@@@@@ Brought to you by KupaSquad @@@@@
@@@@@@@@ [e-mail] @@@@@@@@



Zewnętrzne strukdin kimói ki bakteryjnej.
Komórka bakteryjna:
^ ma chromatoid zamiast jądra,
^ ścianę komórkową z peptydoglikanów,
^ błonę komórkową,
�/ rybosoiny - staja sedymentacji 70S (dwie podjednostki 20S i 50S),
^ brak elementów otoczonych błonami wszystko styka się z cytoplazmą,
^ w błonach brak steroli i cukrów,
^ rozmnaża się przez podział,
�^ brak szkieletu cytoplazmatycznego,
�^ enzymy oddechowe znajdują się w błonie cytoplazmatycznej.
Kształty bakterii
ssr okrągłe ziarniaki Staphylococcus aureus gronkowiec złocisty
csr pałeczki (owalne zakończenia) - Salmonella typhi p. duru brzusznego, Escherichia
coli p. okrężnicy
laseczki (dłuższe, prostokątne zakończenia) - Bacillus anthracis laseczka wąglika -
jej końce są rozpłaszczone układają się jak pędy bambusa, laseczki mogą tworzyć
endospory przekraczające średnicę komórki np- Closiridium i o mniejszej średnicy np.
Bacillus
spiralne Rhodospirillum rubnim
przecinkowate Vibrio cholerae przecinkowiec cholery.
Bakterie tworzą skupiska w zależności od tego jak się dzielą. Jeśli podział komórki następuje:
^ w jednej płaszczyźnie powstaje łańcuszek paciorkowce np. Streptococcus,
�^ w różnych płaszczyznach - grona - gronkowce np. Staphylococcus
�^ w określonych płaszczyznach - pakietowe np. Sarcina
Lisleria ma zdolność tworzenia charakterystycznych form ułożonych w palisady w Y lub X.
Przy hodowli in vitro bakterie tracą zdolność do tworzenie różnych form skupień.
Wielkość bakterii waha się od l do l Gum, zdolność rozdzielcza mikroskopu świetlnego
wynosi 0,2um, jeśli bakteria będzie mniejsza to będzie niewidoczna np. Chlamydia,
Leplospira jest długa, ale bardzo cienka można ją obejrzeć w mikroskopie ciemnego pola
widzenia. Największą bakterią jest Spirochaeta 250 urn. Pod mikroskopem kontrastowo
fazowym widać, co znajduje się w komórkach.
Budowa komórki bakteryjnej
Otoczka może być różnych wielkości, zawiera dużo wody i śluzu na zewnątrz otoczki -
można wykazać próbami serologicznymi. Otoczka właściwa jest ściśle związana ze ścianą
komórkową, zbudowana jest z białek i wielocukrów:
Z kolei Leiiconosloc mesenteroilles bakteria kwasu mlekowego wytwarza masę
śluzową złożoną z JeLstianów. Dekstran jest wykorzystywany w medycynie zamiast plazmy
krwi i jest podstawowym składnikiem żeli dekstranowych sellu.icksow.
Funkcje otoczki:
Chronią przed wysychaniem
Mogą być magazynem metabolitów
Chronią przed fagocytozą -
Mogą się na nich znajdować miejsca, do których będą się przyłączały bakteriofagi,
które są nośnikami cech innych bakterii, co ułatwia przystosowanie do środowiska.
Ściana komórkowa - mają ją wszystkie bakterie z wyjątkiem bakterii z rodzaju
Mycoplasma. Stanowi 25% masy bakterii, a jej struktura zależy od rodzaju Gram + lub -.
Zbudowana jest z peptydoglikanu zwanego mureiną. Peptydoglikan składa się z tv^
acelyloglukozoaminy i kwasu n-acetylomuraminowego, oba związki są połączone wiązaniami
glikozydowymi. Do cząsteczek kwasu n-acetylomuraminowego są przyłączone krótkie
łańcuchy peptydowe połączone kowalencyjnie - w ich skład wchodzą L-alanina, D-alanina,
kwas D-glutaminowy, kwas mezo-diarnmopilnelinowy, L- lizyna. Wszystko to tworzy
strukturę worka, w którym znajduje się komórka bakteryjna. Formy D i kwas mezo-
diaminopimelinowy i peptydoglikan nie występują w komórkach gospodarza - fagocyty
rozpoznają je jako substancje obce. ,Jp^ ^p,^ �^^^0 <,^. �^.z^'- -\
U bakterii gram + warstwa peptydoglikanu stanowi 90% ściany komórkowej (grubość
ok. 20 - 80nm). U gram -jest ok. 5 - 10% a grubość ok. 10 - 15nm, nie występują
poprzeczne wiązana peptydowe a woreczek ma duże oczka.
Peptydoglikan nadaje kształt i stanowi ochronę, ale nie stanowi bariery przed
substancjami w środowisku zewnętrznym i antybiotykami, które niszczą ścianę komórkową.
W ścianie u bakterii gram + występuje też kwcisitejchojowy i lipotejchojowy^ Kwas
tej choj owy jest determinantą antygenową. Kwas lipotejchojowy w czasie infekcji działa jak
lipopolisacharyd, po rozpadzie komórki bakteryjnej dostaje się do środowiska i działa jak
toksyna bakteryjna.
Funkcje ściany komórkowej bakterii gram +:
Nadaje kształt ok. 40 warstw peptydoglikanu
Chroni przed liżą osmotyczną i środowiskiem zewnętrznym
Stanowi determinanty antygenowe może być uruchomiona obrona
Kwas tejchojowy i peptydoglikan determinują aktywność dopełniacza - łączą się z
powierzchnią makrofagów i to powoduje uruchomienie mechanizmów obronnych.
Błona wewnętrzna
Jest cieńsza i zawiera mało peptydoglikanu -jedną warstwę związaną białkami Brauna z
błoną zewnętrzna.
Błona zewnętrzna zbudowana jest z fosfolipidów, ma część hydrofobową i hydrolilową
skierowaną na zewnątrz i do komórki. Warstwa ta jest poprzetykana białkami
transportu biernego, różne substancje (tylko cząsteczki hydrofilne). Również inne białka
wychwytują różne metabolity ze środowiska (cukry, maltozę, żelazo, witaminę Bi2).
Błona zewnętrzna stanowi barierę półprzepuszczalną. Do wnętrza bakterii gram - nie
dostaje się lizozym i nie może jej zniszczyć.
LPS - lipopolisacharyd w warstwie zewnętrznej jest endotoksyną bakteryjną i
czynnikiem wirulencji tylko u bakterii gram -. Po śmierci komórki bakteryjnej LPS działa
jak eiidotoksyna doprowadzając do szoku septycznego (aktywowanie ogromnych ilości -
limfocytów) i w efekcie do śmierci gospodarza.
LPS składa się z:
Lipidu A - odpowiada za biologiczne funkcje endotoksyny, zbudowany jest z
kwasów tłuszczowych połączonych z glukozom.
Części konserwatywnej - CA - antygen grupowy zbudowany z cukrów
Łańcuchów polisacharydowych - ich skład jest charakterystyczny dla różnych
gatunków bakterii; antygen Q - antygen somatyczny, pobudza ustrój do
produkcji przeciwciał.
Lipid A podwyższa ciepłotę ciała, powoduje zaburzenia snu, stany zapalne, miejscowy
'""odczyn martwiczy, działa jako superantygen - powoduje szok septyczny - pobudza zbyt dużo
limfocytów na raz, stanowi barierę dla substancji hydrofobowych, jest determinantą
antygenową, aktywuje układ dopełniacza - pobudza w sposób nieswoisty odpowiedź
immunologiczną ustroju. LPS zastępuje peptydoglikan - nadaje sztywność ścianie
komórkowej.
Przestrzeń perplazmsitycznżi substancja żelowa, znajdują się tu związki, które
wnikają przez warstwę zewnętrzną. Tu również działają enzymy -^fosfatazy, proteazy,
endonukleazy.

Jest sitem molekularnym. Posiada pory, przez które przechodzą droga biernej dyfuzji
niektóre składniki. Hamuje również wnikanie antybiotyków u bakterii gram -.
- Chroni bakterie przed środowiskiem zewnętrznym
- Pozwala na przyleganie do powierzchni komórek gospodarza
- Może wiązać bakteriofagi na swej powierzchni, ma to wpływ na zdolność
przystosowania do środowiska
- Posiada miejsca - determinanty antygenowe.
Ściana komórkowa bakterii gram -stanowi barierę półprzepuszczalną. Znajdują się w niej
fosfolipidy i substancja zwana LPS, które tworzą barierę dla cząstek. LPS nie przepuszcza
substancji takich jak fiolet krystaliczny, sole żółci. Stąd utrudnione barwienie tych bakterii.
Poszczególne elementy ściany komórkowej mogą działać jako adiuwant, czyli
substancja nieswoista, stymulująca układ gospodarza do odpowiedzi immunologicznej. Jako
adiuwant może działać LPS, kwas tejchojowy, peptydoglikan. U bakterii gram - swoistą
odpowiedź immunologiczną indukuje antygen O, czyli polisacharydy LPS.
