Mikrobiologia ogólna i mikrobiologia żywności
Dr inż. Anna Chlebowska – Śmigiel (prowadzi wykłady, ćwiczenia, koordynator ćwiczeń)
pok. 1038, konsultacje poniedziałki 12-14
25.05 nie ma wykładu
za ocenę „5” na ćwiczeniach – zwolnienie z egzaminu
egzamin końcowy w formie opisowej. 5 pytań.
Program wykładów:
1.) Mikrobiologia jako nauka. Podział mikrobiologii i jej twórcy. Osobliwe cechy drobnoustrojów.
2.) Taksonomia i klasyfikacja drobnoustrojów. Podobieństwa i różnice w budowie komórek pro- i
eukariotycznych.
3.)
Ściana komórkowa bakterii jako jedno z podstawowych kryteriów diagnostycznych
prokariotów.
4.) Fizjologia drobnoustrojów – metabolizm komórkowy
5.) Źródła drobnoustrojów w żywności. Wpływ czynników zewnętrznych na drobnoustroje.
6.) Wzajemne zależności między organizmami. Wpływ drobnoustrojów na środowisko.
7.) Systematyka grzybów.
8.) Systematyka bakterii.
9.) Wirusy.
10.)Pozytywna i negatywne rola drobnoustrojów w procesach
11.) *...*
12.)
Mikrobiologia. żywności. Surowce *...*
13.)
Surowce i żywność *...*
14.)Zatrucia pokarmowe. Nowe patogeny w żywności.
15.)System HACCAP jako gwarancja bezpieczeństwa mikrobiologicznego żywności.
Literatura:
*Schlegel H.G.: Mikrobiologia ogólna
*Kunicki-Goldfinger W.: Życie bakterii
*Burbianka M., Pliszka A., Burzyńska H.: Mikrobiologia żywności
*Jałosińska M.: Mikrobiologia żywności.
*Libudzisz Z., Kowal K.: Mikrobiologia techniczna, t.1 i 2.
*Żakowska Z., Stobińska H.: Mikrobiologia i higiena w przemyśle spożywczym.
(Wykład 1 mikrobiologia 23.02.2011)
Mikrobiologia – nauka o organizmach niewidocznych gołym okiem, dostrzegalnych jedynie pod
mikroskopem
Połączenie 3 greckich słów: micros(mały), bios(życie), logos(nauka).
Zastosowanie
– Biotechnologia
– Farmacja
– Produkcja żywności
– Utylizacja odpadów
– Oczyszczalnie ścieków
– Genetyka
– Rośliny transgeniczne
Podział nauk mikrobiologicznych
1.) Ogólnoprzyrodniczy
a. Mikrobiologia ogólna – nauka o budowie, czynnościach życiowych i znaczeniu
drobnoustrojów
b. Mikrobiologia szczegółowa – nauka o poszczególnych grupach drobnoustrojów
– Wirusologia
– Bakteriologia
– Mikologia
– Protozoologia
– Algologia
–
Dodatkowo – immunologia
2.) Środowisko bytowania:
a. Mikrobiologia gleby i rolnicza:
– mikroorganizmy chorobotwórcze dla roślin
–
mające znaczenie w procesach krążenia pierwiastków w przyrodzie
– procesy mikrobiologiczne zachodzące w glebie
b.
Mikrobiologia wody i sanitarna
–
bada zagadnienia czystości wody, powietrza, pomieszczeń produkcyjnych, urządzeń i
opakowań
– zajmuje się problemami oczyszczania wody metodami biologicznymi
–
higieną osobistą pracowników zakładu przemysłu spożywczego
– *...*
c.
Mikrobiologia lekarska i weterynaryjna
–
drobnoustroje chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt
– profilaktyka i diagnostyka
–
walka z drobnoustrojami chorobotwórczymi
d.
Mikrobiologia przemysłowa (biotechnologia)
–
zastosowanie wiedzy mikrobiologicznej i inżynieryjnej w procesach
przemysłowych z wykorzystaniem mikroorganizmów do produkcji użytecznych
dóbr konsumpcyjnych lub półproduktów procesowych (z jednoczesnym
monitorowaniem mikroflory szkodliwej)
– przemysł spożywczy, diagnostyka mikrobiologiczna
Historia mikrobiologii
1.) Pierwsze hipotezy
a.
Varro Marcus Terentius (116-126 p.n.e.)
b. Columella Lucius Iunius Moderatus (ur. 30. r. n.e.)
2.)
Okres “przedpasteurowski” – do 1854r.
a. Girolamo Fracastoro (1483-1553)
b.
Antoni van Leeuwenhook (1632-1723)
c.
Robert Hook (1665)
d. Pierre Antonio Micheli (1679 – 1737)
e. Otto Muller (1786)
f. Christian Ehrenberg (1838)
g. Schleiden i Schwam (1838-1839)
Antoni van Leeuwenhook (1632-1723)
– w 1672 odkrył świat mikroorganizmów
– Twórca pierwszego mikroskopu (pow. 200-300x)
– Pierwsze rysunki drobnoustrojów z wody, śliny i odchodów.
Robert Hook (1635-1703)
– 1665 odkrycie struktury tkanki i początek teorii komórkowej
Ludwik Pasteur (1822-1895)
–
Odkrywca dwóch form krystalicznych kwasu winowego
– Twórca podstaw mikrobiologii przemysłowej
–
1857
-1868 badanie procesów fermentacyjnych
– Wprowadził metody wyjaławiania (pasteryzacja)
Badania bakteriologiczne
•
1877 – pierwszy wyizolował czyste hodowle drobnoustrojów i opracował podłoża płynne
•
Prace z zakresu bakteriologii
•
1865 – jedwabniki (eliminacja chorych jajeczek)
•
1870-1871 – gronkowce
Cholera kur
•
Opracował i wprowadził metody szczepień ochronnych
•
1880 – wyizolował drobnoustroje wywołujące chorobę
•
Pierwsza próba wywołania reakcji immunologicznej (wstrzykiwanie ptakom jednomiesięcznych
kultur bakterii cholery)
Wąglik
•
choroba bydła i owiec(Bacillus anthracis)
•
1881- publiczny pokaz szczepienia na owcach
Wścieklizna
•
6 czerwca 1885 szczepienie 9-letniego Josepha Meistera
Instytut Pasteura w Paryżu (zdjęcia) (w 1888 otwarcie)
Uczniowie Pasteura
•
Roux – szczepionka przeciw błonicy
•
Yersin – współodkrywca Bacillusa, prowadził badania nad dżumą, na jego cześć nazwano
bakterię ją wywołującą Yersinia pestis
•
Calmette – szczepionka przeciw gruźlicy
•
Thullier – badania nad cholerą
•
Miecznikow – immunologia
•
Winogradski – mikrobiologia gleby
•
Bujwid, Danysz
Robert Koch (1843-1919)
•
Niemiecki lekarz, twórca nowoczesnej techniki mikrobiologicznej
•
Wprowadził agar (podłoża stałe) do hodowli bakterii
•
Opracował metody barwienia bakterii
•
1882 – prątki gruźlicy
•
1883 – przecinkowce cholery azjatyckiej
Uczniowie Kocha
•
Loeffler – odkrywca maczugowca błonicy (Corynebacterium diphtheriae)
•
Gaffsky – odkrył pałeczkę duru brzusznego (Salmonella typhi)
•
Behring – badania nad toksyną błonicy
•
Kitasato – odkrywca laseczki tężca(Clostridium tetani)
•
Shiga – badania nad czerwonką (Shigella dysenteriae)
Joseph Lister (1827-1912)
•
1860 – potwierdził teorie przenoszenia chorób przez drobnoustroje
•
1867 – wprowadził fenol do dezynfekcji ubrań chirurgicznych
Dmitrij Iwanowski (1864-1920)
•
1892 – wykrył czynnik zakaźny powodujący chorobę roślin tytoniu (wirus mozaiki
tytoniowej)
Ferdynand Cohn (1828 – 1898)
•
Współpracownik Roberta Kocha
•
1872 – odkrycie przetrwalników (Bacillus subtilis)
•
1885 – medal Leeuvenhooka
John Tyndall (1820 – 1893)
•
Tyndalizacja – trzykrotna pasteryzacja
•
Efekt Tyndalla – rozpraszanie światła przez koloid z wytworzeniem charakterystycznego stożka
świetlnego
Hans Christian Gram (1853-1938)
•
1884 Berlin – metoda barwienia bakterii G(+) i G(-) ze względu na różnice w budowie ściany
komórkowej
Ilia Miecznikow (1845-1916)
•
Twórca immunologii
•
1908 Nagroda Nobla (wspólnie z Paulem Ehrlichem za prace nad odpornością)
Sergiusz Winogradski (1856-1953)
•
Rozwój mikrobiologii ogólnej i rolnej(gleby)
•
Wiązanie azotu przez bakterie glebowe
•
1889 - wprowadził podłoża selektywne (wybiórcze)
Odkrycia Winogradskiego
Stały się podstawą dla rozwoju mikrobiologii gleby
•
1893 odkrył bakterie z rodzaju Clostridium wiążące azot atmosferyczny
•
Wykrył i opisał chemoautotrofię u bakterii nitryfikacyjnych, siarkowych i żelazowych
•
Badał procesy fotosyntezy u bakterii, wiązanie azotu cząsteczkowego
•
Scharakteryzował rozkład w glebie wielocząsteczkowych związków organicznych
Aleksander Fleming
•
1928 odkrycie penicyliny (1945 Nagroda Nobla) i początek „ery antybiotyków”
•
13.02.1929 – wykład w Medicine Research Club
Udział Polaków
•
Leon Cieńkowski (1822-1887)
–
metoda zwalczania wąglika
–
określa przyczynę (Leuconostoc mesenteroides) i sposób zapobiegania powstania
„żabiego skrzeku” w cukrowniach
•
Adam Prażmowski (1853 – 1920), mikrobiologia rolnicza
–
opisuje bakterie brodawkowe (Rhizobium) i symbiotyczne wiązanie azotu
atmosferycznego
–
izoluje bakterie z rodzaju Bacillus i Clostridium
•
Jan Danysz (1860 – 1928)
–
współpracownik L. Pasteura, odkrył bakterię paratyfusu mysiego
–
współpracował z Marią Skłodowską – Curie i jej mężem
–
1893 kierownik działu mikrobiologii w Instytucie Pasteura (ekspert od zwalczania
szkodników)
–
1899 – pomór bydła w Afryce Południowej
–
Rosja – szkodniki buraków cukrowych
–
Portugalia – szkodniki dębu korkowego
–
Australia – zwalczanie plagi dzikich królików
•
Odo Bujwid (1857 – 1942)
–
Pierwszy polski bakteriolog, pionier higieny i profilaktyki lecznictwa
–
uczeń Roberta Kocha i Ludwika Pasteura
–
badania żywności i wody, prekursor SSE
–
założyciel pierwszego w Polsce instytutu zapobiegania wściekliźnie i stacji badania
produktów spożywczych
•
Ludwik Hirszfeld (1884 – 1954)
•
Rudolf Weigel (1883 – 1954)
•
Feliks Przesmycki (1892 – 1974)
•
Tadeusz Chrząszcz (0 -1943)
•
Kazimierz Bassalik (1879 – 1960)
•
Bronisław Niklewski (1879 – 1961)
•
Tadeusz Matuszewski
•
S i H. Krzemieniewscy
•
Jadwiga Marszewska – Ziemięcka (1891 – 1968)
•
Wacław Dąbrowski (1879-1962)
•
Eugeniusz Pijanowski (1906 – 1974)
•
Jadwiga Jakubowska (1905 – 2001)
prof. dr Jadwiga Jakubowska dr h.c. (1905-2001)
– Od 1929 r. pracownik Instytutu Przemysłu Fermentacyjnego i Bakteriologii Rolnej
– Oddział Czystych Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych
–
Od 1945 r. współpracownik prof. Dąbrowskiego w SGGW
– Od 1947 r. na Uniwersytecie Łódzkim, a następnie Politechnice Łódzkiej w
Katedrze Mikrobiologii Technicznej
– Uruchomiła krajową produkcję szczepionek czystych kultur mleczarskich
– Zapoczątkowała Kolekcję Szczepów Przemysłowych (obecnie ŁOCK 105) –
szczepy z przedwojennej kolekcji SGGW, z IHAR w Bydgoszczy, kolekcji
węgierskiej, szczepy własne oraz zdeponowane (ok. 700)
Wacław Dąbrowski (1879 – 1962)
– Pionier technologii i mikrobiologii żywności
–
1910 – Pracowni Przemysłu Fermentacyjnego i Bakteriologii Rolnej(Instytut)
–
1945 – Katedra Mikrobiologii i Przemysłu Rolnego SGGW
– Rektor SGGW 1922-1923
Eugeniusz Pijanowski (1906 – 1974)
– Twórca nauk o żywności
– Twórca i I Dziekan Wydziału Technologii Żywności
–
W czasie okupacji prowadzi wykłady i ćwiczenia w Liceum Rolniczym (kontynuacja
dydaktyki SGGW)
– Od lutego 1945 bierze udział w odbudowie i reaktywowaniu działalności SGGW
Historia SGGW
– Najstarsza rolnicza szkoła wyższa w Polsce (4 w Europie)
–
1816 – utworzenie Instytutu Agronomicznego w Marymoncie dzięki staraniom St.
Staszica i St. Potockiego
– I siedziba – pałacyk królowej Marysieńki Sobieskiej
W niepodległej Polsce
– 1918 – Królewsko-Polska Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
– 1919 – uczelnia państwowa
2 wydziały: Rolniczy i Leśny
– 1923 – obszar na Polach Mokotowskich i pieniądze na budowę szkoły
– 1929 – oddanie I pawilonu przy Rakowieckiej
II wojna światowa
–
15 maja 1945r. SGGW jako pierwsza inaugurowała rok akademicki
– W 2000r. Senat ustanowił Dni SGGW
– 1956r. tereny na Ursynowie, w 1989 władze uczelni przeniesiono do Pałacu w
Ursynowie, od 2003r. ostatecznie przeniesiono wszystkie wydziały
– Kampusowi nadano imię Edwarda hr. Raczyńskiego
Wydział Technologii Żywności
– Katedra i Zakład Mikrobiologii i Przemysłu Rolnego
– 1925 – pierwsi absolwenci – pionierzy przemysłu spożywczego
– X 1961 – Wydział Technologii Rolno-Spożywczej
– 1.10.1977 – Wydział Żywienia Człowieka i Wiejskiego Gospodarstwa Domowego
Rozwój optyki
– 1235 – Roger Bacon – okulary
– 1590 – Jan i Zachariasz Jensen – mikroskop
–
1635 – 1703 – Robert Hooke – komórki roślinne
–
1632 – 1723 – Antoni van Leeuwenhook – odkrywca mikroorganizmów (1686)
– 70 lata XIX w – Abbe i Zeis – mikroskop optyczny o zdolności rozdzielczej 0,2mikrom
– 30 lata XX w – Rusk – mikroskop elektronowy o zdolności rodzielczej 0,0001mikrom
W mikroskopie zwykłym (świetlnym)
–
zdolność rozdzielcza wynosi 0,2µm (zauważalne są najmniejsze drobnoustroje)
W mikroskopie elektronowym
– zdolność rozdzielcza wynosi 0,25-0,5 nm
– powiększenie od 1000 do 1000000 razy
Mikroskop skaningowy
– umożliwia otrzymanie stereoskopowych obrazów i fotografii w bardzo dużych
powiększeniach i przy bardzo dużej zdolności rozdzielczej
Jednostki miary stosowane w mikrobiologii
1.)
Średnica większości bakterii nie przekracza zwykle jednej tysięcznej milimetra, dlatego
dla mikrobiologów jednostką miary jest:
mikrometr(mikron) (1m = 1000000 µm)
wymiary odnoszące się do ultrastruktury podaje się w nanometrach (1m =
10
9
nm)
Cechy drobnoustrojów
1.) Małe rozmiary
a.
wirusy 10-50 nm
b.
drożdże 10 µm
c.
bakterie 0,5-1 µm
2.) Występowanie w dużych populacjach
a.
1g masła – ok. 60 mln
b. 1g obornika – ok. 500 mln.
c. 1ml mleka zsiadłego – ok 1 mld.
d. 1 ml zalewy – ok. 5 mld.
3.) Bardzo duży stosunek objętości do powierzchni
a.
Objętość ziarniaka = 0,52 µm
3
b.
1 mld komórek zajmuje objętość 0,00052 cm
3
c.
Powierzchnia ziarniaka = 3,14 µm
2
d.
1 mld komórek zajmuje powierzchnię 31400 cm
2
Bakterie- P/V = 6 000 000
Człowiek – P/V = 15
Ma to bardzo duże znaczenie podczas procesów zachodzących w glebie (procesy gnilne szybko
zachodzą)
(Wykład 2 mikrobiologia 02.03.2011)
4.) Szybka przemiana materii (duża szybkość rozmnażania)
•
bakterie: 20min
•
drożdże: 2-4 h
•
pleśnie: 72 h
5.) Produkcja białka
[bardzo dobry producent białka]
•
Krowa 500kg – w ciągu doby przyrost masy białka ok. 0,5kg
•
Drożdże 500kg – w ciągu doby 500x2
8
= 100 000 kg biomasy (50 000 kg białka)
6.) Organizmy jednokomórkowe, tworzące kolonie, łatwo adaptują się do nowych warunków
środowiska (źródła energii i składników budulcowych)
7.) Zdolność przyswajania różnych źródeł:
•
węgla (od CO
2
do polisacharydów)
•
azotu (od azotu, poprzez azotyny, azotany, aminokwasy do peptydów i białek)
8.) Zdolność wytwarzania enzymów indukowanych
•
enzymy konstytucyjne – zawsze obecne w komórce
•
enzymy indukowane – pojawiają się w zależności od potrzeb
9.) Wytrzymałość na warunki środowiska
•
temperatura od -23°C (
Corynebacterium sp
.
w silnie zasolonych zbiornikach wodnych na
Antarktydzie) do 113°C (maksymalna temp wzrostu bakterii
Pyrodictium brockii
).
•
szeroki zakres pH od 1,5 do 9,0
•
obecność tlenu
10.)Wytwarzanie przetrwalników (bakterii) lub zarodników (grzyby)
11.)
Zdolność do mineralizacji substancji organicznych
•
rośliny – producenci
•
zwierzęta – konsumenci
•
drobnoustroje – reducenci
Obieg pierwiastków w przyrodzie, naturalne psucie się żywności
12.)Łatwość przenoszenia się
•
woda
•
powietrze
•
gleba
•
inne organizmy
13.)Wszędobylstwo
•
1 ml śliny człowieka ok 150 mln. komórek
•
1 g treści jelita grubego 2-3 mld. E.coli
•
1 g ziemi ornej – miliardy
14.)Rozmnażanie w postępie geometrycznym
•
po n podziałach otrzymujemy 2
n
komórek, gdzie wykładnik potęgi odpowiada liczbie
podziałów, czyli generacji.
N= N
0
x2
n
Krzywa wzrostu i fazy wzrostu wg Monoda
15.)Doskonały materiał do badań biologicznych
•
duże populacje
•
krótki czas generacji
•
główne szlaki metaboliczne jak u wyższych organizmów eukariotycznych
•
budowa komórkowa
•
łatwość obserwacji zmian genetycznych w kolejnych pokoleniach
Systematyka i taksonomia
•
Systematyka
– nauka zajmująca się badaniem różnorodności organizmów, ich pokrewieństwem
ewolucyjnym oraz klasyfikacją
•
Taksonomia
– dział systematyki zajmujący się teorią i praktyką klasyfikowania i nadawania
nazw organizmom
Taksonomia
•
Klasyfikacja – porządkowanie jednostek w grupy wyższego rzędu
•
Identyfikacja – stwierdzenie, że pewien nieznany organizm należy do ustalonej wcześniej
jednostki taksonomicznej
•
Nazewnictwo – nadawanie nazw poszczególnym grupom taksonomicznym
Klasyfikacja + Identyfikacja + Nazewnictwo = Taksonomia
Dominium → Regnum → Phylum aut Divisio → Classis → Ordo → Familia → Genus → Species
System klasyfikacji
Królestwo
(Domena) → Gromada → Klasa → Rząd → Rodzina → Rodzaj →
Gatunek
→
Szczep
Nazewnictwo gatunków
•
Łacina – międzynarodowy język nazewnictwa biologicznego
•
Nazwa regionalna i międzynarodowa – workowce / Ascomycetes
•
Linneusz – zasada binominalnej nomenklatury – tylko gatunki mają nazwy dwuczłonowe
o
Nazwa rodzajowa i gatunkowa – Bacillus subtilis, Saccharomyces cerevisiae
Rodzaje klasyfikacji
•
Filogenetyczna
(naturalna) – łączenie spokrewnionych organizmów o wspólnych przodkach
•
Sztuczna
(Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology) - grupowanie wg ustalonego klucza
•
Numeryczna
(tak – nie) – np. testy API
Podział organizmów żywych
•
Arystoteles (IV w p.n.e.)
–
2 królestwa – Plantae i Animalia
•
Św. Augustyn ( IV w n.e.)
–
niepotrzebne, pożyteczne i szkodliwe
•
Linneusz – podział wg Arystotelesa
•
Haeckel (uczeń Darwina) – 1866 – wprowadził królestwo Protista
–
Plantae (Rośliny)
–
Animalia (Zwierzęta)
–
Protista ( Mikroorganizmy)
•
Mikroskopia elektronowa (lata 40 XX w.)
–
komórki prokariotyczne (przed jądrowe)
–
komórki eukariotyczne (prawdziwe jądro)
Podział królestwa Protista
•
Eucaryota (eukarionty)
–
drożdże, pleśnie
–
pierwotniaki, glony
•
Procatyota (prokarionty)
–
bakterie, sinice, riketsje, chlamydia
•
Viriales (wirusy)
Eucaryota – drożdże, pleśnie, glony, pierwotniaki, organizmy wyższe (zdjęcia + omówiona
charakterystyka)
Prokaryota – bakterie, sinice, riketsje, chlamydia, mykoplazmy (zdjęcia + omówiona charakterystyka)
Bakterie
•
Bakterie G(+) – bakterie mlekowe, paciorkowce, enterokoki, ziarniaki, bakterie propionowe,
gronkowce, klostridia i promieniowce.
•
Bakterie G(-) – Neisseria gonorrhaceae, Haemophilus influenzae, Enterobacteriaceae, krętki, sinice,
riketsje, chlamydia, bakterie śluzowe
Riketsje
•
Bakterie (0,8 - 2 µm), G(-) pałeczki
•
Chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt, bezwzględne pasożyty
–
Rickettsia prowazeki [wywołuje tyfus plamisty]
–
Rickettsia typhi [wywołuje dur mysi]
–
Coxiella burnetti [wywołuje gorączkę Q]
–
Bortonella [przenoszony przez komary, żyje w erytrocytach powodując anemię]
Mykoplazmy (Mikoplazmy) i sinice
•
Mycoplasma pneumoniae
[zapalenie płuc]
•
Sinice (Cyanobacteria) [„zakwitanie” zbiorników wodnych]
Chlamydie i bakterie śluzowe
•
Kuliste G(-) bakterie patogenne, bezwzględne pasożyty
–
Chlamydia trachomatis [utrata wzroku]
–
Chlamydia psittaci [atakuje głównie ptaki, u człowieka- zapalenie płuc]
–
Chlamydopila pneumoniae [atakuje oko, narządy płciowe]
•
Bakterie śluzowe (myksobacterie)
•
G(-) pałeczki
Viriales – Wirusy
Podział wg Whittakera (1969)
1.
Królestwo Monera (Procaryota – bakterie)
2.
Królestwo Protista – organizmy eukariotyczne, głównie jednokomórkowe
3. Królestwo Fungi
4.
Królestwo Plantae
5.
Królestwo Animalia
Podstawowe kryterium : sposób odżywiania – fotosynteza, absorpcja lub trawienie
Podział organizmów wg Woese’a (1990)
•
Archaebacteriae (Archaea)
•
Eubacteriae (Bacteria)
•
Eucaryota
Archaea + Bacteria = Procaryota
Archebakterie (Archaebacteriae)
•
Halofilne (Halococcus, Halobacterium)
•
Metanogenne
•
Termoacidofilne (Pyrolubus, Thermus aquaticus)
Komórka i jej budowa
•
Wszystkie komórki składają się z cytoplazmy i materiału jądrowego, a na zewnątrz otoczone są
błoną cytoplazmatyczną. Taki protoplast może być otoczony ścianą komórkową, tak jak u roślin i
większości bakterii.
•
Budowa jądra i sposób jego podziału
– podstawowe cechy odróżniające komórkę prokariotyczną i
eukariotyczną
Komórka eukariotyczna (eucyt)
(rysunek z podpisami: chloroplast, błona komórkowa, cytoplazma, mitochondrium, aparat Golgiego,
lizosomy, jądro, rybosomy, retikulum endoplazmatyczne, peroksysom, ściana komórkowa..)
Komórka eukariotyczna- jądro (rysunek)
•
Dwie błony – tzw otoczka jądrowa
•
Centrum informacji genetycznej
•
Kariolimfa
•
Jąderko
•
chromatyna
Chromatyna komórki eukariotycznej
•
Jedna długa cząsteczka DNA połączona z histonami
•
Histony – białka proste o odczynie zasadowym
•
Tworzą ośmiocząsteczkowe jednostki (oktamery), wokół których owija się DNA
•
Jeden oktamer owinięty DNA to nukleosom
•
Różne stopnie upakowania DNA (rysunek) (1) Podwójna helisa DNA. (2) Włókno
chromatyny – nukleosomy, czyli DNA nawinięte na histony. (3) Chromatyna z centromerem
podczas interfazy. (4) Skondensowana chromatyna podczas profazy. (5) Chromosom w
metafazie.
Komórka eukariotyczna. Podział jądra
1. Interfaza (wzrost komórki)
2. Kariokineza (podział jądra) – mitoza / mejoza
•
profaza
•
metafaza
•
anafaza
•
telofaza
3. Cytokineza
Podział jądra – mitoza
Podział jądra (kariokineza) następują w procesie mitozy
Cele mitozy:
•
replikacja materiału genetycznego
•
równe rozdzielenie *...*
Przebieg mitozy
•
Profaza – zanik błony jądrowej, rozszczepienie chromosomów na 2 chromatydy
•
Metafaza – ułożenie chromosomów w płaszczyźnie równikowej
•
Anafaza – odciągnięcie chromosomów ku biegunom komórki przez włókna wrzeciona
kariokinetycznego
•
Telofaza – otoczenie chromatyd błoną jądrową, *...*
Podział jądra cd. cele mejozy
Rekombinacja rodzicielskich materiałów genetycznych
Redukcja liczby chromosomów o połowę z 2n do n.
Podział jądra – mejoza, cd.
(rysunek – fazy pierwszego i drugiego podziału mejotycznego)
Cytokineza
Wynikiem cytokinezy jest powstanie dwóch komórek potomnych, mniejszych o połowę od komórki
macierzystej.
