystywane do pobierania róŜnych substancji odŜywczych i regulacyjnych. TakŜe w tym przypadku
wirus musi posiadać otoczkę, gdyŜ na jednym z etapów wiropeksji dochodzi do zlewania się błon
3.
"wślizgiwanie się" (endocytoza) polega na bezpośrednim przejściu przez błonę komórki. Zachodzi ono
w przypadku wirusów bezotoczkowych.
3.
Odpłaszczenie wirusa polega na uwolnieniu materiału genetycznego wirusa. W przypadku fuzji i
wiropeksji zwykle następuje ono juŜ podczas wnikania, gdyŜ jest bezpośrednio związane z mechanizmem
penetracji.
4.
Produkcja białek wczesnych - zanim genom zostanie zreplikowany, często zdarza się, Ŝe potrzebne są
białka niezbędne do pewnych czynności z tym związanych oraz inne, odpowiedzialne za zmianę
metabolizmu komórki.
5.
Replikacja genomu zachodzi w róŜny sposób, zaleŜnie od charakteru materiału genetycznego, co
zostało przedstawione wcześniej. Tutaj moŜe dojść takŜe do integracji genomu wirusa z genomem
gospodarza.
6.
Produkcja białek późnych zachodzi z reguły na podstawie kodu genetycznego ze świeŜo
wyprodukowanych nowych genomów. Są to zwykle białka strukturalne, wchodzące w skład kapsydu,
oraz białka umoŜliwiające prawidłowe złoŜenie wirionów.
7.
Składanie wirionów to proces, w którym dochodzi do wytworzenia nukleokapsydów.
8.
Uwalnianie wirionów z komórki następuje po ich złoŜeniu. Wirusy bezotoczkowe zwykle uwalniają się
po śmierci komórki i jej rozpadzie, natomiast wirusy otoczkowe pączkują z powierzchni komórki.
Otoczka lipidowa wirusa to zwykle właśnie pozyskany na tym etapie fragment błony komórkowej
gospodarza.
Literatura:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Wirusy
63. NamnaŜanie wirusów na przykładzie wirusa M13
Cykl Ŝyciowy faga M13
Fag M13 adsorbuje się na szczycie pili F niektórych bakterii i moŜe infekować tylko te bakterie, które
posiadają koniunkcyjny plazmid F lub F - podobny. Dla większości fagów nitkowatych infekcja
rozpoczyna się przez związanie się białka gpIII na szczycie pilii F. Następnie gpIII reaguje z
wewnątrzbłonowym białkiem TolA. Proteina gpIII zawiera sekwencję aminokwasów promujące fuzje
dwóch błon, a takŜe posiada zdolność tworzenia w błonie por o średnicy wystarczającej do przejścia
przez nie DNA. Ostatecznie sekwencja zdarzeń wygląda następująco: fag wiąŜe się do pilii F,
zapoczątkowuje fuzje błon a następnie uŜywa białka gpIII do utworzenia w błonie szczeliny, przez którą
wpuszcza swoje DNA do cytoplazmy.
DNA, które przedostało się do cytoplazmy jest kolistą, jednoniciową cząsteczką. Jest ono prawie
natychmiastowo pokrywane bakteryjnym białkiem tzw. SSB, zabezpieczającym je przed zniszczeniem.
Fagowe DNA jest przekształcane w dwuniciową cząsteczkę zaraz po wejściu do komórki bakterii.
Synteza komplementarnej nici zachodzi całkowicie z udziałem enzymów gospodarza. Powstająca nić
nazywana jest nicią ujemną. Tylko ona moŜe zostać uŜyta jako matryca dla syntezy mRNA, które
ostatecznie uŜywane jest jako matryca dla translacji fagowych białek.
Białko SSB, które pokrywa nić dodatnia po przedostaniu się fagowego DNA do cytoplazmy bakterii
wiąŜe się do ~60 nukleotydowego odcinka. Obszar ten tworzy strukturę nazywaną " hairpin loop"
chroniącą przed degradacja przez nukleazy. "Hairpin loop" rozpoznawana jest przez bakteryjną
polimerazę RNA jako miejsce startowe replikacji.
Inicjacja replikacja następuje przez zsyntezowanie krótkiego primera RNA. Następnie primer jest
wydłuŜany przez bakteryjną polimerazę DNA III w celu utworzenia ujemnej nici. Primer RNA jest
ostatecznie usuwany przez posiadającą właściwości egzonukleazy bakteryjną polimerazę DNA I, która
następnie uzupełnia powstałą przerwę. Następnie bakteryjna ligaza tworzy końcowe wiązania
fosfodiestrowe, czego wynikiem jest kowalencyjne zamknięcie dwuniciowego kolistego chromosomu
faga. Taka forma kwasu nukleinowego nazywana jest replikacyjną formą DNA (RF). Jest ona
replikowana wg kołowego mechanizmu replikacji. Białko kodowane przez gen II fagowego DNA,
posiada właściwość, endonukleazy która nacina dodatnią nic RF DNA w specyficznym miejscu w celu
zainicjowania replikacji. W przybliŜeniu syntezowanych jest ok. 100 nowych kopii RF DNA. Podczas
replikacji chromosomu, geny odpowiedzialne za białka kapsydu są transkrybowane i ulegają translacji.
Gdy poziom białka gpV osiągnie odpowiedni poziom następuje przełączenie z syntezy RF DNA na
syntezowanie dodatniej nici. GpV blokuje syntezę nici ujemnej, przypuszczalnie poprzez przesuniecie
SSB na łańcuch dodatni, co zapobiega uŜyciu nici dodatniej jako matrycy. Dodatnia nić przechodzi w
formę kolistą (1).
Rys. 7 Konwersja nici + faga M13 do dsDNA
Rys. 8 Uwalnianie faga M13 z komórki bakteryjnej
Fag M13 jest powielany i uwalniany z komórki bakteryjnej poprzez procesy niepowodujące jej
zniszczenia. Okryta gpV dodatnia nic DNA kontaktuje się z wewnętrzną stroną błony komórkowej
bakterii. Proces ten wymaga specyficznych sekwencji w DNA oraz białek gpVII i gpIX. Okryty białkiem
kwas nukleinowy faga przechodzi przez błonę. W tym procesie białko gpV jest zastępowane przez gpVII.
Kiedy fag przedostanie się juz poza błonę, następuje przyłączenie białek gpIII i gpVI, co kończy syntezę
nowego wirionu (1) .
Literatura:
http://wirusologia.republika.pl/struktura.htm
64. Cykl lityczny a cykl lizygeniczny
Cykl lizogeniczny
Wirus nie powoduje śmierci komórki lecz ulega włączeniu w obręb komórkowego DNA, nazywany jest
wtedy profagiem (prowirusem). DNA wirusa jest przekazywany komórką potomnym w procesach
podziałów komórkowych. Prowirus, czyli wirus uśpiony w komórce moŜe ją w pewnych warunkach
zaatakować, np. pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. DNA wirusowe zostaje wtedy wycięte z
genomu gospodarza i wchodzi w cykl lityczny zakończony rozpadem komórki.
Cykl lityczny
Cykl rozwojowy wirusa doprowadzający do rozpadu (lizy) atakowanej komórki. Wirus wnika do
komórki, zmusza ją do powielenia wirusowego kwasu nukleinowego i do syntezy wirusowych białek.
Powstają potomne cząsteczki wirusa, które opuszczają komórkę, niszcząc ją.
Literatura:
http://odpowiedz.pl/25786/13/Cykl-lityczny-i-lizogeniczny-wirusa.html
65. Replikacja typu toczącego się koła
Replikacja typu
jest to proces replikacji DNA rozpoczynający się w kolistej cząsteczce DNA, podczas którego, w wyniku
nacięcia endonukleolitycznego lub innych procesów, powstaje struktura złoŜona z jednej kolistej nici
DNA (stanowi ona ciągłą matrycę do syntezy komplementarnej nici, na której mogą powstawać
wielokrotne powtórzenia replikowanej cząsteczki DNA) oraz tzw. ogonka, będącego liniową nicią DNA
(ale na znacznej długości tworzącą hybryd z nicią kolistą), "odepchniętą" w wyniku replikacji kolistej
nici. Na liniowej matrycy ogonka moŜe równieŜ zachodzić synteza DNA. Formowane w tym procesie
struktury przypominają w mikroskopie elektronowym grecką literę . Replikacja typu toczącego się koła
występuje często w przypadku róŜnych wirusów oraz niektórych plazmidów, a takŜe podczas amplifikacji
niektórych genów w komórkach zwierzęcych.
Literatura:
http://www.bioleksykon.info/bio-1014-26.html
66. Wirus Herpes simplex – przedstaw schematycznie
Wirusy opryszczki pospolitej, HSV
(herpes simplex virus, HHV-1 i HHV-2, human herpesvirus - ludzki herpeswirus) otoczkowe DNA-
wirusy, naleŜące do rodziny herpeswirusów. Otoczka wirusów opryszczki pospolitej jest bardzo obszerna
- kompletny wirion ma średnicę 120 - 200 nm, podczas gdy nagi kapsyd wykazuje średnicę ok. 100 nm.
Nukleokapsyd ma symetrię ikosaedralną, kwas nukleinowy to dwuniciowy DNA. Genom tych wirusów
koduje ok. 100 polipeptydów, przy czym wiele z nich jest bardzo podobnych u obydwu gatunków, co
utrudnia ich rozróŜnienie w badaniach laboratoryjnych. WyróŜnia się dwa gatunki wirusów opryszczki
pospolitej: HHV-1 (dawniej HSV-1, herpes labialis - opryszczka wargowa) i HHV-2 (dawniej HSV-2,
herpes genitalis - opryszczka narządów płciowych).
Nazwy te odzwierciedlają tylko najczęstsze miejsca zakaŜenia. Zdarza się, Ŝe HSV-2 jest przyczyną
opryszczki wargowej i vice versa, mimo dość duŜego tropizmu poszczególnych typów do róŜnych tkanek.
Naturalnym gospodarzem HSV jest człowiek, ale in vitro mogą się one namnaŜać równieŜ w komórkach
innych zwierząt. Źródło zakaŜenia stanowią wyłącznie ludzie, zarówno z opryszczowymi wykwitami, jak
i w stanie bezobjawowego zakaŜenia. MoŜe się rozprzestrzeniać poprzez kontakt bezpośredni, moŜe teŜ
przechodzić z matki na płód lub na noworodka (zakaŜenie okołoporodowe). Największe znaczenie ma
pierwsza droga szerzenia: w większości przypadków do zakaŜenia dochodzi w okresie do 2 lat od chwili
narodzin lub w czasie porodu. Wirus opryszczki moŜe przetrwać w komórkach nerwowych zakaŜonego
organizmu (tzw. latencja wirusów). Aktywacja wirusa moŜe nastąpić pod wpływem czynników
zewnętrznych (stres, przeziębienie, miesiączka, osłabienie organizmu itd.), rzadziej spontanicznie. Wirus
jest przyczyną głównie zmian zapalnych na granicy skóry i błony śluzowej (wargi i narządy płciowe), a
takŜe rzadziej zapalenia spojówki i rogówki, skóry lub opryszczkowego zapalenia mózgu. Wirusy
opryszczki pospolitej mają teŜ prawdopodobnie związek z rakiem szyjki macicy, ale nie stanowi on
bezpośredniego, samodzielnego czynnika etiologicznego (chodzi tutaj głównie o HHV-2). W leczeniu
cięŜszych zakaŜeń wirusem opryszczki stosuje się Acyklovir.
Schematyczny rys. wirusa opryszczki HHV
Literatura:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Wirus_opryszczki_pospolitej
67. Retrowirusy
Retrowirusy
To grupa wirusów naleŜąca do rodziny Retroviridae charakteryzująca się genomem zawartym w RNA,
który jest replikowany do DNA w komórkach gospodarza, dzięki odwrotnej transkryptazie. Następnie
DNA wirusowy jest włączany do genomu gospodarza, dzięki enzymowi wirusowemu zwanym
integrazom. Są to wirusy o sferycznej morfologii winionu, gdzie zewnętrzną strukturą otaczającą jest
osłonka lipidowa. Sam nukleokapsyd przyjmuje kształt sferyczny, pręta lub czopka. Wymiary winionu to
około 100 nm , gdzie znajdziemy dwie identyczne nici RNA o długości od 7-10 kb. Trzeba teŜ
zauwaŜyć, Ŝe materiał genetyczny wirusa jest zaopatrzony w czapeczkę na konću 5’ i ogon
polyadenylowy na końcu 3’. Wirusy z tej grupy róŜnią się zarówno morfologia jak i biologią, ale są
prosto zbudowane. Retrowirusy wywołują wiele chorób jak np. AIDS lub bydlęcą leukemię oraz
przyczyniają się do powstawania nowotworów. Najlepiej poznanym wirusem z tej rodziny jest wirus HIV
- atakuje głównie limfocyty T-pomocnicze. Dotychczas poznano 2 typy wirusa: HIV-1, HIV-2.
