Mikrobiologia – wykłady

20.04.2012

Przyroda:

*część biotyczna > żywe organizmy

*część abiotyczna > nieożywione środowisko

Mikrokosmos – to co widzimy bez użycia mikroskopu(wirusy, sinice, bakterie, promieniowce, grzyby, riketsje)

I

Królestwa Whittakera: Nadkrólestwo prokariota

Królestwa Monera (bakterie, arche bakterie, sinice)

Najbardziej prymitywne komórki priokariotyczne to bakterie i sinice

II

Nadkrólestwo: Eukariota(ądrowe)

Królestwo: Fungi(grzyby), nie zawierają chlorofilu, są saprofitami lub pasożytami

Saprofity – odżywiają się martwą substancją organiczną

Pasożyty – czerpią substancje z organizmu żywego

Mikrobiologia jako dyscyplina nauki zajmuje się badaniem drobnoustrojów i warunkami ich rozwoju.

Mikrobiologia bada:

-morfologia, fizjologia;

-ekologia, genetyka;

-biochemia, toksykologia;

-właściwości chorobotwórcze;

-praktyczne zastosowania w rolnictwie, lecznictwie, biotechnologii, inżynierii genetycznej, medycynie, przemyśle i badaniu kosmosu.

Działy mikrobiologii:

-wirusologia;

-bakteriologia;

-mykologia;

-parazytologia;

-fizjologia;

-ekologia;

-genetyka;

-morfologia

-Mikrobiologia spożywczo-przemysłowa;

-Mikrobiologia środowiskowa;

-Mikrobiologia lekarska;

-Mikrobiologia weterynaryjna;

-Mikrobiologia wody;

-Mikrobiologia gleby

Drobnoustroje nie rozwijają się w powietrzu tylko w nim przebywają.

Historia Mikrobiologii

I Okres przedpasteurowski

Antoni van Leewenhok – ojciec mikrobiologii

II Okres pasteurowski

-Ludwik Pasteur

-Robert Koch

-Aleksander Fleming

-Leon Cienkowski

III Era nowoczesnej mikrobiologii

Podokres I – antybiotyki

Podokres II – plazmidy

Antoni van Leewenhock XVII-XVIIw.

-opisał erytrocyty;

-opisał plemniki;

-zbadał strukturę mięśni szkieletowych;

-opisał komórkę drożdży;

-zbadał budowę łodygi roślin;

-obserwował bakterie i pierwotniaki

-badał rozwój osobniczy owadów, mięczaków i węgorza, opisał poszczególne stadia larwalne

-ZBUDOWAŁ MIKROSKOP

Osiągnięcia badawcze Ludwika Pasteura XIXw.

-obalił teorię samorództwa

-zbadał zjawisko fermentacji i wyjaśnił jego istotę

-nowe sposoby wyjaławiania

-choroba jedwabników – pebryna

-powiązał metabolizm organizmów z działalnością enzymów

-wyodrębnił czyste kultury

-szczepionka przeciwko cholerze kur

-szczepionka przeciwko wąglikowi i wściekliźnie

Najważniejsze osiągnięcia Roberta Kocha 1843-1910

-wprowadził podłoża stałe

-udowodnił, że określona choroba jest wywołana przez jeden gatunek bakterii

-wykrył prątka gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis)

-wykrył przecinkowca gruźlicy

-otrzymał nagrodę Nobla

Aleksander Fleming 1881-1955

-Szkocki bakteriolog

-ODKRYŁ PENICYLINĘ(1923) i zapoczątkował wykorzystywanie wysoce skutecznej terapii antybiotykowej w leczeniu chorób zakaźnych

Najwybitniejsi polscy mikrobiolodzy

-Leon Cienkowski 1822-1887

*badał bakterie powodujące śluzowacenie cukru

*niezależnie od Pasteura (nawet wcześniej) otrzymał szczepionkę przeciw wąglikową

Era nowoczesnej mikrobiologii

Morfologia (budowa) – nauka o budowie zewnętrznej i wewnętrznej organizmu

Wirusy – to wewnątrzkomórkowe bezwzględne pasożyty, które mogę rozwujać się tylko wewnątrz żywych komórek. ‘bezkomórkowa forma życia’

Wirusologia – nauka o wirusach (virus-trucizna, jad logos-nauka)

Wirusy są najmniejszymi czynnikami zakaźnymi o średnicy cząstki 10-450nm. Jako genom zawierają tylko jeden z kwasów nukleinowych DNA lub RNA.