Komórka eukariotyczna – cytoplazma
•
Cytoplazma podstawowa
•
Zawieszone w niej rybosomy i organella
Komórka eukariotyczna – mitochondria (rysunek)
Komórka eukariotyczna – reticulum endoplazmatyczne
•
System cystern i kanałów oddzielonych od cytoplazmy pojedynczą błoną
•
szorstkie/ziarniste i gładkie
Komórka eukariotyczna – aparat Golgiego
•
posiadają zdolność do redukcji azotanu srebra
•
rozrzucone w cytoplazmie
•
pojedyncze, silnie spłaszczone pęcherzyki wygięte w charakterystyczny sposób
•
funkcje: wydzielają zagęszczone substancje poza komórkę, biorą udział w procesie egzocytozy,
syntetyzują polisacharydy strukturalne(?), uczestniczą w przekazywaniu wielu substancji w
obrębie komórki i poza nią
Komórka eukariotyczna - wakuola
•
Sok komórkowy
•
Tonoplast (kwasy organiczne, aminokwasy, sole mineralne..)
Komórka eukariotyczna – plastydy
•
pół-autonomiczne
•
powstają z proplastydów
Rybosomy
•
zbudowane z kwasu rybo i białka
•
występują w cytoplazmie, mitochondriach i plastydach
•
wielkość – 20 nm
•
1 komórka zawiera do kilkudziesięciu rybosomów w swojej strukturze
•
koordynują pracę kwasu rybonukleinowego i białek w procesie ich syntezy
•
typu 80s
•
składają się z 2 podjednostek: dużej i małej
Błona komórkowa (rysunek)
1. Schemat błony komórkowej:
cytoplazma, płyn pozakomórkowy, cząsteczka fosfolipidowa (głowa i ogon cząsteczki),
cholesterol, glikoproteina(węglowodan i białko), receptor białkowy, cytoszkielet,
2. Transport białka
Funkcje błony komórkowej
•
utrzymuje integralność komórki
•
umożliwia rozpoznawanie struktur pozakomórkowych lub innych komórek
•
stanowi selektywną barierę dla substancji zawartych w środowisku komórki
•
utrzymuje odpowiednie warunki wewnątrz komórki dla prawidłowego przebiegu procesów
metabolicznych
(Wykład 3 mikrobiologia 09.03.2011)
Budowa błony komórkowej
Podwójna warstwa lipidowa zbudowana z fosfolipidów i glikolipidów (cholesterol, ergosterol)
o
Główki hydrofilowe skierowane na zewnątrz, hydrofobowe – do środka błony, poprzetykanej
cząsteczkami białka
Białka występujące w błonie
Integralne
o
przebijają na wylot dwuwarstwę lipidową, dzięki nim komórka rozpoznaje inne komórki lub
struktury w jej otoczeniu
Peryferyczne
o
wnikają w dwuwarstwę lipidową na niewielką głębokość
Białka błonowe pełnią funkcję kanałów jonowych i przenośników
o
kanały jonowe – otwory, którymi jony i małe cząsteczki przenikają z jednej strony błony na
drugą
Przenośniki – wyłapują cząsteczki po jednej stronie, tworzą z nimi krótkotrwałe kompleksy i
przenoszą na drugą stronę *...*
przez błonę – małe cząsteczki (jony nieorganiczne cukry proste, aminokwasy, woda)
o
dyfuzja
o
transport aktywny
wraz z jej fragmentem – związki wielko cząsteczkowe (białka)
o
endo-
o
egzocytoza
Dyfuzja
Spowodowana różnicą stężeń między roztworami po obu stronach błony
cząsteczki przenikają z roztworu o większym stężeniu (hipertonicznego) do roztworu o
stężeniu mniejszym (hipotonicznego)
Przebiega samoistnie, nie wymaga dostarczania energii
Rodzaje dyfuzji
Prosta – cząsteczki przenikają przez kanały w błonie
Ułatwiona (wspomagana)
Transport przebiega z udziałem przenoś błonowych
Osmoza – odmiana dyfuzji – dotyczy wody
przenikanie do roztworu o większym stężeniu aż do wyrównania stężeń
roztwory izotoniczne po obu stronach błony
Transport aktywny
Odbywa się wbrew gradientowi stężeń
wymaga dostarczenia energii
przenośniki białkowe wyłapują cząsteczki substancji rozpuszczonej z roztworu
hipotonicznego i wbrew gradientowi stężeń przenoszą przez błonę do roztworu
hipertonicznego
Endocytoza
pobranie do wnętrza komórki cząstek poprzez wytworzenie z błony komórkowej wodniczki, która
po oderwaniu od plazmalemy przeniesie pobraną cząstkę do cytoplazmy
fagocytoza – transport bez ubytków błony
pinocytoza – „picie komórkowe”, transport z ubytkami błony biologicznej
Egzocytoza
Wydalenie z komórki, np. niestrawionych resztek lub wydzielenie z komórki, np. hormonów w
wodniczkach
Komórka eukariotyczna – organelle ruchu
Wici i rzęski
Zakotwiczone w zewnętrznej warstwie cytoplazmy w tzw. ciałku bazalnym
Mają budowę 9+2 (2 włókna centralne i 9 włókien peryferycznych)
Komórka eukariotyczna – ściana komórkowa
Najbardziej zewnętrzna struktura komórki roślinnej
Pełni funkcje mechaniczne
Główny składnik:
o
celuloza (polisacharyd zbudowany z glukozy) lub chityna ( polimer glukozaminy ) u pleśni
o
Mannan i glukan u drożdży
Inne struktury eukariotyczne
o
mikrotubule (rys)
o
mikrofilamenty (rys)
Układy włókien i rurek, które tworzą cytoszkielet komórki
Komórka prokariotyczna (protocyt)
o
Mniejsze i prościej zbudowane do eukariotycznych
o
Brak jądra, mitochondriów i chloroplastów
o
Mniejsze rybosomy
o
Inna ściana komórkowa
o
Obecność otoczek śluzowych i rzęsek
Nukleoid bakteryjny
Cykl komórkowy
o
Faza C
o
replikacja DNA
o
Faza G
o
segregacja chromosomów
o
Faza D
o
podział
Struktura kwasów nukleinowych
(rysuuunek: puryny, ;pirymidyny; nukleozyd, nukleotyd
monofosforanowy/difosforanowy/trifosforanowy; zasada azotowa, cukier pentoza)
Budowa DNA
(rysunek spiralki, 5’, 3’)
Struktura kwasów nukleinowych, cd.
(rysunek kolejny brzydki nudny)
Rodzaje RNA
o
Matrycowy (mRNA, informacyjny) – przenosi informację genetyczną z jądra na rybosomy, gdzie
odbywa się synteza białek
o
Transportujący (tRNA) – transportuje aminokwasy do rybosomów
o
Rybosomalny (rRNA) – materiał strukturalny rybosomów razem z białkami
Replikacja DNA
Udział enzymów:
o
Topoizomeraza
o
Helikaza
o
Prymaza DNA
o
Polimeraza DNA
o
Egzonukleaza
o
Ligaza DNA
Transkrypcja i translacja
Replikacja DNA
białia
mRNA
translacja
ja
transkrypc
odwrotna
ja
transkrypc
→
←
→
Kod genetyczny
o
AUG – metionina (kodon startowy)
o
UAA, UGA, UAG – kodony stop(nonsensowne) – sygnalizują koniec translacji jakiegoś fragmentu
mRNA
o
GUU, GUC, GUA, GUG – walina
(tabelka kodonów)
Synteza białek
o
Inicjacja
o
Elongacja
o
Terminacja
Plazmidy
o
plazmidy koniugacyjne np. plazmid F (E.coli)
o
plazmidy oporności na antybiotyki np. plazmidy R (Ps. aeruginosa)
o
plazmidy oporności na metale ciężkie np. plazmid FP2 (Ps. aeruginosa)
o
plazmidy kodujące wytwarzanie czynników toksycznych dla innych organizmów
o
plazmidy kodujące wytwarzanie antybiotyków (plazmid SCP1 – Streptomyces coelicolor)
o
plazmid Col 1b – oporność na promieniowanie UV (E. coli)
(rys)
1.) chromosom bakteryjny
2.) plazmidy
Mezosom
o
5 – mezosom
o
Błoniaste twory z błony cytoplazmatycznej koncentrycznie nakładające się na siebie
o
Odpowiada za oddychanie komórki
o
Pełnią rolę centrów energetycznych
Cytoplazma prokariotyczna
o
Nie jest jednorodnym roztworem białek
o
Frakcja rozpuszczalna (enzymy i RNA)
o
Frakcja cząsteczkowa (rybosomy i materiał błonowy)
Rybosomy prokariotyczne
(rysunki: rybosom prokariotyczny i eukariotyczny)
Tylakoidy i chromatofory (rysunek)
Fimbrie (pile)
o
Cienkie, proste nici o długości ok. 10nm
o
Od 10 do kilku tysięcy
o
Zbudowane z piliny (białko)
o
Biorą udział w procesach adhezji oraz podczas procesów płciowych
Wakuole gazowe
o
Zbudowane z kilku pęcherzyków gazowych o wrzecionowatym kształcie
o
Umożliwiają zmianę gęstości, co pozwala na unoszenie się komórek w wodzie
Błona cytoplazmatyczna (plazmalema)
o
Bariera osmotyczna komórki
o
Grubość 2-8 nm
o
Skład:
o
50% białek
o
30% lipidów (brak ergosterolu)
o
20% cukrów
o
3 klasy białek transportowych
o
uniportery – przez błonę przenoszą 1 związek
o
symportery – 2 związki w jedną stronę
o
antyportery – 2 związki w obie strony
Ściana komórkowa bakterii
o
Podstawowy składnik to peptydoglukan – mureina
o
Mureina:
N – acetyloglukoamina (NAG)
Kwas N – acetylomuraminowy (NAM)
połączone wiązaniem 1,4-β-glikozydowym w długie łańcuchy i poprzecznie krótkimi
łańcuchami peptydowymi
Ściana komórkowa bakterii Gram (-) i Gram (+) (rysunki)
Różnice w budowie ściany komórkowej bakterii G(+) i G(-)
Budowa
B. Gram +
B. Gram –
Skład chemiczny
..
kwasów;
t....
Brak
kwasów
teichojowych(?)
Brak
błony zewnętrznej
..
błony zewnętrznej
zbudowanej z fosfolipidów,
białek, lipopolisacharydu
Brak
przestrzeni
peryplazmatycznej
...
przestrzeni
peryplazmatycznej między
mireiną a błoną zewnętrzną
Budowa
B. Gram +
B. Gram –
Budowa siatki mureinowej
do 40 warstw
1-3 warstwy
Grubość warstwy mureinowej
15-80 nm
2-10 nm
Zawartość mureiny w ścianie
komórkowej
30-70% s.s.,
mniej niż 10% s.s.
Cecha oporności na:
Gram (+)
Gram (-)
Środowisko alkaliczne
Większa
Mniejsza
Wyższe temp. sterylizacji
Większa
Mniejsza
Antybiotyki
Mniejsza
Większa
Detergenty
Mniejsza
Większa
Barwniki anilinowe
Mniejsza
Większa
Lizozym
o
Odkryty w 1922 roku przez A. Fleminga
o
występuje we łzach, ślinie, śluzie jamy nosowo-gardłowej oraz białku jaja, nie ma go w moczu,
pocie i płynie mózgowo-rdzeniowym
o
powoduje lizę komórek bakterii G(+)
Barwienie metodą Grama (rys)
Otoczki i śluzy (rys)
Ruch bakterii
Samodzielne poruszanie się komórek w środowisku płynnym za pomocą rzęsek (głównie pałeczki)
Typy urzęsienia
o
monotrichalne
o
politrichalne
o
amfitrichalne
o
peritrichalne
Chemotaksja
Celowy ruch organizmu – w kierunku lub od – związku chemicznego
o
Dodatnia – w kierunku substratu
o
Ujemna – w kierunku przeciwnym
Związek pomiędzy ruchem rzęski a stężeniem substratu dotyczy czynności białek
(chemoreceptorów) w błonie cytoplazmatycznej
Komórka prokariotyczna (protocyt)
o
Średnia wielkość – 1 µm
o
Podstawowe kształty:
kula (coccus),
pałeczka (bacillus),
spirala (spirillum)
Kształty komórek bakteryjnych (rysunek)
(Wykład 4 mikrobiologia 16.03.2011)
Skład komórek drobnoustrojów
Bakterie
– 70-86% woda
– 14-30% s.m.
Drożdże
– 70:75% woda
– 25:30 s.m.
Zawartość s.m. zależy od zawartości materiałów zapasowych w komórce- lipidów, wielocukrów ,
polifosforanów
Skład s.m. komórek drobnoustrojów
Bakterie
– Białko 50%
– Ściana komórkowa 10-20 %
– Lipidy 10%
– RNA 10-20%
– DNA 3-4%
Grzyby
– Białko 40:50%
– Cukry 40%
– Tłuszcze 1:2 %
– Składniki mineralne 6:8%
Materiały zapasowe komórek drobnoustrojów
Występują w komórce w postaci nierozpuszczalnej w wodzie
– Wielocukry
– Polifosforany
– Tłuszcze
– Siarka
Polisacharydy
Skrobia – (amyloza i amylopektyna) – komórki roślinne –
niebieskie zabarwienie z jodem
Glikogen – (n(a-D-glukozy) – komórki zwierzęce –
brunatne zabarwienie z jodem
– drożdże,
Bacillus, Salmonella, Escherichia, Micrococcus
Granuloza (jogen) – Clostridium, Acetobacter
Substancje tłuszczowe
Ziarna i kropelki tłuszczu – w formie kwasu poli-β-hydroksymasłowego ( do 90% s.m. bakterii
tlenowych i beztlenowych)
Trójglicerydy (tłuszcze obojętne) – drożdże i inne grzyby (do 80% s.m.)
Woski (estry kwasów tłuszczowych i alkoholi) – do 40% s.m., np. u Mycobacterium
Dają czerwone zabarwienie z Sudanem III, silnie załamują światło
Polifosforany
Po raz pierwszy opisane u Spirillum volutans – ziarna wolutyny
Substancja o charakterze białkowym w postaci ziarnistości w cytoplazmie lub wodniczkach, silnie
załamujących światło
Niebieskie zabarwienie pod wpływem błękitu metylenowego
Źródło (magazyn) fosforu
Siarka
Kuleczki silnie załamujące światło
Przejściowo gromadzone przez bakterie utleniające siarczki do siarczanów
Źródło energii dla bakterii utleniających H
2
S
Beggiatoa, Thiotrix
Porównanie komórki pro- i eukariotycznej
•
Brak jądra i organelli półautonomicznych
•
Materiał genetyczny w postaci nukleoidu i
plazmidów
•
Brak mitochondriów, ich rolę pełnią
mezosomy
•
Brak plastydów, obecność tylakoidów
•
Brak reticulum endoplazmatycznego,
aparatu Golgiego, lizosomów i wakuoli
•
Tylko małe rybosomy (70S)
•
Materiał genetyczny w postaci
chromatyny umieszczony w jądrze oraz w
postaci DNA w organellach
półautonomicznych
•
Procesy oddychania zachodzą w
mitochondriach
•
Fotosynteza w chloroplastach
•
Silnie rozbudowane reticulum
endoplazmatyczne
•
Duże rybosomy (80S) w cytoplazmie,
małe (70S) w mitochondriach i plastydach
Endospory (formy przetrwalne)
Wyjątkowa ciepłooporność – giną tylko podczas sterylizacji
Twory silnie załamujące światło – zajmują 1/10 objętości komórki
Zdolność do tworzenia endospor pozwala na izolację bakterii ze środowiska
Bakterie przetrwalnikujące
Sporosacrina – ziarniaki
Bacillus – tlenowce, względne tlenowce, K(+)
Sporolactobacillus –grupa bnakterii mleowych
Clostridium – beztlenowce, K(-)
Tworzenie endospor
Powstają wewnątrz komórki bakteryjnej kosztem energii z materiałów zapasowych:
–
kwas poli-β-hydroksymasłowy u tlenowców
–
granuloza u beztlenowców
Cecha charakterystyczna – obecność DPA w protoplaście endospory
Kwas dipikolinowy (DPA) wiąże jony Ca i powstaje dipikolinian wapnia, który może stanowić 10-15%
endospory
Etapy powstawania endospor
1. Specyficzny, nierównomierny podział komórki na skutek przewężenia błony
cytoplazmatycznej – oddzielenie części protoplastu od komórki macierzystej.
2. Protoplast zawiera materiał genetyczny powstały w wyniku replikacji. Między nowym
protoplastem a protoplastem komórki macierzystej nie dochodzi do wytworzenia ściany
komórkowej jak podczas normalnego podziału.
3. Formowanie prespory. Protoplast endospory zostaje otoczony przez błonę cytoplazmatyczną
komórki macierzystej, w wyniku czego jest już otoczony dwiema błonami cytoplazmatycznymi
które biorą udział w syntezie ściany przetrwalnika
4. Błona protoplastu spory syntetyzuje na zewnątrz ścianę komórkową przyszłej kiełkującej
komórki
5. Błona cytoplazmatyczna z komórki macierzystej syntetyzuje do wewnątrz tzw. cortex
6.
Czas powstawania przetrwalnika wynosi ok. 7h. W tym czasie następuje wzrost zawartości Ca,
kwasu DPA, wzrasta oporność na wysoką temperaturę oraz współczynnik załamania światła.
Ustaje metabolizm, następuje w stan anabiozy, liza komórki i uwolnienie endospory.
Cortex składa się z wielu warstw peptydoglukanu, który różni się od mureiny większym stopniem
usieciowienia
Zewnętrzna osłona spory jest tworzona przez komórkę macierzystą i składa się głównie z
polipeptydów
Ułożenie endospor w komórce
(rysunek 6 plasterków z bąbelkiem: 1,4 – centralne; 2,3,5 – terminalne; 6-lateralne)
W jednej komórce tylko 1 przetrwalnik
Budowa przetrwalnika
Rdzeń
– cytoplazma otoczona błoną cytoplazmatyczną
Wewnątrz występuje:
–
chromosom
–
wszystkie struktury niezbędne do syntezy białek
–
układ wytwarzania energii
Ściana komórkowa
– zbudowana z peptydoglukanu
Czynniki inicjujące sporulację
Brak substancji odżywczych w podłożu
Nagromadzenie produktów przemiany materii
Umieszczenie komórek wegetatywnych w wodzie destylowanej
Szok termiczny (np. krótkie ogrzewanie w 100°C)
Właściwości dojrzałych endospor
Zostają uwolnione do środowiska po autolizie komórki wegetatywnej
Nie wykazują dostrzegalnego metabolizmu
Zawierają ok 15% wody
Są oporne na:
–
ogrzewanie (proporcjonalnie od zawartości kwasu DPA)
–
promieniowanie (wynik obecności w osłonie białka bogatego w cysteinę)
–
czynniki chemiczne (nieprzepuszczalność osłon dla wielu związków chemicznych)
Długa przeżywalność:
–
200-300 lat, a nawet 1000
–
miliony lat w temperaturze -273°C
Kiełkowanie przetrwalników
– Pobieranie wody, pęcznienie endospory, utrata suchej masy
– Obecność składników odżywczych
– Wzrost intensywności oddychania
– Wydzielanie DPA do środowiska
– Utrata s.m. spory 25-30%
– Spadek ciepłoporności
Rozmnażanie bakterii
–
Jest to prosty podział komórki zwany
rozszczepieniem
– Z jednej komórki macierzystej powstają, po wytworzeniu poprzecznej błony, dwie komórki
potomne
Rozmnażanie bakterii, cd.
Odbywa się w postępie geometrycznym, po n podziałach mamy 2
n
komórek (*schemat*: septum)
Podział komórki bakteryjnej
1. podział nukleoidu
2. wytworzenie przegrody
3. przewężenie i odciąganie
Fizjologia drobnoustrojów
Czynności życiowe
1. Odżywianie
2. Oddychanie
3.
Wzrost
(ruch, rozmnażanie)
Metabolizm (przemiana materii)
Całokształt przemian biochemicznych zachodzących w komórce
– Katabolizm – degradacja substancji złożonych do prostych
– Amfibolizm – metabolizm pośredni do kwasów organicznych i estrów fosforanowych
– Anabolizm – powstawanie związków złożonych z prostych
1.
Odżywianie
Podział drobnoustrojów ze względu na źródło węgla
:
Autotrofy (organizmy samożywne) – rośliny zielone, sinice, niektóre bakterie
pobierają substancje mineralne (CO
2
, sole azotu, siarki, fosforu)
Heterotrofy (organizmy cudzożywne) – zwierzęta, grzyby, większość bakterii
wymagają min. 1 związku organicznego
Autotrofy
Czerpią węgiel do budowy organicznych substancji komórkowych ze związków nieorganicznych, nie
są zdolne do korzystania z innych źródeł
ze względu na źródło energii:
fotoautotrofy – wykorzystują energię świetlną
chemoautotrofy – utlenianie związków organicznych lub nieorganicznych
Heterotrofy
wymagają oprócz substancji mineralnych min. 1 prostego związku organicznego
prototrofy – min . prosty związek organiczny np metan, etanol
auksotrofy – min. 1 związek uzupełniający, np. witaminy, aminokwasy, zasady purynowe lub
pirymidynowe
Salmonella – tryptofan
Proteus -kwas nikotynowy
bakterie mlekowe – witaminy z grupy B
Odżywianie c.d.
Ze względu na źródło elektronów w procesie biosyntezy:
Litotrofy – substancje nieorganiczne: NH3, H2S
Organotrofy – organiczne donory elektronów
Fotolitoautotrofy – źródłem energii jest promieniowanie słoneczne a elektrony dostarczają
związki organiczne
Chemolitoautrotrofy – energię, elektrony i węgiel czerpią z substancji nieorganicznych
Chemoorganoheterotrofy – jako źródła energii, elektronów i węgla wymagają *..*
Miksotrofy - *..*
Zawartość biopierwiastków w komórkach drobnoustrojów
(28 pierwiastków, w tym)
węgiel 50%
tlen 20%
azot 14%
wodór 8%
fosfor 3%
siarka 1%
potas 1%
wapń 0,5%
magnez 0,4%
żelazo 0,2%
Pierwiastki budulcowe
Węgiel – budulec aminokwasów, białek, sacharydów kwasów tłuszczowych lipidów nukleotydów i
kwasów nukleinowych
Tlen i wodór – obecne we wszystkich związków organicznych i wodzie
Azot- niezbędny składnik aminokwasów, białek, pochodnych sacharydów
Fosfor – reszty fosforanowe wchodzą w skład nukelotydów, fosfolipidów, związków
wysokoenergetycznych
Siarka – składnik 3 aminokwasów (cystyny, cysteiny i metioniny)
Jedność w biochemii
Jeden z dogmatów współczesnej nauki
Biochemia wszystkich żywych form jest zasadniczo taka sama i dotyczy w szczególności
:
Uniwersalności ATP jako podstawowego kwantu energii biologicznej
Uniwersalności kodu genetycznego (4 nukleotydy, których sekwencja decyduje o rodzaju białka)
Uniwersalności szlaku degradacji cukrów i łańcucha oddechowego (główne szlaki metaboliczne są
prawie identyczne u wszystkich żywych organizmów)
Odżywianie cd. Podział mikroorganizmów
Ze względu na pochodzenie przyswajalnego źródła węgla
:
Saprofity – na martwej substancji
Pasożyty – na substancji żywej
–
względne
–
bezwzględne
Cel pobierania pokarmu
Dostarczenie materiałów budulcowych
Dostarczanie energii niezbędnej do budowy struktur komórkowych
Większość drobnoustrojów to heterotrofy saprofityczne
Systemy pobierania pokarmu
Bierny
dyfuzja
osmoza
Czynny
wbrew gradientowi stężeń
Drobnoustroje mogą pobierać tylko substancje drobnocząsteczkowe
Rola i rodzaje enzymów
Enzymy służą do rozbicia makromolekuł do związków drobnocząsteczkowych, tak aby mogły zostać
przetransportowane do wnętrza komórki i przyswojone
Proteazy (białko)
Lipazy (tłuszcze)
Amylazy (A,B – skrobia)
Pektynazy (pektyny)
Celulazy (celuloza)
Cechy enzymów
Biorą udział w procesach cyklicznych
–
wchodząc w połączenia z substratem tworząc kompleks E-S
Skuteczne w bardzo małych ilościach
Wykazują wyraźną specyficzność działania
–
dla każdej specyficznej reakcji potrzeba określonego enzymu
Są tworzone przez organizmy żywe
Szybkość reakcji enzymatycznych *wykres*
Zależy od
–
pH (opt. 5,0 – 8,0)
–
stężenia reagujących substratów
–
stężenia enzymów
–
temperatury (inaktywacja >50°C)
Zablokowanie enzymu
Inhibitory to substancje podobne do substratu blokujące centrum aktywne enzymu
Powstaje kompleks E-S niezdolny do przekształcenia we właściwy produkt
Efektory
–
Inhibitory – leki, trucizny
–
Aktywatory – magnez
Rodzaje inhibicji
Inhibicja kompetencyjna (współzawodnicza, hamowanie)
–
Konkurencja między inhibitorem a substratem o centrum aktywne (np. bursztynian i
malonian dla dehydrogenazy bursztynianowej – różnica jednej grupy metylenowej)
–
Wiązanie zachodzi w centrum aktywnym
–
Proces odwracalny (zwiększenie stężenia substratu)
Inhibicja niekompetencyjna (niewspółzawodnicza)
–
Blokowanie enzymu przez związki niepodobne strukturalnie do substratu,
niewspółzawodniczące o centrum aktywne, ale częściowo je blokujące, co spowalnia
reakcję, ale substrat może być wiązany
np. działanie H
2
S na enzymy z atomem żelaza lub miedzi w centrum aktywnym – silna
toksyczność siarkowodoru
Budowa enzymu
o
Apoenzym – składnik białkowy enzymu, aktywny dopiero po połączeniu ze składnikiem
niebiałkowym
o
Decyduje o swoistości enzymu oraz rodzaju katalizowanej reakcji
o
Grupa prostetyczna – składnik niebiałkowy silnie związany z apoenzymem (polisacharyd, lipid,
kation metalu) – decyduje o przyłączeniu substratu
Koenzym – składnik niebiałkowy luźniej związany z apoenzymem
Holoenzym = apoenzym + grupa prostetyczna (lub koenzym)
Podział enzymów
6 klas:
Oksydoreduktazy
Transferazy
Hydrolazy
Liazy
Izomerazy
Ligazy
Oksydoreduktazy
Katalizują reakcje utleniania i redukcji (związane z przenoszeniem elektronów i wodoru)
Biorą udział w procesach oddychania i fermentacji
Dzielimy je na
–
Oksydazy
–
Reduktazy
–
Oksygenazy
–
Hydrolazy
–
Peroksydazy
–
Dehydrogenazy (umożlwiają przenoszenie wodoru z donora na akceptor)
donor – H
2
+ akceptor = donor + akceptor-H
2
Transferazy
Katalizują reakcje przenoszenia grup chemicznych z jednego związku na inny
Np.
–
CH
3
(metylotransferazy)
–
COOH (karbosytransferazy)
–
NH
2
(aminotransferazy)
−
P (fosfotransferazy)
Hydrolazy
Odpowiadają za reakcje hydrolizy tj. przebiegające przy udziale wody, hydrolityczny
rozkład związków wysokocząsteczkowych
esterazy
lipazy
fosfatazy
amylazy
Są odpowiedzialne za psucie się żywności
Mogą być pochodzenia mikrobiologicznego lub naturalnego
Przekształcają związki trudno rozpuszczalne w wodzie w dobrze rozpuszczalne
Liazy
Katalizują odłączanie grup chemicznych bez udziału wody
Np.