Przyczyny różnego barwieni;! się bakterii:
Jeżeli działamy alkoholem na bakterię która jest zabarwiona fioletem krystalicznym +jod w
płynie Lugola, to będzie on odciągał wodę. W wyniku tego wiązania pomiędzy
poszczególnymi łańcuchami peptydoglikanu będą się uszczelniać. Alkohol tez działa
denaturujące na krótkie łańcuchy peptydowe, i wytrąca szkielet cukrowy jeszcze bardziej
uszczelniając ścianę komórkową. Kompleks barwnika zawarty uprzednio w komórce zostaje
zamknięty i nie daje się wypłukać. U bakterii gram - ściana komórkowa zawiera bardzo mało
peptydoglikanu dlatego uszczelnienie jest prawie niemożliwe. Alkohol będzie wypłukiwał
lipidy ze ściany komórkowej a wraz z nimi fiolet.
Ściana komórkowa u bakterii kwasoodpornych np. prątki gruźlicy zawiera
peptydoglikan. Oprócz peptydoglikanu w ścianie występuje ok. 60%
lipidów- mają one różne formy, może być kwas mykolowy, lipoarabinogalaktan
(lipo;.irahinomannan) związany z błoną cytoplazmatyczną. Związki te tworzą na powierzchni
komórki silnie hydrofobową warstwę która nie dopuszcza do bakterii leków oraz substancji
spowalniających ich wzrost.
LPS, peptydoglikan, kwas lipotejchojowy są endotoksynami. Kwas mykolowy, w przypadku
śmierci bakterii, wydostaje się na zewnątrz, łączy się z makrofagami w płucach i powoduje
ich zablokowanie - tkanka płucna staje się bezbronna.
Rzęski. Występują u bakterii gram i gram +, najczęściej u laseczek i pałeczek nie ma u form
kulistych. Fimbrie występują na ogół u gram -, u gram +nie ma ich w ogóle - wyjątkiem jest
Cornebacterium renale - maczugowiec.
Rzęski - długie wypustki, szer.:12 - 20nm,dł.:5 - 50um, zbudowane są z:
- białka flageliny mające strukturę helikalną
- Białka - antygenu H, który indukuje odpowiedź immunologiczną.
Rzęska zbudowana jest z mc^(90%Y, 'oiczyŁa, ciałka podstawowego. Budowa ciałka
podstawowego zależy od rodzaju bakterii. U gram + ciałko podstawowe zawiera dwa
pierścienie jeden w peptydoglikanie a drugi w błonie komórkowej. Między pierścieniami jest
rdzeń, a całe ciałko łączy się z haczykiem ten z kolei z nicią. U bakterii gram - ciałko
podstawowe ma cztery pierścienie: dwa pierwsze jak u gram +, ponad to pierścień P
znajdujący się w peptydoglikanie i pierścień L w błonie zewnętrznej ściany komórkowej- W
błonie cytoplazmatycznej są dwa pierścienie M + S jako jeden i pierścień C, który stanowi
umocowanie rzęski i z niego wychodzi rdzeń.
Rzęski odpowiadają za ruch - taksję może to być:
1. Chemotaksja- dążenie bakterii do substancji chemicznych, rucłTmożebyć ujemny lub
dodatni, jeśli będzie uciekać to będzie -.
2.Aerotaksja - na szkiełko podstawowe dajemy kroplę bakterii przykrywamy szkiełkiem
nakrywkowym:
� Bakterie beztlenowe uciekając od tlenu będą skupiały się w środku
� O wymaganiach pośrednich będą tworzyły pierścienie
� Wybitne tlenowce będą na samych obrzeżach.
Zdolność do ruchu jest największą, gdy mamy szczepy świeże izolowane, szczepy
laboratoryjne są leniwe i nieruchliwe- Energii do ruchu dostarcza pompa protonowa.
Rozmieszczenie rzęsek: ^(-'c^-i- COe iZ. c^Z^ .
- perytrychalne okołorzęse np. u Proteus, Enterobacteriaceae,
- monotrychalne jedna rzęska np. Caulobacter
- lofotrychame - kilka rzęsek wychodzących z jednego bieguna komórki
- amfitrychame - z obu biegunów komórki wychodzi po kilka rzęsek
Funkcje:
1. są organem ruchu w środowisku,
2. w wirulencji bakterii - ucieczce przed fagocytami
3. antygen H mobilizuje układ immunologiczny i pomaga identyfikować bakterie,
Fimbrie są to drobne (średnica 2-lOnm, dl. 0,1-kilka urn) wypustki występujące u
bakterii gram -. występują na całej powierzchni komórki lub w niektórych miejscach. Są
zbudowane z białka o identycznych podjednostkach, na końcu ftmbrii znajduje się białko
adhezyna - może ona łączyć się z receptorami gospodarza i przylegać do jego komórek.
Obecność fimbrii jest uwarunkowana genetycznie w nukleoidzie lub plazmidach. Mogą
występować okresowo jak u Neisseria gonorrhoeae - dwoinka rzeżączki.
Fimbrie wyrastają z błony zewnętrznej ściany komórkowej.
Bakterie z fimbriami mogą zlepiać czerwone krwinki (hemaglutynacja) dzielimy je na:
- mannozowrazliwe - hemaglutynacja zachodzi w obecności mannozy, gwarantuje
przyłączanie się do komórek gospodarza o receptorach mannozowych błona śluzowa
jamy ustnej.
- mannozooporne bez względu na to czy jest obecna mannoza czy nie, następuje
hemaglutynacja.
Czynnik wirulencji:
�^ fimbrie P na szczepach Escherichia coli powodują zapalenie pęcherza lub nerek;
^ ' K99 - E. coli - patogenne dla erytrocytów cieląt
^ KSSE. coli u świń
^ S - powodują zapalenie opon mózgowych u noworodków.
Bakterie z fimbriami mogą wiązać płytki krwi i włóknik. Jeśli znajdą się na zastawkach
serca powstaje niebezpieczeństwo powstania skrzepu i wywołania chorób serca.
Pile- wypustki, struktury płciowe odgrywające role w koniugacji bakterii. Ich
występowanie jest kodowane w plazmidach. Są długie (czasami krótkie i sztywne), ale
jest ich niewiele. Występują tylko na komórkach "męskich", czyli na dawcach materiału
genetycznego.
Błona cytoplazniatyczna - komórkowa.
Cienka 5-1 Onm, przezroczysta. Zbudowana z:
^ Lipidów 30%
^ Białek 70%
Błona stanowi główną barierę komórki i pozwala utrzymać jaw całości, zapewnia dostawanie
się substancji niezbędnych i wydostawanie się metabolitów. Posiada białkowe przenośniki,
kanały i pompy.
Błona cytoplazmatycznajest mozaiką lipidową, w którą zanurzone są białka- Warstwa
lipidowa utworzona z fosfolipidów - każdy z nich zawiera glicerolową główkę i łańcuch
kwasów tłuszczowych. Są to cząsteczki amfipatyczne - główka jest hydrofilna, dąży do
wody. Ogonki są hydrofobowe - uciekają od wody (16-1 Swęgli). Błona jest dwuwarstwą, po
obu stronach jest woda. Ogonki dążą do skupiania się i łączenia się z sobą, dążą do
zamknięcia i powstaje woreczek.
Dwuwarstwą ma charakter płynny. Lipidy mogą się przemieszczać w jednej warstwie a
czasem przechodzą z jednej do drugiej. Płynność zależy od ilości wiązań podwójnych i
długości łańcuchów.
Płynność:
- W błonie są białka, które mogą się szybko przemieszczać
- Umożliwia rozprowadzenie lipidów białek
- Błony mogą ulegać fuzji - przy podziale komórki każda komórka dostaje wszystkie
elementy.
Stabilność błony u wszystkich organizmów gwarantuje obecność steroli, u zwierząt jest to
cholesterol, u grzybów ergosterol, u bakterii występuje związek podobny do steroli tzw.
chopanoidy.
Dwuwarstwą jest asymetryczna - inna struktura na zewnątrz u wewnątrz.
Lipidy współdziałają w procesie przepuszczalności, spełniają rolę haperonów - lipidów
opiekuńczych pomagaj ą w zwijaniu cząsteczek białka.
Białka błonowe 70%, tzw. zintegrowane (integralne). 70 80% białek jest związane z błoną
lub zakotwiczone przez lipidy albo kwasy tłuszczowe. Mogą być uwolnione tylko przez
detergenty. Białka peryferyczne są luźno ze sobą powiązane, łatwo uwalniane i rozpuszczalne
w wodzie.
Rodzaje białek:
- Białka błonowe stanowiące systemy transportowe - pozwalają pobierać i wydalać
- Enzymatyczne biorą udział w syntezie peptydoglikanu - białka wiążące penicylinę,
mają większe powinowactwo do penicyliny niż do peptydoglikanu (szczególnie u
gram +) bakterie wbudowują penicylinę w ścianę, co powoduje jej rozpad i komórka
staje się bezbronna. Białka enzymatyczne uczestniczą także w syntezie LPS, kwasu
tejchojowego , oraz wchodzą w skład łańcucha transportu elektronów, też w produkcji
ATP
- Białka sensorowe - rozpoznają zmiany w środowisku (czujnikowe), znajdują się w
błonie
- Egzoenzymy - białka mające właściwości sekretyczne.
