1
1. Typy odżywiania się mikroorganizmów.
Wśród bakterii możemy spotkać organizmy reprezentujące każdy z typów odżywiania
występujący w przyrodzie. Większość z nich jest zaliczana do heterotrofów,
czyli organizmów cudzożywnych. Wśród form samożywnych (autotroficznych) znajdują się
bakterie chemosyntezujące oraz fotosyntezujące. Te pierwsze do syntezy związków
odżywczych wykorzystują energię pochodzącą z utleniania pewnych związków
nieorganicznych np. amonowych jak Nitrosomonas, azotynów np. Nitrobacter, siarkowych -
Thiobacillus, czy wodorowych, jak Pseudomonas facilis. Bakterie fotosyntetyzujące
korzystają natomiast z energii świetlnej. W grupie bakterii przeprowadzających fotosyntezę są
takie które uzyskują atomy wodoru z siarkowodoru (beztlenowe) oraz te, które tak jak rośliny
czerpią wodór z wody (tlenowe np. sinice).
1. źródło węgla
AUTOTROFY – organizmy, które czerpią węgiel do budowy substancji organicznych
z dwutlenku węgla, przy czym nie są zdolne do czerpania go z innych źródeł; samożywne
HETEROTROFY – źródłem węgla są dla nich związki organiczne; cudzożywne
2. źródło energii
FOTOTROFY – energię uzyskują z promieniowania słonecznego
CHEMOTROFY – czerpią energię z utleniania organicznych lub nieorganicznych związków
chemicznych
3. źródło (donator) elektronów w procesie biosyntezy
LITOTROFY – źródłem elektronów są dla nich substancje nieorganiczne (H
2
, NH
3
, H
2
S,
CO, związki Fe i in.)
ORGANOTROFY – korzystają z organicznych źródeł elektronów.
mikroorganizmy
chemotrofy
fototrofy
chemolitotrofy
chemoorganotrofy
2
2. Podział mikroorganizmów w oparciu o sposób odżywania się.
Opis sposobu odżywiania się mikroorganizmów wymaga ustalenia:
· Co jest źródłem energii metabolicznej – energia jest niezbędna dla komórek
do wykonania pracy chemicznej, np. biosynteza (anabolizm), pracy osmotycznej
(transport przez błony), pracy mechanicznej czy pracy fizycznej.
· Co jest źródłem węgla do syntezy składników komórkowych.
· Co jest donorem elektronów i protonów w układzie przenośników, np. transport przez
błony, przemiany energetyczne w komórce.
Ze względu na sposób odżywiania się mikroorganizmy dzielimy na:
· Fotoautotrofy
· Chemolitotrofy
· Chemoorganotrofy
Chemotrofy – mikroorganizmy, które uzyskują energię w wyniku przemian
oksydoredukcyjnych organicznych lub nieorganicznych związków chemicznych.
Źródłem węgla dla tej grupy może być CO
2
lub związki organiczne.
Chemotrofy dzielimy na:
· Chemolitotrofy (chemoautotrofy) – organizmy korzystające z energii zawartej
w zredukowanych związkach organicznych, np. azotu, siarki, żelaza lub energii
zawartej w H
2
. Źródłem elektronów mogą być zredukowane związki, takie jak NH
3
,
CO, H
2
S, S, Fe
2+
. Źródłem węgla może być CO
2
lub związki organiczne. Do tej grupy
zaliczamy większość archeonów, bakterie nitryfikacyjne, bakterie wodorowe, żelaziste
i wiele innych, szczególnie często występujące w środowiskach wody i gleby.
· Chemoorganotrofy (organotrofy, chemoorganoheterotrofy) – mikroorganizmy,
które wykorzystują związki organiczne jako źródło węgla, energii i elektronów
(donory wodoru). Należą tutaj wszystkie grzyby (drożdże i pleśnie), większość
bakterii, pierwotniaki oraz zwierzęta.
Fotoautotrofy (fotolitoautotrofy) – organizmy samożywne wykorzystujące energię słoneczną.
Źródłem węgla dla tej grupy jest CO
2
, źródłem elektronów są związki nieorganiczne.
Do fotoautotrofów zaliczamy:
· Beztlenowe bakterie fototropiczne, których proces fotosyntezy nie uwalnia
do środowiska tlenu, np. purpurowe bakterie siarkowe.
3
· Tlenowe mikroorganizmy fototropiczne, które w obecności światła wytwarzają tlen –
takimi właściwościami cechują się sinice, glony.
3. Wyjaśnić pojęcia: fotolitotrofia, chemolitotrofia i organotrofia - patrz pytanie 2.
4. Oddychanie tlenowe mikroorganizmów.
Oddychanie jest procesem katabolicznym, w którym utlenianie związków organicznych lub
nieorganicznych jest sprzężone z syntezą ATP w procesie fosforylacji oksydacyjnej,
a końcowymi akceptorami elektronów są związki egzogenne. Energia zawarta w substratach
oddechowych jest stopniowo uwalniana w serii sprzężonych reakcji utleniania i redukcji,
którym towarzyszy transport elektronów w łańcuchu oddechowym.
W skład łańcucha oddechowego wchodzą co najmniej dwa kompleksy enzym-dehydrogenaza
i końcowa oksydoreduktaza. W bardziej kompletnych łańcuchach występują dodatkowe
enzymy lub białka przenoszące elektrony.
Łańcuch u Eukaryota jest umiejscowiony w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.
U Prokaryota w błonach mezosomów w błonie cytoplazmatycznej. W oddychaniu tlenowym
końcowym akceptorem elektronów jest tlen. Oddychanie tlenowe daje mikroorganizmom
większy zysk energetyczny, a związki organiczne są utleniane do związków obojętnych.
5. Proces fermentacji
Liczne bakterie i niektóre grzyby mikroskopowe posiadają zdolność do przeprowadzania
procesu utleniania, nazywanego fermentacją. W fermentacji substrat oddechowy zostaje
rozbity i przekształcony, po czym jeden produkt ulega utlenianiu, a drugi redukcji.
W przebiegu fermentacji wyzwala się tylko część energii, jaka uwalniałaby się w oddychaniu
tlenowym. Energia jest odkładana w ATP, a ten ostatni tworzy się w drodze fosforyzacji
substratowej. Wyjątkowo fermentacje mogą przebiegać bez wykorzystania fosforyzacji
substratowej, kiedy ATP powstaje kosztem energii pompy wodorowej lub sodowej.
Wydajność energetyczna fermentacji jest kilkanaście razy mniejsza niż bez oddychania
tlenowego. Do uzyskania tej samej ilości energii co w oddychaniu tlenowym, w czasie
fermentacji bakteria musi zużyć wiele razy większą ilość substratu. Produktem fermentacji,
oprócz energii zmagazynowanej w ATP, są związki organiczne bardziej zredukowane niż
substrat i bardziej utlenione. Bakterie fermentując, modyfikują silne środowisko, zużywając
dużo substratu i gromadząc wiele ilości produktów końcowych. Produkty te, są w większości
4
związkami organicznymi, mogą służyć jako źródło węgla i energii dla innych bakterii.
Przy dużych stężeniach substratu i dominacji bakterii fermentujących dochodzi do kumulacji
produktów, zwłaszcza kwasów i gazów.
Końcowe produkty fermentacji glukozy przez drobnoustroje:
Beztlenowa przemiana pirogronianu do zredukowanego metabolitu, który bez udziału tlenu
nie może być dalej metabolizowany, jako produkt niepotrzebny komórce, zostaje wydzielony
do środowiska. Znaczącym celem dalszej przemiany kwasu pirogronowego do produktu
końcowego jest regeneracja, czyli utlenienie zredukowanego NAD-u podczas II etapu. Proces
fermentacji jest charakterystyczny dla organizmów względnie beztlenowych – drożdże,
bakterie mlekowe oraz bezwzględnych beztlenowców – bakterie z rodzaju Clostridium
Bacteroides. Produkty końcowe będą zależne od wyposażenia enzymatycznego.
Jeżeli drobnoustroje mają skąpe wyposażenie to powstaje produkt homogenny, np. kwas
mlekowy.
5
6. Charakterystyka bakterii chemolitotroficznych.
Chemolitotrofy są liczną grupą. Występują w wodzie i glebie głównie. Są to mikroorganizmy,
które wykorzystują energię zawarta w zredukowanych związkach chemicznych. I odzyskują
te energię w wyniku utleniania związków.
1) Bakterie utleniające wodór – bakterie wodorowe (np. Hydrogenomonas)
H
2
+ 1/2 O
2
à H
2
O + 1ATP
2) Bakterie utleniające amoniak (np. Nitromonas)
NH
4
+
+ 1,5 O
2
à NO
2
-
+ H
+
+ H
2
O + 2ATP
3) Bakterie utleniające azotany (np. Nitrobacter)
NH
4
+
+ 1/2O
2
à NO
3
-
+ 1ATP
4) Bakterie utleniające nieorganiczne związki siarki, bakterie siarkowe (np. Thiobacillus)
HS
-
+ H
+
½O
2
à S
0
+H
2
O + 2ATP
S
0
+ 1½O
2
+ H2O à SO
4
2-
+2H
+
+1ATP
5) Bakterie utleniające jony żelazowe – bakterie żelaziste ( Ferrobacillus)
Fe
2+
+H
+
+ ¼ O
2
à Fe
3+
+ ½ H
2
O + 1 ATP
Niektóre chemolitotrofy są wyspecjalizowane w sposobie uzyskiwania energii
(np. Nitrosomonas - wyłącznie utlenione NH
3
), inne mogą wykorzystywać kilka
nieorganicznych donorów elektronów (np. Aciditobacillus ferroxidans - związki siarki, Fe (II)
i wodoru).
7. Oddychanie beztlenowe mikroorganizmów.
Końcowymi akceptorami elektronów są inne niż tlen pierwiastki lub utlenione związki
nieorganiczne i organiczne (siarka, azotany, tlenki azotu, siarczany, chlorany). Zależnie
od rodzaju akceptora mówimy o oddychaniu azotanowym, siarczanowym, fumaranowym.
