Wykład 1

Mikrobiologia - nauka o organizmach niewidocznych gołym okiem, dostrzegalnych jedynie pod mikroskopem

Połączenie 3 greckich słów: micros(mały), bios(życie), logos(nauka).

Zastosowanie

• Biotechnologia

• Farmacja

• Produkcja żywności

• Utylizacja odpadów

• Oczyszczalnie ścieków

• Genetyka

• Rośliny transgeniczne

Podział nauk mikrobiologicznych

1. Ogólnoprzyrodniczy

• Mikrobiologia ogólna - nauka o budowie, czynnościach życiowych i znaczeniu drobnoustrojów

• Mikrobiologia szczegółowa - nauka o poszczególnych grupach drobnoustrojów

• Wirusologia

• Bakteriologia

• Mikologia

• Protozoologia

• Algologia

• Dodatkowo - immunologia

Środowisko bytowania:

• Mikrobiologia gleby i rolnicza:

• Mikroorganizmy chorobotwórcze dla roślin

• Mające znaczenie w procesach krążenia pierwiastków w przyrodzie

• Procesy mikrobiologiczne zachodzące w glebie

• Mikrobiologia wody i sanitarna

• Bada zagadnienia czystości wody, powietrza, pomieszczeń produkcyjnych, urządzeń i opakowań

• Zajmuje się problemami oczyszczania wody metodami biologicznymi

• Higieną osobistą pracowników zakładu przemysłu spożywczego

• Sposobami zapobiegania zatruciom

• Mikrobiologia lekarska i weterynaryjna

• Drobnoustroje chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt

• Profilaktyka i diagnostyka

• Walka z drobnoustrojami chorobotwórczymi

• Mikrobiologia przemysłowa (biotechnologia)

• Zastosowanie wiedzy mikrobiologicznej i inżynieryjnej w procesach przemysłowych z wykorzystaniem mikroorganizmów do produkcji użytecznych dóbr konsumpcyjnych lub półproduktów procesowych (z jednoczesnym monitorowaniem mikroflory szkodliwej)

• Przemysł spożywczy, diagnostyka mikrobiologiczna

Historia mikrobiologii

1. Pierwsze hipotezy

• Varro Marcus Terentius (116-126 p.n.e.)

• Columella Lucius Iunius Moderatus (ur. 30. r. n.e.)

2. Okres “przedpasteurowski” - do 1854r.

• Girolamo Fracastoro (1483-1553)

• Antoni van Leeuwenhook (1632-1723)

• Robert Hook (1665)

• Pierre Antonio Micheli (1679 - 1737)

• Otto Muller (1786)

• Christian Ehrenberg (1838)

• Schleiden i Schwam (1838-1839)

Antoni van Leeuwenhook (1632-1723)

• w 1672 odkrył świat mikroorganizmów

• Twórca pierwszego mikroskopu (pow. 200-300x)

• Pierwsze rysunki drobnoustrojów z wody, śliny i odchodów.

Robert Hook (1635-1703)

• 1665 odkrycie struktury tkanki i początek teorii komórkowej

Ludwik Pasteur (1822-1895)

• Odkrywca dwóch form krystalicznych kwasu winowego

• Twórca podstaw mikrobiologii przemysłowej

• 1857-1868 badanie procesów fermentacyjnych

• Wprowadził metody wyjaławiania (pasteryzacja)

Badania bakteriologiczne

• 1877 - pierwszy wyizolował czyste hodowle drobnoustrojów i opracował podłoża płynne

• Prace z zakresu bakteriologii

• 1865 - jedwabniki (eliminacja chorych jajeczek)

• 1870-1871 - gronkowce

Cholera kur

• Opracował i wprowadził metody szczepień ochronnych

• 1880 - wyizolował drobnoustroje wywołujące chorobę

• Pierwsza próba wywołania reakcji immunologicznej (wstrzykiwanie ptakom jednomiesięcznych kultur bakterii cholery)

Wąglik

• choroba bydła i owiec(Bacillus anthracis)

• 1881- publiczny pokaz szczepienia na owcach

Wścieklizna

• 6 czerwca 1885 szczepienie 9-letniego Josepha Meistera

Instytut Pasteura w Paryżu (zdjęcia) (w 1888 otwarcie)

Uczniowie Pasteura

• Roux - szczepionka przeciw błonicy

• Yersin - współodkrywca Bacillusa, prowadził badania nad dżumą, na jego cześć nazwano bakterię ją wywołującą Yersinia pestis

• Calmette - szczepionka przeciw gruźlicy

• Thullier - badania nad cholerą

• Miecznikow - immunologia

• Winogradski - mikrobiologia gleby

• Bujwid, Danysz

Robert Koch (1843-1919)

• Niemiecki lekarz, twórca nowoczesnej techniki mikrobiologicznej

• Wprowadził agar (podłoża stałe) do hodowli bakterii

• Opracował metody barwienia bakterii

• 1882 - prątki gruźlicy

• 1883 - przecinkowce cholery azjatyckiej

Uczniowie Kocha

• Loeffler - odkrywca maczugowca błonicy (Corynebacterium diphtheriae)

• Gaffsky - odkrył pałeczkę duru brzusznego (Salmonella typhi)

• Behring - badania nad toksyną błonicy

• Kitasato - odkrywca laseczki tężca(Clostridium tetani)

• Shiga - badania nad czerwonką (Shigella dysenteriae)

Joseph Lister (1827-1912)

• 1860 - potwierdził teorie przenoszenia chorób przez drobnoustroje

• 1867 - wprowadził fenol do dezynfekcji ubrań chirurgicznych

Dmitrij Iwanowski (1864-1920)

• 1892 - wykrył czynnik zakaźny powodujący chorobę roślin tytoniu (wirus mozaiki tytoniowej)

Ferdynand Cohn (1828 - 1898)

• Współpracownik Roberta Kocha

• 1872 - odkrycie przetrwalników (Bacillus subtilis)

• 1885 - medal Leeuvenhooka

John Tyndall (1820 - 1893)

• Tyndalizacja - trzykrotna pasteryzacja

• Efekt Tyndalla - rozpraszanie światła przez koloid z wytworzeniem charakterystycznego stożka świetlnego

Hans Christian Gram (1853-1938)

• 1884 Berlin - metoda barwienia bakterii G(+) i G(-) ze względu na różnice w budowie ściany komórkowej

Ilia Miecznikow (1845-1916)

• Twórca immunologii

• 1908 Nagroda Nobla (wspólnie z Paulem Ehrlichem za prace nad odpornością)

Sergiusz Winogradski (1856-1953)

• Rozwój mikrobiologii ogólnej i rolnej(gleby)

• Wiązanie azotu przez bakterie glebowe

• 1889 - wprowadził podłoża selektywne (wybiórcze)

Odkrycia Winogradskiego

Stały się podstawą dla rozwoju mikrobiologii gleby

• 1893 odkrył bakterie z rodzaju Clostridium wiążące azot atmosferyczny

• Wykrył i opisał chemoautotrofię u bakterii nitryfikacyjnych, siarkowych i żelazowych

• Badał procesy fotosyntezy u bakterii, wiązanie azotu cząsteczkowego

• Scharakteryzował rozkład w glebie wielocząsteczkowych związków organicznych

Aleksander Fleming

• 1928 odkrycie penicyliny (1945 Nagroda Nobla) i początek „ery antybiotyków”

• 13.02.1929 - wykład w Medicine Research Club

Udział Polaków

• Leon Cieńkowski (1822-1887)

• Metoda zwalczania wąglika

• Określa przyczynę (Leuconostoc mesenteroides) i sposób zapobiegania powstania „żabiego skrzeku” w cukrowniach

• Adam Prażmowski (1853 - 1920), mikrobiologia rolnicza

• Opisuje bakterie brodawkowe (Rhizobium) i symbiotyczne wiązanie azotu atmosferycznego

• Izoluje bakterie z rodzaju Bacillus i Clostridium

• Jan Danysz (1860 - 1928)

• Współpracownik L. Pasteura, odkrył bakterię paratyfusu mysiego

• Współpracował z Marią Skłodowską - Curie i jej mężem

• 1893 kierownik działu mikrobiologii w Instytucie Pasteura (ekspert od zwalczania szkodników)

• 1899 - pomór bydła w Afryce Południowej

• Rosja - szkodniki buraków cukrowych

• Portugalia - szkodniki dębu korkowego

• Australia - zwalczanie plagi dzikich królików

• Odo Bujwid (1857 - 1942)

• Pierwszy polski bakteriolog, pionier higieny i profilaktyki lecznictwa

• Uczeń Roberta Kocha i Ludwika Pasteura

• Badania żywności i wody, prekursor SSE

• Założyciel pierwszego w Polsce instytutu zapobiegania wściekliźnie i stacji badania produktów spożywczych

• Ludwik Hirszfeld (1884 - 1954)

• Rudolf Weigel (1883 - 1954)

• Feliks Przesmycki (1892 - 1974)

• Tadeusz Chrząszcz (0 -1943)

• Kazimierz Bassalik (1879 - 1960)

• Bronisław Niklewski (1879 - 1961)

• Tadeusz Matuszewski

• S i H. Krzemieniewscy

• Jadwiga Marszewska - Ziemięcka (1891 - 1968)

• Wacław Dąbrowski (1879-1962)

• Eugeniusz Pijanowski (1906 - 1974)

• Jadwiga Jakubowska (1905 - 2001)

prof. dr Jadwiga Jakubowska dr h.c. (1905-2001)

• Od 1929 r. pracownik Instytutu Przemysłu Fermentacyjnego i Bakteriologii Rolnej - Oddział Czystych Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych

• Od 1945 r. współpracownik prof. Dąbrowskiego w SGGW

• Od 1947 r. na Uniwersytecie Łódzkim, a następnie Politechnice Łódzkiej w Katedrze Mikrobiologii Technicznej

• Uruchomiła krajową produkcję szczepionek czystych kultur mleczarskich

• Zapoczątkowała Kolekcję Szczepów Przemysłowych (obecnie ŁOCK 105) - szczepy z przedwojennej kolekcji SGGW, z IHAR w Bydgoszczy, kolekcji węgierskiej, szczepy własne oraz zdeponowane (ok. 700)

Wacław Dąbrowski (1879 - 1962)

• Pionier technologii i mikrobiologii żywności

• 1910 - Pracowni Przemysłu Fermentacyjnego i Bakteriologii Rolnej(Instytut)

• 1945 - Katedra Mikrobiologii i Przemysłu Rolnego SGGW

• Rektor SGGW 1922-1923

Eugeniusz Pijanowski (1906 - 1974)

• Twórca nauk o żywności

• Twórca i I Dziekan Wydziału Technologii Żywności

• W czasie okupacji prowadzi wykłady i ćwiczenia w Liceum Rolniczym (kontynuacja dydaktyki SGGW)

• Od lutego 1945 bierze udział w odbudowie i reaktywowaniu działalności SGGW

Historia SGGW

• Najstarsza rolnicza szkoła wyższa w Polsce (4 w Europie)

• 1816 - utworzenie Instytutu Agronomicznego w Marymoncie dzięki staraniom St. Staszica i St. Potockiego

• I siedziba - pałacyk królowej Marysieńki Sobieskiej

W niepodległej Polsce

• 1918 - Królewsko-Polska Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

• 1919 - uczelnia państwowa

• 2 wydziały: Rolniczy i Leśny

• 1923 - obszar na Polach Mokotowskich i pieniądze na budowę szkoły

• 1929 - oddanie I pawilonu przy Rakowieckiej

II wojna światowa

• 15 maja 1945r. SGGW jako pierwsza inaugurowała rok akademicki

• W 2000r. Senat ustanowił Dni SGGW

• 1956r. tereny na Ursynowie, w 1989 władze uczelni przeniesiono do Pałacu w Ursynowie, od 2003r. ostatecznie przeniesiono wszystkie wydziały

• Kampusowi nadano imię Edwarda hr. Raczyńskiego

Wydział Technologii Żywności

• Katedra i Zakład Mikrobiologii i Przemysłu Rolnego

• 1925 - pierwsi absolwenci - pionierzy przemysłu spożywczego

• X 1961 - Wydział Technologii Rolno-Spożywczej

• 1.10.1977 - Wydział Żywienia Człowieka i Wiejskiego Gospodarstwa Domowego

Rozwój optyki

• 1235 - Roger Bacon - okulary

• 1590 - Jan i Zachariasz Jensen - mikroskop

• 1635 - 1703 - Robert Hooke - komórki roślinne

• 1632 - 1723 - Antoni van Leeuwenhook - odkrywca mikroorganizmów (1686)

• 70 lata XIX w - Abbe i Zeis - mikroskop optyczny o zdolności rozdzielczej 0,2mikrom

• 30 lata XX w - Rusk - mikroskop elektronowy o zdolności rodzielczej 0,0001mikrom

W mikroskopie zwykłym (świetlnym)

• zdolność rozdzielcza wynosi 0,2µm (zauważalne są najmniejsze drobnoustroje)

W mikroskopie elektronowym

• zdolność rozdzielcza wynosi 0,25-0,5 nm

• powiększenie od 1000 do 1000000 razy

Mikroskop skaningowy

• umożliwia otrzymanie stereoskopowych obrazów i fotografii w bardzo dużych powiększeniach i przy bardzo dużej zdolności rozdzielczej

Jednostki miary stosowane w mikrobiologii

1. Średnica większości bakterii nie przekracza zwykle jednej tysięcznej milimetra, dlatego dla mikrobiologów jednostką miary jest:

• mikrometr(mikron) (1m = 1000000 µm)

• wymiary odnoszące się do ultrastruktury podaje się w nanometrach (1m = 10⁹nm)

Cechy drobnoustrojów

• Małe rozmiary

• wirusy 10-50 nm

• drożdże 10 µm

• bakterie 0,5-1 µm

• Występowanie w dużych populacjach

• 1g masła - ok. 60 mln

• 1g obornika - ok. 500 mln.

• 1ml mleka zsiadłego - ok 1 mld.

• 1 ml zalewy - ok. 5 mld.

• Bardzo duży stosunek objętości do powierzchni

• Objętość ziarniaka = 0,52 µm ³

• 1 mld komórek zajmuje objętość 0,00052 cm³

• Powierzchnia ziarniaka = 3,14 µm²

• 1 mld komórek zajmuje powierzchnię 31400 cm²

• Bakterie- P/V = 6 000 000

• Człowiek - P/V = 15

• Ma to bardzo duże znaczenie podczas procesów zachodzących w glebie (procesy gnilne szybko zachodzą)

Wykład 2

• Szybka przemiana materii (duża szybkość rozmnażania)

• 
  Bakterie 20 minut
  
  

• Drożdże 2-4 h czas, w którym z 1 komórki powstają 2

• Pleśnie 72 h

1. Produkcja białka

• Krowa 500kg - w ciągu doby przyrost masy białka ok. 0,5kg

• Drożdże 500kg - w ciągu doby 500x2⁸ = 100 000 kg biomasy (50 000 kg białka)

• Organizmy jednokomórkowe, tworzące kolonie, łatwo adaptują się do nowych warunków środowiska (źródła energii i składników budulcowych)

• Zdolność przyswajania różnych źródeł:

• Węgla (od CO₂ do polisacharydów)

• Azotu (od azotu, poprzez azotyny, azotany, aminokwasy do peptydów i białek)

• Zdolność wytwarzania enzymów indukowanych

• Enzymy konstytucyjne - zawsze obecne w komórce

• Enzymy indukowane - pojawiają się w zależności od potrzeb

• Wytrzymałość na warunki środowiska

• Temperatura od -23°C (Corynebacterium sp. w silnie zasolonych zbiornikach wodnych na Antarktydzie) do 113°C (maksymalna temp wzrostu bakterii Pyrodictium brockii).

• szeroki zakres pH od 1,5 do 9,0

• Obecność tlenu

• Wytwarzanie:

• Przetrwalników - bakterie

• Zarodników - grzyby

• Zdolność do mineralizacji substancji organicznych

• Rośliny - producenci

• Zwierzęta - konsumenci

• Drobnoustroje - reducenci

• Zdolność do mineralizacji substancji organicznych - naturalny obieg pierwiastków w przyrodzie, psucie się żywności, drobnoustroje- reduktorzy

• Łatwość przenoszenia się z wody, gleby, powietrza, innych organizmów

• Wszędobylstwo

• 1 ml śliny człowieka ok 150 mln. komórek

• 1 g treści jelita grubego 2-3 mld. E.coli

• 1 g ziemi ornej - miliardy

• Rozmnażanie w postępie geometrycznym- po n podziałach otrzymujemy 2ⁿ komórek, gdzie wykładnik potęgi odpowiada liczbie podziałów, czyli generacji.

N= N₀x2ⁿ

• Doskonały materiał do badań

• Duże populacje

• Szybki czas generacji

• Główne szlaki metaboliczne jak u wyższych organizmów eukariotycznych

• Budowa komórkowa

• Łatwość obserwacji zmian genetycznych u kolejnych pokoleń

Systematyka i taksonomia

• Systematyka - nauka zajmująca się badaniem różnorodności organizmów, ich pokrewieństwem ewolucyjnym oraz klasyfikacją

• Taksonomia - dział systematyki zajmujący się teorią i praktyką klasyfikowania i nadawania nazw organizmom

Taksonomia

• Klasyfikacja - porządkowanie jednostek w grupy wyższego rzędu na podstawie występowania podobnych cech

• Identyfikacja - stwierdzenie, że pewien nieznany organizm należy do ustalonej wcześniej jednostki taksonomicznej

• Nazewnictwo - nadawanie nazw poszczególnym grupom taksonomicznym

Klasyfikacja + Identyfikacja + Nazewnictwo = Taksonomia

Taksonomia powinna być filogenetyczna opierać się na metodach molekularnych, których największe znaczenie ma analiza sekwencji 16S rRNA małej podjednostki rybosomalnej

• Rybosom = podjednostka duża + podjednostka mała

• Prokarioci: rybosomy 70 s - podjednostka duża 50s + podjednostka mała 30 s + 16s rRNA

• Eukarioci: rybosomy 80s - podjednostka duża 50 s + podjednostka mała 30 s + 16 s rRNA

Dominium → Regnum → Phylum aut Divisio → Classis → Ordo → Familia → Genus → Species

System klasyfikacji

Królestwo (Domena) → Gromada → Klasa → Rząd → Rodzina → Rodzaj → Gatunek → Szczep

Nazewnictwo gatunków

• Łacina - międzynarodowy język nazewnictwa biologicznego

• Nazwa regionalna i międzynarodowa - workowce / Ascomycetes

• Linneusz - zasada binominalnej nomenklatury - tylko gatunki mają nazwy dwuczłonowe

• Nazwa rodzajowa i gatunkowa - Bacillus subtilis, Saccharomyces cerevisiae

Rodzaje klasyfikacji

• Filogenetyczna (naturalna) - łączenie spokrewnionych organizmów o wspólnych przodkach

• Sztuczna (Bergey's Manual of Determinative Bacteriology) - grupowanie wg ustalonego klucza

• Numeryczna (tak - nie) - np. testy API

Podział organizmów żywych

• Arystoteles (IV w p.n.e.) - 2 królestwa - Plantae i Animalia

• Św. Augustyn ( IV w n.e.)- niepotrzebne, pożyteczne i szkodliwe

• Linneusz - podział wg Arystotelesa

• Haeckel (uczeń Darwina) - 1866 - wprowadził królestwo Protista

• Plantae (Rośliny)

• Animalia (Zwierzęta)

• Protista ( Mikroorganizmy)

• Mikroskopia elektronowa (lata 40 XX w.)

• Komórki prokariotyczne (przed jądrowe)

• Komórki eukariotyczne (prawdziwe jądro)

Podział królestwa Protista

• Eucaryota (eukarionty)

• drożdże, pleśnie

• pierwotniaki, glony

• Procatyota (prokarionty)

• bakterie, sinice, riketsje, chlamydia

• Viriales (wirusy)

Eucaryota - drożdże, pleśnie, glony, pierwotniaki, organizmy wyższe (zdjęcia + omówiona charakterystyka)

Prokaryota - bakterie, sinice, riketsje, chlamydia, mykoplazmy (zdjęcia + omówiona charakterystyka)

Bakterie

• Bakterie G(+) -mają grubą ścianę komórkową, brak zdolności fotosyntezy np. bakterie mlekowe, paciorkowce, enterokoki, ziarniaki, bakterie propionowe, gronkowce, klostridia i promieniowce.

• Bakterie G(-) - mają cieńką ścianę komórkową np. Neisseria gonorrhaceae, Haemophilus influenzae, Enterobacteriaceae, krętki, sinice, riketsje, chlamydia, bakterie śluzowe

Riketsje

• Bakterie (0,8 - 2 µm), G(-) pałeczki

• Chorobotwórcze dla ludzi i zwierząt, bezwzględne pasożyty

• Rickettsia prowazeki [wywołuje tyfus plamisty]

• Rickettsia typhi [wywołuje dur mysi]

• Coxiella burnetti [wywołuje gorączkę Q]

• Bortonella [przenoszony przez komary, żyje w erytrocytach powodując anemię]

Mykoplazmy (Mikoplazmy)

• Najmniejsze samoreplikujące się organizmy prokariotyczne otoczone tylko błoną cytoplazmatyczną, żyją w glebie, ściekach, błonach śluzowych ludzi Mycoplasma pneumoniae [(zapalenie płuc)

Sinice

• Bakterie G (-) występują w wodzie, wydzielinach, śluzach, są fotosyntetyzującymi autotrofami, mają barwnik chlorofil i karotenoidy

• Sinice (Cyanobacteria) („zakwitanie” zbiorników wodnych)

Chlamydie i bakterie śluzowe

• Kuliste G(-) bakterie patogenne, bezwzględne pasożyty, przenoszone przez ptaki, zawierają DNA i RNA, syntetyzują kwas mureinowy

• Chlamydia trachomatis [utrata wzroku]

• Chlamydia psittaci [atakuje głównie ptaki, u człowieka- zapalenie płuc]

• Chlamydopila pneumoniae [atakuje oko, narządy płciowe]

Viriales - Wirusy

• Brak metabolizm, nie posiadają budowy komórkowej. Składają się z kwasu nukleinowego, płaszcza białkowego, niezdolne do samodzielnego życia, mogą odtwarzać własne białko, tylko przy pomocy innej komórki

Podział wg Whittakera (1969)

1. Królestwo Monera (Procaryota - bakterie)

2. Królestwo Protista - organizmy eukariotyczne, głównie jednokomórkowe

3. Królestwo Fungi

4. Królestwo Plantae

5. Królestwo Animalia

Podstawowe kryterium : sposób odżywiania - fotosynteza, absorpcja lub trawienie

Podział organizmów wg Woese'a (1990)

• Archaebacteriae (Archaea)

• Eubacteriae (Bacteria)

• Eucaryota

Archaea + Bacteria = Procaryota

Archebakterie (Archaebacteriae)

• Halofilne (Halococcus, Halobacterium)

• Metanogenne

• Termoacidofilne (Pyrolubus, Thermus aquaticus)

Komórka i jej budowa

• Wszystkie komórki składają się z cytoplazmy i materiału jądrowego, a na zewnątrz otoczone są błoną cytoplazmatyczną. Taki protoplast może być otoczony ścianą komórkową, tak jak u roślin i większości bakterii.

• Budowa jądra i sposób jego podziału - podstawowe cechy odróżniające komórkę prokariotyczną i eukariotyczną

Komórka eukariotyczna- jądro

• Dwie błony - tzw otoczka jądrowa

• Centrum informacji genetycznej

• Kariolimfa

• Jąderko

• chromatyna

Chromatyna komórki eukariotycznej

• Jedna długa cząsteczka DNA połączona z histonami

• Histony - białka proste o odczynie zasadowym

• Tworzą ośmiocząsteczkowe jednostki (oktamery), wokół których owija się DNA

• Jeden oktamer owinięty DNA to nukleosom

• Różne stopnie upakowania DNA (rysunek) (1) Podwójna helisa DNA. (2) Włókno chromatyny - nukleosomy, czyli DNA nawinięte na histony. (3) Chromatyna z centromerem podczas interfazy. (4) Skondensowana chromatyna podczas profazy. (5) Chromosom w metafazie.

Komórka eukariotyczna. Podział jądra

1. Interfaza (wzrost komórki)

2. Kariokineza (podział jądra) - mitoza / mejoza

• profaza

• metafaza

• anafaza

• telofaza

3. Cytokineza

Podział jądra - mitoza

Podział jądra (kariokineza) następują w procesie mitozy

Cele mitozy:

• Replikacja materiału genetycznego

• Równomierne rozdzielnie kompleksu chromosomów do jąder potomnych

Przebieg mitozy

• Profaza - zanik błony jądrowej, rozszczepienie chromosomów na 2 chromatydy

• Metafaza - ułożenie chromosomów w płaszczyźnie równikowej

• Anafaza - odciągnięcie chromosomów ku biegunom komórki przez włókna wrzeciona kariokinetycznego

• Telofaza - otoczenie chromatyd błoną jądrową, *...*

Cele mejozy

Rekombinacja rodzicielskich materiałów genetycznych

Redukcja liczby chromosomów o połowę z 2n do n.

Cytokineza

Wynikiem cytokinezy jest powstanie dwóch komórek potomnych, mniejszych o połowę od komórki macierzystej.

Komórka eukariotyczna - cytoplazma

• Cytoplazma podstawowa

• Zawieszone w niej rybosomy i organella

Komórka eukariotyczna

• Mitochondria

• Reticulum endoplazmatyczne

-System cystern i kanałów oddzielonych od cytoplazmy pojedynczą błoną

- szorstkie/ziarniste i gładkie

• Aparat Golgiego

• Posiadają zdolność do redukcji azotanu srebra

• Rozrzucone w cytoplazmie

• Pojedyncze, silnie spłaszczone pęcherzyki wygięte w charakterystyczny sposób

• Funkcje: wydzielają zagęszczone substancje poza komórkę, biorą udział w procesie egzocytozy, syntetyzują polisacharydy strukturalne, Uczestniczą w przekazywaniu wielu substancji w obrębie komórki i poza nią

• Wakuola

• Sok komórkowy

• Tonoplast (kwasy organiczne, aminokwasy, sole mineralne..)