Schemat budowy wirusa HIV:
a) glikoproteina 120,
b) glikoproteina 41,
c) lipidowa osłonka zewnętrzna,
d) białkowa osłonka rdzenia, e) proteaza,
f) kapsyd,
g) RNA,
h) odwrotna transkryptaza,
i) integraza
Literatura: wykłady z wirusologii molekularnej
Wikipedia angielska – retroviruses
68. Wirusy i wiroidy roślinne
Wirusy roślinne
Materiałem genetycznym większości wirusów roślinnych jest RNA. Przenoszone są one m.in. poprzez
owady; wystarczy najmniejsze nawet uszkodzenie tkanki, aby wirus wniknął do środka, dlatego do części
zakaŜeń dochodzi podczas zabiegów ogrodniczych. Wirus roślinny nie musi niszczyć komórki –
rozprzestrzenia się przez plazmodesmy zazwyczaj po krótkotrwałej inkubacji. Wirusem roślinnym
najlepiej poznanym jest wirus mozaiki tytoniu (TMV). Inne przykłady wirusów roślinnych to: wirus
persystentny oraz wiruz zarazy ziemniaczanej. Często są teŜ wykorzystywane do zaraŜania roślin by
uzyskać niezwykle estetyczne i nietypowe kwiaty np. wirus pstrości tulipana.
Wirioidy
są najmniejszymi czynnikami chorobotwórczymi roślin. Jest to sam kwas nukleinowy - jednołańcuchowy
RNA złoŜony z ok 300 zasad tworzących III-rzędową strukturę. Brak otoczki białkowej wynika z
moŜliwości infekowania komórek roślinnych bez konieczności przenikania przez błonę komórkową.
Replikacja RNA wiroidów przebiega w jądrze komórkowym, a zakaŜone rośliny wydają nasiona
zaraŜone tymi patogenami. Są to twory odporne na działanie jakichkolwiek antybiotyków. Powodują one
choroby ziemniaków, cytrusów, ogórków, chmielu, palm kokosowych i innych roślin.
Literatura:
http://ebiolog.pl/a-19.html
http://www.biolog.pl/article10.html
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. 197, 172-173
69. Szczepy killerowe
Szczepy killerowe
Mowa o nich, gdy mamy do czynienia z mikroorganizmem Paramecium aurelia, w którego genomie
wystepuje „killer gene”, zwany po polsku genem-zabijaczem. Wykazano, Ŝe w tym gatunku orzęska
moŜna wyróŜnić dwa szczepy: szczep pierwszy wydzielający toksynę, na która był odporny (szczep
zabijaczy) i drugi wraŜliwy, która to toksyna powodowała ich śmierć. Okazało się równieŜ, Ŝe zdolność
do produkcji toksyny jest kodowana cytoplazmatycznie, a nie przez geny jądrowe. Cecha „killer” moŜe
być przenoszona drogą koniugacji i szczep wraŜliwy sam moŜe zostać zabijaczem. Cecha ta wiąŜe się z
występowaniem czastek „kappa”, które jak udowodniono są enodosymbiontycznymi bakteriami dającymi
usunąć się przez stosowanie antybiotyków.
Literatura:
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. 649
70. Plazmidy
Plazmid
cząsteczka DNA występująca w komórce poza chromosomem i zdolna do autonomicznej (niezaleŜnej)
replikacji. Plazmidy występują przede wszystkim u prokariotów, ale znane są takŜe nieliczne plazmidy
występujące u eukariotów. Zazwyczaj plazmidy nie niosą genów metabolizmu podstawowego, a więc nie
są komórce niezbędne do przeŜycia. Mogą jednak kodować produkty potrzebne w pewnych
specyficznych warunkach, na przykład geny oporności na antybiotyki lub umoŜliwiające rozkład i
asymilację róŜnych związków odŜywczych. Plazmidy w drodze koniugacji mogą być przekazywane
pomiędzy komórkami bakteryjnymi. Większość znanych plazmidów to niewielkie, koliście zamknięte
cząsteczki DNA. Znane są równieŜ plazmidy naturalnie występujące w formie liniowej. Plazmidy mogą
kodować wiele genów związanych ze swoim utrzymaniem, replikacją oraz transferem do innych
komórek. NajwaŜniejszym elementem budowy kaŜdego plazmidu jest ori (od ang. origin of replication),
czyli sekwencja, w której następuje rozpoczęcie replikacji DNA plazmidowego, niezaleŜnie od replikacji
DNA chromosomowego. W plazmidzie moŜe występować więcej niŜ jeden region ori. Plazmidy mogą
być przekazywane nie tylko z komórki macierzystej do komórek potomnych, ale takŜe pomiędzy dwiema
komórkami bakteryjnymi w procesie koniugacji. Jest on niezwykle istotny dla ewolucji bakterii,
poniewaŜ umoŜliwia niezwykle szybką adaptację do zmieniających się warunków środowiska. Ma to
takŜe znaczenie dla człowieka, gdyŜ większość genów oporności na antybiotyki kodowanych jest na
plazmidach, co umoŜliwia szybkie rozprzestrzenianie się oporności wśród bakterii chorobotwórczych. Jak
zostało wspomniane, plazmidy zazwyczaj nie kodują Ŝadnych informacji genetycznych niezbędnych dla
przeŜycia komórki. Stanowią jednak dla gospodarza dodatkowe obciąŜenie metaboliczne, muszą więc
posiadać systemy stabilizujące ich obecność w komórce, inaczej po pewnym czasie zostałyby
wyeliminowane z populacji bakterii. Do czynników utrzymujących plazmidy w komórce naleŜą:
1.
Wysoka liczba kopii plazmidu
Niewielkie plazmidy występują zazwyczaj w komórce w wysokiej (kilkanaście - kilkadziesiąt) liczbie
kopii. Dzięki temu przy podziale komórki zapewnione jest bardzo wysokie prawdopodobieństwo
odziedziczenia plazmidu przez komórki potomne. Im więcej kopii plazmidu, tym większe
prawdopodobieństwo, Ŝe w wyniku podziału komórki nie powstanie komórka bezplazmidowa.
2.
Systemy miejscowo specyficznej rekombinacji
Gdy w komórce znajduje się więcej niŜ jedna kopia plazmidu, spontanicznie zachodzi ich łączenie się
poprzez sekwencje homologiczne, co powoduje powstawanie dimerów i oligomerów. Przy podziale
komórki oligomery tworzą razem jedną cząsteczkę, która zostaje przekazana jednej z komórek
potomnych. Zachodzi więc niebezpieczeństwo, Ŝe wszystkie plazmidy połączone w jedną cząsteczkę
zostaną przekazane tylko jednej komórce, a druga komórka będzie pozbawiona plazmidu.
Spowodowałoby to po pewnym czasie zwiększenie się w populacji liczby bakterii nie posiadających
plazmidu. Aby temu zapobiec, na plazmidzie mogą znajdować się geny systemu miejscowo
specyficznej rekombinacji. Zawierają one specjalne sekwencje res oraz kodują białko resolwazę
(rekombinazę). Resolwaza działa na sekwencje res i w drodze rekombinacji homologicznej powoduje
rozdzielenie multimeru na pojedyncze plazmidy. Tego rodzaju system nie zapobiega jednak
ponownemu tworzeniu multimerów, lecz jedynie rozdziela juŜ istniejące.
3.
Systemy partycyjne (aktywnego rozdziału)
Dzięki obecności tych systemów następuje aktywny i ściśle kontrolowany rozdział plazmidów do
komórek potomnych. W skład systemów tego typu wchodzą specyficzne sekwencje DNA, wykazujące
podobieństwo do eukariotycznych centromerów, oraz białka uczestniczące w procesie rozdziału.
Podczas podziału komórki sekwencje centromeropodobne wiązane są przez rozpoznające je białka, do
tych zaś przyłączają się kolejne białka bezpośrednio uczestniczące w rozdziale. Plazmidy zostają
ustawione w płaszczyźnie równikowej, a następnie rozchodzą się do przeciwległych biegunów
komórki.
4.
Systemy addykcyjne
Systemy addykcyjne powodują eliminację komórek, które nie odziedziczyły plazmidu podczas podziału
komórki. Składają się na nie geny kodujące trwałą toksynę (truciznę) oraz labilną antytoksynę
(antidotum). W komórce posiadającej plazmid zachodzi ekspresja obydwu tych genów, jednak
antytoksyna znosi efekt działania toksyny. Po podziale, komórki potomne dziedziczą po komórce
macierzystej zarówno truciznę, jak i antidotum obecne w cytoplazmie. Jeśli komórka nie otrzymała
przy podziale plazmidu, labilne antidotum jest szybko rozkładane, natomiast trwała trucizna jest dalej
obecna w cytoplazmie i, w zaleŜności od typu, powoduje efekt bakteriobójczy lub bakteriostatyczny.
Jeśli natomiast komórka odziedziczyła plazmid, jest w stanie produkować własne antidotum.
Plazmidy bakteryjne znalazły zastosowanie w inŜynierii genetycznej jako wektory. Obecnie uŜywa się
plazmidów silnie zmodyfikowanych, często wykazujących jedynie śladowe podobieństwo do naturalnie
występujących pierwowzorów.
Literatura:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Plazmid
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. od 577 (sprawdzenie)
71. W jaki sposób moŜna udowodnić transfer materiału genetycznego u
bakterii.
Odkrycie DNA jako nośnika. W 1928 Griffith opisał zmianę
bezotoczkowego szczepu R Streptococcus pneumoniae w szczep S
posiadający osłonkę. Wstrzyknął on myszą małą ilość niezjadliwych
komórek R wraz z zabitymi termicznie komórkami S. Komórki R
pochodziły od innego szczepu S (SII) którego osłonka łatwo dała się
odrózic metodami serologicznymi od osłonki termicznie zabitego szczepu
S (SIII). PO pewnym czasie moŜna było izolować z myszy zjadlwe
ziarniaki mające otoczkę typu SIII.Wydawało się wiec,ze zabite komórki
SIII przekazały ceche warunkującą tworzenie się otoczek do komórek R,
które z koleji mogły przekazać ją potomstwu. Transformacja dostarczyłą
niezbitego w tamtych czsasch dowodu wskazującego na izolacje
genetycznej informacji w DNA a ni w białkach.
Wyekstrachowane białka wraz z DNA z wirulentnego szczepu bakterii S
rozdzielono na 2 próbyi. Jedną z nich potraktowano enzymem
niszczącym DNA ( zostały tylko białka typu S)- Próba I. Drugą
potraktowano proteinazami i RNAzami (zostaje tylko DNA)- próba II.
Kazda z prób została dodana do typu R. Okazało się z w próbie I obecny
jest tylko typ R. Natomiast w próbie II obecnesą typy R i S. Z tego
wynika ze tylko próba zawierająca DNAz typu Ś podlega transformacji do
typu R
72. RóŜnorodność i występowanie Archaea
Archeowce
(łac. Archaea; przestarz.: Archaebacteria, Archea, pl.: archeany) – organizmy zaliczane tradycyjnie wraz
z eubakteriami do prokariotów. Pierwotnie uwaŜano nawet, Ŝe są ewolucyjnie starsze od bakterii
właściwych, obecnie jednak wiadomo, Ŝe grupy te ewoluowały równolegle i są jednakowo stare. Wg
niektórych systematyków naleŜy archeowce traktować jako odrębną linię ewolucyjną i nadać im rangę
domeny.
Archeowce są stosunkowo słabo zbadane i opisywane często w kontekście róŜnic względem eubakterii.
Główne z nich to: odmienna budowa ściany komórkowej (a konkretnie brak mureiny, zastąpionej
pseudomureiną) oraz obecność eterów rozgałęzionych nienasyconych kwasów tłuszczowych i glicerolu
przy jednoczesnym braku fosfolipidów w błonie komórkowej. Te etery, przebiegające zwykle przez obie
warstwy błony powodują, Ŝe jest ona częściowo jednowarstwowa. Ściana komórkowa nie zawiera
peptydoglikanów. Archeowce mają teŜ nietypowe procesy metaboliczne (chemoautotrofy np. redukujące
siarczany). Polimerazy RNA zaleŜne od DNA składają się z więcej niŜ czterech podjednostek, co jest
zasadniczą róŜnicą między bakteriami , a archeonami.