W przypadku oddychania beztlenowego końcowym akceptorem elektronów mogą być
związki organiczne utlenione bądź związki nieorganiczne utlenione, które w wyniku
przeniesienia elektronów ulegają redukcji do określonych związków, np. CO
2
do CH
4
.
Określony typ oddychania beztlenowego przyjmuje nazwę od związku, który powstaje bądź
jest substratem w danym procesie.
6
8. Fotosynteza bakteryjna.
Mikroorganizmy fotosyntetyzujące żyją w wodzie (morskiej i słodkiej), w warstwach
dennych płytkich stawów, na powierzchni bagien, lodowców, gleby.
Mikroorganizmy fotosyntetyzujące:
* oksygenowe - wytwarzają tlen w czasie fotosyntezy, jako donor elektronów, do redukcji
NADP
+
wykorzystują H
2
O
* anoksygenowe - nie wytwarzają tlenu, donorami elektronów są nieorganiczne związki
siarki, wodoru, związki organiczne lub Fe(II). Niektóre gr. w ciemności mogą prowadzić
metabolizm chemoorganotroficzny.
Fotosynteza anoksygenowa - bierze w niej udział pojedyncza reakcja świetlna
(fotofosforylacja). Elektrony do redukcji NAD nie pochodzą z H
2
O lecz z innych
zredukowanych związków.
Barwniki uczestniczące w fotosyntezie- bakteriochlorofile + barwniki pomocnicze.
Fotosynteza oksygenowa - proces przekształcenia energii świetlnej w energię biochemiczną
ATP (fotofosforylacja). Energia świetlna jest też wykorzystywana do oderwania elektronu od
cząsteczki H
2
O i przeniesienia go na utlenioną formę NAD(P). Ciąg dwóch kolejnych reakcji
świetlnych aktywuje elektrony do poziomu wystarczającego do redukcji NAD(P) i do
wykorzystania H
2
O jako źródła elektronów.
Fotosynteza bakteryjna przebiega zasadniczo podobnie do fotosyntezy roślinnej, ale różni się
kilkoma istotnymi elementami. Przebiega w warunkach beztlenowych z udziałem innych
barwników asymilacyjnych niż chlorofil. Odmienna budowa chlorofilu oraz organelli
fotosyntezy powodują, iż wymagają one słabszego naświetlania. Absorbują więc światło
o dłuższej fali niż światło pochłaniane przez rośliny zielone. Siedliskami tych bakterii są
głębsze warstwy wody i beztlenowe muły denne. W miejscach tych znajdują się zredukowane
związki siarki, wodór lub kwasy organiczne będące donorami elektronów redukujących.
Z tego powodu w wyniku fotosyntezy bakteryjnej nie jest dostarczany do środowiska tlen,
a wydzielane są utlenione związki mineralne lub organiczne.
7
9. Charakterystyka bakterii prowadzących proces fotosyntezy anoksygenowej.
Bakterie fotosyntezy anoksygenowej nie są zdolne do wykorzystywania wody jako donora
wodoru, wymagają bardziej zredukowanych donorów, takich jak H
2
S, H
2
lub zw. organiczne.
Zawierają bakteriochlorofil a (niektóre również b,d lub e ) oraz karotenoidy (różne
zabarwienie komórek). Bakterie te występują pospolicie w środowisku wodnym,
w warstwach dennych płytkich stawów, wodach wolno płynących, przy brzegach jezior,
w górnych warstwach bagien.
▫
Purpurowe bakterie bezsiarkowe
-
Rhodobacter, Rhodopseudomonas,
Rhodospirillum – występują w jeziorach, stawach, w planktonie morskim; posiadają
plastyczny metabolizm - w warunkach beztlenowych i na świetle zachowują się jak
fotolitotrofy (H
2
donor elektronów), w warunkach tlenowych w ciemności stają się
organotrofami. Komórki małe, pałeczki, formy spiralne, kuliste.
▫
Purpurowe bakterie siarkowe - rodzina Chromataiceae, Ectothiorhodospiraceae -
występują w warunkach beztlenowych w wodach słodkich i słonych, ściekach; donor
elektronów H
2
S. Utleniają siarczki do siarki pierwiastkowej, którą gromadzą w komórkach.
Różne kształty komórek, z reguły duże (formy nitkowate, kuliste), często ruchliwe.
▫
Zielone bakterie fotosyntetyzujące
- nitkowate - rząd Chloroflexales - głownie termofilne, występują w gorących źródłach,
w warunkach beztlenowych zachowują się jak fototrofy (donor wodoru H
2
lub H
2
S),
nie gromadzą siarki w komórkach, w warunkach tlenowych nie wytwarzają chlorofilu i
zachowują się jak organotrofy.
- siarkowe - rząd Chlorobiales - bezwzględne beztlenowce i fototrofy (donor elektronów-
zredukowane związki siarki), siarkę odkładają w komórkach. Występują w ściekach, wodach
słodkich i morskich. Małe pałeczki, nieruchliwe.
8
10. Toksyczny wpływ tlenu na mikroorganizmy.
Toksyczne działanie może być:
§ bezpośrednie, np. utlenianie grup –SH w białkach, inaktywacja niektórych enzymów,
nadoksydacja cytochromów, nadoksydacja lipidów;
§ pośrednie, działanie toksycznych połączeń tlenu
Toksyczne połączenia tlenu:
- wolne rodniki nadtlenkowe (O
2
-
) O
2
+ e
-
O
2
-
(1.)
- nadtlenek wodoru (H
2
O
2
) O
2
+ 2e
-
O
2
2-
(2.)
- rodniki hydroksylowe (OH
-
) O
2
+ H
2
O + H
+
O
2
+ H
2
O + OH
-
(3.)
Reakcja:
(1.) jest katalizowana przez oksydazę cytochromową i niektóre enzymy zawierające miedź
(laktaza)
(2.) jest charakterystyczna dla niektórych enzymów z gr. flawinową (oksydaza glukozowa,
oksydaza aminokwasowa, oksydaza ksantynowa)
(3.) jest katalizowana przez wiele oksydaz (ksantynowa, aldehydowa)
Prowadząc hodowle mikroorganizmów tlenowych należy pamiętać, że pomimo iż tlen jest
niezbędnym związkiem dla ich wydajnego metabolizmu, zbyt wysokie stężenie może jednak
być niebezpieczne.
11. Reakcje tlenu podczas przemian mikrobiologicznych.
Podczas przemian mikrobiologicznych mogą powstawać następujące toksyczne połączenia
tlenu:
- wolne rodniki nadtlenkowe (O
2
-
) O
2
+ e
-
O
2
-
(1.)
- nadtlenek wodoru (H
2
O
2
) O
2
+ 2e
-
O
2
2-
(2.)
- rodniki hydroksylowe (OH
-
) O
2
+ H
2
O + H
+
O
2
+ H
2
O + OH
-
(3.)
Reakcja:
(1.) jest katalizowana przez oksydazę cytochromową i niektóre enzymy zawierające miedź
(laktaza)
(2.) jest charakterystyczna dla niektórych enzymów z gr. flawinową (oksydaza glukozowa,
oksydaza aminokwasowi, oksydaza ksantynowa)
(3.) jest katalizowana przez wiele oksydaz (ksantynowa, aldehydowa)
9
Prowadząc hodowle mikroorganizmów tlenowych należy pamiętać, że pomimo iż tlen jest
niezbędnym związkiem dla ich wydajnego metabolizmu, zbyt wysokie stężenie może jednak
być niebezpieczne.
Ochronne działanie wykazują enzymy:
2H
2
O
2
®2H
2
O+O
2
katalaza
H
2
O
2
+NADH
®2H
2
O+NAD
-
peroksydaza
2O
2
+2H
+
®
H
2
O
2
+O
2
dysmutaza nadtlenkowa
4O
2
-
+4H
+
®2H
2
O+3O
2
dysmutaza nadtlenowa(katalaza)
12. Wymagania pokarmowe mikroorganizmów.
Wszystkie mikroorganizmy wymagają do wzrostu tych samych pierwiastków, ale w różnych
formach. Pierwiastki budulcowe niezbędne to: C, N, O, H, P, S. Wchodzą one w skład
podstawowych związków chemicznych budulcowych i funkcjonalnych. Opracowując skład
pożywek hodowlanych musimy pamiętać o tym, ze liczbowa relacja tych składników musi
zabezpieczać podstawowe wymagania na składniki budulcowe. Najprostsza metoda na
zbadanie tych wymagań jest zbadanie biomasy po hodowli. C, H, O są podstawowymi
składnikami związków organicznych, budujących składniki funkcjonalne, np. enzymy.
Komórka najchętniej wykorzystuje źródła węgla, które nie wymagają wstępnej hydrolizy i
bez transformacji bezpośrednio wprowadzane s do szlaków metabolicznych. Mikroorganizmy
potrafią wykorzystywać większość źródeł węgla, ale musza wtedy zaangażować część energii
w procesy hydrolizy i transformacji wprowadzanych związków.
13. Pierwiastki budulcowe mikroorganizmów.
6 podstawowych pierwiastków (C, O, H, N, S, P) buduje wszystkie związki organiczne w
komórce: aminokwasy, białka, cukry, kwasy tłuszczowe, lipidy, nukleotydy i kwasy
nukleinowe.
Główne składniki masy komórkowej mikroorganizmów są:
-
Węgiel (C) - jego zawartość w suchej masie mikroorganizmów wynosi ok. 47-48%;
jest głównym pierwiastkiem wchodzącym w skład wszystkich związków organicznych,
-
Tlen (O) - stanowi 30-31% suchej masy mikroorganizmów; jest obecny we
wszystkich związkach organicznych, ponadto wchodzi w skład wody – podstawowego
rozpuszczalnika substancji komórkowych.
-
Wodór (H) - jego udział w suchej masie dochodzi do 8%, podobnie jak tlen jest
składnikiem wszystkich substancji organicznych oraz wody
10
-
Azot (N) - – stanowi 14% suchej masy drobnoustrojów; jest niezbędny w komórce
jako składnik aminokwasów, pochodnych sacharydów oraz zasad purynowych i
pirymidynowych (głównego budulca nukleotydów i kwasów nukleinowych).
