Archeony

Archeony są stosunkowo słabo zbadane, m.in. ze względu na trudności w hodowli i obserwacji, opisywane często w kontekście różnic względem eubakterii. Główne z tych różnic to odmienna budowa ściany komórkowej (a konkretnie brak mureiny) oraz obecność eterów rozgałęzionych nienasyconych kwasów tłuszczowych i glicerolu przy jednoczesnym braku fosfolipidów w błonie komórkowej. Te etery, przebiegające zwykle przez obie warstwy błony, powodują, że jest ona częściowo jednowarstwowa. Ściana komórkowa nie zawiera peptydoglikanów. Archeowce mają też nietypowe procesy metaboliczne (chemoautotrofy np. redukujące siarczany).

Istnieje istotna różnica między bakteriami a archeonami, jeśli chodzi o organizację materiału genetycznego. U archeonów kwas DNA jest upakowany w nić nukleosomów, której rdzeń tworzą białka histonowe. Ponadto materiał genetyczny archebakterii jest nieciągły, to znaczy przedzielony intronami.

Pewne cechy procesów transkrypcji i translacji u archeowców przypominają bardziej eukarioty niż bakterie, przykładowo polimeraza RNA zbudowana jest podobnie do eukariotycznych polimeraz RNA, a do inicjacji transkrypcji potrzebuje białek homologicznych do eukariotycznego TFIIB (TFB) i eukariotycznego białka wiążącego sekwencję TATA (TBP).

Saccharomyces cerevisiae

Drożdże występują w dwóch formach, w których mogą rosnąć i rozwijać się: haploidalna i diploidalna. Haploidy drożdżowe rozmnażają się w prostym cyklu wzrostu i następującej po nim mitozy, której efektem są potomne komórki o takim samym genotypie. Rozmnażanie drożdży na tej drodze nazywa się pączkowaniem. W przypadku stresu (na przykład braku pożywienia) haploidy umrą. Diploidy także mogą rozmnażać się przez pączkowanie, jednak w warunkach stresu mogą wejść na szlak sporulacji, produkując po podziałach mejotycznych haploidalne spory. Spory po rozwinięciu w dorosły organizm mogą kojarzyć się w pary (koniugować), odtwarzając diploida.

Mutualizm - jedna z interakcji protekcjonistycznych między populacjami, charakteryzująca się obopólnymi korzyściami o takim stopniu, który praktycznie wzajemnie uzależnia istnienie obu populacji.

Przykłady:

• przeżuwacze i ich bakterie jelitowe,

• mikoryza – współpraca roślin naczyniowych z grzybami,

• rośliny bobowate i bakterie asymilujące azot,

• storczyki i grzyby,

• termity i ich fauna jelitowa (wiciowce rozkładające celulozę).

Specyficzną odmianą mutualizmu jest helotyzm, występujący np. u porostów.

Metabioza – w mikrobiologii oznacza następstwo gatunków. Jest to jedna z form współżycia pomiędzy drobnoustrojami. Jeden z nich produkuje metabolity, które hamują jej wzrost natomiast powodują rozwój innych bakterii. Przykładem środowiska w którym zachodzi metabioza może być mleko: w słodkim mleku żyją Streptococcus lactis, których metabolity zakwaszają środowisko co nie sprzyja dalszemu rozwojowi tej bakterii natomiast powoduje rozwój Lactobacillus, który żyje w mleku kwaśnym.

Metabioza czasem jest uważana za postać komensalizmu[1].

Wpływ aktywności wody aw

• 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 / p0 = N / n+N=55,5 / 55,5+1= 0,985

Profag - nieczynna postać bakteriofaga, powstająca w cyklu lizogenicznym przez włączanie DNA wirusa do materiału genetycznego zaatakowanej bakterii; w takiej postaci wirus może istnieć przez wiele pokoleń bakterii, lecz w pewnych warunkach może zostać wycięty z DNA bakterii i infekować inne komórki wchodząc w cykl lityczny.

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(+)

Bakterie Gram ujemne (G-) są bardziej odporne na lizozym, ze względu na występowanie u nich zewnętrznej błony komórkowej, ściana komórkowa jest w tym typie bakterii częściowo rozłożona i taka forma nosi nazwę sferoplastu . Bakterie Gram dodatnie (G+) pozbawione ściany komórkowej noszą nazwę protoplastu i wykazują wszystkie czynności życiowe. Całkowite jej zniszczenie ma miejsce w roztworach hipotonicznych (gradient stężeń).

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

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

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, B1, B2, B6, B12, 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 cm3(lub gramach), w której stwierdza się obecność pałeczek z

grupy coli

• Miano coli = 10 oznacza, że w 10 cm3 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 cm3

• Woda w opakowaniach jednostkowych

o Escherichia coli, Enterokoki, Pseudomonas aeruginosa – nb. w 250cm3

• Woda w cysternach i zbiornikach

o Escherichia coli, Enterokoki, Pseudomonas aeruginosa – nb. w 250cm3

• Woda ciepła

o Legionella < 100

• Wymagania dodatkowe

o Termotolerancyjne bakterie grupy coli, Clostridium perfringens – nb. w 100cm3

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: 102

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 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: 106 – 107 jtk/g

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: 103 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

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

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

Enterobakterie – monotypowy rząd (Enterobacteriales) i rodzina (Enterobacteriaceae) Gram-ujemnych bakterii jelitowych o kształcie pałeczek, niesporulujące, fermentujące glukozę i tworzące kwas.

Są to dość duże komórki bakteryjne, urzęsione, niektóre szczepy są otoczkowe. Są względnymi beztlenowcami. Hoduje się je na prostych podłożach w warunkach normalnej atmosfery. Różnicuje się je poprzez posiew szeregu izolacyjnego, wykrywając poszczególne zdolności jak:

• fermentacja laktozy

• wytwarzanie indolu z tryptofanu

• rozkład mocznika (ureaza)

• wytwarzanie siarkowodoru.

Posiadają rzęski, dzięki którym mogą się poruszać – wyjątek stanowi Klebsiella i Shigella, które nie mają zdolności ruchu. Posiadają antygenty somatyczne: – rzęskowe (H), otoczkowe (K), somatyczne (O) i fimbriowe.

Większość bakterii Gram-ujemnych wykrywanych w tlenowych hodowlach stolca należy do rodziny Enterobacterioceae. Większość Enterobacteioceae stanowią wszechobecne, niechorobotwórcze bakterie, które występują w dużych ilościach w jelicie grubym człowieka, ale mogą znajdować się na skórze i w ustnej części gardła oraz w wodzie. Większość to drobnoustroje oportunistyczne, zakażające chorych lub osoby osłabione – związane z zakażeniami przyrannymi, zakażeniami układu moczowego, posocznicą, wtórnymi zapaleniami płuc, a także zakażeniami szpitalnymi.