Błona komórkowa stanowi barierę osmotyczną; w komórce bakterii jest wysokie stężenie.
substancji w porównaniu do środowiska zewnętrznego.
Osmoza - podczas osmozy substancje są rozpuszczone w wodzie; woda przechodzi z
jednego środowiska do drugiego. Normalnie w błonie są określone pory, przez które mogą
przechodzić różne substancje rozpuszczone w wodzie. Wyróżnia się trzy środowiska osmozy:
- Izotoniczne - na zewnątrz jest takie samo stężenie wody jak wewnątrz komórki-
- Hipertoniczne na zewnątrz jest dużo związków a wolnej wody jest mało, powoduje
to wypływanie wody z komórki.
- Hipotoniczne wewnątrz komórki jest mało wolnej wody, - dlatego wpływa ona w
celu wyrównania ciśnień.
Sposoby przechodzenia - 4 systemy transportu.
- Dyfuzja prosta (bierna)
- Dyfuzja ułatwiona
- Transport aktywny
- Grupy translokacyjne
Rybosomy mają stałą sedymentacji 70S i składają się z dwóch elementów o stałych
sedymentacji 308 i 50S. Stała sedymentacji nie jest równa tylko i wyłącznie wielkości,
szybkość opadania w gradiencie zależy również od kształtu tej cząsteczki i jej gęstości.
Jeżeli obie podjednostki się połączą ich gęstość będzie większa niż poszczególnych
elementów, dlatego stała sedymentacji całego rybosomu nie jest sumą jego podjednostek.
Wielkość całego rybosomu ok. 20nm. Zbudowane są głównie z kwasu rybonukleinowego
(80-85%) pozostałe elementy to białka. Dwie podjednostki rybosomu trzymają się razem
dzięki wiązaniom wodorowym, oraz dzięki oddziaływaniom jonowym i hydrofilowym.
Bardzo ważne w łączeniu się podjednostek są również jony magnezu.
Połączone rybosomy występują w komórce czynnej, która produkuje białko, gdy jest
okres pauzy podjednostki są od siebie oddzielone. Podjednostki rybosomu są zbudowane
z mniejszych elementówpodjednostek 5S, 16S i 23S. Istotnąjest podjednostka 16S,
ponieważ jest to fragment konserwatywny bakterii i na podstawie sekwencji nukleotydów
możemy określić stopień pokrewieństwa między poszczególnymi grupami bakterii. Jest to
fragment, który najrzadziej się zmienia w komórce. Rybosomów w komórce jest od 5000
do 50 000, ich liczba zależy od stanu aktywności komórki. W okresie intensywnego
wzrostu rybosomy mają zdolność łączenia się z innymi tworząc ze sobą większe
konglomeraty nazwane polirybosomami lub polisomami. Takie skupiska zapewniają
szybszy i lepszy proces translacji.
Gatunki bakterii tego samego rodzaju różnią się od siebie sekwencją nukleotydów o
l,5%we fragmencie 16S RNA. Jeśli różnica jest mniejsza mamy do czynienia z
poszczególnymi szczepami tego samego gatunku. Różnica pomiędzy rodzajami może
wynosić nawet 40% sekwencji.
Rybosomy są również miejscem oddziaływania antybiotyków z uwagi na różnice
miedzy stałą sedymentacji rybosomów komórek prokariotycznych (70S) eukariotycznych
(SOS), np., jeżeli podamy penicylinę to będzie ona działała na rybosomy bakterii a nie
będzie działać na rybosomy komórek gospodarza.
Niikleoidjest odpowiednikiem jądra, jest to dwuniciowy kolisty bardzo rzadko liniowy
kwas DNA. Długość nici DNA np. u Escherichia coli wynosi l .4mm a długość samej
komórki - 2-3u.m, dlatego nić DNA jest bardzo poskręcana i ściśle upakowana, aby nie
zajmować całej powierzchni komórki. Średnica takiej poskręcanej.nici DNA wynosi
0,2).im przy średnicy całej komórki - 0,3 - 0,4um. możliwość zwinięcia nici zapewniają
pewne białka, które są odpowiednikami histonów w komórkach wyższych. Nić DNA jest
połączona z błoną cytoplazmatyczną na obu biegunach komórki bakteryjnej, ma to istotne
znaczenie podczas podziału komórki. Materiał genetyczny komórki bakteryjnej jest
haploidalny (In) i zawiera geny warunkujące wszystkie procesy życiowe i cechy bakterii.
DNA jest charakterystyczny dla bakterii, ponieważ zawiera bardzo dużo połączeń
cytozyna guanina, te połączenia nie są metylowane, czyli nie są połączone z grupami
metylowymi. U eukariotów w DNA jest niewiele połączeń cytozyna guanina i są to
połączenia metylowane, dlatego DNA bakterii może być miejscem oddziaływania
antybiotyków, a także jest cechą rozpoznawaną przez fagocyty. Jeśli receptory fagocytów
rozpoznają nietypowe DNA bakterii, wtedy łączą się z nią i zostają uruchomione
mechanizmy immunologiczne takie jak zapalenie, gorączka. Na DNA bakterii działają
antybiotyki np. fluorochinolony, inetronidazol.
Plazmidy są to krótkie odcinki DNA znajdujące się w cytoplazmie, w formie kulistej lub
rzadziej liniowej. Są to jednostki autonomiczne, mogą się replikować niezależnie od
nukleoidu. Plazmid zawiera od 5 do 100 genów w swoim DNA. Wyróżniamy kilka
rodzajów plazmidów:
Plazmid R - znajdują się w nich geny odporności na antybiotyki. Mogą być w nich
również geny tzw. wieloopomiości kodujące odporność na całą grupę antybiotyków. W
plazmidzie mogą znajdować się geny warunkujące występowanie niektórych elementów
strukturalnych np. wakuoli gazowych
Plazmid F - odpowiada za występowanie pili płciowych, co pozwala na proces
koniugacji.
Plazmid OXp2 zawiera geny warunkujące wytwarzanie otoczek u laseczki wąglika
Bacillus anthracis.
W plazmidach mogą też znajdować się geny warunkujące wytwarzanie toksyn np. u
laseczki tężca Clostridium tetani, Bacillus anthracis, enterotoksyny E. coli. Plazmidów w
komórce może być kilka w zależności od tego jak szybka jest replikacja, najczęściej jest
kilka kopii jednego plazmidu.
Transpozony tzw. skaczące geny są to malutkie cząsteczki, zawierające od l do 12
genów. Mogą się znajdować w nukleoidziejak i w plazmidzie, mają zdolność
przechodzenia z jednego miejsca nukleoidu na drugie a również z nukleoidu na plazmid i
odwrotnie. Najczęściej w transpozonach są kodowane geny oporności na antybiotyki.
Bakterie mają zdolność bezpośredniego niszczenia niektórych antybiotyków np. p-
laktamowe.
Endospory, czyli formy przetrwalnikowe bakterii
-DNA w rdzeniu
Cytoplazma
Korteks
-Osłony białkowe
Egzosporium
Bakterie, które tworzą endospory należą do grupy gram+ i są to bakterie z rodzaju
Clostridium i Bacillus. Proces wytwarzania endospor nazywamy sporulacją, rozpoczyna
się on tuż po zakończeniu logarytmicznej fazy wzrostu, kiedy zaczyna w środowisku
brakować łatwo przyswajalnych źródeł węgla, azotu i fosforu, lub, gdy zaczyna się
gromadzić zbyt dużo metabolitów. Proces ten trwa bardzo długo (kilka godzin) i jest
wieloetapowy.
Etapy sporulacji:
1. Podział nukleoidu.
2. Asymetryczny podział komórki, tworzy się przegroda -jest to wpuklająca się błona
cytoplazmatycżna. Powstają dwie części - tzw. prespora i część komórki
wegetatywnej, obie są otoczone błonami cytoplazmatycznymi-
3. Błona cytoplazmatycżna komórki macierzystej otacza presporę jakby drugą warstwą
błony cytoplazmatycznej.
4. obie błony cytoplazmatyczne zaczynają wytwarzać ścianę komórkową. Błona własna
odkłada peptydoglikan do zewnątrz a błona zewnętrzna do środka. Tworzy się
sztywna struktura o słabym usieciowaniu korteks. W czasie tworzenia korteksu
może być równocześnie wytworzone egzosporium.
5. Równocześnie na zewnętrznej błonie odkładane jest białko zawierające bardzo dużo
wiązań dwuśiarczkowychjest podobne do keratyny jest to tzw. płaszcz białkowy.
6. endospora wydostaje się z komórki macierzystej biegunowo lub z boku.