-
Fosfor (P) – stanowi do 3%, wchodzi w skład nukleotydów budujących kwasy
nukleinowe, ale także związki typu ATP i ADP, w których wysokoenergetyczne wiązania
fosforanowe magazynują lub uwalniają energię w zależności od potrzeb komórki; buduje
też fosfolipidy oraz układy buforowe utrzymujące pH komórki na stałym poziomie.
-
Siarka (S) - stanowi do 1%, jest składnikiem niektórych aminokwasów, warunkując
ich zdolność do tworzenia mostków dwusiarczkowych, grupa –SH jest też częścią aktywną
wielu ważnych enzymów (np. oddychania komórkowego).
+Mikroelementy
14. Źródła pierwiastków budulcowych dla mikroorganizmów.
Tlen - Jego źródłem dla organizmów beztlenowych są związki organiczne, dla tlenowców,
względnych tlenowców powietrze.
Wodór - Wykorzystywany jest wodór pochodzący z połączeń organicznych i wody, która jest
wszechobecna w środowisku hodowlanym.
Azot - Jest składnikiem aminokwasów, zasad azotowych. Źródłem azotu dla
mikroorganizmów są także jony NH+4, najchętniej wykorzystywane. Część
mikroorganizmów potrafi wykorzystywać azot w formie utlenionej, ale wbudowywany może
być tylko w formie zredukowanej. Dlatego tracona jest energia na proces redukcji. Istnieją
mikroorganizmy zdolne do wykorzystywania mineralnych źródeł azotu: większość bakterie
chorobotwórczych, bakterie fermentacji mlekowej. Musza one mieć dostarczony azot w
postaci aminokwasów lub białek. Nieliczne drobnoustroje zdolne są do wykorzystywania
azotu atmosferycznego (Azotobacter).
Fosfor - Wchodzi w skład fosfolipidów (składniki błon komórkowych), kwasów
nukleinowych, ATP, AMP, ADP. Źródłem fosforu są związki mineralne, najczęściej P0
4
3-
.
Mikroorganizmy potrafią tez wykorzystywać fosfor w połączeniach organicznych.
Siarka - Występuje w organizmie w formie zredukowanej. Mikroorganizmy najchętniej
pobierają siarkę w postaci utlenionej i tylko niektóre drobnoustroje nie potrafią tej siarki
redukować, wtedy dostarcza się im S
2-
.
11
Składniki funkcjonalne - Musza być również obecne w pożywce. Biorą udział w
przemianach metabolicznych. Najistotniejsze są: mikroorganizmów, Na, Mg, Fe, Ca, Fe.
Związki te wykorzystywane są z reguły w postaci rozpuszczalnych soli.
Wymagane są również pierwiastki śladowe gł. Mn, Mo, Zn, Cu, Co, Ni, Se. Pierwiastki te w
pożywkach w skład, których wchodzą składniki naturalne, tzw. pożywki przemysłowe są
pomijane gdyż występują w zanieczyszczeniach surowców, w wodzie.
15. Podział mikroorganizmów w oparciu o wymagania pokarmowe.
Mikroorganizmy o skrajnie wysokich wymaganiach pokarmowych – są to głownie
patogenne mikroorganizmy, które poza swoim gospodarzem nie mogą się rozwijać. Muszą
mieć dostarczone wszystkie składniki pokarmowe w odpowiednich proporcjach. Rozwijają
się w środowisku o pełnym składzie pokarmowym (pełny zestaw budulcowy związków
organicznych). Najlepiej rozwijają się w organizmach żywych, czyli w środowisku
identycznym jak ich właściwa materia komórkowa. Na skraju tych wymagań są niektóre
gatunki bakterii mlekowych.
Mikroorganizmy o średnich wymaganiach pokarmowych – mikroorganizmy pośrednie,
występują najliczniej w przyrodzie, np. Pseudomonas i bakterie fermentacji mlekowej
Mikroorganizmy o niskich wymaganiach pokarmowych – mikroorganizmy autotroficzne
w stosunku do źródła węgla, a niektóre nawet do źródła azotu. Sinice o zdolności asymilacji
CO
2
i asymilacji azotu atmosferycznego, zalicza się również heterotroficzne mikroorganizmy
bytujące w środowiskach naturalnych. Rosną w środowiskach bardzo ubogich, są
charakterystyczne dla wód i gleby.
16. Wzrost osobniczy i populacyjny mikroorganizmów.
Wzrost osobniczy – przyrost biomasy i objętości organizmu jednokomórkowego (np.
komórki drożdżowej, bakteryjnej) lub wielokomórkowego (np. strzępki grzybni) w wyniku
biosyntezy substancji komórkowych, tj. białka, kwasy nukleinowe, sacharydy, służących do
tworzenia struktur komórkowych: błon komórkowych, rybosomów, jądra, mitochondriów –
cykl życiowy.
Wzrost populacyjny – wzrost populacji tzn. zwiększenie liczby komórek populacji
drobnoustrojów - organizacja całej populacji. Zwiększenie biomasy populacji
drobnoustrojów rozumianej jako zbiór organizmów określonego gatunku (szczepu)
znajdujących się w danym środowisku np. w hodowli.
12
W biotechnologii mikrobiologicznej i mikrobiologii żywności wzrost drobnoustrojów opisany
jest przede wszystkim jako wzrost populacji.
17. Systemy hodowli drobnoustrojów.
System otwarty – podczas całego okresu hodowli doprowadzone jest medium ze stałą
szybkością i z taką sama szybkością jest odprowadzana przefermentowana pożywka.
Jest to tzw. hodowla ciągła. Drobnoustroje mają idealne warunki do wzrostu. Są w takim
samym stosunku odżywczym:
§ Zmniejszona jest toksyczność środowiska
§ Dostarczane są cały czas składniki
System zamknięty – Pożywka hodowlana jest zamknięta w naczyniu i staje się coraz bardziej
uboga. Produkty metabolitu są cały czas gromadzone, w miarę upływu czasu pogarszają się
warunki życia mikroorganizmów. Gromadzące się komórki zmieniają warunki wewnętrzne
(gęstość), co powoduje pogorszenie równomiernego natlenienia środowisk, zmniejszenie
składników odżywczych. Drobnoustroje prowadzące fermentację są narażone na swoje
metabolity, ponieważ są one dla nich toksyczne. Jest to tzw. hodowla okresowa. Hodowla
okresowa to taka hodowla, mikroorganizmów której komórki w każdym momencie trwania
hodowli mają odmienny skład chemiczny środowiska na skutek ubytku substancji
odżywczych, nagromadzenia metabolitów toksycznych.
18. Wzrost drobnoustrojów w hodowli okresowej, fazy wzrostu drobnoustrojów.
Faza I - przystosowawcza, adaptacyjna, zastoju, lag faza,
- trwa od momentu wprowadzenia drobnoustroju do świeżej pożywki, aż do czasu uzyskania
intensywnego rozwoju
- okres jej trwania zależy od:
§ składu pożywki, w której przygotowano inokulum,
§ rodzaju pożywki hodowlanej,
§ wielkości i stanu fizjologicznego użytego materiału posiewnego,
§ cech gatunkowych drobnoustrojów
§ temperatury inkubacji
- w fazie zastoju masa pojedynczych komórek wprowadzonych do świeżej pożywki rośnie
natychmiast w stosunku logarytmicznym;
- zwiększenie ilości kwasu RNA - nawet l2-krotnie (do syntezy innych enzymów)
13
- potem zwiększenie ilości białek oraz rybosomów;
- powiększają się wymiary pojedynczej komórki.
Faza II - wzrostu logarytmicznego, wykładnicza.
- najintensywniejszy przyrost liczby komórek, ze stałą szybkością
- masa i liczba komórek wzrastają logarytmicznie
- wartości RNA w przeliczeniu na masę komórki są względnie stałe
- składniki komórki syntetyzowane ze stalą szybkością - sprzyja to zachowaniu stałej
wielkości komórki oraz jej składu chemicznego
- tzw. wzrost zrównoważony
- czas trwania fazy determinowany jest czynnikiem środowiskowym np. ilością substancji
odżywczych, obecnością toksycznych produktów metabolizmu, wartością pH, temperatury,
tlenu. Zależy też od właściwości drobnoustrojów i sposobu prowadzenia hodowli.
Faza III - faza zwolnionego wzrostu
- maleje rozmiar komórek
- staja się one ubogie w RNA i rybosomy
- równocześnie wzrasta liczba komórek martwych
Faza IV - faza stacjonarna
- stała liczba komórek w hodowli - równowaga pomiędzy żywnymi i martwymi
- komórki zużywają materialny zapasowe
- ulega degradacji część rybosomów
- komórki jednak cały czas mają zdolność syntezy pewnych enzymów
- czasami mikroorganizmy w tej fazie produkują metabolity (w idiofazie)
Faza V - zwolnionego zamierania
- przyrost liczby komórek martwych
- pojawiają się formy ewolucyjne
- zachodzą proces autolizy zmniejsza się liczba komórek oraz ogólna biomasa hodowli
Faza VI - logarytmicznego zamierania
- szybkość zamierania drobnoustrojów w jednostce czasu jest stała
- szybkość zamierania oraz okres trwania tej fazy zależy od stopnia wrażliwości komórek na
toksyczne metabolity - są one wówczas w dużym stężeniu
- może mieć ona gwałtowny lub łagodny przebieg.
14
19. Diauksja.
Diauksja - jest to dwufazowy wzrost w podłożu z różnymi składnikami (np. z różnymi
sacharydami).
Polega ona na tym, ze najpierw wykorzystany zostanie prostszy składnik, dopiero później ten
trudniejszy do "przerobienia", np gdy w podłożu obecna jest glukoza i skrobia - najpierw
wykorzystana zostanie glukoza. Diauksja ma miejsce szczególnie wtedy, gdy w podłożu są
różne składniki naturalne.