Dekarboksylaza pirogronianowa
CH
3
-CO-COOH--> CO
2
+ CH
3
-CHO
Przy ich udziale wydziela się woda lub ditlenek węgla
Izomerazy
Katalizują reakcje przegrupowań wewnątrz cząsteczki
Np.
Izomeraza glu *..*
Ligazy
Katalizują łączenie cząsteczek w związki
Reakcje te przebiegają przy udziale ATP,. gdyż wymagają dostarczenia energii z zewnątrz
Lokalizacja enzymów w komórce
Błona cytoplazmatyczna
Jądro komórkowe
Rybosomy
Mitochondria, mezosomy
Miejsca działania enzymów
Endoenzymy – wewnątrzkomórkowe
Egzoenzymy (na zewnątrz komórki) – związane ze strukturą ściany komórkowej
2. Oddychanie
Rola – dostarczanie energii dla organizmów żywych (heterotrofów)
Źródła węgla:
–
Cukry
–
Białka
–
Tłuszcze
–
Węglowodory
–
Związki aromatyczne
–
Związki heterocykliczne
Oddychanie to proces utleniania biologicznego związków wysokozredukowanych
(glukozy) do CO2 i H2O
Utlenianie to:
– Przyłączenie tlenu
– Oddanie elektronów
–
Odłączenie wodoru
Utlenianie biologiczne ( oddychanie)
C6H12O6 + 6O2 --> 6 CO2 + 6 H2O + E
Substrat-H2 --> NADH2 --> FADH2 --> koenzym Q --> system cytochromowy --> oksydaza
cytochromowa --> H2 --> tlen--> H2O
Typy oddychania komórkowego
Tlenowe
Akceptorem wodoru jest tlen
Beztlenowe (fermentacja mlekowa, alkoholowa)
Akceptorami wodoru są związki organiczne: kwas pirogronowy i aldehyd octowy
*rysunki: szlaki oddychania tlenowego i beztlenowego*
(Wykład 5 mikrobiologia 23.03.2011)
Glikoliza
Wspólnym etapem dla oddychania tlenowego i beztlenowego jest proces glikolizy
•
11 reakcji katalizowanych przez odpowiednie enzymy
•
Oddychanie tlenowe:
1 mol glukozy - 36 moli ATP
•
Oddychanie beztlenowe:
1 mol glukozy – 2 mole ATP
[nie wymaga cyklu całej glikolizy[
Nieorganiczne akceptory wodoru
C
6
H
12
O
6
+ 12 NaNO
3
6 CO
2
+ 6 H
2
O + 12 NaNO
2
•
Azotany – azotyny – N2 (denitryfikacja) – Micrococcus denitrificans, Thiobacillus denitrificans
•
Siarczany - siarczyny – Desulfovibrio, Clostridium nigrificans
•
CO
2
CH
4
(bakterie metanowe)
Wzrost drobnoustrojów
Podstawową funkcją organizmu, zapewniającą kontynuację życia jest rozmnażanie, czyli odtworzenie
nowego osobnika
•
Wzrost drobnoustrojów może być rozpatrywany jako:
o
Liczba żywych komórek
o
Całkowita masa komórek
Tempo wzrostu drobnoustrojów
Zależy od:
•
Rodzaju i gatunku drobnoustrojów
•
Składu pożywki (rodzaju i stężenia składników odżywczych, zawartości szkodliwych produktów
przemiany materii)
•
Parametrów fizycznych i chemicznych środowiska wzrostu (temperatury, pH, aktywności wody,
potencjału oksydoredukcyjnego)
Czas generacji i czas zdwajania biomasy
•
Czas generacji – czas niezbędny do powstania nowego pokolenia komórek (podwojenia liczby
komórek)
g = t / n
g - czas generacji
t – czas hodowli
n – liczba pokoleń (podziałów)
•
Czas zdwajania biomasy – czas potrzebny do podwojenia masy komórkowej
Pomiar ilości mikroorganizmów
Metody bezpośrednie (mikroskopowe)
Liczenie w komorach, np. Thoma
Metody pośrednie (hodowlane)
Rozcieńczeń
Płytkowa
Filtracji membranowej
Metody pomiaru ilości biomasy
Wagowe
Optyczne
Metody wagowe
•
Stosowane do określania masy drobnoustrojów poprzez oznaczenie:
o
Świeżej (mokrej) biomasy komórek
o
Suchej biomasy po wysuszeniu
Metody optyczne
Wykorzystują zależność między gęstością mikroorganizmów w hodowli płynnej a gęstością optyczną
(przepuszczalnością światła)
•
Turbidymetryczna – wartość OD lub transmisji (%), czyli pochłaniania światła wobec próby
kontrolnej
•
Nefelometryczna – porównanie natężenia światła rozproszonego przez zawiesinę oraz standard
Skala Mc Parlanda – zmętnienie 10 probówek z różnym stężeniem chlorku baru odpowiada
określonej liczbie komórek
Rodzaje hodowli
•
Okresowe
•
Ciągłe
•
Synchronizowane
•
Hodowle beztlenowców
Hodowla okresowa
•
Zamknięty cykl rozwoju populacji do wyczerpania składników odżywczych lub zatrucia własnymi
metabolitami
•
Wzrost mikroorganizmów – od momentu wprowadzenia do reaktora substratu oraz inokulum
•
Hodowla na płytkach Petriego
Hodowla ciągła
•
Stałe w czasie zasilanie strumieniem świeżej pożywki w jednostkowym stężeniu z równoczesnym
odprowadzaniem takiej samej hodowli z reaktora
•
Utrzymanie w środowisku stałego w czasie stężenia drobnoustrojów w stanie fizjologicznym
odpowiadającym wybranej fazie hodowli
Hodowle synchronizowane
Do specjalnych celów badawczych
Zawartość enzymów, rodzaje RNA
Prawie wszystkie komórki są w takiej samej fazie wzrostu, dzielą się równocześnie
Metody synchronizacji:
Wydzielenie komórek o podobnej wielkości lub w tym samym stadium fizjologicznym
Zmiana składu pożywki, temperatury hodowli, dostępu światła
Hodowle beztlenowców
Fizyczne – mechaniczne usunięcie tlenu
Chemiczne – dodatek substancji wiążących tlen
Biologiczne – metoda Fortnera
Krzywa wzrostu populacji
*wykres: liczba komórek, *
Lag – faza przyspieszenia
Log – faza opóźnienia
Faza stacjonarna
Faza obumierania
1Faza spoczynkowa (przygotowawcza, lag – faza)
Rozpoczyna się w momencie wniknięcia drobnoustrojów do środowiska
•
Liczba komórek nie zwiększa się, a czasem maleje
•
Adaptacja do środowiska
•
Następuje powiększanie masy komórek
2. Faza przyspieszenia
Faza bardzo krótka, często łączona z lag-fazą
Czas między pierwszym podziałem a drugim jest najdłuższy, między kolejnymi podziałami ulega
stopniowemu skróceniu
Komórki są w stanie młodości fizjologicznej, ich metabolizm staje się bardzo intensywny.
Kończy się z chwilą pierwszego podziału komórek o zwiększonej masie
3. Faza – wykładnicza (wzrostu logarytmicznego)
Szybkość rozmnażania jest stała maksymalna
Najintensywniejszy [przyrost liczby komórek
Czas trwania zależy od czynników środowiskowych, właściwości drobnoustrojów i sposobu
prowadzenia hodowli
Czas generacji jest minimalny
Bakterie 15-60 min
Drożdże 90-120 min
4. Faza opóźnienia (starzenia się populacji)
Często łączona z log-fazą
Następuje zwolnienie tempa przyrostu biomasy i czas jednej generacji wydłuża się
Znaczny ubytek substratu
Nagromadzenie się toksycznych
Pod koniec fazy liczba komórek w populacji osiąga wartość maksymalną
5. Faza stacjonarna (zastoju)
Wzrostu populacji ulega zahamowaniu
Liczba komórek utrzymuje się na stałym poziomie (równowaga między liczbą komórek żywych i
martwych)
Następuje zużywanie materiałów zapasowych (ubytek substratów w podłożu)
6. Faza letalna (obumierania zwolnionego i logarytmicznego)
Następuje sukcesywna śmierć populacji pod wpływem niekorzystnych warunków środowiskowych
Wymieranie rozpoczyna się od komórek biologicznie najsłabszych
Przyrost liczby komórek martwych i form inwolucyjnych
Ostatni etap – stałą w czasie szybkość zamierania
Znaczenie faz wzrostu
Znajomość czasu trwania jednej generacji bakterii w określonych warunkach stanowi podstawę do
przewidywania trwałości produktu
Np. do zepsucia surowca rybnego (początkowo zanieczyszczonego przeciętną liczbą bakterii)
potrzeba 20 generacji
Czas konieczny do ich powstania jest okresem trwałości produktu
Najkrótsze fazy: spoczynkowa, przyspieszenia, opóźnienia
Szczególne znaczenie mają dwie fazy wzrostu:
Lag- faza (spoczynkowa)
Log – faza (logarytmiczna)
Faza spoczynkowa (lag- faza)
•
W celu uchronienia żywności przed zepsuciem należy zdbać o to, aby drobnoustroje, które
dostały się do niej utrzymać jak najdłużej w fazie spoczynkowej
•
Surowce pochodzenia zwierzęcego i roślinnego można np.
schłodzić, zamrozić
•
Zastosowanie
konserwantów
wydłuża fazę spoczynkową nawet na wiele lat
Faza logarytmiczna (log –faza)
Wydłużenie log – fazy pożądane jest w technologiach, w których drobnoustroje wytwarzają określone
metabolity:
Drożdżownictwo
Winiarstwo
Browarnictwo
Mleczarstwo
Faza stacjonarna
Jej wydłużenie ma znaczenie przy produkcji różnych związków metodami mikrobiologicznymi
Witaminy
Antybiotyki
Enzymy
Barwniki
Zjawisko diauksji
Dwufazowy wzrost
2 fazy zastoju
2 różne substraty w podłożu
Drobnoustroje a środowisko
Zdolność przeżycia, aktywność metaboliczna i rozprzestrzenianie
Czynniki wewnętrzne
Minimalne rozmiary i ciężar ciałą przy dużej powierzchni swoistej
Duży stosunek P/V
Zdolność do wytwarzania form przetrwanych, szczególnie opornych na wpływ środowiska
Czynniki zewnętrzne
Fizyczne
Temperatura
Ciśnienie mechaniczne
Ciśnienie osmotyczne
Promieniowanie
Ultradźwięki
Chemiczne
Zawartość tlenu w środowisku
pH środowiska
Obecność metabolitów własnych i obcych
Antybiotyki, antyseptyki, fitoncydy
Biologiczne
Wzajemne relacje między drobnoustrojami
Wpływ wirusów i bakteriofagów
Temperatura
Jeden z najistotniejszych czynników wpływających na wzrost i przeżywalność organizmów
Bezpośredni wpływ:
Szybkość wzrostu
Aktywność enzymów
Skład chemiczny komórek
Wymagania pokarmowe
Pośredni wpływ:
Transport jonów
Dyfuzja substancji chemicznych
Rozpuszczalność cząsteczek zw. Chemicznych
Zmiany temperatury
Podwyższenie temperatury przyspiesza reakcje enzymatyczne zachodzące w komórce oraz zwiększa
szybkość wzrostu
Reguła Van’t Hoffa
Podwyższenie temp może doprowadzić do nieodwracalnej inaktywacji i degradacji składników
komórki wrażliwych na wysoką temperaturę
Wymagania temperaturowe drobnoustrojów
Temp kardynalne:
•
Minimalna
•
Optymalna
•
Maksymalna
Są podstawą podziału drobnoustrojów
Zakres temperatur pomiędzy najniższą i najwyższą temp określa się zwykle jako zakres rozmnażania.
Wpływ temperatury
Max i min wyznacza granicę wzrostu, co nie jest jednoznaczne ze śmiercią komórki
Poniżej temp min:
Krzepnięcie membrany cytoplazmatycznej
Spowolnienie procesów transportu
Powyżej temp max:
Denaturacja białek wewnątrzkomórkowych
Uszkodzenia błony cytoplazmatycznej
Psychrofile
Synonimy:
Drobnoustroje zimnolubne, drobnoustroje tolerujące zimno, briofile, termofoby
Min -10 - 0°C
Opt 10 - 15°C
Max 20 - 30°C
Różnicuje się je na:
•
Psychrofilne
o
Temp optymalna ok 15°C, maks ok 20°C
o
W temp 0 – 7°C dają wyraźny wzrost po 7 dobach, lub w temp 0°C dają wyraźne kolonie
po 14 dniach
•
Psychrotrofy
o
Mogą rosnąć w temp 5°C bez względu na ich optymalną temp wzrostu, która jest > 20°C
o
Mogą rosnąć w środowiskach o okresowych wahaniach temperatury
Wzrost drobnoustrojów psychrofilnych w niskich temperaturach:
Jest uwarunkowany:
•
Zdolność działania enzymów katalizujących reakcje metaboliczne w tych temperaturach
•
Obecnością w błonie cytoplazmatycznej zwiększonej zawartości nienasyconych kwasów
tłuszczowych
•
Zdolnością wytworzenia zestawu białek o nazwie białka szoku zimna (CSP, ang. Cold Srock
proteins) oraz białka szoku termicznego (HSP, ang. Heat Srock proteins)
Bakterie psychrofilne
•
Flavobacterium
•
Vibrio
•
Pseudomonas
•
Chromobacterium
•
Bacillus
•
Micrococcus
Grzyby psychrofilne
•
Drożdże:
o
Candida, Rhodotorula, Pichia
•
Pleśnie:
o
Cladosporium, Botritis, Geotrichum
Znaczenie psychrofili i psychrotrofów
W biotechnologii
Enzymy drobnoustrojów wykorzystuje się:
•
Do utylizacji zanieczyszczeń w zimnych środowiskach
•
Jako składnik proszków do prania (pranie na zimno)
W technologii żywności
Wywierają niekorzystny wpływ na jakość i trwałość żywności przechowywanej w chłodniach
•
Psychrofile – żywność pochodzenia morskiego
•
Psychrotrofy - nabiał, wędliny, warzywa przechowywane w niskich temp
Są przyczyną zatruć pokarmowych
Mezofile
-wymagania temperaturowe
Żyją w środowiskach o temp. Umiarkowanej (20-40°C)
Dla wielu środowiskiem o optymalnej temp. Wzrostu jest człowiek (patogeny)
Min. 10 – 15°C
Opt 20 – 37°C
Max 35 – 50°C
Bakterie mezofilne
•
Gram (-) pałeczki:
o
(patogenne): Salmonella, Shigella,
o
(niepatogenne): Acetobacter
•
Gram (+):
o
Lactobacillus (niektóre)
o
Clostridium
Drożdże mezofile
Drożdże: Saccharomyces
Pleśnie: Aspergillus, Penicillum
Znaczenie drobnoustrojów mezofilnych:
1.
Kultury starterów w produkcji żywności fermentowanej
2. Do produkcji:
a. Enzymów, antybiotyków
b. Kwasów organicznych
c.
Dodatków do żywności
3. Gatunki patogenne odpowiedzialne za zatrucia pokarmowe
Termofile
To organizmy ciepłolubne, odznaczające się wysoką temp optymalną i maksymalną wzrostu
Min. 40°C, opt 50-65°C, max 70°C,
Hipertermofile : opt > 80°C
Wzrost termofili
Zdolność wzrostu w wysokich temperaturach:
Niezwykła oporność białek enzymatycznych i strukturalnych na denaturację termiczną
Przyspieszona resynteza
Sztywniejsza II i III rzędowa struktura białek enzymatycznych
Większa zdolność do wiązania jonów metali
Dziedziczna ciepłoodporność białek komórkowych
Odpowiedni skład chemiczny błony cytoplazmatycznej
Więcej lipidów o wyższej temp topnienia i więcej nasyconych kwasów tłuszczowych
Większa zawartość G i C – większa ciepłoodporność bakterii G(+)
Drobnoustroje termofilne
Bakterie G(+) przetrwalnikujące (Bacillus, Clostridium)
Bakterie G (+) nieprzetrwalnikujące (Lactococcus, Lactobacillus, Sarcina)
Pleśnie (Aspergillus fumigatus)
Promieniowce (Thermomonaspora)
Brak gatunków drożdży i bakterii G(-)
Znaczenie drobnoustrojów termofilnych
Enzymy jako składniki proszków do prania
Kultury starterowe do produkcji jogurtów ( Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus)
Produkcja kwasu mlekowego (Lactobacillus delbrueckii)
Grzyby – samonagrzewanie się zboża, siana
Ciepłoodporne bakterie przetrwalnikujące – wyznaczniki parametrów sterylizacji konserw
(Wykład 6 mikrobiologia 06.04.2011)
Wpływ temperatury na przeżywalność drobnoustrojów
•
Temperatury wysokie
Termiczna inaktywacja drobnoustrojów następuje po przekroczeniu max temp wzrostu, czyli po
osiągnięciu tzw. Minimalnej temperatury letalnej
•
Temperatury niskie
Zakres niskich temperatur, w których drobnoustroje mogą przeżywać, tzw. Temperatury
subminimalne jest praktycznie nieograniczony
Mechanizm śmierci cieplnej
•
Zniszczeniu ulega struktura przestrzenna białek, kwasów nukleinowych
•
Zahamowanie reakcji metabolicznych
•
Uszkodzenie błony cytoplazmatycznej
Do pewnego punktu krytycznego może to być reakcja odwracalna, ale jego przekroczenie prowadzi
do śmierci komórki
Efekt letalny
•
Specyficzna ciepłoodporność drobnoustrojów
•
Wysokość temperatury i czas jej działania
•
Stan fizjologicznych komórek
•
Fizyczne i chemiczne właściwości środowiska
Drobnoustroje ciepłoodporne
Ich optymalna temp wzrostu leży w zakresie mezofili (30-37C), ale podczas ogrzewania przez 30 min.
W temp. 62,8C przeżywa 90% populacji
•
Ziarniaki (mikrokoki, enterokoki)
•
Bakterie mlekowe
•
Listeria
•
Promieniowce\
Krzywa przeżycia populacji
•
Zależność między czasem ogrzewania (t) a liczbą przeżywających komórek (N)
•
Czas decymalnej (dziesiętnej) redukcji (D)
o
Jest miarą ciepłoodporności drobnoustrojów
o
Wyznacza czas potrzebny w danej temp do redukcji żywych komórek w populacji o 90% (1
cykl logarytmiczny)
Krzywa czasu śmierci cieplnej
•
Zależność między temp ogrzewania a czasem dziesiętnej redukcji
•
TDT
(thermal Heath time) – czas potrzebny do zabicia danej populacji w określonej temperaturze
•
Z
– współczynnik ciepłoodporności – określa wzrost temp, który jest potrzebny do skrócenia czasu
decymalnej redukcji o 90%
•
TDP
(thermal Heath point) – temp zabijająca daną hodowlą w określonym czasie
•
Geobacillus stearothermophilus (200 – 400s w 121C)
•
Byssochlamys nivea (50 min w 90C)
•
Listeria monocytogenes
•
Clostridium botulinum
Ciepłooporność drobnoustrojów
•
Stan fizjologiczny
•
Skład chemiczny środowiska
•
Temperatura hodowli
•
Zawartość wody w komórkach
•
Aktywność wody w środowisku
•
Obecność soli mineralnych, lipidów, białek i sacharydów
•
pH środowiska
Stan fizjologiczny i skład chemiczny środowiska
•
Bardziej wrażliwe:
•
Młode komórki z log fazy
•
Młode aktywne przetrwalniki
•
Im podłoże uboższe w składniki
Temperatura hodowli
•
Wyższe temp rozwoju, wyższa oporność cieplna komórek
•
Enterococcus faecalis – D
60
5x dłuższy dla hodowli w 45°C niż 27°C
•
Geobacillus stearothermophilus – D
115
2x dłuższy
Zawartość wody w komórkach i a
w
w środowisku
•
Komórki o dużej zawartości wody łatwiej ulegają zniszczeniu
•
Wzrost a
w
w środowisku – spadek ciepłooporności
Obecność soli mineralnych
•
Sole kationów jednowartościowych – zmniejszenie ciepłooporności przetrwalników
•
Sole kationów dwuwartościowych – podwyższenie oporności cieplnej
Obecność lipidów, białek, sacharydów, witamin i antybiotyków
•
Obecność lipidów, białek, sacharydów i witamin wpływa ochronnie na komórki drobnoustrojów
•
Antybiotyki, antyseptyki i fitoncydy zwiększają skuteczność działania temperatury
Temperatury niskie
•
Temperatury subminimalne dodatnie
o
„
zimny szok
” – krzepnięcie lipidów, zaburzenia procesów transportu
o
Szczególnie wrażliwe bakterie G(-) w log fazie
•
Temperatury subminimalne ujemne
o
Liczba komórek zdolnych do wzrostu po procesie mrożenia i
rozmrażania jest mniejsza niż
przed zamrożeniem
o
Przyczyną śmierci komórek
są uszkodzenia mechaniczne i szok osmotyczny
Podział drobnoustrojów
Pod względem wrażliwości na temp subminimalne ujemne:
•
Przeżywające mrożenie i rozmrażanie
•
Niewrażliwe na zamrażanie, ale wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym
•
Wrażliwe na zamrażanie i wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym
•
Nie przeżywające procesu mrożenia, niezależnie od warunków środowiskowych
Przeżywalność komórek w temp ujemnych
•
Gatunek drobnoustrojów
o
G(+) mniej wrażliwe niż G(-)
•
Stadium rozwoju
o
Komórki z log fazy bardziej wrażliwe
•
Skład chemiczny środowiska
o
Mleko, bulion, serwatka, cukry, aminokwasy
•
Szybkość i końcowa temperatura zamrażania i rozmrażania
o
Większa przeżywalność przy szybkim zamrażaniu
Wpływ ciśnienia mechanicznego
•
Zahamowanie wzrostu:
o
Większość bakterii – 60 MPa
o
Drożdże – 0,8 MPa
•
Wzrost:
o
Piezofile (barofile) – 0,1 – 40 MPa
o
Hiperpiezofile – najwyższa szybkość wzrostu > 60 MPa
3 grupy wrażliwości na wysokie ciśnienie hydrostatyczne (hiperbaria):
•
G (-) bakterie – inaktywacja > 300MPa
o
Pseudomonas fulorescens, PS. Aeruginosa, E.coli, Acetobacter aceti
•
Grzyby – inaktywacja > 400MPa
o
Rhizopus oryzae, Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis
•
Bakterie G (+) – inaktywacja > 600MPa
o
Lactococcus lactis, Staphylococcus ureus, Enterococcus faecalis
Szczególnie oporne przetrwalniki bakterii i zarodniki grzybów(rys)
•
Hipobaria
(silnie obniżone ciśnienie hydrostatyczne)
•
Nawet głęboka próżnia nie stanowią większego zagrożenia dla komórek wielu grzybów i bakterii
•
Bacillus, Micococcus, Sarcina – 10
-8
– 10
-10
mm Hg – 72h
•
Zastosowanie próżni i jednoczesne obniżenie temperatury – zwiększenie oporności
drobnoustrojów
Wpływ pH środowiska
•
Neutrofile (większość bakterii)
o
Optymalny wzrost w pH 6,0 – 7,5
•
Acydofile (bakterie fermentacji octowej, mlekowej, siarkowe, Saccharomyces, Aspergillus,
Penicillium)
o
Optymalny wzrost w pH 2,0 – 5,0
o
pH < 4,0
•
Alkalofile (Vibrio cholerae, Enterococcus faecalis, Nitrosomonas, Nitrobacter)
o
Optymalny wzrost w pH 8,0 – 11,0
o
pH > 9,0
Znaczenie pH wzrostu
•
Zakwaszenie żywności (fermentacja, dodatek kwasó organicznych) do pH 4 umożliwia
zahamowanie wzrostu wielu drobnoustrojów, w tym chorobotwórczych
•
Wartość pH środowiska może wpływać na kierunek działalności drobnoustrojów:
o
Saccharomyces cerevisiae przy pH 4,5 produkują etanol, pH 8,5 – glicerol
o
Aspergillus Niger przy pH 2,0 produkuje kwas cytrynowy, pH 7,0 – kwas szczawiowy
Wpływ pH na termiczną inaktywację drobnoustrojów
•
Najbardziej oporne są mikroorganizmy w optymalnym pH
•
D dla Clostridium botulinum (temp 120°C):
o
pH 7,0
0,51 min.
o
pH 5,0
0,26 min.
o
pH 4,0
0,12 min.
Wpływ ciśnienia osmotycznego
•
Ciśnienie osmotyczne to ciśnienie związków chemicznych rozpuszczonych w rozpuszczalniku
(wodzie)
Π = nRT (roztwór 1 mol – 22,4 at)
•
Ciśnienie osmotyczne w komórkach: 3-6 at
•
Drożdże osmofilne (np. Zygosaccharomyces rouxii) – do 70 at
Typy roztworów
•
Hipertoniczny - > 3 at – plazmoliza
•
Izotoniczny – ok. 3 at – równowaga osmotyczna (sól fizjologiczna, płyn Ringera)
•
Hipotoniczny - < 3 at – plazmoptyza
Plazmoliza
•
Proces tracenia wody w komórce w roztworze hipertonicznym
•
Następuje obkurczenie cytoplazmy i odstawanie od ściany komórkowej
•
Proces zachodzący wyłącznie w komórkach roślinnych
Sól i cukier jako konserwanty
•
1 m NaCl : 22,4 at
o
1% NaCl: 6,1 at
•
1 m sacharoza: 22,4 at
o
1% sacharoza: 0,6 at
•
Ciśnienie osmotyczne 1% NaCl jest prawie 10x wyższe niż 1% sacharozy, ponieważ sól ma niższą
masę cząsteczkową i ulega dysocjacji
•
Działanie soli:
o
Odciągnięcie wody zarówno z powierzchni żywności jak i komórek mikroorganizmów
(plazmoliza zahamowanie rozwoju śmierć)
•
Zastosowanie soli i cukru należy do osmoaktywnych metod utrwalania żywności:
o
Sacharoza ok. 60%
o
NaCl ok. 20%
Podział drobnoustrojów
•
Ze względu na stężenie cukru
o
Osmofilne – lubią i wymagają do wzrostu wysokich stężeń cukrów
o
Osmotolerancyjne – wytrzymują podwyższone stężenie cukru i rozmnażają się
o
Osmooporne – w wysokich stężeniach cukru nie rosną, nie ulegają plazmolizie, nie
rozmnażają się, ale i nie giną
Najmniej oporne są bakterie, najbardziej – pleśnie. Drożdże rozwijają się do 30%
(Zygosaccharomyces do 60%)
•
Ze względu na stężenie soli
o
Halofilne (słonolubne) – mikroflora wód morskich i solanek, wymagają do wzrostu
odpowiedniego stężenia soli:
Łagodne 2-5% NaCl
Umiarkowane 5-20% NaCl
Skrajne 20-30% NaCl
o
Solooporne – w wysokich stężeniach soli nie rozwijają się, ale i nie giną
o
Solotolerancyjne – wytrzymują podwyższone stężenie soli >5% i rozwijają się
Staphylococcus aureus
Halofile względne i skrajne
Nie posiadają sztywnej, mureinowej ściany komórkowej
Ściana ma charakter trójwarstwowej błony białkowo-lipidowej (50-70% białka, fosfatydy)
Białka osłony mają silnie kwaśny charakter i wysokie stężenie NaCl neutralizuje ujemny ładunek
na powierzchni drobnoustrojów
Szereg ich enzymów wymaga aktywacji przez jony Na
+
•
Halobacterium salinarum
Skrajne halofile
Opt. Stężenie NaCl 20-30%
Ulega lizie przy stężeniu <10%
Rośnie na i wokół kryształów soli
Wpływ NaCl
•
0,5 % stymuluje wzrost Sacch. Cerevisae
•
1 – 2 % hamuje wzrost E.coli i Proteusz vulgaris
•
Do 3% mogą rozwijać się bakterie mlekowe
•
Do 19% niektóre szczepy drożdży
•
Do 22% niektóre pleśnie
Wpływ aktywności wody a
w
•
Bakterie G(-)
0,95
•
Formy wegetatywne bakterii przetrwal.