Zmiany w komórce gwarantujące odporność na niesprzyjające warunki środowiska
zewnętrznego:
1. przed rozpoczęciem tworzenia endospory następuje odwodnienie komórki białka są
bardziej skondensowane i inaczej załamują światło
2. zostaje wytworzony kwas dwupikolinowy, który z jonami wapnia tworzy
dwupikulinian wapnia gwarantuje on oporność termiczną oraz^stabilizuje i chroni
DNA; może być go l O - 15% suchej masy w komórce
3. w endosporze zamierają procesy metaboliczne dochodzi do tzw. pauzy metabolicznej,
enzymy metaboliczne przechodzą w formy monomeryczne - daje to jeszcze większą
ciepło-oporność, ponieważ cząsteczki białka im są mniejsze ty bardziej są odporne na
temperaturę.
4. zawartość wody w endosporze spada do 15% gwarantuje to oporność na temperaturę i
promieniowanie.
5. białko, które stanowi płaszcz endospory gwarantuje dużą oporność na temperaturę
6. w endosporze jest bardzo dużo DNA w porównaniu do RNA i cytoplazmy, znajdują
się także specjalne białka, które impregnują DNA i chronią przed uszkodzeniem i
temperaturą.
Endosporajest to nierozmnażająca się struktura przebywająca w stanie uśpienia. Jest oporna
na wysoką temperaturę, ponieważ zawiera małą ilość wody, wysoką zawartość
dwupikolinianu wapnia; są oporne na większość środków chemicznych dzięki grubym
nieprzepuszczalnym osłonom. Oporność na promieniowanie gwarantują osłony białkowe i
mostki dwusiarczkowe. :
Germinacja lub kiełkowanie przetrwalnika następuje, gdy w środowisku znajdują się
pewne substancje, których obecność stymuluje rozpoczęcie tego procesu, są to np. L-alanina,
pewne lipidy, pewne nukleotydy szczególnie purynowe. Substancje te przyłączają się do
receptorów zewnętrznych endospory i rozpoczyna się proces kiełkowania. Rozpoczyna się
proces intensywnego oddychania, wzrasta aktywność enzymatyczna, dwupikolinian wapnia, -
pewne aminokwasy i peptydy są wydalane na zewnątrz. Podczas kiełkowania endospora traci
25-30% suchej masy. Wzrasta wrażliwość na temperaturę. Nowa komórka wydostaje się
biegunowo z endospory. Na początku komórka jest bardzo delikatna, jej ściana komórkowa
jest wrażliwa na warunki środowiska zewnętrznego jest to najlepszy moment na przyjęcie
nowego materiału genetycznego szczególnie na drodze transformacji.
Endospory generalnie są nieszkodliwe, ale przenoszą choroby np. endospory laseczki
wąglika Bacillus anthracis, endospory laseczki jadu kiełbasianego Clostridium botulimim,
endospory Clostridium tetani tężca, Clostridium perfringens powodująca zgorzel.
Namnażanie
a. komórki jako pojedynczego osobnika
b. populacji, czyli hodowli.
Wzrost i namnażanie.
Wzrostem w przypadku organizmów jednokomórkowych nazywamy powiększenie
ilości. Szybkość wzrostu bakterii jest olbrzymia, Escheńchiu coli potrafi podwoić swoją
liczbę w przeciągu 15 - 20 min w optymalnych warunkach na podłożach hodowlanych. W
środowisku może wynieść kilka godzin.
Proces podziału rozpoczyna się od replikacji podziału nukleoidu. W nukleoidzie
znajduje się miejsce początku replikacji tzw. miejsce oriC. Dochodzi tu do rozplecenia
podwójnego łańcucha DNA, tworzą się widełki replikacyjne, które przesuwają się jedne w
jedną stronę drugie w drugą, aż dojdą do terminus miejsca końca replikacji. Prędkość
dobudowywania łańcucha wynosi 1000 nukleotydów na sekundę. W efekcie powstają dwie
formy DNA szczepione ze sobą w jednym miejscu (katelaty). Specjalne enzymy,
topoizomerazy rozdzielają te dwa łańcuch.
Dzięki temu, że nukleoidjest połączony z błoną cytoplazinatyczną powstałe łańcuchy
DNA znajdują się na biegunach komórki- Na środku błona cytoplazinatyczną wpukla się i
rozpoczyna .się budowa ściany komórkowej. Mówi o tym teoria "trzy zamiast jednego".
Polega ona na tym ze trzy nowe łańcuchy peptydoglikanu przyłączają się do wiązań
peptydowych łańcuchów starych tak, że jeden ze starych łańcuchów zostaje przeznaczony do
wycięcia.
Hodowle bakteryjne mogą rosnąć na podłożach stałych na powierzchni lub wewnątrz
tworzą wtedy różne skupiska zwane koloniami. Na podłożach płynnych bakterie nie tworzą
hodowli.
Czas generacji, czyli czas potrzebny na podwojenie liczby bakterii zależy od gatunku
bakterii i od środowiska np.:
Gronkowiec złocisty Staphylococcus aureits 27 30min
E. coli 16-17min
Bakterie glebowe 60 I50min
Mycohacterium Inberculosis, prątki gruźlicy 12godz
Prątki trądu w tkankach 2tyg (nie dają się hodować m vitró)
I - Faza zastoju lub przygotowania (lagfaza)
II - faz.a logarytmicznego wzrostu
III - okres zwolnionego wzrostu
IV - faza równowagi
'V faza zamierania
VI - faza logarytmicznego zamierania '
M okres młodości fizjologicznej
Faza zastoju jest to okres przystosowania się bakterii do nowych warunków. Inokulum
bakteryjne - ilość bakterii, którą wprowadzamy do podłoża. Długość okresu
przystosowawczego zależy od:
- gatunku bakterii,
- wieku inokulum - jeżeli wprowadzimy bakterie do nowej pożywki w fazie ich
intensywnego wzrostu, to faza zastoju skraca się do minimum, ponieważ bakterie będą
miały te same warunki w nowej pożywce, czyli nie będą musiały się adaptować do
nowych warunków od razu będą się dzieliły jak w przypadku poprzedniej pożywki.
Sytuacja zmieni się, jeśli inokulum będzie pochodziło ze starej hodowli (faza
stacjonarnego wzrostu). Bakterie takie wprowadzone do nowej pożywki będą musiały
zwiększyć produkcję RNA, ilość rybosomów, - ponieważ mają zwiększony dopływ
substancji odżywczych i muszą przygotować się do podziału. Bakterie te potrzebują
czasu, aby przygotować się na produkcje białka-
składu nowej pożywki, -jeżeli bakterie przeniesiemy do identycznego podłoża to
wtedy te same enzymy, które były wykorzystywane do metabolizmu są również
wykorzystywane w nowym podłożu faza zastoju ze względu na podłoże nie zmieni
się. W przypadku zastosowania uboższego podłoża, bakterie zmieniają swój garnitur
enzymatyczny, muszą wytworzyć cały szereg nowych enzymów, aby rozkładać
substancje organiczne.
Diauksja - dwie fazy zastoju w hodowli. Przykładowo, jeżeli w hodowli bakteryjnej znajdują
się dwa cukry glukozę i laktozę, Escherichia coli ma zdolność rozkładania i
wykorzystywania i glukozy i laktozy. Glukoza jest łatwiej rozkładalna bakterie najpierw
będą ją wykorzystywać, enzymy potrzebne do rozkładania laktozy nie będą aktywne. W
momencie, gdy zabraknie glukozy, bakteria uaktywnia enzymy rozkładające laktozę i tu
następuje drugi okres zastoju przystosowania bakterii.
Podsumowując fazę zastoju - aktywność metaboliczna jest niewielka, wzrost bakterii jest
słaby, nie występują podziały komórek bakteryjnych, wzrost dotyczy tylko wielkości
poszczególnych bakterii - wzrost niezhilansowany tzn. wzrost masy nie odpowiada wzrostowi
ilości. W komórkach bakteryjnych zwiększa się produkcja RNA (8 x- 12x), zwiększa się ilość
rybosomów a w następstwie rośnie produkcja białek niezbędnych przy podziale komórki. W
tej fazie bakterie są stosunkowo oporne na niekorzystne warunki środowiska.
Faza młodości biologicznej. W tej fazie bakterie zaczynają intensyfikować swój
metabolizm, stają się wrażliwe na warunki środowiskowe. Szybko rosną, ale jest to wzrost na
wielkość. Jest to moment tuż przed wystąpieniem podziałów.
Faza wzrostu logarytmicznego - okres, w którym liczba bakterii wzrasta proporcjonalnie
do czasu trwania hodowli. Wzrost ten jest stały. Jest to główny okres, w którym wzrasta
hodowla. Długość tej fazy zależy od gatunku bakterii jak również od rodzaju podłoża i
szybkości wykorzystywania substancji odżywczych przez bakterie. Fazę można skrócić przez
zmniejszenie ilości składników odżywczych, gromadzenie trujących metabolitów, brak tlenu,
zmianę pH podłoża. Ilość bakterii, jaka powstała od początku fazy logarytmicznego wzrostu
do fazy stacjonarnej nazywa się plonem.