Funkcjonowanie represji katabolicznej i indukcji substratowej, że w obecności dwóch źródeł
energii, drobnoustrój w pierwszej kolejności wykorzystuje substrat metabolicznie
korzystniejszy, a dopiero po jego wyczerpaniu następuje indukcja dodatkowych enzymów i
uruchomienie nowego odcinka procesu katabolicznego, umożliwiającego przyswajanie
komórce substratu "gorszego". Mechanizm ten stanowi podstawę zjawiska "diauksji", czyli
dwufazowości wzrostu drobnoustrojów. Ma on również kluczowe znacznie w procesach
biosyntezy antybiotyków, która wymaga ograniczenia szybkości wzrostu drobnoustrojów.
Osiąga się to np. przez obniżenie stężenia łatwo przyswajalnego cukru, np. glukozy,
wprowadzając laktozę.
20. Zjawiska „Shift up” i „Shift down” w hodowli drobnoustrojów.
Zjawisko "shift up" – zjawisko przesunięcia ze wzrostu osobniczego do wzrostu
populacyjnego (zmiana szybkości syntezy związków wysokocząsteczkowych po
przeniesieniu na podłoże bogatsze). Następuje zwiększenie ilości DNA i enzymów.
Zjawisko "shift down" – zjawisko przesunięcia wzrostu drobnoustrojów na niższy poziom
(zmiana szybkości syntezy związków wysokocząsteczkowych po przeniesieniu na podłoże
uboższe). Następuje zastopowanie produkcji RNA, spadek syntezy białek oraz spadek
stężenia kwasów nukleinowych.
21. Zmiany w składzie chemicznym drobnoustrojów zależnie od fazy rozwojowej.
Hodowla okresowa powoduje w każdym momencie hodowli odmienność składu chemicznego
komórek, odmienność morfologii i aktywności enzymatycznej. Zmianie ulega skład i rozmiar
komórki. Jest to związane z odmiennymi warunkami abiotycznymi, natlenianiem, wzrostu
substancji toksycznych. Nie ma dwóch identycznych punktów w czasie, a których wszystko
byłoby identyczne.
15
W fazie 1 zawartość RNA zwiększa się nawet 12- krotnie, wzrasta ilość białka oraz
rybosomów. Ostatecznie powiększają się wymiary pojedynczych komórek. Masa
poszczególnych komórek oraz zawartość RNA w komórce rośnie do osiągnięcia pewnego
poziomu.
W fazie logarytmicznej masa i liczba komórek wzrastają logarytmicznie. Natomiast wartość
RNA w przeliczeniu na masę komórki są względnie stałe. Składniki komórki są
syntetyzowane w sposób uporządkowany i ze stała szybkością, co sprzyja zachowaniu stałej
wielkości komórki oraz jej składu chemicznego.
Faza III jest fazą zwolnionego wzrostu podczas której maleje rozmiar komórek oraz stają się
one ubogie w RNA i rybosomy .Wzrasta liczba komórek martwych .Ze względu na
ograniczoną ilość dostępnego substratu komórki zużywają materiały zapasowe ulegają
również degradacji części rybosomów.
22. Parametry wzrostu mikroorganizmów w hodowli okresowej.
Hodowla okresowa (statyczna, wstrząsana) – w której drobnoustroje namnażane są w
systemie zamkniętym, do czasu całkowitego wyczerpania składników odżywczych lub
zatrucia się produktami własnej przemiany materii.
Wzrost drobnoustrojów w hodowli okresowej charakteryzują trzy parametry:
§ Przyrost biomasy
§ Szybkość wzrostu
§ Czas trwania fazy zastoju (lag fazy)
Przyrost biomasy stanowi różnicę pomiędzy ilością biomasy w szczytowym punkcie
hodowli a ilością biomasy wprowadzonej do pożywki:
o
X
X
X
-
=
max
Zależność ta określa wartość suchej masy w gramach. Największy przyrost biomasy przypada
na fazę logarytmiczną wzrostu, lecz największą ilość biomasy stwierdza się w fazie
stacjonarnej. Jest ona plonem rozwoju populacji we wszystkich fazach wzrostu hodowli
stacjonarnej.
16
Szybkość wzrostu jest to stosunek przyrostu biomasy, bądź liczby komórek do masy lub
liczby komórek już istniejących w jednostce czasu.
=
X
dt
dX
1
*
μ
=
N
dt
dN
1
*
μ
μ – właściwa szybkość wzrostu (h
-1
)
Czas trwania fazy zastoju (lag fazy) – pozwala ocenić właściwości mikroorganizmu oraz
przydatność pożywki. Czas trwania lag fazy można wyznaczyć z różnicy czasu między
momentem t
r
, w którym hodowla osiąga określoną biomasę (X
r
) lub liczbę komórek (N
r
),a
momentem t
i
, w którym ta biomasa lub liczba komórek byłaby uzyskana, gdyby
drobnoustroje rozmnażały się wykładniczo.
23. Szybkość wzrostu drobnoustrojów, definicja.
Szybkość wzrostu jest to stosunek przyrostu biomasy, bądź liczby komórek do masy lub
liczby komórek już istniejących w jednostce czasu.
=
X
dt
dX
1
*
μ
=
N
dt
dN
1
*
μ
μ – właściwa szybkość wzrostu (h
-1
)
Szybkość wzrostu d-ju zależy od:
§ Cech gatunkowych (szczepowych) drobnoustrojów
§ Składu pożywki (stężenia i rodzaju składników odżywczych, zawartości szkodliwych
parametrów metabolizmu)
§ Parametrów fizycznych hodowli (temperatura, pH, aktywność wody, potencjał
redoks).
Parametrem równoważnym μ jest okres generacji, t
g
, definiowany jako czas potrzebny do
podwojenia liczby komórek. Zależność pomiędzy tymi dwoma parametrami jest następująca:
g
t
2
ln
=
m
17
24. Wzrost ograniczony: limitacja i hamowanie wzrostu mikroorganizmów.
Często w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych mamy do czynienia ze zjawiskiem
limitacji wzrostu przez niskie stężenie któregoś ze składników podłoża lub hamowania
wzrostu w obecności inhibitora, np. nagromadzonego metabolitu. W hodowli okresowej
zaistnienie takich warunków ograniczających szybkość wzrostu prowadzi do zakończenia
fazy logarytmicznej, a zatem wzrost ograniczony przestaje być wzrostem wykładniczym.
Obniżenie się stężenia jednego ze składników podłoża powoduje zwykle postępujący spadek
szybkości wzrostu zgodnie z modelem Monoda analogicznym do równania Michaelisa –
Menten.
S
K
S
X
dt
dX
s
+
=
max
m
Jeżeli substrat asymilowany przez drobnoustrojów znajduje się w zbyt dużym nadmiarze,
może to również prowadzić do ograniczenia szybkości wzrostu. Do takich substratów należą:
kwas cytrynowy, etanol.
Ważnym czynnikiem ograniczającym wzrost drobnoustrojów, jest niedobór tlenu w
środowisku. W warunkach niedostatecznego natlenienia szybkość wzrostu i szybkość
oddychania biomasy zależą od stężenia tlenu rozpuszczonego w podłożu. Kolejnym
czynnikiem może być nagromadzenie toksycznego produktu metabolizmu.
P
K
K
X
dt
dX
p
p
+
=
max
m
25. Wzrost mikroorganizmów w hodowli ciągłej.
W warunkach hodowli ciągłej, po wstępnym namnożeniu mikroorganizmów odbywa się stałe
zasilanie fermentora świeżą ilością pożywki i jednoczesny odbiór tej samej objętości płynu
hodowlanego. Pozwala to na utrzymanie stałego stężenia substratu i wytwarzanych
produktów metabolizmu, jak i również zachowanie wykładniczego wzrostu populacji.
Rozróżnia się dwa sposoby prowadzenia hodowli ciągłej:
1. na zasadzie chemostatu
18
W chemostacie wzrost drobnoustrojów jest regulowany szybkością dopływu pożywki. W
dowolnym udziale można zmienić szybkość przepływu pożywki tylko w takim zakresie, aby
stężenie wprowadzonego substratu nie przekroczyło wartości, przy której drobnoustroje
osiągają maksymalną właściwą szybkość wzrostu. W chemostacie stałe stężenie biomasy jest
wynikiem stałej szybkości rozcieńczania D.
Wielkością stała jest szybkość rozcieńczania hodowli D (h
-1
).
D – stosunek natężenia objętościowego przepływu pożywki (F) do objętości hodowli (V)
V
F
D
=
Zasadą chemostatu jest stan równowagi dynamicznej między szybkością wzrostu μ i
szybkością rozcieńczania hodowli:
μ
DX
X
=
2. na zasadzie turbidostatu
W metodzie tej zadane stężenie biomasy utrzymywane jest w wyniku automatycznej regulacji
przepływu podłoża opartej na pomiarze zmętnienia zawiesiny hodowlanej. W
skonstruowanym układzie między natężeniem przepływu pożywki a zmętnieniem zawiesiny
hodowlanej działa mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego tzn. gdy zmętnienie maleje
natężenie przepływu wzrasta i odwrotnie – wzrostowi zmętnienia towarzyszy zmniejszenie
dopływu świeżej pożywki. Wadą hodowli w turbidostacie jest niższy niż w chemostacie
stopień wykorzystywania substratu oraz konieczność stosowania skomplikowanych
technicznie urządzeń.