0,91
•
Drożdże
0,88
•
Gronkowce
0,85
•
Pleśnie
0,80
•
Bakterie halofilne
0,75
•
Pleśnie kserofilne
0,65
•
Drożdże osmofilne
0,60
aw = p / p
0
= N / n+N=55,5 / 55,5+1= 0,985
Wpływ ultradźwięków
•
Mechanizm działania ultradźwięków wiąże się ze zjawiskiem kawitacji
•
Kawitacja – mechaniczne rozrywanie komórek, w wyniku powstawania w ich wnętrzu
pęcherzyków gazu pod wpływem działania ultradźwięków
•
Fale dźwiękowe o częstotliwości > 20 tys. Hz/s
•
Najbardziej oporne: przetrwalniki bakterii
Wpływ promieniowania
•
Widmo promieniowania elektromagnetycznego obejmuje:
•
Promieniowanie kosmiczne: λ < 10
-3
nm
•
Promieniowanie gamma: λ < 10
-1
nm
•
Promieniowanie X: λ < 5 nm
•
Promieniowanie UV: λ < 400 nm
•
Zakres światła widzialnego: λ = 400 – 800 nm
•
Promieniowanie podczerwone: λ = 800 nm – 0,1 nm
•
Promieniowanie mikrofalowe: λ < 1m
•
Fale radiowe: λ do 10
4
nm
•
Warunkiem bezpośredniego działania promieniowania na żywą komórkę jest jego pochłonięcie
(absorpcja)
•
Im krótsza długość fali tym większa porcja energii i tym silniejsze działanie bakteriobójcze (1
kwant niesie więcej energii)
•
Najsilniejsze działanie mutagenne, a przy odpowiednio dobranej dawce bakteriobójcze ma
promieniowanie X, gamma i katodowe
•
Mechanizm działania na drobnoustroje
o
Błędne podstawienia zasad w DNA
o
Pękanie wiązań i wypadanie całych odcinków DNA
o
Radioliza wody ( powstawanie wolnych rodników H* i *OH)
o
Powstawanie nadtlenków
H
2
O H
2
O
+
+ e
o
Pękanie wiązań peptydowych w łańcuchach polipeptydów
H* + H* H
2
HO* + HO* H
2
O
2
•
Niszczenie drobnoustrojów pod wpływem promieniowania jonizującego należy do tzw.
Radiacyjnych metod utrwalania żywności
•
Cebula, czosnek, przyprawy ziołowe, suszone warzywa, pieczarki, sprzęt medyczny
jednorazowego użytku
Radiooporność drobnoustrojów
Zależy od:
•
Rodzaj drobnoustrojów:
o
Najbardziej oporne - przetrwalniki
o
Najbardziej wrażliwe – bakterie G(-)
•
Wielkość populacji
o
Liczba komórek w środowisku
•
Środowiska poddanego działaniu
o
Im bogatsze, tym bardziej ochronnie działa na drobnoustroje
•
Temperatury
•
Zawartość wody
o
Bardziej wrażliwe w środowisku płynnym
o
Najbardziej wrażliwe zawieszone w roztworze soli fizjologicznej
Dozwolona max dawka promieniowania jonizującego przy utrwalaniu radiacyjnym wynosi 10 KGy /
kg, co odpowiada zaabsorbowaniu energii 10 KJ/ kg
Względna radiooporność drobnoustrojów
•
D10 (względna radiooporność) – dawka promieniowania wyrażona w grejach (Gy), konieczna do
10 krotnego zmniejszenia populacji mikroorganizmów, tzn. o 1 cykl logarytmiczny
•
2 – 6 D10 – dawka pasteryzacyjna
•
12 D10 – dawka sterylizacyjna
•
Micrococcus radiodurans
•
Enterococcus faecium
•
Bacillus pumilus
Wpływ potencjału oksydoredukcyjnego Eh
•
Wartość Eh układu określa jego zdolność do oddawania elektronów (utleniania się z jednoczesną
redukcją innego układu) lub do ich przyjmowania (dany układ redukuje się utleniając inny)
•
Środowiska ze swobodnym dostępem tlenu charakteryzują się wysoki Eh, słabo przewietrzane –
niskim
•
Drobnoustroje zużywające tlen w procesach metabolicznych obniżają wartość potencjału redox i
powstają warunki beztlenowe
Wzrost drobnoustrojów na podłożach
•
Bulion płynny
o
Występowanie błonki, charakter błonki
o
Zmętnienie lub osad
o
Charakter zmętnienia, stopień zmętnienia
o
Charakter osadu, zapach
•
Płytka Petriego
o
Wymiary kolonii, kształt kolonii, brzeg kolonii
o
Powierzchnia kolonii, konsystencja
o
Barwa kolonii u podłoża
o
Wyniosłość - profil
•
Skos
o
Intensywność wzrostu, charakter brzegu linii wzrostu
o
Konsystencja, barwa
•
Słupek
o
Powierzchniowy
o
Wzdłuż linii kłucia
o
W dolnej części słupka
o
Upłynnienie żelatyny
Typy wzrostu drobnoustrojów na podłożach płynnych
•
Bezwzględne tlenowce (aeroby) – większość bakterii
•
Bezwzględne beztlenowce (anaeroby) – Clostridium
•
Mikroaerofile (beztlenowce tolerancyjne) – Campylobacter, Lactobacillus, Listeria *,
Propionibacterium
•
Względne beztlenowce (anaeroby fakultatywne) – Saccharomyces (inny metabolizm w warunkach
tlenowych i beztlenowych)
Inne czynniki środowiska wpływające na wzrost drobnoustrojów
•
Elektrolity
o
Kationy
o
aniony
•
Środki dezynfekcyjne
•
Napięcie powierzchniowe
•
Antybiotyki
Elektrolity
•
Działają hamująco lub pobudzająco, zależnie od stężenia
•
Metale o niższym ciężarze cząsteczkowym są mniej toksyczne niż o wyższym
•
Kationy dwuwartościowe są bardziej toksyczne niż jednowartościowe
•
Toksyczność kationów (+)
o
Na, K, NH4, Mg, Ca, Zn, Fe, Al., Pb, Cu, Cd, Au, Hg, Ag
•
Toksyczność anionów (-)
o
SO4, Cl, Br, CLO4, fosforanowy, fluorkowy, nadjodanowy, tellurynowy
•
Zwykle działają bardziej toksycznie na G(+)
o
Wyjątek: azydek sodu, tellury potasu
•
Efekt działania zależy od ilości substancji odżywczych w podłożu
o
Najsilniej działają w wodzie destylowanej
o
Efekt jednych neutralizowany przez inne
•
Sole wapnia – neutralizują toksyczność sodu i litu
•
Sole magnezu – obniżają toksyczność baru
•
Toksyczność metali ciężkich wynika z ich wiązania z białkami, zmianie właściwości błony
cytoplazmatycznej oraz inaktywacji enzymów
Środki dezynfekcyjne
•
W odróżnieniu od sterylizacji nie zapewniają całkowitego wyjałowienia środowiska
•
Dezynfekcja to niszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych różnymi czynnikami chemicznymi
•
Działają one bakteriobójczo lub kateriostatycznie
•
Alkohole
– im większy ciężar cząsteczkowy lub kwaśnie środowisko tym skuteczniejsze
•
Fenol, krezole (1-3%
lizol
) – bardzo silne działanie
•
Formalina
(aldehyd mrówkowy) – denaturuje białko
•
Barwniki
(fiolet krystaliczny, zieleń brylantowa, malachitowa) – działanie wybiórcze na bakterie
G(+) lub G(-)
•
Detergenty
- sole kwasów żółciowych, czwartorzędowych zasad aminowych – obniżają napięcie
powierzchniowe
•
Chemoterapeutyki
o
Salwarsan
o
Sulfoamidy
o
PAS
(Wykład 7 mikrobiologia 13.04.2011)
Napięcie powierzchniowe
•
Występujące na granicy pomiędzy powierzchnią komórek a środowiskiem płynnym
•
Ma wpływ na:
o
Podział komórek
o
Wzrost komórek
o
Tworzenie kolonii
o
Typ wzrostu na podłożu płynnym
•
Najczęściej stosowane:
o
Tween 80
o
SDS (sól sodowa siarczanu dodecylu)
Antybiotyki
Swoiste substancje wytwarzane przez drobnoustroje i działające hamująco, litycznie lub niszcząco na
inne mikroorganizmy
•
Promieniowce – 60%
•
Grzyby – 20%
•
Bakterie – 10%
•
Rośliny (fitoncydy)
•
Organizmy zwierzęce
Antybiotyki wytwarzane przez promieniowce
•
Streptomycyna
– Streptomyces griceus
•
Chloromycetyna
(chloramfenikol) Streptomyces venezuelae
•
Tetracyklina
, oksytetracyklina – Streptomyces aureofaciens, Str. rimosus
•
Makrolity (np.
erytromycyna
) – Streptomyces
Antybiotyki wytwarzane przez grzyby
•
Fumigatyna – Aspergillus fumigatus
•
Penicylina – Penicilium (np. chrysogenum)
•
Penicylinaza – enzym rozkładający penicylinę, wytwarzany przez szczepy oporne, np. gronkowce
Antybiotyki wytwarzane przez bakterie
•
Piocjanina (Pseudomonas aeruginosa)
•
Nizyna ( Lactococcus lactis)
•
Polimyksyna, gramicydyna (Bacillus brevis, Bac. polymyxa)
•
Subtylina (Bacillus subtilis)
•
Bacytracyna (Bacillus licheniformis)
Antybiotyki wytwarzane przez rośliny I zwierzęta
•
Rośliny (fitoncydy)
o
Allicyna – czosnek
o
Lupulon, humulon – chmiel
•
Zwierzęta
o
Erytryna (izolowana z erytrocytów) – niszczy bakterie G(+)
•
Inne metabolity i enzymy
o
Lizozym
o
Kwasy organiczne ( mlekowy, octowy, propionowy, masłowy, cytrynowy, itp..)
Ekosystem
•
Zespół organizmów zamieszkujących środowisko oraz ich otoczenie (czynniki fizyczne i
chemiczne)
•
Biocenoza – zbiór organizmów żywych w ekosystemie
•
Ekologia mikroorganizmów zajmuje się:
o
Wzajemnymi zależnościami pomiędzy drobnoustrojami a środowiskiem ich występowania
oraz
o
Zależnościami pomiędzy samymi mikroorganizmami
•
Zależności między środowiskiem a mikroorganizmami nie są jednokierunkowe:
o
Środowisko kształtuje skład biocenozy
o
Drobnoustroje zmieniają środowisko
Wzajemne relacje między drobnoustrojami
•
System Oduma
o
Neutralizm
o
Komensalizm
o
Protokooperacja
o
Symbioza
o
Antagonizm
•
Oddziaływania bezpośrednie
o
Symbioza
o
Pasożytnictwo
o
Drapieżnictwo
•
Oddziaływanie pośrednie (poprzez środowisko)
o
Neutralizm
o
Komensalizm
o
Protokooperacja
o
Konkurencja
o
Amensalizm
Neutralizm
Określa stosunki obojętne, współbytowanie populacji układa się harmonijnie, żadna z nich ani nie
szkodzi, ani nie pomaga drugiej (brakuje współdziałania).
Komensalizm (współbiesiadnictwo)
Dwie różne populacje żyją obok siebie, z tym że jedna czerpie z tego korzyści, natomiast drugiej jest
to zupełnie obojętne. (np. rozwój escherichii coli w przewodzie pokarmowym człowieka)
Protokooperacja
Dwa gatunki żyją obok siebie, wzajemnie się uzupełniają, mogą jednak rozwijać się niezależnie od
siebie.
(np. bakterie mlekowe w zakwasie)
Symbioza (mutualizm)
Obligatoryjny związek dwóch różnych populacji, mający istotny wpływ na ich funkcjonowanie w
określonym środowisku.
•
Ektosymbioza – jeden z partnerów jest poza komórkami drugiego
o
Ziarna kefirowe
o
Bakterie tlenowe i beztlenowe w glebie
o
Porosty
o
Rośliny motylkowe i bakterie G(-)
o
Bakterie w żwaczu
o
Mikroflora skóry człowieka
•
Endosymbioza – jeden z partnerów występuje w komórkach drugiego
o
Bakterie, grzyby niższe w ciele owadów
o
Chloroplast, mitochondria – prokariotyczne endosymbionty?
Antagonizm
Zależność pomiędzy populacji, kiedy aktywność jednej z nich jest szkodliwa dla drugiej
1. Konkurencja
2. Amensalizm
3. Pasożytnictwo
4. Drapieżnictwo
•
Konkurencja (współzawodnictwo) – dwaj partnerzy konkurują o deficytowy czynnik środowiska i
jeden z nich przegrywa w tej walce
•
Amensalizm – rozwój jednej populacji jest hamowany przez toksyny drugiej. Jeden gatunek
(amensal) oddziałuje niekorzystnie na drugi gatunek, sam nie podlegając jego wpływowi.
•
Pasożytnictwo – jeden organizm żywi się płynami ustrojowymi lub komórkami innych
organizmów. Oddziałuje niekorzystnie, jednocześnie nie może bez nich przetrwać.
•
Pasożyty fakultatywne (względne)
•
Pasożyty obligatoryjne (bezwzględne)
•
Nadpasożytnictwo
•
Drapieżnictwo – jeden organizm żywi się komórkami drugiego. Występowanie drapieżcy i ofiary.
Metabioza
Następstwo organizmów po sobie. Jedne drobnoustroje przygotowują warunki do rozwoju innych.
Naturalne psucie się mleka (owoców, piwa, wina)
Wydzielanie ciepła
•
Termogeneza – wydzielanie ciepła przez rozwijające się bakterie mezofilne w odpowiednio
wilgotnym i izolowanym termicznie środowisku stwarza warunku do rozwoju bakterii termofilnych
Obniżanie potencjału redox
•
Bakterie tlenowe obniżają potencjał redox, doprowadzają do stworzenia warunków do rozwoju
bakterii beztlenowych
Zmiana pH środowiska
•
Alkalizacja środowiska
•
Zakwaszenie środowiska
Wpływ mikroorganizmów na środowisko
•
Rośliny (producenci)
o
Wykorzystują energię słoneczną do wytworzenia materii organicznej z CO
2
•
Zwierzęta (konsumenci)
o
Budują własne ciało z pierwotnej biomasy
•
Drobnoustroje ( czynniki degradacyjne ) – reducenci
Obieg węgla
•
Udział mikroorganizmów w obiegu węgla, to najważniejsza rola jaką odgrywają w podtrzymaniu
życia na Ziemi.
•
Dokonują one mineralizacji zw. Organicznych węgla wytworzonych w czasie fotosyntezy i tym
samym utrzymują równowagę tego pierwiastka w przyrodzie
*Schemat* Asymilacja CO
2
-> rośliny zielone -> świat zwierząt i ludzie -> drobnoustroje -> gleba->
rośliny zielone …
Obieg azotu
•
78% powietrza, dostępny tylko dla mikroorganizmów
•
Amoniak – główny związek obiegu azotu
•
4 procesy:
o
Amonifikacja
o
Nitryfikacja
o
Denitryfikacja
o
Wiązanie azotu wolnego
Amonifikacja - Hydrolityczny rozkład białka pod działaniem enzymów proteolitycznych z
następująca po nim dezaminacją aminokwasów do jonu NH
4
Nitryfikacja
o
W warunkach tlenowych, w glebie, jon NH4 jest substratem dla bakterii nitryfikacyjnych
Nitrosomona, Nitrobacter utleniających go do azotanów
NH
3
NO
2
NO
3
(utlenianie)
o
Amoniak i azotany mogą być źródłem azotu dla roślin
o
Aminokwasy – Lactococcus, Lactobacillus
Denitryfikacja
o
W warunkach beztlenowych niektóre gatunki bakterii wykorzystują azotany jako akceptor wodoru
i redukują je do azotynów i wolnego azotu
•
NO
3
NO
2
NH
3
N
2
(redukcja)
o
Proces ten prowadzi do strat azotu w glebie
o
Escherichia coli, Proteus vulgaris, Micrococcus denitrificans, Bacillus licheniformis
Wiązanie azotu
•
Niektóre bakterie wolno żyjące w glebie lub związane symbiotycznie z roślinami motylkowymi
o
Rhizobium (w ciągu roku 100 -200 kg azotu/ha)
o
Actinomyces (promieniowce) – niesymbiotyczne (ok. 10 kg/ha)
o
Bakterie beztlenowe (Clostridium, Methanobacteirium, Desulfovibirio)
o
Bakterie tlenowe (Azotobacter) i względnie beztlenowe (Pseudomonas, Bacillus, Klebsiella)
Każdy gatunek rośliny motylkowej ma swoisty dla siebie gatunek bakterii brodawkowych
Obieg siarki
•
Stanowi 1% s.m. komórek
•
W komórkach występuje w postaci grup sulfhydrylowych w aminokwasach siarkowych,
koenzymie A, biotynie, w biosferze w formie siarczanów
•
Warunki tlenowe:
o
Bakterie utleniają grupę –SH cysteiny do R-SO
3
H (kwas sulfonowy) desulfonacja H
2
S
utlenianie SO
4
•
Thiobacillus, Beggiatoa, Thiothrix
•
Warunki beztlenowe lub mikroaerofilowe:
o
Rozkład cysteiny do H
2
S (gnilne beztlenowce) lub redukcja siarczanów (SO
4
H
2
S), gdzie
SO
4
jest akceptorem wodoru
•
Chlorobium, Clostridium, Proteus, Salmonella – gnilne beztlenowce
Obieg fosforu
•
W biosferze w formie fosforanów
•
W organizmach żywych jako estry fosforanowe (w kwasach nukleinowych i związkach
makroergicznych oraz produktach pośrednich metabolizmu)
•
Po śmierci organizmu hydrolizowane przez fosfatazy i fosfodwuesterazy jony fosforanowe
asymilowane z gleby przez rośliny i mikroorganizmy
GRZYBY ( Eumycotina)
•
Bezchlorofilowe, przeważnie niezabarwione organizmy, jedno lub wielokomórkowe
•
Niektóre o nitkowatych strzępkach
•
Zawierają wykształcone jądro komórkowe, oddzielone od reszty cytoplazmy błoną jądrową
•
Zdolne do rozmnażania wegetatywnego i generatywnego
•
Ze względów praktycznych dzielą się na:
o
Pleśnie
o
Drożdże
•
Podstawą podziału jest zdolność tworzenia puszystej grzybni
Budowa pleśni
•
Strzępki
– rurkowate komórki, rozgałęzione lub nie
•
Strzępki mogą być podzielone ścianami poprzecznymi, tzw.
septami
lub niepodzielone
(
komórczaki
)
•
Nitkowate strzępki nie rosną pojedynczo, ale tworzą sploty zwane
grzybnią
•
Grzybnie (
mycelium
) typowych pleśni są widoczne gołym okiem, w postaci luźnej, watowatej lub
bardzo zwartej
•
Dwa typy grzybni:
o
Powietrzna
o
Wgłębna
Ściana komórkowa
•
Syntetyzowana w pierwszym stadium rozwoju grzybni, odpowiada za kształt komórek
•
Zbudowana z polisacharydów: β - glukanów, celulozy, chityny, chitozanu, a także białek i lipidów
strukturalnie związanych z glukaniem i chityną, która odpowiada za sprężystość i trwałość ściany
komórkowej
•
Zawiera enzymy, barwniki i antygeny (alergie układu oddechowego)
•
Nie jest niezbędna do funkcjonowania komórki
•
Skład s.m. ściany komórkowej:
o
Glukan: 60%
o
Chityna: 10 – 30 %
o
Białka: 20%
o
Lipidy 1 – 3%
Rozwój grzybni
•
Wegetatywna grzybnia tworzy się w wyniku przekształcenia kiełka rostowego spory w strzępkę,
jej wydłużania i rozgałęziania.
•
Wzrost strzępki jest apikalny (wierzchołkowy)
•
Szybkość wzrostu strzępki grzybni powietrznej:
o
5,5 μm/min (górne)
o
3,8 μm /min (boczne)
•
Odgałęzienia strzępki głównej - w odpowiednim miejscu powstaje uwypuklenie, które staje się
początkiem nowej strzępki
•
Czas tworzenia nowych uwypukleń – kilka do kilkunastu minut
•
Strzępki główne
o
Średnica 5-10 μm
•
Strzępki boczne
o
1-3 μm
•
W miarę oddalania się od wierzchołka strzępki ściana komórkowa jest pogrubiana bazypetalnie
(nowe warstwy są odkładane od strony wewnętrznej)
•
Długość strzępek jest nieograniczona, może wynosić nawet kilkanaście cm
Etapy rozwoju grzybni
•
Trofofaza
o
Młode, szybko rosnące i dzielące się komórki, które tworzą rozgałęzione układy
o
Równowaga między pobieraniem składników podłoża i ich przemianą
•
Idiofaza
o
Zakłócenie równowagi przez nagromadzenie metabolitów
o
Budowanie sept, ścian poprzecznych, powstawanie form przetrwanych (chlamydospor)
o
Morfologiczne i fizjologiczne różnicowanie się komórek koloni w wyniku zmieniających się
warunków środowiska
o
Sporulacja
o
Wyrastanie strzępek powietrznych indukowane brakiem składników azotowych pożywki
Pleśnie – rodzaje grzybni *rys*
Drożdże
o
Afryka Południowa: 3400 – 3800 mln lat
o
Smerowie (piwo): 7000 r p.n.e.
o
Asyria (wino): 3500 lat p.n.e.
o
Rzym (chleb): 100 r p.n.e.
o
Azja (kumys, kefir)
o
Pasteur:
o
1860 „odkrycie” obecności i roli drożdży w procesach fermentacji
o
1863 – Pasteur wyjaśnia fermentację moszczu (drożdże jako żywy czynnik odpowiedzialny
za przemianę cukru do etanolu i ditlenku węgla)
Budowa drożdży
o
Ściana komórkowa jest zbudowana
głównie z polisacharydów (80%)
o
mogą zawierać glukany, mangany, galaktany i chitynę
o
Ściana młodych komórek jest bardzo cienka, elastyczna i przepuszczalna
o
Starsze ściany mają zgrubiałe, sztywne, szorstkie i bardzo oporne na czynniki zewnętrzne
Morfologia drożdży
o
Organizmy jednokomórkowe
o
Obecność substancji zapasowych
o
Wolutyna
o
Glikogen
o
Lipidy
o
Wielkość komórek
o
1-8 μm (długość)
o
1-6 μm (szerokość)
o
Kształt komórek
o
Kulisty
o
Elipsoidalny
o
Cylindryczny
o
Cytrynkowaty
o
Nitkowaty
o
Buławkowaty
Fizjologia drożdży
o
Mezofile, optymalna temp ok. 30°C
(
-34°C, 0, 47°C
)
o
pH 5,5 – 6,0
(
2,2 – 8,5
)
o
Względne beztlenowce
o
Heterotrofy
(
cukry proste lub dwucukry
)
o
Nie wykorzystują azotu
cząsteczkowego
(
azot organiczny i nieorganiczny
)
o
Wymagają witamin z grupy B i mogą je produkować
o
Symbioza w ziarnach kefirowych – witaminy dla bakterii mlekowych
o
Sac. Cerevisiae – witaminy grupy B (B1 – B12) + ergosterol
o
Rhodotorula glutinis – witaminy grupy B + ergosterol + B-karoten
o
Candida ryboflawina – witamina B2, ergosterol
Rozmnażanie grzybów
o
Rozmnażanie to stadium rozwojowe, w wyniku którego powstaje nowy osobnik o cechach
typowych dla określonego gatunku
o
Bezpłciowo (wegetatywne) – jeden organizm haploidalny (rodzicielski) bez zmiany fazy jądrowej
o
Pączkowanie
o
Rozszczepienie
o
Sporulacja
o
Fragmentacja strzępki
o
Płciowe ( generatywne) – połączenie zróżnicowanych płciowo komórek (gamet) lub strzępek i
połączenie ich jąder
o
Gamety jedno- lub różnoimienne, które tworzą się w gametangiach, tj. haploidalnych
elementach płciowych
Pączkowanie
o
Charakterystyczne dla
drożdży
o
Na komórce macierzystej tworzy się uwypuklenie zwane
pączkiem
, do którego przechodzi część
cytoplazmy i jądro po podziale jądra macierzystego
o
Pączek po osiągnięciu odpowiednich rozmiarów może się oderwać
o
Na powierzchni obu komórek powstają blizny – urodzeniowa (podstawowa) na nowo powstałej
komórce
o
Pierwszy pączek tworzony jest po stronie przeciwnej do blizny urodzeniowej
o
Liczba blizn świadczy o wieku komórki i jej zdolności do reprodukcji
o
Pojedyncza komórka może pączkować 24 – 43 razy, pączek nie może powstać na starej bliźnie
o
Do pączkowania zdolnych jest tylko 40 – 50 % komórek w populacji
Typy pączkowania
o
Rozróżniamy pączkowanie:
•
Wielostronne (wielobiegunowe)
o
Biegunowe
•
Jednobiegunowe
•
Dwubiegunowe (na przeciwległych biegunach)
Rozszczepienie
o
Typowe dla drożdzy o kształcie cylindrycznym (Schizosaccharomyces, Endomyces)
o
Przed podziałem komórka rozrasta się na długość, w środku tworzy się przegroda dośrodkowo
zamykająca światło komórki
o
Po całkowitym utworzeniu przegrody następuje stopniowe oddzielanie się komórek
o
W ten sposób powstają dwie lub więcej komórek potomnych
Sporulacja
o
Rozwój i rozmnażanie grzybów, zwłaszcza strzępkowych odbywa się za pośrednictwem spor
o
Są one jednocześnie formą spoczynkową i służą do reprodukcji
o
Zwykle są to jednokomórkowe i pigmentowane twory, czasami ruchliwe
o
W zależności od sposobu i miejsca tworzenia spory zwane są:
o
Chlamydosporami
o
Oidiami (artrosporami) – Geotrichum
o
Blastosporami – cladosporium
o
Konidiami(egzospory) – Penicilium, Aspergillus
o
Sporangiospory (endospory) - Mucor, Rhizopus
o
Zygospory (komórki tworzone płciowo) - Zygomycetes
o
Askospory (zarodniki tworzone płciowo w workach ) – niektóre drożdże
Spory
o
Charakteryzują się spowolnieniem przemian metabolicznych
o
Mają małą zawartość wody (6-13%)
o
Do kiełkowania potrzebują środowiska o zwiększonej zawartości wilgoci
o
Wykazują dużą zdolność przetrwania w niekorzystnych warunkach, dzięki wielowarstwowej
osłonie zewnętrznej
Kiełkowanie spor
o
Jest przejściem od stanu spoczynku (anabiozy) do stanu aktywności metabolicznej
o
Pierwsza oznaka: 3-4 krotne zwiększenie objętości spory na skutek pobierania wody ze
składnikami odżywczymi
o
Woda aktywuje enzymy hydrolityczne oraz oddechowe, rozpoczynają się procesy energetyczne,
wykorzystywane SA endogenne zw. zapasowe (mannitol, trehaloza, fosfolipidy)
o
Ten wstępny etap rozwoju wegetatywnego jest odpowiednikiem lag-fazy w hodowli
jednokomórkowców
Rozmnażanie drożdży
o
Rozmnażanie wegetatywne (pączkowanie lub rozszczepienie) jest poprzedzone podziałem
mitotycznym jądra komórkowego, po którym następuje podział cytoplazmy
o
W wyniku tego procesu komórka potomna powinna być identyczna z komórką macierzystą, a
ploidalność populacji nie ulega zmianie, ale
o
Drożdże charakteryzują się też występowaniem rozmnażania generatywnego(płciowego), więc
o
W populacji drożdży może obok siebie lub kolejno po sobie występować pokolenie haploidalne (n
chromosomów) i diploidalne (2n)
Cykl komórkowy drożdży *rysunek-schemat*
(Wykład 8 mikrobiologia 04.05.2011)
↓↓-----------------------------------------!! MATERIAŁ POMINIĘTY NA WYKŁADZIE !!