Faza stacjonarna. W fazie tyle samo komórek powstaje, co zamiera. Faza ta jest stopniowa
- osobniki bardziej wrażliwe zamierają a mniej wrażliwe dzielą się dalej. Podczas fazy
stacjonarnej następuje częściowa redukcja rybosomów, enzymy produkowane są w mniejszej
ilości. Jest to tzw. faza produkcyjna, ponieważ bakteria w tym okresie oprócz substancji
odżywczych wykorzystuje również własne metabolity i substancje zapasowe do, powstają
tzw. metabolity wtórne, którymi są np. antybiotyki czy toksyny.
Faza zamierania - wyczerpują się substancje odżywcze, metabolitów jest coraz więcej;
komórki przestają się dzielić - zamierają. Dochodzi do lizy komórek - w pierwszym
momencie jest to autoliza, następnie enzymy lityczne wydostają się ze strawionej komórki i
działają bezpośrednio na pozostałe bakterie przyspieszając rozpad hodowli.
Faza logarytmicznego zamierania to okres, w którym bakterie gwałtownie,
proporcjonalnie do czasu zamierają. Jest to tzw. okres śmierci logarytmicznej.
Omówiony typ hodowli to hodowla stacjonarna lub okresowa, czyli taka gdzie
wprowadzone bakterie rosną na jednym niezmienianym podłożu aż do wyczerpania substancji
odżywczych i śmierci.
Hodowla ciągła jest wtedy, kiedy substancje odżywcze są stale uzupełniane bakterie
znajdują się ciągle w fazie wzrostu logarytmicznego-
Hodowla zsynchronizowana - pozwala badać i określać przemiany metaboliczne bakterii.
W hodowli tej znajdują się bakterie w identycznej fazie rozwoju.
Populacje bakterii mogą rozwijać się na powierzchniach stałych i w płynach.
Hodowlą bakteryjną nazywamy pożywkę wzrostową wraz z bakteriami w niej znajdującymi
się, pożywka może być płynna lub stała.
Inkubacja - utrzymywanie przez określony czas warunków niezbędnych do wzrostu bakterii
np. temperatura, wilgotność.
Inokulacja - początkowa liczba bakterii wprowadzana do pożywki.
Kolonia bakteryjna tworzy się tylko na podłożu stałym. Jest to potomstwo z podziału
jednej komórki bakteryjnej, skupione w jednym miejscu, widoczna makroskopowo.
Kryteria opisu kolonii bakteryjnej:
Podłoża hodowlane
Podłoże jest to środowisko które zapewnia funkcjonowanie bakteriom poza środowiskiem
naturalnym - w warunkach sztucznych. Podłoża wykorzystuje się do izolacji komórek
bakteryjnych, otrzymywania czystych kultur bakterii, identyfikacji bakterii.
Podłoża dzielimy ze względu na właściwości fizyczne na:
cr Płynne do wzrostu i namnażania bakterii
cs' Stałe - do izolacji czystych kultur bakterii
Czynnikiem zestalającym podłoże jest:
C3r Agar - agar jest to wielocukier - wyciąg z czerwonych alg. Ma on inny punkt
krzepnięcia i inny punkt topnienia - topnieje w temperaturze 100�C natomiast
krzepnie w 40 45�C. Właściwość ta zapewnia możliwość hodowania bakterii w
temperaturze 37�C bez zmiany stanu skupienia podłoża. Nie jest przyswajany dla
większości bakterii.
Jeśli w podłożu nie ma składników organicznych, lub wszystkie składniki są oznaczone
jakościowo i ilościowo -jest to podłoże syntetyczne, zazwyczaj jest zespalane żelem
krzemionkowym. Podłoże naturalne - niesyntetyczne nie ma oznaczonych składników, na
przykład gdy dodamy peptonu.
Podział użytkowy podłóż:
Podstawowe - zapewniają minimum odżywcze
Wzbogacone - podstawowe 4 surowica, krew, glukoza, plazma, wyciąg drożdżowy
Wybiórcze - takie, które z-apewniają wzrost jednego rodzaju bakterii a hamują wzrost
drugiego np. podłoże Muller - Kauffmana
Różnicujące - na podstawie wzrostu na tym podłożu można określić rodzaj bakterii.
Np- podłoże Mc Conkeya zawierające laktozę. E. coli rozkłada laktozę z
wytworzeniem kwasu. Kwas zmieni pil i tym samym kolor podłoża na czerwony.
Salmonella nie rozkłada laktozy więc kolor podłoża nie zmieni się.
Metabolizm - wszystkie procesy, które zmierzają od namnażania i wzrostu komórki
bakteryjnej. Jest to cały szereg przemian, które toczą się równolegle, czasami są
przeciwstawne czasami wzajemnie na siebie oddziałują. Metabolizm możemy podzielić na:
DNA - zbudowany jest z deoksyrybonykleotydów moiiofosforanowych każdy z nich zawiera
jedną spośród czterech zasad: adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C), cytozyna tymmę oraz
deoksyrybozę i resztę kwasu ortofosforowego. Adenina łączy się z tyminą wiązaniem
wodorowym podwójnym, a guanina z cylozyną - potrójnym. Wiązania te są nietrwałe,
dlatego DNA łatwo ulega denaturacji termicznej.
RNA - różni się od DNA sktadem nukleotydowym, wielkością, i budową przestrzenną
cząsteczek. Zamiast deoksyrybozy zawiera rybozę, a zamiast tyminy - uracyl.
1. Kod genetyczny jest trójkowy - badania wykazały, że trzy leżące obok siebie nukleotydy
tworzą podstawowąjednostkę informacyjną- kodującą jeden aminokwas. Taka trójka
nukleotydów nazywana została KODONEM (pojęcie to można odnieść do DNA, jak i do
specjalnego kwasu rybonuklei nowego - mRNA).
2. Kod genetyczny jest nienakładający (niezachodzący) - kolejne trójki położone są obok i
nie zachodzą na siebie. W przypadku kodu nakładające się geny byłyby krótsze, ale ten
sposób ogranicza różnorodność możliwych połączeń między aminokwasami.
3. Kod genetyczny jest bezprzecinkowy - w DNA nie ma żadnych dodatkowych elementów
fizycznych (np. atomów czy wiązań) rozdzielających kodony. Odczyt kodu powinien
rozpoczynać się od precyzyjnie ustawionego punktu. Wymagana jest dokładność do jednego
nukleotydu, gdyż w razie pomyłki z jednej nici matrycy będą uzyskiwane różne "wyrazy", a
ściślej peptydy. -
4. Kod genetyczny jest jednoznaczny -jest to najważniejsza cechą kodu. Musi istnieć sposób
na to, aby dana sekwencja nukleotydów pozwalała zbudować białko konkretnej, takiej samej
sekwencji aminokwasów. Ten warunek w układzie żywych spełniany jest zawsze, ponieważ:
- dana trójka nukleotydów koduje tylko jeden aminokwas
- z dwóch nici DNA tylko jedna zawiera informację, tzw. PASMO MATRYCOWE, druga nie
zawiera żadnej informacji i spełnia funkcje stabilizujące
5. Kod genetyczny jest kolineamy - matryca genowa złożona jest z kolejnych, liniowo
uszeregowanych trójek. Mechanizm odczytu informacji genetycznej musi zapewniać, że
aminokwasy łączone będą w ściśle określonej kolejności -takiej, w jakiej ułożone są kodony
matrycy.
6. Kod genetyczny jest zdegenerowany pewien stan nadmiemości liczby elementów
kodujących w stosunku do liczby elementów kodowych. Dlatego jeden aminokwas może być
kodowany przez kilka trójek, tzn-: więcej niż jeden kodon może oznaczać ten sam
aminokwas.
7. Kod genetyczny jest uniwersalny (powszechny) - w wielu organizmach żywych, czy to
roślinnych czy zwierzęcych, te same trójki kodują te same aminokwasy. Nie oznacza to
jednak, że wszystkie te organizmy mają taką samą informację genetyczną! Ponad to, każdy
osobnik jednego gatunku ma inną informację, niż jego pobratymcy -
Sekwencja nukłeotydów w DNA określa zdolność bakterii do wytwarzania białek (elementów
budulcowych i enzymów). Sekwencja genów nazywa się genotypem natomiast ich ekspresja
pod wpływem działania środowiska zewnętrznego to fenotyp, mogą tu wystąpić różnice,
pomimo że genotyp jest taki sam. Ponieważ bakterie rozmnażają się przez podział, czyli
następuje replikacja DNA - wszystkie potomne bakterie mają ten sam genotyp, co
macierzysta. Dlatego też bakterie ulegają swoistym przemianom biorąc pod uwagę ile
drobnoustrojów saprofitycznych czy komen sal łożonych staje się patogenami, czego
przykładem jest Escherichia coli która ma określony serotyp 015 7H7. Jest to szczep
enterokrwotoczny który powoduje śmiertelny przebieg infekcji u człowieka, jest silnie
chorobotwórcza, występuje u psów, drobiu i bydła nie powodując żadnych zmian w
przewodzie pokarmowym. Szczep ten odkryto niedawno w USA, wywołuje on u ludzi
biegunki krwotoczne często z syndromem uremicznym doprowadzające do zapaści i śmierci.