Istnieje istotna róŜnica między bakteriami a archeowcami, jeśli chodzi o organizację materiału
genetycznego. U archeowców kwas DNA jest upakowany w nić nukleosomów, której rdzeń tworzą białka
histonowe. Ponadto materiał genetyczny Archebacterii jest nieciągły, to znaczy przedzielony intronami.
Pewne cechy procesów transkrypcji i translacji u archeowców przypominają bardziej eukariota niŜ
bakterie, przykładowo polimeraza RNA zbudowana jest podobnie do eukariotycznych polimeraz RNA, a
do inicjacji transkrypcji potrzebuje białek homologicznych do eukariotycznego TFIIB (TFB) i
eukariotycznego białka wiąŜącego sekwencję TATA (TBP). Archeowce są prawdopodobnie bliŜej
spokrewnione z jądrowcami niŜ z innymi prokariotami. Archeowce są bardzo zróŜnicowane zarówno pod
względem morfologii jak i fizjologii. Niektóre Ŝyją jako pojedyncze komórki, inne tworzą nitki lub
agregaty (kolonie). Mogą być sferyczne, pałeczkowate, spiralne lub płatowate. Średnica waha się 0,1µm
do ponad 15µm, a włókna nawet osiągają do 200µm. Ich rozmnaŜanie jest równieŜ bardzo róŜnorodne –
moŜe to być podział, pączkowanie lub fragmentacja.
Większość znanych gatunków Ŝyje w środowiskach ekstremalnych, takich jak wody gorące, wody silnie
zakwaszone lub silnie alkaliczne, solanki, stęŜone roztwory innych minerałów. Szczególnie znane są z
występowania w gejzerach i w kominach hydrotermalnych, na dnie oceanów. Niektórzy przedstawiciele
są jednak spotykani w środowiskach zimnych, a kilka gatunków wykryto nawet w przewodach
pokarmowych zwierząt, ale ze względu na niezwykłą biochemię archeowce są raczej nieszkodliwe dla
przedstawicieli innych domen. W kaŜdym razie u ludzi nie są znane infekcje spowodowane archeowcami.
Być moŜe wynika to tylko z faktu, Ŝe po prostu do tej pory takie chorobotwórcze archeowce nie zostały
odkryte, mimo Ŝe wiele gatunków zamieszkuje np. naszą okręŜnicę. Do archeowców naleŜą wszystkie
znane nam obecnie mikroorganizmy Ŝyjące w ekstremalnie wysokich temperaturach (np. w gorących
źródłach). W odróŜnieniu od bakterii właściwych, te z nich, które przeprowadzają fotosyntezę, nie mają
chlorofilu. Wszystkie uŜywają teŜ jako składników pokarmowych prostych związków organicznych i
nieorganicznych, ale nie potrafią rozkładać związków bardziej skomplikowanych.
Z punktu widzenia fizjologii mogą być aerobami, fakultatywnymi lub ścisłymi anaerobami. Niektóre są
mezofilami, inne hipertermofilami (mogą Ŝyć w temperaturze powyŜej 100°C). Ze względu na sposób
odŜywiania zajmują szerokie spektrum od chemolitoautotrofów po organotrofy.
Archeowce zostały podzielone na trzy główne grupy pod względem środowiska bytowania:
•
ekstremalnie halofilne
•
ekstremalnie kwasolubne
•
metalogeniczne
Literatura:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Archeowce
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. 141-144
73. Bakterie purpurowe i ich róŜnorodność
Bakterie purpurowe
to bakterie prowadzące fotosyntezę anoksygenową (bez uwalniania tlenu). Wszystkich przedstawicieli
tych bakterii cechuje takie same umiejscowienie aparatu fotosyntetycznego na błonach
wewnątrzkomórkowych (tylakoidach), które są wpukleniami błony cytoplazmatycznej. Z nielicznymi
wyjątkami, wszystkie bakterie z tej grupy zawierają bakteriochlorofil a (Bchl a) i wszystkie wiąŜą CO
2
w
cyklu rybulozobifosforanowym, wykorzystując związki organiczne jako donory wodoru, i zazwyczaj jako
źródło węgla. Bakterie purpurowe moŜemy podzielić na dwie rodziny, róŜniące się sposobem
wykorzystywania siarki jako donora wodoru:
•
purpurowe bakterie siarkowe (Chromatiaceae)
Są łatwo rozpoznawalne dzięki obecności globul siarki silnie odbijających światło. Typową cechą tej
grupy jest odkładanie siarki podczas utleniania siarkowodoru. Wszyscy przedstawiciele zawierają w
swoich komórkach pęcherzykowate tylakoidy, który wypełniają prawie całą komórkę, ale zdarzają się
wyjątki z tabularnymi tylakoidami. Grupa jest bardzo zróŜnicowana. Mamy tu doczynienia z olbrzymami
wśród bakterii np. Thiospirillum jenense. Liczne rodzaje morfologiczne: krótkie pałeczki, przecinkowce,
ruchliwe lub nieruchliwe, kuliste komórki, elipsoidalne. Występują u niektórych przedstawicieli tej grupy
takie organella jak: wakuole gazowe. Prowadzi się równieŜ badania na tych bakteriach dotyczące: ruchów
wici i reakcji chemotaktycznej.
•
purpurowe bakterie bezsiarkowe (Rhodospirillaceae)
Bakterie te są podatne na działanie siarkowodoru, który hamuje ich rozwój, choć występują tacy
przedstawiciele tej rodziny, którzy tolerują go , a nawet wykorzystują jako donor wodoru. Bakterie te
posiadają wszystkie znane struktury tylakoidalne. Dzielimy te rodzinę na pięć rodzajów ze względu na
kształt komórek: spiralne, pałeczkowate, zakrzywione pałeczki i kulisto podobne.
Literatura:
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. 457-462
74. Grupa Vibrio (wystepowannie i róŜnorodność)
Vibrio
to rodzaj gram- ujemnych bakterii o charakterystycznym przecinkowatym kształcie. Zazwyczaj moŜna je
spotkać w słonej wodzie mórz i oceanów. To rodzaj względnych tlenowców nie wytwarzających
przetrwalników. Wszyscy przedstawiciele tego rodzaju to ruchliwe bakterie z polarną rzeską zaopatrzoną
w pochewkę. Wiele gatunków z rodzaju Vibrio to bardzo waŜne patogeny człowieka. Większość chorób
wywoływanych przez te bakterie przypomina grypę Ŝołądkową, jednakŜe mogą one zakaŜać równieŜ inne
organy prowadząc do sepsy. Zazwyczaj wektorami tych bakterii są liczne morskie zwierzęta np. kraby, a
spoŜycie niedogotowanego ich mięsa moŜe skończyć się śmiercią. Najbardziej znanym przedstawicielem
tej grupy jest Vibrio cholerae
, która wywołuje cholerę ostra i zaraźliwa choroba przewodu
pokarmowego.
To bardzo róŜnorodna grupa, występują teŜ gatunki Ŝyjące w symbiozie ze zwierzętami
morskimi takimi jak: meduzy, ryby czy mątwy. Są odpowiedzialne równieŜ za luminescencję -
mechanizm quorum sensing (ograniczenie wzrostu koloni przez wytworzenie związków chemicznych
informujących o zagęszczeniu koloni).
Literatura:
en.wikipedia.org/wiki/Vibrio
prezentacja z mikrobiologi z wirusologia
75. Objawy występowania, róŜnorodność i rola bakterii z grupy Pseudomonas
Pseudomonas
To rodzaj zaliczany do rodziny Pseudomonadaceae gdzie spotkamy gram ujemne, biegunowo urzęsione,
proste lub lekko wygięte pałeczki, które nie tworzą spor i rosną tlenowo. Energię uzyskują z oddychania
tlenowego, a u niektórych gatunków równieŜ beztlenowego (denitryfikacja – oddychanie azotanowe), ale
nigdy w wyniku fermentacji. Są one chemoorganotrofami (korzystają z energii 1-węglowych związków
organicznych), a niektóre względnie chemolitotrofami (organizmy, dla których źródłem energii są
utleniane substraty nieorganiczne). MoŜe on wykorzystywać bardzo róŜne substraty organiczne, między
innymi związki heterocykliczne i aromatyczne, które nie są rozkładane przez inne bakterie. Niektóre
gatunki z tego rodzaju utleniają cukry niecałkowicie i wydzielają do środowiska kwasowe pochodne
cukrów (kwas glukonowy, kwas 2-ketaglukonowy). Mają małe wymagania środowiskowe, więc
spotkamy je wszędzie: w glebie, wodzie, ściekach i w powietrzu. Zwykle zasiedlają jako pierwsze nowe
miejsca, jeŜeli zawierają one sole mineralne i kwasy organiczne lub cukry. Często moŜna je rozpoznać po
tworzeniu barwników rozpuszczalnych w wodzie np. błękitno-zielonej piocyjaniny i Ŝółtozielonych
pigmentów fosforyzujących. Niektóre z nich są sideroforami (związek chemiczny chelatujący jony
Ŝelaza; wydzielane do środowiska wiąŜe jony Fe
3+
w kompleksy, które następnie mogą być pobrane do
organizmu za pomocą mechanizmów transportu aktywnego). Jest to rodzaj bardzo zróŜnicowany
począwszy od nieszkodliwych bakterii glebowych do bakterii patogennych zarówno roślin (np. P.
syringa), jak zwierząt w tym człowieka (np. P. aeruginosa – pałeczka ropy błękitnej – najbardziej znany
przedstawiciel swojego rodzaju – moŜe wywoływać np. zapalenie ucha środkowego, czy zakaŜenia
przyranne charakteryzujące się zielononiebieską ropą).
Rola bakterii z grupy Pseudomonas:
•
są licznymi patogenami roślin i zwierząt
•
są organizmami pionierskimi w niezamieszkałych jeszcze rejonach
•
wydzielają związki pozwalające na wiązanie przez nie jonów Ŝelaza (III)
•
są organizmami odpowiedzialnymi za obieg Ŝelaza w przyrodzie
Literatura:
„Mikrobiologia ogólna” H.G. Schlegel; PWN 2008; str. 136-137
76. Bakterie asymiliujące azot atmosferyczny (róŜnorodność, występowanie i rola)
SCHEMATYCZNY OBIEG AZOTU W PRZYRODZIE:
Ten schemat tyczy się równieŜ zagadnienia 81-Bakterie nitryfikacyjne
Wszystkie organizmy Ŝywe potrzebują do istnienia azotu. Jest to główny składnik bardzo
waŜnych substancji biologicznych:
•
aminokwasów, budujących peptydy i białka,
•
zasad azotowych, głównych składników kwasów nukleinowych (DNA oraz RNA),
•
oraz licznych witamin i kofaktorów enzymów.
Zdolność do fotosyntezy tlenowej cyanobakterie dzielą z roślinami wyŜszymi oraz glonami
zielonymi. Posiadają jednak unikatową cechę biochemiczną - asymilują azot atmosferyczny.
Reakcja wiązania przebiega według ogólnego równania:
N
2
+ 8H
+
+ 8e
-
+ 16 ATP = 2NH
3
+ H
2
+ 16ADP + 16 Pi
Do związania atmosferycznego azotu konieczny jest enzym - nitrogenaza. Enzym ten jest
praktycznie identyczny u wszystkich gatunków mikroorganizmów wiąŜących azot. Cechuje go
wysoka wraŜliwość na obecność tlenu. Zbyt wysokie stęŜenie tego gazu w komórce prowadzi do
odwracalnej inaktywacji enzym. Cyanobakterie sekcji IV i V (nitkowate) posiadają
wyspecjalizowane komórki wiąŜące azot - heterocysty. Są one otoczone przez duŜo grubszą niŜ
w innych komórkach ścianę komórkową, zaś stęŜenie nitrogenazy w ich cytoplazmie jest
wysokie. Są zwykle większe od wegetatywnych komórek trychomu, którym dostarczają
wytwarzanych przez siebie azotanów. Proces fotosyntezy wiąŜe się z wydzielaniem tlenu, więc
komórki te nie fotosyntetyzują. Są przez to zaleŜne pokarmowo od pozostałych komórek kolonii.