------------------------------------------↓↓
Zarodniki drożdży:
•
Aktywność tworzenia spor zależy od:
o
Wieku kultury drożdży
o
Temperatury inkubacji
o
Kwasowości pożywki i jej składu jakościowego
o
Natlenienia i wilgotności
•
Prawidłowo powstają 4 spory, czasami mogą one przechodzić mitozę i wtedy powstaje ich 8
Właściwości zarodników drożdży
•
Oporniejsze od komórek wegetatywnych na czynniki środowiskowe
•
Większa oporność na temperaturę od form wegetatywnych (5-10°C)
•
Zarodnikowanie jest formą rozmnażania (w przeciwieństwie do przetrwalnikowania)
•
Kiełkują przekształcając się w formy wegetatywne, wzrasta ich wrażliwość na czynniki środowiska
– kwasy, światło, uszkodzenia mechaniczne, stres osmotyczny
Fragmentacja strzępki
•
strzępka rozpada się na pojedyncze komórki, z których powstają kolejne strzępki
•
typowe dla Geotrichum
Znaczenie drożdży
•
Pozytywne (drożdże szlachetne)
o
Procesy fermentacyjne
o
Produkcja biomasy drożdżowej
•
Negatywne (drożdże dzikie)
o
Psucie napojów, mętnienie piwa
o
Fermentacja soków
Fizjologia pleśni
•
Chemoorganotrofy
•
Są wybitnymi tlenowcami
•
Dobrze rozwijają się w środowisku kwaśnym ( choć nie tylko )
•
Większość gatunków to mezofile
•
Dobrze przetrzymują niską temperaturę
•
Dzięki bogatemu układowi enzymatycznemu są mało wymagające pod względem substancji
odżywczych
•
Liczne gatunki są osmofilne
↑↑-----------------------------------------!! MATERIAŁ POMINIĘTY NA WYKŁADZIE !!
-----------------------------------------↑↑
Znaczenie pleśni
•
Zdecydowane szkodniki
•
Organizmy pożyteczne i wykorzystywane w technologii żywności
Negatywne znaczenie pleśni
•
Psują surowce i produkty spożywcze:
o
żywność zanieczyszczona pleśniami ma zmienioną barwę i przykry zapach (stęchły,
spleśniały)
•
Mogą być przyczyną zachorowań konsumentów
•
Zatrucia są wywołane przez grzyby toksynotwórcze
•
Mykotoksyny
wytwarzane przez rodzaje:
Aspergillus, Penicillium i Fusarium
Mikotoksyny
•
Bardzo oporne na temperaturę (ochratoksyna A wytrzymuje ogrzewanie w 250°C)
•
Oporne na pasteryzację i sterylizację
•
Nie są inaktywowane podczas gotowania
Ze względu na wszechobecność grzybów strzępkowych oraz na oporność mikotoksyn na
większość czynników fizykochemicznych skażenia tymi substancjami nie można wyeliminować, a
jedynie ograniczyć
Czynniki warunkujące tworzenie mikotoksyn
•
Obecność odpowiedniego szczepu – wytwarzanie toksyn jest cechą szczepową, genetyczną
•
Odpowiedni skład podłoża – obecność składników odżywczych, głównie węglowodanów
•
Oddziaływanie mikroflory towarzyszącej, sposób zbioru i magazynowania
•
Odpowiednia wilgotność – im większa, tym lepsze warunku do wzrostu
•
Odpowiednia temperatura (opt 24 - 28°C), w wyższych temperaturach występuje zwiększenie
produkcji
•
Optymalna zawartość tlenu i ditlenku węgla w podłożu
Pozytywne znaczenie pleśni
•
Mleczarstwo
: w produkcji i uszlachetnianiu serów: Penicillium roqueforti i P. camemberti,
Penicillium candidum
•
Do produkcji
preparatów enzymatycznych
np. enzymy amylolityczne (Aspergillus niger)
•
Do produkcji
kwasów organicznych
np. kwas cytrynowy (A. niger)
•
Do produkcji
antybiotyków i witamin
Zapobieganie rozwojowi pleśni
•
Stosowanie warunków beztlenowych
•
Suszenie, liofilizacja
•
Pasteryzacja i sterylizacja
•
Przestrzeganie higieny procesu produkcyjnego
•
Stosowanie surowca o bardzo dobrej jakości
Grzyby
Obecnie 4
gromady:
Dawniej 5 klas:
•
Zygomycota
(Phycomycota
– sprzężniaki)
•
Ascomycota
(workowce)
•
Basidiomycota
(podstawczaki)
•
Deuteromycota
(Fungi
imperfecti)
•
Phycomycete
s
•
Ascomycetes
•
Basidiomycet
es
•
Deuteromyce
tes
•
Myxomycete
s
Odpowiadające sobie bezpłciowe i płciowe stadia grzybów
Stadium anamorficzne
(bezpłciowe)
Stadium teleomorficzne
(płciowe)
Asp. amstelodami
Asp. flavipes
Asp. nidulans
Asp. repens (Asp. glaucus)
Botrytis cinerea
Fusarium nivale
Fusarium sambucinum
Fusarium moniliforme
Penicillium alutaceum
Penicillium vermiculatum
Eurotium amstelodami
Fennelia flavipes
Emericella nidulans
Eurotium repens
Botryotina fuckeliana
Calonectria nivalis
Giberella pulicaris
Giberella fujikuroi
Eupenicillium alutaceum
Talaromyces flavus
Zygomycota (grzyby niższe)
•
Rząd:
Mucorales
•
Rodzina: Mucoraceae
•
Rodzaj:
Mucor
Rhizopus
•
Rodzina: Thamnidiaceae
•
Rodzaj:
Thamnidium
Rodzaj Mucor
•
Grzybnia luźna, wysoka, biała, później żółta, żółtobrunatna i brązowa
•
Sporangia (zarodnie) na końcach strzępek powietrznych
•
Kolumela o cylindrycznym kształcie
•
Haploidalne endospory
Znaczenie rodzaju Mucor
•
Negatywne
o
Zepsucia owoców i warzyw
o
Zanieczyszczenie powietrza w mleczarniach
Wady masła
Porosty na serach dojrzewających
•
Pozytywne
o
Wytwarzanie enzymów hydrolitycznych
Scukrzanie skrobi
Dojrzewanie serów
o
Produkcja enzymów amylolitycznych i proteolitycznych
o
Produkcja związków lipidowych (nienasycony *...*)
Rodzaj Rhizopus
•
Jasnoszara grzybnia o strukturze podobnej do Mucor
•
Obecność chwytników i stolonów
•
Sporangium białe, później czarne
•
Okrągłe lub owalne endospory
Znaczenie rodzaju Rhizopus
•
Negatywne:
o
Psucie owoców, chleba, serów
o
Psucie mięsa i produktów przechowywanych w chłodniach
o
Wytwarzają mikotoksyny
•
Pozytywne:
•
Wytwarzanie kwasu mlekowego, fumarowego, jabłkowego
•
Produkcja enzymów lipolitycznych
•
Fermentacja alkoholowa
•
Produkcja leków steroidowych (hydrokortyzon)
Różnice w budowie (Mucor, Rhizopus)
*rysunek*
Rodzaj Thamnidium
•
Na produktach zawierających dużo skrobi
•
Zarodnie z kolumelą otoczoną po pęknięciu kołnierzykiem
•
Gałązki zakończone małymi sporangiolami bez kolumeli na bocznych odgałęzieniach strzępki
Cykl życiowy Zygomycota
*schemat*
Gromada: Ascomycota (grzyby wyższe) (ponad 32tys gatunków)
•
Rząd:
Eurotiales
•
Rodzina: Eurotiaceae (Aspergillaceae)
•
Rodzaje:
Eurotium (Aspergillus)
Talaromyces
Byssochlamys
Chaetomium
Eupenicillium
Emericella
Neurospora
•
17 rodzin
•
Rodzina: Endomycetaceae
•
Rodzaj:
Endomyces
•
Rodzina: Sclerotiniaceae
•
Rodzaj:
Monilia
•
Rodzina: Saccharomycetaceae
•
Rodzaj:
Saccharomyces
Dekkera
Torulaspora
Zygosaccharomyces
Klyveromyces
Pichia
Hansenula
Debaryomyces
+ 22 inne
•
Rodzina: Diposascaceae
•
Rodzaj:
Dopodascus
*…*
Rodzaj Chaetomium
•
Nie wykazuje formy rozmnażania bezpłciowego
•
Tworzy worki z zarodnikami
•
Charakteryzują się wysoką aktywnością celulolityczną (rozkład błonnika w glebie)
Gromada Deuteromycota. Drożdże anamorficzne
•
Rodzaj:
Aureobasidium
Brettanomyces
Candida
Cryptococcus
Geotrichum
Monilia
Rhodotorula
Torula
Trichosporon
•
Rząd:
Moniliales
•
Rodzina 1: Moniliaceae
•
Rodzaj:
Acremonium
Geotrichum
Trichoderma
Botritis
Penicillium
Aspergillus
•
Rodzina 2: *...*
•
Rodzina 3: Tubereulariaceae
•
Rodzaj:
Fusarium
Tuberaularia
•
Rodzina 4: Stilbaceae
•
Rodzaj:
Doratomyces
Graphium
Kropidlak (Aspergillus)
Występuje często w produktach spożywczych tworząc nalot, który po pewnym czasie przybiera kolor
czarny. Aspergillus niger ma zastosowanie przy produkcji kwasu cytrynowego.
Pędzlaki (Penicillium)
Rodzaj grzybów występujących np. na owocach. Tworzą zwykle zielony nalot (pleśń). Konidia służą
do rozmnażania bezpłciowego. Z pewnych gatunków pędzlaka otrzymano pierwszy produkowany na
skalę przemysłową antybiotyk – penicylinę – stosowany przy zwalczaniu bakteryjnych chorób
zakaźnych.
Znaczenie Penicillium
•
Negatywne
o
Wszechobecne saprofity
o
Psują surowce roślinne podczas magazynowania
o
Zanieczyszczenia wtórne
o
Wytwarzają mikotoksyny
•
Pozytywne
o
*…*
Botritis
•
Grzybnia jasnoszara, oliwkowobrunatna
•
Rozkład celulozy i pektyn
•
Pleśń „chłodnicza”
•
Nadaje specyficzny smak i zapach winom (Botrytis cinerea)
Alternaria
•
Grzybnia ciemnoszara, aksamitna
•
Pasożyty i saprofity roślin zbożowych
•
„czarna zgnilizna” pomidorów i owoców
•
Produkcja mikotoksyn
Cladosporium
•
Jest przyczyną psucia się mięsa przechowywanego w chłodni oraz masła
•
Ma silne właściwości lipolityczne
•
Powoduje alergie
•
Wytwarza mikotoksyny
Fusarium
Występuje na wielu produktach spożywczych, spożycie żywności zakażonej może wywołać zatrucia
[układ nerwowy]
Stachybotris
•
Stachybotris chartarum
•
Duża aktywność celulolityczna
•
Wytwarza trichoteceny
•
Odpowiedzialny za alergie
Geotrichum
•
Uciążliwy w przemyśle mleczarskim
•
Odkwasza kiszonki
•
Produkuje enzymy lipolityczne i proteolityczne
•
Obniża trwałość produktów mleczarskich
•
Może być patogenem
*KOLEJNY TEMAT*
Systematyka bakterii
•
Bakterie
– organizmy jednokomórkowe należące do Królestwa Procarya, domeny Archea i
Bacteria
•
5 x 10
30
komórek bakteryjnych, opisanych ok. 8 000 gatunków
•
Systematyka
bakterii
podana jest w
Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology (2005).
•
Składa się z 5 działów
o
Domena Archea obejmuje 2 typy: AI (1 klasa) AII (8 klas)
o
Domena Bacteria obejmuje 25 typów: BI – BXXI (łącznie 34 klasy)
Podstawa podziału bakterii
•
Budowa ściany komórkowej, profile białek i kwasów tłuszczowych w jej składzie
•
Homologia DNA/DNA i DNA/RNA
•
Skład oligosacharydów
•
Skład podjednostek rybosomalnego RNA
•
Sekwencja aminokwasów enzymów metabolizmu podstawowego
•
Różnice w cechach morfologicznych, fizjologicznych i biochemicznych
Kryteria podziału wg Bergey’a
•
Morfologia (kształt)
•
Stosunek do tlenu
•
Barwienie metodą Grama
•
Zdolność do przetrwalnikowania
Domena Archea
•
Typ A I
o
Klasa I. Thermoprotei
Rodzaj I: Sulfolubus
•
Typ A II
o
Klasa I. Methanobacteria
Rodzaj I: Methanobacterium
o
Klasa II. Methanococci
Rodzaj I: Methanococcus
o
Klasa IV. Halobacteria
Rodzaj I: Halobacterium
Rodzaj V: Halococcus
o
Klasa V. Thermoplasmata
Rodzaj I: Thermoplasma
o
Klasa VI. Thermococci
Rodzaj III: Pyrococcus
Domena Bacteria
•
Obejmuje 25 typów i łącznie 1227 rodzajów bakterii
•
Typ B XII – Proteobacteria
o
Klasa 1 – Alphaproteobacteria
o
Klasa 2 – Betaproteobacteria
o
Klasa 3 – Gammaproteobacteria
o
Klasa 4 – Deltaproteobacteria
o
Klasa 5 – Epsilonproteobacteria
•
Typ B XII: Proteobacteria
o
Klasa I.
Alphaproteobacteria
Rząd I
, rodzina II: Acetobacteraceae
•
Rodzaj I: Acetobacter
•
Rodzaj IX: Gluconobacter
Rząd IV
, rodzina I: Sphingomonadaceae
•
Rodzaj XII: Zymomonas
Rząd VI
, rodzina I: Rhizobiaceae
•
Rodzaj I: Rhizobium
rodzina IV: Brucellaceae
•
Rodzaj I: Brucella
rodzina VIII: Bradyrhizobiaceae
•
Rodzaj VI: Nitrobacter
o
Klasa II.
Betaproteobacteria
o
Rząd I
, rodzina III: Alcaligenaceae
Rodzaj I: Alcaligenes
Rodzaj II: Achromobacter
o
Rząd II
, rodzina I: Hydrogenophilaceae
Rodzaj II: Thiobacillus
o
Rząd IV
, rodzina I: Neisseriaceae
Rodzaj I: Nitrosomonas
o
Rząd V
, rodzina II: Spirillaceae
Rodzaj I: Spirillum
o
Klasa III.
Gammaproteobacteria
o
Rząd III,
rodzina I: Xantomonadaceae
Rodzaj I: Xantomonas
o
Rząd IV
, rodzina I: Legionellace
Rodzaj: Legionella
rodzina II: Coxiellaceae
Rodzaj: Coxiella
o
Rząd IX
, rodzina I: Pseudomonadaceae
Rodzaj I: Pseudomonas
Rodzaj II: Azomonas
Rodzaj III: Azotobacter
Rodzaj IV: Cellvibrio
rodzina II: Moraxellaceae
Rodzaj I: Moraxella
Rodzaj II: Acinetobacter
o
Rząd XI
, rodzina I: Vibrionaceae
Rodzaj I: Vibrio
o
Rząd XII
, rodzina I: Aeromonadaceae
Rodzaj: Aeromonas
o
Rząd XIII
, rodzina I: Enterobacteriaceae
Rodzaj I: Escherichia
Rodzaj X: Citrobacter
Rodzaj XI: Edwardsiella
Rodzaj XII: Enterobacter
Rodzaj XIII: Erwinia
Rodzaj XV: Hafna
Rodzaj XVI: Klebsiella
Rodzaj XXVII: Plesiomonas
Rodzaj XXIX: Proteus
Rodzaj XXXIV: Salmonella
Rodzaj XXXVI: Serratia
Rodzaj XXXVII: Shigella
Rodzaj XLIII: Yersinia
o
Klasa IV.
Deltaproteobacteria
o
Rząd II
, rodzina I: Desulfovibrionaceae
Rodzaj I: Desulfovibrio
rodzina III: Desulfohalobiaceae
Rodzaj II: Desulfomonas
o
Rząd III
, rodzina I: Desulfobacteraceae
Rodzaj VII: Desulfococcus
Rodzaj XIII: Desulfosarcina
o
Klasa V. Epsilonproteobacteria
o
Rząd I,
rodzina I: Campylobacteraceae
Rodzaj I: Campylobacter
rodzina II: Helicobacteraceae
•
Rodzaj I: Helicobacter
•
Typ B XIII
•
Klasa I.
Clostridia
•
Rząd I
, rodzina I: Clostridiaceae
•
Rodzaj I: Clostridium
•
Rodzaj XVIII: Sarcina
o
rodzina IV: Eubacteriaceae
•
Rodzaj I: Eubacterium
•
Rodzaj II: Acetobacterium
o
rodzina V: Peptococcaceae
•
Rodzaj: Peptococcus
•
Klasa III.
Bacilli
•
Rząd I
, rodzina I: Bacillaceae
•
Rodzaj I: Bacillus
o
rodzina II: Alicyclobacillaceae
•
Rodzaj I: Alicyclobacillus
o
rodzina IV: Listeriaceae
•
Rodzaj I: Listeria
o
rodzina VI: Planococcaceae
•
Rodzaj V: Sporosarcina
o
rodzina VII: Sporolactobacillaceae
•
Rodzaj V: Sporolactobacillus
o
rodzina VIII: Staphylococcaceae
•
Rodzaj: Staphylococcus
•
Rząd II
, rodzina I: Lactobacillaceae
•
Rodzaj I: Lactobacillus
•
Rodzaj III: Pediococcus
o
rodzina IV: Enterococcaceae
•
Rodzaj I: Enterococcus
o
rodzina V: Leuconostocaceae
•
Rodzaj I: Leuconostoc
•
Rodzaj II: Oenococcus
o
rodzina V: Streptococcaceae
•
Rodzaj I: Streptococcus
•
Rodzaj II: Lactococcus
•
Typ B XIV
•
Klasa I.
Actinobacteria
•
Rząd I
, rodzina I: Actinomycetaceae
•
Rodzaj I: Actinomyces
o
rodzina I: Micrococcaceae
•
Rodzaj I: Micrococcus
•
Rodzaj II: Arthrobacter
o
rodzina V: Brevibacteriaceae
•
Rodzaj: Breviabacterium
o
rodzina VI: Cellulomonadaceae
•
Rodzaj: Cellulomonas
o
rodzina I: Corynebacteriaceae
•
Rodzaj I: Corynebacterium
o
rodzina V: Nocardiaceae
•
Rodzaj: Nocardia
•
Klasa I.
Actinomycetales
•
Rząd I
, rodzina I: Propionibacteriaceae
•
Rodzaj I: Propionibacterium
o
rodzina I: Streptomycetaceae
•
Rodzaj I: Streptomyces
o
rodzina I: Streptosporangiaceae
•
Rodzaj IV: Microbiospora
•
Rząd II
, rodzina I: Bifidobacteriaceae
•
Rodzaj I: Bifidobacterium
•
Typ B XVII
•
Klasa I.
Spirochaetes
•
Rząd I
, rodzina I: Spirochataceae
•
Rodzaj I: Spirochaeta
•
Rodzaj II: Borrelia
o
rodzina III: Leptospiraceae
•
Rodzaj I: Leptospira
•
Typ B XX
o
Klasa I.
Bacteroidetes
o
Rząd I
, rodzina I: Bacteriodaceae
•
Rodzaj I: Bacteroides
o
Klasa II.
Flavobacteria
o
Rząd I
, rodzina I: Flavobacteriaceae
•
Rodzaj: Cellulophaga
Podział bakterii
o
G(-)
o
Bakterie tlenowe Rhizobium
o
Ziarniaki, np.. Neisseria gonorrhaceae
o
Pałeczka Haemophillus influenze
o
Rodzina Enterobacteriaceae
o
Krętki, sinice, riketsje, chlamydia, bakterie śłuzowe
o
G(+)
o
Bakterie mlekowe, propionowe, enterokoki, ziarniaki, paciorkowce, gronkowce, klostridia,
promieniowce
Promieniowce
•
Nitkowate organizmy tworzące mycelium – podobieństwo do grzybów
•
Budowa ściany komórkowej, nukleoid, brak obłonionych organelli komórkowych, dodatni wynik
barwienia Grama – podobieństwo do bakterii.
•
Morfologia
•
Formy proste – nie tworzą grzybni
•
Formy złożone – tworzą grzybnię i spory
•
Większość promieniowców ginie w temp. 65 - 70°C w ciągu kilku minut, niektóre spory są
ciepłooporne
•
Występuje kwas DPA
•
Thermoactinomyces vulgaris - 100°C, 45min.
•
Kolonie promieniowców są płaskie, szorstkie, matowe, silnie wrastają w podłoże
•
Często są zabarwione – pigmentacja jest ważną cechą identyfikacyjną
•
Rosną wolno (5-10 dni)
•
Powszechnie występują w przyrodzie, szczególnie w glebie
•
Produkcja antybiotyków
o
Streptomycyna (Streptomyces griceus)
o
Chloromycetyna (Str. Venezuelae)
o
Auromycyna, tetracyklina (Str. aureofaciens, Str. viridifaciens)
o
Erytromycyna ( Str. erthtreus)
o
Oksytetracyklina (Str. romosus)
o
Neomycyna (Str. fradiae)
v
(Wykład 9 mikrobiologia 11.05.2011)
Wirusy
•
Zakaźne nukleoproteiny o bezwzględnie pasożytniczym trybie życia
•
Niezdolne do życia poza komórką gospodarza
•
Zdolne do przechodzenia przez filtry bakteriologiczne
•
Podział
o
Wirusy eukariotyczne (roślinne lub zwierzęce)
o
Bakteriofagi
1 fag = 1 szczep bakteryjny
•
Dwoistość natury wirusów
o
Forma zewnątrzkomórkowa (wirion) – brak metabolizmu
o
Forma wewnątrzkomórkowa (replikacja wirusa) – powielanie genomu
•
Bakteriofag T 4 (rys)
o
Dwuniciowy DNA otoczony kapsydem
•
Wirus grypy (rys)
o
7 lub 8 niezależnych segmentów jednoniciowego RNA
Wirusy, podział:
o
Ze względu na gospodarza:
o
Wirusy roślinne
o
Wirusy zwierzęce
o
Wirusy bakteryjne (bakteriofagi)
o
Ze względu na typ kwasu nukleinowego:
o
RNA wirusy (w tym retrowirusy)
o
DNA wirusy
o
Jednoniciowe lub dwuniciowe
o
Koliste lub liniowe
[Wirusy roślinne
•
Wirus mozaiki tytoniowej (TMV – tobacco mosaic virus), zarazy ziemniaczanej
•
Wnikają do rośliny przez mikrozadrapania, otarcia lub przenoszone są przez owady (namnażają
się w przewodzie pokarmowym owada)
•
Nośnikiem informacji genetycznej jest jednoniciowy RNA (ssRNA – single strand RNA)
Wirusy zwierzęce
•
Wywołują liczne choroby: ospa prawdziwa, ospa wietrzna, odra, wścieklizna, paraliż dziecięcy,
świnka, grypa
•
Przenoszone przez kontakt bezpośredni lub owady
•
Materiałem genetycznym jest dwuniciowy DNA lub jedno- lub dwuniciowy RNA
Bakteriofagi
•
Prawie każdy gatunek bakterii ma swojego faga
•
Obecność fagów objawia się powstawaniem „łysinek” na tle jednolitego wzrostu na podłożu
stałym (płytce)
•
W hodowli płynnej namnożenie bakteriofagów może doprowadzić w krótkim czasie do
sklarowania hodowli (całkowitej lizy komórek)
•
Materiałem genetycznym jest jedno- lub dwuniciowy RNA lub DNA]
Podział fagów
o
Zjadliwe (
lityczne
) – niszczą komórkę bakteryjną podczas cyklu
o
Łagodne (
lizogenne
) – nie niszczą komórki gospodarza podczas cyklu
o
Czasami fagi łagodne mogą rewertować (uzjadliwiać się) do cyklu litycznego i wtedy niszczą
komórki bakterii
Cykl lityczny
o
Adsorpcja faga
o
Wnikanie
o
Translokacja
o
Endocytoza
o
Fuzja osłonki z błoną cytoplazmatyczną
o
Okres utajenia
o
Faza eklipsy
o
Transkrypcja i replikacja wirusa
o
Składanie i dojrzewanie wirusów
o
Liza komórki i uwolnienie gotowych bakteriofagów
Faza 1 – Adsorpcja faga
o
Do receptora na powierzchni komórki za pomocą płytki i włókienek
o
Zależy od ilości fagów, ruchliwości bakterii, pH, temperatury, obecności jonów K i Ca (ułatwiają
adsorpcję)
o
Infekcja
o
jednego rodzaju komórek
wirus polio – rdzeń kręgowy
o
różnego rodzaju komórek
wirus odry – układ nerwowy, oddechowy, moczowy
Faza 2 – wnikanie
o
3 mechanizmy:
o
Translokacja
o
Endocytoza
o
Fuzja osłonki wirusowej z błoną cytoplazmatyczną
[wnikanie cd.