• Magazyn produktów przemiany materii oraz substancji zapasowych

• Decydują o kierunku wody w komórce

• plastydy

• pół-autonomiczne

• powstają z proplastydów

• Rybosomy

• zbudowane z kwasu rybo i białka

• występują w cytoplazmie, mitochondriach i plastydach

• wielkość - 20 nm

• 1 komórka zawiera do kilkudziesięciu rybosomów w swojej strukturze

• koordynują pracę kwasu rybonukleinowego i białek w procesie ich syntezy

• typu 80s

• składają się z 2 podjednostek: dużej i małej

Błona komórkowa

Schemat błony komórkowej:

Cytoplazma, płyn pozakomórkowy, cząsteczka fosfolipidowa (głowa i ogon cząsteczki), cholesterol, glikoproteina(węglowodan i białko), receptor białkowy, cytoszkielet,

Funkcje błony komórkowej

• Utrzymuje integralność komórki

• Umożliwia rozpoznawanie struktur pozakomórkowych lub innych komórek

• Stanowi selektywną barierę dla substancji zawartych w środowisku komórki

• Utrzymuje odpowiednie warunki wewnątrz komórki dla prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych

• Selektywna bariera dla substancji zapasowych, zawartych w środowisku komórki:

- egzocytoza- wydzielanie produktów do środowiska

- enzocytoza- pobieranie makrocząsteczek do komórki

Budowa błony komórkowej

• Podwójna warstwa lipidowa zbudowana z fosfolipidów i glikolipidów (cholesterol, ergosterol)

• Główki hydrofilowe skierowane na zewnątrz, hydrofobowe - do środka błony, poprzetykanej cząsteczkami białka

Białka występujące w błonie

• Integralne - przebijają na wylot dwuwarstwę lipidową, dzięki nim komórka rozpoznaje inne komórki lub struktury w jej otoczeniu

• Peryferyczne -wnikają w dwuwarstwę lipidową na niewielką głębokość

• Białka błonowe pełnią funkcję kanałów jonowych i przenośników kanały jonowe - otwory, którymi jony i małe cząsteczki przenikają z jednej strony błony na drugą

• Przenośniki - wyłapują cząsteczki po jednej stronie, tworzą z nimi krótkotrwałe kompleksy i przenoszą je na drugą stronę

• Przez błonę - małe cząsteczki (jony nieorganiczne cukry proste, aminokwasy, woda)

-dyfuzja

- transport aktywny

• wraz z jej fragmentem - związki wielko cząsteczkowe (białka)

-endo-

- egzocytoza

Dyfuzja

• Spowodowana różnicą stężeń między roztworami po obu stronach błony

-cząsteczki przenikają z roztworu o większym stężeniu (hipertonicznego) do roztworu o stężeniu mniejszym (hipotonicznego)

• Przebiega samoistnie, nie wymaga dostarczania energii

Rodzaje dyfuzji

• Prosta - cząsteczki przenikają przez kanały w błonie

• Ułatwiona (wspomagana)

• Transport przebiega z udziałem przenoś błonowych

• Osmoza - odmiana dyfuzji - dotyczy wody

-przenikanie do roztworu o większym stężeniu aż do wyrównania stężeń

-roztwory izotoniczne po obu stronach błony

Transport aktywny

• Odbywa się wbrew gradientowi stężeń

• Wymaga dostarczenia energii

• Przenośniki białkowe wyłapują cząsteczki substancji rozpuszczonej z roztworu hipotonicznego i wbrew gradientowi stężeń przenoszą przez błonę do roztworu hipertonicznego

Endocytoza

Pobranie do wnętrza komórki cząstek poprzez wytworzenie z błony komórkowej wodniczki, która po oderwaniu od plazmalemy przeniesie pobraną cząstkę do cytoplazmy

• Fagocytoza - transport bez ubytków błony

• Pinocytoza - „picie komórkowe”, transport z ubytkami błony biologicznej

Egzocytoza

Wydalenie z komórki, np. niestrawionych resztek lub wydzielenie z komórki, np. hormonów w wodniczkach

Komórka eukariotyczna - organelle ruchu

• Wici i rzęski

• Zakotwiczone w zewnętrznej warstwie cytoplazmy w tzw. ciałku bazalnym

• Mają budowę 9+2 (2 włókna centralne i 9 włókien peryferycznych)

Komórka eukariotyczna - ściana komórkowa

• Najbardziej zewnętrzna struktura komórki roślinnej

• Pełni funkcje mechaniczne

• Główny składnik:

-celuloza (polisacharyd zbudowany z glukozy) lub chityna ( polimer glukozaminy ) u pleśni

-Mannan i glukan u drożdży

Inne struktury eukariotyczne

• mikrotubule

• mikrofilamenty

Układy włókien i rurek, które tworzą cytoszkielet komórki

Komórka prokariotyczna (protocyt)

• Mniejsze i prościej zbudowane do eukariotycznych

• Brak jądra, mitochondriów i chloroplastów

• Mniejsze rybosomy

• Inna ściana komórkowa

• Obecność otoczek śluzowych i rzęsek

Nukleoid bakteryjny

Cykl komórkowy

• Faza C -replikacja DNA

• Faza G -segregacja chromosomów

• Faza D- podział

Struktura kwasów nukleinowych

• puryny, ;pirymidyny; nukleozyd

• nukleotyd monofosforanowy/difosforanowy/trifosforanowy

• zasada azotowa

• cukier pentoza

Budowa DNA

5', 3'

Rodzaje RNA

• Matrycowy (mRNA, informacyjny) - przenosi informację genetyczną z jądra na rybosomy, gdzie odbywa się synteza białek

• Transportujący (tRNA) - transportuje aminokwasy do rybosomów

• Rybosomalny (rRNA) - materiał strukturalny rybosomów razem z białkami

Replikacja DNA

Udział enzymów:

• Topoizomeraza- wprowadza/usuwa skręty z nici DNA

• Helikaza- rozdziela nicie

• Prymaza DNA- syntezuje na każdej z nici specjalne odcinki startowe, zbudowane z kilkonukleotydowych odcinków RNA

• Polimeraza DNA- tworzenie łańcuchów polinukleinowych

• Egzonukleaza- tworzy wiązania fosfonukleinowe

• Ligaza DNA- odcina od łańcucha np. błędne nukleoidy

Transkrypcja i translacja

Replikacja DNA


Kod genetyczny

• AUG - metionina (kodon startowy)

• UAA, UGA, UAG - kodony stop(nonsensowne) - sygnalizują koniec translacji jakiegoś fragmentu mRNA

• GUU, GUC, GUA, GUG - walina

Koda genetyczny:

• Trójkowy

• Niezachodzący

• Bezprzecinkowy

• Zdegenerowany

• Jednoznaczący

• Kolinearny

• uniwersalny

Synteza białek

• Inicjacja

• Elongacja

• Terminacja

Plazmidy

• plazmidy koniugacyjne np. plazmid F (E.coli)

• plazmidy oporności na antybiotyki np. plazmidy R (Ps. aeruginosa)

• plazmidy oporności na metale ciężkie np. plazmid FP2 (Ps. aeruginosa)

• plazmidy kodujące wytwarzanie czynników toksycznych dla innych organizmów

• plazmidy kodujące wytwarzanie antybiotyków (plazmid SCP1 - Streptomyces coelicolor)

• plazmid Col 1b - oporność na promieniowanie UV (E. coli)

1. chromosom bakteryjny

2. plazmidy

Mezosom

• 5 - mezosom

• Błoniaste twory z błony cytoplazmatycznej koncentrycznie nakładające się na siebie

• Odpowiada za oddychanie komórki

• Pełnią rolę centrów energetycznych

Cytoplazma prokariotyczna

• Nie jest jednorodnym roztworem białek

• Frakcja rozpuszczalna (enzymy i RNA)

• Frakcja cząsteczkowa (rybosomy i materiał błonowy)

Rybosomy prokariotyczne

(rysunki: rybosom prokariotyczny i eukariotyczny)

Tylakoidy i chromatofory (rysunek)

tylakoidy, spłaszczone, błoniaste woreczki tworzące w → chloroplastach roślin oraz w komórkach fotosyntetyzujących bakterii silnie rozbudowany system błon, w który wbudowane są barwniki fotosyntetyczne i cały aparat fazy świetlnej

Chromatofor - w komórkach bakterii purpurowych to pęcherzykowata struktura zawierająca barwniki fotosyntetyczne, białka i lipidy^[1][2], w której zachodzą procesy fotosyntezy - są odpowiednikami eukariotycznych chloroplastów.

Fimbrie (pile)

• Cienkie, proste nici o długości ok. 10nm

• Od 10 do kilku tysięcy

• Zbudowane z piliny (białko)

• Biorą udział w procesach adhezji oraz podczas procesów płciowych

Wakuole gazowe

• Zbudowane z kilku pęcherzyków gazowych o wrzecionowatym kształcie

• Umożliwiają zmianę gęstości, co pozwala na unoszenie się komórek w wodzie

Błona cytoplazmatyczna (plazmalema)

• Bariera osmotyczna komórki

• Grubość 2-8 nm

• Skład:

• 50% białek

• 30% lipidów (brak ergosterolu)

• 20% cukrów

• 3 klasy białek transportowych

-uniportery - przez błonę przenoszą 1 związek

-symportery - 2 związki w jedną stronę

-antyportery - 2 związki w obie strony

Ściana komórkowa bakterii

• Podstawowy składnik to peptydoglukan - mureina

• Mureina:

N - acetyloglukoamina (NAG)

Kwas N - acetylomuraminowy (NAM)

połączone wiązaniem 1,4-β-glikozydowym w długie łańcuchy i poprzecznie krótkimi łańcuchami peptydowymi

Ściana komórkowa bakterii Gram (-) i Gram (+) (rysunki)

Różnice w budowie ściany komórkowej bakterii G(+) i G(-)

Budowa	B. Gram +	B. Gram -
Skład chemiczny	.. kwasów; t....	Brak kwasów teichojowych(?)
	Brak błony zewnętrznej	.. błony zewnętrznej zbudowanej z fosfolipidów, białek, lipopolisacharydu
	Brak przestrzeni peryplazmatycznej	... przestrzeni peryplazmatycznej między mireiną a błoną zewnętrzną

Budowa	B. Gram +	B. Gram -
Budowa siatki mureinowej	do 40 warstw	1-3 warstwy
Grubość warstwy mureinowej	15-80 nm	2-10 nm
Zawartość mureiny w ścianie komórkowej	30-70% s.s.,	mniej niż 10% s.s.

Cecha oporności na:	Gram (+)	Gram (-)
Środowisko alkaliczne	Większa	Mniejsza
Wyższe temp. sterylizacji	Większa	Mniejsza
Antybiotyki	Mniejsza	Większa
Detergenty	Mniejsza	Większa
Barwniki anilinowe	Mniejsza	Większa

Lizozym

• Odkryty w 1922 roku przez A. Fleminga

• występuje we łzach, ślinie, śluzie jamy nosowo-gardłowej oraz białku jaja, nie ma go w moczu, pocie i płynie mózgowo-rdzeniowym

• powoduje lizę komórek bakterii G(+)

Barwienie metodą Grama

Otoczki :

• Głównie polisacharydowe, czasem białkowe

• Zróżnicowanie - szczytowe, grube

• Adhezja do tkanek gospodarza

Śluzy - luźno związane ze ścianą komórkową

Wykład 4

Ruch bakterii

• Samodzielne poruszanie się komórek w środowisku płynnym za pomocą rzęsek (głównie pałeczki)

• Rzęski: nieorozgałęzione sztywne nici cytoplazmatyczne wyrastające spod błony cytoplazmatycznej, nie zginają się lecz obracają, zbudowane z 2-3 pojedynczych heliakalnie skręconych jednostek białkowych (kurczliwego białka flageniny), zakończone w błonie cytoplazmatycznej otoczone dwoma parami pierścieni tzw. Ciałko bazowe

Typy urzęsienia

• monotrichalne

• politrichalne

• amfitrichalne

• peritrichalne

Chemotaksja

Celowy ruch organizmu - w kierunku lub od - związku chemicznego

• Dodatnia - w kierunku substratu

• Ujemna - w kierunku przeciwnym

Związek pomiędzy ruchem rzęski a stężeniem substratu dotyczy czynności białek (chemoreceptorów) w błonie cytoplazmatycznej

Komórka prokariotyczna (protocyt)

• Średnia wielkość - 1 µm

• Podstawowe kształty:

-kula (coccus),

-pałeczka (bacillus),

-spirala (spirillum)

Skład komórek drobnoustrojów

Bakterie

• 70-86% woda

• 14-30% s.m.

Drożdże

• 70:75% woda

• 25:30 s.m.

Zawartość s.m. zależy od zawartości materiałów zapasowych w komórce- lipidów, wielocukrów , polifosforanów

Skład s.m. komórek drobnoustrojów

Bakterie

• Białko 50%

• Ściana komórkowa 10-20 %

• Lipidy 10%

• RNA 10-20%

• DNA 3-4%

Grzyby

• Białko 40:50%

• Cukry 40%

• Tłuszcze 1:2 %

• Składniki mineralne 6:8%

Materiały zapasowe komórek drobnoustrojów

Występują w komórce w postaci nierozpuszczalnej w wodzie

• Wielocukry

• Polifosforany

• Tłuszcze

• Siarka

Polisacharydy

• Skrobia - (amyloza i amylopektyna) - komórki roślinne - niebieskie zabarwienie z jodem

• Glikogen - (n(a-D-glukozy) - komórki zwierzęce - brunatne zabarwienie z jodem - drożdże, Bacillus, Salmonella, Escherichia, Micrococcus

• Granuloza (jogen) - Clostridium, Acetobacter

Substancje tłuszczowe

Ziarna i kropelki tłuszczu - w formie kwasu poli-β-hydroksymasłowego ( do 90% s.m. bakterii tlenowych i beztlenowych)

Trójglicerydy (tłuszcze obojętne) - drożdże i inne grzyby (do 80% s.m.)

Woski (estry kwasów tłuszczowych i alkoholi) - do 40% s.m., np. u Mycobacterium

Dają czerwone zabarwienie z Sudanem III, silnie załamują światło

Polifosforany

• Po raz pierwszy opisane u Spirillum volutans - ziarna wolutyny

• Substancja o charakterze białkowym w postaci ziarnistości w cytoplazmie lub wodniczkach, silnie załamujących światło

• Niebieskie zabarwienie pod wpływem błękitu metylenowego

• Źródło (magazyn) fosforu

Siarka

• Kuleczki silnie załamujące światło

• Przejściowo gromadzone przez bakterie utleniające siarczki do siarczanów

• Źródło energii dla bakterii utleniających H₂S

Beggiatoa, Thiotrix

Porównanie komórki pro- i eukariotycznej

Brak jądra i organelli półautonomicznych Materiał genetyczny w postaci nukleoidu i plazmidów Brak mitochondriów, ich rolę pełnią mezosomy Brak plastydów, obecność tylakoidów Brak reticulum endoplazmatycznego, aparatu Golgiego, lizosomów i wakuoli Tylko małe rybosomy (70S)

Materiał genetyczny w postaci chromatyny umieszczony w jądrze oraz w postaci DNA w organellach półautonomicznych Procesy oddychania zachodzą w mitochondriach Fotosynteza w chloroplastach Silnie rozbudowane reticulum endoplazmatyczne Duże rybosomy (80S) w cytoplazmie, małe (70S) w mitochondriach i plastydach

Endospory (formy przetrwalne)

• Wyjątkowa ciepłooporność - giną tylko podczas sterylizacji

• Twory silnie załamujące światło - zajmują 1/10 objętości komórki

• Zdolność do tworzenia endospor pozwala na izolację bakterii ze środowiska

Bakterie przetrwalnikujące

Sporosacrina - ziarniaki

Bacillus - tlenowce, względne tlenowce, K(+)

Sporolactobacillus -grupa bakterii mlekowych

Clostridium - beztlenowce, K(-)

Tworzenie endospor

• Powstają wewnątrz komórki bakteryjnej kosztem energii z materiałów zapasowych:

• kwas poli-β-hydroksymasłowy u tlenowców

• granuloza u beztlenowców

• Cecha charakterystyczna - obecność DPA w protoplaście endospory

Kwas dipikolinowy (DPA) wiąże jony Ca i powstaje dipikolinian wapnia, który może stanowić 10-15% endospory

Etapy powstawania endospor

1. Specyficzny, nierównomierny podział komórki na skutek przewężenia błony cytoplazmatycznej - oddzielenie części protoplastu od komórki macierzystej.

2. Protoplast zawiera materiał genetyczny powstały w wyniku replikacji. Między nowym protoplastem a protoplastem komórki macierzystej nie dochodzi do wytworzenia ściany komórkowej jak podczas normalnego podziału.

3. Formowanie prespory. Protoplast endospory zostaje otoczony przez błonę cytoplazmatyczną komórki macierzystej, w wyniku czego jest już otoczony dwiema błonami cytoplazmatycznymi które biorą udział w syntezie ściany przetrwalnika

4. Błona protoplastu spory syntetyzuje na zewnątrz ścianę komórkową przyszłej kiełkującej komórki

5. Błona cytoplazmatyczna z komórki macierzystej syntetyzuje do wewnątrz tzw. cortex

6. Czas powstawania przetrwalnika wynosi ok. 7h. W tym czasie następuje wzrost zawartości Ca, kwasu DPA, wzrasta oporność na wysoką temperaturę oraz współczynnik załamania światła. Ustaje metabolizm, następuje stan anabiozy, liza komórki i uwolnienie endospory.

Cortex składa się z wielu warstw peptydoglukanu, który różni się od mureiny większym stopniem usieciowienia

Zewnętrzna osłona spory jest tworzona przez komórkę macierzystą i składa się głównie z polipeptydów

Ułożenie endospor w komórce

(rysunek 6 plasterków z bąbelkiem: 1,4 - centralne; 2,3,5 - terminalne; 6-lateralne)

W jednej komórce tylko 1 przetrwalnik

Budowa przetrwalnika

• Rdzeń - cytoplazma otoczona błoną cytoplazmatyczną

Wewnątrz występuje:

• chromosom

• wszystkie struktury niezbędne do syntezy białek

• układ wytwarzania energii

• Ściana komórkowa - zbudowana z peptydoglukanu

Czynniki inicjujące sporulację

• Brak substancji odżywczych w podłożu

• Nagromadzenie produktów przemiany materii

• Umieszczenie komórek wegetatywnych w wodzie destylowanej

• Szok termiczny (np. krótkie ogrzewanie w 100°C)

Właściwości dojrzałych endospor

• Zostają uwolnione do środowiska po autolizie komórki wegetatywnej

• Nie wykazują dostrzegalnego metabolizmu

• Zawierają ok 15% wody

• Są oporne na:

• ogrzewanie (proporcjonalnie od zawartości kwasu DPA)

• promieniowanie (wynik obecności w osłonie białka bogatego w cysteinę)

• czynniki chemiczne (nieprzepuszczalność osłon dla wielu związków chemicznych)

• Długa przeżywalność:

• 200-300 lat, a nawet 1000

• miliony lat w temperaturze -273°C

Kiełkowanie przetrwalników

• Pobieranie wody, pęcznienie endospory, utrata suchej masy

• Obecność składników odżywczych

• Wzrost intensywności oddychania

• Wydzielanie DPA do środowiska

• Utrata s.m. spory 25-30%

• Spadek ciepłoporności

Rozmnażanie bakterii

• Jest to prosty podział komórki zwany rozszczepieniem

• Z jednej komórki macierzystej powstają, po wytworzeniu poprzecznej błony, dwie komórki potomne

Rozmnażanie bakterii, cd.

Odbywa się w postępie geometrycznym, po n podziałach mamy 2ⁿ komórek (*schemat*: septum)

Podział komórki bakteryjnej

1. podział nukleoidu

2. wytworzenie przegrody

3. przewężenie i odciąganie

Fizjologia drobnoustrojów

Czynności życiowe

1. Odżywianie

2. Oddychanie

3. Wzrost (ruch, rozmnażanie)

Metabolizm (przemiana materii)

Całokształt przemian biochemicznych zachodzących w komórce

• Katabolizm - degradacja substancji złożonych do prostych

• Amfibolizm - metabolizm pośredni do kwasów organicznych i estrów fosforanowych

• Anabolizm - powstawanie związków złożonych z prostych

1. Odżywianie

Podział drobnoustrojów ze względu na źródło węgla:

• Autotrofy (organizmy samożywne) - rośliny zielone, sinice, niektóre bakterie

pobierają substancje mineralne (CO₂, sole azotu, siarki, fosforu)

• Heterotrofy (organizmy cudzożywne) - zwierzęta, grzyby, większość bakterii

wymagają min. 1 związku organicznego

Autotrofy

Czerpią węgiel do budowy organicznych substancji komórkowych ze związków nieorganicznych, nie są zdolne do korzystania z innych źródeł

ze względu na źródło energii:

• fotoautotrofy - wykorzystują energię świetlną

• chemoautotrofy - utlenianie związków organicznych lub nieorganicznych

Heterotrofy

wymagają oprócz substancji mineralnych min. 1 prostego związku organicznego

prototrofy - min. 1 prosty związek organiczny np. metan, etanol

auksotrofy - min. 1 związek uzupełniający, np. witaminy, aminokwasy, zasady purynowe lub pirymidynowe

Salmonella - tryptofan

Proteus -kwas nikotynowy

bakterie mlekowe - witaminy z grupy B

Odżywianie c.d.

Ze względu na źródło elektronów w procesie biosyntezy:

• Litotrofy - substancje nieorganiczne: NH3, H2S

• Organotrofy - organiczne donory elektronów

• Fotolitoautotrofy - źródłem energii jest promieniowanie słoneczne a elektrony dostarczają związki organiczne

• Chemolitoautrotrofy - energię, elektrony i węgiel czerpią z substancji nieorganicznych

• Chemoorganoheterotrofy - jako źródła energii, elektronów i węgla wymagają *..*

• Miksotrofy - *..*

Zawartość biopierwiastków w komórkach drobnoustrojów

(28 pierwiastków, w tym)

• węgiel 50%

• tlen 20%

• azot 14%

• wodór 8%

• fosfor 3%

• siarka 1%

• potas 1%

• wapń 0,5%

• magnez 0,4%

• żelazo 0,2%

Pierwiastki budulcowe

• Węgiel - budulec aminokwasów, białek, sacharydów kwasów tłuszczowych lipidów nukleotydów i kwasów nukleinowych

• Tlen i wodór - obecne we wszystkich związków organicznych i wodzie

• Azot- niezbędny składnik aminokwasów, białek, pochodnych sacharydów

• Fosfor - reszty fosforanowe wchodzą w skład nukelotydów, fosfolipidów, związków wysokoenergetycznych

• Siarka - składnik 3 aminokwasów (cystyny, cysteiny i metioniny)

Jedność w biochemii

Jeden z dogmatów współczesnej nauki

Biochemia wszystkich żywych form jest zasadniczo taka sama i dotyczy w szczególności:

• Uniwersalności ATP jako podstawowego kwantu energii biologicznej

• Uniwersalności kodu genetycznego (4 nukleotydy, których sekwencja decyduje o rodzaju białka)

• Uniwersalności szlaku degradacji cukrów i łańcucha oddechowego (główne szlaki metaboliczne są prawie identyczne u wszystkich żywych organizmów)

Odżywianie cd. Podział mikroorganizmów

Ze względu na pochodzenie przyswajalnego źródła węgla:

• Saprofity - na martwej substancji

• Pasożyty - na substancji żywej

• względne

• bezwzględne

Cel pobierania pokarmu

• Dostarczenie materiałów budulcowych

• Dostarczanie energii niezbędnej do budowy struktur komórkowych

Większość drobnoustrojów to heterotrofy saprofityczne

Systemy pobierania pokarmu

• Bierny

• dyfuzja

• osmoza

• Czynny

• wbrew gradientowi stężeń

Drobnoustroje mogą pobierać tylko substancje drobnocząsteczkowe

Rola i rodzaje enzymów

Enzymy służą do rozbicia makromolekuł do związków drobnocząsteczkowych, tak aby mogły zostać przetransportowane do wnętrza komórki i przyswojone

• Proteazy (białko)

• Lipazy (tłuszcze)

• Amylazy (A,B - skrobia)

• Pektynazy (pektyny)

• Celulazy (celuloza)

Cechy enzymów

• Biorą udział w procesach cyklicznych

• wchodząc w połączenia z substratem tworząc kompleks E-S

• Skuteczne w bardzo małych ilościach

• Wykazują wyraźną specyficzność działania

• dla każdej specyficznej reakcji potrzeba określonego enzymu

• Są tworzone przez organizmy żywe

Szybkość reakcji enzymatycznych *wykres*

Zależy od

• pH (opt. 5,0 - 8,0)

• stężenia reagujących substratów

• stężenia enzymów

• temperatury (inaktywacja >50°C)

Zablokowanie enzymu

• Inhibitory to substancje podobne do substratu blokujące centrum aktywne enzymu

• Powstaje kompleks E-S niezdolny do przekształcenia we właściwy produkt

• Efektory

• Inhibitory - leki, trucizny

• Aktywatory - magnez

Rodzaje inhibicji

• Inhibicja kompetencyjna (współzawodnicza, hamowanie)

• Konkurencja między inhibitorem a substratem o centrum aktywne (np. bursztynian i malonian dla dehydrogenazy bursztynianowej - różnica jednej grupy metylenowej)

• Wiązanie zachodzi w centrum aktywnym

• Proces odwracalny (zwiększenie stężenia substratu)

• Inhibicja niekompetencyjna (niewspółzawodnicza)

• Blokowanie enzymu przez związki niepodobne strukturalnie do substratu, niewspółzawodniczące o centrum aktywne, ale częściowo je blokujące, co spowalnia reakcję, ale substrat może być wiązany

np. działanie H₂S na enzymy z atomem żelaza lub miedzi w centrum aktywnym - silna toksyczność siarkowodoru

Budowa enzymu

• Apoenzym - składnik białkowy enzymu, aktywny dopiero po połączeniu ze składnikiem niebiałkowym

• Decyduje o swoistości enzymu oraz rodzaju katalizowanej reakcji

• Grupa prostetyczna - składnik niebiałkowy silnie związany z apoenzymem (polisacharyd, lipid, kation metalu) - decyduje o przyłączeniu substratu

Koenzym - składnik niebiałkowy luźniej związany z apoenzymem

Holoenzym = apoenzym + grupa prostetyczna (lub koenzym)

Podział enzymów

6 klas:

• Oksydoreduktazy

• Transferazy

• Hydrolazy

• Liazy

• Izomerazy

• Ligazy

Oksydoreduktazy

• Katalizują reakcje utleniania i redukcji (związane z przenoszeniem elektronów i wodoru)

• Biorą udział w procesach oddychania i fermentacji

• Dzielimy je na

• Oksydazy

• Reduktazy

• Oksygenazy

• Hydrolazy

• Peroksydazy

• Dehydrogenazy (umożlwiają przenoszenie wodoru z donora na akceptor)

donor - H₂ + akceptor = donor + akceptor-H₂

Transferazy

Katalizują reakcje przenoszenia grup chemicznych z jednego związku na inny

Np.