26. Zalety i wady hodowli ciągłej.
Zalety:
§ Brak limitacji wzrostu drobnoustrojów substratem i produktem metabolizmu
§ Wyeliminowanie zmiany warunków w trakcie trwania hodowli,
§ Możliwość standaryzacji stanu fizjologicznego drobnoustrojów
§ Otrzymane produkty biotechnologiczne są bardziej jednolite
§ Wyższa produktywność procesu (nawet 10 razy)
§ Zmniejszenie czasu pracy na obsługę hodowli (mycie, sterylizację aparatury)
§ Możliwość prowadzenia hodowli w dowolnie długim czasie w warunkach ustalonych
§ Możliwość regulacji stanu fizjologicznego drobnoustrojów przez dobór szybkości
zasilania substratem i dobór składu pożywki zasilającej hodowlę
19
§ Jednorodność stanu fizycznego i chemicznego hodowli
§ Możliwość automatyzacji procesu
§ Większa szybkość i wydajność wielu procesów
§ Efektywniejsze wykorzystanie aparatury
Wady:
§ Trudność utrzymania jałowych warunków procesu przez dłuższy czas
§ Możliwość degeneracji szczepów (brak stabilności genetycznej)
§ Tworzenie przez niektóre mikroorganizmy kłaczków lub agregatów powodujących
zarastanie ścian i przewodów fermentora
§ Niebezpieczeństwo degradacji szczepów i opanowania hodowli przez mutanty o
niekorzystnych własnościach technologicznych
§ Trudności z utrzymaniem aseptycznych warunków w bioreaktorze
§ Niesprzyjające warunki produkcji niektórych substancji wytwarzanych przez komórki
nierosnące
§ Niedostateczna znajomość dynamicznych właściwości drobnoustrojów w hodowli
ciągłej
27. Metody mikroskopowe pomiaru ilości drobnoustrojów.
Metody mikroskopowe polegają na bezpośrednim liczeniu komórek mikroorganizmów pod
mikroskopem. Różnice sprowadzają się do sposobu przygotowania próby i różnych metod
przeliczania drobnoustrojów na jednostkę objętości.
1. liczenie drobnoustrojów przy użyciu komór - komory do liczenia drobnoustrojów
pod mikroskopem maja postać szklanych płytek z wyciętym wgłębieniem
podzielonym na kwadraty lub prostokąty o znanej powierzchni.
KOMORA THOMA
Ma ona głębokość 0,1mm, na jej dnie znajduje się siatka składająca się z 16 dużych
kwadratów, które z kolei są podzielone na 16 małych. Szerokość i długość komory wynosi
0,05mm. Na powierzchni komory Thoma wyżłobione są trzy kanaliki w kształcie litery H.
Badana zawiesinę nanosi się na górną i dolną siateczkę w centralnej części komory.
Wyjściowa gęstość zawiesiny powinna wynosić od 10
6
do 10
7
komorek w 1cm
3
, podczas
20
liczenia wyznacza się średnia liczbę komórek w około 40 małych kwadracikach. Liczbę
drobnoustrojów w 1cm
3
wylicza się ze wzoru:
n
a
L
*
*
10
*
4
6
=
n – rozcieńczenie zawiesiny drobnoustrojów
a – średnia zawartość komórek w polu widzenia.
KOMORA BURKERA
Ma podobną budowę jak komora Thoma, podzielona jest jednak na większe kwadraty: o boku
0,2mm. Liczbę drobnoustrojów wylicza się ze wzoru:
n
a
L
*
*
10
*
5
,
2
5
=
n – rozcieńczenie zawiesiny drobnoustrojów
a – średnia liczba komórek w polu widzenia
2. Liczenie drobnoustrojów w preparacje przeżyciowym (bezpośrednim)
Polega ona na wykonaniu preparatu bezpośredniego, a następnie liczeniu pod mikroskopem
średniej liczby komórek. Liczenie należy przeprowadzić w trzech preparatach, minimum po
20 pól widzenia w każdym. Należy tez policzyć powierzchnię pola widzenia mikroskopu.
Liczbę drobnoustroju w 1cm
3
próby oblicza się z wzoru:
na
h
r
L
2
1000
p
=
n – rozcieńczenie zawiesiny drobnoustrojów
a – średnia zawartość komórek w polu widzenia
r – promień pola widzenia [mm]
h – grubość warstwy cieczy między szkiełkami [mm]
3. Liczba drobnoustrojów metodą Breeda w preparacie barwionym
Zasada polega na wykonaniu równomiernego rozmazu niewielkiej ilości hodowli, pobranej
tzw. pipetą Breeda (0,01cm
3
), na znanej powierzchni A szkiełka podstawowego, wcześniej
dokładnie odtłuszczonego. Po wykonaniu rozmazu, wysuszeniu i utrwaleniu preparat
wybarwia się odpowiednim barwnikiem a następnie liczy pod mikroskopem średnią liczbę
komórek z trzech preparatów w 20 wybranych polach widzenia. Mikrometrem
21
obiektywowym wyznacza się średnicę pola wodzenia. Liczbę drobnoustrojów w 1cm
3
próby
oblicza się z wzoru:
ax
h
r
A
L
2
p
=
A - pole rozmazu
a – średnia liczba komórek w polu widzenia
x = 100, przelicznik dla pipety Breeda
r – promień pola widzenia
Metoda ta może byś stosowana do liczenia bakterii i grzybów.
4. Metoda DELT
Polega na liczeniu pod mikroskopem drobnoustrojów na filtrze membranowym o porach
0,45μm , po uprzednim ich wybarwieniu fluorochromami. Badane próbki mogą być poddane
wstępnej obróbce enzymatycznej. Po filtracji komórki barwi się oranżem akrydyny i liczy w
mikroskopie fluorescencyjnym. Barwienie, umożliwia odróżnianie komórek żywych od
martwych; żywe komórki fluoryzują na pomarańczowo lub żółto, martwe na zielono.
28. Metody hodowlane pomiaru ilości drobnoustrojów.
Metody hodowlane (pośrednie) oparte są na zdolności drobnoustrojów do rozmnażania, dzięki
czemu oznacza się tylko żywe komórki zdolne do wzrostu w pożywkach płynnych (metoda
rozcieńczeniowa) lub w pożywkach stałych (metoda płytkowa i jej modyfikacje).
• Metoda rozcienczeń
Metoda seryjnych rozcieńczeń Listera należy do klasycznych technik stosowanych do
określania liczby drobnoustrojów oraz izolowania czystych hodowli ze środowiska płynnego.
Zasada tej metody polega na wieloetapowym rozcieńczaniu badanej zawiesiny, tak, aby w
1cm
3
znajdowała się 1 komórka. Z kolejnych rozcieńczeń wykonuje się posiewy, po 1 cm
3
, do
pożywek płynnych, co najmniej w 2 powtórzeniach. Po inkubacji określa się ilość prób
dodatnich, tj. takich, w których rosną drobnoustroje. Korzystając z tablic McCrady’ego
ujmujących statystycznie ilość prób ze wzrostem drobnoustrojów, rozcieńczeniem i ilością
powtórzeń wylicza się w oparciu o rachunek prawdopodobieństwa NPL, czyli najbardziej
prawdopodobną liczbę drobnoustrojów w 1 cm
3
badanej próby. Dokładność metody zależy od
przygotowania właściwych rozcieńczeń i od ilości równoległych prób. Warunkiem jest
22
przygotowanie takiego szeregu rozcieńczeń, aby w ostatnim nie były juz obecne
mikroorganizmy. Jest to metoda czasochłonna, pracochłonna i coraz rzadziej stosowana.
• Metoda płytkowa
Zasada metody polega na wysiewie odpowiednio rozcieńczonej zawiesiny drobnoustrojów na
pożywkę stała, inkubacji i liczeniu wyrosłych kolonii. Wyniki otrzymywane ta metoda są
zawsze niższe niż rzeczywiste, ponieważ liczy się na płytkach tylko kolonie tych
drobnoustrojów, które są zdolne do wzrostu na danej pożywce i w danych warunkach.
Dodatkowym czynnikiem obniżającym wyniki oznaczeń jest występowanie niektórych
bakterii w skupiskach i łańcuszkach. Technika wysiewu na płytki wymaga zachowania
następującej procedury:
a) ROZCIEŃCZENIE ZAWIESINY
Badaną próbę należy tak rozcieńczyć, aby po wysiewie na płytkę wyrosło od 30 – 300
kolonii. Rozcieńczenia najczęściej przygotowuje się w jałowej soli fizjologicznej lub płynie
Ringera.
b) POSIEW NA PŁYTKI PETRIEGO
Posiew można wykonywać metoda wgłębną lub powierzchniową. Powinny być wykonywane
z dużych rozcieńczeń, w co najmniej dwóch powtórzeniach.
c) INKUBACJA
Płytki z posiewami inkubuje się w temperaturze optymalnej dla wzrostu określonej grupy
mikroorganizmów.
d) LICZENIE
Po inkubacji liczy się wyrosłe kolonie na płytkach, odrzucając płytki z ilością powyżej 300 .
• Modyfikacje metody płytkowej
Tradycyjna metoda liczenia drobnoustrojów na pożywce stałej doczekała się wielu
modyfikacji, które w znacznym stopniu ja upraszczają. Automatyzacja podstawowych
etapów, takich jak: rozcieńczanie badanej próby, posiew i liczenie drobnoustrojów zmniejsza
pracochłonność i czasochłonność wykonywanych badań.
a) Metoda filtrów membranowych
Jest stosowana do określania ilości drobnoustrojów w środowiskach, przeważnie wodnych, w
których ilość ich jest niewielka, poniżej 20-30 komórek w 1 cm
3
. Zasada tej metody polega na
23
przesączeniu określonej objętości badanego płynu (lub rozpuszczonej substancji stałej) przez
filtr membranowy o wielkości porów 0,2-0,4 μm. Filtracja odbywa się dzięki wytworzeniu
podciśnienia w kolbie ssawkowej za pomocą pompki wodnej lub mechanicznej. Ilość cieczy
przeznaczonej do filtracji dobiera się według przewidywanej liczby mikroorganizmów w
badanej próbie. Zatrzymane na filtrze drobnoustroje rozwijają się poprzez umieszczenie filtru
na powierzchni płytki Petriego z odpowiednią pożywką agarowa. Płytki inkubuje się w
temperaturze optymalnej dla wzrostu danych mikroorganizmów w czasie 24-48 godz. Po
inkubacji ilość kolonii, które wyrosły na powierzchni filtru odpowiada liczbie
drobnoustrojów, znajdujących się w badanej objętości płynu.