Kwas nukleinowy jest zamknięty w osłonce białkowej, niekiedy otoczonej dodatkowym płaszczem lipidowym. Całą jednostkę zakaźną wirusa określa się nazwą wiroru.

Wirusy są zdolne do replikacji wyłącznie w obrębie żywych komórek i w środowisku pozakomórkowym nie wykazują aktywności.

Są pasożytami na poziomie genetycznym.

Pochodzenie wirusów – hipotezy

-Są pochodzenia endogennego – powstały z pewnych elementów komórek organizmu wyższego, które stały się autonomiczne i nabyły zdolności do istnienia niezależnie od gospodarza.

-Są probiontami – powstały w wyniku ewolucji postępującej i uważa się je za formy powstałe z probiontów, czyli przedkomórkowych form życia.

-Powstały w wyniku ewolucji wstecznej i są produktami degeneracji niektórych bakterii pasożytniczych (chorobotwórczych) na skutek stopniowego uproszczania się ich struktury i metabolicznego wyposażenia (np. enzymy)

Charakterystyka wirusów

-wymiary 10-450 nanometrów

-rozmnażanie tylko wewnątrz żywych komórek

-wirory nie rosną i nie rozmnażają się przez podział podwójny

-wiriony zawierają tylko jeden typ kwasu nukeliowego DNA lub RNA, inne czynniki zakaźne mają oba typy kwasów

-cząstka wiriru nie zawiera informacji genetycznej dla syntezy enzymatycznego ukłau warunkującego ustrojowe procesy energotwórcze.

Struktura wirusów

Do składników strukturalnych wirusów należą:

-część środkowa o nazwie genom (DNA lub RNA) nośnik informacji genetycznej i czynnik zakaźny

-część obwodowa tzw. KAPSYD złożona z kapso merów(jednostek białkowych) łącznie z genomem tworzy nukleotyd

-otoczka lub osłonka

FAGI

Wirusy w zależności od tego jakie mikroorganizmy atakuje, możemy podzielić na:

*bakteriofagi(bakterie)

-Rhizobiofagi

-Colifagi

-enterofagi

*aktinofagi >atakuja promieniowce

*myco fagi > atakują grzyby

Fagi znalazły zastosowanie w identyfikacji niektórych bakterii oraz inżynierii genetycznej do przenoszenia genów.

Dwa cykle namnażania się fagów:

1. Cykl Lityczny – doprowadza do lizy(śmierci), rozpuszczenia się komórek lub ich pękania i uwolnienie nowych wirusów.

2. Cykl Lizogenny – w którym nie następuje reprodukcja wirusowego DNA lub RNA, lecz jego wbudowanie do genomu gospodarza w postaci tzw. Profagów

Budowa bakteriofagu

Rifleksje – stawonogi(kleszcze, wszy, roztocza i pchły) oraz gryzonie (szczury i myszy).

28.04.2012

Budowa komórki bakteryjnej

Powierzchniowe struktury komórkowe:

-Ściana Komórkowa

-Błona cytoplazmatyczna

-Otoczka

-Wydzielina śluzowa

-Osłonka

-Rzęski

-Fimbrie

Ściana komórkowa – u bakterii występuje sztywna, nierozpuszczalna w wodzie struktura zwana ścianą komórkową. Jej grubość wacha się od 2-50nm. Nadaje ona komórce charakterystyczny kształt i chroni ją przed ujemnym wpływem różnych czynników fizycznych i chemicznych. Zasadniczym składnikiem ściany komórkowej są polimery glikopeptydu – MUREINY

Błona Cytoplazmatyczna – Stanowi ciekłą, trójwarstwową strukturę oddzielającą cytoplazmę od ściany komórkowej. Struktura błony cytoplazmatycznej : węglowodany, lipidy, białka.

Rola błony cytoplazmatycznej :

-bariera osmotytyczna komórki

-uczestniczy w procesach przemiany materii

-decyduje o wymianie substancji między komórką a środowiskiem

-uczestniczy w syntezie składników ściany komórkowej i otoczki

-uczestniczy w mechanizmie podziałów komórkowych

Błony komórkowe uczestniczą w:

-reakcji na bodźce: chemiczne, termiczne, mechaniczne, pochodzące z zewnątrz.