• CH₃ (metylotransferazy)

• COOH (karbosytransferazy)

• NH₂ (aminotransferazy)

• P (fosfotransferazy)

Hydrolazy

• Odpowiadają za reakcje hydrolizy tj. przebiegające przy udziale wody, hydrolityczny rozkład związków wysokocząsteczkowych

esterazy

lipazy

fosfatazy

amylazy

• Są odpowiedzialne za psucie się żywności

• Mogą być pochodzenia mikrobiologicznego lub naturalnego

• Przekształcają związki trudno rozpuszczalne w wodzie w dobrze rozpuszczalne

Liazy

• Katalizują odłączanie grup chemicznych bez udziału wody

Np.

Dekarboksylaza pirogronianowa

CH₃-CO-COOH--> CO₂ + CH₃-CHO

• Przy ich udziale wydziela się woda lub ditlenek węgla

Izomerazy

Katalizują reakcje przegrupowań wewnątrz cząsteczki

Np.

Izomeraza glu *..*

Ligazy

Katalizują łączenie cząsteczek w związki

Reakcje te przebiegają przy udziale ATP,. gdyż wymagają dostarczenia energii z zewnątrz

Lokalizacja enzymów w komórce

• Błona cytoplazmatyczna

• Jądro komórkowe

• Rybosomy

• Mitochondria, mezosomy

Miejsca działania enzymów

Endoenzymy - wewnątrzkomórkowe

Egzoenzymy (na zewnątrz komórki) - związane ze strukturą ściany komórkowej

2. Oddychanie

Rola - dostarczanie energii dla organizmów żywych (heterotrofów)

Źródła węgla:

• Cukry

• Białka

• Tłuszcze

• Węglowodory

• Związki aromatyczne

• Związki heterocykliczne

Oddychanie to proces utleniania biologicznego związków wysokozredukowanych (glukozy) do CO2 i H2O

Utlenianie to:

• Przyłączenie tlenu

• Oddanie elektronów

• Odłączenie wodoru

Utlenianie biologiczne ( oddychanie)

C6H12O6 + 6O2 --> 6 CO2 + 6 H2O + E

Substrat-H2 --> NADH2 --> FADH2 --> koenzym Q --> system cytochromowy --> oksydaza cytochromowa --> H2 --> tlen--> H2O

Typy oddychania komórkowego

Tlenowe

Akceptorem wodoru jest tlen

Beztlenowe (fermentacja mlekowa, alkoholowa)

Akceptorami wodoru są związki organiczne: kwas pirogronowy i aldehyd octowy

*rysunki: szlaki oddychania tlenowego i beztlenowego*

(Wykład 5 mikrobiologia 23.03.2011)

Glikoliza

Wspólnym etapem dla oddychania tlenowego i beztlenowego jest proces glikolizy

• 11 reakcji katalizowanych przez odpowiednie enzymy

• Oddychanie tlenowe:

1 mol glukozy - 36 moli ATP

• Oddychanie beztlenowe:

1 mol glukozy - 2 mole ATP

[nie wymaga cyklu całej glikolizy[

Nieorganiczne akceptory wodoru

C₆H₁₂O₆ + 12 NaNO₃ 6 CO₂ + 6 H₂O + 12 NaNO₂

• Azotany - azotyny - N2 (denitryfikacja) - Micrococcus denitrificans, Thiobacillus denitrificans

• Siarczany - siarczyny - Desulfovibrio, Clostridium nigrificans

• CO₂ CH₄ (bakterie metanowe)

Wzrost drobnoustrojów

Podstawową funkcją organizmu, zapewniającą kontynuację życia jest rozmnażanie, czyli odtworzenie nowego osobnika

• Wzrost drobnoustrojów może być rozpatrywany jako:

• Liczba żywych komórek

• Całkowita masa komórek

Tempo wzrostu drobnoustrojów

Zależy od:

• Rodzaju i gatunku drobnoustrojów

• Składu pożywki (rodzaju i stężenia składników odżywczych, zawartości szkodliwych produktów przemiany materii)

• Parametrów fizycznych i chemicznych środowiska wzrostu (temperatury, pH, aktywności wody, potencjału oksydoredukcyjnego)

Czas generacji i czas zdwajania biomasy

• Czas generacji - czas niezbędny do powstania nowego pokolenia komórek (podwojenia liczby komórek)

g = t / n

g - czas generacji

t - czas hodowli

n - liczba pokoleń (podziałów)

• Czas zdwajania biomasy - czas potrzebny do podwojenia masy komórkowej

Pomiar ilości mikroorganizmów

Metody bezpośrednie (mikroskopowe)

Liczenie w komorach, np. Thoma

Metody pośrednie (hodowlane)

Rozcieńczeń

Płytkowa

Filtracji membranowej

Metody pomiaru ilości biomasy

Wagowe

Optyczne

Metody wagowe

• Stosowane do określania masy drobnoustrojów poprzez oznaczenie:

• Świeżej (mokrej) biomasy komórek

• Suchej biomasy po wysuszeniu

Metody optyczne

Wykorzystują zależność między gęstością mikroorganizmów w hodowli płynnej a gęstością optyczną (przepuszczalnością światła)

• Turbidymetryczna - wartość OD lub transmisji (%), czyli pochłaniania światła wobec próby kontrolnej

• Nefelometryczna - porównanie natężenia światła rozproszonego przez zawiesinę oraz standard

Skala Mc Parlanda - zmętnienie 10 probówek z różnym stężeniem chlorku baru odpowiada określonej liczbie komórek

Rodzaje hodowli

• Okresowe

• Ciągłe

• Synchronizowane

• Hodowle beztlenowców

Hodowla okresowa

• Zamknięty cykl rozwoju populacji do wyczerpania składników odżywczych lub zatrucia własnymi metabolitami

• Wzrost mikroorganizmów - od momentu wprowadzenia do reaktora substratu oraz inokulum

• Hodowla na płytkach Petriego

Hodowla ciągła

• Stałe w czasie zasilanie strumieniem świeżej pożywki w jednostkowym stężeniu z równoczesnym odprowadzaniem takiej samej hodowli z reaktora

• Utrzymanie w środowisku stałego w czasie stężenia drobnoustrojów w stanie fizjologicznym odpowiadającym wybranej fazie hodowli

Hodowle synchronizowane

Do specjalnych celów badawczych

Zawartość enzymów, rodzaje RNA

Prawie wszystkie komórki są w takiej samej fazie wzrostu, dzielą się równocześnie

Metody synchronizacji:

Wydzielenie komórek o podobnej wielkości lub w tym samym stadium fizjologicznym

Zmiana składu pożywki, temperatury hodowli, dostępu światła

Hodowle beztlenowców

Fizyczne - mechaniczne usunięcie tlenu

Chemiczne - dodatek substancji wiążących tlen

Biologiczne - metoda Fortnera

Krzywa wzrostu populacji

*wykres: liczba komórek, *

Lag - faza przyspieszenia

Log - faza opóźnienia

Faza stacjonarna

Faza obumierania

1Faza spoczynkowa (przygotowawcza, lag - faza)

Rozpoczyna się w momencie wniknięcia drobnoustrojów do środowiska

• Liczba komórek nie zwiększa się, a czasem maleje

• Adaptacja do środowiska

• Następuje powiększanie masy komórek

2. Faza przyspieszenia

Faza bardzo krótka, często łączona z lag-fazą

Czas między pierwszym podziałem a drugim jest najdłuższy, między kolejnymi podziałami ulega stopniowemu skróceniu

Komórki są w stanie młodości fizjologicznej, ich metabolizm staje się bardzo intensywny.

Kończy się z chwilą pierwszego podziału komórek o zwiększonej masie

3. Faza - wykładnicza (wzrostu logarytmicznego)

Szybkość rozmnażania jest stała maksymalna

Najintensywniejszy [przyrost liczby komórek

Czas trwania zależy od czynników środowiskowych, właściwości drobnoustrojów i sposobu prowadzenia hodowli

Czas generacji jest minimalny

Bakterie 15-60 min

Drożdże 90-120 min

4. Faza opóźnienia (starzenia się populacji)

Często łączona z log-fazą

Następuje zwolnienie tempa przyrostu biomasy i czas jednej generacji wydłuża się

Znaczny ubytek substratu

Nagromadzenie się toksycznych

Pod koniec fazy liczba komórek w populacji osiąga wartość maksymalną

5. Faza stacjonarna (zastoju)

Wzrostu populacji ulega zahamowaniu

Liczba komórek utrzymuje się na stałym poziomie (równowaga między liczbą komórek żywych i martwych)

Następuje zużywanie materiałów zapasowych (ubytek substratów w podłożu)

6. Faza letalna (obumierania zwolnionego i logarytmicznego)

Następuje sukcesywna śmierć populacji pod wpływem niekorzystnych warunków środowiskowych

Wymieranie rozpoczyna się od komórek biologicznie najsłabszych

Przyrost liczby komórek martwych i form inwolucyjnych

Ostatni etap - stałą w czasie szybkość zamierania

Znaczenie faz wzrostu

Znajomość czasu trwania jednej generacji bakterii w określonych warunkach stanowi podstawę do przewidywania trwałości produktu

Np. do zepsucia surowca rybnego (początkowo zanieczyszczonego przeciętną liczbą bakterii) potrzeba 20 generacji

Czas konieczny do ich powstania jest okresem trwałości produktu

Najkrótsze fazy: spoczynkowa, przyspieszenia, opóźnienia

Szczególne znaczenie mają dwie fazy wzrostu:

Lag- faza (spoczynkowa)

Log - faza (logarytmiczna)

Faza spoczynkowa (lag- faza)

• W celu uchronienia żywności przed zepsuciem należy zdbać o to, aby drobnoustroje, które dostały się do niej utrzymać jak najdłużej w fazie spoczynkowej

• Surowce pochodzenia zwierzęcego i roślinnego można np. schłodzić, zamrozić

• Zastosowanie konserwantów wydłuża fazę spoczynkową nawet na wiele lat

Faza logarytmiczna (log -faza)

Wydłużenie log - fazy pożądane jest w technologiach, w których drobnoustroje wytwarzają określone metabolity:

Drożdżownictwo

Winiarstwo

Browarnictwo

Mleczarstwo

Faza stacjonarna

Jej wydłużenie ma znaczenie przy produkcji różnych związków metodami mikrobiologicznymi

Witaminy

Antybiotyki

Enzymy

Barwniki

Zjawisko diauksji

Dwufazowy wzrost

2 fazy zastoju

2 różne substraty w podłożu

Drobnoustroje a środowisko

Zdolność przeżycia, aktywność metaboliczna i rozprzestrzenianie

Czynniki wewnętrzne

Minimalne rozmiary i ciężar ciałą przy dużej powierzchni swoistej

Duży stosunek P/V

Zdolność do wytwarzania form przetrwanych, szczególnie opornych na wpływ środowiska

Czynniki zewnętrzne

Fizyczne

Temperatura

Ciśnienie mechaniczne

Ciśnienie osmotyczne

Promieniowanie

Ultradźwięki

Chemiczne

Zawartość tlenu w środowisku

pH środowiska

Obecność metabolitów własnych i obcych

Antybiotyki, antyseptyki, fitoncydy

Biologiczne

Wzajemne relacje między drobnoustrojami

Wpływ wirusów i bakteriofagów

Temperatura

Jeden z najistotniejszych czynników wpływających na wzrost i przeżywalność organizmów

Bezpośredni wpływ:

Szybkość wzrostu

Aktywność enzymów

Skład chemiczny komórek

Wymagania pokarmowe

Pośredni wpływ:

Transport jonów

Dyfuzja substancji chemicznych

Rozpuszczalność cząsteczek zw. Chemicznych

Zmiany temperatury

Podwyższenie temperatury przyspiesza reakcje enzymatyczne zachodzące w komórce oraz zwiększa szybkość wzrostu

Reguła Van't Hoffa

Podwyższenie temp może doprowadzić do nieodwracalnej inaktywacji i degradacji składników komórki wrażliwych na wysoką temperaturę

Wymagania temperaturowe drobnoustrojów

Temp kardynalne:

• Minimalna

• Optymalna

• Maksymalna

Są podstawą podziału drobnoustrojów

Zakres temperatur pomiędzy najniższą i najwyższą temp określa się zwykle jako zakres rozmnażania.

Wpływ temperatury

Max i min wyznacza granicę wzrostu, co nie jest jednoznaczne ze śmiercią komórki

Poniżej temp min:

Krzepnięcie membrany cytoplazmatycznej

Spowolnienie procesów transportu

Powyżej temp max:

Denaturacja białek wewnątrzkomórkowych

Uszkodzenia błony cytoplazmatycznej

Psychrofile

Synonimy:

Drobnoustroje zimnolubne, drobnoustroje tolerujące zimno, briofile, termofoby

Min -10 - 0°C

Opt 10 - 15°C

Max 20 - 30°C

Różnicuje się je na:

• Psychrofilne

• Temp optymalna ok 15°C, maks ok 20°C

• W temp 0 - 7°C dają wyraźny wzrost po 7 dobach, lub w temp 0°C dają wyraźne kolonie po 14 dniach

• Psychrotrofy

• Mogą rosnąć w temp 5°C bez względu na ich optymalną temp wzrostu, która jest > 20°C

• 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:

• Candida, Rhodotorula, Pichia

• Pleśnie:

• Cladosporium, Botritis, Geotrichum

Znaczenie psychrofili i psychrotrofów

W biotechnologii

Enzymy drobnoustrojów wykorzystuje się:

• Do utylizacji zanieczyszczeń w zimnych środowiskach

• Jako składnik proszków do prania (pranie na zimno)

W technologii żywności

Wywierają niekorzystny wpływ na jakość i trwałość żywności przechowywanej w chłodniach

• Psychrofile - żywność pochodzenia morskiego

• Psychrotrofy - nabiał, wędliny, warzywa przechowywane w niskich temp

Są przyczyną zatruć pokarmowych

Mezofile

-wymagania temperaturowe

Żyją w środowiskach o temp. Umiarkowanej (20-40°C)

Dla wielu środowiskiem o optymalnej temp. Wzrostu jest człowiek (patogeny)

Min. 10 - 15°C

Opt 20 - 37°C

Max 35 - 50°C

Bakterie mezofilne

• Gram (-) pałeczki:

• (patogenne): Salmonella, Shigella,

• (niepatogenne): Acetobacter

• Gram (+):

• Lactobacillus (niektóre)

• Clostridium

Drożdże mezofile

Drożdże: Saccharomyces

Pleśnie: Aspergillus, Penicillum

Znaczenie drobnoustrojów mezofilnych:

1. Kultury starterów w produkcji żywności fermentowanej

2. Do produkcji:

1. Enzymów, antybiotyków

2. Kwasów organicznych

3. Dodatków do żywności

3. Gatunki patogenne odpowiedzialne za zatrucia pokarmowe

Termofile

To organizmy ciepłolubne, odznaczające się wysoką temp optymalną i maksymalną wzrostu

Min. 40°C, opt 50-65°C, max 70°C,

Hipertermofile : opt > 80°C

Wzrost termofili

Zdolność wzrostu w wysokich temperaturach:

Niezwykła oporność białek enzymatycznych i strukturalnych na denaturację termiczną

Przyspieszona resynteza

Sztywniejsza II i III rzędowa struktura białek enzymatycznych

Większa zdolność do wiązania jonów metali

Dziedziczna ciepłoodporność białek komórkowych

Odpowiedni skład chemiczny błony cytoplazmatycznej

Więcej lipidów o wyższej temp topnienia i więcej nasyconych kwasów tłuszczowych

Większa zawartość G i C - większa ciepłoodporność bakterii G(+)

Drobnoustroje termofilne

Bakterie G(+) przetrwalnikujące (Bacillus, Clostridium)

Bakterie G (+) nieprzetrwalnikujące (Lactococcus, Lactobacillus, Sarcina)

Pleśnie (Aspergillus fumigatus)

Promieniowce (Thermomonaspora)

Brak gatunków drożdży i bakterii G(-)

Znaczenie drobnoustrojów termofilnych

Enzymy jako składniki proszków do prania

Kultury starterowe do produkcji jogurtów ( Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus)

Produkcja kwasu mlekowego (Lactobacillus delbrueckii)

Grzyby - samonagrzewanie się zboża, siana

Ciepłoodporne bakterie przetrwalnikujące - wyznaczniki parametrów sterylizacji konserw

(Wykład 6 mikrobiologia 06.04.2011)

Wpływ temperatury na przeżywalność drobnoustrojów

• Temperatury wysokie

Termiczna inaktywacja drobnoustrojów następuje po przekroczeniu max temp wzrostu, czyli po osiągnięciu tzw. Minimalnej temperatury letalnej

• Temperatury niskie

Zakres niskich temperatur, w których drobnoustroje mogą przeżywać, tzw. Temperatury subminimalne jest praktycznie nieograniczony

Mechanizm śmierci cieplnej

• Zniszczeniu ulega struktura przestrzenna białek, kwasów nukleinowych

• Zahamowanie reakcji metabolicznych

• Uszkodzenie błony cytoplazmatycznej

Do pewnego punktu krytycznego może to być reakcja odwracalna, ale jego przekroczenie prowadzi do śmierci komórki

Efekt letalny

• Specyficzna ciepłoodporność drobnoustrojów

• Wysokość temperatury i czas jej działania

• Stan fizjologicznych komórek

• Fizyczne i chemiczne właściwości środowiska

Drobnoustroje ciepłoodporne

Ich optymalna temp wzrostu leży w zakresie mezofili (30-37C), ale podczas ogrzewania przez 30 min. W temp. 62,8C przeżywa 90% populacji

• Ziarniaki (mikrokoki, enterokoki)

• Bakterie mlekowe

• Listeria

• Promieniowce\

Krzywa przeżycia populacji

• Zależność między czasem ogrzewania (t) a liczbą przeżywających komórek (N)

• Czas decymalnej (dziesiętnej) redukcji (D)

• Jest miarą ciepłoodporności drobnoustrojów

• Wyznacza czas potrzebny w danej temp do redukcji żywych komórek w populacji o 90% (1 cykl logarytmiczny)

Krzywa czasu śmierci cieplnej

• Zależność między temp ogrzewania a czasem dziesiętnej redukcji

• TDT (thermal Heath time) - czas potrzebny do zabicia danej populacji w określonej temperaturze

• Z - współczynnik ciepłoodporności - określa wzrost temp, który jest potrzebny do skrócenia czasu decymalnej redukcji o 90%

• TDP (thermal Heath point) - temp zabijająca daną hodowlą w określonym czasie

• Geobacillus stearothermophilus (200 - 400s w 121C)

• Byssochlamys nivea (50 min w 90C)

• Listeria monocytogenes

• Clostridium botulinum

Ciepłooporność drobnoustrojów

• Stan fizjologiczny

• Skład chemiczny środowiska

• Temperatura hodowli

• Zawartość wody w komórkach

• Aktywność wody w środowisku

• Obecność soli mineralnych, lipidów, białek i sacharydów

• pH środowiska

Stan fizjologiczny i skład chemiczny środowiska

• Bardziej wrażliwe:

• Młode komórki z log fazy

• Młode aktywne przetrwalniki

• Im podłoże uboższe w składniki

Temperatura hodowli

• Wyższe temp rozwoju, wyższa oporność cieplna komórek

• Enterococcus faecalis - D₆₀ 5x dłuższy dla hodowli w 45°C niż 27°C

• Geobacillus stearothermophilus - D₁₁₅ 2x dłuższy

Zawartość wody w komórkach i a_w w środowisku

• Komórki o dużej zawartości wody łatwiej ulegają zniszczeniu

• Wzrost a_w w środowisku - spadek ciepłooporności

Obecność soli mineralnych

• Sole kationów jednowartościowych - zmniejszenie ciepłooporności przetrwalników

• Sole kationów dwuwartościowych - podwyższenie oporności cieplnej

Obecność lipidów, białek, sacharydów, witamin i antybiotyków

• Obecność lipidów, białek, sacharydów i witamin wpływa ochronnie na komórki drobnoustrojów

• Antybiotyki, antyseptyki i fitoncydy zwiększają skuteczność działania temperatury

Temperatury niskie

• Temperatury subminimalne dodatnie

• „zimny szok” - krzepnięcie lipidów, zaburzenia procesów transportu

• Szczególnie wrażliwe bakterie G(-) w log fazie

• Temperatury subminimalne ujemne

• Liczba komórek zdolnych do wzrostu po procesie mrożenia i rozmrażania jest mniejsza niż przed zamrożeniem

• Przyczyną śmierci komórek są uszkodzenia mechaniczne i szok osmotyczny

Podział drobnoustrojów

Pod względem wrażliwości na temp subminimalne ujemne:

• Przeżywające mrożenie i rozmrażanie

• Niewrażliwe na zamrażanie, ale wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym

• Wrażliwe na zamrażanie i wymierające w czasie przechowywania w stanie zamrożonym

• Nie przeżywające procesu mrożenia, niezależnie od warunków środowiskowych

Przeżywalność komórek w temp ujemnych

• Gatunek drobnoustrojów

• G(+) mniej wrażliwe niż G(-)

• Stadium rozwoju

• Komórki z log fazy bardziej wrażliwe

• Skład chemiczny środowiska

• Mleko, bulion, serwatka, cukry, aminokwasy

• Szybkość i końcowa temperatura zamrażania i rozmrażania

• Większa przeżywalność przy szybkim zamrażaniu

Wpływ ciśnienia mechanicznego

• Zahamowanie wzrostu:

• Większość bakterii - 60 MPa

• Drożdże - 0,8 MPa

• Wzrost:

• Piezofile (barofile) - 0,1 - 40 MPa

• Hiperpiezofile - najwyższa szybkość wzrostu > 60 MPa

3 grupy wrażliwości na wysokie ciśnienie hydrostatyczne (hiperbaria):

• G (-) bakterie - inaktywacja > 300MPa

• Pseudomonas fulorescens, PS. Aeruginosa, E.coli, Acetobacter aceti

• Grzyby - inaktywacja > 400MPa

• Rhizopus oryzae, Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis

• Bakterie G (+) - inaktywacja > 600MPa

• Lactococcus lactis, Staphylococcus ureus, Enterococcus faecalis

Szczególnie oporne przetrwalniki bakterii i zarodniki grzybów(rys)

• Hipobaria (silnie obniżone ciśnienie hydrostatyczne)

• Nawet głęboka próżnia nie stanowią większego zagrożenia dla komórek wielu grzybów i bakterii

• Bacillus, Micococcus, Sarcina - 10^-8 - 10^-10 mm Hg - 72h

• Zastosowanie próżni i jednoczesne obniżenie temperatury - zwiększenie oporności drobnoustrojów

Wpływ pH środowiska

• Neutrofile (większość bakterii)

• Optymalny wzrost w pH 6,0 - 7,5

• Acydofile (bakterie fermentacji octowej, mlekowej, siarkowe, Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium)

• Optymalny wzrost w pH 2,0 - 5,0

• pH < 4,0

• Alkalofile (Vibrio cholerae, Enterococcus faecalis, Nitrosomonas, Nitrobacter)

• Optymalny wzrost w pH 8,0 - 11,0

• pH > 9,0

Znaczenie pH wzrostu

• Zakwaszenie żywności (fermentacja, dodatek kwasó organicznych) do pH 4 umożliwia zahamowanie wzrostu wielu drobnoustrojów, w tym chorobotwórczych

• Wartość pH środowiska może wpływać na kierunek działalności drobnoustrojów:

• Saccharomyces cerevisiae przy pH 4,5 produkują etanol, pH 8,5 - glicerol

• Aspergillus Niger przy pH 2,0 produkuje kwas cytrynowy, pH 7,0 - kwas szczawiowy

Wpływ pH na termiczną inaktywację drobnoustrojów

• Najbardziej oporne są mikroorganizmy w optymalnym pH

• D dla Clostridium botulinum (temp 120°C):

• pH 7,0 0,51 min.

• pH 5,0 0,26 min.

• pH 4,0 0,12 min.