Heterocysty nie mogą równieŜ się dzielić. Proces asymilowania N
2
jest wysoce energochłonny,
więc komórki nie przeprowadzają go bez potrzeby (przy wysokiej dostępności NO
3
-
, NO
2
-
lub
NH
4
+
nie powstają heterocysty lub powstaje ich niewiele). Wytwarzanie heterocyst jest
indukowane niedostateczną ilością przyswajalnego azotu w środowisku. JednakŜe nie tylko
gatunki posiadające heterocysty asymilują azot atmosferyczny. Zdolność tę posiada takŜe rodzaj
Trichodesmium. Poziom nitrogenazy w środkowym rejonie trychomu jest wyŜszy niŜ na jego
obrzeŜach, więc to komórki wewnętrzne zajmują się wiązaniem N
2
. Istotne jest równieŜ zjawisko
zaobserwowane na koloniach w wykładniczej fazie wzrostu - poziom nitrogenazy najwyŜszy jest
tuŜ przed fazą jasną cyklu dobowego, co sugeruje w tym przypadku raczej czasowy niŜ
przestrzenny rozdział fotosyntezy - związanej z wytwarzaniem tlenu - od asymilacji azotu
atmosferycznego - przy uŜyciu wraŜliwej na tlen nitrogenazy. Fotosynteza odbywa się w dzień,
natomiast wiązanie azotu - głównie w nocy.
Symbiozy z roślinami i grzybami
Zdolność asymilacji N
2
jest często spotykana pośród jednokomórkowych mikroorganizmów, nie
przejawiają jej jednak wielokomórkowe Eukaryota. Heterotrofy czerpią azot z poŜywienia
organicznego, natomiast autotrofy wymagają dostarczenia związków azotu w formie
przyswajalnych soli (NO
3
-
, NO
2
-
, NH
4
+
). Autotrofy niezdolne do samodzielnego korzystania z
N
2
, są zaleŜne od mikroorganizmów wprowadzających azot atmosferyczny do puli dostępnej dla
organizmów Ŝywych. Niektóre gatunki roślin wykształciły zdolność symbiozy z określonymi
gatunkami bakterii asymilujących azot. UmoŜliwia im to kolonizację miejsc niedostępnych dla
innych z powodu małej zawartości soli azotowych. Powszechnie znanym przykładem na taką
zaleŜność jest układ pomiędzy roślinami motylkowymi (łac. Papilionaceae) a glebowymi
bakteriami brodawkowymi (Rhizobium). Podobnie cyanobakterie z rodzaju Nostoc lub
Anabaena występują w tkankach korzeni roślin z rodzaju Cycas. Udowodniono asymilację azotu
przez bakterie symbiotyczne i przekazywanie go roślinnemu partnerowi. Mimo Ŝe wolno Ŝyjące
cyanobakterie są organizmami fotosyntetyzującymi, we wnętrzu rośliny znajdują się one w
całkowitych ciemnościach, więc do przeŜycia potrzebują związków organicznych dostarczanych
przez gospodarza. Tak więc symbioza ta przynosi korzyści obu stronom (mutualizm).Wodne
paprotki Azolla Ŝyją w dziedzicznej symbiozie z cyanobakteriami Anabaena. Na wierzchniej
stronie liści paprotki znajdują się zagłębienia o skomplikowanej strukturze, wypełnione
częściowo śluzem. W śluzie tym bytują symbiotyczne cyanobakterie. Zasada symbiozy jest
podobna jak w poprzednim przypadku. Porosty są organizmami symbiotycznymi, w których
jednym z partnerów jest grzyb. Drugim, w 90% przypadków, jest eukariotyczny zielony glon, w
pozostałych 10% jest to cyanobakteria. Grzyb zapewnia bakteriom miejsce do rozwoju, chroni
przed nadmiernym nasłonecznieniem i wysychaniem oraz dostarcza im substancji mineralnych,
pobieranych z podłoŜa lub z powietrza. Kolonie cyanobakterii w porostach mają dostęp do
światła słonecznego, w odróŜnieniu od symbioz z roślinami, gdzie bakterie, bytując w ciemności,
muszą odŜywiać się heterotroficznie. Zielony partner, zarówno bakteryjny jak i eukariotyczny,
dostarcza gospodarzowi produktów fotosyntezy. Natomiast związki azotu są produkowane tylko
przez cyanobakterie, gdyŜ glony eukariotyczne nie potrafią wiązać azotu atmosferycznego.
Zwiększa to ekologiczne znaczenie tej grupy porostów. Mogą one rosnąć na nagich skałach i być
pierwotnym źródłem powstającej gleby i substancji odŜywczych dla innych gatunków. Gatunki
roślin i grzybów, nie nawiązujące bezpośredniej symbiozy z cyanobakteriami wiąŜącymi azot,
równieŜ odnoszą korzyści z ich istnienia. Bakterie te powodują wzbogacanie środowiska w
przyswajalne związki azotowe poprzez wydzielanie metabolitów oraz po śmierci komórek.
Wspólnie z innymi mikroorganizmami asymilującymi oraz uwalniającymi azot do atmosfery,
mają one kontrolę nad wielkością puli azotu dostępnej dla wszystkich organizmów Ŝywych.
77. Agrobacterium (występowanie i znaczenie)
Bakteria glebowa Agrobacterium tumefaciens powoduje powstawanie guzów we wszystkich
badanych pod tym względem roślinach dwuliściennych i w niektórych jednoliściennych. Za
tworzenie się guzów odpowiedzialny jest plazmid Ti (ang. tumor inducing). Fragment tego
plazmidu przenoszony jest do komórki roślinnej i stabilnie integruje w genom. Zawarte w tym
fragmencie geny ulegają ekspresji w komórce roślinnej. Integrujący fragment nazwano T-DNA
(transferred DNA). Analiza genetyczna wykazała, Ŝe dwa regiony plazmidu Ti są niezbędne do
powstania guza: T-DNA i region vir (virulence). Mutacje we fragmencie T-DNA zmieniają
morfologię guza, natomiast mutacje w regionie vir zaburzają jego powstanie. T-DNA zawiera
geny które są związane z produkcją fitohormonów (auksyn, cytokinin, kwasu indolilooctowego).
Nadprodukcja tych hormonów podwyŜsza tempo podziału komórki, zapobiega róŜnicowaniu i w
rezultacie powoduje powstanie guza. Inne geny T-DNA odpowiedzialne są za syntezę
aminokwasów i pochodnych cukrowych zwanych opinami, oraz za ich wydzielanie z komórki
roślinnej. Opiny zawarte w guzie tkanki roślinnej mogą słuŜyć jako Yródło węgla i azotu dla
Agrobacterium. Wykazano, Ŝe obszar T-DNA zawiera sekwencje niezbędne do przeniesienia go
do komórki roślinnej. Niezbędny do przeniesienia T-DNA jest region vir, który jest aktywny
nawet gdy znajduje się w innym replikonie. Wiadomo, Ŝe powtórzenia sekwencji o długości 25
bp tworzące granice T-DNA są niezbędne, ale i wystarczające aby region ten stabilnie integrował
w genom roślinny. DNA zawarty między granicznymi sekwencjami przenoszony jest do
komórki roślinnej z pomocą białek kodowanych przez geny znajdujące się w regionie vir, a
następnie integruje w genom roślinny. Odkrycie mechanizmu tego zjawiska umoŜliwiło
skonstruowanie wektorów uŜywanych obecnie do transformacji komórek roślinnych z
wykorzystaniem Agrobacterium. Agrobacterium tumefaciens - glebowa bakteria Gram-ujemna,
pałeczkowata, fitopatogeniczna. Wywołuje chorobę roślin zwaną guzowatością korzeni. Ma
niezwykle szeroki zakres patogeniczności - poraŜa ponad 600 gatunków roślin. NaleŜy do
rodziny Rhizobiaceae, a więc jest bliską krewniaczką bakterii brodawkowych. ZakaŜa rośliny
wnikając do skaleczonych tkanek.
Wywołuje:
1.
ich rozrost w postaci guzowatych narośli (w wyniku uaktywnienia tzw. onkogenów
Agrobacterium)
2.
przestawienie ich metabolizmu na produkcję opin - metabolitów nieprzydatnych
roślinie, lecz cennych dla bakterii. Te przemiany zakaŜonych tkanek są następstwem przekazania
im przez bakterię fragmentu jej DNA - tzw. T-DNA (po wykryciu uszkodzonej rośliny, bakteria
wycina T-DNA ze swojego plazmidu, zwanego plazmidem Ti i - opakowawszy je w
odpowiednie białka - przesyła je przez specjalnie wytworzony tunel do wnętrza komórki
roślinnej). Rozwój choroby jest więc następstwem transformowania tkanek roślinnych przez
bakterie.
78. Bakterie pochewkowe (występowanie i znaczenie).
bakterie nitkowate, bakterie pochewkowate, Chlamydobacteriae, bakterie
występujące na podwodnych ciałach stałych i w wilgotnej glebie; ich
komórki, ułoŜone w szereg, otoczone są łączącą je śluzową pochewką;
rozmnaŜają się przez podział szczytowych komórek nici na ruchliwe
pływki lub nieruchliwe gonidia.
Najlepiej poznaną bakterią nitkowatą jest Sphaerotilus natans. Bakteria
ta nazywana jest często „grzybem ściekowym” rozwija się w
zanieczyszczonych płynących wodach, w ściekach z cukrowni, na tamach
i biologicznych złoŜach zraszanych. Bakterie te w krótkim czasie mogą
zaczopować rury, kanały odpływowe i rowy. Najwięcej problemów robią w
oczyszczalniach ścieków, punktacj uzdatniania wody. Pokrywają zbiorniki
koŜuchami, czopują rury.
79. Kaulobakterie (występowanie i znaczenie).
Rodzaj Proteobacteria; Bakterie Gram- , Ŝyjące w oligotroficznych
wodach, odgrywa waŜną role w cyklu węgla. Bakteria jest zróŜnicowana
morfologicznie. Część przypominająca łodyŜkę przytwierdza się do
powierzchni a reszta zdobywa poŜywienie. Caulobacter jest
heterotroficznym aerobem. Do prawidłowego rozwoju wymaga
odpowiedniego poziomu fosforu. Ma złoŜony cykl Ŝyciowy. Biegunowo
ułoŜone pałeczki przylegają do pow. Stałych, w tym nawet do innych
bakterii, urzęsionym końcem, który zmienia się następnie w łodyŜkę;
bakteria dzieli się, a komórka potomna tworzy na wolnym biegunie nową
rzęskę.
80.Cykl Ŝyciowy Bdellovibrio
Bdellovibrio jest tlenowym mikroorganizmem pasoŜytującym na innych bakteriach, niewielkie
bardzo ruchliwe komórki. Napotkawszy odpowiednią bakterię Ŝywiciela pasoŜyt ten przywiera
nieorzęsionym biegunem do jej ściany komórkowej i obraca się wokół swej osi podłuŜnej,
zaatakowana komórka w krótkim czasie przekształca się w formę kulistą. Bdellovibria penetruje
jej ścianę komórkową i dostaje się do przestrzeni pery plazmatycznej. Komórka wydłuŜa się i
rośnie do momentu wyczerpania związków pokarmowych Ŝywiciela. Forma cylindryczna dzieli
się wielokrotnie, po lizie ściany komórkowej gospodarza komórki potomne pasoŜyta zostają
uwolnione gotowe do ataku.
Charakterystyczne dla Bdellovibrio jest to, Ŝe moŜe atakować komórki nierosnące.
UwaŜa się, Ŝe pasoŜytniczy tryb Ŝycie Bdellovibria jest przystosowaniem do środowiska o
małym stęŜeniu substancji odŜywczych.
81. Bakterie nitryfikacyjne(występowanie i znaczenie)
Znajdujące się w glebie sole azotowe, które pobierają rośliny i obracają na budowę cząsteczek
białka, stanowią podstawowy element ciała roślin i zwierząt. Powstają w wyniku utleniania
amoniaku i jego związków przez bakterie nitryfikacyjne na tlenki azotu, które z innymi
związkami mineralnymi tworzą znów azotowe związki glebowe.
Nazwa „nitryfikatory” pochodzi od łacińskich słów „nitrum”, czyli soda i „facio”, czyli czynię.
Nitryfikacja jest procesem realizowanym głównie przez bakterie Nitrosomonas i Nitrobacter. Są
to mikroorganizmy, które jako budulec własnego ciała wykorzystują podobnie jak rośliny proste
związki nieorganiczne: wodę i dwutlenek węgla. Niezbędną do Ŝycia energię uzyskują natomiast
w wyniku chemicznej reakcji utleniania azotu amonowego do azotynów, a następnie azotynów
do azotanów. W uproszczeniu bakterie Nitrosomonas przeprowadzają reakcję:
NH4+ + 1,5 O2 -> NO2- + 2H+ + H2O + 352 kJ
zaś bakterie Nitrobacter:
NO2- + 0,5 O2 -> NO3- + 73 kJ
W wyniku działalności tych poŜytecznych mikroorganizmów następuje przekształcenie
stosunkowo toksycznego azotu amonowego (NH4+ i NH3) w znacznie mniej szkodliwy azot
azotanowy (NO3-). Drugi etap nitryfikacji przeprowadzany przez Nitrobacter przebiega znacznie
szybciej i cały wytworzony azot azotanowy (NO2-) jest praktycznie natychmiast przetwarzany.