o
Translokacja – wstrzyknięcie materiału genetycznego wirusa do komórki gospodarza, pusty
kapsyd pozostaje na zewnątrz (tzw. cień)
o
Endocytoza – (wirusy zwierzęce) – wirus zostaje otoczony błoną białkowo – lipidową i
przeniesiony do cytoplazmy komórki
o
Po adsorbcji faga jego ogonek ulega skurczeniu, wypycha otwór w ścianie komórkowej, kwas
nukleinowy zostaje wstrzyknięty do cytoplazmy
o
Wprowadzony DNA faga może być degradowany przez endonukleazy bakteryjne, stanowiące
system obronny bakterii (tzw. enzymy restrykcyjne)]
Faza 3 – Okres utajenia (latencji)
o
Jest to czas między zakażeniem a pojawieniem się dojrzałych, zdolnych do infekcji potomnych
cząstek wirusowych
o
Faza eklipsy: 15-20 min. od wniknięcia – początkowa faza, w której nie da się stwierdzić infekcji,
bez wyraźnych zmian morfologicznych w komórkach gospodarza
Faza 4 – Transkrypcja i replikacja
o
Transkrypcja genów fagowych i replikacja (powielanie) materiału genetycznego faga zachodzą
równolegle
o
Kwas nukleinowy ulega replikacji, następuje synteza białek wirusowych:
o
białka wczesne – kierują syntezą nowych genomów fagowych
o
białka późne – potrzebne do lizy komórki gospodarza i uwolnienia cząstek fagowych
o
Synteza DNA RNA i białek gospodarza ulega zahamowaniu
Faza 5 – Składanie i dojrzewanie wirusów
o
Białkowe podjednostki strukturalne zostają złożone w kapsyd
o
Do kapsydów zostają „upakowane” cząsteczki kwasu nukleinowego – powstają dojrzałe wiriony
Faza 6 – Lizas komórki i uwolnienie
o
Całkowity cykl lityczny trwa 15 – 50 min. (średnio 30 min.)
o
Cząsteczki wirusowe przedostają się z komórki do środowiska:
o
w wyniku lizy komórki
zniszczenie ściany i błony komórkowej (wirusy roślinne i bakteriofagi)
lub tylko błony komórkowej (wirusy zwierzęce)
o
przechodzą przez błonę cytoplazmatyczną komórki (proces pączkowania) i zazwyczaj nie
powodują śmierci komórek gospodarza
blokują proces syntezy ściany komórkowej, co powoduje osłabienie wzrostu
gospodarza, ale pozwala mu na przeżycie
Infekcja lizogenna
o
Wirusy łagodne nie zawsze prowadzą do śmierci gospodarza (w przeciwieństwie do zjadliwych)
o
Mogą włączać swoje DNA do DNA gospodarza, wirus może przebywać w komórce gospodarza w
formie utajonej często przez wiele generacji
o
Niektóre czynniki mogą spowodować przejście faga w stan lityczny, wówczas fagi mogą zawierać
trochę bakteryjnego DNA i po zainfekowaniu nowej komórki bakteryjnej spowodować
rekombinację wewnątrz niej
o
źródło zmienności genetycznej
o
wirusy używane jako wektory do przenoszenia materiału genetycznego
Oddziaływanie wirusów
o
Zmieniają przepuszczalność błony komórkowej
o
Hamują syntezę kwasów nukleinowych i białek
o
Niszczą komórki gospodarza z powodu bardzo dużej ilości
o
Wirus polio w 1 komórce gospodarza może wytworzyć 100.000 cząstek potomnych
Hipotezy na temat wirusów i ich pochodzenia
•
Tak jak riketsje są formą przejściową pomiędzy bakteriami a wirusami, tak wirusy są w pewnym
sensie pomostem pomiędzy światem ożywionym i nieożywionym
•
Z powodu swej prostej budowy są najbardziej prymitywną, niekomórkową formą życia
•
Powstały w toku ewolucji z komórkowych przodków, stając się wyspecjalizowanymi pasożytami
bezwzględnymi
•
W trakcie ewolucji utraciły wszystkie składniki komórkowe z wyjątkiem materiału genetycznego
oraz kilku elementów potrzebnych do infekcji i replikacji
•
Są fragmentami kwasu nukleinowego, które „uciekły” z organizmów komórkowych i być może
infekują tylko te organizmy, od których pochodzą (większe prawdopodobieństwo między wirusem
i komórką gospodarza, niż między dwoma różnymi wirusami)
Priony
•
Białko zbudowane z ok. 250 aminokwasów, kodowane przez 20 chromosom człowieka
•
Występuje w zdrowych komórkach P
r
P
c
(prionowa proteina komórkowa) i jest powiązane z
błonami komórkowymi, prawdopodobnie uczestniczy w transporcie jonów Ca
2+
•
Mutacja genów powoduje powstanie białka o zmienionej konformacji (P
r
P
c
występującego w
mózgu kręgowców na białko propionowe patogenne P
r
P
sc
) i priony stają się zakaźnymi cząstkami
białkowymi
PrPsc – białko prionowe patogenne
•
Kumuluje się w komórce prowadząc do jej degeneracji i śmierci
•
Odporne na wysoką temperaturę (inaktywacja 300°C), promieniowanie nadfioletowe i Roentgena,
enzymy proteolityczne
•
Wrażliwe na stężone roztwory (10 – 15%) NaOH i NaClO
•
Spożyte z pokarmem przedostają się do śledziony, migdałków i grudek chłonnych, gdzie ulegają
replikacji, a następnie przenoszone są przez komórki limfoidalne do tkanki glejowej i nerwowej.
Choroby prionowe
•
Creuzfeldta – Jacoba
•
Kuru
•
Scrapie
•
BSE
•
FFI
Rozwój mikrobiologii przemysłowej
•
II połowa XIX w. – Pasteur – odkrycie roli i znaczenia drobnoustrojów w procesach
fermentacyjnych ( drożdże, bakterie mlekowe, masłowe)
•
Wykorzystanie działalności drobnoustrojów w gospodarce człowieka
•
Zasługi Polaków:
o
Cieńkowski, Matuszewski, Chrząszcz, Syniewski, Dąbrowski, Pijanowski
Zagadnienia w mikrobiologii żywności
•
Przygotowanie i selekcja nowych szczepów drobnoustrojów stosowanych do wytworzenia
gotowego produktu spożywczego:
o
Przemysł fermentacyjny: wyrób piwa, wina octu, spirytusu, kwasów organicznych
o
Przemysł mleczarski: sery, kefir, jogurt, śmietana, preparaty probiotyczne
o
Przemysł mięsny: kultury starterowe w produkcji kiełbas, peklowanie mięsa
•
Badanie tych drobnoustrojów, które mają niekorzystny wpływ na surowce i produkty spożywcze
o
Zadaniem mikrobiologów żywności jest zmniejszenie lub zahamowanie ich wzrostu i
aktywności
o
W tym celu wykorzystuje się czynniki wewnątrz – i zewnątrzśrodowiskowe
Liczba drobnoustrojów w żywności
•
Jest zmienna, bo żywność pod względem mikrobiologicznym jest środowiskiem dynamicznym
o
dynamizm ujemny liczby drobnoustrojów – np. w mrożonkach – w czasie składowania
liczba komórek zmniejsza się
o
dynamizm dodatki liczby drobnoustrojów – np. owoce, świeże mięso – podczas
składowania liczba komórek rośnie
Początki mikrobiologii żywności
•
Lata 50 XX wieku
o
rozwój przemysłu spożywczego
o
wielkoprzemysłowe przetwarzanie żywności
•
Duże strat powstające w czasie produkcji i obrotu
•
Wzrost liczby zatruć pokarmowych
•
1946 – prof. Pijanowski organizuje Zakład Technologii Żywności SGGW – rozwój nauki o żywności
Mikrobiologiczne aspekty higieny w produkcji żywności
•
Zakażenie
– wniknięcie i rozwój mikroorganizmów w organizmie człowieka
•
Źródło zakażenia
– ośrodek, z którego pochodzi mikroorganizm, czyli osoba, zwierzę lub woda
oraz żywność
•
Droga zakażenia
– sposób przeniesienia drobnoustroju ze źródła, np. droga pokarmowa
•
Wrota zakażenia
– miejsce wniknięcia mikroorganizmu, najczęściej układ pokarmowy,
oddechowy, skóra, krew
•
Nosicielstwo
– (np. gronkowców, salmonelli) – drobnoustroje znajdujące się we wrotach ulegają
rozmnożeniu bez widocznych objawów chorobowych i utrzymują się w ten sposób w organizmie
przez dłuższy czas
•
Choroba zakaźna
– stan, w którym wtargnięcie do organizmu drobnoustrojów chorobotwórczych
doprowadziło do ich rozwoju z wywołaniem objawów miejscowych i ogólnych
•
Ogólne zasady zapobiegania zakażeniom i zatruciom pokarmowym
o
Przeszkolenie personelu
o
Kontrola procesu technologicznego
o
Zdrowie personelu
o
Utrzymanie czystości urządzeń i pomieszczeń
o
Kontrola sanitarno-epidemiologiczna i badanie mikrobiologiczne żywności
o
Akcje sanitarno-oświatowe i znakowanie produktów
„Od pola do stołu” – idea zachowania bezpieczeństwa żywności
Zatrucia pokarmowe
•
Zatrucie pokarmowe
jest to schorzenie wywołane spożyciem produktu żywnościowego, jednak
jego przyczyna, droga przenoszenia i przebieg może być różny
•
Najczęściej zatrucia pokarmowe wywołują bakterie (75%), chociaż mogą one być spowodowane
także przez inne drobnoustroje, jak wirusy i grzyby, a także pierwotniaki i pasożyty.
Ryzyko zatrucia pokarmowego
•
Początkowy stopień zakażenia produktu:
o
im bardziej zakażony surowiec, tym trudniej ograniczyć zagrożenie
•
Sposób przerabiania surowca, przechowywania żywności i forma podania do spożycia:
o
łatwość dostania się i namnożenia drobnoustrojów
•
Relacja: wielkość dawki mikroorganizmów do reakcji chorobowej organizmu
o
wiek, stan odporności, ogólna kondycja
o
grupy dużego ryzyka: dzieci, ludzie starzy, kobiety ciężarne, chorzy z obniżoną barierą
odporności
Zatrucia pokarmowe
•
Przez wiele lat jako przyczynę zatruć pokarmowych wymieniano przede wszystkim: Clostridium
botulinum, Staphylococcus aureus, pałeczki Salmonella i Shigella
•
Obecnie znanych jest ok. 20 drobnoustrojów wywołujących zatrucia, chociaż udział wielu z nich
nie został do końca wyjaśniony
•
Egzotoksyny
– uwalnianie do podłoża substancje o charakterze białkowym, silne jady, zwykle
ciepłolabilne
(wyjątek toksyna gronkowca!!!)
•
Endotoksyny
– gromadzone wewnątrz komórki substancje kompleksowe, słabsze jady, w
większości
ciepłostabilne
(80 – 120°C)
•
Większość drobnoustrojów wywołujących zatrucia pokarmowe rozwijając się w produktach
żywnościowych nie zmienia ich wyglądu, smaku czy zapachu, co mogłoby ostrzec konsumenta
przed ich spożyciem
•
Zatrucie pokarmowe może wystąpić w wyniku:
o
Intoksykacji
o
Infekcji
o
Toksyko - infekcji
Zatrucia pokarmowe – nowe patogeny
•
Listeria
•
Campylobacter
•
E. coli
•
Plesiomonas
•
Yersinia
•
Vibrio
Typy zakażeń patogenami
•
Intoksykacja
– konsumpcja żywności zawierającej toksyny bakteryjne i pleśniowe:
o
Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, Aspergillus flavus
•
Infekcja
– konsumpcja żywności zawierającej odpowiednią liczbę żywych komórek bakterii
patogennych:
o
Listeria monocytogenes, Salmonella sp., Campylobacter jejuni, Escherichia coli,
Yersinia enterolitica, Vibrio parahaemolyticus, Aeromonas hydrophila, wirusy
•
Toksyko – infekcja
– konsumpcja żywności zawierającej żywe komórki bakterii patogennych, które
ulegają namnożeniu w przewodzie pokarmowym i uwalniają enterotoksyny:
o
Clostridium perfringens, Bacillus cereus, Vibrio cholerae, Escherichia coli
(enterotoksyczna)
Zapobieganie zatruciom
o
Zapobieganie zanieczyszczeniom surowców ze źródeł pierwotnych
o
Kontrola i nadzór sanitarny
o
Zapobieganie namnażaniu się drobnoustrojów w żywności
o
Prawidłowa obróbka termiczna, przechowywanie i dystrybucja
Patogeny przenoszone przez żywność i wodę
o
Aeromonas hydrophila
o
Bacillus anthracis i B. cereus
o
Campylobacter jejuni
o
Clostridium botulinum
i C. perfringens
o
Enterobacter sakazakii
o
Enterococcus faecalis
o
Escherichia coli
o
Legionella pneumophila
o
Listeria monocytogenes
o
Plesiomonas shigelloides
o
Pseudomonas aeruginosa
o
Salmonella Enteritdis, Typhi, Paratyphi
o
Shigella
o
Staphylococcus aureus
o
Vibrio cholerae i parahaemolyticus
o
Yersinia enterocolitica
o
Wirusy
Bakteryjne zatrucia pokarmowe typu intoksykacji
o
Clostridium botulinum
o
Gram (+) laseczka beztlenowa
o
Wytwarza przetrwalniki
o
Temp. wzrostu 3,3 - 48°C
o
pH 4,6 – 9,0
o
Wytwarza toksynę botulinową
o
Ryby i przetwory rybne
o
Przetwory mięsne domowej produkcji
o
Konserwy o pH > 4,5
o
Czas inkubacji 18 – 96 h
o
MID: 5ng
o
Staphylococcus aureus
o
Gram (+) ziarniaki względnie beztlenowe
o
Temp. wzrostu 5 – 48°C
o
pH 4 – 10
o
Wytwarza ciepłooporną toksynę
o
Mleko i produkty, Sałatki
o
Czas inkubacji 2 – 6h
o
MID: ok. 51 μg
o
Listeria monocytogenes
o
G (+) pałeczka tlenowa
o
Temp. wzrostu 0-45°C
o
pH 5,5 – 9,6
o
Czas inkubacji 3-90 dni
o
„wszędobylska”
o
Żywność typu ready – to – eat przechowywana chłodniczo
o
MID: > 10
3
jtk/g
o
Salmonella sp.
o
Gram (-) tlenowiec
o
Temp wzrostu 5,2-48°C
o
pH 4,5 - 9,0
o
Czas inkubacji 3-90 dni
o
Zakażenia wtórne przez środowisko naturalne
o
Salmonellozy – choroby brudnych rąk
o
MID: 10
5
jtk/g
o
Yersinia enterocolitica
o
G(-) względny beztlenowiec
o
temp. wzrostu -2 – 44°C
o
pH 4-10
o
czas inkubacji 1-3 dni
o
środowisko naturalne, woda, mleko, mięso, warzywa
o
MID: duża liczba komórek
o
Aeromonas hydrophila
o
G(-) pałeczka, względnie beztlenowa
o
Temp wzrostu 5-42°C
o
pH 4-10
o
Czas inkubacji - nieznany
o
Odchody zwierzęce, woda, gleba, ryby, drób
o
MID: 10
10
woda
o
MID: 10
6
– 10
7
żywność
o
Plesiomonas shigelloides
o
G(-) pałeczka względnie beztlenowa
o
Gatunek wyodrębniony z Aeromonas
o
Wrażliwa na temperaturę
o
Woda, ryby, ostrygi, kraby
o
Enterococcus faecalis
o
G(+) paciorkowce kałowe, względnie tlenowe
o
temp wzrostu: 7-45°C
o
pH do 9,6
o
Obecność NaCl do 6,5%
o
Oporne na zamrażanie
o
Woda, przetwory mięsne i mleczarskie
o
MID: 10
6
– 10
7
jtk/g
o
Enterobacter cloacae, Enterobacter sakazakii
o
G(-) tlenowe pałeczki
o
Bakteria wskaźnikowa z grupy coli
o
Woda skażona fekaliami, gleba, mleko, warzywa
o
MID: ok. 10
3
jtk/g
o
Campylobacter jejuni
o
G(-) pałeczka, mikroaerofil
o
temp. wzrostu 25-47°C
o
pH 4,9-9,5
o
czas inkubacji 48h – 7 dni
o
woda, drób, mleko, żywność pochodzenia zwierzęcego
o
MID: -500 jtk/g
o
Shigella sp
o
G(-) pałeczka tlenowa, względnie beztlenowa
o
temp. wzrostu 10 - 45°C
o
pH 4-9
o
„choroba brudnych rąk”
o
czas inkubacji 1-7dni
o
zakażenia wtórne przez fekalia, sałatę, mleko
o
MID – 10
4
jtk/g
o
Vibrio cholerae
o
G(-) zakrzywione pałeczki
o
pH (8,5 – 9,5)
o
woda, ryby, owoce morza
o
Okres rozwoju choroby 2-5 dni
o
MID 10
8
jtk/cm
3
o
Vibrio parahaemolyticus
o
G(-) pałeczka względnie beztlenowa
o
temp. wzrostu 5 - 43°C
o
pH 5-11
o
czas inkubacji 4 - 96h
o
Przybrzeżne wody morskie, żywność pochodzenia morskiego
o
MID: > 10
4
jtk/g
o
Legionella pneumophila
o
1976 (choroba legionistów)
o
Mezofile (37- 42°C)
o
Zarażenie przez kontakt z aerozolem
o
MID: 10 jtk/cm
3
o
Pseudomonas aeruginosa
o
G(-) pałeczki tlenowe
o
temp. wzrostu 4 - 43°C, optimum 37°C
o
Woda, surowe produkty mleczne i mięsne
o
MID: 10
8
-10
9
jtk/g
Pseudomonas aeruginosa
o
Ma zdolność produkcji barwników, jest to cecha gatunkowa:
o
Piocyjanina: niebiesko – zielony barwnik, widoczny w wydzielinach
o
Fluoreosceina: powoduje zieloną fluorescencję pod wpływem promieniowania UV,
wydzielany do podłoża przy braku żelaza
o
Piorubina : czerwony barwnik
o
Melanina: barwnik brązowy
Bakteryjne zatrucia pokarmowe typu toksyko - infekcji
o
Escherichia coli O157:H7
o
G(-) pałeczka względnie beztlenowa
o
temp. wzrostu 8 – 44°C
o
pH 4,4 – 9,5
o
fekalia, surowce roślinne, mięso, mleko
o
czas inkubacji 4 dni
o
MID: 10
2
o
Clostridium perfringens
o
G(+) laseczka beztlenowa, przetrwalnikująca
o
temp. wzrostu 10-50°C
o
pH 5-9
o
gleba, drób, mięso, warzywa, sosy
o
czas inkubacji 8 - 24h
o
MID: 7x10
5
o
Bacillus cereus
o
G(+) tlenowa laseczka przetrwalnikująca
o
temp wzrostu 4 - 50°C
o
pH 4,4 – 9,3
o
gleba, surowce roślinne i zwierzęce
o
czas inkubacji 0,5 – 1,5 h
o
MID: 10
3
komórek
o
Bacillus anthracis
(laseczka wąglika)
o
G(+) laseczka tlenowa
o
Patogen najwyższego ryzyka
o
3 formy zakażenia
o
skórna
o
płucna
o
jelitowa
o
MID: 1-3 spor
o
Gleba, mięso, skóra i wełna zwierząt
Zapobieganie salmonellozom
o
mycie rąk
o
utrzymywanie w czystości naczyń, sprzętów kuchennych
o
przechowywanie żywności w niskiej temp – w lodówce,
o
zapobieganie rozmrażaniu i ponownemu zamrażaniu żywności
o
wydzielenie miejsca w lodówce na surowy drób, mięso i jajka
o
całkowite rozmrażanie drobiu, mięsa, ryb i ich przetworów przed przystąpieniem do smażenia,
pieczenia, gotowania
o
poddawanie żywności działaniu wysokiej temp
o
mycie jaj przed rozbiciem skorupki
o
parzenie we wrzątku jaj używanych do wyrobu potraw i deserów, nie poddawanych działaniu
wysokiej temperatury
o
unikanie lodów i ciastek pochodzących od nieznanych wytwórców i przygodnych sprzedawców
(wykład 10 mikrobiologia 18.05.2011)
Wirusowe zatrucia pokarmowe
•
Wirusy mogące stanowić potencjalne zagrożenia jako skażenie żywności i wody:
o
picornawirusy (wirus zapalenia wątroby, wirus polio, enterowirus, wirus ECHO)
o
rotawirusy
o
parvowirusy
o
adenowirusy
o
wirus EB (Epstein-Barr)
Epidemie wirusowe
•
Wirus żółtaczki (Hepatitis A
)
•
woda, skorupiaki, warzywa skażone wodą zanieczyszczoną ściekami
•
Czas inkubacji choroby: 15-45 dni
•
Inaktywacja w temp. 90°C przez 90s.
•
Wirus SRSV
(Small Round Structured Viruses) np. wirus Norwalk
•
odpowiedzialny za 1/3 wirusowych zatruć pokarmowych
•
czas inkubacji choroby 18-48h
•
źródło zatruć – owoce morza, głównie ostrygi
•
eliminacja – obróbka cieplna
•
Rotawirusy
•
szczególnie dzieci do 1 roku życia
•
czas inkubacji 1-3 dni
Zakażenia wirusowe
•
Woda i skorupiaki – główne źródło wirusów powodujących zatrucia pokarmowe
•
Zapobieganie rozprzestrzenianiu się wirusów:
o
hodowla ostryg w czystej wodzie
o
dogotowywanie potraw
o
przechowywanie w niskiej temperaturze
o
przestrzeganie zasad higieny
Pleśnie i ich metabolity
•
Mikotoksyny pleśniowe
•
Produkowane przez grzyby strzępkowe
•
Rzadko powodują zatrucia pokarmowe
•
Kumulują się w narządach wewnętrznych
Mikotoksyny
Schorzenia spowodowane mikotoksynami:
•
marskość wątroby - sterigmatocystyna
•
uszkodzenie narządów płciowych - zearalenon
•
uszkodzenie nerek - ochratoksyna
•
krwotoczność (płuc, mózgu, wątroby ) – patulina
•
działanie rakotwórcze – aflatoksyna
Aflatoksyna
•
Produkowana przez Aspergillus flavus – odkryta w 1960 r.
•
Pozostałości aflatoksyny M1 (mikotoksyna o najsilniejszych właściwościach mutagennych,
toksycznych i rakotwórczych dla człowieka) wykrywano nawet w mleku w proszku i odżywkach
dla dzieci
•
Również w świeżej wołowinie, szynce, piwie, kakao, rodzynkach, serze, soku jabłkowym
•
Efekt karmienia krów paszami zakażonymi pleśniami toksynotwórczymi
Trichoteceny
•
Trichoteceny A (>140) produkowane przez Fusarium sp., Trichoderma
Zearalenon
•
Wytwarzany przez Fusarium graminearum
•
Kukurydza i jej przetwory, chipsy, prażona kukurydza
•
Wykazuje działanie estrogenne i toksyczne dla komórek wątroby
•
Wpływa na zwiększenie produkcji estrogenu
Patulina
•
Produkowana przez Penicillium patulum, P. expansum, Aspergillus clavatus
•
może wtórnie wystąpić w soku jabłkowym, winie, zapleśniałym chlebie
Ochratoksyna
•
Produkowana przez Aspergillus alutaceus (ochraceus), Penicillium verrucosum
•
Obecność w około 30% badanych zbóż i 10-21% badanej mąki i pieczywa
•
Najważniejsza w warunkach klimatycznych Polski
Znaczenie wody
•
Podstawowe środowisko decydujące o istnieniu życia na Ziemi
o
stanowi 75% powierzchni Ziemi, z czego tylko 6% to wody słodkie
•
Główny składnik organizmu człowieka, komórek roślinnych i zwierzęcych
•
Naturalne środowisko bytowania i rozmnażania się różnych grup mikroorganizmów
Mikroflora wody
•
Podział ze względu na pochodzenie:
o
mikroflora autochtoniczna
o
mikroflora allochtoniczna
•
Biorą udział w procesie samooczyszczania wód (rozkład i mineralizacja związków organicznych)
Podział drobnoustrojów występujących w wodzie
•
autochtoniczne – tubylcze: woda jest naturalnym środowiskiem rozwoju i bytowania
•
allochtoniczne – naniesione do wody z:
gleby
powietrza
roślin
zwierząt
ze ściekami przemysłowymi i miejskimi
odchodami ludzi i zwierząt
Drobnoustroje autochtoniczne
•
Psychrofilne autotrofy i heterotrofy o małych wymaganiach pokarmowych, zdolne do wzrostu
nawet przy śladowych ilościach substancji odżywczych
•
Najbardziej typowe:
o
Vibrio
o
Pseudomonas
o
Aeromonas
o
Micrococcus, Sarcina
o
Nitrosomonas, Nitrobacter
o
Beggiatoa, Thiotrix
o
Leptothrix, Galionella
o
Mucor
Drobnoustroje allochtoniczne – pochodzenia ściekowego
•
Właściwe bakterie ściekowe
, żyjące na rozkładających się szczątkach pochodzenia roślinnego i
zwierzęcego
o
Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens, Clostridium sporogenes
•
Mikroflora jelitowa człowieka i zwierząt
o
E. coli i inne bakterie z grupy coli, paciorkowce kałowe, Clostridium perfringens
•
Drobnoustroje chorobotwórcze
o
Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae, Campylobacter, Yersinia enterocolitica, wirusy
jelitowe
Drobnoustroje chorobotwórcze w wodzie
•
Nie namnażają się w wodzie
•
Ich ilość ulega stopniowej redukcji
•
Największa redukcja liczebności (ok. 90%) występuje po 2-3 dobach od chwili zanieczyszczenia
wody
•
Przyczyny epidemii:
o
Picie wody zanieczyszczonej drobnoustrojami chorobotwórczymi
o
Kąpiel w wodzie nie spełniającej wymagań higieniczno – sanitarnych
o
Wdychanie zanieczyszczonego wodnego aerozolu
Ilość i rodzaj drobnoustrojów w środowisku wodnym zależy od:
•
czystości wody
•
temperatury wody
•
zawartości tlenu i związków organicznych
•
obecności skupisk ludzkich (miast, zakładów przemysłowych)
•
pory roku
•
głębokości
•
Wody źródlane – do 10
3
jtk /cm
3
•
Potoki górskie – do 10
5
jtk / cm
3
•
Dopływy ścieków – do 10
8
jtk/ cm
3
•
Najliczniejszy rozwój w zbiornikach powierzchniowych
•
W strefie przybrzeżnej więcej niż w środku zbiornika
•
Znaczny rozwój w wodach bogatych w substancje organiczne
•
Znaczna różnica pomiędzy mikroflorą wód stojących i płynących
•
Mniejsza liczba drobnoustrojów w zbiornikach podziemnych niż otwartych
•
2 lub 3 maksima rozwoju (wiosenne i letnie, czasem jesienne)
Sezonowy rozwój drobnoustrojów
•
Wiosną temperatura wody podnosi się, po zimie jest dużo składników odżywczych, dlatego
obserwuje się intensywny rozwój bakterii
•
W miarę wyczerpywania się składników pokarmowych ilość bakterii heterotroficznych ulega
zmniejszeniu, zaczynają dominować glony i sinice (kwitnięcie wody)
•
Ich obumierania dostarcza znowu składników odżywczych dla bakterii
o
Sezonowość rozwoju drobnoustrojów nie dotyczy zbiorników do których wpływają
ścieki
Metody wskaźnikowe oceny sanitarnej wody
•
Metody pośrednie
, wskazujące na obecność
łatwiej wykrywalnych drobnoustrojów
, dostających
się z wydalinami ludzkimi zwierzęcymi.