Wpływ ciśnienia osmotycznego

• Ciśnienie osmotyczne to ciśnienie związków chemicznych rozpuszczonych w rozpuszczalniku (wodzie)

Π = nRT (roztwór 1 mol - 22,4 at)

• Ciśnienie osmotyczne w komórkach: 3-6 at

• Drożdże osmofilne (np. Zygosaccharomyces rouxii) - do 70 at

Typy roztworów

• Hipertoniczny - > 3 at - plazmoliza

• Izotoniczny - ok. 3 at - równowaga osmotyczna (sól fizjologiczna, płyn Ringera)

• Hipotoniczny - < 3 at - plazmoptyza

Plazmoliza

• Proces tracenia wody w komórce w roztworze hipertonicznym

• Następuje obkurczenie cytoplazmy i odstawanie od ściany komórkowej

• Proces zachodzący wyłącznie w komórkach roślinnych

Sól i cukier jako konserwanty

• 1 m NaCl : 22,4 at

• 1% NaCl: 6,1 at

• 1 m sacharoza: 22,4 at

• 1% sacharoza: 0,6 at

• Ciśnienie osmotyczne 1% NaCl jest prawie 10x wyższe niż 1% sacharozy, ponieważ sól ma niższą masę cząsteczkową i ulega dysocjacji

• Działanie soli:

• Odciągnięcie wody zarówno z powierzchni żywności jak i komórek mikroorganizmów (plazmoliza zahamowanie rozwoju śmierć)

• Zastosowanie soli i cukru należy do osmoaktywnych metod utrwalania żywności:

• Sacharoza ok. 60%

• NaCl ok. 20%

Podział drobnoustrojów

• Ze względu na stężenie cukru

• Osmofilne - lubią i wymagają do wzrostu wysokich stężeń cukrów

• Osmotolerancyjne - wytrzymują podwyższone stężenie cukru i rozmnażają się

• Osmooporne - w wysokich stężeniach cukru nie rosną, nie ulegają plazmolizie, nie rozmnażają się, ale i nie giną

Najmniej oporne są bakterie, najbardziej - pleśnie. Drożdże rozwijają się do 30% (Zygosaccharomyces do 60%)

• Ze względu na stężenie soli

• Halofilne (słonolubne) - mikroflora wód morskich i solanek, wymagają do wzrostu odpowiedniego stężenia soli:

• Łagodne 2-5% NaCl

• Umiarkowane 5-20% NaCl

• Skrajne 20-30% NaCl

• Solooporne - w wysokich stężeniach soli nie rozwijają się, ale i nie giną

• Solotolerancyjne - wytrzymują podwyższone stężenie soli >5% i rozwijają się

• Staphylococcus aureus

Halofile względne i skrajne

• Nie posiadają sztywnej, mureinowej ściany komórkowej

• Ściana ma charakter trójwarstwowej błony białkowo-lipidowej (50-70% białka, fosfatydy)

• Białka osłony mają silnie kwaśny charakter i wysokie stężenie NaCl neutralizuje ujemny ładunek na powierzchni drobnoustrojów

• Szereg ich enzymów wymaga aktywacji przez jony Na⁺

• Halobacterium salinarum

• Skrajne halofile

• Opt. Stężenie NaCl 20-30%

• Ulega lizie przy stężeniu <10%

• Rośnie na i wokół kryształów soli

Wpływ NaCl

• 0,5 % stymuluje wzrost Sacch. Cerevisae

• 1 - 2 % hamuje wzrost E.coli i Proteusz vulgaris

• Do 3% mogą rozwijać się bakterie mlekowe

• Do 19% niektóre szczepy drożdży

• Do 22% niektóre pleśnie

Wpływ aktywności wody a_w

• Bakterie G(-) 0,95

• Formy wegetatywne bakterii przetrwal. 0,91

• Drożdże 0,88

• Gronkowce 0,85

• Pleśnie 0,80

• Bakterie halofilne 0,75

• Pleśnie kserofilne 0,65

• Drożdże osmofilne 0,60

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

Wpływ ultradźwięków

• Mechanizm działania ultradźwięków wiąże się ze zjawiskiem kawitacji

• Kawitacja - mechaniczne rozrywanie komórek, w wyniku powstawania w ich wnętrzu pęcherzyków gazu pod wpływem działania ultradźwięków

• Fale dźwiękowe o częstotliwości > 20 tys. Hz/s

• Najbardziej oporne: przetrwalniki bakterii

Wpływ promieniowania

• Widmo promieniowania elektromagnetycznego obejmuje:

• Promieniowanie kosmiczne: λ < 10^-3 nm

• Promieniowanie gamma: λ < 10^-1 nm

• Promieniowanie X: λ < 5 nm

• Promieniowanie UV: λ < 400 nm

• Zakres światła widzialnego: λ = 400 - 800 nm

• Promieniowanie podczerwone: λ = 800 nm - 0,1 nm

• Promieniowanie mikrofalowe: λ < 1m

• Fale radiowe: λ do 10⁴ nm

• Warunkiem bezpośredniego działania promieniowania na żywą komórkę jest jego pochłonięcie (absorpcja)

• Im krótsza długość fali tym większa porcja energii i tym silniejsze działanie bakteriobójcze (1 kwant niesie więcej energii)

• Najsilniejsze działanie mutagenne, a przy odpowiednio dobranej dawce bakteriobójcze ma promieniowanie X, gamma i katodowe

• Mechanizm działania na drobnoustroje

• Błędne podstawienia zasad w DNA

• Pękanie wiązań i wypadanie całych odcinków DNA

• Radioliza wody ( powstawanie wolnych rodników H* i *OH)

• Powstawanie nadtlenków H₂O H₂O⁺ + e

• Pękanie wiązań peptydowych w łańcuchach polipeptydów

H* + H* H₂

HO* + HO* H₂O₂

• Niszczenie drobnoustrojów pod wpływem promieniowania jonizującego należy do tzw. Radiacyjnych metod utrwalania żywności

• Cebula, czosnek, przyprawy ziołowe, suszone warzywa, pieczarki, sprzęt medyczny jednorazowego użytku

Radiooporność drobnoustrojów

Zależy od:

• Rodzaj drobnoustrojów:

• Najbardziej oporne - przetrwalniki

• Najbardziej wrażliwe - bakterie G(-)

• Wielkość populacji

• Liczba komórek w środowisku

• Środowiska poddanego działaniu

• Im bogatsze, tym bardziej ochronnie działa na drobnoustroje

• Temperatury

• Zawartość wody

• Bardziej wrażliwe w środowisku płynnym

• Najbardziej wrażliwe zawieszone w roztworze soli fizjologicznej

Dozwolona max dawka promieniowania jonizującego przy utrwalaniu radiacyjnym wynosi 10 KGy / kg, co odpowiada zaabsorbowaniu energii 10 KJ/ kg

Względna radiooporność drobnoustrojów

• D10 (względna radiooporność) - dawka promieniowania wyrażona w grejach (Gy), konieczna do 10 krotnego zmniejszenia populacji mikroorganizmów, tzn. o 1 cykl logarytmiczny

• 2 - 6 D10 - dawka pasteryzacyjna

• 12 D10 - dawka sterylizacyjna

• Micrococcus radiodurans

• Enterococcus faecium

• Bacillus pumilus

Wpływ potencjału oksydoredukcyjnego Eh

• Wartość Eh układu określa jego zdolność do oddawania elektronów (utleniania się z jednoczesną redukcją innego układu) lub do ich przyjmowania (dany układ redukuje się utleniając inny)

• Środowiska ze swobodnym dostępem tlenu charakteryzują się wysoki Eh, słabo przewietrzane - niskim

• Drobnoustroje zużywające tlen w procesach metabolicznych obniżają wartość potencjału redox i powstają warunki beztlenowe

Wzrost drobnoustrojów na podłożach

• Bulion płynny

• Występowanie błonki, charakter błonki

• Zmętnienie lub osad

• Charakter zmętnienia, stopień zmętnienia

• Charakter osadu, zapach

• Płytka Petriego

• Wymiary kolonii, kształt kolonii, brzeg kolonii

• Powierzchnia kolonii, konsystencja

• Barwa kolonii u podłoża

• Wyniosłość - profil

• Skos

• Intensywność wzrostu, charakter brzegu linii wzrostu

• Konsystencja, barwa

• Słupek

• Powierzchniowy

• Wzdłuż linii kłucia

• W dolnej części słupka

• Upłynnienie żelatyny

Typy wzrostu drobnoustrojów na podłożach płynnych

• Bezwzględne tlenowce (aeroby) - większość bakterii

• Bezwzględne beztlenowce (anaeroby) - Clostridium

• Mikroaerofile (beztlenowce tolerancyjne) - Campylobacter, Lactobacillus, Listeria *, Propionibacterium

• Względne beztlenowce (anaeroby fakultatywne) - Saccharomyces (inny metabolizm w warunkach tlenowych i beztlenowych)

Inne czynniki środowiska wpływające na wzrost drobnoustrojów

• Elektrolity

• Kationy

• aniony

• Środki dezynfekcyjne

• Napięcie powierzchniowe

• Antybiotyki

Elektrolity

• Działają hamująco lub pobudzająco, zależnie od stężenia

• Metale o niższym ciężarze cząsteczkowym są mniej toksyczne niż o wyższym

• Kationy dwuwartościowe są bardziej toksyczne niż jednowartościowe

• Toksyczność kationów (+)

• Na, K, NH4, Mg, Ca, Zn, Fe, Al., Pb, Cu, Cd, Au, Hg, Ag

• Toksyczność anionów (-)

• SO4, Cl, Br, CLO4, fosforanowy, fluorkowy, nadjodanowy, tellurynowy

• Zwykle działają bardziej toksycznie na G(+)

• Wyjątek: azydek sodu, tellury potasu

• Efekt działania zależy od ilości substancji odżywczych w podłożu

• Najsilniej działają w wodzie destylowanej

• Efekt jednych neutralizowany przez inne

• Sole wapnia - neutralizują toksyczność sodu i litu

• Sole magnezu - obniżają toksyczność baru

• Toksyczność metali ciężkich wynika z ich wiązania z białkami, zmianie właściwości błony cytoplazmatycznej oraz inaktywacji enzymów

Środki dezynfekcyjne

• W odróżnieniu od sterylizacji nie zapewniają całkowitego wyjałowienia środowiska

• Dezynfekcja to niszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych różnymi czynnikami chemicznymi

• Działają one bakteriobójczo lub kateriostatycznie

• Alkohole - im większy ciężar cząsteczkowy lub kwaśnie środowisko tym skuteczniejsze

• Fenol, krezole (1-3% lizol) - bardzo silne działanie

• Formalina (aldehyd mrówkowy) - denaturuje białko

• Barwniki (fiolet krystaliczny, zieleń brylantowa, malachitowa) - działanie wybiórcze na bakterie G(+) lub G(-)

• Detergenty - sole kwasów żółciowych, czwartorzędowych zasad aminowych - obniżają napięcie powierzchniowe

• Chemoterapeutyki

• Salwarsan

• Sulfoamidy

• PAS

(Wykład 7 mikrobiologia 13.04.2011)

Napięcie powierzchniowe

• Występujące na granicy pomiędzy powierzchnią komórek a środowiskiem płynnym

• Ma wpływ na:

• Podział komórek

• Wzrost komórek

• Tworzenie kolonii

• Typ wzrostu na podłożu płynnym

• Najczęściej stosowane:

• Tween 80

• SDS (sól sodowa siarczanu dodecylu)

Antybiotyki

Swoiste substancje wytwarzane przez drobnoustroje i działające hamująco, litycznie lub niszcząco na inne mikroorganizmy

• Promieniowce - 60%

• Grzyby - 20%

• Bakterie - 10%

• Rośliny (fitoncydy)

• Organizmy zwierzęce

Antybiotyki wytwarzane przez promieniowce

• Streptomycyna - Streptomyces griceus

• Chloromycetyna (chloramfenikol) Streptomyces venezuelae

• Tetracyklina, oksytetracyklina - Streptomyces aureofaciens, Str. rimosus

• Makrolity (np. erytromycyna) - Streptomyces

Antybiotyki wytwarzane przez grzyby

• Fumigatyna - Aspergillus fumigatus

• Penicylina - Penicilium (np. chrysogenum)

• Penicylinaza - enzym rozkładający penicylinę, wytwarzany przez szczepy oporne, np. gronkowce

Antybiotyki wytwarzane przez bakterie

• Piocjanina (Pseudomonas aeruginosa)

• Nizyna ( Lactococcus lactis)

• Polimyksyna, gramicydyna (Bacillus brevis, Bac. polymyxa)

• Subtylina (Bacillus subtilis)

• Bacytracyna (Bacillus licheniformis)

Antybiotyki wytwarzane przez rośliny I zwierzęta

• Rośliny (fitoncydy)

• Allicyna - czosnek

• Lupulon, humulon - chmiel

• Zwierzęta

• Erytryna (izolowana z erytrocytów) - niszczy bakterie G(+)

• Inne metabolity i enzymy

• Lizozym

• Kwasy organiczne ( mlekowy, octowy, propionowy, masłowy, cytrynowy, itp..)

Ekosystem

• Zespół organizmów zamieszkujących środowisko oraz ich otoczenie (czynniki fizyczne i chemiczne)

• Biocenoza - zbiór organizmów żywych w ekosystemie

• Ekologia mikroorganizmów zajmuje się:

• Wzajemnymi zależnościami pomiędzy drobnoustrojami a środowiskiem ich występowania oraz

• Zależnościami pomiędzy samymi mikroorganizmami

• Zależności między środowiskiem a mikroorganizmami nie są jednokierunkowe:

• Środowisko kształtuje skład biocenozy

• Drobnoustroje zmieniają środowisko

Wzajemne relacje między drobnoustrojami

• System Oduma

• Neutralizm

• Komensalizm

• Protokooperacja

• Symbioza

• Antagonizm

• Oddziaływania bezpośrednie

• Symbioza

• Pasożytnictwo

• Drapieżnictwo

• Oddziaływanie pośrednie (poprzez środowisko)

• Neutralizm

• Komensalizm

• Protokooperacja

• Konkurencja

• Amensalizm

Neutralizm

Określa stosunki obojętne, współbytowanie populacji układa się harmonijnie, żadna z nich ani nie szkodzi, ani nie pomaga drugiej (brakuje współdziałania).

Komensalizm (współbiesiadnictwo)

Dwie różne populacje żyją obok siebie, z tym że jedna czerpie z tego korzyści, natomiast drugiej jest to zupełnie obojętne. (np. rozwój escherichii coli w przewodzie pokarmowym człowieka)

Protokooperacja

Dwa gatunki żyją obok siebie, wzajemnie się uzupełniają, mogą jednak rozwijać się niezależnie od siebie.

(np. bakterie mlekowe w zakwasie)

Symbioza (mutualizm)

Obligatoryjny związek dwóch różnych populacji, mający istotny wpływ na ich funkcjonowanie w określonym środowisku.

• Ektosymbioza - jeden z partnerów jest poza komórkami drugiego

• Ziarna kefirowe

• Bakterie tlenowe i beztlenowe w glebie

• Porosty

• Rośliny motylkowe i bakterie G(-)

• Bakterie w żwaczu

• Mikroflora skóry człowieka

• Endosymbioza - jeden z partnerów występuje w komórkach drugiego

• Bakterie, grzyby niższe w ciele owadów

• Chloroplast, mitochondria - prokariotyczne endosymbionty?

Antagonizm

Zależność pomiędzy populacji, kiedy aktywność jednej z nich jest szkodliwa dla drugiej

1. Konkurencja

2. Amensalizm

3. Pasożytnictwo

4. Drapieżnictwo

• Konkurencja (współzawodnictwo) - dwaj partnerzy konkurują o deficytowy czynnik środowiska i jeden z nich przegrywa w tej walce

• Amensalizm - rozwój jednej populacji jest hamowany przez toksyny drugiej. Jeden gatunek (amensal) oddziałuje niekorzystnie na drugi gatunek, sam nie podlegając jego wpływowi.

• Pasożytnictwo - jeden organizm żywi się płynami ustrojowymi lub komórkami innych organizmów. Oddziałuje niekorzystnie, jednocześnie nie może bez nich przetrwać.

• Pasożyty fakultatywne (względne)

• ,3Pasożyty obligatoryjne (bezwzględne)

• Nadpasożytnictwo

• Drapieżnictwo - jeden organizm żywi się komórkami drugiego. Występowanie drapieżcy i ofiary.

Metabioza

Następstwo organizmów po sobie. Jedne drobnoustroje przygotowują warunki do rozwoju innych.

Naturalne psucie się mleka (owoców, piwa, wina)

Wydzielanie ciepła

• Termogeneza - wydzielanie ciepła przez rozwijające się bakterie mezofilne w odpowiednio wilgotnym i izolowanym termicznie środowisku stwarza warunku do rozwoju bakterii termofilnych

Obniżanie potencjału redox

• Bakterie tlenowe obniżają potencjał redox, doprowadzają do stworzenia warunków do rozwoju bakterii beztlenowych

Zmiana pH środowiska

• Alkalizacja środowiska

• Zakwaszenie środowiska

Wpływ mikroorganizmów na środowisko

• Rośliny (producenci)

• Wykorzystują energię słoneczną do wytworzenia materii organicznej z CO₂

• Zwierzęta (konsumenci)

• Budują własne ciało z pierwotnej biomasy

• Drobnoustroje ( czynniki degradacyjne ) - reducenci

Obieg węgla

• Udział mikroorganizmów w obiegu węgla, to najważniejsza rola jaką odgrywają w podtrzymaniu życia na Ziemi.

• Dokonują one mineralizacji zw. Organicznych węgla wytworzonych w czasie fotosyntezy i tym samym utrzymują równowagę tego pierwiastka w przyrodzie

*Schemat* Asymilacja CO₂ -> rośliny zielone -> świat zwierząt i ludzie -> drobnoustroje -> gleba-> rośliny zielone …

Obieg azotu

• 78% powietrza, dostępny tylko dla mikroorganizmów

• Amoniak - główny związek obiegu azotu

• 4 procesy:

• Amonifikacja

• Nitryfikacja

• Denitryfikacja

• Wiązanie azotu wolnego

Amonifikacja - Hydrolityczny rozkład białka pod działaniem enzymów proteolitycznych z następująca po nim dezaminacją aminokwasów do jonu NH₄

Nitryfikacja

• W warunkach tlenowych, w glebie, jon NH4 jest substratem dla bakterii nitryfikacyjnych Nitrosomona, Nitrobacter utleniających go do azotanów

NH₃ NO₂ NO₃ (utlenianie)

• Amoniak i azotany mogą być źródłem azotu dla roślin

• Aminokwasy - Lactococcus, Lactobacillus

Denitryfikacja

• W warunkach beztlenowych niektóre gatunki bakterii wykorzystują azotany jako akceptor wodoru i redukują je do azotynów i wolnego azotu

• NO₃ NO₂ NH₃ N₂ (redukcja)

• Proces ten prowadzi do strat azotu w glebie

• Escherichia coli, Proteus vulgaris, Micrococcus denitrificans, Bacillus licheniformis

Wiązanie azotu

• Niektóre bakterie wolno żyjące w glebie lub związane symbiotycznie z roślinami motylkowymi

• Rhizobium (w ciągu roku 100 -200 kg azotu/ha)

• Actinomyces (promieniowce) - niesymbiotyczne (ok. 10 kg/ha)

• Bakterie beztlenowe (Clostridium, Methanobacteirium, Desulfovibirio)

• Bakterie tlenowe (Azotobacter) i względnie beztlenowe (Pseudomonas, Bacillus, Klebsiella)

Każdy gatunek rośliny motylkowej ma swoisty dla siebie gatunek bakterii brodawkowych

Obieg siarki

• Stanowi 1% s.m. komórek

• W komórkach występuje w postaci grup sulfhydrylowych w aminokwasach siarkowych, koenzymie A, biotynie, w biosferze w formie siarczanów

• Warunki tlenowe:

• Bakterie utleniają grupę -SH cysteiny do R-SO₃H (kwas sulfonowy) desulfonacja H₂S utlenianie SO₄

• Thiobacillus, Beggiatoa, Thiothrix

• Warunki beztlenowe lub mikroaerofilowe:

• Rozkład cysteiny do H₂S (gnilne beztlenowce) lub redukcja siarczanów (SO₄ H₂S), gdzie SO₄ jest akceptorem wodoru

• Chlorobium, Clostridium, Proteus, Salmonella - gnilne beztlenowce

Obieg fosforu

• W biosferze w formie fosforanów

• W organizmach żywych jako estry fosforanowe (w kwasach nukleinowych i związkach makroergicznych oraz produktach pośrednich metabolizmu)

• Po śmierci organizmu hydrolizowane przez fosfatazy i fosfodwuesterazy jony fosforanowe asymilowane z gleby przez rośliny i mikroorganizmy

GRZYBY ( Eumycotina)

• Bezchlorofilowe, przeważnie niezabarwione organizmy, jedno lub wielokomórkowe

• Niektóre o nitkowatych strzępkach

• Zawierają wykształcone jądro komórkowe, oddzielone od reszty cytoplazmy błoną jądrową

• Zdolne do rozmnażania wegetatywnego i generatywnego

• Ze względów praktycznych dzielą się na:

• Pleśnie

• Drożdże

• Podstawą podziału jest zdolność tworzenia puszystej grzybni

Budowa pleśni

• Strzępki - rurkowate komórki, rozgałęzione lub nie

• Strzępki mogą być podzielone ścianami poprzecznymi, tzw. septami lub niepodzielone (komórczaki)

• Nitkowate strzępki nie rosną pojedynczo, ale tworzą sploty zwane grzybnią

• Grzybnie (mycelium) typowych pleśni są widoczne gołym okiem, w postaci luźnej, watowatej lub bardzo zwartej

• Dwa typy grzybni:

• Powietrzna

• Wgłębna

Ściana komórkowa

• Syntetyzowana w pierwszym stadium rozwoju grzybni, odpowiada za kształt komórek

• Zbudowana z polisacharydów: β - glukanów, celulozy, chityny, chitozanu, a także białek i lipidów strukturalnie związanych z glukaniem i chityną, która odpowiada za sprężystość i trwałość ściany komórkowej

• Zawiera enzymy, barwniki i antygeny (alergie układu oddechowego)

• Nie jest niezbędna do funkcjonowania komórki

• Skład s.m. ściany komórkowej:

• Glukan: 60%

• Chityna: 10 - 30 %

• Białka: 20%

• Lipidy 1 - 3%

Rozwój grzybni

• Wegetatywna grzybnia tworzy się w wyniku przekształcenia kiełka rostowego spory w strzępkę, jej wydłużania i rozgałęziania.

• Wzrost strzępki jest apikalny (wierzchołkowy)

• Szybkość wzrostu strzępki grzybni powietrznej:

• 5,5 μm/min (górne)

• 3,8 μm /min (boczne)

• Odgałęzienia strzępki głównej - w odpowiednim miejscu powstaje uwypuklenie, które staje się początkiem nowej strzępki

• Czas tworzenia nowych uwypukleń - kilka do kilkunastu minut

• Strzępki główne

• Średnica 5-10 μm

• Strzępki boczne

• 1-3 μm

• W miarę oddalania się od wierzchołka strzępki ściana komórkowa jest pogrubiana bazypetalnie (nowe warstwy są odkładane od strony wewnętrznej)

• Długość strzępek jest nieograniczona, może wynosić nawet kilkanaście cm

Etapy rozwoju grzybni

• Trofofaza

• Młode, szybko rosnące i dzielące się komórki, które tworzą rozgałęzione układy

• Równowaga między pobieraniem składników podłoża i ich przemianą

• Idiofaza

• Zakłócenie równowagi przez nagromadzenie metabolitów

• Budowanie sept, ścian poprzecznych, powstawanie form przetrwanych (chlamydospor)

• Morfologiczne i fizjologiczne różnicowanie się komórek koloni w wyniku zmieniających się warunków środowiska

• Sporulacja

• Wyrastanie strzępek powietrznych indukowane brakiem składników azotowych pożywki

Pleśnie - rodzaje grzybni *rys*

Drożdże

• Afryka Południowa: 3400 - 3800 mln lat

• Smerowie (piwo): 7000 r p.n.e.

• Asyria (wino): 3500 lat p.n.e.

• Rzym (chleb): 100 r p.n.e.