b) Wykorzystanie Petrifilmów
Petrifilmy są jałowymi plastykowymi płytkami zawierającymi gotowe pożywki hodowlane
przykryte folią polietylenową. Specjalny indykator dodany do pożywek zabarwia kolonie
drobnoustrojów, przez co są one lepiej widoczne. Na płytkach są zaznaczone kwadraty o
powierzchni 1 cm
3
ułatwiające liczenie wyrosłych kolonii. Posiewu dokonuje się za pomocą
pipety, nanosząc 1 cm
3
badanej próbki lub jej rozcieńczenia na środek płytki, następnie
przykrywa się folia i dociska specjalnym krążkiem w celu równomiernego rozprowadzenia
próbki po całej powierzchni pożywki. Po inkubacji płytek w określonych warunkach liczy się
wyrosłe kolonie.
c) Płytki kontaktowe testy łopatkowe
Testy te są przeznaczone do szybkiej oceny jakości mikrobiologicznej produktów oraz
kontroli stanu higienicznego. Zastosowano w nich technikę wzrostu drobnoustrojów na
pożywce agarowej nałożonej na obydwie strony płytki, która jest umieszczona w sterylnej
fiolce. Producenci oferują zestawy do określania ogólnej liczby drobnoustrojów, liczby
drożdży i pleśni, obecności bakterii z rodzaju Enterobacteriaceae, identyfikacji bakterii E.coli,
oraz bakterii z rodzaju Pseudomonas.
d) Metoda posiewów spiralnych
W metodzie tej następuje rozprowadzenie mikropipetą badanego materiału po powierzchni
płytki agarowej w postaci spirali Archimedesa, biegnącej spiralnie od centrum płytki do jej
brzegów. W urządzeniu służącym do posiewów tą metoda silnik elektryczny obraca
podstawę, w której umieszcza się otwartą płytkę Petriego z pożywką agarową. Liczenie
24
drobnoustrojów odbywa się przez umieszczenie pod płytką wzorcowej siatki podzielonej na 8
sektorów, będących wycinkami koła.
29. Tworzenie się biocenoz w środowiskach.
Niezależnie od poglądu ze mikroorganizmy znajdziemy wszędzie, są środowiska ich
pozbawione. Są to np. tereny objęte spływem lawy, świeżo odkryte powierzchnie skał, tkanki
żywych , zdrowych organizmów wyższych czy surowce spożywcze i produkty wyjałowione.
Takie środowiska są doskonałymi modelowymi warunkami do obserwowania tworzenia się
biocenoz. Stwierdzono, że w podobnych warunkach ekologicznych kolejność zmian wykazuje
pewną prawidłowość. Zjawiska tez nazwano sukcesją ekologiczną. Wyróżniamy dwa typy
sukcesji ekologicznej: pierwotną i wtórną.
30. Sukcesja pierwotna, przykłady.
W ekosystemach w miarę upływu czasu zmienia się stan gatunkowy roślin i zwierząt oraz
warunki środowiskowe. Zmiany w ekosystemie mogą być antropogeniczne (wywołane
działalnością człowieka) oraz naturalne. Zmiany naturalne mogą być sezonowe, odwracalne.
Mogą wystąpić zmiany naturalne wieloletnie, nazywane sukcesjami. Sukcesje są procesami
nieodwracalnymi, trwającymi do ustalenia pełnej równowagi między asymilacją (produkcja),
a dysymilacją (konsumpcją). Równowaga osiągana jest w stadium nazywanym klimaksem
(najbardziej stabilne studium sukcesji). Sukcesja jest procesem kierunkowych zmian
biocenozy, powodujących przeobrażenie się prostych ekosystemów w bardziej złożone.
Mechanizm sukcesji polega na tym, że organizmu przekształcając środowisko, w czasie
bytowania w nim, czynią je przydatnym do innych organizmów.
Sukcesja pierwotna – występuje na terenach dziewiczych, pozbawionych jakichkolwiek
organizmów. Miejsca objęte sukcesją pierwotną to: wydma, skała, hałda, zatopiony statek.
Sukcesja pierwotna jest właściwa dla środowisk, w których dotąd nie istniało życie, np. na
świeżo odkrytych skałach. Rozwój biocenoz w takich środowiskach zaczyna się od gatunków
pierwotnych, czyli tzw. mikroorganizmów pionierskich, które stopniowo zmieniają
środowisko , przez co staje się bogatsze w różne gatunki i w ich odrębnie w ilości osobników.
Gatunki pionierskie zazwyczaj cechują się zdolnością ruchu lub zdolnością do przeżycia w
powietrzu. Daje im to szansę dotarcia do określonego siedliska. Rodzaj gatunków
pionierskich, zależy od charakteru chemicznego i parametrów fizycznych zasiedlanego
środowiska. W środowiskach jałowych o bardzo ubogim składzie odżywczym w warunkach
25
sukcesji pierwotnej pierwszymi gatunkami mikroorganizmów są producenci, tj.
mikroorganizmy fotoautotroficzne i chemolitotroficzne o bardzo małych wymaganiach
pokarmowych. Najczęściej mikroorganizmami pionierskimi w takich środowiskach są sinice
lub glony. Biomasa tych organizmów po śmierci stanowi doskonały, pełnowartościowy
materiał budulcowy, dzięki któremu mogą pojawić się reducenci i konsumenci, czyli
mikroorganizmy chemoorganotroficzne. Ze względu na z reguły dużą szybkość wzrostu
bakterie chemoorganotroficzne stają się okresowo dominującymi w populacji. Jednakże po
wyczerpaniu nagromadzonych składników pokarmowych może dojść do ponownego powrotu
organizmów autotroficznych.
W środowiskach jałowych, lecz bogatych odżywczo, np. po wprowadzeniu zanieczyszczeń
organicznych do wód czy też w tkankach zwierząt po uboju, czy otwarciu jałowych
produktów lub surowców spożywczych jako pierwsze pojawiają się mikroorganizmy
organotroficzne, wyspecjalizowane w zdolności wykorzystywanie określonych odżywczych
składników chemicznych. Jeżeli jest to środowisko bogate, lecz homogenne składem, wtedy
zespół mikroorganizmów pionierskich jest bogaty ilościowo, ale jednorodny gatunkowo. W
przypadku środowiska o zróżnicowanym składzie chemicznym obserwuje się biocenozy o
bogatym układzie gatunkowym. Jako pierwsze rozwijają się gatunki o najmniejszej
liczebności i najwyższej szybkości wzrostu. Kolejno rozwijają się gatunki wolniej rosnące lub
wykorzystujące produkty metabolizmu poprzedników.
31. Sukcesja wtórna, przykłady.
Sukcesja wtórna – występuje na miejscu zniszczonego ekosystemu lub na obszarach zajętych
przez inna biocenozę. Sukcesja wtórna zachodzi o wiele szybciej niż pierwotna (od kilku do
kilkudziesięciu lat). Miejscem występowania sukcesji wtórnej jest: pozbawione upraw pole,
zarastający staw, pozostawiony bez opieki trawnik.
Sukcesja wtórna polega na rozwinięciu biocenoz mikroorganizmów z pominięciem fazy
pionierskiej. Takie tworzenie się biocenoz występuje w środowiskach, w których zakłócono
istniejący zespół na skutek klęski żywiołowej lub ingerencji człowieka. Przykładem może
być zbiornik wody, w którym została zniszczona naturalna biocenoza na skutek suszy czy
suszenia wody. W przypadku działalności człowieka w przetwórstwie spożywczym może to
być pasteryzacja surowca lub produktu. W wyniku tego zabiegu dochodzi do zabicia części
mikroorganizmów, czyli usunięcia części ekosystemu. Takie środowiska są z reguły bogate w
składniki odżywcze, co pozwala na równomierny rozwój różnych grup mikroorganizmów,
26
mikroorganizmów układzie jednak z reguły niespecyficznym dla składu chemicznego danego
środowiska.
32. Oddziaływanie mikroorganizmów w środowiskach i bioproduktach.
O układzie drobnoustrojów poza czynnikami środowiskowymi decydują również wzajemne
stosunki pomiędzy poszczególnymi gatunkami biocenozy. Wzajemne oddziaływania miedzy
mikroorganizmami podzielić można na:
§ Bezpośrednie (symbioza, pasożytnictwo, drapieżnictwo)
§ Pośrednie (protokooperacja, komensalizm, konkurencja, amensalizm).
Populacje występujące w biocenozie mogą na siebie wzajemnie oddziaływać. Interakcje mogą
być protekcyjne lub antagonistyczne. Przy braku zależności mówimy o neutralizmie.
Do zależności protekcyjnych, nazywanych nieantagonistycznymi, zaliczamy:
a) symbiozę - która jest rodzajem współżycia organizmów czerpiących obopólne
korzyści, np.: bakterie brodawkowe i korzenie roślin motylkowych. Jeśli występuje
rodzaj współżycia tzw. koniecznego, wówczas ten układ nazywamy mutualizmem -
przykładem są porosty, których ciało zbudowane jest z glonów i skrzepek grzyba.
b) komensalizm - jeden z występujących organizmów w układzie jest komensalem,
czerpiącym korzyść z obecności drugiego osobnika, tzw. gospodarza, który nie ponosi
szkód, np.: porosty występujące na pniach drzew.
c) protokooperację - dotyczy dwóch organizmów świadczących sobie wzajemnie
usługi, "korzyści", ale nie jest to konieczne do ich egzystencji.
Do zależności antagonistycznych zaliczamy:
a) Konkurencję - występuje wówczas, gdy są w danym siedlisku populacje o
podobnych wymaganiach życiowych (np. podobne sposoby odżywiania, jednakowe
wymagania środowiskowe). W konkurencji wygrywa populacja liczebniejsza lub
mająca większe umiejętności przystosowawcze.
b) Pasożytnictwo - polega na wykorzystywaniu organizmu żywiciela przez pasożyta.