•
Drobnoustroje te
występują w wodzie
w dużej ilości
, bo pochodzą od całej populacji ludzi i
zwierząt, a nie tylko od nosicieli
•
Obecność
drobnoustrojów wskaźnikowych
w wodzie świadczy o jej
fekalnym zanieczyszczeniu
,
a
tym samym
o możliwości występowania w niej jelitowych drobnoustrojów chorobotwórczych
Kryteria doboru bakterii wskaźnikowych
•
Stale występują w kale ludzi i zwierząt w liczbie znacznie przewyższającej liczbę drobnoustrojów
chorobotwórczych
•
ich liczba powinna być proporcjonalna do stopnia zanieczyszczenia wody
•
nie występują w wodzie nie zanieczyszczonej
•
nie mogą namnażać się w wodzie
•
w wodzie powinny przeżywać dłużej niż drobnoustroje chorobotwórcze
•
metody ich wykrywania muszą być proste i tanie
Wskaźniki kału ludzkiego w wodzie
•
Escherichia coli
– pałeczki okrężnicy
•
Enterococcus faecalis
– paciorkowce kałowe
•
Clostridium perfringens
– beztlenowce przetrwalnikujące
•
Pseudomonas aeruginosa
– pałeczka ropy błękitnej – nowa bakteria wskaźnikowa dla wody w
opakowaniach jednostkowych
Escherichia coli
Znaczenie w organizmie człowieka
:
•
życie w symbiozie (juz w kilka godzin po urodzeniu)
•
syntetyzuje związki egzogenne – witaminy: K, B
1
, B
2
, B
6
, B
12
, kwas foliowy, biotynę
•
uczestniczy w procesie trawienia substancji pokarmowych
•
konkuruje z bakteriami patogennymi
Bakterie grupy coli
•
G(-) pałeczki, nieprzetrwalnikujące
o
zdolne do wzrostu w warunkach tlenowych i beztlenowych w obecności soli żółci lub
innych związków powierzchniowo-czynnych o podobnych właściwościach
o
zdolne do fermentacji laktozy z wytworzeniem kwasu, gazu i aldehydu w temp. od 35-
37°C w czasie 48h
•
Escherichia coli
•
Citrobacter
•
Enterobacter
•
Klebsiella
Bakterie grupy coli typu fekalnego (termotolerancyjne)
•
Wykazują te same właściwości biochemiczne i fermentacyjne podczas inkubacji w temp. 44°C
•
Nie należy tu rodzaj Citrobacter, inne stwierdza się przypadkowo i okresowo
•
Zawsze przy świeżym zanieczyszczeniu wody wykrywa się obecność E.coli
•
Escherichia coli – jest jedynym typem fekalnym pałeczek grupy coli
Miano coli
•
Najmniejsza ilość wyrażona w cm
3
(lub gramach), w której stwierdza się obecność pałeczek z
grupy coli
•
Miano coli
= 10 oznacza, że w 10 cm
3
wody stwierdza się obecność co najmniej 1 pałeczki z grupy
coli
•
Im
woda jest bardziej zanieczyszczona, tym miano coli jest mniejsze
Inne bakterie wskaźnikowe – paciorkowce kałowe (enterokoki)
•
Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium:
o
są naturalną mikroflorą przewodu pokarmowego ludzi i zwierząt
o
stają się chorobotwórcze, gdy lokalizują się w innych częściach ciała (poza układem
pokarmowym)
o
w wodzie giną szybciej niż E.coli, a później niż Salmonella
o
obecność paciorkowców kałowych w wodzie świadczy
o bardzo świeżym zanieczyszczeniu
fekalnym wody.
Miano enterokoków
•
Najmniejsza ilość wody, w której stwierdza się obecność paciorkowców kałowych
•
do wykrywania ich wykorzystuje się
zdolność wzrostu w temp. 45°C w obecności soli żółci oraz
azydku sodu
•
Cechą diagnostyczną odróżniającą paciorkowce kałowe od innych ziarniaków jest
brak zdolności
wytwarzania katalazy.
Inne bakterie wskaźnikowe – Clostridium perfringens
•
Mogą przebywać w wodzie nawet przez bardzo długi okres czasu nie tracąc zdolności kiełkowania
•
obecność ich
świadczy o starym, odległym w czasie zanieczyszczeniu kałowym
•
wykazują dużą oporność na środki stosowane do dezynfekcji wody
•
brak ich w wodzie daje również duże prawdopodobieństwo braku pierwotniaków i nicieni
Inne bakterie wskaźnikowe – Pseudomonas aeruginosa
•
Typowa
bakteria wodna
, stanowi około 90% mikroflory ścieków
•
nosicielstwo
w przewodzie pokarmowym ludzi wynosi około
15%
populacji
•
wywołuje schorzenia oczu, uszu, przewodu pokarmowego i zakażeń przyrannych
•
Ma zdolność wzrostu w wodzie destylowanej, wytwarza charakterystyczne barwniki
Wymagania dla wody jako czynnika produkcyjnego w przemyśle spożywczym
•
Pod względem użytkowym wodę można podzielić na:
o
wodę produkcyjną (technologiczną)
o
wodę do mycia
o
wodę do użytku technicznego
•
Woda technologiczna musi odpowiadać warunkom wody do picia i celów gospodarczych.
Wymagania mikrobiologiczne dla wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi
•
Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29.03.2007 r. „W sprawie wymagań dotyczących jakości
wody przeznaczonej do picia przez ludzi”
•
Wodna pitna i do celów sanitarnych
o
Escherichia coli, Enterokoki – nb. w 100 cm
3
•
Woda w opakowaniach jednostkowych
o
Escherichia coli, Enterokoki, Pseudomonas aeruginosa – nb. w 250cm
3
•
Woda w cysternach i zbiornikach
o
Escherichia coli, Enterokoki, Pseudomonas aeruginosa – nb. w 250cm
3
•
Woda ciepła
o
Legionella < 100
•
Wymagania dodatkowe
o
Termotolerancyjne bakterie grupy coli, Clostridium perfringens – nb. w 100cm
3
Mikroflora gleby
•
Ze względu na skład chemiczny i właściwości fizyczne gleba stanowi dogodne środowisko do
rozwoju różnorodnej mikroflory, której ilość zależy od:
o
Struktury gleby
o
Wilgotności
o
Składu fazy gazowej
o
Zawartości składników odżywczych
o
Kwasowości
o
Temperatury
o
Strefy geograficznej
Podział drobnoustrojów glebowych
2 grupy:
•
Mikroorganizmy autochtoniczne – występują zawsze, nawet w glebach nieuprawianych
•
Mikroorganizmy zymogenne – bytują w glebie okresowo, rozwijają się po wprowadzeniu do gleby
substancji organicznych
Mikroorganizmy autochtoniczne
•
Bakterie G(+), nieprzetrwalnikujące, pałeczki, promieniowce i maczugowce Arthrobacter,
Corynebacterium
•
Bacillus, Enterobacter, Escherichia, Flavobacterium, Micrococcus, Leuconostoc, Legionella
•
Bakterie wiążące azot, np. Azotobacter, Nitrobacter, Nitrosomonas, Rhizobium
•
Bakterie siarkowe, np. Thiobacillus, Desulfovibrio
•
Bakterie odpowiedzialne za transformację fosforu: Serratia, Pseudomonas
•
Beztlenowce Clostridium
Mikroorganizmy zymogenne
•
Źródła mikroorganizmów zymogennych
o
Odchody zwierząt i ludzi
o
Ścieki bytowo-gospodarcze z gospodarstw rolnych
o
Nawozy naturalne w postaci obornika, gnojówki, kompostów roślinnych
o
Opady atmosferyczne
o
Gryzonie i owady
Rodzaje organizmów zymogennych
•
Bacillus, Pseudomonas, Escherichia, Proteus, Corynebacterium
•
gatunki termofilne
•
mikroorganizmy chorobotwórcze: Bacillus anthracis, Clostridium tetani, Clostridium botulinum,
Salmonella, Shigella, Escherichia coli
•
Grzyby strzępkowe
•
wirusy
Rola drobnoustrojów glebowych
•
Rozkład i mineralizacja związków organicznych
•
Tworzenie biomasy komórkowej
•
Gromadzenie substratów do uzupełnienia substancji próchniczych
•
Poprawa struktury gleby
Mikroflora powietrza
•
Powietrze
nie jest środowiskiem
odpowiednim dla rozwoju mikroflory
•
jest ośrodkiem
, za pośrednictwem którego, drobnoustroje rozprzestrzeniają się
•
Drobnoustroje do powietrza przedostają się z:
o
gleby
o
wody
o
otwartych jam ciała organizmów żywych
o
ich wydalin
o
powierzchni produkcyjnych
Biaerozole
•
Bioaerozol
– układy dwu lub trójfazowe składające się z
fazy rozpraszającej
(powietrza) i
fazy
rozproszonej
(stałej lub ciekłej) zawierającej drobnoustroje.
•
Średnica cząstek 0,01μm – 100 μm, średnio 1 – 40μm
•
Faza rozproszona
zwiera:
o
cząsteczki wody
o
pyłki roślin
o
zarodniki grzybów
o
komórki bakterii, drożdży, wirusy
o
endotoksyny i mikotoksyny
Rozprzestrzenianie się bioaerozoli
•
droga inhalacyjna
– w momencie kaszlu, kichania, mówienia – głównie mikroflora patogenna
•
poprzez system wentylacyjno – klimatyzacyjny
pomieszczeń – kanały klimatyzacyjne, nawiewne,
szyby, windy - Legionella
•
za pomocą prądów konwekcyjnych powietrza
– na bardzo duże odległości – powietrze
atmosferyczne oraz w pomieszczeniach
Ilość i skład mikroflory powietrza zależy od
•
strefy klimatycznej
•
pory roku
•
okrywy roślinnej, gleby
•
opadów i nasłonecznienia
•
Więcej w pomieszczeniach zamkniętych niż w przestrzeniach otwartych
•
W pomieszczeniach zamkniętych zanieczyszczenie powietrza zależne jest od:
o
gęstości ich zasiedlenia przez ludzi i zwierzęta
o
nasłonecznienia
o
wilgotności
o
utrzymania czystości
o
wietrzenia
Powietrze pomieszczeń użytkowych
•
Mogą występować liczne drobnoustroje chorobotwórcze wydzielane ze śliną przy kichaniu i kaszlu
•
Źródłem mikroflory jest także:
o
głowa
o
ubranie
o
buty
Dopuszczalny stopień zanieczyszczenia powietrza [jtk / cm
3
]
•
Powietrze atmosferyczne – 3000 (grzyby 1000)
•
Sala operacyjna – 100 (0)
10 – 4000
•
Sala opatrunkowa – 150
•
Sala chorych – 1000
•
Mieszkanie: jadalnia – 1 000, pokój dzienny – 1 500, kuchnia – 2 000 (200-300)
1000 – 5000
•
Sale wykładowe – 1 500 (200) 500 – 7000
•
Sale ćwiczeń – 2000 (200)
•
Sale gimnastyczne – 3 000
•
Pomieszczenia produkcyjne 100 – 50 000
o
Przemysł spożywczy – 600 (0)
o
Przemysł mięsny – 500 (50)
o
Przemysł fermentacyjny – 600 (0)
o
Budynki inwentarskie – 50 000 – 200 000 (2 000 – 10 000)
50 000 – 200 000
Powietrze aglomeracji miejskich
•
Więcej mikroflory jest w powietrzu miast, osiedli, terenów przemysłowych niż pól i lasów
•
Kilka tysięcy komórek w 1 dm
3
•
Są to głównie organizmy saprofityczne:
o
zarodniki grzybów – 70% ogółu
o
bakterie – 19-26%, w tym:
•
gronkowce – 10%
•
pozostałe: ziarniaki – ok. 50%
Przeżywanie drobnoustrojów w powietrzu
•
Najszybciej giną formy najwrażliwsze, wegetatywne (
wrażliwe na wysuszenie i UV
)
•
najdłużej pozostają żywe formy przetrwalne:
o
przetrwalniki bakteryjne
o
zarodniki pleśni
•
Z bakterii nie przetrwalnikujących najdłużej przeżywają te, które wytwarzają barwniki
karoteinowe koloru
żółtego
i
czerwonego
.
o
Barwniki te chronią bakterie przed szkodliwym działaniem promieniowania UV.
Bakterie saprofityczne występujące w powietrzu
•
Ziarniaki
o
Micrococcus, Sarcina, Staphylococcus
•
Pałeczki
o
Alcaligenes
•
Laseczki przetrwalnikujące:
o
Bacillus
Grzyby saprofityczne występujące w powietrzu
•
Pleśnie
:
o
Cladosporium, Penicillium, Aspergillus, Alternaria, Rhizopus, Mucor
•
Drożdże
:
o
Rhodotorula, Torulopsis, Candida
Bakterie chorobotwórcze
ZAKŁADY PRODUKCYJNE, ZBIOROWEGO ŻYWIENIA
:
•
Salmonella
•
Shigella
•
Clostridium
Wskaźniki mikrobiologiczne zanieczyszczenia powietrza
•
z przewodu oddechowego ludzi i zwierząt
o
Staphylococcus albus
o
Streptococcus salivarius
•
cząstkami gleby
o
Pseudomonas fluorescens
(Wykład 11 mikrobiologia 01.06.2011)
*dostaliśmy wydruki slajdów*
Surowce spożywcze
o
Większość surowców spożywczych to mieszanina związków organicznych, które nadają żywności
odpowiednią wartość żywieniową, smak, zapach oraz barwę
o
Zaliczamy do nich:
Białka
Tłuszcze
Sacharydy
Witaminy
Kwasy organiczne
Alkohole, estry
Aldehydy, ketony
Związki cykliczne
Surowce roślinne
o
Mikroflora pochodzi głównie z:
gleby
powietrza
wody
owadów
gryzoni
o
Im bliżej gleby, tym większe zanieczyszczenie
Warzywa korzeniowe 10
5
– 10
8
jtk/g
Owoce na drzewach 10
3
jtk/g
Źródła zanieczyszczenia surowców
Drobnoustroje bytujące na surowcach roślinnych
o
Drobnoustroje glebowe
Bacillus
Clostridium
Promieniowce
Drożdże i pleśnie
o
Saprofity
o
Bakterie chorobotwórcze
Listeria monocytogenes
Clostridium botulinum
Yersinia enterocolitica
enteropatogenne szczepy Escherichia coli
Rośliny zbożowe
o
Podstawa wyżywienia ludzi i zwierząt hodowlanych
o
Zboża uprawne
Trawy
Żyto
Pszenica
Jęczmień
Owies
Kukurydza
Proso
Sorgo
Ryż
Rdestowate
Gryka
o
Surowiec:
do produkcji mąki, kasz, płatków zbożowych, koncentratów spożywczych
dla przemysłu fermentacyjnego
Skład chemiczny ziarna
o
Zależy od:
Gatunku i odmiany
Warunków glebowych
Nawożenia
Ilość opadów, nasłonecznienia
Stopnia dojrzałości ziarna i jego wysuszenia
Warunków przechowywania
Składniki ziarna
o
Monosacharydy
glukoza
fruktoza
o
Di- i polisacharydy
maltoza, skrobia, celuloza
o
Białka
o
Lipidy
o
Woda i sole mineralne
o
Witaminy
Skrobia jest głównym sacharydem zbóż. Jej zawartość w ziarnach wynosi 55(owies) – 75(ryż) % s.m.
Zawartość wody w ziarnie
o
Jeden z czynników decydujących o trwałości zboża w czasie przechowywania
Warunkuje prawidłowe przetwarzanie
Wpływa na wydajność i jakość przetworów zbożowych
o
Wilgotność ziarna
13-14% w dobrych warunkach atmosferycznych
>20% w warunkach niekorzystnych
Wpływ wilgotności
o
Zbyt duża
Aktywacja endogennych enzymów proteolitycznych, celulolitycznych i amylolitycznych
Utrudniony przemiał
Produkty gorszej jakości, nie nadające się do dłuższego składowania
o
Zbyt mała
Mniejsza przydatność przerobowa
Większa podatność na uszkodzenia mechaniczne
Mikroflora zbóż
o
Epifityczna (pierwotna)
bakterie fermentacji mlekowej
pałeczki Pseudomonas
pleśnie Alternaria, Cladosporium, Trichoderma, Fusarium, Geotrichum, Rhizopus
drożdże Candida
o
Wtórna
bakterie przetrwalnikujące Bacillus
bakterie grupy coli
ziarniaki Staphylococcus, Streptococcus, Sarcina
pleśnie Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria
Mikroflora ta może wnikać do wnętrza ziarna i tworzyć tzw. mikroflorę wgłębną, która jest
głównym źródłem zanieczyszczenia przetworów zbożowych
Wpływ drobnoustrojów na ziarno
Samozagrzewanie ziarna
Obniżenie zdolności kiełkowania
Wzrost aktywności proteolitycznej
Obce zapachy i toksyny
o
kwaśny – drożdże i bakterie fermentacji mlekowej
o
stęchły – pleśnie
o
mikotoksyny
Mikroflora produktów zbożowych, mąka
Pszenna i żytnia – podstawowy surowiec dla przemysłu piekarniczego
Produkt mniej trwały i trudniejszy do przechowywania niż ziarno
Wilgoć, tlen atmosferyczny i drobnoustroje wpływają na:
o
Niekorzystne zmiany
o
Pogorszenie właściwości organoleptycznych i wartości wypiekowej mąki
Typowa mikroflora zbóż:
o
10
6
jtk/g – pieczywo mieszane
o
10
2
– pieczywo pszenne
o
Zanieczyszczenie ziarna
o
Warunki otrzymywania i składowania
Sposoby obniżenia ilości drobnoustrojów:
o
Ogrzanie w 130°C przez 45s
o
Parowanie, wstępne obgotowanie
Mikroflora produktów zbożowych, pieczywo
Zanieczyszczenie mąki i innych surowców
Niewłaściwy stan higieniczno-sanitarny piekarni
Nieodpowiednie warunki:
o
przygotowania ciasta i jego wypieku
o
transportu
o
składowania
o
przechowywania
Wady pieczywa:
o
pleśnienie
o
„choroba ziemniaczana” – bakterie z rodzaju Bacillus
zmiany zapachu, wyglądu i konsystencji
ciemnienie barwy i upłynnienie miękiszu
Mikroflora przetworów zbożowych, makarony
Największe zagrożenie:
o
Gronkowce
o
Salmonella
o
Pleśnie
Źródło zanieczyszczenia:
o
Produkty jajczarskie
o
Mąka
o
Sposób produkcji
o
Złe warunki sanitarno-higieniczne
Mikroflora przetworów zbożowych, płatki śniadaniowe i musli
Jakość mikrobiologiczna zależy od:
o
Higieny produkcji
o
Stanu surowca
Wymagania:
o
Ogólna liczba bakterii < 10
5
jtk/g
o
Pleśni < 10
3
jtk/g
o
Salmonella - nieobecna w 25g
o
Gronkowce – nieobecne w 0,1g
o
Miano coli – max 0,1
Mikroflora produktów zbożowych, słód browarniczy
Surowce browarnicze:
o
Jęczmień jary dwurzędowy
o
Ryż, kukurydza, pszenica
Infekcje ziarna jęczmienia:
o
Grzyby polowe
Fusarium, Aureobasidium, Cladosporium, Rhizopus, Alternaria
o
Grzyby silosowe (> 13% wilgotności)
pleśnie Aspergillus, Eurotium Penicillium
drożdże Cryptococcus, Rhodotorula, Trichosporon, Candida
o
Bakterie fermentacji mlekowej i octowej
o
Pałeczki grupy coli
o
Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter
Wymagania mikrobiologiczne dla słodu
W 1g ziarna jęczmienia, nie więcej niż:
o
2 x 10
3
zarodników pleśni
o
8 x 10
4
bakterii i drożdży
Podczas moczenia i słodowania:
o
8 x 10
4
zarodników pleśni
o
7 x 10
6
drożdży
o
4 x 10
8
bakterii
Po wysuszeniu:
o
2 x 10
4
zarodników pleśni
o
1 x 10
5
drożdży
o
3 x 10
5
bakterii
Wady jęczmienia i słodu
Ziarno skażone grzybami polowymi i/lub silosowymi:
o
Rozmiękczenie ziarna
o
Gwałtowny ubytek suchej masy
o
Osłabiony proces kiełkowania
o
Obniżenie wydajności słodu
Użycie zainfekowanego słodu:
o
Niekorzystny wpływ na stabilność i właściwości organoleptyczne piwa
o
Wypienianie się piwa
o
Obecność mikotoksyn
Warzywa i owoce
Skład chemiczny świeżych owoców i warzyw jest różnorodny i zależy głównie od:
o
Odmiany
o
Stopnia dojrzałości
o
Warunków klimatycznych w czasie wegetacji
o
Warunków transportu i przechowywania
pH
o
Owoce 3,0 – 5,0
o
Warzywa 4,7 – 7,0
Wytwarzają fitoncydy
o
czosnek
o
chrzan
o
cebula
Ubogie w lipidy
o
wyjątek – orzechy
Skład chemiczny owoców [%]
Owoce
Wod
a
Sachar
ydy
Biał
ko
Jabłka
85,0
11,3
0,3
Gruszki
82,5
11,5
0,4
Śliwki
82,5
9,9
0,7
Wiśnie
83,1
10,0
1,0
Porzeczk
i
83,8
9,8
0,5
Agrest
85,5
8,8
0,5
Truskaw
ki
88,5
8,4
0,7
Maliny
84,0
10,4
1,4
Skład chemiczny warzyw [%]
Warzywa
Wod
a
Sachar
ydy
Biał
ko
Kapusta
91,5
5,0
1,6
Cebula
87,5
4,4
1,2
Marchew
88,5
7,5
1,1
Buraki
ćwikłowe
88,1
8,9
1,3
Ogórki
96,2
1,8
0,7
Pomidory
95,0
3,3
0,8
Groch
77,7
6,1
0,8
Ziemniaki
75,0
20,4
2,0
Owoce
Zawierają więcej cukrów
Mają niższe pH
Mikroflora to głównie:
o
Bakterie oporne na zakwaszenie środowiska
o
Acidotolerancyjne drożdże i pleśnie
Mikroflora owoców, bakterie
Bakterie oporne na zakwaszenie środowiska
o
ziarniaki i laseczki tlenowe z powietrza Micrococcus, Bacillus, Pseudomonas
o
Bakterie grupy coli
o
Laseczki tlenowe Alicyclobacillus
o
Laseczki beztlenowe Clostridium
o
Bakterie mlekowe Lactobacillus plantarum, Lb. brevis, Leuconostoc sp.
o
Bakterie octowe Acetobacter, Gluconobacter
o
przetrwalnikujące laseczki Alicyclobacillus sp.
Mikroflora owoców, grzyby
Acidotolerancyjne drożdże i pleśnie
o
Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus
o
Drożdże dzikie Pichia, Hansenula, Hanseniaspora
o
Candida, Rhodotorula Cryptococcus, Debaryomyces, Kloeckera
o
Alternaria, Aureobasidium, Cladosporium
o
Penicillium, Aspergillus, Byssochlamys, Botritis
Przetwory owocowe
Zaliczamy do nich:
o
Dżemy
o
Galaretki
o
Syropy owocowe
Zepsucia powodują najczęściej
o
Drożdże i pleśnie osmofilne fermentujące cukry
Saccharomyces rouxii, Sacch. florentinus, Penicillium
Mikroflora warzyw
Zawierają więcej białka niż owoce
Warzywa zielone (kapusta, sałata, szpinak)
o
Bakterie fermentacji mlekowej
o
Drożdże i pleśnie
Warzywa bulwiaste i korzeniowe
o
Bakterie glebowe
o
Saprofity pochodzenia jelitowego
o
Bakterie chorobotwórcze
Buraki cukrowe
Ogólna liczba drobnoustrojów: 10
5
– 10
8
jtk/g
Typowa mikroflora
o
Bakterie
Clostridium, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium
o
Saprofity pochodzenia jelitowego
o
Bakterie chorobotwórcze
Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, patogenne szczepy Escherichia
coli
Cukier
Mała liczba drobnoustrojów, zależna od norm w danym kraju i przeznaczenia cukru:
o
konserwy – mało przetrwalników bakterii termofilnych i beztlenowych odpowiedzialnych za
zepsucia płasko-kwaśne bez bombażu
o
napoje gazowane – mało drożdży i pleśni oraz bakterii powodujących śluzowacenie
o
syropy – mało drożdży i pleśni osmofilnych
Mikroflora cukru
Zanieczyszczenia pochodzą z:
o
niedokładnego oczyszczania
o
nieskutecznego mycia buraków
Mikroflora:
o
Pochodzenia glebowego
przetrwalnikujące mezofile i termofile
pleśnie
o
Wtórne zanieczyszczenie
użycie nieprawidłowej wody podczas wybielania
zanieczyszczone opakowania
Melasa
Produkt uboczny przemysłu cukrowniczego (80% cukrów, w tym 50% sacharozy)
Wykorzystywana do produkcji etanolu, drożdży piekarskich, witamin, kwasów organicznych
Ogólna liczba drobnoustrojów (z buraków i wtórnych zanieczyszczeń)
o
10
3
– 10
5
jtk/g
o
Efektem działalności drobnoustrojów jest zubożenie melasy w azot i cukier, powstanie
niekorzystnych dla przerobu melasy metabolitów
Mikroflora:
o
Bacillus subtilis, B. megaterium, B. coagulans
o
Leuconostoc
o
Proteus sp., Pseudomonas sp.
o
Candida, Pichia
Ziemniaki
Ogólna liczba drobnoustrojów
o
10
5
– 10
8
jtk/g
o
90% bakterii, 10% drożdży i pleśni
o
Gatunki wytwarzające amylazę
o
Psuciu ziemniaków sprzyja przechowywanie w zbyt wysokiej temperaturze i obniżonej
zawartości tlenu
Typowa mikroflora:
o
Bakterie
Clostridium, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium
o
Saprofity pochodzenia jelitowego
o
Bakterie chorobotwórcze
Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, patogenne szczepy Escherichia
coli
Soki i napoje owocowe i warzywne
Środowisko dla rozwoju drobnoustrojów osmotolerancyjnych i acydofilnych
o
88% węglowodanów
o
7% tłuszczu
o
5% białka
o
pH 2,4 – 5,2
Wymagania mikrobiologiczne
Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 13 stycznia 2003
o
Bezalkoholowe napoje orzeźwiające
< 0,2 komórki drożdżowej / cm
3
o
Napoje typu cola lub wyprodukowane na bazie soków owocowych
< 0,1 komórki / cm
3
Drożdże jako zanieczyszczenie soków i napojów
90% wszystkich zepsuć
Zmętnienie, osad, rozerwanie opakowań na skutek fermentacji
Soki na bazie esencji:
o
Torulopsis, Candida, Pichia, Hansenula, Saccharomyces, Haseniaspora, Dekkera
Soki warzywne:
o
Zygosaccharomyces rouxii, Z. bisporus, Z. balii, Z. lentu, Candida pelliculosa, Kloeckera
apis
Pleśnie odpowiedzialne za zepsucia soków i napojów
Zagrożenie dla napojów nisko wysycanych CO
2
i niegazowanych
o
odbarwienie
o
zmiany smaku
o
produkcja mikotoksyn
Byssochlamys fulva, B. nivea, Talaromyces sp., Eupenicillium sp.
o
Wytwarzają enzymy pektynolityczne i lipolityczne
Soki pasteryzowane:
o
Aureobasidium, Cladosporium, Penicillium
Napoje niegazowane:
o
Penicillium, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Geotrichum
Soki zagęszczone:
o
Eurotium rubrum
Bakterie odpowiedzialne za zepsucia soków i napojów
Bakterie octowe
o
Acetobacter, Gluconobacter
o
Przetwarzają alkohol w kwas octowy
Bakterie mlekowe
o
Fermentują cukry z wytworzeniem mleczanów, etanolu, octanów, CO
2
, diacetylu,
wytwarzają śluzy
o
Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L. paracasei, Leuconostoc mesenteroides, L.
dextranicum
Bakterie przetrwalnikujące
o
Zwiększenie kwasowości z wytworzeniem zapachu maślanego oraz gazu lub zepsucia
płasko-kwaśne bez gazu
o
Bacillus, Clostridium
Psychrofile:
o
Xantomonas, Flavobacterium, Pseudomonas
o
Ich obecność świadczy o złym stanie sanitarnym wody użytej do produkcji
Alicyclobacillus acidoterrestis
Acydotermofilna przetrwalnikująca, ciepłooporna laseczka
W ilości 10
5
– 10
6
jtk/cm
3
powoduje zmętnienie, osad, zapach fenolowy
Występuje w glebie, na liściach drzew, owocach
Rośnie w pH 2,2 – 6,0, temp. 23 - 70°C
Wytwarza gwajakol i 2,6-dibromofenol (zapach dezynfekcyjny)
Szczególne zagrożenie w:
o
Surowych owocach
o
Świeżych, nie pasteryzowanych sokach
o
Przetworach pasteryzowanych:
Sokach
Przecierach
Zepsucia soków i napojów cd.