Bakterie nitryfikacyjne bytują głównie w glebie, wzbogacając ją w azotany, najchętniej
wykorzystywaną przez rośliny formę azotu. Zbyt intensywna nitryfikacja nie jest poŜądana, gdyŜ
azotany są znacznie łatwiej wypłukiwane z gleby niŜ jony amonowe.
Inaczej mówiąc, bakterie nitryfikacyjne utleniają amoniak wytwarzany podczas procesów
gnilnych (w rozkładzie białek). Są bardzo waŜnym czynnikiem obiegu związków azotowych w
przyrodzie. Azotany stanowią źródło pokarmu azotowego dla roślin wyŜszych.
Azotany mogą być bezpośrednio wykorzystywane jako źródło azotu przez rośliny, mogą
gromadzić się w glebie (np. złoŜa saletry chilijskiej) lub ulegać rozkładowi przez bakterie
denitryfikacyjne.
Przykłady bakterii nitryfikacyjnych: Nitrosomonas europaea, Nitrosomonas groningensis,
Nitrosomonas javenensis, Nitrosomonas monocella.
Przebieg procesu nitryfikacji zaleŜy od szeregu parametrów:
Temperatury, dostępności tlenu rozpuszczonego, pH, stęŜenia substratów i produktów reakcji, a
w mniejszym stopniu koncentracji bakterii nitryfikujących i rodzaju powierzchni, na której się
rozwijają, dostępności światła.
-Krytyczne stęŜenie tlenu, poniŜej którego proces nitryfikacji ustaje, wynosi dla czystych kultur
0,08 mg O2/l.
-Nitryfikatory są organizmami mezofilnymi – optimum temperatury dla ich rozwoju mieści się w
granicach 28-360C.
-Optimum pH dla procesu nitryfikacji wynosi około 7,6.
-Oba gatunki są czułe na niekorzystne oddziaływanie substratów nie własnych, tj. Nitrosomonas,
na obecność jonów NO-2, a Nitrobacter na jony NH+4.
82.Metanotrofy
Metanotrofy, czyli bakterie wykorzystujące do swego wzrostu i rozwoju metan oraz tlen.
Obecność bakterii metanotroficznych usuwających z powietrza metan stwierdzono w róŜnych
ekosystemach, w miejscach gdzie metan dyfundujący ze źródła ma moŜliwość kontaktu z tlenem
atmosferycznym. Do środowisk zasiedlanych przez bakterie metanotroficzne naleŜą zarówno
ekosystemy naturalne (torfowiska, gleby naturalne, środowiska wulkaniczne), jak i
antropogeniczne.(składowiska odpadów, miejsca transportu gazu ziemnego i ropy naftowej,
gleby róŜnych stref klimatycznych, pola ryŜowe). Do ostatnio zbadanych środowisk naleŜą skały
przywęglowe, stanowiące materiał odpadowy z kopalni węgla kamiennego. Jak stwierdzono w
czasie badań skały przywęglowe są zasiedlane przez bakterie metanotroficzne wykazujące
znaczną aktywność. Optymistycznie zakłada się iŜ w przyszłości metanotrofy pomogą obniŜyć-
zredukować stęŜenie metanu zarówno w miejscach jego powstawania (kopalnie, składowiska
odpadów), jak równieŜ przyczyni się do zmniejszenia efektu cieplarnianego.
83. Firmicutes (występowanie i znaczenie)
Bakterie jednokomórkowe, Gram +, patogeny roślin i zwierząt, saprobionty.
Do Firmicutes naleŜą:
-Lactococcus
Streptococcus – jest jedną z przyczyn zapalenia gardła; uŜywane przy produkcji: kiszonki,
jogurtów, serów; produkują energię w wyniku fermentacji cukru, mogą Ŝyć w obecności tlenu
ale nie uŜywają go w procesach oddechowych.
S. mutant powoduje próchnicę.
S. fecalis Ŝyje w jelicie i to jest normalne.
S. pyogenes powoduje lizę czerwonych krwinek.
-Mycoplasma
-Leuconostoc
-Lactobacillus
-Listeria
-Caryophanon
Stphylococcus – występują u ciepłokrwistych zwierząt. Rośnie w warunkach beztlenowych,
produkuje kwas mlekowy.
S. epidermidis normalnie Ŝyje na skórze.
S. aureus Ŝyje w jamie nosowo-gardłowej, ale moŜe czasem tworzyć patogeny: wtedy zakrzepy i
zatrucia piknikowe.
-Desulfotomaculum
Bacillus – B. subtilis powszechnie w glebie gnicie bulw ziemniaka, chleba. B. mycoides w
glebie. B. anthracis (wąglik) w glebie, powoduje posocznice wąglikową, broń biologiczna.
Heliobacterium
Clostridium – Znajdywane są w glebie, wodnych sedymentach i mule. MoŜna je selektywnie
izolować poddając w 80
o
C przez 10min. Spory kiełkują dopiero po silnym podgrzaniu.
C. perfinges toksyny zatkanie naczyń krwionośnych gangrena.
„Wytłuszczone” to organizmy tworzące endospory - spory lub stadia przetrwalne, pozwalające
przetrwać okresy wysuszenia lub wysokiej temperatury, UV i dezynfekcje (nawet 50 lat)
84. Actinobacteria (występowanie i znaczenie)
Oto krótka charakterystyka:
-są to organizmy prokariotyczne
- typ Gram-dodatnich bakterii
-są bakteriami kwasoodpornymi, względne tlenowce
-posiadają cylindryczną nieregularną budowę z tendencją do rozgałęziania się co upodabnia je
do grzybów nitkowatych
-splątki nitek tworzą pseudogrzybnie (pseudomycelium), która moŜe być powierzchniowa,
wgłębna lub powietrzna.
-RozmnaŜają się przez fragmentację grzybni z wytworzeniem zarodników jak i przez
fragmentacje pseudogrzybni
- zaliczane są tu pospolite bakterie glebowe
-niektóre wchodzą w symbiozę z roślinami wyŜszymi
-niektóre wiąŜą azot inne są patogenami
-są waŜną częścią warstwy humusu (próchnicy) glebowego
-występują pospolicie w glebie, kompostach, obornikach
-rozkładają resztki roślinne i zwierzęce ; polisacharydy, sterydy, celulozę i chitynę
-produkują geosminę która odpowiada za charakterystyczny zapach świeŜo zaoranej ziemi
-niektóre wytwarzają antybiotyki np. Streptomyces wytwarza streptomycynę
85.Bakterie fotosyntezujące
Bakterie dzielą się na heterotrofy (organizmy cudzoŜywne) czyli saprobionty, symbionty,
pasoŜyty (patrz: informacje wstępne) oraz autotrofy, które uzyskują niezbędne do Ŝycia związki
organiczne na drodze fotosyntezy bądź chemosyntezy. WyróŜnia się pięć grup bakterii
fotosyntetyzujących do których naleŜą zielone i purpurowe bakterie siarkowe, zielone i
purpurowe bakterie bezsiarkowe oraz sinice. Istnieje teoria, Ŝe chloroplasty roślin są to
uproszczone i przekształcone sinice, które w toku ewolucji związały się z komórką gospodarza.
Sinice posiadają barwniki podobne do roślin czyli zielony chlorofil a (podstawowy- jest go
najwięcej), Ŝółty karoten, niebieski fikocyjan i czerwoną fikoerytrynę. Donorem wodoru u sinic
jest woda, dlatego produktem ubocznym fotosyntezy jest cząsteczkowy tlen.
6CO
2
+ 6H
2
O
→
energia świetlna
→
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
Jednak fotosynteza bakterii siarkowych znacznie róŜni się od fotosyntezy roślin i sinic.
Purpurowe i zielone bakterie siarkowe najsilniej absorbują światło widma podczerwieni, a
donorem wodoru są u nich związki siarki.
6CO
2
+ 6H
2
S
→
energia świetlna
→
C
6
H
12
O
6
+ 12S + 6H
2
O
Fotosyntetyzujące bakterie bezsiarkowe redukują CO
2
przez utlenianie znajdujących się w
środowisku alkoholi lub wodoru.
-WyróŜnia się bakteriochlorofil a,b,c,d,e.
-Zachodzi fosforylacja cykliczna lub inne procesy syntetyzujące ATP.
- Brak reakcji Hilla (fotoliza wody).
-śródłem elektronów dla bakteriochlorofilu jest wodór lub związki siarki.
-BAKTERIE ZIELONE-mają bakteriochlorofil c,d i e. Posiadają kompleks P 870 ale pochłaniąją
światło 800, 850 i 870nm.
-BAKTERIE PURPUROWE- mają bakteriochlorofil a i b który jest przesłonięty karotenoidami
(czerownymi i brązowymi). WyróŜnia się tu 2 rodziny: Chromatiaceae są wyłącznie beztlenowe
a Rhodospirillaceae w warunkach tlenowych przechodzą na heterotrofizm. Bakterie purpurowe
przeprowadzają analogicznie fosforylację jak bakterie zielone (elektron wybity z chlorofilu
przechodzi przez prznośniki m.in. FMN i cytochromy i ładuje 2 cz. ATP).
HALOBACTERIUM
śyją w zasolonych zbiornikach wodnych. nie wykorzystują chlorofilu. Mają one błonę
purpurową z bakteriorodopsyny. Jest ona połączona z retinalem. Przy naświetlaniu nstepuje
odszczepienie protonu który wędruje poza komórkę i tworzy się róŜnica potencjałów. Powrót
jonów przez ATPazę powoduje syntezę ATP.
FAZA CIEMNA
--Oprócz RuDP akceptorem CO2jest PEP (fosfoenolopirogronian).
PEP + CO2 dają-szczawiooctan
szczawiooctan + (-NH2)-dają-asparaginian
Część dwutlenku węgla jest wbudowana od razu w aminokwas.
--Niektóre bakterie syntetyzują pirogronian:
acetylo-CoA + CO2 dają pirogronian (udział bierze zredukowana ferredoksyna).
--Inne wytwarzają alfa-ketoglutaran
bursztynylo-CoA + CO2 dają-alfa-ketoglutaran
86.Przykład symbiozy eukariotycznych mikroorganizmów
Symbioza (symbiosis) współŜycie dwóch lub większej liczby gatunków, w których obie strony
czerpią korzyści nie szkodząc drugiej.
Przykład symbiozy w świecie eukariontów jest mnóstwo.
-bakterie brodawkowe: bakterie te wiąŜą azot atmosferyczny, z którego korzysta roślina;od
rośliny bakterie otrzymują cukry, bakterie brodawkowe naleŜą do rodzaju Rhizobium,
Azorhizobium, Bradyrhizobium i Sinorhizobium.
-mikoryza teŜ genialny przykład symbiozy eukariontów
-bakterie jelitowe u człowieka
-termity i Ŝyjące w ich jelitach wiciowce
- Mszyce i bakteria Buchnera aphidicola
Na razie tyle bo juŜ siły i inwencji mi brak, jak coś jeszcze wpadanie mi do głowy to prześlę.
87.Mikoryza – rodzaje i znaczenie.
Mikoryza jest wzajemnie korzystnym współŜyciem roślin i specyficznych grzybów
symbiotycznych, nawiązujących bezpośredni kontakt z korzeniami rośliny – gospodarza.Poza
korzeniowa sieć strzępek grzybowych zwiększa zasięg pobierania i transportu azotu, fosforu i
mikroelementów z gleby do korzeni, z których grzyb w zamian uzyskuje niezbędne asymilaty
rośliny (cukry) stanowiące dla niego Ŝródło węgla i energii.Mikoryza występuje u ponad 90%
znanych gatunków roślin - zapewniając im optymalne warunki wzrostu i rozwoju, zwłaszcza w
niekorzystnych warunkach środowiskowych.Mikoryza zwiększa odporność roślin na nie
sprzyjające warunki środowiskowe, np. niewystarczającą dostępność wody i składników
pokarmowych w glebie, niewłaściwy odczyn gleby, zanieczyszczenia metalami cięŜkimi,
występowanie patogenów powodujących odglebowe choroby roślin (m.in. fuzariozy,
fitoftorozy).Rośliny mikoryzowane generalnie charakteryzują się większą Ŝywotnością i
konkurencyjnością czego widocznym efektem jest często lepszy wzrost, pokrój i adaptacja roślin
wysadzanych na nowe, często nie odpowiednio przygotowane stanowiska.Poszczególne gatunki
roślin współŜyją z róŜnymi gatunkami grzybów mikoryzowych, często naleŜących do róŜnych
taksonów. Z tego względu wyróŜnia się kilka podstawowych typów mikoryz, uwzględniających
zarówno morfologię korzeni rośliny mikoryzowej, fizjologię symbiozy jak i wspomniane
zaleŜności gatunkowe.