Wyróżniamy pasożyty zewnętrzne i wewnętrzne. Pasożyty wytworzyły wiele cech
przystosowujących do pasożytnictwa, np.: narządy czepne, oskórki chroniące przed
strawieniem, doskonale rozmnażanie.
c) Drapieżnictwo - dotyczy sytuacji, w której osobnik jednego gatunku (drapieżnik)
chwyta, zabija i zjada osobniki drugiego gatunku (ofiara). Drapieżca w stosunku do
27
ofiary jest zwykle większy (gdy jest mniejszy poluje stadnie). Zabijane są zwykle
osobniki młode, stare, słabe, chore. Ilość osobników drapieżców jest ściśle
uzależniona od ilości ofiar. Drapieżcy posiadają szereg przystosowań ułatwiających
zdobycie pożywienia (dobry węch, wzrok, rozwinięte kły, pazury, ewentualnie
dzioby), a ofiary do obrony przed pożarciem (barwa ochronna, szybkie nogi,
czujność).
d) Amensalizm - występuje wówczas, gdy czynności życiowe jednej populacji szkodzą
innym, np.: tworzone przez bobry żeremia zmieniają warunki wodne w biocenozie,
wykluczając obecność dotychczasowych populacji.
e) Antybioza - wytwarzanie antybiotyków (związków chemicznych) przez jedna grupę
bakterii powoduje zahamowania wzrostu innej.
33. Systemy oddziaływania bezpośredniego.
Symbiozą nazywamy taki rodzaj współzależności dwóch lub więcej różnych gatunków ściśle
od siebie zależnych, które bez obecności partnera rozwijają się bardzo słabo lub wcale nie
rosną. Taki rodzaj współzależności jest również nazywany mutualizmem. Znane są przykłady
oddziaływania symbiotycznego między samymi mikroorganizmami, jak i miedzy
mikroorganizmami i organizmami wyższymi w tym również człowiekiem.
Główne kierunki korzystnego oddziaływania na siebie symbiontów są wynikiem:
a) Wymiany składników pokarmowych;
b) Przekształcania przez mikrosymbionty nieprzyswajalnych dla organizmu wyższego
substancji pokarmowych;
c) Dostarczania substancji wzrostowych;
d) Zaopatrywania w składniki mineralne;
e) Wykorzystywania i w ten sposób usuwania produktów metabolizmu toksycznych dla
organizmu partnera;
f) Ochrony przed szkodliwymi czynnikami środowiskowymi;
g) Zmiany parametrów środowiska;
Pasożytnictwo - jest rozumiane jako współzależność, w której jeden z partnerów (pasożyt)
osiąga korzyści, natomiast drugi partner (gospodarz) nie ponosi lub ponosi szkody. W
pierwszym przypadku pasożytnictwo dotyczy rozkładu martwych szczątków roślin czy
zwierząt. Ten rodzaj pasożytnictwa jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie i jest
28
decydującym dla zapewnienia obiegu pierwiastków. Drugi rodzaj pasożytnictwa występuje
wtedy, gdy gospodarzem jest organizm żywy. W świecie mikroorganizmów tego rodzaju
pasożytnictwo jest stosunkowo mało poznane. Przykładem mogą być bakteriofagi atakujące
komórki bakterii.
Drapieżnictwo - jest systemem, który rozumiany jest najczęściej jako odżywianie się jednych
mikroorganizmów innymi. W świecie zwierząt jest to system współzależności bardzo często
spotykany, natomiast między mikroorganizmami należy do rzadkości. Najbardziej typowym
przykładem pasożytnictwa u mikroorganizmów jest odżywianie się pierwotniaków
bakteriami. Jest to zjawisko szczególnie widoczne w zbiornikach wodnych, osadach
czynnych, ściekach. Główną rolę w eliminowaniu bakterii ściekowych przypisuje się
orzęskom i wiciowcom.
34. Systemy oddziaływania pośredniego.
Oddziaływanie pośrednie, zachodzące poprzez środowisko. Warunek: odpowiednio bliskie
sąsiedztwo organizmów, tak by stworzone metabolity czy zmiany parametrów fizycznych
środowiska mogły wywierać wpływ na partnerów. Efekt: zwiększenie/osłabienie wzrostu lub
brak wpływu.
W przyrodzie współzależności miedzy mikroorganizmami zachodzące poprzez środowisko
występują niezwykle często. Warunkiem niezbędnym jest jednak odpowiednio bliskie
sąsiedztwo organizmów, tak, aby tworzone metabolity czy zmiany parametrów fizycznych
środowiska mogły wywierać wpływ na partnerów.
Protokooperacja - Jest często określana jako pośrednia symbioza. Jest to system, w którym
wszystkie powiązane ze sobą mikroorganizmy odnoszą korzyść. W tym systemie nie ma
konieczności współistnienia, jednakże wspólne bytowanie jest korzystne dla partnerów i
objawia się zwiększeniem szybkości wzrostu i wyższą aktywnością metaboliczna, większą
ekspansywnością w środowisku lub większą tolerancja na zmienione warunki bytowania.
Współzależności protokooperacyjne polegają na:
a) Wzajemnym uprzystępnianiu składników pokarmowych
b) Wzajemnej wymianie gazów, najczęściej dotyczy to CO
2
i O
2
29
c) Wytwarzaniu i wzajemnej wymianie substancji wzrostowych przez partnerów zespołu
d) Wytwarzaniu substancji stymulujących wzrost i usuwaniu metabolitów toksycznych
przez współbytując mikroorganizmy.
Komensalizm - Oznacza współzależność, w wyniku której jeden z partnerów odnosi
korzyści, natomiast drugi nie podlega wpływowi, istnienie partnera jest dla niego obojętne.
Jest to tzw. jednostronna korzyść, z reguły tego typu zależności są w małym stopniu swoiste.
Komensalizm najczęściej polega na:
a) Przeprowadzeniu przez jednego z mikroorganizmów substratów pokarmowych,
nieprzyswajalnych przez partnera, w produkty, które już może wykorzystać jako
składniki odżywcze;
b) Tworzeniu przez jednego ze współmieszkańców ekosystemu substancji wzrostowych,
np. witamin, stymulujących wzrost partnerów;
c) Rozkładzie lub wykorzystywaniu w środowisku substancji hamujących wzrost
partnerów.
Konkurencja - Jest formą współżycia, w której obydwaj partnerzy współzawodniczą o
deficytowy i ważny dla nich składnik pokarmowy bądź też o światło, wodę czy przestrzeń
życiową. Konkurencja występuje tylko w takich przypadkach, gdy zasoby substancji
potrzebnej dla rozwoju obydwu grup są zbyt małe, aby zabezpieczyć potrzeby
współistniejących mikroorganizmów. Współzawodniczące mikroorganizmy nie szkodzą sobie
nawzajem, lecz walczą o zaspokojenie własnych potrzeb.
Amensalizm - Często określany jest antagonizmem; jest forma współzależności, w wyniku
której rozwój jednej populacji jest zahamowany przez substancje wytwarzane przez partnera.
W tym środowisku drapieżnictwo pierwotniaków jest uznawane jako efekt korzystny,
pozwalający na redukcje substancji antagonistycznych może być korzystne dla
wytwarzającego je mikroorganizmu. Osłabianie szybkości wzrostu wrażliwych partnerów lub
ich eliminowanie daje producentowi szanse uzyskania przewagi w ekosystemie i ekspansji
środowiska. Jest to szczególnie istotne dla mikroorganizmów wolnorosnących, które mają
małe możliwości konkurowania z innymi mieszkańcami biocenozy. Często substancje
antagonistyczne są traktowane jako "broń" mikroorganizmów w walce o przetrwanie w
środowisku.
30
35. Oddziaływanie symbiotyczne między mikroorganizmami, przykłady, znaczenie
ekologiczne.
Symbiozą nazywamy taki rodzaj współzależności dwóch lub więcej różnych gatunków ściśle
od siebie zależnych, które bez obecności partnera rozwijają się bardzo słabo lub wcale nie
rosną. Taki rodzaj współzależności jest również nazywany mutualizmem lub symbiozą
mutualistyczną. Znane są przykłady oddziaływania symbiotycznego miedzy samymi
mikroorganizmami, jak i miedzy mikroorganizmami i organizmami wyższymi, w tym
również człowiekiem. Główne kierunki korzystnego oddziaływania na siebie symbiontów są
wynikiem:
- Wymiany składników pokarmowych,
- Przekształcania przez mikrosymbionty nieprzyswajalnych dla organizmu wyższego
substancji pokarmowych,
- Dostarczania substancji wzrostowych,
- Zaopatrywania w składniki mineralne,
- Wykorzystywania i w ten sposób usuwania produktów metabolizmu toksycznych dla
organizmu partnera,
- Ochrony przed szkodliwymi czynnikami środowiskowymi,
- Zmiany parametrów środowiska.
SYMBIOZA MIĘDZY MIKROORGANIZMAMI
▫
Zespoły porostów - złożone z układów glonów lub sinic z grzybami. W poroście grzyb
i glon są tak ściśle powiązane, że stanowią jeden organizm wegetatywny; grzybnia oplata
całkowicie komórki glonów, niekiedy strzępki grzybni wnikają do wnętrza komórek
glonów.
Glony zaopatrują komórki grzybów w organiczne substancje pokarmowe tworzone dzięki
fotosyntetyzującej zdolności wiązania CO
2.
Grzyby dostarczają glonom soli mineralnych oraz chronią przed niekorzystnymi
warunkami środowiskowymi.
▫
Zespoły pierwotniaków i bakterii (ENDOSYMBIOZA)
Bakterie odgrywają rolę w trawieniu pewnych składników pokarmowych
nieprzyswajalnych przez pierwotniaki; u pierwotniaków, które jedynie prowadzą glikolizę z
wytworzeniem kwasu mlekowego spełniają funkcję podobną do mitochondriów -
31
prowadząc oddychanie tlenowe; niektóre dostarczają pierwotniakom witamin, których nie
potrafią syntetyzować.
▫
Zespoły glonów i bakterii (ENDOSYMBIOZA)
▫
SYMBIOZA MIĘDZY MIKRO- I ORGANIZMAMI WYŻSZYMI
▫
Mikroorganizmy i rośliny - bakterie z rodzajów Rhizobium i Bradyrhizobium + rośliny
motylkowe
▫
Mikroorganizmy i zwierzęta przeżuwające
Mikroorganizmy rozkładają celulozę (bakterie celulolityczne, orzęski), uwolniona glukoza
podlega fermentacji z wytworzeniem lotnych kwasów tłuszczowych (octowego,
propionowego, masłowego), kwasy stanowią źródło energii dla zwierząt przeżuwających.