• Azja (kumys, kefir)

• Pasteur:

• 1860 „odkrycie” obecności i roli drożdży w procesach fermentacji

• 1863 - Pasteur wyjaśnia fermentację moszczu (drożdże jako żywy czynnik odpowiedzialny za przemianę cukru do etanolu i ditlenku węgla)

Budowa drożdży

• Ściana komórkowa jest zbudowana głównie z polisacharydów (80%)

• mogą zawierać glukany, mangany, galaktany i chitynę

• Ściana młodych komórek jest bardzo cienka, elastyczna i przepuszczalna

• Starsze ściany mają zgrubiałe, sztywne, szorstkie i bardzo oporne na czynniki zewnętrzne

Morfologia drożdży

• Organizmy jednokomórkowe

• Obecność substancji zapasowych

• Wolutyna

• Glikogen

• Lipidy

• Wielkość komórek

• 1-8 μm (długość)

• 1-6 μm (szerokość)

• Kształt komórek

• Kulisty

• Elipsoidalny

• Cylindryczny

• Cytrynkowaty

• Nitkowaty

• Buławkowaty

Fizjologia drożdży

• Mezofile, optymalna temp ok. 30°C (-34°C, 0, 47°C)

• pH 5,5 - 6,0 (2,2 - 8,5)

• Względne beztlenowce

• Heterotrofy (cukry proste lub dwucukry)

• Nie wykorzystują azotu cząsteczkowego (azot organiczny i nieorganiczny)

• Wymagają witamin z grupy B i mogą je produkować

• Symbioza w ziarnach kefirowych - witaminy dla bakterii mlekowych

• Sac. Cerevisiae - witaminy grupy B (B1 - B12) + ergosterol

• Rhodotorula glutinis - witaminy grupy B + ergosterol + B-karoten

• Candida ryboflawina - witamina B2, ergosterol

Rozmnażanie grzybów

• Rozmnażanie to stadium rozwojowe, w wyniku którego powstaje nowy osobnik o cechach typowych dla określonego gatunku

• Bezpłciowo (wegetatywne) - jeden organizm haploidalny (rodzicielski) bez zmiany fazy jądrowej

• Pączkowanie

• Rozszczepienie

• Sporulacja

• Fragmentacja strzępki

• Płciowe ( generatywne) - połączenie zróżnicowanych płciowo komórek (gamet) lub strzępek i połączenie ich jąder

• Gamety jedno- lub różnoimienne, które tworzą się w gametangiach, tj. haploidalnych elementach płciowych

Pączkowanie

• Charakterystyczne dla drożdży

• Na komórce macierzystej tworzy się uwypuklenie zwane pączkiem, do którego przechodzi część cytoplazmy i jądro po podziale jądra macierzystego

• Pączek po osiągnięciu odpowiednich rozmiarów może się oderwać

• Na powierzchni obu komórek powstają blizny - urodzeniowa (podstawowa) na nowo powstałej komórce

• Pierwszy pączek tworzony jest po stronie przeciwnej do blizny urodzeniowej

• Liczba blizn świadczy o wieku komórki i jej zdolności do reprodukcji

• Pojedyncza komórka może pączkować 24 - 43 razy, pączek nie może powstać na starej bliźnie

• Do pączkowania zdolnych jest tylko 40 - 50 % komórek w populacji

Typy pączkowania

• Rozróżniamy pączkowanie:

• Wielostronne (wielobiegunowe)

• Biegunowe

• Jednobiegunowe

• Dwubiegunowe (na przeciwległych biegunach)

Rozszczepienie

• Typowe dla drożdzy o kształcie cylindrycznym (Schizosaccharomyces, Endomyces)

• Przed podziałem komórka rozrasta się na długość, w środku tworzy się przegroda dośrodkowo zamykająca światło komórki

• Po całkowitym utworzeniu przegrody następuje stopniowe oddzielanie się komórek

• W ten sposób powstają dwie lub więcej komórek potomnych

Sporulacja

• Rozwój i rozmnażanie grzybów, zwłaszcza strzępkowych odbywa się za pośrednictwem spor

• Są one jednocześnie formą spoczynkową i służą do reprodukcji

• Zwykle są to jednokomórkowe i pigmentowane twory, czasami ruchliwe

• W zależności od sposobu i miejsca tworzenia spory zwane są:

• Chlamydosporami

• Oidiami (artrosporami) - Geotrichum

• Blastosporami - cladosporium

• Konidiami(egzospory) - Penicilium, Aspergillus

• Sporangiospory (endospory) - Mucor, Rhizopus

• Zygospory (komórki tworzone płciowo) - Zygomycetes

• Askospory (zarodniki tworzone płciowo w workach ) - niektóre drożdże

Spory

• Charakteryzują się spowolnieniem przemian metabolicznych

• Mają małą zawartość wody (6-13%)

• Do kiełkowania potrzebują środowiska o zwiększonej zawartości wilgoci

• Wykazują dużą zdolność przetrwania w niekorzystnych warunkach, dzięki wielowarstwowej osłonie zewnętrznej

Kiełkowanie spor

• Jest przejściem od stanu spoczynku (anabiozy) do stanu aktywności metabolicznej

• Pierwsza oznaka: 3-4 krotne zwiększenie objętości spory na skutek pobierania wody ze składnikami odżywczymi

• Woda aktywuje enzymy hydrolityczne oraz oddechowe, rozpoczynają się procesy energetyczne, wykorzystywane SA endogenne zw. zapasowe (mannitol, trehaloza, fosfolipidy)

• Ten wstępny etap rozwoju wegetatywnego jest odpowiednikiem lag-fazy w hodowli jednokomórkowców

Rozmnażanie drożdży

• Rozmnażanie wegetatywne (pączkowanie lub rozszczepienie) jest poprzedzone podziałem mitotycznym jądra komórkowego, po którym następuje podział cytoplazmy

• W wyniku tego procesu komórka potomna powinna być identyczna z komórką macierzystą, a ploidalność populacji nie ulega zmianie, ale

• Drożdże charakteryzują się też występowaniem rozmnażania generatywnego(płciowego), więc

• W populacji drożdży może obok siebie lub kolejno po sobie występować pokolenie haploidalne (n chromosomów) i diploidalne (2n)

Cykl komórkowy drożdży *rysunek-schemat*

(Wykład 8 mikrobiologia 04.05.2011)

↓↓-----------------------------------------!! MATERIAŁ POMINIĘTY NA WYKŁADZIE !! ------------------------------------------↓↓

Zarodniki drożdży:

• Aktywność tworzenia spor zależy od:

• Wieku kultury drożdży

• Temperatury inkubacji

• Kwasowości pożywki i jej składu jakościowego

• Natlenienia i wilgotności

• Prawidłowo powstają 4 spory, czasami mogą one przechodzić mitozę i wtedy powstaje ich 8

Właściwości zarodników drożdży

• Oporniejsze od komórek wegetatywnych na czynniki środowiskowe

• Większa oporność na temperaturę od form wegetatywnych (5-10°C)

• Zarodnikowanie jest formą rozmnażania (w przeciwieństwie do przetrwalnikowania)

• Kiełkują przekształcając się w formy wegetatywne, wzrasta ich wrażliwość na czynniki środowiska - kwasy, światło, uszkodzenia mechaniczne, stres osmotyczny

Fragmentacja strzępki

• strzępka rozpada się na pojedyncze komórki, z których powstają kolejne strzępki

• typowe dla Geotrichum

Znaczenie drożdży

• Pozytywne (drożdże szlachetne)

• Procesy fermentacyjne

• Produkcja biomasy drożdżowej

• Negatywne (drożdże dzikie)

• Psucie napojów, mętnienie piwa

• Fermentacja soków

Fizjologia pleśni

• Chemoorganotrofy

• Są wybitnymi tlenowcami

• Dobrze rozwijają się w środowisku kwaśnym ( choć nie tylko )

• Większość gatunków to mezofile

• Dobrze przetrzymują niską temperaturę

• Dzięki bogatemu układowi enzymatycznemu są mało wymagające pod względem substancji odżywczych

• Liczne gatunki są osmofilne

↑↑-----------------------------------------!! MATERIAŁ POMINIĘTY NA WYKŁADZIE !! -----------------------------------------↑↑

Znaczenie pleśni

• Zdecydowane szkodniki

• Organizmy pożyteczne i wykorzystywane w technologii żywności

Negatywne znaczenie pleśni

• Psują surowce i produkty spożywcze:

• żywność zanieczyszczona pleśniami ma zmienioną barwę i przykry zapach (stęchły, spleśniały)

• Mogą być przyczyną zachorowań konsumentów

• Zatrucia są wywołane przez grzyby toksynotwórcze

• Mykotoksyny wytwarzane przez rodzaje: Aspergillus, Penicillium i Fusarium

Mikotoksyny

• Bardzo oporne na temperaturę (ochratoksyna A wytrzymuje ogrzewanie w 250°C)

• Oporne na pasteryzację i sterylizację

• Nie są inaktywowane podczas gotowania

Ze względu na wszechobecność grzybów strzępkowych oraz na oporność mikotoksyn na większość czynników fizykochemicznych skażenia tymi substancjami nie można wyeliminować, a jedynie ograniczyć

Czynniki warunkujące tworzenie mikotoksyn

• Obecność odpowiedniego szczepu - wytwarzanie toksyn jest cechą szczepową, genetyczną

• Odpowiedni skład podłoża - obecność składników odżywczych, głównie węglowodanów

• Oddziaływanie mikroflory towarzyszącej, sposób zbioru i magazynowania

• Odpowiednia wilgotność - im większa, tym lepsze warunku do wzrostu

• Odpowiednia temperatura (opt 24 - 28°C), w wyższych temperaturach występuje zwiększenie produkcji

• Optymalna zawartość tlenu i ditlenku węgla w podłożu

Pozytywne znaczenie pleśni

• Mleczarstwo: w produkcji i uszlachetnianiu serów: Penicillium roqueforti i P. camemberti, Penicillium candidum

• Do produkcji preparatów enzymatycznych np. enzymy amylolityczne (Aspergillus niger)

• Do produkcji kwasów organicznych np. kwas cytrynowy (A. niger)

• Do produkcji antybiotyków i witamin

Zapobieganie rozwojowi pleśni

• Stosowanie warunków beztlenowych

• Suszenie, liofilizacja

• Pasteryzacja i sterylizacja

• Przestrzeganie higieny procesu produkcyjnego

• Stosowanie surowca o bardzo dobrej jakości

Grzyby

Obecnie 4 gromady:	Dawniej 5 klas:
Zygomycota (Phycomycota - sprzężniaki) Ascomycota (workowce) Basidiomycota (podstawczaki) Deuteromycota (Fungi imperfecti)	Phycomycetes Ascomycetes Basidiomycetes Deuteromycetes Myxomycetes

Odpowiadające sobie bezpłciowe i płciowe stadia grzybów

Stadium anamorficzne (bezpłciowe)	Stadium teleomorficzne (płciowe)
Asp. amstelodami Asp. flavipes Asp. nidulans Asp. repens (Asp. glaucus) Botrytis cinerea Fusarium nivale Fusarium sambucinum Fusarium moniliforme Penicillium alutaceum Penicillium vermiculatum	Eurotium amstelodami Fennelia flavipes Emericella nidulans Eurotium repens Botryotina fuckeliana Calonectria nivalis Giberella pulicaris Giberella fujikuroi Eupenicillium alutaceum Talaromyces flavus

Zygomycota (grzyby niższe)

• Rząd: Mucorales

• Rodzina: Mucoraceae

• Rodzaj: Mucor

Rhizopus

• Rodzina: Thamnidiaceae

• Rodzaj: Thamnidium

Rodzaj Mucor

• Grzybnia luźna, wysoka, biała, później żółta, żółtobrunatna i brązowa

• Sporangia (zarodnie) na końcach strzępek powietrznych

• Kolumela o cylindrycznym kształcie

• Haploidalne endospory

Znaczenie rodzaju Mucor

• Negatywne

• Zepsucia owoców i warzyw

• Zanieczyszczenie powietrza w mleczarniach

• Wady masła

• Porosty na serach dojrzewających

• Pozytywne

• Wytwarzanie enzymów hydrolitycznych

• Scukrzanie skrobi

• Dojrzewanie serów

• Produkcja enzymów amylolitycznych i proteolitycznych

• Produkcja związków lipidowych (nienasycony *...*)

Rodzaj Rhizopus

• Jasnoszara grzybnia o strukturze podobnej do Mucor

• Obecność chwytników i stolonów

• Sporangium białe, później czarne

• Okrągłe lub owalne endospory

Znaczenie rodzaju Rhizopus

• Negatywne:

• Psucie owoców, chleba, serów

• Psucie mięsa i produktów przechowywanych w chłodniach

• Wytwarzają mikotoksyny

• Pozytywne:

• Wytwarzanie kwasu mlekowego, fumarowego, jabłkowego

• Produkcja enzymów lipolitycznych

• Fermentacja alkoholowa

• Produkcja leków steroidowych (hydrokortyzon)

Różnice w budowie (Mucor, Rhizopus)

*rysunek*

Rodzaj Thamnidium

• Na produktach zawierających dużo skrobi

• Zarodnie z kolumelą otoczoną po pęknięciu kołnierzykiem

• Gałązki zakończone małymi sporangiolami bez kolumeli na bocznych odgałęzieniach strzępki

Cykl życiowy Zygomycota

*schemat*

Gromada: Ascomycota (grzyby wyższe) (ponad 32tys gatunków)

• Rząd: Eurotiales

• Rodzina: Eurotiaceae (Aspergillaceae)

• Rodzaje: Eurotium (Aspergillus)

Talaromyces

Byssochlamys

Chaetomium

Eupenicillium

Emericella

Neurospora

• 17 rodzin

• Rodzina: Endomycetaceae

• Rodzaj: Endomyces

• Rodzina: Sclerotiniaceae

• Rodzaj: Monilia

• Rodzina: Saccharomycetaceae

• Rodzaj: Saccharomyces

Dekkera

Torulaspora

Zygosaccharomyces

Klyveromyces

Pichia

Hansenula

Debaryomyces

+ 22 inne

• Rodzina: Diposascaceae

• Rodzaj: Dopodascus

*…*

Rodzaj Chaetomium

• Nie wykazuje formy rozmnażania bezpłciowego

• Tworzy worki z zarodnikami

• Charakteryzują się wysoką aktywnością celulolityczną (rozkład błonnika w glebie)

Gromada Deuteromycota. Drożdże anamorficzne

• Rodzaj: Aureobasidium

Brettanomyces

Candida

Cryptococcus

Geotrichum

Monilia

Rhodotorula

Torula

Trichosporon

• Rząd: Moniliales

• Rodzina 1: Moniliaceae

• Rodzaj: Acremonium

Geotrichum

Trichoderma

Botritis

Penicillium

Aspergillus

• Rodzina 2: *...*

• Rodzina 3: Tubereulariaceae

• Rodzaj: Fusarium

Tuberaularia

• Rodzina 4: Stilbaceae

• Rodzaj: Doratomyces

Graphium

Kropidlak (Aspergillus)

Występuje często w produktach spożywczych tworząc nalot, który po pewnym czasie przybiera kolor czarny. Aspergillus niger ma zastosowanie przy produkcji kwasu cytrynowego.

Pędzlaki (Penicillium)

Rodzaj grzybów występujących np. na owocach. Tworzą zwykle zielony nalot (pleśń). Konidia służą do rozmnażania bezpłciowego. Z pewnych gatunków pędzlaka otrzymano pierwszy produkowany na skalę przemysłową antybiotyk - penicylinę - stosowany przy zwalczaniu bakteryjnych chorób zakaźnych.

Znaczenie Penicillium

• Negatywne

• Wszechobecne saprofity

• Psują surowce roślinne podczas magazynowania

• Zanieczyszczenia wtórne

• Wytwarzają mikotoksyny

• Pozytywne

• *…*

Botritis

• Grzybnia jasnoszara, oliwkowobrunatna

• Rozkład celulozy i pektyn

• Pleśń „chłodnicza”

• Nadaje specyficzny smak i zapach winom (Botrytis cinerea)

Alternaria

• Grzybnia ciemnoszara, aksamitna

• Pasożyty i saprofity roślin zbożowych

• „czarna zgnilizna” pomidorów i owoców

• Produkcja mikotoksyn

Cladosporium

• Jest przyczyną psucia się mięsa przechowywanego w chłodni oraz masła

• Ma silne właściwości lipolityczne

• Powoduje alergie

• Wytwarza mikotoksyny

Fusarium

Występuje na wielu produktach spożywczych, spożycie żywności zakażonej może wywołać zatrucia [układ nerwowy]

Stachybotris

• Stachybotris chartarum

• Duża aktywność celulolityczna

• Wytwarza trichoteceny

• Odpowiedzialny za alergie

Geotrichum

• Uciążliwy w przemyśle mleczarskim

• Odkwasza kiszonki

• Produkuje enzymy lipolityczne i proteolityczne

• Obniża trwałość produktów mleczarskich

• Może być patogenem

*KOLEJNY TEMAT*

Systematyka bakterii

• Bakterie - organizmy jednokomórkowe należące do Królestwa Procarya, domeny Archea i Bacteria

• 5 x 10³⁰ komórek bakteryjnych, opisanych ok. 8 000 gatunków

• Systematyka bakterii podana jest w Bergey's Manual of Systematic Bacteriology (2005).

• Składa się z 5 działów

• Domena Archea obejmuje 2 typy: AI (1 klasa) AII (8 klas)

• Domena Bacteria obejmuje 25 typów: BI - BXXI (łącznie 34 klasy)

Podstawa podziału bakterii

• Budowa ściany komórkowej, profile białek i kwasów tłuszczowych w jej składzie

• Homologia DNA/DNA i DNA/RNA

• Skład oligosacharydów

• Skład podjednostek rybosomalnego RNA

• Sekwencja aminokwasów enzymów metabolizmu podstawowego

• Różnice w cechach morfologicznych, fizjologicznych i biochemicznych

Kryteria podziału wg Bergey'a

• Morfologia (kształt)

• Stosunek do tlenu

• Barwienie metodą Grama

• Zdolność do przetrwalnikowania

Domena Archea

• Typ A I

• Klasa I. Thermoprotei

• Rodzaj I: Sulfolubus

• Typ A II

• Klasa I. Methanobacteria

• Rodzaj I: Methanobacterium

• Klasa II. Methanococci

• Rodzaj I: Methanococcus

• Klasa IV. Halobacteria

• Rodzaj I: Halobacterium

• Rodzaj V: Halococcus

• Klasa V. Thermoplasmata

• Rodzaj I: Thermoplasma

• Klasa VI. Thermococci

• Rodzaj III: Pyrococcus

Domena Bacteria

• Obejmuje 25 typów i łącznie 1227 rodzajów bakterii

• Typ B XII - Proteobacteria

• Klasa 1 - Alphaproteobacteria

• Klasa 2 - Betaproteobacteria

• Klasa 3 - Gammaproteobacteria

• Klasa 4 - Deltaproteobacteria

• Klasa 5 - Epsilonproteobacteria

• Typ B XII: Proteobacteria

• Klasa I. Alphaproteobacteria

• Rząd I, rodzina II: Acetobacteraceae

• Rodzaj I: Acetobacter

• Rodzaj IX: Gluconobacter

• Rząd IV, rodzina I: Sphingomonadaceae

• Rodzaj XII: Zymomonas

• Rząd VI, rodzina I: Rhizobiaceae

• Rodzaj I: Rhizobium

rodzina IV: Brucellaceae

• Rodzaj I: Brucella

rodzina VIII: Bradyrhizobiaceae

• Rodzaj VI: Nitrobacter

• Klasa II. Betaproteobacteria

• Rząd I, rodzina III: Alcaligenaceae

• Rodzaj I: Alcaligenes

• Rodzaj II: Achromobacter

• Rząd II, rodzina I: Hydrogenophilaceae

• Rodzaj II: Thiobacillus

• Rząd IV, rodzina I: Neisseriaceae

• Rodzaj I: Nitrosomonas

• Rząd V, rodzina II: Spirillaceae

• Rodzaj I: Spirillum

• Klasa III. Gammaproteobacteria

• Rząd III, rodzina I: Xantomonadaceae

• Rodzaj I: Xantomonas

• Rząd IV, rodzina I: Legionellace

• Rodzaj: Legionella

rodzina II: Coxiellaceae

• Rodzaj: Coxiella

• Rząd IX, rodzina I: Pseudomonadaceae

• Rodzaj I: Pseudomonas

• Rodzaj II: Azomonas

• Rodzaj III: Azotobacter

• Rodzaj IV: Cellvibrio

rodzina II: Moraxellaceae

• Rodzaj I: Moraxella

• Rodzaj II: Acinetobacter

• Rząd XI, rodzina I: Vibrionaceae

• Rodzaj I: Vibrio

• Rząd XII, rodzina I: Aeromonadaceae

• Rodzaj: Aeromonas

• Rząd XIII, rodzina I: Enterobacteriaceae

• Rodzaj I: Escherichia

• Rodzaj X: Citrobacter

• Rodzaj XI: Edwardsiella

• Rodzaj XII: Enterobacter

• Rodzaj XIII: Erwinia

• Rodzaj XV: Hafna

• Rodzaj XVI: Klebsiella

• Rodzaj XXVII: Plesiomonas

• Rodzaj XXIX: Proteus

• Rodzaj XXXIV: Salmonella

• Rodzaj XXXVI: Serratia

• Rodzaj XXXVII: Shigella

• Rodzaj XLIII: Yersinia

• Klasa IV. Deltaproteobacteria

• Rząd II, rodzina I: Desulfovibrionaceae

• Rodzaj I: Desulfovibrio

rodzina III: Desulfohalobiaceae

• Rodzaj II: Desulfomonas

• Rząd III, rodzina I: Desulfobacteraceae

• Rodzaj VII: Desulfococcus

• Rodzaj XIII: Desulfosarcina

• Klasa V. Epsilonproteobacteria

• Rząd I, rodzina I: Campylobacteraceae

• Rodzaj I: Campylobacter

rodzina II: Helicobacteraceae

• Rodzaj I: Helicobacter

• Typ B XIII

• Klasa I. Clostridia

• Rząd I, rodzina I: Clostridiaceae

• Rodzaj I: Clostridium

• Rodzaj XVIII: Sarcina

• rodzina IV: Eubacteriaceae

• Rodzaj I: Eubacterium

• Rodzaj II: Acetobacterium

• rodzina V: Peptococcaceae

• Rodzaj: Peptococcus

• Klasa III. Bacilli

• Rząd I, rodzina I: Bacillaceae

• Rodzaj I: Bacillus

• rodzina II: Alicyclobacillaceae

• Rodzaj I: Alicyclobacillus

• rodzina IV: Listeriaceae

• Rodzaj I: Listeria

• rodzina VI: Planococcaceae

• Rodzaj V: Sporosarcina

• rodzina VII: Sporolactobacillaceae

• Rodzaj V: Sporolactobacillus

• rodzina VIII: Staphylococcaceae

• Rodzaj: Staphylococcus

• Rząd II, rodzina I: Lactobacillaceae

• Rodzaj I: Lactobacillus

• Rodzaj III: Pediococcus

• rodzina IV: Enterococcaceae

• Rodzaj I: Enterococcus

• rodzina V: Leuconostocaceae

• Rodzaj I: Leuconostoc

• Rodzaj II: Oenococcus

• rodzina V: Streptococcaceae

• Rodzaj I: Streptococcus

• Rodzaj II: Lactococcus

• Typ B XIV

• Klasa I. Actinobacteria

• Rząd I, rodzina I: Actinomycetaceae

• Rodzaj I: Actinomyces

• rodzina I: Micrococcaceae

• Rodzaj I: Micrococcus

• Rodzaj II: Arthrobacter

• rodzina V: Brevibacteriaceae

• Rodzaj: Breviabacterium

• rodzina VI: Cellulomonadaceae

• Rodzaj: Cellulomonas

• rodzina I: Corynebacteriaceae

• Rodzaj I: Corynebacterium

• rodzina V: Nocardiaceae

• Rodzaj: Nocardia

• Klasa I. Actinomycetales

• Rząd I, rodzina I: Propionibacteriaceae

• Rodzaj I: Propionibacterium

• rodzina I: Streptomycetaceae

• Rodzaj I: Streptomyces

• rodzina I: Streptosporangiaceae

• Rodzaj IV: Microbiospora

• Rząd II, rodzina I: Bifidobacteriaceae

• Rodzaj I: Bifidobacterium

• Typ B XVII

• Klasa I. Spirochaetes

• Rząd I, rodzina I: Spirochataceae

• Rodzaj I: Spirochaeta

• Rodzaj II: Borrelia

• rodzina III: Leptospiraceae

• Rodzaj I: Leptospira

• Typ B XX

• Klasa I. Bacteroidetes

• Rząd I, rodzina I: Bacteriodaceae

• Rodzaj I: Bacteroides

• Klasa II. Flavobacteria

• Rząd I, rodzina I: Flavobacteriaceae

• Rodzaj: Cellulophaga

Podział bakterii

• G(-)

• Bakterie tlenowe Rhizobium

• Ziarniaki, np.. Neisseria gonorrhaceae

• Pałeczka Haemophillus influenze

• Rodzina Enterobacteriaceae

• Krętki, sinice, riketsje, chlamydia, bakterie śłuzowe

• G(+)

• Bakterie mlekowe, propionowe, enterokoki, ziarniaki, paciorkowce, gronkowce, klostridia, promieniowce

Promieniowce

• Nitkowate organizmy tworzące mycelium - podobieństwo do grzybów

• Budowa ściany komórkowej, nukleoid, brak obłonionych organelli komórkowych, dodatni wynik barwienia Grama - podobieństwo do bakterii.

• Morfologia

• Formy proste - nie tworzą grzybni

• Formy złożone - tworzą grzybnię i spory

• Większość promieniowców ginie w temp. 65 - 70°C w ciągu kilku minut, niektóre spory są ciepłooporne

• Występuje kwas DPA

• Thermoactinomyces vulgaris - 100°C, 45min.

• Kolonie promieniowców są płaskie, szorstkie, matowe, silnie wrastają w podłoże

• Często są zabarwione - pigmentacja jest ważną cechą identyfikacyjną

• Rosną wolno (5-10 dni)

• Powszechnie występują w przyrodzie, szczególnie w glebie

• Produkcja antybiotyków

• Streptomycyna (Streptomyces griceus)

• Chloromycetyna (Str. Venezuelae)

• Auromycyna, tetracyklina (Str. aureofaciens, Str. viridifaciens)

• Erytromycyna ( Str. erthtreus)

• Oksytetracyklina (Str. romosus)

• Neomycyna (Str. fradiae)

v

(Wykład 9 mikrobiologia 11.05.2011)

Wirusy

• Zakaźne nukleoproteiny o bezwzględnie pasożytniczym trybie życia

• Niezdolne do życia poza komórką gospodarza

• Zdolne do przechodzenia przez filtry bakteriologiczne

• Podział

• Wirusy eukariotyczne (roślinne lub zwierzęce)

• Bakteriofagi

1 fag = 1 szczep bakteryjny

• Dwoistość natury wirusów

• Forma zewnątrzkomórkowa (wirion) - brak metabolizmu

• Forma wewnątrzkomórkowa (replikacja wirusa) - powielanie genomu

• Bakteriofag T 4 (rys)

• Dwuniciowy DNA otoczony kapsydem

• Wirus grypy (rys)

• 7 lub 8 niezależnych segmentów jednoniciowego RNA

Wirusy, podział:

• Ze względu na gospodarza:

• Wirusy roślinne

• Wirusy zwierzęce

• Wirusy bakteryjne (bakteriofagi)

• Ze względu na typ kwasu nukleinowego:

• RNA wirusy (w tym retrowirusy)

• DNA wirusy

• Jednoniciowe lub dwuniciowe

• Koliste lub liniowe

[Wirusy roślinne

• Wirus mozaiki tytoniowej (TMV - tobacco mosaic virus), zarazy ziemniaczanej

• Wnikają do rośliny przez mikrozadrapania, otarcia lub przenoszone są przez owady (namnażają się w przewodzie pokarmowym owada)

• Nośnikiem informacji genetycznej jest jednoniciowy RNA (ssRNA - single strand RNA)

Wirusy zwierzęce

• Wywołują liczne choroby: ospa prawdziwa, ospa wietrzna, odra, wścieklizna, paraliż dziecięcy, świnka, grypa

• Przenoszone przez kontakt bezpośredni lub owady

• Materiałem genetycznym jest dwuniciowy DNA lub jedno- lub dwuniciowy RNA

Bakteriofagi

• Prawie każdy gatunek bakterii ma swojego faga

• Obecność fagów objawia się powstawaniem „łysinek” na tle jednolitego wzrostu na podłożu stałym (płytce)

• W hodowli płynnej namnożenie bakteriofagów może doprowadzić w krótkim czasie do sklarowania hodowli (całkowitej lizy komórek)

• Materiałem genetycznym jest jedno- lub dwuniciowy RNA lub DNA]

Podział fagów

• Zjadliwe (lityczne) - niszczą komórkę bakteryjną podczas cyklu

• Łagodne (lizogenne) - nie niszczą komórki gospodarza podczas cyklu

• Czasami fagi łagodne mogą rewertować (uzjadliwiać się) do cyklu litycznego i wtedy niszczą komórki bakterii

Cykl lityczny

• Adsorpcja faga

• Wnikanie

• Translokacja

• Endocytoza

• Fuzja osłonki z błoną cytoplazmatyczną

• Okres utajenia

• Faza eklipsy

• Transkrypcja i replikacja wirusa

• Składanie i dojrzewanie wirusów

• Liza komórki i uwolnienie gotowych bakteriofagów

Faza 1 - Adsorpcja faga

• Do receptora na powierzchni komórki za pomocą płytki i włókienek

• Zależy od ilości fagów, ruchliwości bakterii, pH, temperatury, obecności jonów K i Ca (ułatwiają adsorpcję)

• Infekcja

• jednego rodzaju komórek

• wirus polio - rdzeń kręgowy

• różnego rodzaju komórek

• wirus odry - układ nerwowy, oddechowy, moczowy

Faza 2 - wnikanie

• 3 mechanizmy:

• Translokacja

• Endocytoza

• Fuzja osłonki wirusowej z błoną cytoplazmatyczną

[wnikanie cd.