Mikroflora patogenna stanowi problem tylko w świeżych, niepasteryzowanych sokach i napojach
Zakażenia pochodzą głównie z kontaktu roślin z odchodami zwierząt
Escherichia coli, Salmonella ssp., Bacillus cereus
Produkty roślinne minimalnie przetworzone
Otrzymanie produktu o świeżym wyglądzie, wygodnego, bez dodatków chemicznych, o
podwyższonej zawartości żywieniowej, przydatnego do spożycia nie krócej niż 4-7 dni
o
rozdrobnione owoce do deserów, ciast, sałatek owocowych i warzywnych
o
obrane i pokrojone warzywa jako przekąski
o
zestawy warzyw do obróbki cieplnej lub podgrzania
Etapy produkcji
Sortowanie surowców
Czyszczenie, mycie połączone z dezynfekcją
Osuszanie
Obieranie
Cięcie, nadawanie kształtu, rozdrabnianie
Mieszanie składników, tworzenie zestawów
Utrwalanie, pakowanie, przechowywanie
Zapobieganie zepsuciu
Technologia „płotków”
o
Sumaryczne działanie wielu czynników, z których każdy oddzielnie nie jest w pełni
skuteczny
Powłoki i filmy jadalne
o
Utworzone na bazie polisacharydów, białek i tłuszczów, chronią przed dostępem tlenu
Biologiczna metoda utrwalania żywności
o
Zastosowanie kultur bakteryjnych o działaniu bakteriobójczym lub bakteriostatycznym
Mikroflora żywności minimalnie przetworzonej
Saprofity
o
G(-) bakterie, pochodzące z wody i środowiska
Patogeny
o
Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, Salmonella Enteriditis, Clostridium botulinum,
Listeria monocytogenes, Aeromonas ssp., Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus
aureus
Wpływ warunków przechowywania
Warzywa i owoce
o
zimnolubne (0–4°C)
Szparagi, buraki, marchew
o
ciepłolubne (>7°C)
Pomidory, papryka, owoce cytrusowe
Wpływ temperatur przechowywania na rozwój mikroflory owoców i warzyw
Temperat
ura [°C]
Drobnoustroje
5
Salmonella, Staphylococcus aureus, Micrococcus
3
Clostridium botulinum, Listeria monocytogenes
2
Lactobacillus sake, Leuconostoc
0
Proteus, Escherichia, Enterobacter, Serratia
-2
Yersinia enterocolitica, Aeromonas hydrophila, Listeria
monocytogenes
-4
Pseudomonas fluorescens
-5
Pseudomonas, Acinetobacter, Flavobacterium, Bacillus
-8
Mucor, Rhizopus
-12
Cladosporium, Cryptococcus
-18
Fusarium, Penicillium
Mrożonki owocowe i warzywne
Zamrażanie – oziębianie produktu do -30°C, a następnie przechowywanie go w komorach
chłodniczych, w temp. -20°C
Temperatura wewnątrz produktu –min. -15°C
Blanszowanie hamuje działanie enzymów zapobiegając niekorzystnym zmianom barwy, a także
powoduje zniszczenie drobnoustrojów
Tzw. żywność wygodna
Stosowanie niskich temperatur nie gwarantuje pełnego bezpieczeństwa produktu, a jedynie
wydłużenie trwałości mikrobiologicznej
Mikroflora mrożonek
Drobnoustroje chorobotwórcze i saprofityczne
o
odpowiadające za jakość zdrowotną żywności
o
rozkładające podstawowe składniki żywności
o
odpowiedzialne za jakość organoleptyczną oraz powstawanie toksycznych produktów
przemiany materii
Penicillium expansium, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus
auerus, pleśnie, drożdże, bakterie kwasu mlekowego, octowego, enterokoki, bakterie grupy coli,
beztlenowce przetrwalnikujące
Żywność przetworzona
Konserwy owocowe i warzywne
Technologia typu:
o
Cook – chill
o
Cook – freeze
o
Sous vide
Technologia cook – chill
System produkcji i dystrybucji potraw, w którym następuje rozdzielenie między produkcją
żywności i/lub jej dystrybucją oraz przygotowaniem do spożycia
o
Przygotowanie potrawy w sposób konwencjonalny
o
Utrwalenie potrawy bezpośrednio po obróbce cieplnej przez krótkotrwałe, ale bardzo
intensywne schładzanie do temp. < 3°C
o
Składowanie do 5 dni w temp. < 3°C
Technologia cook – freeze
Polega na obróbce kulinarnej potraw lub ich składników, które następnie zamyka się w
opakowania jednostkowe, szybko zamraża do min. -18°C i przechowuje w stanie zamrożenia
Technologia sous vide
System pakowania i utrwalania stosowany przy produkcji gotowych potraw
o
Gotową potrawę zamyka się w hermetycznych opakowaniach próżniowych
o
Utrwala przez sterylizację lub pasteryzację w systemie HTST (high temperature, short
time)
o
Do pakowania stosuje się tworzywa odporne na temperaturę (np. PET)
Konserwy
Zepsucie konserw może być skutkiem:
o
niewystarczającego zniszczenia mikroflory
o
zakażenia w czasie chłodzenia (woda lub powietrze)
o
nieszczelności opakowania
o
niewłaściwych warunków przechowywania
Podział konserw opiera się na
możliwości wytwarzania toksyny
przez Clostridium botulinum
o
pH > 4,5
o
pH < 4,5
Konserwy o pH > 4,5
Utrwalane przez sterylizację (wymagane zniszczenie form przetrwalnikujących, które dobrze się
rozwijają przy tej wartości pH)
Groszek zielony, fasola szparagowa, kukurydza, szpinak, szparagi, buraki
Utrwalane przez sterylizację
Posiadają tzw. trwałość handlową
Zepsucia wywołane przez 3 grupy bakterii termofilnych
Grupa 1
Bakterie względnie beztlenowe rozkładające węglowodany (skrobię) z wydzieleniem kwasów:
mlekowego, octowego, mrówkowego
o
Powodują zepsucia płasko-kwaśne
o
Bacillus stearothemophilus, B. thermoacidurans, B. subtilis, B. megaterium, B. coagulans,
B. pumilus
Grupa 2
Bezwzględne beztlenowce sacharolityczne nie rozkładające białek
Wytwarzają duże ilości CO
2
i H
2
, powodując silny bombaż
Nie mają znaczenia w naszym klimacie
Clostridium thermosaccharolyticum
o
W temp. 55°C powoduje silny bombaż w wyniku tworzenie dużych ilości kwasów i gazów
Grupa 3
Beztlenowce przetrwalnikujące rozkładające białka z wydzieleniem H
2
S, który może reagować z
żelazem opakowań
Nie zawsze obserwuje się bombaż
Clostridium nigrificans, Cl. butyricum, Cl. sporogenes, Cl. pasteurianum,
Clostridium botulinum
Konserwy o pH < 4,5
Podział:
o
Koncentraty pomidorowe
o
Kompoty
o
Soki owocowe
o
Marynaty
Zepsucia powodują:
o
Drożdże Pichia, Kloeckera, Hanseniaspora, Candida, Saccharomyces
o
Pleśnie Penicillium, Aspergillus, Geotrichum
o
Bakterie fermentacji mlekowej Lb. plantarum, Lb. brevis, Lb. fermentum, Leuconostoc
o
Bakterie fermentacji octowej Acetobacter
o
Bacillus thermoacidurans
(Wykład 12 mikrobiologia 08.06.2011)
Surowce pochodzenia zwierzęcego
mięso zwierząt rzeźnych
mięso drobiu
ryby
mleko
jaja
Definicja mięsa
Mięso – to przeznaczone do spożycia części umięśnienia zwierząt rzeźnych
Poziom zanieczyszczenia mięsa
Zależy od:
Sposobu żywienia zwierząt
Warunków hodowli
Czynników hodowlanych: wiek, płeć, genotyp
Warunki przedubojowe
Higiena uboju
Czynniki technologiczne
Transport i magazynowanie mięsa
Źródła mikroflory na mięsie
Mikroflora występująca na mięsie jest powiązana ze środowiskiem, w którym zwierze bytuje.
Mikroflora zwierząt rzeźnych:
z powierzchni skóry
z przewodu pokarmowego
Najczęściej jest to mikroflora saprofityczna, ale nierzadko także i chorobotwórcza
Nieprawidłowo przeprowadzony ubój oraz dalsze zabiegi technologiczne mogą stać się przyczyną
silnego zanieczyszczenia powierzchni mięsa
Przyczyny rozwoju drobnoustrojów w mięsie
Znaczna zawartość substancji białkowych
Prawie obojętne środowisko – pH > 6,0
Poziom higieny
Kondycja zwierząt
Mikroflora zwierząt rzeźnych
Brak drobnoustrojów w mięśniach i krwi ubitych, zdrowych zwierząt
Obecność mikroorganizmów w wątrobie, śledzionie i gruczołach limfatycznych
W przypadku zwierząt zdrowych i wypoczętych drobnoustroje są niszczone przez mechanizmy
obronne organizmu lub lokalizowane w wątrobie i śledzionie
Gdy zwierzę jest zmęczone, wtedy odporność organizmu jest mniejsza i drobnoustroje mogą
zakazić cały organizm
Przyczyny zanieczyszczenia mięsa
woda
użyta do przetwórstwa
ludzie
, nosiciele różnego rodzaju bakterii chorobotwórczych
owady i gryzonie
przebywające w nie chłodzonych pomieszczeniach ubojni
Stopień zanieczyszczenia powierzchni tuszy a trwałość mięsa
Liczba bakterii /
cm
2
Ocena higieny
mięsa
Trwałość w temp.
2°C
< 5 x 10
2
Bardzo dobra
18-20 dni
5 x 10
2
– 9,9 x
10
2
Dobra
15-17 dni
10
3
– 9,9 x 10
3
Zadowalająca
12-14 dni
10
4
- 10
5
Wystarczająca
9-11 dni
> 10
5
Zła
mniej niż 9 dni
Odporność mięsa
Mięso świeże
, po uboju, posiada naturalną odporność ograniczającą rozwój drobnoustrojów
Jest to odporność krótkotrwała, przemijająca
przez pewien czas białka zachowują przeżyciową kompleksową strukturę niewrażliwą na działanie
enzymów bakteryjnych
Czynniki wpływające na rozwój mikroflory mięsa i jego przetworów
Skład chemiczny i skład surowcowy gotowego produktu
Potencjał oksydoredukcyjny E
h
mięsa
Aktywność wody a
w
pH
Temperatura przechowywania
Rodzaj i ilość środków konserwujących
Skład chemiczny i wartość energetyczna mięsa
Rodzaj mięsa
Woda
[%]
Białk
o
[%]
Tłusz
cz
[%]
Wartość
energetyczna
[kJ/100g]
Wołowina
74
15,6
7,0
520
Cielęcina
75
15,2
6,2
490
Wieprzowina
59
13,6
26,1
1 200
Kurczak
80
14,2
2,0
310
Gęś
67
10,7
19,8
840
Kaczka
71
11,4
15,0
760
Potencjał oksydoredukcyjny E
h
Zdolność układu do przyjmowania i oddawania elektronów
Wpływa na wzrost drobnoustrojów
o
Mikroflora beztlenowa rozwija się przy ujemnym E
h
, a tlenowa przy dodatnim
o
Podczas życia zwierzęcia E
h
jest bliskie 0
o
Bezpośrednio po uboju następuje duży wzrost E
h
co ogranicza rozwój bakterii,
następnie spadek w warstwach wewnętrznych (-60 do -150mV), a wzrost w
zewnętrznych ze względu na kontakt z tlenem atmosferycznym (do +200mV)
Wpływ aktywności wody
Mięso świeże a
w
: 0,98 – 0,99
o
Warunki korzystne do rozwoju wszystkich drobnoustrojów
Dodatek soli, konserwantów czy suszenie pozwala na obniżenie a
w
do wartości 0,85
o
jest to tzw. żywność o pośredniej a
w
(IMF), która jest trwała i nie wymaga dodatkowej
obróbki termicznej
Żywność typu SSP – aktywność wody 0,95
o
produkty o tzw. trwałości półkowej, które należy poddać łagodnej obróbce termicznej
Produkty o a
w
0,95 – 0,85
o
Bakterie chorobotwórcze i gronkowce enterotoksyczne, ale ograniczona produkcja
enterotoksyn
Wpływ pH
Mięso świeże: 7 – 5,5
o
Odpowiednie dla rozwoju licznej mikroflory
o
Związane z warunkami przedubojowymi
Po uboju: spadek pH na skutek powstawania kwasu mlekowego z glikogenu
o
Zahamowanie rozwoju mikroflory gnilnej
Im niższe pH tym większa trwałość mięsa
Wydłużenie lag fazy oraz czasu generacji drobnoustrojów
Wpływ temperatur przechowywania
Temperatura chłodnicza <10°C i niska wilgotność:
o
Rozwój pleśni Aspergillus, Cladosporium, Penicillium, Thamnidium, Mucor,
Sporotrichum
o
Rozwój drożdży Torula, Candida
Temperatura chłodnicza i duża wilgotność względna
o
Rozwój bakterii psychrofilnych Flavobacterium, Pseudomonas, Acinetobacter,
Alcaligenes
o
Proces gnicia powierzchniowego, 90% stanowi Pseudomonas
Wpływ warunków zewnętrznych na rozwój drobnoustrojów
Wilgotność powietrza
o
> 90%: wyraźne nasilenie szybkości wzrostu drobnoustrojów
o
> 95%: niezwykle gwałtowny rozwój mikroflory
temperatura otoczenia
o
20 - 40°C – intensywny rozwój drobnoustrojów mezofilnych, które prowadzą procesy
gnilne
Szybkość penetracji
Odbywa się wzdłuż kości
o
Bakterie paratyfusu: 2-3 dni, do 14cm
o
Saprofity: 4 – 5cm
o
Pleśnie: 1 – 2cm
Zależy od temperatury otoczenia
Pseudomonas fluorescens
o
W temp. 5°C dociera w głąb mięsa na głębokość 20 mm po 5 dniach
o
W temp. 30°C taką samą głębokość osiąga po 24h
Dla zapewnienia dobrych cech organoleptycznych i wymaganej jakości mikrobiologicznej
korzystne jest przetrzymywanie mięsa do czasu osiągnięcia pH < 6,3 w temp. wyższej niż 11°C
Dalsze dojrzewanie przeprowadzane jest w temperaturze 3,5°C
Mrożenie mięsa
Powoduje śmierć części bakterii, pozostałe ulegają uszkodzeniu i przechodzą w stan anabiozy,
inne przeżywają ten proces
Im szybciej prowadzony jest proces mrożenia tym mniej bakterii ginie
Mrożenie w -29°C – nieznaczna redukcja liczby mikroflory mezofilnej i psychrotrofowej
Podczas przechowywania w -30°C dominują pałeczki Pseudomonas, Aeromonas, Vibrio
Rozmrażanie w temp. 40°C – rozwój pałeczek z rodziny Enterobacteriaceae i gronkowców
Bakterie występujące na mięsie
Pseudomonas
Alcaligenes
Escherichia
Micrococcus
Streptococcus
Proteus
Clostridium
Pleśnie występujące w mięsie świeżym
Mucor
Rhizopus
Penicillium
Aspergillus
Cladosporium
Drożdże występujące w mięsie świeżym
Candida
Rhodotorula
Saccharomyces
Torulopsis
Bakterie chorobotwórcze występujące w mięsie świeżym
Salmonella – do 55% tusz
Yersinia enterocolitica
E coli O157:H7
Clostridium perfringens
Listeria monocytogenes
Liczba tych bakterii w mięsie jest zwykle mała, ale przy przechowywaniu w temp. chłodniczych
bakterie mogą się namnażać
Mogą pochodzić z zanieczyszczonych pasz
Mięso pakowane
Rodzaje opakowań:
o
Folia gazoszczelna
o
Próżnia
o
Atmosfera modyfikowana
Grupy drobnoustrojów:
o
Beztlenowce
o
Psychrofile – przy 1,5% tlenu
o
Mikrokoki
o
Bakterie fermentacji mlekowej Lb. plantarum - w opakowaniach hermetycznych (<1%
tlenu, 10-20% CO
2
)
o
E. coli, Salmonella spp., Clostridium sporogenes, Staphylococcus aureus, Clostridium
botulinum, Campylobacter
Najkorzystniejsze efekty przedłużania trwałości mięsa uzyskuje się przy zastosowaniu mieszaniny
gazów CO
2
, N
2
, H
2
Mikroflora kiełbas
Proces produkcyjny ogranicza rozwój mikroflory
o
Mięso peklowane lub solone poddane pieczeniu, suszeniu lub parzeniu
Produkt gotowy może być źródłem:
o
Staph. aureus, Listeria monocytogenes, E.coli, Salmonella
Zakażenie może nastąpić podczas:
o
peklowania: ziarniaki, G(-) pałeczki, G(+) laseczki przetrwalnikujące
o
rozdrabniania: bakterie psychrofilne i chorobotwórcze
o
dodatku przypraw: mikroflora ciepłooporna
Wędliny
Produkty gotowane, nie powinny zawierać mikroflory wegetatywnej
Źródła zakażeń:
o
Silnie zanieczyszczony surowiec
o
Przyprawy
o
Osłonki naturalne: ziarniaki, G(-) pałeczki, laseczki gnilne tlenowe i beztlenowe
o
Krojenie, porcjowanie, pakowanie: mikroflora tlenowa
o
Przechowywanie: psychrofile (0°C), Enterobacteriaceae (temp. wyższe)
Psucie się mięsa
Podczas przechowywania mięsa i jego przetworów, w wyniku rozwoju niepożądanej mikroflory
następują nienaturalne zmiany:
o
Barwy
o
Zapachu
o
Konsystencji
Bakterie wykorzystują kolejno:
o
ATP
o
Wolne aminokwasy
o
Cukry
o
Białka i nukleotydy
Pierwsze ulegają rozkładowi sacharydy łatwo przyswajane przez:
o
bakterie tlenowe
: Pseudomonas, Micrococcus
o
pleśnie i drożdże
Drobnoustroje wydzielają wodę i CO
2
Przy braku lub ograniczeniu tlenu gromadzą się
kwasy organiczne
wytwarzane przez bakterie –
tzw. gnicie kwaśne, powstaje zapach kwaśny
Gnicie mięsa
Gnicie
to rozkład białek pod wpływem drobnoustrojów
o
gnicie powierzchniowe: Bacillus, E. coli, Klebsiella, Pseudomonas
o
gnicie głębokie: Clostridium
Efekt rozkładu- zapach gnilny, amoniakalno – stęchły (NH
3
, H
2
S, indol, merkaptany)
Etapy gnicia
Pierwsze atakują bakterie tlenowe, szybko zużywają tlen i stwarzają warunki do rozwoju
beztlenowców
o
ziarniaki i pałeczki
Po nagromadzeniu zasadowych produktów rozpadu białek wzrasta pH mięsa do wartości 7,6 – 8,0
o
pałeczki
Następuje dalszy wzrost pH do około 8,6, a następnie spadek do 7,5 spowodowany
wytwarzaniem siarkowodoru
o
laseczki Clostridium
Rozkład tłuszczów
Stopniowa hydroliza tłuszczów, pod wpływem
lipaz
, do wolnych kwasów tłuszczowych i glicerolu.
Uczestniczą
:
o
Pseudomonas
o
Micrococcus, Sarcina
o
Bacillus
o
Flavobacterium, Alcaligenes, Serratia, Proteus, Escherichia, Enterobacter
o
Drożdże – Candida, Torula, Rhodotorula
o
Pleśnie – Geotrichum lactis, Cladosporium butyricum
Organoleptyczne psucie się mięsa
Oznaki zepsucia to zmiany barwy i zapachu
Wyczuwalne zmiany zapachowe
o
2 x 10
6
komórek / cm
2
Bardzo silny zapach psującego się mięsa:
o
1 x 10
7
komórek / cm
2
Typowy zapach gnilny powodują obecne związki organiczne, np:
o
amoniak, siarkowodór, merkaptan
Zmiany barwy i zapachu
Zmiany barwy i zapachu
o
Zielona: Lb. viridescens, paciorkowce zieleniejące
o
Żółta: Flavobacterium, Micrococcus
o
Brunatna: Chlorobacterium lividum
o
Czerwona: Serratia marcescens
o
Niebieska: Pseudomonas syncyanea, Bacterium cyanogenum
o
Czarna: Cladosporium, Thamnidium, Sporotrichum
o
„Świecenie mięsa”: Pseudomonas fluorescens, Ps. phosphorescens, Acinetobacter
luminescens
Zmiany konsystencji
Wady występujące w produktach mięsnych:
o
Ciągliwość farszu kiełbas: Bacillus subtilis
o
„Zdrożdżenie” kiełbas: nadmierny rozwój drożdży Candida, Torulopsis, Debaryomyces
Rozmiękanie tkanki
Mazistość konsystencji
Ciągliwość w zalewach konserw i marynat
Mikroflora ryb i owoców morza
Ogólna liczba bakterii na powierzchni i wewnątrz:
o
10
2
– 10
7
jtk / cm
3
śluzu
o
Pseudomonas
o
Vibrio
Najwięcej bakterii znajduje się w przewodzie pokarmowym ryb 10
3
– 10
8
/ g
Skorupiaki i owoce morza – taka sama mikroflora jak ryb
o
Odżywianie poprzez filtrację sprzyja gromadzeniu się bakterii Vibrio cholerae, Staph.
aureus, E. coli, Str. putrefaciens, Pseudomonas ssp., przetrwalników Cl. botulinum,
patogennych szczepów Candida i Cryptococcus
Ryby – mikroflora patogenna
Ryby morskie i słodkowodne
:
o
Clostridium botulinum typ E i A, C, F
toksyna wytwarzana po śmierci zwierzęcia
o
Staphylococcus aureus
o
Shigella flexnerii
o
Salmonella Enteritidis – zanieczyszcza ryby morskie i przybrzeżne (ujścia kanalizacji)
Surowe i niedogotowane ryby:
o
Pseudomonas aeruginosa
o
Aeromonas
o
Vibrio (cholerae, parahaemolyticus)
Mikroflora patogenna ryb
Do 70% ziarniaków w zależności od środowiska
o
Gronkowce chorobotwórcze jako zanieczyszczenia po połowie
o
Micrococcus, Campylobacter
Dominują bakterie gnilne Pseudomonas, Aeromonas, Vibrio
Ryby hodowlane – zanieczyszczone pasze
Wtórne zakażenie psychrofilnymi pałeczkami, ziarniakami, laseczkami tlenowymi i pałeczkami
grupy coli:
o
lód do chłodzenia, skrzynki, ładowanie, pokład
Drób
Charakteryzuje się nosicielstwem różnej mikroflory patogennej:
o
Salmonella
o
Campylobacter jejuni
o
Staphylococcus
o
Escherichia coli
o
Clostridium perfringens
Przenoszone przez: pióra, skórę, układ pokarmowy w czasie przemysłowego uboju
Zakażenia pochodzą najczęściej z jaj wylęgowych i środowiska po wylęgu piskląt
Zanieczyszczenia drobiu
oparzanie - 60°C zabija Enterobacteriaceae, ale uszkadza naskórek
mechaniczne usuwanie pierza
patroszenie – uszkodzenie jelit i wydostanie treści
mycie i chłodzenie tuszek
Drób – wymagania
ogólna liczba drobnoustrojów
do 10
5
jtk / cm
2
bakterie z grupy coli
do 10
2
jtk / cm
2
lub miano coli poniżej 0,01
pałeczki Salmonella
– nb / cm
2
bakterie proteolityczne
– mniej niż 10
3
jtk / cm
2
Drób
Przy przechowywaniu w temp. chłodniczej bardzo szybko wzrasta liczba bakterii psychrofilnych
(Pseudomonas)
Zakażenie tuszek drobiowych pałeczkami
Salmonella dochodzi do 90%
Często zakażone są gronkowcami koagulazododatnimi
Jaja konsumpcyjne – jaja kurze
Na powierzchni skorupy jaja drobnoustroje osadzają się w czasie przechodzenia przez kloakę lub
w czasie składania
Niektóre drobnoustroje chorobotwórcze mogą lokalizować się w żółtku.
Liczba drobnoustrojów
na całej skorupie jaja po złożeniu waha się
10
4
- 10
6
Trwałość
jaj świeżych (30°C) wynosi co najmniej 14 dni.
Zatrucia Salmonella
Bakterie chorobotwórcze:
o
Salmonella
o
Staphylococcus
o
Shigella
Potrawy z dodatkiem jaj będące przyczyną zatruć Salmonella
o
Kremy cukiernicze
o
Lody
o
Ciasta
o
Majonezy
Produkty te nie są poddawane obróbce termicznej, co powoduje, że Salmonella zawarta w jajach
dobrze się namnaża w produkcie
Zakażenie jaj Salmonella
Obecność Salmonella stwierdza się na:
3,0 – 0,21% jaj kurzych
Jaja kacze
zawierają bardzo często Salmonella i dlatego w większości krajów świata obowiązują
przepisy zabraniające wprowadzenie tych jaj do obrotu w stanie świeżym
Mleko surowe
Poziom pH świeżego mleka wynosi 6,5
o
ogólna liczba drobnoustrojów > 10
4
/ cm
3
Dominujące grupy drobnoustrojów
o
50 – 70% to Micrococcus
o
saprofityczne gronkowce
o
bakterie z grupy coli
o
Pseudomonas
o
bakterie przetrwalnikujące