WyróŜnia się kilka podstawowych typów mikoryz:
Ektomikoryzy (EM = ecto mycorrhiza) dominują u roślin drzewiastych, dla których partnerami
symbiozy są gatunki grzybów naleŜących do klas workowców (Ascomycetes) i podstawczaków
(Basidiomycetes);
Endomikoryzy (AM = arbuscular mycorrhiza lub VAM = vesicular-arbuscular mycorrhiza)
dominują u roślin zielnych, jednak licznie obserwowane są równieŜ u drzew; partnerami
symbiozy są głównie grzyby naleŜące do rzędu Glomales;
Mikoryzy typu erikoidalnego (ERM = ericoid mycorrhiza) występują u roślin wrzosowatych;
partnerami symbiozy są głównie grzyby naleŜące do Deuteromycetes.
Mikoryzy typu arbutoidalnego (ARM = arbutoid mycorrhiza) i Ektendomikoryzy (ECM =
ectendo mycorrhiza)
Szczepionki mikoryzowe zapewniają roślinom:
•
Lepsze moŜliwości wzrostu i rozwoju
•
Warunki zrównowaŜonego nawoŜenia,
•
Większą dostępność związków odŜywczych (np. fosforu, azotu) z gleby za pośrednictwem
poza korzeniowej sieci strzępek grzybowych,
•
Zwiększoną tolerancję na stresy związane z deficytem wody, temperaturą, zbyt kwaśnym lub
zasadowym odczynem podłoŜa,
•
Wzrost bioróŜnorodności roślin i środowiska glebowego w odtwarzanych ekosystemach,
•
Zwiększoną odporność na choroby wywoływane przez patogeny korzeniowe.
88.Symbioza Rifita Pachhyptila (robak morski)
Liczba symbiotycznych powiązań między mikroorganizmami a zwierzętami jest ogromna.
Riftia pachyptila (z grupy Pogonophora)- gigantyczny wieloszczet, występujący w wielu
hydrotermalnych środowiskach. DuŜy, osiadły w stanie dorosłym zwierz moŜe mieć nawet 2,5 m
wysokości. Całe ciało osłonięte jest rurką zbudowaną z chityny. Najistotniejsze funkcje spełniają
czerwone, pierzaste czułki wystające u szczytu jak czerwony pióropusz i duŜy organ specjalny,
tzw trofosom, miejsce przeznaczenia dla goszczenia symbiontów - bakterii
chemosyntetyzujących. Jest to organ stanowiący źródło pokarmu, bo sama Riftia nie pobiera
pokarmów, nie trawi i nie wydala. W trofosomie Ŝyją miliony bakterii wykorzystujących
siarkowodór i dwutlenek węgla dostarczany systemem krwionośnym wieloszczeta. Ten
pióropusz, to organ dobrze ukrwiony o duŜej powierzchni chłonnej, moŜe być wciągany do
wnętrza rurki w przypadku zagroŜenia. Cyrkulacja krwi zapewniona jest przez leŜące u szczytu
serce i naczynie krwionośne przebiegające wzdłuŜ całego trofosomu. Rzecz jednak w tym, Ŝe
organizm ten musi mieć krew specjalną, zawierającą nietypową hemoglobinę o złoŜonej
strukturze. Ten rodzaj hemoglobiny nie ulega zatruciu siarkowodorem, wprost przeciwnie
transportuje go do trofosomu, jak równieŜ tlen i CO2. Same komórki Riftii chronione są przed
siarkowodorem odpowiednimi enzymami utleniającymi. Mówi się, Ŝe mamy tu do czynienia ze
skomplikowaną zaleŜnością symbiotyczną. MoŜna zadać sobie pytanie, czy to jest symbioza, a
moŜe raczej hodowla bakterii z wykorzystywaniem ich metabolitów. Riftia tylko pośredniczy
między środowiskiem zewnętrznym zawierającym wszystkie niezbędne dla bakterii substancje,
sama im nic nie daje poza schronieniem dla bakterii i pośredniczeniu w kontakcie z
poŜywieniem.
Niezwykle interesujący jest teŜ fakt, Ŝe larwalne formy Riftii to wolnopływające, drobne
zwierzaczki, odŜywiające się jak inne zwierzęta poprzez otwór pokarmowy i ich system
trawienny obsługiwany jest odbytem. 'Ani w głowie' im bakterie. Dopiero później, w miarę
metamorfozy, tracą przewód pokarmowy, osiedlają się i .. zaraŜają bakteriami, wcale nie przez
połykanie bakterii, ale przez skórę.
Dojrzałe osobniki tworzą całe zespoły nadające ton okołokominowego środowiska.
89. Kleptoplasty Elysia
Badacze z Uniwersytetu Maine rozwikłali zagadkę ślimaka zdolnego do przeprowadzania
fotosyntezy. Okazuje się, Ŝe jego niezwykłe umiejętności są moŜliwe dzięki wyrafinowanej
"kradzieŜy". Niezwykły mięczak, Ŝyjący u wschodniego wybrzeŜa Stanów Zjednoczonych,
naleŜy do gatunku Elysia chlorotica. JuŜ kilka lat temu zaobserwowano w jego organizmie
chloroplasty(a właściwie kleptoplasty). Dotychczas jednak pełne zrozumienie tego niezwykłego
zjawiska było dla badaczy nieuchwytne.
Autorką odkrycia jest Mary Rumpho, od lat badająca to zwierzę. Z przeprowadzonych przez nią
eksperymentów wynika, Ŝe swoją zdolność do fotosyntezy E. chlorotica zawdzięcza "kradzieŜy"
genów występujących normalnie u alg - głównego pokarmu ślimaka.
Choć obecność chloroplastów w ciele mięczaka była bezsprzeczna, badacze nie mieli pojęcia,
dlaczego jest on w stanie utrzymać je w swoim ciele przez niemal całe Ŝycie. Wiadomo bowiem,
Ŝe własny materiał genetyczny chloroplastów koduje zaledwie około 10% białek potrzebnych do
ich funkcjonowania. Pozostałe geny są ukryte w DNA jądra komórkowego alg. Eksperymenty
przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Maine potwierdziły, Ŝe materiał genetyczny
chloroplastów wyizolowanych z komórek E. chlorotica nie zawiera genów umoŜliwiających im
długotrwałe przeŜycie poza macierzystym organizmem. Oczywistym (choć jednocześnie
niezwykle zaskakującym) było więc, Ŝe brakujące geny muszą pochodzić z genomu samego
ślimaka. Badanie sekwencji DNA mięczaka potwierdziło to przypuszczenie. Badacze
zaproponowali dwie hipotezy mogące wyjaśniać tę zagadkę. Pierwsza z nich mówi o
przechwyceniu genów alg razem z pochłanianymi komórkami. Zgodnie z nią, z niewiadomych
przyczyn pokaźne fragmenty materiału genetycznego mogły zostać wbudowane do genomu E.
chlorotica. Konkurencyjna teoria mówi o niezidentyfikowanym wirusie, który mógł przenieść
sekwencje DNA z komórek jednego gatunku do drugiego.
Co ciekawe, geny alg znaleziono takŜe w komórkach rozrodczych ślimaka. Oznacza to, Ŝe DNA
kodujące "egzotyczne" dla niego białka jest przekazywane kolejnym pokoleniom.
E. chlorotica nie jest pierwszym odkrytym zwierzęciem wykorzystującym zdolność innych
organizmów do fotosyntezy na swoją korzyść. Wyjątkowość odkrycia polega jednak na tym, Ŝe
w przypadku tego organizmu dochodzi do wbudowania chloroplastów do własnych komórek i
utrzymania ich w tym miejscu przez niemal cały czas trwania jego Ŝycia. Wszelkie inne
zwierzęta osiągały ten sam efekt wyłącznie dzięki pochłanianiu na krótki czas całych komórek
roślinnych.
91. Endofity liściowe
Myrsinaceae i 30 gat. Z rodz. Ardisia, Amblyanthopsis, Amblyanthus.
Specyficzne bakterie Ŝyjące pomiędzy komórkami liści, nadają liściom faliste obrzeŜenie.
Bakterie mają wygląd bakterioidów. Przenoszone są w nasionach (między zarodkiem a
endospermą). Bakterie moŜna wyeliminować stosując odpowiednią temperaturę, ale wtedy brak
rozmnaŜania generatywnego.
Bakterie produkują substancje wzrostowe.
Endofity z królestwa grzybów:
1.
Gramineae
2.
Cyperaceae
3.
Neothypodium These endophytes are asexual, seed-borne symbionts of cool-season
grasses, and grow intercellularly throughout the aerial tissues of their hosts, including shoot
apical meristems, leaf sheaths and blades, inflorescences, seeds and embryos
4.
Acremonium
Rośliny, które mają te endofity są odporne na brak wody, trujące dla koni i krów, charakteryzują
się większą biomasą
92.Symbionty termitów
Jest to przykład na symbiozę obligatoryjną między mikroorganizmami rozkładającymi celulozę a
zwierzętami. Związek termitów z bytującymi w ich jelitach wiciowcami Devescovina bez
wyspecjalizowanych wiciowców wiele gatunków termitów nie jest zdolnych do trawienia
drewna, którym się Ŝywią. Kiedy wiciowce usunie się eksperymentalnie, termity giną śmiercią
głodową. Symbionty te wykazują tak doskonałą koordynację z biologią swego gospodarza, iŜ
reagują na jego linienie, tworząc cysty. UmoŜliwia to ponowną infekcję wiciowcami, kiedy
termity poŜerają po linieniu nabłonek wyściełający ich jelita. Dodatkowo w jelitach obecne są
bakterie dostarczające azot.
93.Symbionty mszyc
Mszyce i bakteria Buchnera aphidicola. Mszyce wysysają soki z roślin-cierpią zatem na
niedostatek białek i pewnych witamin, mają za to nadmiar cukrów. Endosymbiotyczne bakterie
Buchnera, których nie udało sie dotąd wyhodowac poza ich owadzim gospodarzem-Ŝyją tylko w
specjalnych, poliploidalnych komórkach gospodarza zwanych bakteriocytami. Tam syntezują tak
potrzebne owadom witaminy, aminokwasy i białka.
95.Oczyszczalnie ścieków i znaczenie mikroorganizmów.
Oczyszczalnia ścieków- jest to zespół urządzeń do oczyszczania ścieków przemysłowych i
komunalnych przed odprowadzeniem ich do rzeki, jeziora, morza, gruntu.
Oczyszczalnie dzieli się na:
•
lokalne (słuŜą do oczyszczanie niewielkich ilości ścieków)
•
centralne (słuŜą do oczyszczania duŜych ilości ścieków)
•
grupowe (słuŜą do oczyszczania ścieków zbieranych z określonego regionu)
Metody oczyszczania ścieków
Mechaniczne
To tzw. I stopień oczyszczania. Procesy te mają na celu usunięcie ze ścieków ciał stałych
pływających i grubych zawiesin mineralnych oraz organicznych. Polegają na rozdrabnianiu,
cedzeniu, sedymentacji, flotacji, wypienianiu i odwirowaniu. Metody mechaniczne mogą
zapewnić redukcję zawiesin w granicach 60-70%, BZT
5
do 20%.
Urządzenia wykorzystywane w mechanicznym oczyszczaniu ścieków:
1.
kraty,
2.
ręczne
3.
mechaniczne
4.
sita,
5.
piaskowniki,
6.
osadniki,
7.
flotatory.
Biologiczne
Podstawowym celem biologicznego oczyszczania ścieków jest usunięcie ze ścieków
biologicznie rozkładalnych zanieczyszczeń. Do prowadzenia procesów biologicznego rozkładu
zanieczyszczeń organicznych wykorzystuje się populacje mikroorganizmów zawieszone w toni
ścieków (metody osadu czynnego) lub mikroorganizmy tworzące utwierdzoną biomasę (złoŜa
biologiczne).