• Translokacja - wstrzyknięcie materiału genetycznego wirusa do komórki gospodarza, pusty kapsyd pozostaje na zewnątrz (tzw. cień)

• Endocytoza - (wirusy zwierzęce) - wirus zostaje otoczony błoną białkowo - lipidową i przeniesiony do cytoplazmy komórki

• Po adsorbcji faga jego ogonek ulega skurczeniu, wypycha otwór w ścianie komórkowej, kwas nukleinowy zostaje wstrzyknięty do cytoplazmy

• Wprowadzony DNA faga może być degradowany przez endonukleazy bakteryjne, stanowiące system obronny bakterii (tzw. enzymy restrykcyjne)]

Faza 3 - Okres utajenia (latencji)

• Jest to czas między zakażeniem a pojawieniem się dojrzałych, zdolnych do infekcji potomnych cząstek wirusowych

• Faza eklipsy: 15-20 min. od wniknięcia - początkowa faza, w której nie da się stwierdzić infekcji, bez wyraźnych zmian morfologicznych w komórkach gospodarza

Faza 4 - Transkrypcja i replikacja

• Transkrypcja genów fagowych i replikacja (powielanie) materiału genetycznego faga zachodzą równolegle

• Kwas nukleinowy ulega replikacji, następuje synteza białek wirusowych:

• białka wczesne - kierują syntezą nowych genomów fagowych

• białka późne - potrzebne do lizy komórki gospodarza i uwolnienia cząstek fagowych

• Synteza DNA RNA i białek gospodarza ulega zahamowaniu

Faza 5 - Składanie i dojrzewanie wirusów

• Białkowe podjednostki strukturalne zostają złożone w kapsyd

• Do kapsydów zostają „upakowane” cząsteczki kwasu nukleinowego - powstają dojrzałe wiriony

Faza 6 - Lizas komórki i uwolnienie

• Całkowity cykl lityczny trwa 15 - 50 min. (średnio 30 min.)

• Cząsteczki wirusowe przedostają się z komórki do środowiska:

• w wyniku lizy komórki

• zniszczenie ściany i błony komórkowej (wirusy roślinne i bakteriofagi)

• lub tylko błony komórkowej (wirusy zwierzęce)

• przechodzą przez błonę cytoplazmatyczną komórki (proces pączkowania) i zazwyczaj nie powodują śmierci komórek gospodarza

• blokują proces syntezy ściany komórkowej, co powoduje osłabienie wzrostu gospodarza, ale pozwala mu na przeżycie

Infekcja lizogenna

• Wirusy łagodne nie zawsze prowadzą do śmierci gospodarza (w przeciwieństwie do zjadliwych)

• Mogą włączać swoje DNA do DNA gospodarza, wirus może przebywać w komórce gospodarza w formie utajonej często przez wiele generacji

• Niektóre czynniki mogą spowodować przejście faga w stan lityczny, wówczas fagi mogą zawierać trochę bakteryjnego DNA i po zainfekowaniu nowej komórki bakteryjnej spowodować rekombinację wewnątrz niej

• źródło zmienności genetycznej

• wirusy używane jako wektory do przenoszenia materiału genetycznego

Oddziaływanie wirusów

• Zmieniają przepuszczalność błony komórkowej

• Hamują syntezę kwasów nukleinowych i białek

• Niszczą komórki gospodarza z powodu bardzo dużej ilości

• Wirus polio w 1 komórce gospodarza może wytworzyć 100.000 cząstek potomnych

Hipotezy na temat wirusów i ich pochodzenia

• Tak jak riketsje są formą przejściową pomiędzy bakteriami a wirusami, tak wirusy są w pewnym sensie pomostem pomiędzy światem ożywionym i nieożywionym

• Z powodu swej prostej budowy są najbardziej prymitywną, niekomórkową formą życia

• Powstały w toku ewolucji z komórkowych przodków, stając się wyspecjalizowanymi pasożytami bezwzględnymi

• W trakcie ewolucji utraciły wszystkie składniki komórkowe z wyjątkiem materiału genetycznego oraz kilku elementów potrzebnych do infekcji i replikacji

• Są fragmentami kwasu nukleinowego, które „uciekły” z organizmów komórkowych i być może infekują tylko te organizmy, od których pochodzą (większe prawdopodobieństwo między wirusem i komórką gospodarza, niż między dwoma różnymi wirusami)

Priony

• Białko zbudowane z ok. 250 aminokwasów, kodowane przez 20 chromosom człowieka

• Występuje w zdrowych komórkach P^rP^c (prionowa proteina komórkowa) i jest powiązane z błonami komórkowymi, prawdopodobnie uczestniczy w transporcie jonów Ca²⁺

• Mutacja genów powoduje powstanie białka o zmienionej konformacji (P^rP^c występującego w mózgu kręgowców na białko propionowe patogenne P^rP^sc) i priony stają się zakaźnymi cząstkami białkowymi

PrPsc - białko prionowe patogenne

• Kumuluje się w komórce prowadząc do jej degeneracji i śmierci

• Odporne na wysoką temperaturę (inaktywacja 300°C), promieniowanie nadfioletowe i Roentgena, enzymy proteolityczne

• Wrażliwe na stężone roztwory (10 - 15%) NaOH i NaClO

• Spożyte z pokarmem przedostają się do śledziony, migdałków i grudek chłonnych, gdzie ulegają replikacji, a następnie przenoszone są przez komórki limfoidalne do tkanki glejowej i nerwowej.

Choroby prionowe

• Creuzfeldta - Jacoba

• Kuru

• Scrapie

• BSE

• FFI

Rozwój mikrobiologii przemysłowej

• II połowa XIX w. - Pasteur - odkrycie roli i znaczenia drobnoustrojów w procesach fermentacyjnych ( drożdże, bakterie mlekowe, masłowe)

• Wykorzystanie działalności drobnoustrojów w gospodarce człowieka

• Zasługi Polaków:

• Cieńkowski, Matuszewski, Chrząszcz, Syniewski, Dąbrowski, Pijanowski

Zagadnienia w mikrobiologii żywności

• Przygotowanie i selekcja nowych szczepów drobnoustrojów stosowanych do wytworzenia gotowego produktu spożywczego:

• Przemysł fermentacyjny: wyrób piwa, wina octu, spirytusu, kwasów organicznych

• Przemysł mleczarski: sery, kefir, jogurt, śmietana, preparaty probiotyczne

• Przemysł mięsny: kultury starterowe w produkcji kiełbas, peklowanie mięsa

• Badanie tych drobnoustrojów, które mają niekorzystny wpływ na surowce i produkty spożywcze

• Zadaniem mikrobiologów żywności jest zmniejszenie lub zahamowanie ich wzrostu i aktywności

• W tym celu wykorzystuje się czynniki wewnątrz - i zewnątrzśrodowiskowe

Liczba drobnoustrojów w żywności

• Jest zmienna, bo żywność pod względem mikrobiologicznym jest środowiskiem dynamicznym

• dynamizm ujemny liczby drobnoustrojów - np. w mrożonkach - w czasie składowania liczba komórek zmniejsza się

• dynamizm dodatki liczby drobnoustrojów - np. owoce, świeże mięso - podczas składowania liczba komórek rośnie

Początki mikrobiologii żywności

• Lata 50 XX wieku

• rozwój przemysłu spożywczego

• wielkoprzemysłowe przetwarzanie żywności

• Duże strat powstające w czasie produkcji i obrotu

• Wzrost liczby zatruć pokarmowych

• 1946 - prof. Pijanowski organizuje Zakład Technologii Żywności SGGW - rozwój nauki o żywności

Mikrobiologiczne aspekty higieny w produkcji żywności

• Zakażenie - wniknięcie i rozwój mikroorganizmów w organizmie człowieka

• Źródło zakażenia - ośrodek, z którego pochodzi mikroorganizm, czyli osoba, zwierzę lub woda oraz żywność

• Droga zakażenia - sposób przeniesienia drobnoustroju ze źródła, np. droga pokarmowa

• Wrota zakażenia - miejsce wniknięcia mikroorganizmu, najczęściej układ pokarmowy, oddechowy, skóra, krew

• Nosicielstwo - (np. gronkowców, salmonelli) - drobnoustroje znajdujące się we wrotach ulegają rozmnożeniu bez widocznych objawów chorobowych i utrzymują się w ten sposób w organizmie przez dłuższy czas

• Choroba zakaźna - stan, w którym wtargnięcie do organizmu drobnoustrojów chorobotwórczych doprowadziło do ich rozwoju z wywołaniem objawów miejscowych i ogólnych

• Ogólne zasady zapobiegania zakażeniom i zatruciom pokarmowym

• Przeszkolenie personelu

• Kontrola procesu technologicznego

• Zdrowie personelu

• Utrzymanie czystości urządzeń i pomieszczeń

• Kontrola sanitarno-epidemiologiczna i badanie mikrobiologiczne żywności

• Akcje sanitarno-oświatowe i znakowanie produktów

„Od pola do stołu” - idea zachowania bezpieczeństwa żywności

Zatrucia pokarmowe

• Zatrucie pokarmowe jest to schorzenie wywołane spożyciem produktu żywnościowego, jednak jego przyczyna, droga przenoszenia i przebieg może być różny

• Najczęściej zatrucia pokarmowe wywołują bakterie (75%), chociaż mogą one być spowodowane także przez inne drobnoustroje, jak wirusy i grzyby, a także pierwotniaki i pasożyty.

Ryzyko zatrucia pokarmowego

• Początkowy stopień zakażenia produktu:

• im bardziej zakażony surowiec, tym trudniej ograniczyć zagrożenie

• Sposób przerabiania surowca, przechowywania żywności i forma podania do spożycia:

• łatwość dostania się i namnożenia drobnoustrojów

• Relacja: wielkość dawki mikroorganizmów do reakcji chorobowej organizmu

• wiek, stan odporności, ogólna kondycja

• grupy dużego ryzyka: dzieci, ludzie starzy, kobiety ciężarne, chorzy z obniżoną barierą odporności

Zatrucia pokarmowe

• Przez wiele lat jako przyczynę zatruć pokarmowych wymieniano przede wszystkim: Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus, pałeczki Salmonella i Shigella

• Obecnie znanych jest ok. 20 drobnoustrojów wywołujących zatrucia, chociaż udział wielu z nich nie został do końca wyjaśniony

• Egzotoksyny - uwalnianie do podłoża substancje o charakterze białkowym, silne jady, zwykle ciepłolabilne (wyjątek toksyna gronkowca!!!)

• Endotoksyny - gromadzone wewnątrz komórki substancje kompleksowe, słabsze jady, w większości ciepłostabilne (80 - 120°C)

• Większość drobnoustrojów wywołujących zatrucia pokarmowe rozwijając się w produktach żywnościowych nie zmienia ich wyglądu, smaku czy zapachu, co mogłoby ostrzec konsumenta przed ich spożyciem

• Zatrucie pokarmowe może wystąpić w wyniku:

• Intoksykacji

• Infekcji

• Toksyko - infekcji

Zatrucia pokarmowe - nowe patogeny

• Listeria

• Campylobacter

• E. coli

• Plesiomonas

• Yersinia

• Vibrio

Typy zakażeń patogenami

• Intoksykacja - konsumpcja żywności zawierającej toksyny bakteryjne i pleśniowe:

• Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, Aspergillus flavus

• Infekcja - konsumpcja żywności zawierającej odpowiednią liczbę żywych komórek bakterii patogennych:

• Listeria monocytogenes, Salmonella sp., Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Yersinia enterolitica, Vibrio parahaemolyticus, Aeromonas hydrophila, wirusy

• Toksyko - infekcja - konsumpcja żywności zawierającej żywe komórki bakterii patogennych, które ulegają namnożeniu w przewodzie pokarmowym i uwalniają enterotoksyny:

• Clostridium perfringens, Bacillus cereus, Vibrio cholerae, Escherichia coli (enterotoksyczna)

Zapobieganie zatruciom

• Zapobieganie zanieczyszczeniom surowców ze źródeł pierwotnych

• Kontrola i nadzór sanitarny

• Zapobieganie namnażaniu się drobnoustrojów w żywności

• Prawidłowa obróbka termiczna, przechowywanie i dystrybucja

Patogeny przenoszone przez żywność i wodę

• Aeromonas hydrophila

• Bacillus anthracis i B. cereus

• Campylobacter jejuni

• Clostridium botulinum i C. perfringens

• Enterobacter sakazakii

• Enterococcus faecalis

• Escherichia coli

• Legionella pneumophila

• Listeria monocytogenes

• Plesiomonas shigelloides

• Pseudomonas aeruginosa

• Salmonella Enteritdis, Typhi, Paratyphi

• Shigella

• Staphylococcus aureus

• Vibrio cholerae i parahaemolyticus

• Yersinia enterocolitica

• Wirusy

Bakteryjne zatrucia pokarmowe typu intoksykacji

• Clostridium botulinum

• Gram (+) laseczka beztlenowa

• Wytwarza przetrwalniki

• Temp. wzrostu 3,3 - 48°C

• pH 4,6 - 9,0

• Wytwarza toksynę botulinową

• Ryby i przetwory rybne

• Przetwory mięsne domowej produkcji

• Konserwy o pH > 4,5

• Czas inkubacji 18 - 96 h

• MID: 5ng

• Staphylococcus aureus

• Gram (+) ziarniaki względnie beztlenowe

• Temp. wzrostu 5 - 48°C

• pH 4 - 10

• Wytwarza ciepłooporną toksynę

• Mleko i produkty, Sałatki

• Czas inkubacji 2 - 6h

• MID: ok. 51 μg

• Listeria monocytogenes

• G (+) pałeczka tlenowa

• Temp. wzrostu 0-45°C

• pH 5,5 - 9,6

• Czas inkubacji 3-90 dni

• „wszędobylska”

• Żywność typu ready - to - eat przechowywana chłodniczo

• MID: > 10³ jtk/g

• Salmonella sp.

• Gram (-) tlenowiec

• Temp wzrostu 5,2-48°C

• pH 4,5 - 9,0

• Czas inkubacji 3-90 dni

• Zakażenia wtórne przez środowisko naturalne

• Salmonellozy - choroby brudnych rąk

• MID: 10⁵ jtk/g

• Yersinia enterocolitica

• G(-) względny beztlenowiec

• temp. wzrostu -2 - 44°C

• pH 4-10

• czas inkubacji 1-3 dni

• środowisko naturalne, woda, mleko, mięso, warzywa

• MID: duża liczba komórek

• Aeromonas hydrophila

• G(-) pałeczka, względnie beztlenowa

• Temp wzrostu 5-42°C

• pH 4-10

• Czas inkubacji - nieznany

• Odchody zwierzęce, woda, gleba, ryby, drób

• MID: 10¹⁰ woda

• MID: 10⁶ - 10⁷ żywność

• Plesiomonas shigelloides

• G(-) pałeczka względnie beztlenowa

• Gatunek wyodrębniony z Aeromonas

• Wrażliwa na temperaturę

• Woda, ryby, ostrygi, kraby

• Enterococcus faecalis

• G(+) paciorkowce kałowe, względnie tlenowe

• temp wzrostu: 7-45°C

• pH do 9,6

• Obecność NaCl do 6,5%

• Oporne na zamrażanie

• Woda, przetwory mięsne i mleczarskie

• MID: 10⁶ - 10⁷ jtk/g

• Enterobacter cloacae, Enterobacter sakazakii

• G(-) tlenowe pałeczki

• Bakteria wskaźnikowa z grupy coli

• Woda skażona fekaliami, gleba, mleko, warzywa

• MID: ok. 10³ jtk/g

• Campylobacter jejuni

• G(-) pałeczka, mikroaerofil

• temp. wzrostu 25-47°C

• pH 4,9-9,5

• czas inkubacji 48h - 7 dni

• woda, drób, mleko, żywność pochodzenia zwierzęcego

• MID: -500 jtk/g

• Shigella sp

• G(-) pałeczka tlenowa, względnie beztlenowa

• temp. wzrostu 10 - 45°C

• pH 4-9

• „choroba brudnych rąk”

• czas inkubacji 1-7dni

• zakażenia wtórne przez fekalia, sałatę, mleko

• MID - 10⁴ jtk/g

• Vibrio cholerae

• G(-) zakrzywione pałeczki

• pH (8,5 - 9,5)

• woda, ryby, owoce morza

• Okres rozwoju choroby 2-5 dni

• MID 10⁸ jtk/cm³

• Vibrio parahaemolyticus

• G(-) pałeczka względnie beztlenowa

• temp. wzrostu 5 - 43°C

• pH 5-11

• czas inkubacji 4 - 96h

• Przybrzeżne wody morskie, żywność pochodzenia morskiego

• MID: > 10⁴ jtk/g

• Legionella pneumophila

• 1976 (choroba legionistów)

• Mezofile (37- 42°C)

• Zarażenie przez kontakt z aerozolem

• MID: 10 jtk/cm³

• Pseudomonas aeruginosa

• G(-) pałeczki tlenowe

• temp. wzrostu 4 - 43°C, optimum 37°C

• Woda, surowe produkty mleczne i mięsne

• MID: 10⁸-10⁹ jtk/g

Pseudomonas aeruginosa

• Ma zdolność produkcji barwników, jest to cecha gatunkowa:

• Piocyjanina: niebiesko - zielony barwnik, widoczny w wydzielinach

• Fluoreosceina: powoduje zieloną fluorescencję pod wpływem promieniowania UV, wydzielany do podłoża przy braku żelaza

• Piorubina : czerwony barwnik

• Melanina: barwnik brązowy

Bakteryjne zatrucia pokarmowe typu toksyko - infekcji

• Escherichia coli O157:H7

• G(-) pałeczka względnie beztlenowa

• temp. wzrostu 8 - 44°C

• pH 4,4 - 9,5

• fekalia, surowce roślinne, mięso, mleko

• czas inkubacji 4 dni

• MID: 10²

• Clostridium perfringens

• G(+) laseczka beztlenowa, przetrwalnikująca

• temp. wzrostu 10-50°C

• pH 5-9

• gleba, drób, mięso, warzywa, sosy

• czas inkubacji 8 - 24h

• MID: 7x10⁵

• Bacillus cereus

• G(+) tlenowa laseczka przetrwalnikująca

• temp wzrostu 4 - 50°C

• pH 4,4 - 9,3

• gleba, surowce roślinne i zwierzęce

• czas inkubacji 0,5 - 1,5 h

• MID: 10³ komórek

• Bacillus anthracis (laseczka wąglika)

• G(+) laseczka tlenowa

• Patogen najwyższego ryzyka

• 3 formy zakażenia

• skórna

• płucna

• jelitowa

• MID: 1-3 spor

• Gleba, mięso, skóra i wełna zwierząt

Zapobieganie salmonellozom

• mycie rąk

• utrzymywanie w czystości naczyń, sprzętów kuchennych

• przechowywanie żywności w niskiej temp - w lodówce,

• zapobieganie rozmrażaniu i ponownemu zamrażaniu żywności

• wydzielenie miejsca w lodówce na surowy drób, mięso i jajka

• całkowite rozmrażanie drobiu, mięsa, ryb i ich przetworów przed przystąpieniem do smażenia, pieczenia, gotowania

• poddawanie żywności działaniu wysokiej temp

• mycie jaj przed rozbiciem skorupki

• parzenie we wrzątku jaj używanych do wyrobu potraw i deserów, nie poddawanych działaniu wysokiej temperatury

• unikanie lodów i ciastek pochodzących od nieznanych wytwórców i przygodnych sprzedawców

(wykład 10 mikrobiologia 18.05.2011)

Wirusowe zatrucia pokarmowe

• Wirusy mogące stanowić potencjalne zagrożenia jako skażenie żywności i wody:

• picornawirusy (wirus zapalenia wątroby, wirus polio, enterowirus, wirus ECHO)

• rotawirusy

• parvowirusy

• adenowirusy

• wirus EB (Epstein-Barr)

Epidemie wirusowe

• Wirus żółtaczki (Hepatitis A)

• woda, skorupiaki, warzywa skażone wodą zanieczyszczoną ściekami

• Czas inkubacji choroby: 15-45 dni

• Inaktywacja w temp. 90°C przez 90s.

• Wirus SRSV (Small Round Structured Viruses) np. wirus Norwalk

• odpowiedzialny za 1/3 wirusowych zatruć pokarmowych

• czas inkubacji choroby 18-48h

• źródło zatruć - owoce morza, głównie ostrygi

• eliminacja - obróbka cieplna

• Rotawirusy

• szczególnie dzieci do 1 roku życia

• czas inkubacji 1-3 dni

Zakażenia wirusowe

• Woda i skorupiaki - główne źródło wirusów powodujących zatrucia pokarmowe

• Zapobieganie rozprzestrzenianiu się wirusów:

• hodowla ostryg w czystej wodzie

• dogotowywanie potraw

• przechowywanie w niskiej temperaturze

• przestrzeganie zasad higieny

Pleśnie i ich metabolity

• Mikotoksyny pleśniowe

• Produkowane przez grzyby strzępkowe

• Rzadko powodują zatrucia pokarmowe

• Kumulują się w narządach wewnętrznych

Mikotoksyny

Schorzenia spowodowane mikotoksynami:

• marskość wątroby - sterigmatocystyna

• uszkodzenie narządów płciowych - zearalenon

• uszkodzenie nerek - ochratoksyna

• krwotoczność (płuc, mózgu, wątroby ) - patulina

• działanie rakotwórcze - aflatoksyna

Aflatoksyna

• Produkowana przez Aspergillus flavus - odkryta w 1960 r.

• Pozostałości aflatoksyny M1 (mikotoksyna o najsilniejszych właściwościach mutagennych, toksycznych i rakotwórczych dla człowieka) wykrywano nawet w mleku w proszku i odżywkach dla dzieci

• Również w świeżej wołowinie, szynce, piwie, kakao, rodzynkach, serze, soku jabłkowym

• Efekt karmienia krów paszami zakażonymi pleśniami toksynotwórczymi

Trichoteceny

• Trichoteceny A (>140) produkowane przez Fusarium sp., Trichoderma

Zearalenon

• Wytwarzany przez Fusarium graminearum

• Kukurydza i jej przetwory, chipsy, prażona kukurydza

• Wykazuje działanie estrogenne i toksyczne dla komórek wątroby

• Wpływa na zwiększenie produkcji estrogenu

Patulina

• Produkowana przez Penicillium patulum, P. expansum, Aspergillus clavatus

• może wtórnie wystąpić w soku jabłkowym, winie, zapleśniałym chlebie

Ochratoksyna

• Produkowana przez Aspergillus alutaceus (ochraceus), Penicillium verrucosum

• Obecność w około 30% badanych zbóż i 10-21% badanej mąki i pieczywa

• Najważniejsza w warunkach klimatycznych Polski

Znaczenie wody

• Podstawowe środowisko decydujące o istnieniu życia na Ziemi

• stanowi 75% powierzchni Ziemi, z czego tylko 6% to wody słodkie

• Główny składnik organizmu człowieka, komórek roślinnych i zwierzęcych

• Naturalne środowisko bytowania i rozmnażania się różnych grup mikroorganizmów

Mikroflora wody

• Podział ze względu na pochodzenie:

• mikroflora autochtoniczna

• mikroflora allochtoniczna

• Biorą udział w procesie samooczyszczania wód (rozkład i mineralizacja związków organicznych)

Podział drobnoustrojów występujących w wodzie

• autochtoniczne - tubylcze: woda jest naturalnym środowiskiem rozwoju i bytowania

• allochtoniczne - naniesione do wody z:

• gleby

• powietrza

• roślin

• zwierząt

• ze ściekami przemysłowymi i miejskimi

• odchodami ludzi i zwierząt

Drobnoustroje autochtoniczne

• Psychrofilne autotrofy i heterotrofy o małych wymaganiach pokarmowych, zdolne do wzrostu nawet przy śladowych ilościach substancji odżywczych

• Najbardziej typowe:

• Vibrio

• Pseudomonas

• Aeromonas

• Micrococcus, Sarcina

• Nitrosomonas, Nitrobacter

• Beggiatoa, Thiotrix

• Leptothrix, Galionella

• Mucor

Drobnoustroje allochtoniczne - pochodzenia ściekowego

• Właściwe bakterie ściekowe, żyjące na rozkładających się szczątkach pochodzenia roślinnego i zwierzęcego

• Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens, Clostridium sporogenes

• Mikroflora jelitowa człowieka i zwierząt

• E. coli i inne bakterie z grupy coli, paciorkowce kałowe, Clostridium perfringens

• Drobnoustroje chorobotwórcze

• Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae, Campylobacter, Yersinia enterocolitica, wirusy jelitowe

Drobnoustroje chorobotwórcze w wodzie

• Nie namnażają się w wodzie

• Ich ilość ulega stopniowej redukcji

• Największa redukcja liczebności (ok. 90%) występuje po 2-3 dobach od chwili zanieczyszczenia wody

• Przyczyny epidemii:

• Picie wody zanieczyszczonej drobnoustrojami chorobotwórczymi

• Kąpiel w wodzie nie spełniającej wymagań higieniczno - sanitarnych

• Wdychanie zanieczyszczonego wodnego aerozolu

Ilość i rodzaj drobnoustrojów w środowisku wodnym zależy od:

• czystości wody

• temperatury wody

• zawartości tlenu i związków organicznych

• obecności skupisk ludzkich (miast, zakładów przemysłowych)

• pory roku

• głębokości

• Wody źródlane - do 10³ jtk /cm³

• Potoki górskie - do 10⁵ jtk / cm³

• Dopływy ścieków - do 10⁸ jtk/ cm³

• Najliczniejszy rozwój w zbiornikach powierzchniowych

• W strefie przybrzeżnej więcej niż w środku zbiornika

• Znaczny rozwój w wodach bogatych w substancje organiczne

• Znaczna różnica pomiędzy mikroflorą wód stojących i płynących

• Mniejsza liczba drobnoustrojów w zbiornikach podziemnych niż otwartych

• 2 lub 3 maksima rozwoju (wiosenne i letnie, czasem jesienne)

Sezonowy rozwój drobnoustrojów

• Wiosną temperatura wody podnosi się, po zimie jest dużo składników odżywczych, dlatego obserwuje się intensywny rozwój bakterii

• W miarę wyczerpywania się składników pokarmowych ilość bakterii heterotroficznych ulega zmniejszeniu, zaczynają dominować glony i sinice (kwitnięcie wody)

• Ich obumierania dostarcza znowu składników odżywczych dla bakterii

• Sezonowość rozwoju drobnoustrojów nie dotyczy zbiorników do których wpływają ścieki

Metody wskaźnikowe oceny sanitarnej wody

• Metody pośrednie, wskazujące na obecność łatwiej wykrywalnych drobnoustrojów, dostających się z wydalinami ludzkimi zwierzęcymi.