Mutacje czyli zmiany sekwencji nukleotydów w genach, mogą być spontaniczne lub
indukowane. Mutacje spontaniczne występuj ą bardzo rzadko l na 10 do l na 109, są
powodowane błędami polimerazy podczas transkrypcji bądź przypadkową obecnością
czynników mutagennych. Mutacje indukowane są częstsze i możemy mieć na nie wpływ
wprowadzając do środowiska bakterii substancje powodujące przyspieszenie wystąpienia
mutacji.
Ze względu na ekspresję mutacji możemy je podzielić na:
�� mutacje ciche - nie powodują żadnych zmian w fenotypie bakterii, najczęściej
zachodzi w tych miejscach genomu który nie koduje produkcji białek, ani działania
enzymu;
'sr mutacje widoczne - powodują widoczne zmiany czy to w produkcji białek czy w
zachowaniu się bakterii.
Mutacje dzielimy ze względu na wielkość:
- mutacje punktowe zamiany dotyczą jednego nukleotydu
- mutacje wielomiejscowe dotyczą jednocześnie wielu punktów albo większego
odcinka DNA.
Mutacje .spontaniczne mogą się dzielić ze względu na formę zmian jakie zachodzą w
Sekwencji nukleotydów:
Addycja (insercja) - następuje dodanie nowego nukleotydu, do sekwencji zasad
zostaje wbudowana dodatkowa zasada, w efekcie zmiany mogą być widoczne,
będzie powstawał inny aminokwas, ale jeśli nowo powstała sekwencja będzie
kodowała ten sam aminokwas wtedy mutacja nie ujawni się, jest to tzw. mutacja
niezmieniająca sensu. Jeśli zostanie zmieniona sekwencja bardzo istotnego dla
komórki białka (np. enzym katalizujący rozkład glukozy) może spowodować
śmierć komórki.
cir Tranzycja - zasada purynowa jest zamieniana na inną zasadę purynową a zasada
pirymidynowa na inną pirymidynową.
tr Transwcrsja - zasada purynowa jest zamieniana na zasadę pirymidynową i
odwrotnie
Delecja wypadnięcie jednego nukleotydu
Mutacja nonsensowna powstaje, kiedy podczas mutacji pojawiają się trójki nonsensowne
kodujące zakończenie replikacji (UAA, UAG. UGA).
Mutacje indukowane - zasada ich powstawania jest taka sama, są one o wiele
częstsze i można nią w jakiś sposób kierować poprzez stworzenie odpowiednich czynników.
Jednym z nich są promienie ultrafioletowe (dl. 100 - 400nm), najbardziej bakteriobójczymi
falami są fale o dl. od 260 -270nm. Promienie UV są absorbowane przez kwasy nukleinowe,
w efekcie dochodzi do tworzenia dimerów pomiędzy dwoma sąsiadującymi ze sobą
sąsiadami. Tworzy się dimer, który nie może się połączyć z drugą nicią DNA - dochodzi do
zahamowania procesu replikacji
Zahamowanie syntezy
Promienie jonizujące X i gamma charakteryzują się, że mają o wiele większą przenikliwość,
powoduj ą rozbicie cząsteczek wody, powstanie toksycznych rodników, działających
uszkadzające na kwasy nukleinowe.
Mutacje chemiczne.
- Kwas azotowy i nitrozoguanidyna powodują deaminację zasad purynowych i
pirymidynowych - odciągają grupę -NH3. W efekcie z cytozyny powstaje uracyl i następują
duże zmiany w sekwencji nukleotydów.
- Substancje, które spełniają rolę podstawników, są one analogami zasad purynowych i
pirymidynowych. Przykładem jest 5-brorno-ui-acyl, który jest analogiem tyminy, albo 2-
amino-puryna będąca analogiem adeniny. Te związki są wbudowywane w sekwencje DNA,
nie mają one zdolności do łączenia się z żadną z zasad.
- Istnieją substancje, które mają właściwość wbudowywania się pomiędzy poszczególne
zasady na nici DNA, np. bromek etydyny. Związek ten wbudowując się w nić tworzy miejsce
dla dodatkowej zasady.
Rekombinacja -jeżeli DNA dostanie się do komórki bakteryjnej to jego losy mogą być
różne w zależności od rodzaju tego DNA. Jeśli będzie to plazmid czyli kolista cząsteczka
DNA, która będzie zawierała w swoim składzie miejsce ori, które pozwoli na replikację
samodzielną tej cząsteczki DNA, wtedy będzie się on replikował niezależnie od komórki.
Jeśli cząsteczka DNA będzie homologiczna do jakiejś części chromosomu bakterii, wtedy
może dojść do procesu rekombinacji - rekombinacja homologiczna. Po wniknięciu jeżeli
cząsteczka nie posiada miejsca ori, wtedy nukleazy komórki rozłożą takie DNA.
Rekombinacja homologiczna -jeżeli wniknie do komórki fragment DNA i jeśli
będzie miał on na jakimś odcinku sekwencję nukleotydów homologiczną do sekwencji
komórki, wtedy te dwie sekwencje ustawią się równolegle do siebie. Następuje pęknięcie
jednej z nici na jednej na jednym łańcuchu DNA - jest to tzw. nić inwazyjna. Nić inwazyjna
musi być otoczona białkiem wiążącym DNA aby nie doszło do ponownego połączenia się nic:
DNA i musi być tzw. białko RecA - bez tego białka nie dojdzie do rekombinacji. Tak
przygotowana nić atakuje drugą nić DNA dochodzi do wytworzenia się połączeń między
poszczególnymi zasadami azotowymi. Druga nić pęka, zostaje otoczona białkami, dochodzi
do przekrzyżowania, następnie zachodzi podwójny crossing-over. W efekcie powstają dwie
nowe nici DNA. Jeśli homologia była identyczna wtedy nie powstaną nowe cechy.
Rekombinacja zlokalizowana zachodzi w określonym miejscu, przy udziale fagów. Fag
lambda (A.) atakuje E. coli. Ma on swoje miejsce wiązania w genomie bakterii pomiędzy
regionem bio a regionem gal. Region biojcst odpowiedzialny za wytwarzanie biotyny a
region gal za przemiany galaktozy. W tym miejscu pomiędzy jednym a drugim regionem
znajduje się fragment DNA wielkości 15 par zasad nazwany attB, który jest rozpoznawany
przez fag. Na fagu lambda również znajduje się to miejsce, jest ono nazwane attP. Fag musi
kodować jednocześnie wytwarzanie enzymu integrazy. Rekombinacja ta nie wymaga
obecności białka RecA. Integraza ma za zadanie znaleźć miejsce na DNA bakterii z którym
się może połączyć. Jeśli znajdzie - dojdzie do połączenia faga z miejscem attB i enzym
integraza zaczyna działać jako endonukleaza restrykcyjna. Miejsce attP na fagu ma
homologiczną sekwencję zasad co miejsce attB bakterii dlatego może dojść do rekombinacji
w tym miejscu. DNA faga zostaje wbudowane w DNA bakterii za pomocą ligazy. Proces te
nie jest trwały - może dojść do ponownego wycięcia faga.
Transformacja, transdukcja i koniugaejii.
Każdy z tych etapów wymaga wprowadzenia DNA do komórki i rekombinacji.
Transformacja - pewne bakterii mają zdolność pobierania ze środowiska kwasów
nukleinowych. Fragment DNA pochodzący z martwej komórki wnika do komórki
bakteryjnej. Nie wszystkie fragmenty DNA mogą przeniknąć do komórki ze względu na
swoją wielkość i nie wszystkie bakterie wykorzystują ten proces. Bakteriami wykazującymi te
zdolności ss^Streptococcus pneumoniae, Bacillus, Neiseria, Mycobacterium i Pseudomonas.
Jeżeli kwas nukleinowy który będzie wprowadzony do komórki bakteryjnej będzie pochodził
z DNA faga, to wtedy proces nazywa się transwersją. Transformacja zależy od wielkości
cząsteczki DNA (minimalna wielkość to 5x I O5 daltona - około 20 genów), biorca musi
posiadać białka wiążące DNA na powierzchni komórki. Można sztucznie przyspieszyć proces
przechodzenia DNA przez błony komórki, wprowadzając do środowiska m.in. chlorek
wapnia. Przebieg transformacji zależy również od rodzaju bakterii bakterie gram+ łączą się
z DNA przez białka kompetycyjne ale do wnętrza wprowadzają tylko jedną nić fragmentu.
Bakterie gram- wprowadzają do swojej komórki dwuniciowy DNA.
Te fragmenty DNA które zostaną wprowadzone do komórki, jeżeli będą miały
odpowiednią homologię z gnomem bakterii - dochodzi do procesu rekombinacji i mogą
powstać nowe sekwencje. Aby doszło do rekombinacji musi być obecne białko RecA. Proces
ten został wykorzystany do mapowania genetycznego można określić czy w DNA komórki
bakteryjnej znajduje się określona sekwencja nukleotydów.
Aby bakteriofag mógł połączyć się z komórką bakteryjną, na jej ścianie muszą znajdować się
odpowiednie receptory- Służą one do przyłączania bakteriofaga są to receptory LPS u
komórek gram, fimbrie, lipoproteiny, białka błony zewnętrznej - elementy te rozpoznawane
są przez fagi.