Zanieczyszczenia organiczne podczas przemian biochemicznych są wykorzystywane przez
mikroorganizmy jako pokarm przyczyniając się do przyrostu biomasy bakteryjnej. Pozostała
część rozłoŜonych zanieczyszczeń uwalniania jest w warunkach tlenowych jako dwutlenek
węgla i woda. W przypadku procesów beztlenowych produktami gazowymi rozkładu materii
organicznej jest dwutlenek węgla oraz metan.
Nadmiar masy organicznej wytworzonej podczas rozkładu biologicznego zanieczyszczeń
zawartych w ściekach oddzielana jest od strumienia ścieków w osadnikach wtórnych.
W technologii biologicznego oczyszczania ścieków wyróŜnia się procesy prowadzone w
warunkach:
•
tlenowych - biologiczne utlenianie, nitryfikacja
•
beztlenowych - denitryfikacja
Chemiczne
To wspomaganie mechanicznego oczyszczania ścieków poprzez działanie koagulantów. Ścieki
mieszane są z roztworem koagulanta, w wyniku czego wytwarzają się kłaczki wodorotlenku
glinu lub Ŝelaza, sorbujące zanieczyszczenia zawarte w ściekach i przyśpieszające proces
sedymentacji zawiesin w osadniku. Metody chemiczne stosuje się do usuwania ze ścieków
(głównie przemysłowych) substancji nie ulegających biologicznemu rozkładowi. Polegają one na
koagulacji, sorpcji i chlorowaniu. Chlorowanie ma na celu unieszkodliwieniu bakterii
chorobotwórczych i usunięcie przykrej woni ze ścieków.
Osad czynny - jest Ŝywą zawiesiną bakterii heterotroficznych i pierwotniaków. Jest to
kłaczkowata zawiesina zawierająca mikroorganizmy zdolne do prowadzenia:
•
utleniania związków organicznych
•
nitryfikacji
•
denitryfikacji
lub wykazujących zdolność do nadmiernego kumulowania fosforu. Oczyszczanie ścieków z
udziałem osadu czynnego polega na:
•
biosorpcji,
a następnie:
•
utlenianiu lub redukcji wybranych zanieczyszczeń przez mikroorganizmy.
Podstawową rolą osadu czynnego w procesie oczyszczania ścieków jest wytwarzanie przez
występujące w nim bakterie bardzo licznych enzymów (dehydrogenazy), które są katalizatorami
wszelkich przemian, jakim podlegają związki chemiczne zawarte w ściekach, dlatego waŜna jest
wysoka aktywność enzymatyczna bakterii. Związki toksyczne hamują ich aktywność,
ograniczając jednocześnie ich zdolność do oczyszczania ścieków.
Towarzyszącymi bakteriom mikroorganizmami są pierwotniaki. Wśród nich w osadzie czynnym
spotykane są wiciowce, korzenionóŜki oraz orzęski. Ich rola jest drugoplanowa, lecz waŜna:
- są one wskaźnikiem jakości oczyszczania ścieków osadem czynnym
- pierwotniaki, które odŜywiają się komórkami bakteryjnymi, zmuszają bakterie do namnaŜania,
przez co stają się czynnikiem odmładzającym i uaktywniającym osad czynny
- w osadniku wtórnym pierwotniaki klarują ścieki, przez poŜeranie wolno pływających bakterii
Między populacją wiciowców i orzęsków panuje odwrotna zaleŜność. DuŜa liczba wiciowców
wskazuje na przeciąŜenie osadu, natomiast orzęski wskazują na prawidłowe warunki dla osadu
czynnego.Pęcznienie osadu czynnego występuje przy nadmiernym ładunku zanieczyszczeń, na
skutek rozwoju i silnej dominacji bakterii nitkowatych. Spęczniały osad nie miesza się ze
ściekami i pływa po powierzchni.
96.Test na liczebność bakterii grupy coli
Metoda
Wykorzystanie
Opis
fi
lt
ró
w
m
em
b
ra
n
o
w
y
ch
Zalecana do badania wody
zawierającej małe ilości
poszukiwanych bakterii (woda do
picia, potrzeb gospodarskich), moŜe
być wykorzystana do badania
zanieczyszczonych wód i ścieków
ale po uprzednim rozcieńczeniu tych
próbek.
Metoda polega na przesączeniu określonej objętości
wody lub ścieków przez jałowy filtr i inkubacji na
określonym podłoŜu. Bakterie w trakcie sączenia
zostają zatrzymane na filtrze, który umieszcza się na
poŜywce wybiórczej, rozwijając się w czasie
inkubacji tworzą na powierzchni filtra kolonie o
typowym wyglądzie.
fe
rm
en
ta
cy
jn
o
–
p
ro
b
ó
w
k
o
w
a
(F
P
)
Stosowana do wykrywania bakterii
grupy coli zarówno w wodzie
przeznaczonej do picia, potrzeb
gospodarskich jak równieŜ w
wodach powierzchniowych i
ściekach.
Oznaczenie oparte jest na zdolności tych bakterii do
fermentowania laktozy z wytworzeniem w podłoŜu
kwasu (zmiana zabarwienia poŜywki z fioletowej na
Ŝółtą) oraz gazu.
Metoda pozwala na określenie najbardziej
prawdopodobnej liczby (NPL) bakterii coli w 100ml
badanej próbki - wyznaczonej z tablic na podstawie
rachunku prawdopodobieństwa, oraz miana coli –
najmniejszej objętości badanej wody lub ścieków
wyraŜonej w ml, w której stwierdza się jeszcze
obecność bakterii coli.
Oznaczenie bakterii grupy coli wraz z identyfikacja
Escherichia coli przeprowadza się w kilku etapach,
na które składa się badanie wstępne, potwierdzające
uzupełniające i ostateczne.
B
ad
an
ia
p
o
tw
ie
rd
za
ją
ce
o
b
ec
n
o
ść
b
ak
te
ri
i
g
ru
p
y
c
o
li
Badanie potwierdzające – posiew na
podłoŜe Endo – dokonuje się ze
wszystkich dodatnich i wątpliwych
hodowli badania wstępnego,
uzyskanych po 24 i 48h.
Ponowne stwierdzenie zdolności wyizolowanego
szczepu do fermentacji laktozy z wytworzeniem
kwasu i gazu > wtórna fermentacja laktozy.
Wybarwienie komórek metodą Grama.
Wykonanie testu na oksydazę cytochromową
(niebieskie zabarwienie po dodaniu odczynnika na
oksydazę, świadczy o obecności enzymu i wyklucza
obecność coli)
97. Bioremediacja przy zastosowaniu mikroorganizmów
Grzyby i inne drobnoustroje na drodze oddychania tlenowego rozkładają węglowodory, np.ropę,
do CO
2
i H
2
O. Działanie tego typu nosi nazwę bioremediacji i moŜna ją przeprowadzać na
skaŜonych obszarach ziemi przez rozprowadzanie na nich grzybów.
Pestycydy, materiały wybuchowe i inne związki trudno rozkładające się mogą być
przekształcane na drodze kometabolicznej aktywności grzybów, kiedy to enzymy zwykle
uczestniczące w jednym procesie metabolicznym wewn.grzyba przypadkowo katalizują inną
reakcję. Produkty r.kometabolicznych nie są dalej wykorzystywane przez grzyba, ale czasami
mogą być uŜyte przez inne drobnoustroje w ekosystemie. Reakcje tego typu mogą zmniejszyć
toksyczność niektórych zanieczyszczeń, ale spowodować teŜ aktywację innych związków.
Bioremediacja - technologia usuwania zanieczyszczeń (gł. ropopochodnych) z gleby i wód
podziemnych za pomocą Ŝywych mikroorganizmów w celu katalizowania, destrukcji lub
transformacji róŜnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe. Wykorzystywane są
np. naturalne zdolności mikroorganizmów do rozkładu węglowodorów ropy naftowej.
Zaleca się stosowanie bioremediacji na terenach wyeksponowanych na działanie
wyniszczających czynników. Przykładami zastosowań dla tego procesu są środowiska skaŜone
metalami cięŜkimi, obszary wycieków ropy naftowej, obszary hutnicze, obszary prób broni
atomowej, okolice fabryk, wysypisk śmieci oraz oczyszczalni ścieków.
W niektórych krajach, takich jak Chiny, stosuje się bioremediację do oczyszczania ścieków.
Wylewane na pola ścieki rizofiltrowane są przez rośliny, np. ryŜ.
Bioremediacja naturalna to proces przebiegający samorzutnie, bez stymulacji przez człowieka.
Dotyczy biodegradacji wyprodukowanej biomasy roślinnej oraz resztek obumarłych organizmów
i ich wydalin. Jest teŜ dobrze obserwowana w wyciekach produktów ropopochodnych oraz przy
skaŜeniach rozpuszczalnikami chlorowcopochodnymi, które są akceptorami elektronów dla
mikroorganizmów beztlenowych. Bioremediacja naturalna powinna byc monitorowana poprzez
badanie potencjału redox gleby, jej pH, temperatury, zawartości tlenu, zawartości dwutlenku
węgla, a takŜe śledzenie rozmieszczenia zanieczyszczeń, migracji skaŜenia oraz tempa przyrostu
i aktywności mikroflory w czasie.
Bioremediacja inŜynieryjna to zabiegi mające na celu usunięcie zanieczyszczenia ze środowiska
przez mikroorganizmy, a czasami przez rośliny. MoŜe być ex situ lub in situ.
Technologie ex situ stosowane do oczyszczania zanieczyszczeń ciekłych prowadzi się w
bioreaktorach i filtrach zraszanych, do oczyszczania emisji gazowych - w biofiltrach i
biopłuczkach, a do usuwania odpadów stałych stosuje się kompostowanie i przeorywanie.
Do technologii in situ naleŜą:
-biostymulacja – przeprowadzenie modyfikacji środowiskowej np. dostarczenie poŜywek dla
mikroorganizmów lub napowietrzanie terenu poddawanego bioremediacji,
-bioaugmentacja – wprowadzenie dodatkowych mikroorganizmów tzw. szczepienie gleby,
-biowentylacja - technika wspierająca biostymulację i bioaugmentację, polegająca na tłoczeniu
powietrza do miejsca skaŜenia pod powierzchnią,
-fitoremediacja - zdolność roślin do akumulowania metali cięŜkich.
97. Bioremediacja przy zastosowaniu mikroorganizmów.
1. Bioremediacja to technologia usuwania zanieczyszczeń gruntu,
wykorzystująca Ŝywe mikroorganizmy celu katalizowania destrukcji lub
transformacji róŜnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe.
Zasadnicze procesy wchodzące w skład technologii bioremediacji to:
· monitoring naturalnego procesu biodegradacji (bioremediacja podstawowa);
· przeprowadzenie modyfikacji środowiskowej np.: dostarczenie poŜywek dla
mikroorganizmów lub napowietrzanie terenu poddawanego bioremediacji
(biostymulacja);
· wprowadzenie dodatkowych mikroorganizmów (bioaugmentacja).
Końcowe produkty efektywnie przeprowadzonego procesu bioremediacji -
dwutlenek węgla oraz woda są nietoksyczne i mogą być przyswajane bez
szkody dla środowiska naturalnego.
Podczas gdy konwencjonalne technologie oczyszczania gruntu wymagają
transportu duŜych ilości gruntu skaŜonego substancjami toksycznymi,
bioremediacja posiada tę szczególną zaletę, Ŝe moŜe być zastosowana na
miejscu skaŜenia (in situ) i nie wymaga zastosowania Ŝadnych
skomplikowanych urządzeń.
Mimo to bioremediacja nie jest metodą uniwersalną i nie moŜe być
zastosowana do kaŜdego rodzaju zanieczyszczeń. Jak kaŜda metoda,
bioremediacja posiada pewne ograniczenia takie jak: rodzaj skaŜeń w stosunku
do których moŜna tę metodę zastosować, warunki panujące w miejscu, które
naleŜy poddać oczyszczeniu oraz czas w którym zanieczyszczenie powinno
zostać usunięte.
JednakŜe, gdy zastosowanie bioremediacji jest moŜliwe to okazuje się ona
efektywną metodą odnawiania środowiska naturalnego. Zalety ekonomiczne
bioremediacji w porównaniu z innymi metodami chemicznymi czy fizycznymi są
głównym powodem szerokiego zastosowania tej metody.
2. Projektowanie procesu bioremediacji
Bioremediacja nie jest technologią, którą moŜna zastosować w dowolnym
miejscu i w dowolnych okolicznościach.
Uniwersalne pozostają jedynie główne załoŜenia tej technologii, natomiast
szczegóły rozwiązań technologicznych są całkowicie determinowane przez
warunki atmosferyczne, hydrologiczne, geologiczne, charakterystyczne dla
obszaru, który ma być poddany procesowi bioremediacji.