• Drobnoustroje te występują w wodzie w dużej ilości, bo pochodzą od całej populacji ludzi i zwierząt, a nie tylko od nosicieli

• Obecność drobnoustrojów wskaźnikowych w wodzie świadczy o jej fekalnym zanieczyszczeniu, a tym samym o możliwości występowania w niej jelitowych drobnoustrojów chorobotwórczych

Kryteria doboru bakterii wskaźnikowych

• Stale występują w kale ludzi i zwierząt w liczbie znacznie przewyższającej liczbę drobnoustrojów chorobotwórczych

• ich liczba powinna być proporcjonalna do stopnia zanieczyszczenia wody

• nie występują w wodzie nie zanieczyszczonej

• nie mogą namnażać się w wodzie

• w wodzie powinny przeżywać dłużej niż drobnoustroje chorobotwórcze

• metody ich wykrywania muszą być proste i tanie

Wskaźniki kału ludzkiego w wodzie

• Escherichia coli - pałeczki okrężnicy

• Enterococcus faecalis - paciorkowce kałowe

• Clostridium perfringens - beztlenowce przetrwalnikujące

• Pseudomonas aeruginosa - pałeczka ropy błękitnej - nowa bakteria wskaźnikowa dla wody w opakowaniach jednostkowych

Escherichia coli

Znaczenie w organizmie człowieka:

• życie w symbiozie (juz w kilka godzin po urodzeniu)

• syntetyzuje związki egzogenne - witaminy: K, B₁, B₂, B₆, B₁₂, kwas foliowy, biotynę

• uczestniczy w procesie trawienia substancji pokarmowych

• konkuruje z bakteriami patogennymi

Bakterie grupy coli

• G(-) pałeczki, nieprzetrwalnikujące

• zdolne do wzrostu w warunkach tlenowych i beztlenowych w obecności soli żółci lub innych związków powierzchniowo-czynnych o podobnych właściwościach

• 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:

• są naturalną mikroflorą przewodu pokarmowego ludzi i zwierząt

• stają się chorobotwórcze, gdy lokalizują się w innych częściach ciała (poza układem pokarmowym)

• w wodzie giną szybciej niż E.coli, a później niż Salmonella

• 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:

• wodę produkcyjną (technologiczną)

• wodę do mycia

• 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

• Escherichia coli, Enterokoki - nb. w 100 cm³

• Woda w opakowaniach jednostkowych

• Escherichia coli, Enterokoki, Pseudomonas aeruginosa - nb. w 250cm³

• Woda w cysternach i zbiornikach

• Escherichia coli, Enterokoki, Pseudomonas aeruginosa - nb. w 250cm³

• Woda ciepła

• Legionella < 100

• Wymagania dodatkowe

• Termotolerancyjne bakterie grupy coli, Clostridium perfringens - nb. w 100cm³

Mikroflora gleby

• Ze względu na skład chemiczny i właściwości fizyczne gleba stanowi dogodne środowisko do rozwoju różnorodnej mikroflory, której ilość zależy od:

• Struktury gleby

• Wilgotności

• Składu fazy gazowej

• Zawartości składników odżywczych

• Kwasowości

• Temperatury

• Strefy geograficznej

Podział drobnoustrojów glebowych

2 grupy:

• Mikroorganizmy autochtoniczne - występują zawsze, nawet w glebach nieuprawianych

• Mikroorganizmy zymogenne - bytują w glebie okresowo, rozwijają się po wprowadzeniu do gleby substancji organicznych

Mikroorganizmy autochtoniczne

• Bakterie G(+), nieprzetrwalnikujące, pałeczki, promieniowce i maczugowce Arthrobacter, Corynebacterium

• Bacillus, Enterobacter, Escherichia, Flavobacterium, Micrococcus, Leuconostoc, Legionella

• Bakterie wiążące azot, np. Azotobacter, Nitrobacter, Nitrosomonas, Rhizobium

• Bakterie siarkowe, np. Thiobacillus, Desulfovibrio

• Bakterie odpowiedzialne za transformację fosforu: Serratia, Pseudomonas

• Beztlenowce Clostridium

Mikroorganizmy zymogenne

• Źródła mikroorganizmów zymogennych

• Odchody zwierząt i ludzi

• Ścieki bytowo-gospodarcze z gospodarstw rolnych

• Nawozy naturalne w postaci obornika, gnojówki, kompostów roślinnych

• Opady atmosferyczne

• Gryzonie i owady

Rodzaje organizmów zymogennych

• Bacillus, Pseudomonas, Escherichia, Proteus, Corynebacterium

• gatunki termofilne

• mikroorganizmy chorobotwórcze: Bacillus anthracis, Clostridium tetani, Clostridium botulinum, Salmonella, Shigella, Escherichia coli

• Grzyby strzępkowe

• wirusy

Rola drobnoustrojów glebowych

• Rozkład i mineralizacja związków organicznych

• Tworzenie biomasy komórkowej

• Gromadzenie substratów do uzupełnienia substancji próchniczych

• Poprawa struktury gleby

Mikroflora powietrza

• Powietrze nie jest środowiskiem odpowiednim dla rozwoju mikroflory

• jest ośrodkiem, za pośrednictwem którego, drobnoustroje rozprzestrzeniają się

• Drobnoustroje do powietrza przedostają się z:

• gleby

• wody

• otwartych jam ciała organizmów żywych

• ich wydalin

• powierzchni produkcyjnych

Biaerozole

• Bioaerozol - układy dwu lub trójfazowe składające się z fazy rozpraszającej (powietrza) i fazy rozproszonej (stałej lub ciekłej) zawierającej drobnoustroje.

• Średnica cząstek 0,01μm - 100 μm, średnio 1 - 40μm

• Faza rozproszona zwiera:

• cząsteczki wody

• pyłki roślin

• zarodniki grzybów

• komórki bakterii, drożdży, wirusy

• endotoksyny i mikotoksyny

Rozprzestrzenianie się bioaerozoli

• droga inhalacyjna - w momencie kaszlu, kichania, mówienia - głównie mikroflora patogenna

• poprzez system wentylacyjno - klimatyzacyjny pomieszczeń - kanały klimatyzacyjne, nawiewne, szyby, windy - Legionella

• za pomocą prądów konwekcyjnych powietrza - na bardzo duże odległości - powietrze atmosferyczne oraz w pomieszczeniach

Ilość i skład mikroflory powietrza zależy od

• strefy klimatycznej

• pory roku

• okrywy roślinnej, gleby

• opadów i nasłonecznienia

• Więcej w pomieszczeniach zamkniętych niż w przestrzeniach otwartych

• W pomieszczeniach zamkniętych zanieczyszczenie powietrza zależne jest od:

• gęstości ich zasiedlenia przez ludzi i zwierzęta

• nasłonecznienia

• wilgotności

• utrzymania czystości

• wietrzenia

Powietrze pomieszczeń użytkowych

• Mogą występować liczne drobnoustroje chorobotwórcze wydzielane ze śliną przy kichaniu i kaszlu

• Źródłem mikroflory jest także:

• głowa

• ubranie

• buty

Dopuszczalny stopień zanieczyszczenia powietrza [jtk / cm³]

• Powietrze atmosferyczne - 3000 (grzyby 1000)

• Sala operacyjna - 100 (0) 10 - 4000

• Sala opatrunkowa - 150

• Sala chorych - 1000

• Mieszkanie: jadalnia - 1 000, pokój dzienny - 1 500, kuchnia - 2 000 (200-300) 1000 - 5000

• Sale wykładowe - 1 500 (200) 500 - 7000

• Sale ćwiczeń - 2000 (200)

• Sale gimnastyczne - 3 000

• Pomieszczenia produkcyjne 100 - 50 000

• Przemysł spożywczy - 600 (0)

• Przemysł mięsny - 500 (50)

• Przemysł fermentacyjny - 600 (0)

• Budynki inwentarskie - 50 000 - 200 000 (2 000 - 10 000) 50 000 - 200 000

Powietrze aglomeracji miejskich

• Więcej mikroflory jest w powietrzu miast, osiedli, terenów przemysłowych niż pól i lasów

• Kilka tysięcy komórek w 1 dm³

• Są to głównie organizmy saprofityczne:

• zarodniki grzybów - 70% ogółu

• bakterie - 19-26%, w tym:

• gronkowce - 10%

• pozostałe: ziarniaki - ok. 50%

Przeżywanie drobnoustrojów w powietrzu

• Najszybciej giną formy najwrażliwsze, wegetatywne (wrażliwe na wysuszenie i UV)

• najdłużej pozostają żywe formy przetrwalne:

• przetrwalniki bakteryjne

• zarodniki pleśni

• Z bakterii nie przetrwalnikujących najdłużej przeżywają te, które wytwarzają barwniki karoteinowe koloru żółtego i czerwonego.

• Barwniki te chronią bakterie przed szkodliwym działaniem promieniowania UV.

Bakterie saprofityczne występujące w powietrzu

• Ziarniaki

• Micrococcus, Sarcina, Staphylococcus

• Pałeczki

• Alcaligenes

• Laseczki przetrwalnikujące:

• Bacillus

Grzyby saprofityczne występujące w powietrzu

• Pleśnie:

• Cladosporium, Penicillium, Aspergillus, Alternaria, Rhizopus, Mucor

• Drożdże:

• Rhodotorula, Torulopsis, Candida

Bakterie chorobotwórcze

ZAKŁADY PRODUKCYJNE, ZBIOROWEGO ŻYWIENIA:

• Salmonella

• Shigella

• Clostridium

Wskaźniki mikrobiologiczne zanieczyszczenia powietrza

• z przewodu oddechowego ludzi i zwierząt

• Staphylococcus albus

• Streptococcus salivarius

• cząstkami gleby

• Pseudomonas fluorescens

(Wykład 11 mikrobiologia 01.06.2011)

*dostaliśmy wydruki slajdów*

Surowce spożywcze

• Większość surowców spożywczych to mieszanina związków organicznych, które nadają żywności odpowiednią wartość żywieniową, smak, zapach oraz barwę

• Zaliczamy do nich:

• Białka

• Tłuszcze

• Sacharydy

• Witaminy

• Kwasy organiczne

• Alkohole, estry

• Aldehydy, ketony

• Związki cykliczne

Surowce roślinne

• Mikroflora pochodzi głównie z:

• gleby

• powietrza

• wody

• owadów

• gryzoni

• Im bliżej gleby, tym większe zanieczyszczenie

• Warzywa korzeniowe 10⁵ - 10⁸ jtk/g

• Owoce na drzewach 10³ jtk/g

Źródła zanieczyszczenia surowców




Drobnoustroje bytujące na surowcach roślinnych

• Drobnoustroje glebowe

• Bacillus

• Clostridium

• Promieniowce

• Drożdże i pleśnie

• Saprofity

• Bakterie chorobotwórcze

• Listeria monocytogenes

• Clostridium botulinum

• Yersinia enterocolitica

• enteropatogenne szczepy Escherichia coli

Rośliny zbożowe

• Podstawa wyżywienia ludzi i zwierząt hodowlanych

• Zboża uprawne

• Trawy

• Żyto

• Pszenica

• Jęczmień

• Owies

• Kukurydza

• Proso

• Sorgo

• Ryż

• Rdestowate

• Gryka

• Surowiec:

• do produkcji mąki, kasz, płatków zbożowych, koncentratów spożywczych

• dla przemysłu fermentacyjnego

Skład chemiczny ziarna

• Zależy od:

• Gatunku i odmiany

• Warunków glebowych

• Nawożenia

• Ilość opadów, nasłonecznienia

• Stopnia dojrzałości ziarna i jego wysuszenia

• Warunków przechowywania

Składniki ziarna

• Monosacharydy

• glukoza

• fruktoza

• Di- i polisacharydy

• maltoza, skrobia, celuloza

• Białka

• Lipidy

• Woda i sole mineralne

• Witaminy

Skrobia jest głównym sacharydem zbóż. Jej zawartość w ziarnach wynosi 55(owies) - 75(ryż) % s.m.

Zawartość wody w ziarnie

• Jeden z czynników decydujących o trwałości zboża w czasie przechowywania

• Warunkuje prawidłowe przetwarzanie

• Wpływa na wydajność i jakość przetworów zbożowych

• Wilgotność ziarna

• 13-14% w dobrych warunkach atmosferycznych

• >20% w warunkach niekorzystnych

Wpływ wilgotności

• Zbyt duża

• Aktywacja endogennych enzymów proteolitycznych, celulolitycznych i amylolitycznych

• Utrudniony przemiał

• Produkty gorszej jakości, nie nadające się do dłuższego składowania

• Zbyt mała

• Mniejsza przydatność przerobowa

• Większa podatność na uszkodzenia mechaniczne

Mikroflora zbóż

• Epifityczna (pierwotna)

• bakterie fermentacji mlekowej

• pałeczki Pseudomonas

• pleśnie Alternaria, Cladosporium, Trichoderma, Fusarium, Geotrichum, Rhizopus

• drożdże Candida

• Wtórna

• bakterie przetrwalnikujące Bacillus

• bakterie grupy coli

• ziarniaki Staphylococcus, Streptococcus, Sarcina

• pleśnie Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria

• Mikroflora ta może wnikać do wnętrza ziarna i tworzyć tzw. mikroflorę wgłębną, która jest głównym źródłem zanieczyszczenia przetworów zbożowych

Wpływ drobnoustrojów na ziarno

• Samozagrzewanie ziarna

• Obniżenie zdolności kiełkowania

• Wzrost aktywności proteolitycznej

• Obce zapachy i toksyny

• kwaśny - drożdże i bakterie fermentacji mlekowej

• stęchły - pleśnie

• mikotoksyny

Mikroflora produktów zbożowych, mąka

• Pszenna i żytnia - podstawowy surowiec dla przemysłu piekarniczego

• Produkt mniej trwały i trudniejszy do przechowywania niż ziarno

• Wilgoć, tlen atmosferyczny i drobnoustroje wpływają na:

• Niekorzystne zmiany

• Pogorszenie właściwości organoleptycznych i wartości wypiekowej mąki

• Typowa mikroflora zbóż:

• 10⁶ jtk/g - pieczywo mieszane

• 10² - pieczywo pszenne

• Zanieczyszczenie ziarna

• Warunki otrzymywania i składowania

• Sposoby obniżenia ilości drobnoustrojów:

• Ogrzanie w 130°C przez 45s

• Parowanie, wstępne obgotowanie

Mikroflora produktów zbożowych, pieczywo

• Zanieczyszczenie mąki i innych surowców

• Niewłaściwy stan higieniczno-sanitarny piekarni

• Nieodpowiednie warunki:

• przygotowania ciasta i jego wypieku

• transportu

• składowania

• przechowywania

• Wady pieczywa:

• pleśnienie

• „choroba ziemniaczana” - bakterie z rodzaju Bacillus

• zmiany zapachu, wyglądu i konsystencji

• ciemnienie barwy i upłynnienie miękiszu

Mikroflora przetworów zbożowych, makarony

• Największe zagrożenie:

• Gronkowce

• Salmonella

• Pleśnie

• Źródło zanieczyszczenia:

• Produkty jajczarskie

• Mąka

• Sposób produkcji

• Złe warunki sanitarno-higieniczne

Mikroflora przetworów zbożowych, płatki śniadaniowe i musli

• Jakość mikrobiologiczna zależy od:

• Higieny produkcji

• Stanu surowca

• Wymagania:

• Ogólna liczba bakterii < 10⁵ jtk/g

• Pleśni < 10³ jtk/g

• Salmonella - nieobecna w 25g

• Gronkowce - nieobecne w 0,1g

• Miano coli - max 0,1

Mikroflora produktów zbożowych, słód browarniczy

• Surowce browarnicze:

• Jęczmień jary dwurzędowy

• Ryż, kukurydza, pszenica

• Infekcje ziarna jęczmienia:

• Grzyby polowe

• Fusarium, Aureobasidium, Cladosporium, Rhizopus, Alternaria

• Grzyby silosowe (> 13% wilgotności)

• pleśnie Aspergillus, Eurotium Penicillium

• drożdże Cryptococcus, Rhodotorula, Trichosporon, Candida

• Bakterie fermentacji mlekowej i octowej

• Pałeczki grupy coli

• Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter

Wymagania mikrobiologiczne dla słodu

• W 1g ziarna jęczmienia, nie więcej niż:

• 2 x 10³ zarodników pleśni

• 8 x 10⁴ bakterii i drożdży

• Podczas moczenia i słodowania:

• 8 x 10⁴ zarodników pleśni

• 7 x 10⁶ drożdży

• 4 x 10⁸ bakterii

• Po wysuszeniu:

• 2 x 10⁴ zarodników pleśni

• 1 x 10⁵ drożdży

• 3 x 10⁵ bakterii

Wady jęczmienia i słodu

• Ziarno skażone grzybami polowymi i/lub silosowymi:

• Rozmiękczenie ziarna

• Gwałtowny ubytek suchej masy

• Osłabiony proces kiełkowania

• Obniżenie wydajności słodu

• Użycie zainfekowanego słodu:

• Niekorzystny wpływ na stabilność i właściwości organoleptyczne piwa

• Wypienianie się piwa

• Obecność mikotoksyn

Warzywa i owoce

• Skład chemiczny świeżych owoców i warzyw jest różnorodny i zależy głównie od:

• Odmiany

• Stopnia dojrzałości

• Warunków klimatycznych w czasie wegetacji

• Warunków transportu i przechowywania

• pH

• Owoce 3,0 - 5,0

• Warzywa 4,7 - 7,0

• Wytwarzają fitoncydy

• czosnek

• chrzan

• cebula

• Ubogie w lipidy

• wyjątek - orzechy

Skład chemiczny owoców [%]

Owoce	Woda	Sacharydy	Białko
Jabłka	85,0	11,3	0,3
Gruszki	82,5	11,5	0,4
Śliwki	82,5	9,9	0,7
Wiśnie	83,1	10,0	1,0
Porzeczki	83,8	9,8	0,5
Agrest	85,5	8,8	0,5
Truskawki	88,5	8,4	0,7
Maliny	84,0	10,4	1,4

Skład chemiczny warzyw [%]

Warzywa	Woda	Sacharydy	Białko
Kapusta	91,5	5,0	1,6
Cebula	87,5	4,4	1,2
Marchew	88,5	7,5	1,1
Buraki ćwikłowe	88,1	8,9	1,3
Ogórki	96,2	1,8	0,7
Pomidory	95,0	3,3	0,8
Groch	77,7	6,1	0,8
Ziemniaki	75,0	20,4	2,0

Owoce

• Zawierają więcej cukrów

• Mają niższe pH

• Mikroflora to głównie:

• Bakterie oporne na zakwaszenie środowiska

• Acidotolerancyjne drożdże i pleśnie

Mikroflora owoców, bakterie

• Bakterie oporne na zakwaszenie środowiska

• ziarniaki i laseczki tlenowe z powietrza Micrococcus, Bacillus, Pseudomonas

• Bakterie grupy coli

• Laseczki tlenowe Alicyclobacillus

• Laseczki beztlenowe Clostridium

• Bakterie mlekowe Lactobacillus plantarum, Lb. brevis, Leuconostoc sp.

• Bakterie octowe Acetobacter, Gluconobacter

• przetrwalnikujące laseczki Alicyclobacillus sp.

Mikroflora owoców, grzyby

• Acidotolerancyjne drożdże i pleśnie

• Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus

• Drożdże dzikie Pichia, Hansenula, Hanseniaspora

• Candida, Rhodotorula Cryptococcus, Debaryomyces, Kloeckera

• Alternaria, Aureobasidium, Cladosporium

• Penicillium, Aspergillus, Byssochlamys, Botritis

Przetwory owocowe

• Zaliczamy do nich:

• Dżemy

• Galaretki

• Syropy owocowe

• Zepsucia powodują najczęściej

• Drożdże i pleśnie osmofilne fermentujące cukry

• Saccharomyces rouxii, Sacch. florentinus, Penicillium

Mikroflora warzyw

• Zawierają więcej białka niż owoce

• Warzywa zielone (kapusta, sałata, szpinak)

• Bakterie fermentacji mlekowej

• Drożdże i pleśnie

• Warzywa bulwiaste i korzeniowe

• Bakterie glebowe

• Saprofity pochodzenia jelitowego

• Bakterie chorobotwórcze

Buraki cukrowe

• Ogólna liczba drobnoustrojów: 10⁵ - 10⁸ jtk/g

• Typowa mikroflora

• Bakterie

• Clostridium, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium

• Saprofity pochodzenia jelitowego

• Bakterie chorobotwórcze

• Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, patogenne szczepy Escherichia coli

Cukier

• Mała liczba drobnoustrojów, zależna od norm w danym kraju i przeznaczenia cukru:

• konserwy - mało przetrwalników bakterii termofilnych i beztlenowych odpowiedzialnych za zepsucia płasko-kwaśne bez bombażu

• napoje gazowane - mało drożdży i pleśni oraz bakterii powodujących śluzowacenie

• syropy - mało drożdży i pleśni osmofilnych

Mikroflora cukru

• Zanieczyszczenia pochodzą z:

• niedokładnego oczyszczania

• nieskutecznego mycia buraków

• Mikroflora:

• Pochodzenia glebowego

• przetrwalnikujące mezofile i termofile

• pleśnie

• Wtórne zanieczyszczenie

• użycie nieprawidłowej wody podczas wybielania

• zanieczyszczone opakowania

Melasa

• Produkt uboczny przemysłu cukrowniczego (80% cukrów, w tym 50% sacharozy)

• Wykorzystywana do produkcji etanolu, drożdży piekarskich, witamin, kwasów organicznych

• Ogólna liczba drobnoustrojów (z buraków i wtórnych zanieczyszczeń)

• 10³ - 10⁵ jtk/g

• Efektem działalności drobnoustrojów jest zubożenie melasy w azot i cukier, powstanie niekorzystnych dla przerobu melasy metabolitów

• Mikroflora:

• Bacillus subtilis, B. megaterium, B. coagulans

• Leuconostoc

• Proteus sp., Pseudomonas sp.

• Candida, Pichia

Ziemniaki

• Ogólna liczba drobnoustrojów

• 10⁵ - 10⁸ jtk/g

• 90% bakterii, 10% drożdży i pleśni

• Gatunki wytwarzające amylazę

• Psuciu ziemniaków sprzyja przechowywanie w zbyt wysokiej temperaturze i obniżonej zawartości tlenu

• Typowa mikroflora:

• Bakterie

• Clostridium, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium

• Saprofity pochodzenia jelitowego

• Bakterie chorobotwórcze

• Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, patogenne szczepy Escherichia coli

Soki i napoje owocowe i warzywne

• Środowisko dla rozwoju drobnoustrojów osmotolerancyjnych i acydofilnych

• 88% węglowodanów

• 7% tłuszczu

• 5% białka

• pH 2,4 - 5,2

Wymagania mikrobiologiczne

• Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 13 stycznia 2003

• Bezalkoholowe napoje orzeźwiające

• < 0,2 komórki drożdżowej / cm³

• Napoje typu cola lub wyprodukowane na bazie soków owocowych

• < 0,1 komórki / cm³

Drożdże jako zanieczyszczenie soków i napojów

• 90% wszystkich zepsuć

• Zmętnienie, osad, rozerwanie opakowań na skutek fermentacji

• Soki na bazie esencji:

• Torulopsis, Candida, Pichia, Hansenula, Saccharomyces, Haseniaspora, Dekkera

• Soki warzywne:

• Zygosaccharomyces rouxii, Z. bisporus, Z. balii, Z. lentu, Candida pelliculosa, Kloeckera apis

Pleśnie odpowiedzialne za zepsucia soków i napojów

• Zagrożenie dla napojów nisko wysycanych CO₂ i niegazowanych

• odbarwienie

• zmiany smaku

• produkcja mikotoksyn

• Byssochlamys fulva, B. nivea, Talaromyces sp., Eupenicillium sp.