Podczas wiązania faga z komórką zachodzą dwa etapy: w pierwszym fag luźno łączy się za
pomocą haczyków, może on się oderwać; w drugim etapie zaczynaj ą działać elementy płytki
podstawowej. W tym momencie fag trwale łączy się z komórką bakteryjną, następnie
dochodzi do skurczu osłonki białkowej, w efekcie sztywny rdzeń przebija osłony bakteryjne i
dostaje się do środka. Przez ten rdzeń zostaje wprowadzony kwas nukleinowy.
Fag zakażając komórkę bakteryjną może przechodzić w dwa typy zmian w komórce:
- Jeśli będzie to fag wirulentny - będzie to proces lityczny
- Jeśli fag będzie łagodny lub utemperowany - będzie to proces lizogenny.
Proces lityczny
Do wnętrza komórki wnika fag zjadliwy, przestawia on metabolizm komórki bakteryjnej na
produkcję swojego białka, równocześnie replikuje się w tej komórce. Jest to tzw. faza utajona
lub faza eklipsy. Równocześnie mogą być produkowane białka których zadaniem będzie liżą
na końcu procesu komórki bakteryjnej. W komórce następuje dojrzewanie fagów- tworzą się
białka kapsydu zostaje do nich wprowadzony DNA faga. W momencie kiedy zostaje
przestawiony metabolizm komórki bakteryjnej DNA bakterii ulega rozpadowi na wiele
fragmentów. Część z nich jest rozkładana i wykorzystywana do budowy DNA wirusa, część
natomiast pełni różne funkcje. W momencie gdy nowe fagi utworzą się w odpowiedniej ilości
zaczynaj ą działać białka lizujące komórkę bakteryjną. Komórka pęka a wirusy wydostają się-
do środowiska. Jedna komórka może umożliwić powstanie 50 - 1000 nowych fagów.
Proces lizogenny
W przypadku fagów lizogennych dochodzi do rekombinacji ukierunkowanej. Poszczególne
fagi wykazują powinowactwo do określonej bakterii, również do określonego miejsca w jej
genomie. Fag zostaje wbudowany do genomu komórki bakteryjnej nazywamy go wtedy
profagicm. Wbudowanie się faga w genom komórki bakteryjnej może powodować powstanie
nowych cech w genomie komórki bakteryjnej. Proces ten nie zachodzi jednak na zasadzie
zmienności. Fagi mogą posiadać geny które wbudowane w genom komórki np.
Cofynebacterium diphteriue kodują wytwarzanie toksyny, może powodować groźne
schorzenia. Również bakterią która staje się patogenez po wbudowaniu faga jest Yibrio
ćholerae, bakterie z rodzaju Salmonella jeśli mają wbudowany fag zmieniają swój antygen O,
który jest antygenem immunogennym dzięki któremu dzielimy bakterię na określone
serotypy. E. coli 0157H7 musi mieć wbudowanego faga aby mogła wytwarzać toksyny.
Clostridiiim bolulinum które mają wbudowanego faga wytwarzają jad kiełbasiany.
Proces transtlukcji polega na przenoszeniu DNA komórki bakteryjnej na drogą, wektorem
w tym procesie są bakteriofagi. Ze względu na dwa rodzaje fagów są dwa rodzaje transdukcji,
ogólna i ukierunkowana.
Trausdukcja ogólna.
Fagi wnikają do komórki bakteryjnej, powstają nowe wirusy, może się zdarzyć ze fag
wprowadzi do nowego kapsydu DNA komórki bakteryjnej - powstaje tzw. fag ułomny który
wydostaje się na zewnątrz. Taki fag nie ma zdolności namarzania się, ale może zaatakować
komórkę. Jeśli zaatakuje komórkę - wprowadza DNA innej bakterii. Jeśli wprowadzony
fragment będzie wykazywał homologię z DNA zaatakowanej komórki, dojdzie do
rekombinacji. W efekcie mogą powstać nowe bakterie mające nowe cechy.
Trailsdukcja ukierunkowana
Fag utemperowany wprowadza swój materiał genetyczny do komórki bakteryjnej - staje się
profagiem. Profag wbudowuje się do DNA bakterii i razem z nim będzie replikował i
namnażał się razem z bakterią. Na skutek różnych czyimików może dojść do wycięcia faga.
Jeśli będzie wycięty przez komórkę bakteryjną idealnie w tym samym miejscu w którym
został wbudowany przejdzie na proces lityczny, namnoży się i doprowadzi do zniszczenia
komórki. Jeśli wycięcie nastąpi nie w tym miejscu co trzeba to część genoforu komórki
bakteryjnej będzie przypisana do faga ~ będzie posiadał część swojego DNA i część DNA
bakterii. Jeśli w odciętym fragmencie faga będą geny odpowiedzialne zareplikację będzie się
on namnażał. Po pęknięciu komórki fagi wydostaną się na zewnątrz i mogą zatankować
kolej na bakterię, fag wbuduje się w genofor komórki bakteryjnej ale będzie wzbogacony w
DNA innej komórki bakteryjnej. Zmiany wywołane transdukcją ukierunkowaną są widoczne,
i możemy ją kierować.
Koniugacja - bezpośredni kontakt dwóch komórek. Dochodzi do przekazania materiału
genetycznego z jednej komórki do drugiej, z tym kierunek przekazywania zależy od typu
komórki. Pod tym względem można podzielić komórki bakteryjne:
Typ dawcy - komórki F+ to tzw. osobniki męskie, które maja zdolność do
przekazywania materiału genetycznego komórkom biorcom, czyli F- "komórkom
żeńskim". Komórki F+ mają w swoim materiale genetycznym czynnik F -tzw.
plazmid, F który jest odpowiedzialny za zdolność przekazywania materiału
genetycznego oraz daje możliwość do wytworzenia pili płciowych. Pile płciowe
wy stępuj ą ty l k o na bakteriach gram-, n bakterii gi'ani+ ich me ma. U gram+
wytwarzanejest białko powierzchniowe - adhezyjne spełniające rolę pili. Pomiędzy
dwiema komórkami F+ nie może dojść do koniugacji, ze względu, na tzw.
wykluczenie powierzchniowe, materiał zawsze jest przekazywany z komórki F+ do F-
Czyimik F może występować w różnej postaci w komórce, może być to plazmid
autonomiczny występujący poza chromosomem komórki, bądź zintegrowany z
chromosomem. Komórki posiadające czynnik F zintegrowany z chromosomem tworzą
oddzielny typ komórek biorących udział w koniugacji są to komórki Hfr o wysokim stopniu
rekombinacji. Następny typ komórek posiada obok swojego materiału genetycznego,
fragment chromosomu innej komórki bakteryjnej jest to tzw. plazmid F' w komórce F'.
W zależności od tego, jaki typ komórek bierze udział w koniugacji taki jest typ
koniugacji. Jest trzy typy koniugacji. Najprostsza jest pomiędzy komórką F+ a F-.
W momencie spotkania się komórki F+ i F-, pilą komórki dawcy będzie się łączyła z kornórtą
biorcy. Po połączeniu pilą skraca się aż komórki stykają się ze sobą i tworzy się pomiędzy
nimi kanał, przez który przenoszony jest materiał genetyczny. W plazmidzie znajduje się
miejsce ori T tu następuje pęknięcie. Następnie zaczyna się proces replikacji plazmidu, przy
czym jedna nić przechodzi od razu do komórki biorcy i tam następuje replikacja. W efekcie
koniugacji bakterii F+, F- powstają dwie komórki F+. Jest to jedyny proces koniugacji, w
którym nie następuje rekombinacja. Jeśli plazmid F nie będzie zawierał żadnych owych cech,
które mogą wpływać na fenotyp komórki to proces koniugacji nic nie zmieni. W przypadku,
gdy plazmid będzie zawierał w swoim składzie gen oporności na antybiotyk, jeśli bakteria
biorca dostanie taki plazmid to automatycznie staje się oporna na dany antybiotyk, lub środki
chemiczne, czy metale ciężkie.
Koniugacja komórek Hfr i F-. Komórka o wysokiej częstotliwości rekombinacji
posiada plazmid wbudowany w genofor.
Plazmid, który jest wbudowany w genofor komórki ma taką właściwość, że podczas procesu
koniugacji dochodzi do pęknięcia chromosomu w miejscu ori T. przekazywanie genów
zaczyna się zawsze od genów chromosomu, czyli geny plazmidu znajdują się na końcu nici.
Jeżeli proces przebiegnie do końca to drugiej komórce zostanie przekazany cały chromosom
jednej bakterii, tak się nie dzieje, ponieważ proces trwa bardzo długo. Zazwyczaj szybko
zostaje przerwany, i tylko pewna część materiału jest przekazywana komórce - biorcy.