Szczególnie waŜne jest równieŜ przeprowadzenie wstępnych testów
laboratoryjnych, których wyniki będą podstawą do podejmowania dalszych
decyzji co do szczegółowych rozwiązań bioremediacji.
Badania te powinny określić rodzaj i strukturę substancji chemicznych,
stanowiących skaŜenie. Są to parametry jednoznacznie określające ich
podatność lub oporność na proces biodegradacji. Jest to zagadnienie
zasadnicze dla dalszego projektowania procesu bioremediacji.
Testy laboratoryjne powinny równieŜ umoŜliwiać zdefiniowanie zaleŜności
tempa procesu bioremediacji od takich parametrów jak: pH, stęŜenie tlenu,
stęŜenie substancji odŜywczych, temperatura, potencjał red-ox, porowatość
gruntu.
Dzięki znajomości tych parametrów moŜliwe jest podejmowanie decyzji co do
strategicznych parametrów procesu bioremediacji takich jak: rodzaj
zastosowanych mikroorganizmów, rodzaj zastosowanych poŜywek,
napowietrzanie.
Dopiero po przeprowadzeniu takich wstępnych analiz moŜliwe jest
zaprojektowanie efektywnego procesu bioremediacji, którego zastosowanie
umoŜliwi obniŜenie koncentracji zanieczyszczeń obecnych w gruncie do
bezpiecznego poziomu.
3. Rodzaje procesów bioremediacji
3.1 Bioremediacja podstawowa
Bioremediacja podstawowa to proces podczas którego jedynie naturalna
mikroflora skaŜonego gruntu jest wykorzystywana do obniŜania koncentracji
polutanta w gruncie do bezpiecznego poziomu w określonych i akceptowalnych
ramach czasowych.
JeŜeli tylko okoliczności są sprzyjające to metoda ta znajduje zastosowanie,
gdyŜ nie wymaga ona Ŝadnej dodatkowej interwencji, poza monitoringiem
naturalnego procesu biodegradacji skaŜenia.
3.2 Biostymulacja
Kiedy tempo naturalnego procesu bioremediacji jest niewystarczające,
zazwyczaj stosuje się stymulację rodzimej mikroflory w celu przyspieszenia
procesu bioremediacji gleby z zanieczyszczeń. Kilka powszechnie znanych
czynników ograniczających naturalny proces biodegradacji to: skrajnie wysokie
stęŜenie substancji stanowiącej skaŜenie, niedobór tlenu, niekorzystne pH,
niedobór substancji mineralnych ( zawierających azot i fosfor ), zbyt niska
wilgotność oraz niekorzystna temperatura.
W celu zwiększenia tempa procesu naturalnej biodegradacji moŜna zastosować
róŜne metody modyfikacji warunków środowiskowych, przede wszystkim:
natlenianie i dodawanie poŜywek.
3.2.1 Natlenianie
Dostępność tlenu cząsteczkowego w sposób istotny wpływa na biodegradację
róŜnych związków chemicznych. Ograniczony dostęp tlenu to jeden z
najbardziej kłopotliwych czynników na który napotyka się podczas
bioremediacji in situ, w przypadku zanieczyszczenia węglowodorami lub innymi
polutantami, które biodegradowane są według mechanizmu tlenowego.
Najczęściej spotykane procesy natleniania rekultywowanego terenu to:
· wentylacja, pozwala na zwiększanie koncentracji tlenu w zanieczyszczonym
gruncie poprzez iniekcję - wtłaczanie powietrza pod zwiększonym ciśnieniem
przez układ przewodów - drenów umieszczonych w skaŜonym gruncie
· stosowanie rozcieńczonych roztworów wody utlenionej, której rozkład w
gruncie powoduje uwolnienie tlenu i umoŜliwia aerobowy metabolizm
mikroorganizmów.
· spulchnianie gruntu przez mechaniczną uprawę.
3.2.2 Wzbogacanie poŜywkami
Jak wiadomo tempo procesu biodegradacji moŜe być limitowane przez
ograniczone stęŜenie substancji odŜywczych. Głównymi czynnikami z tej grupy
są związki azotu i fosforu, gdyŜ dostępność tych pierwiastków jest parametrem
krytycznym dla procesu bioremediacji. Dlatego teŜ w warunkach, w których
deficyt azotu i fosforu limituje efektywność procesu bioremediacji sztuczne
wzbogacanie rekultywowanego terenu, najczęściej poprzez zastosowanie
nawozów zawierających azot i fosfor, daje bardzo dobre efekty w postaci
znacznego przyspieszenia bioremediacji.
Nawóz-poŜywka stosowany w technice bioremediacji in situ musi spełniać
pewne kryteria, które czynią go uŜytecznym w tym procesie, kryteriami tym
są: efektywne uwalnianie azotu i fosforu w krótkim czasie, łatwa dostępność
nawozu w duŜych ilościach, niska cena. Nawóz taki nie powinien wymagać
skomplikowanego transportu oraz skomplikowanych technik aplikacyjnych do
gruntu.
Spośród stosowanych nawozów moŜna wydzielić trzy grupy preparatów,
róŜniących się własnościami fizycznymi, budową chemiczną oraz zawartością
pierwiastków biogennych (azot i fosfor).
Grupa pierwsza to ciekłe nawozy hydrofobowe. Są to preparaty posiadające
zdolność przylegania do substancji stałych (piasek, gleba, kamienie),
wytwarzając jednolitą powłokę, z której powoli uwalniane są azot i fosfor do
gleby lub wody. Nawóz w tej formie znajduje zastosowanie przede wszystkim
na wybrzeŜach akwenów wodnych (morza, jeziora), bowiem łatwo
rozpuszczalny preparat odŜywczy mógłby być łatwo wypłukany przez fale
zbiornika wodnego.
Druga grupa to nawozy w fazie stałej. Są to najczęściej nawozy w postaci
granulek, powoli uwalniających azot i fosfor w wyniku powolnego rozpuszczania
lub rozpadu w przypadku kontaktu z wodą.
Grupa trzecia to wodne roztwory nawozów. Ten rodzaj nawozu zawiera
rozpuszczalne formy azotu i fosforu. Stosowanie takich preparatów polega
przede wszystkim na ich rozpylaniu na powierzchni skaŜonego terenu. Zaletą
jest łatwość penetrowania do głębszych warstw gruntu, co jest poŜądane, jeŜeli
tam właśnie substancje skaŜające znajdują się w największej koncentracji.
3.3 Bioaugmentacja - zwiększenie populacji mikroorganizmów
Wzbogacenie zanieczyszczonego terenu w specjalnie wyselekcjonowane, o
duŜej zdolności do biodegradacji zanieczyszczeń, bakterie (bioaugmentację)
stosuje się w przypadku gdy rodzima populacja bakterii, na skaŜonym terenie,
nie wykazuje poŜądanej aktywności w kierunku biodegradacji zanieczyszczeń.
Celem tego zabiegu jest zwiększenie tempa lub/i rozmiaru biodegradacji
polutanta. Proces ten stosuje się jednak dopiero wtedy gdy zawodzą prostsze
technologie bioremediacji tzn. bioremediacja podstawowa oraz biostymulacja.
Ma to miejsce zazwyczaj w przypadku skaŜenia związkami chemicznymi o
bardzo duŜej oporności na proces biodegradacji.
Technologię tę realizuje się poprzez bezpośrednią iniekcję zawiesiny
mikroorganizmów, o poŜądanej aktywności katalitycznej, wraz z substancjami
odŜywczymi (jeŜeli to konieczne) do skaŜonego gruntu.
3.4 Elektrobioremediacja
Elektrobioremediacja to ogólna nazwa duŜej grupy metod oczyszczania gruntu
wykorzystujących zjawiska zarówno mikrobiologiczne jak i chemiczne w celu
degradacji róŜnego rodzaju zanieczyszczeń, a takŜe zjawiska elektrokinetyczne
w celu przyspieszenia i właściwego zorientowania transportu zanieczyszczeń
lub ich pochodnych w gruncie.
Bezpośrednie oddziaływanie pola elektrycznego na roztwór elektrolitu znacznie
przyspiesza jego przepływ przez porowatą fazę stałą i pozwala kontrolować
kierunek tego przepływu. Dlatego teŜ moŜna śmiało stwierdzić, Ŝe
zastosowanie pola elektrycznego, w połączeniu z odpowiednimi substancjami
dodatkowymi (poŜywki, akceptory elektronów), powoduje wytworzenie
korzystnych warunków dla biodegradacji zanieczyszczeń podatnych na ten
proces.
4. Praktyczne zastosowania bioremediacji
4.1 Grunt i wody gruntowe zanieczyszczone węglowodorami
Węglowodory, zanieczyszczające grunt i wody gruntowe, są najczęściej
spotykanym polutantem w stosunku do którego stosuje się techniki
bioremediacji. Grunty i wody gruntowe, zanieczyszczone produktami
pochodzenia petrochemicznego, stanowią około 60% terenów, gdzie
bioremediacja znajduje swoje zastosowanie.
W większości przypadków zanieczyszczenia gruntu węglowodorami za
najskuteczniejszą i ekonomicznie najkorzystniejszą metodę uwaŜa się
biostymulację.
Typowa procedura bioremediacji obszaru zanieczyszczonego węglowodorami
zaczyna się od mikrobiologicznej i chemicznej analizy skaŜonego miejsca.
Dodatkowo korzystne jest wykonanie analizy zawartości tlenu w glebie i
przepuszczalności gleby dla powietrza (tlenu). Na podstawie analizy tych
parametrów dokonuje się doboru najkorzystniejszej ekonomicznie i
najefektywniejszej strategii bioremediacji w celu oczyszczenia skaŜonego
terenu.
W przypadku skaŜenia wód gruntowych, poza doborem odpowiedniej metody
bioremediacji, w celu neutralizacji zanieczyszczenia, stosuje się równieŜ
techniki zapobiegające rozprzestrzenianiu się skaŜonej wody gruntowej. W tym
celu izoluje się studnie, ujęcia wody oraz inne wraŜliwe miejsca od skaŜonego
terenu poprzez zastosowanie barier fizycznych takich jak: cement czy bentonit
lub teŜ stosuje się w tym celu metody dynamiczne jak np.: wypompowywanie
skaŜonej wody gruntowej.
4.2 Grunt i wody gruntowe zanieczyszczone chlorowcowęglowodorami
Bioremediacja terenów zanieczyszczonych chlorowcopochodnymi
węglowodorów aromatycznych, metanu oraz etanu przedstawia dodatkowy,
złoŜony problem.
Podczas gdy niektóre z tych substancji ulegają anaerobowej dehalogenacji,
inne nie mogą słuŜyć jako źródło węgla ani w warunkach aerobowych ani w
anaerobowych. Związki te są atakowane przez mikroorganizmy w wyniku
kometabolizmu w obecności metanu lub toluenu tylko w warunkach tlenowych.
Jest to moŜliwe gdyŜ mikroorganizmy metanotrofowe wytwarzają
monooksygenazę, której obecność umoŜliwia degradację trichloroetanu (TCE)
dichloroetanu (DCE) oraz chlorku winylu.
4.3 SkaŜenie akwenów wodnych produktami pochodzenia petrochemicznego
(np.: katastrofy tankowców)
SkaŜenia akwenów wodnych mają bardzo silny wpływ na ekosystemy
przybrzeŜne. Wiele technologii zostało opracowanych, w tym takŜe
bioremediacja, w celu złagodzenia skutków takich wypadków.
W przypadkach zanieczyszczenia terenów przybrzeŜnych na skutek wycieku
ropy naftowej lub produktów petrochemicznych zastosowanie bioremediacji
wydaje się najbardziej uzasadnione ze względu na skalę zjawiska. W takiej
sytuacji zastosowanie jakichkolwiek technik fizyczno-chemicznych napotyka na
nieprzekraczalne bariery zarówno z punktu widzenia czasochłonności tych
procesów jak i, a moŜe przede wszystkim, ze względu na ich negatywne skutki
finansowe.
W takich sytuacjach najczęściej stosowaną techniką bioremediacji jest
biostymulacja (np.: oczyszczanie wybrzeŜy Alaski po katastrofie tankowca
Exxon Valdez).
W niektórych przypadkach wystarczy polegać na aktywności rodzimych
mikroorganizmów bez wspomagania ich z zewnątrz, ograniczając się jedynie do
monitorowania przebiegających procesów (np.: wyciek z tankowca Amoco
Cadiz u wybrzeŜy północnej Francji).