Mikroorganizmy syntetyzują również aminokwasy i witaminy.
▫
Mikroorganizmy i człowiek
- Mikroflora jelitowa - złożony ekosystem
Mikroorganizmy syntetyzują witaminy, głównie z grupy B, współuczestniczą w trawieniu
składników pokarmowych oraz ochronie człowieka przed nadmiernym rozwojem patogenów
jelitowych.
36. Drapieżnictwo w świecie mikroorganizmów, przykłady, znaczenie biotechnologiczne.
Jest systemem, który rozumiany jest najczęściej jako odżywianie się jednych
mikroorganizmów innymi. W świecie zwierząt jest to system współzależności bardzo często
spotykany, natomiast między mikroorganizmami należy do rzadkości. Najbardziej typowym
przykładem pasożytnictwa u mikroorganizmów jest odżywianie się pierwotniaków
bakteriami. Jest to zjawisko szczególnie widoczne w zbiornikach wodnych, osadach
czynnych, ściekach. W tym środowisku drapieżnictwo pierwotniaków jest uznawane jako
efekt korzystny, pozwalający na redukcję ilości osadu czynnego. Główną rolą w
eliminowaniu bakterii ściekowych przypisuje się orzęskom i wiciowcom. Obecność i
odpowiednia ilość pierwotniaków w osadzie czynnym jest uznawana jako wskaźnik dobrze
skojarzonej biocenozy. Podobne zależności można również spotkać w glebie, gdzie
pierwotniaki będą żywiły się bakteriami, do najpowszechniej spotykanych drapieżców będą tu
należały wiciowce i ameby. Zależność drapieżca — ofiara występuje również między
pierwotniakami i bakteriami w żołądku zwierząt przeżuwających.
32
38. Komensalizm w świecie mikroorganizmów, przykłady, znaczenie biotechnologiczne.
Oznacza współzależność, w wyniku której jeden z partnerów odnosi korzyści, natomiast
drugi nie podlega wpływowi, istnienie partnera jest dla niego obojętne. Jest to tzw.
jednostronna korzyść, z reguły tego typu zależności są w małym stopniu swoiste.
Komensalizm najczęściej polega na:
- Przeprowadzeniu przez jednego z mikroorganizmów substratów pokarmowych
nieprzyswajalnych przez partnera, w produkty, które może wykorzystać jako składniki
W wodzie i glebie ten rodzaj zależności jest dość powszechny i najczęściej polega na
rozkładzie sacharydów lub białek do produktów łatwo przyswajalnych przez partnerów.
Mikroorganizmy glebowe, niezdolne do wykorzystywania takich sacharydów jak celuloza
czy hemicelulozy, zależne są od grzybów wydzielających do środowiska enzymy
hydrolityczne rozkładające te substraty. Podobnie niektóre mikroorganizmy zdolne do
wykorzystywania aminokwasów jako źródła azotu, zależne są od obecności bakterii
proteolitycznych czyniących białka przyswajalnymi dla partnerów.
- Tworzeniu przez jednego ze współmieszkańców ekosystemu substancji wzrostowych np.
witamin stymulujących wzrost partnerów,
- Rozkładzie lub wykorzystywaniu w środowisku substancji hamujących wzrost partnerów.
Przykładem może być zależność komensalna między mikroorganizmami tlenowymi i
beztlenowymi, polegająca na wykorzystaniu tlenu przez mikroorganizmy tlenowe i w ten
sposób umożliwienie wzrostu beztlenowcom. Zależność ta została wykorzystana w hodowli
bakterii beztlenowych metodą Fortnera. Korzystne warunki mogą być stworzone również
przez zmniejszenie lub podwyższenie pH środowiska. Przykładem jest wykorzystywanie
kwasów organicznych, prze co stwarzane są korzystne warunki dla wzrostu partnerów
wrażliwych na obecność tych kwasów. Silnie toksyczny H2S wytwarzany przez bakterie
proteolityczne podczas rozkładu białek wykorzystywany jest przez bakterie siarkowe które
utleniają go do wolnej siarki.
W środowiskach naturalnych lub spożywczych o bogatym składzie chemicznym, często
zależności komensalne mają charakter wielostopniowy. Wówczas zwane jest to metabiozą lub
sukcesją.
39. Protokooperacyjne powiązania wśród mikroorganizmów, przykłady, znaczenie
biotechnologiczne.
33
Protokooperacja (pośrednia symbioza) - system, w którym wszystkie powiązane ze sobą
mikroorganizmy odnoszą korzyść. W systemie tym nie ma konieczności współistnienia, ale
wspólne bytowanie jest korzystne dla partnerów i objawia się:
- zwiększeniem szybkości wzrostu
- wyższą aktywnością metaboliczną
- większą ekspansywnością w środowisku
- większą tolerancją na zmienione warunki bytowania
Współzależności protokooperacyjne polegają na:
§
wzajemnym uprzystępnianiu składników pokarmowych
- Zespół bakterii celulolitycznych i bakterii asymilujących azot atmosferyczny (rodzaj:
Azotobacter);
Bakterie Azotobacter - dostarczają partnerom zredukowanych (przyswajalnych)
związków azotu, bakterie celulolityczne degradując celulozę, zaopatrują zespół w
łatwo przyswajalne źródło węgla (glukozę)
§
wzajemnej wymianie gazów CO
2
i O
2
- Heterotroficzne bakterie tlenowe i glony w ściekach.
Podczas mineralizacji związków organicznych bakterie wydzielają duże ilości CO
2
,
który jest wykorzystywany przez fotoautotroficzne glony i sinice jako źródło węgla,
glony w wyniku metabolizmu fotosyntetycznego zaopatrują partnerów w tlen.
- Bakterie tlenowe i beztlenowe w glebie
Tlenowce wykorzystują tlen stwarzając warunki beztlenowe, organizmy tlenowe
natomiast wykorzystują niektóre produkty beztlenowego metabolizmu partnerów.
§
wytwarzaniu i wzajemnej wymianie substancji wzrostowych
- Bakterie jogurtowe
Paciorkowce opanowują środowisko jako szybciej rosnące, produkują kwas mlekowy,
octowy, aldehyd octowy, diacetyl i kwas mrówkowy, którego obecność, jak również
obniżony potencjał oksydoredukcyjny środowiska sprzyjają rozwojowi pałeczek
jogurtowych, natomiast pałeczki uwalniają niskocząsteczkowe peptydy i aminokwasy
z białek mleka, co stymuluje rozwój proteolitycznych szczepów Streptococcus
thermophilus.
- Mikroflora ziaren kefirowych (tzw. grzybków kefirowych) - zespół różnych bakterii
fermentacji mlekowej i drożdży (Candida, Saccharomyces), bakterie mlekowe
34
hydrolizując laktozę oraz zakwaszając środowisko, stwarzają korzystne warunki
rozwoju dla drożdży, natomiast drożdże syntetyzują witaminy z grupy B, od których
zależy dobry wzrost bakterii mlekowych.
§
wytwarzanie substancji stymulujących wzrost i usuwanie metabolitów toksycznych
- Bakterie i grzyby
Bakterie fermentujące cukry wytwarzają kwasy organiczne (substancje toksyczne),
które dla grzybów stanowią źródło węgla; np. bakterie fermentacji mlekowej z
grzybami Geotrichum candidum lub Candida mycoderma.
40. Konkurencja i amensalizm jako formy współzależności wśród mikroorganizmów.
Konkurencja - obydwaj partnerzy współzawodniczą o deficytowy i ważny dla nich składnik
pokarmowy bądź też o światło, wodę czy przestrzeń życiową. Występuje w przypadku, gdy
zasoby substancji potrzebnej do rozwoju są zbyt małe, aby zabezpieczyć potrzeby
współistniejących mikroorganizmów. Najostrzejsza konkurencja występuje między
organizmami o podobnych parametrach wzrostu i podobnych wymaganiach pokarmowych:
§ sinice + glony - konkurencja o światło i CO
2
§ promieniowce + pleśnie - konkurencja o składniki odżywcze
Partner słabszy, wolniej rosnący, o ubogim metabolizmie, wyższych wymaganiach
pokarmowych musi przegrać.
Szansa wygrania walki konkurencyjnej jest głównie uzależniona od:
- Szybkości wzrostu i namnażania
-wydajności na czynniki środowiska
-wydajności energetycznej podczas metabolizowania składników pokarmowych;
-wymagań w stosunku do substancji wzrostowych;
- Zdolności do gromadzenia substancji zapasowych i wykorzystywania ich, gdy środowisko
ubożeje;
-Zdolności do ruchu lub rozrastania się w postaci strzępek, czyli zdolności do tzw. ekspansji
środowiska.
Amensalizm - rozwój jednej populacji jest hamowany przez substancje wytwarzane prze
partnera. Substancje antagonistyczne są wykorzystywane w walce drobnoustrojów o
środowisko. Osłabienie wzrostu wrażliwych partnerów lub ich wyeliminowanie daje
producentowi szansę ekspansji w środowisku.
35
W tym środowisku drapieżnictwo pierwotniaków jest uznawane jako efekt korzystny,
pozwalający na redukcje substancji antagonistycznych może być korzystne dla
wytwarzającego je mikroorganizmu. Osłabianie szybkości wzrostu wrażliwych partnerów lub
ich eliminowanie daje producentowi szanse uzyskana przewagi w ekosystemie i ekspansji
środowiska. Jest to szczególnie istotne dla mikroorganizmów wolno rosnących, które mają
małe możliwości konkurowania z innymi mieszkańcami biocenozy. Często substancje
antagonistyczne są traktowane jako „bron” mikroorganizmów w walce o przetrwanie
środowisku.
Antybioza - amensalizm będący wynikiem produkcji substancji antybiotycznych.
Wykorzystanie amensalizmu:
- utrwalanie surowców i produktów spożywczych. Tworzone na drodze mikrobiologicznej
kwasy organiczne zwiększają stabilność biologiczną żywności fermentowanej. Obniżenie pH
na skutek rozwoju bakterii fermentacji mlekowej hamuje wzrost wielu bakterii, w tym
chorobotwórczych.