• Wytwarzają enzymy pektynolityczne i lipolityczne

• Soki pasteryzowane:

• Aureobasidium, Cladosporium, Penicillium

• Napoje niegazowane:

• Penicillium, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Geotrichum

• Soki zagęszczone:

• Eurotium rubrum

Bakterie odpowiedzialne za zepsucia soków i napojów

• Bakterie octowe

• Acetobacter, Gluconobacter

• Przetwarzają alkohol w kwas octowy

• Bakterie mlekowe

• Fermentują cukry z wytworzeniem mleczanów, etanolu, octanów, CO₂, diacetylu, wytwarzają śluzy

• Lactobacillus plantarum, L. fermentum, L. paracasei, Leuconostoc mesenteroides, L. dextranicum

• Bakterie przetrwalnikujące

• Zwiększenie kwasowości z wytworzeniem zapachu maślanego oraz gazu lub zepsucia płasko-kwaśne bez gazu

• Bacillus, Clostridium

• Psychrofile:

• Xantomonas, Flavobacterium, Pseudomonas

• Ich obecność świadczy o złym stanie sanitarnym wody użytej do produkcji

Alicyclobacillus acidoterrestis

• Acydotermofilna przetrwalnikująca, ciepłooporna laseczka

• W ilości 10⁵ - 10⁶ jtk/cm³ powoduje zmętnienie, osad, zapach fenolowy

• Występuje w glebie, na liściach drzew, owocach

• Rośnie w pH 2,2 - 6,0, temp. 23 - 70°C

• Wytwarza gwajakol i 2,6-dibromofenol (zapach dezynfekcyjny)

• Szczególne zagrożenie w:

• Surowych owocach

• Świeżych, nie pasteryzowanych sokach

• Przetworach pasteryzowanych:

• Sokach

• Przecierach

Zepsucia soków i napojów cd.

• Mikroflora patogenna stanowi problem tylko w świeżych, niepasteryzowanych sokach i napojach

• Zakażenia pochodzą głównie z kontaktu roślin z odchodami zwierząt

• Escherichia coli, Salmonella ssp., Bacillus cereus

Produkty roślinne minimalnie przetworzone

• Otrzymanie produktu o świeżym wyglądzie, wygodnego, bez dodatków chemicznych, o podwyższonej zawartości żywieniowej, przydatnego do spożycia nie krócej niż 4-7 dni

• rozdrobnione owoce do deserów, ciast, sałatek owocowych i warzywnych

• obrane i pokrojone warzywa jako przekąski

• zestawy warzyw do obróbki cieplnej lub podgrzania

Etapy produkcji

• Sortowanie surowców

• Czyszczenie, mycie połączone z dezynfekcją

• Osuszanie

• Obieranie

• Cięcie, nadawanie kształtu, rozdrabnianie

• Mieszanie składników, tworzenie zestawów

• Utrwalanie, pakowanie, przechowywanie

Zapobieganie zepsuciu

• Technologia „płotków”

• Sumaryczne działanie wielu czynników, z których każdy oddzielnie nie jest w pełni skuteczny

• Powłoki i filmy jadalne

• Utworzone na bazie polisacharydów, białek i tłuszczów, chronią przed dostępem tlenu

• Biologiczna metoda utrwalania żywności

• Zastosowanie kultur bakteryjnych o działaniu bakteriobójczym lub bakteriostatycznym

Mikroflora żywności minimalnie przetworzonej

• Saprofity

• G(-) bakterie, pochodzące z wody i środowiska

• Patogeny

• Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, Salmonella Enteriditis, Clostridium botulinum, Listeria monocytogenes, Aeromonas ssp., Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus

Wpływ warunków przechowywania

• Warzywa i owoce

• zimnolubne (0-4°C)

• Szparagi, buraki, marchew

• ciepłolubne (>7°C)

• Pomidory, papryka, owoce cytrusowe

Wpływ temperatur przechowywania na rozwój mikroflory owoców i warzyw

Temperatura [°C]	Drobnoustroje
5	Salmonella, Staphylococcus aureus, Micrococcus
3	Clostridium botulinum, Listeria monocytogenes
2	Lactobacillus sake, Leuconostoc
0	Proteus, Escherichia, Enterobacter, Serratia
-2	Yersinia enterocolitica, Aeromonas hydrophila, Listeria monocytogenes
-4	Pseudomonas fluorescens
-5	Pseudomonas, Acinetobacter, Flavobacterium, Bacillus
-8	Mucor, Rhizopus
-12	Cladosporium, Cryptococcus
-18	Fusarium, Penicillium

Mrożonki owocowe i warzywne

• Zamrażanie - oziębianie produktu do -30°C, a następnie przechowywanie go w komorach chłodniczych, w temp. -20°C

• Temperatura wewnątrz produktu -min. -15°C

• Blanszowanie hamuje działanie enzymów zapobiegając niekorzystnym zmianom barwy, a także powoduje zniszczenie drobnoustrojów

• Tzw. żywność wygodna

• Stosowanie niskich temperatur nie gwarantuje pełnego bezpieczeństwa produktu, a jedynie wydłużenie trwałości mikrobiologicznej

Mikroflora mrożonek

• Drobnoustroje chorobotwórcze i saprofityczne

• odpowiadające za jakość zdrowotną żywności

• rozkładające podstawowe składniki żywności

• odpowiedzialne za jakość organoleptyczną oraz powstawanie toksycznych produktów przemiany materii

• Penicillium expansium, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus auerus, pleśnie, drożdże, bakterie kwasu mlekowego, octowego, enterokoki, bakterie grupy coli, beztlenowce przetrwalnikujące

Żywność przetworzona

• Konserwy owocowe i warzywne

• Technologia typu:

• Cook - chill

• Cook - freeze

• Sous vide

Technologia cook - chill

• System produkcji i dystrybucji potraw, w którym następuje rozdzielenie między produkcją żywności i/lub jej dystrybucją oraz przygotowaniem do spożycia

• Przygotowanie potrawy w sposób konwencjonalny

• Utrwalenie potrawy bezpośrednio po obróbce cieplnej przez krótkotrwałe, ale bardzo intensywne schładzanie do temp. < 3°C

• Składowanie do 5 dni w temp. < 3°C

Technologia cook - freeze

• Polega na obróbce kulinarnej potraw lub ich składników, które następnie zamyka się w opakowania jednostkowe, szybko zamraża do min. -18°C i przechowuje w stanie zamrożenia

Technologia sous vide

• System pakowania i utrwalania stosowany przy produkcji gotowych potraw

• Gotową potrawę zamyka się w hermetycznych opakowaniach próżniowych

• Utrwala przez sterylizację lub pasteryzację w systemie HTST (high temperature, short time)

• Do pakowania stosuje się tworzywa odporne na temperaturę (np. PET)

Konserwy

• Zepsucie konserw może być skutkiem:

• niewystarczającego zniszczenia mikroflory

• zakażenia w czasie chłodzenia (woda lub powietrze)

• nieszczelności opakowania

• niewłaściwych warunków przechowywania

• Podział konserw opiera się na możliwości wytwarzania toksyny przez Clostridium botulinum

• pH > 4,5

• pH < 4,5

Konserwy o pH > 4,5

• Utrwalane przez sterylizację (wymagane zniszczenie form przetrwalnikujących, które dobrze się rozwijają przy tej wartości pH)

• Groszek zielony, fasola szparagowa, kukurydza, szpinak, szparagi, buraki

• Utrwalane przez sterylizację

• Posiadają tzw. trwałość handlową

• Zepsucia wywołane przez 3 grupy bakterii termofilnych

Grupa 1

• Bakterie względnie beztlenowe rozkładające węglowodany (skrobię) z wydzieleniem kwasów: mlekowego, octowego, mrówkowego

• Powodują zepsucia płasko-kwaśne

• Bacillus stearothemophilus, B. thermoacidurans, B. subtilis, B. megaterium, B. coagulans, B. pumilus

Grupa 2

• Bezwzględne beztlenowce sacharolityczne nie rozkładające białek

• Wytwarzają duże ilości CO₂ i H₂, powodując silny bombaż

• Nie mają znaczenia w naszym klimacie

• Clostridium thermosaccharolyticum

• W temp. 55°C powoduje silny bombaż w wyniku tworzenie dużych ilości kwasów i gazów

Grupa 3

• Beztlenowce przetrwalnikujące rozkładające białka z wydzieleniem H₂S, który może reagować z żelazem opakowań

• Nie zawsze obserwuje się bombaż

• Clostridium nigrificans, Cl. butyricum, Cl. sporogenes, Cl. pasteurianum, Clostridium botulinum

Konserwy o pH < 4,5

• Podział:

• Koncentraty pomidorowe

• Kompoty

• Soki owocowe

• Marynaty

• Zepsucia powodują:

• Drożdże Pichia, Kloeckera, Hanseniaspora, Candida, Saccharomyces

• Pleśnie Penicillium, Aspergillus, Geotrichum

• Bakterie fermentacji mlekowej Lb. plantarum, Lb. brevis, Lb. fermentum, Leuconostoc

• Bakterie fermentacji octowej Acetobacter

• Bacillus thermoacidurans

(Wykład 12 mikrobiologia 08.06.2011)

Surowce pochodzenia zwierzęcego

• mięso zwierząt rzeźnych

• mięso drobiu

• ryby

• mleko

• jaja

Definicja mięsa

• Mięso - to przeznaczone do spożycia części umięśnienia zwierząt rzeźnych

Poziom zanieczyszczenia mięsa

• Zależy od:

• Sposobu żywienia zwierząt

• Warunków hodowli

• Czynników hodowlanych: wiek, płeć, genotyp

• Warunki przedubojowe

• Higiena uboju

• Czynniki technologiczne

• Transport i magazynowanie mięsa

Źródła mikroflory na mięsie

• Mikroflora występująca na mięsie jest powiązana ze środowiskiem, w którym zwierze bytuje.

• Mikroflora zwierząt rzeźnych:

• z powierzchni skóry

• z przewodu pokarmowego

• Najczęściej jest to mikroflora saprofityczna, ale nierzadko także i chorobotwórcza

• Nieprawidłowo przeprowadzony ubój oraz dalsze zabiegi technologiczne mogą stać się przyczyną silnego zanieczyszczenia powierzchni mięsa

Przyczyny rozwoju drobnoustrojów w mięsie

• Znaczna zawartość substancji białkowych

• Prawie obojętne środowisko - pH > 6,0

• Poziom higieny

• Kondycja zwierząt

Mikroflora zwierząt rzeźnych

• Brak drobnoustrojów w mięśniach i krwi ubitych, zdrowych zwierząt

• Obecność mikroorganizmów w wątrobie, śledzionie i gruczołach limfatycznych

• W przypadku zwierząt zdrowych i wypoczętych drobnoustroje są niszczone przez mechanizmy obronne organizmu lub lokalizowane w wątrobie i śledzionie

• Gdy zwierzę jest zmęczone, wtedy odporność organizmu jest mniejsza i drobnoustroje mogą zakazić cały organizm

Przyczyny zanieczyszczenia mięsa

• woda użyta do przetwórstwa

• ludzie, nosiciele różnego rodzaju bakterii chorobotwórczych

• owady i gryzonie przebywające w nie chłodzonych pomieszczeniach ubojni

Stopień zanieczyszczenia powierzchni tuszy a trwałość mięsa

Liczba bakterii / cm^2	Ocena higieny mięsa	Trwałość w temp. 2°C
< 5 x 10^2	Bardzo dobra	18-20 dni
5 x 10^2 - 9,9 x 10^2	Dobra	15-17 dni
10^3 - 9,9 x 10^3	Zadowalająca	12-14 dni
10^4 - 10^5	Wystarczająca	9-11 dni
> 10^5	Zła	mniej niż 9 dni

Odporność mięsa

• Mięso świeże, po uboju, posiada naturalną odporność ograniczającą rozwój drobnoustrojów

• Jest to odporność krótkotrwała, przemijająca

• przez pewien czas białka zachowują przeżyciową kompleksową strukturę niewrażliwą na działanie enzymów bakteryjnych

Czynniki wpływające na rozwój mikroflory mięsa i jego przetworów

• Skład chemiczny i skład surowcowy gotowego produktu

• Potencjał oksydoredukcyjny E_h mięsa

• Aktywność wody a_w

• pH

• Temperatura przechowywania

• Rodzaj i ilość środków konserwujących

Skład chemiczny i wartość energetyczna mięsa

Rodzaj mięsa	Woda [%]	Białko [%]	Tłuszcz [%]	Wartość energetyczna [kJ/100g]
Wołowina	74	15,6	7,0	520
Cielęcina	75	15,2	6,2	490
Wieprzowina	59	13,6	26,1	1 200
Kurczak	80	14,2	2,0	310
Gęś	67	10,7	19,8	840
Kaczka	71	11,4	15,0	760

Potencjał oksydoredukcyjny E_h

• Zdolność układu do przyjmowania i oddawania elektronów

• Wpływa na wzrost drobnoustrojów

• Mikroflora beztlenowa rozwija się przy ujemnym E_h, a tlenowa przy dodatnim

• Podczas życia zwierzęcia E_h jest bliskie 0

• Bezpośrednio po uboju następuje duży wzrost E_h co ogranicza rozwój bakterii, następnie spadek w warstwach wewnętrznych (-60 do -150mV), a wzrost w zewnętrznych ze względu na kontakt z tlenem atmosferycznym (do +200mV)

Wpływ aktywności wody

• Mięso świeże a_w: 0,98 - 0,99

• Warunki korzystne do rozwoju wszystkich drobnoustrojów

• Dodatek soli, konserwantów czy suszenie pozwala na obniżenie a_w do wartości 0,85

• jest to tzw. żywność o pośredniej a_w (IMF), która jest trwała i nie wymaga dodatkowej obróbki termicznej

• Żywność typu SSP - aktywność wody 0,95

• produkty o tzw. trwałości półkowej, które należy poddać łagodnej obróbce termicznej

• Produkty o a_w 0,95 - 0,85

• Bakterie chorobotwórcze i gronkowce enterotoksyczne, ale ograniczona produkcja enterotoksyn

Wpływ pH

• Mięso świeże: 7 - 5,5

• Odpowiednie dla rozwoju licznej mikroflory

• Związane z warunkami przedubojowymi

• Po uboju: spadek pH na skutek powstawania kwasu mlekowego z glikogenu

• Zahamowanie rozwoju mikroflory gnilnej

• Im niższe pH tym większa trwałość mięsa

• Wydłużenie lag fazy oraz czasu generacji drobnoustrojów

Wpływ temperatur przechowywania

• Temperatura chłodnicza <10°C i niska wilgotność:

• Rozwój pleśni Aspergillus, Cladosporium, Penicillium, Thamnidium, Mucor, Sporotrichum

• Rozwój drożdży Torula, Candida

• Temperatura chłodnicza i duża wilgotność względna

• Rozwój bakterii psychrofilnych Flavobacterium, Pseudomonas, Acinetobacter, Alcaligenes

• Proces gnicia powierzchniowego, 90% stanowi Pseudomonas

Wpływ warunków zewnętrznych na rozwój drobnoustrojów

• Wilgotność powietrza

• > 90%: wyraźne nasilenie szybkości wzrostu drobnoustrojów

• > 95%: niezwykle gwałtowny rozwój mikroflory

• temperatura otoczenia

• 20 - 40°C - intensywny rozwój drobnoustrojów mezofilnych, które prowadzą procesy gnilne

Szybkość penetracji

• Odbywa się wzdłuż kości

• Bakterie paratyfusu: 2-3 dni, do 14cm

• Saprofity: 4 - 5cm

• Pleśnie: 1 - 2cm

• Zależy od temperatury otoczenia

• Pseudomonas fluorescens

• W temp. 5°C dociera w głąb mięsa na głębokość 20 mm po 5 dniach

• W temp. 30°C taką samą głębokość osiąga po 24h

• Dla zapewnienia dobrych cech organoleptycznych i wymaganej jakości mikrobiologicznej korzystne jest przetrzymywanie mięsa do czasu osiągnięcia pH < 6,3 w temp. wyższej niż 11°C

• Dalsze dojrzewanie przeprowadzane jest w temperaturze 3,5°C

Mrożenie mięsa

• Powoduje śmierć części bakterii, pozostałe ulegają uszkodzeniu i przechodzą w stan anabiozy, inne przeżywają ten proces

• Im szybciej prowadzony jest proces mrożenia tym mniej bakterii ginie

• Mrożenie w -29°C - nieznaczna redukcja liczby mikroflory mezofilnej i psychrotrofowej

• Podczas przechowywania w -30°C dominują pałeczki Pseudomonas, Aeromonas, Vibrio

• Rozmrażanie w temp. 40°C - rozwój pałeczek z rodziny Enterobacteriaceae i gronkowców

Bakterie występujące na mięsie

• Pseudomonas

• Alcaligenes

• Escherichia

• Micrococcus

• Streptococcus

• Proteus

• Clostridium

Pleśnie występujące w mięsie świeżym

• Mucor

• Rhizopus

• Penicillium

• Aspergillus

• Cladosporium

Drożdże występujące w mięsie świeżym

• Candida

• Rhodotorula

• Saccharomyces

• Torulopsis

Bakterie chorobotwórcze występujące w mięsie świeżym

• Salmonella - do 55% tusz

• Yersinia enterocolitica

• E coli O157:H7

• Clostridium perfringens

• Listeria monocytogenes

• Liczba tych bakterii w mięsie jest zwykle mała, ale przy przechowywaniu w temp. chłodniczych bakterie mogą się namnażać

• Mogą pochodzić z zanieczyszczonych pasz

Mięso pakowane

• Rodzaje opakowań:

• Folia gazoszczelna

• Próżnia

• Atmosfera modyfikowana

• Grupy drobnoustrojów:

• Beztlenowce

• Psychrofile - przy 1,5% tlenu

• Mikrokoki

• Bakterie fermentacji mlekowej Lb. plantarum - w opakowaniach hermetycznych (<1% tlenu, 10-20% CO₂)

• E. coli, Salmonella spp., Clostridium sporogenes, Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, Campylobacter

• Najkorzystniejsze efekty przedłużania trwałości mięsa uzyskuje się przy zastosowaniu mieszaniny gazów CO₂, N₂, H₂

Mikroflora kiełbas

• Proces produkcyjny ogranicza rozwój mikroflory

• Mięso peklowane lub solone poddane pieczeniu, suszeniu lub parzeniu

• Produkt gotowy może być źródłem:

• Staph. aureus, Listeria monocytogenes, E.coli, Salmonella

• Zakażenie może nastąpić podczas:

• peklowania: ziarniaki, G(-) pałeczki, G(+) laseczki przetrwalnikujące

• rozdrabniania: bakterie psychrofilne i chorobotwórcze

• dodatku przypraw: mikroflora ciepłooporna

Wędliny

• Produkty gotowane, nie powinny zawierać mikroflory wegetatywnej

• Źródła zakażeń:

• Silnie zanieczyszczony surowiec

• Przyprawy

• Osłonki naturalne: ziarniaki, G(-) pałeczki, laseczki gnilne tlenowe i beztlenowe

• Krojenie, porcjowanie, pakowanie: mikroflora tlenowa

• Przechowywanie: psychrofile (0°C), Enterobacteriaceae (temp. wyższe)

Psucie się mięsa

• Podczas przechowywania mięsa i jego przetworów, w wyniku rozwoju niepożądanej mikroflory następują nienaturalne zmiany:

• Barwy

• Zapachu

• Konsystencji

• Bakterie wykorzystują kolejno:

• ATP

• Wolne aminokwasy

• Cukry

• Białka i nukleotydy

• Pierwsze ulegają rozkładowi sacharydy łatwo przyswajane przez:

• bakterie tlenowe: Pseudomonas, Micrococcus

• pleśnie i drożdże

• Drobnoustroje wydzielają wodę i CO₂

• Przy braku lub ograniczeniu tlenu gromadzą się kwasy organiczne wytwarzane przez bakterie - tzw. gnicie kwaśne, powstaje zapach kwaśny

Gnicie mięsa

• Gnicie to rozkład białek pod wpływem drobnoustrojów

• gnicie powierzchniowe: Bacillus, E. coli, Klebsiella, Pseudomonas

• gnicie głębokie: Clostridium

• Efekt rozkładu- zapach gnilny, amoniakalno - stęchły (NH₃, H₂S, indol, merkaptany)

Etapy gnicia

• Pierwsze atakują bakterie tlenowe, szybko zużywają tlen i stwarzają warunki do rozwoju beztlenowców

• ziarniaki i pałeczki

• Po nagromadzeniu zasadowych produktów rozpadu białek wzrasta pH mięsa do wartości 7,6 - 8,0

• pałeczki

• Następuje dalszy wzrost pH do około 8,6, a następnie spadek do 7,5 spowodowany wytwarzaniem siarkowodoru

• laseczki Clostridium

Rozkład tłuszczów

• Stopniowa hydroliza tłuszczów, pod wpływem lipaz, do wolnych kwasów tłuszczowych i glicerolu.

• Uczestniczą:

• Pseudomonas

• Micrococcus, Sarcina

• Bacillus

• Flavobacterium, Alcaligenes, Serratia, Proteus, Escherichia, Enterobacter

• Drożdże - Candida, Torula, Rhodotorula

• Pleśnie - Geotrichum lactis, Cladosporium butyricum

Organoleptyczne psucie się mięsa

• Oznaki zepsucia to zmiany barwy i zapachu

• Wyczuwalne zmiany zapachowe

• 2 x 10⁶ komórek / cm²

• Bardzo silny zapach psującego się mięsa:

• 1 x 10⁷ komórek / cm²

• Typowy zapach gnilny powodują obecne związki organiczne, np:

• amoniak, siarkowodór, merkaptan

Zmiany barwy i zapachu

• Zmiany barwy i zapachu

• Zielona: Lb. viridescens, paciorkowce zieleniejące

• Żółta: Flavobacterium, Micrococcus

• Brunatna: Chlorobacterium lividum

• Czerwona: Serratia marcescens

• Niebieska: Pseudomonas syncyanea, Bacterium cyanogenum

• Czarna: Cladosporium, Thamnidium, Sporotrichum

• „Świecenie mięsa”: Pseudomonas fluorescens, Ps. phosphorescens, Acinetobacter luminescens

Zmiany konsystencji

• Wady występujące w produktach mięsnych:

• Ciągliwość farszu kiełbas: Bacillus subtilis

• „Zdrożdżenie” kiełbas: nadmierny rozwój drożdży Candida, Torulopsis, Debaryomyces

• Rozmiękanie tkanki

• Mazistość konsystencji

• Ciągliwość w zalewach konserw i marynat

Mikroflora ryb i owoców morza

• Ogólna liczba bakterii na powierzchni i wewnątrz:

• 10² - 10⁷ jtk / cm³ śluzu

• Pseudomonas

• Vibrio

• Najwięcej bakterii znajduje się w przewodzie pokarmowym ryb 10³ - 10⁸ / g

• Skorupiaki i owoce morza - taka sama mikroflora jak ryb

• Odżywianie poprzez filtrację sprzyja gromadzeniu się bakterii Vibrio cholerae, Staph. aureus, E. coli, Str. putrefaciens, Pseudomonas ssp., przetrwalników Cl. botulinum, patogennych szczepów Candida i Cryptococcus

Ryby - mikroflora patogenna

• Ryby morskie i słodkowodne:

• Clostridium botulinum typ E i A, C, F

• toksyna wytwarzana po śmierci zwierzęcia

• Staphylococcus aureus

• Shigella flexnerii

• Salmonella Enteritidis - zanieczyszcza ryby morskie i przybrzeżne (ujścia kanalizacji)

• Surowe i niedogotowane ryby:

• Pseudomonas aeruginosa

• Aeromonas

• Vibrio (cholerae, parahaemolyticus)

Mikroflora patogenna ryb

• Do 70% ziarniaków w zależności od środowiska

• Gronkowce chorobotwórcze jako zanieczyszczenia po połowie

• Micrococcus, Campylobacter

• Dominują bakterie gnilne Pseudomonas, Aeromonas, Vibrio

• Ryby hodowlane - zanieczyszczone pasze

• Wtórne zakażenie psychrofilnymi pałeczkami, ziarniakami, laseczkami tlenowymi i pałeczkami grupy coli:

• lód do chłodzenia, skrzynki, ładowanie, pokład

Drób

• Charakteryzuje się nosicielstwem różnej mikroflory patogennej:

• Salmonella

• Campylobacter jejuni

• Staphylococcus

• Escherichia coli

• Clostridium perfringens

• Przenoszone przez: pióra, skórę, układ pokarmowy w czasie przemysłowego uboju

• Zakażenia pochodzą najczęściej z jaj wylęgowych i środowiska po wylęgu piskląt

Zanieczyszczenia drobiu

• oparzanie - 60°C zabija Enterobacteriaceae, ale uszkadza naskórek

• mechaniczne usuwanie pierza

• patroszenie - uszkodzenie jelit i wydostanie treści

• mycie i chłodzenie tuszek

Drób - wymagania

• ogólna liczba drobnoustrojów do 10⁵ jtk / cm²

• bakterie z grupy coli do 10² jtk / cm² lub miano coli poniżej 0,01

• pałeczki Salmonella - nb / cm²

• bakterie proteolityczne - mniej niż 10³ jtk / cm²

Drób

• Przy przechowywaniu w temp. chłodniczej bardzo szybko wzrasta liczba bakterii psychrofilnych (Pseudomonas)

• Zakażenie tuszek drobiowych pałeczkami Salmonella dochodzi do 90%

• Często zakażone są gronkowcami koagulazododatnimi

Jaja konsumpcyjne - jaja kurze

• Na powierzchni skorupy jaja drobnoustroje osadzają się w czasie przechodzenia przez kloakę lub w czasie składania

• Niektóre drobnoustroje chorobotwórcze mogą lokalizować się w żółtku.

• Liczba drobnoustrojów na całej skorupie jaja po złożeniu waha się 10⁴ - 10⁶

• Trwałość jaj świeżych (30°C) wynosi co najmniej 14 dni.

Zatrucia Salmonella

• Bakterie chorobotwórcze:

• Salmonella

• Staphylococcus

• Shigella

• Potrawy z dodatkiem jaj będące przyczyną zatruć Salmonella

• Kremy cukiernicze

• Lody

• Ciasta

• Majonezy

• Produkty te nie są poddawane obróbce termicznej, co powoduje, że Salmonella zawarta w jajach dobrze się namnaża w produkcie

Zakażenie jaj Salmonella

• Obecność Salmonella stwierdza się na: 3,0 - 0,21% jaj kurzych

• Jaja kacze zawierają bardzo często Salmonella i dlatego w większości krajów świata obowiązują przepisy zabraniające wprowadzenie tych jaj do obrotu w stanie świeżym

Mleko surowe

• Poziom pH świeżego mleka wynosi 6,5

• ogólna liczba drobnoustrojów > 10⁴ / cm³

• Dominujące grupy drobnoustrojów

• 50 - 70% to Micrococcus

• saprofityczne gronkowce

• bakterie z grupy coli

• Pseudomonas

• bakterie przetrwalnikujące

---