Plazmid i reszta genoforu zostaje w komórce dawcy, jeżeli część materiału genetycznego
komórki - dawcy przejdzie do komórki - biorcy dojdzie do rekombinacji ogólnej (tylko w
przypadku bardzo spokrewnionych gatunków). Jeżeli dojdzie do rekombinacji ogólnej wtedy
materiał genetyczny z komórki - dawcy będzie częścią chromosomu komórki biorcy. W
efekcie powstanie w komórka Hfr i komórka F- z nową częścią genoforu.
Koniugacja pomiędzy komórka F' i F-. W procesie tym może dojść do dwóch odmian
koniugacji komórka F' może przekazać swój plazmid do komórki F-, tam ulegnie replikacji i
powstaną dwie komórki F'. Jeśli do komórki F- przejdzie plazmid z fragmentem
wykazującym homologię z jej genoforem. To wtedy może dojść do rekombinacji ogólnej i
powstaną nowe cech w komórce bakteryjnej. W efekcie powstaną: komórka F' i komórka o
nowych cechach z wbudowanym plazmidem, wykazująca cech komórki Hfr-
PlaziMidy.
Są to pozachromosomalne fragmenty DNA, które mają zdolność do autonomicznej replikacji
niezależnie od genoforu komórki bakteryjnej. Są o wiele mniejsze, niż genofor, zawierają
ok. 250 kilopar zasad. Występują u większości bakterii, prawdopodobnie mogą występować
również u grzybów. Plazmidy nie są niezbędne do życia komórki, z tym, że mogą być w nich
zakodowane pewne cechy, które całkowicie zmieniają sposób życia bakterii w środowisku. W
plazJmidach mogą np. znajdować się geny odpowiedzialne za wytwarzanie toksyny
zmieniające bakterii saprofityczne w niebezpieczne patogenny.
Wszystkie plazmidy muszą posiadać geny trą, które są niezbędne do transferu, do
przekazywania materiału genetycznego do innych komórek. Poza tym posiadają miejsce ori
punkt gdzie dochodzi do przecięcia w momencie procesu koniugacji i punkt ori V, w
którym zaczyna się replikacja. W plazmidzie muszą znajdować się geny, które kontrolują
częstość replikacji. Są plazmidy, które mają rozluźnioną kontrolę genetyczną, są to
najczęściej małe twory i może ich powstawać w komórce nawet 40. Są także plazmidy będap
pod ścisłą kontrolą, są duże i może ich powstać max. 3 kopie.
Grupy niezgodności plazmidów - plazmidy, które będą znajdowały się w takiej głupi
i nie są to kopie nie mogą współistnieć w jednej komórce. Jest ok. 30 grup niezgodności.
Wykazano, że np. w komórce E. coli może być 7 różnych plazmidów. Niezgodność pomięli
plazmidami kontroluje miejsce inc w DNA, przyjmuje się, ze plazmidy wykazujące
niezgodność nawzajem się hamują.
Plazmidy można podzielić ze względu na zdolność do koniugacji:
Iy Plazmidy koniugacyjne - muszą posiadać geny trą, poza tym kodowane są w nich
płciowe, zdolność przenoszenia własnych fragmentów do innych komórek, białka-
które kontrolują! stabilizują proces koniugacji i białka wykluczające plazmidy
spokrewnione. U bakterii gram+w plazmidach zamiast pili płciowych zakodowan
białko adhezyjne.
- Plazmid R - plazmid koniugacyjny zawierający geny oporności na różne substanc;:
Geny te mogą być pojedyncze lub kodujące oporność na wiele substancji jednocześni
geny wiełoopmości. Plazmidy koniugacyjne są przekazywane najczęściej w obręinu
tego samego gatunku.
cr Plazmidy wszędobylskie, które mają szerokie spektrum gospodarzy, czyli mogą być
przekazywane do różnych komórek bakteryjnych. Niebezpieczeństwo istnieje wic-
kiedy nie tylko są przekazywane w obrębie gatunków np. gram-, ale również do
gatunków gram+ w związku z tym są coraz większe trudności w opracowywaniu
terapii antygenowej. Przykładem plazmidu przenoszonego w różnych kierunkach
plazmid, RP4 który koduje oporność na cztery antygeny - ampicylinę, kanamyc
tetracyklinę i metale ciężkie. Bakteria Enterococcusfecalis, która bytuje w
przewodzie pokarmowym u ludzi i zwierząt jest zwykłym komensalem może
przekazać plazmidy do rodzaju Streptococcus, Staphylococcns, Bacillus
- Plazmid PC 194 występuje u Staphylococciis aurens, który może pr;"r ;
na inne bakterie np. Bacillus subtiiis lub E. coli a nawet może być przekazywany a.
komórek eukariotycznych z rodzaju Saccharomyces (drożdże). Przyjmuje się że i
plazmidy wszędobylskie mają wiele miejsc początku replikacji oraz posiadają
wszystkie typy białek które są niezbędne przy procesie koniugacji i które
uniezależniają plazmid od komórki gospodarza.
- Plazmidy niekoniugacyjne - są najczęściej małe nie posiadają genu trą. Mogą one
przechodzić do innej komórki kiedy w komórce gospodarza znajduje się równocza-
plazmid koniugacyjny i ma on zdolności mobilizacyjne. Plazmid niekoniugacyjne
podlegający mobilizacji może przechodzić do komórki dwoma sposobami: niezakaan
od plazmidu koniugacyjnego równolegle z nim, albo dochodzi do przejściowego
łączenia się na drodze rekombinacji plazmidu koniugacyjnego koniugacyjnego
plazmidem mobilizowanym, powstaje tzw. kointegrat który przenika przez kanał
koniugacyjny a w komórce rozpada się i powstają znów dwa odrębne plazmidy.
Plazmidy które podlegają mobilizacji zarówno mobilizujące jak i mobilizowane.
muszą posiadać w DNA region mobilizacji region mob.
Rodzaje plazmidów - podział ze względu na właściwości:
- Plazmidy krytyczne - nie mają żadnych genów które wpływałyby na zmianę fenotypu
komórki,
- Plazmidy F - umożliwiają przenoszenie genów z jednej komórki do drugiej
- R - należą do grupy plazmidów F, są odpowiedzialne za przenoszenie oporności np.
na sulfonamidy, streptomycynę, chloramfenikol, kanamycynę, wankomycynę (coraz
mniej skuteczny na gronkowca złocistego).
- Plazmidy przenoszące oporność na metale ciężkie (rtęć, nikiel, kobalt, kadm, dwom)
- Plazmidy bakteriocnowe - kodują w swoim materiale geny odpowiedzialne za
produkcję bakteriocyn. Bakteriocyny są to substancje antybiotyczne wytwarzane przez
jeden gatunek a niszczące inny. Przykładem jest E. coli wytwarzająca kolicyny,
Psendomonas auerginosa (pałeczka ropy błękitnej) biocyny, Bacillus megaterium -
megadyny. Substancje te pozwalają bakterii na dominację w środowisku.
- Plazmidy wirulencji - znajdują się w nich geny odpowiedzialne za patogenność
bakterii. E. coli może zawierać geny które będą odpowiedzialne za hemolizę krwinek
czerwonych, oprócz tego mogą zawierać geny odpowiedzialne za wytwarzane
sideroforów czyli substancji które będą wychwytywały żelazo z organizmu żywiciela.
Substancje te odciągają żelazo z transferyny lub laktoferyny.
- Plazmidy degradacyjne -umożliwiają bakteriom rozkładanie różnych związków np.
herbicydów, nikotyny, cukrów.
Transpozony - są to sekwencje genowe znajdujące się w genoforze czy plazmidzie komórki
bakteryjnej, które mają zdolność przenoszenia się z jednego miejsca genoforu na inny, mogą
również przenosić się na plazmidy i bakteriofagi. Okazało się że bakterie mają pewne regiony
w DNA tzw. konserwatywne które w procesie ewolucji są stałe - charakterystyczne dla
danego gatunku bakterii i mają również regiony zmienne transpozony. Transpozony nie
posiadają zdolności autonomicznej replikacji, mogą przemieszczać się losowo w obecności
enzymu transpozazy który jest odpowiedzialny za proces przenoszenia. Transpozon posiada
od jednej do dwóch kilopar zasad, musi mieć zakodowane wytwarzanie enzymu transpozazy i
na swoich dwóch końcach posiada tzw. sekwencję odwróconą, oraz miejsca docelowe.
Transpozaza rozpoznaje końcowe sekwencje i miejsca docelowe na transpozonie i tu
dochodzi do przecięcia nici DNA. Dochodzi do przeniesienia wyciętego fragmentu,
rekombinacji nieuprawnionej i transpozon zostaje wbudowany w innym miejscu na DNA.
Mogą być dwa rodzaje transpozycji:
- Prowadząca do wycięcia z jednego miejsca fragmentu DNA i przeniesienia W inne
- Duplikacja - transpozon zostaje na swoim miejscu a przenoszony jest jego duplikat
Efekty transpozycji zależą od typu transpozonów. Typ prosty zwany też sekwencją
insertywną IS'. Jeśli te transpozony zostaną przenieś! one i wbudowane w jakiś gen to ten gen
wypada ma to znaczenie w mutacjach. Transpozony TN posiadają dodatkowo geny
oporności na antybiotyki.