-w wydzielaniu zbędnych lub szkodliwych substancji np. CO₂

-w utrzymaniu na określonym poziomie stężenia ważnych dla życia jonów np. H⁺,Na^-, K⁺,Ca₂⁺

-pobieraniu przez komórkę np. aminokwasów czy cukrów

Wybiórczość błon komórkowych uwarunkowana jest:

-półprzepuszczalnością

-obecnością systemu enzymów decydujących o aktywnym transporcie substancji ze środowiska do komórki

-zawartością lipidów będących rozpuszczalnikami wielu substancji organicznych

Rzęski - Są to nitkowce, bardzo cienkie wypustki cytoplazmatyczne występujące na powierzchni komórek niektórych gatunków bakterii. Dzięki rzęskom mogą się poruszać.

Fimbrie/pile –Występują niezależnie od obecności rzęsek, tylko u niektórych bakterii gram ujemnych, zbudowane są z białka(tzw.piliny)

Rola fimbrii:

*ułatwiają przyleganie bakterii do innych komórek

*pomagają w pobieraniu pokarmu

*biorą udział w koniugacji (tzw. Fimbrie płciowe)

*ruch

Otoczka – stanowi wewnętrzną, śluzowatą, bezstrukturalną warstwę ściany komórkowej.

Skład otoczek:

*wielocukry(homo lub hetero polimery np. glukoza, galaktoza, ramnoza)

*aminocukry (np.glukozaminy)

*kwasy uronowe (np. kwas glukuronowy)

*polipeptydy

*białka

Rola otoczki –ochrona bakterii przed szkodliwym wpływem otoczenia(np. przed wysychaniem, oddziaływaniem związków toksycznych lub fagocytozą). Bakterie z otoczką są trudno podziałowe i trawione przez komórki żerne, a tym samym są bardziej niebezpieczne dla makroustroju niż bakterie bez otoczkowe.

Wnętrze struktury komórkowej

*nukleoid

*plazmidy

*rybosomy

*mezosomy

*substancje zapasowe

*endospory-przetrwalniki

Nukleioid - zasadniczy element struktury komórek bakteryjnych, pełniący funkcję jądra (ale to nie jest jądro!!!) komórkowego, nukleoid razem z plazmidami zawiera całkowitą informację genetyczną komórki. Nukleoid zbudowany jest z kolistej cząsteczki dwuniciowego DNA .

Nukleoid pełni podstawowe funkcje tj. jądro:

*zawiera najważniejsze cechy dziedziczenia

*przekazuje cechy dziedziczne komórką potomnym.

Plazmidy – niektóre oprócz DNA w nukleoidzie mogą posiadać w cytoplazmie dodatkowe struktury, tzw plazmidy zawierające dwuniciowy kolisty DNA. Plazmidy występują autonomicznie w cytoplazmie bądź są zintegrowane z nukleoidem. Niektóre mogą przechodzić z jednej formy w drugą i wówczas określa się je mianem Plazmidów EPISOMALNYCH. Plazmidy wbudowane w nukleoid replikują się wraz z nim, plazmidy autonomiczne mogą replikować się niezależnie od nukleoidu, stanowiąc odmienną jednostkę replikacyjną tzw. REPLIKON.

Cechą plazmidów jest to, że: Kodują cechy mikroorganizmów, które nie są im konieczne do przeżycia, natomiast dają im przewagę nad innymi mikroorganizmami w środowisku:

-odporność na antybiotyki

-zdolność do degradacji związków organicznych

-wytrzymałość na suszę

-odporność na metale ciężkie

-produkcja antybiotyków

Rybosomy – organelle komórkowe. Stanowią liczne drobne ziarnistości w cytoplazmie. Zawierają ok 60% rybosomalnego RNA i ok 40% białka.

Mezosomy – koncentrycznie nakładające się na siebie błoniaste pofałdowania (u prokariotów na wewnętrznej stronie błony cytoplazmatycznej)

Funkcje mezosomów:

-stanowią centra energetyczne

-biorą udział w procesie podziału komórki

-biorą udział w zjawiskach zmienności dziedzicznej.

Przetrwalniki :

Spory /endospory – przetrwalniki są tworami umożliwiającymi bakteriom przezycie warunków, tóre mogłyby być zabójcze dla normalnych postaci wegetatywnych. Zdolność wytwarzania spor posiadają tylko laseczki należące do rodzaju Bacillus, Clostridium i ziarniaki z rodzaju Sporosarcina.

GRZYBY

Mykologia- nauka o grzybach, zajmuje się eukariotycznymi i heterotroficznymi w stosunku do węgla organizmami żywymi, których ciało zbudowane jest z plechy i grzybni (mycelina).

Grzyby tworzą samodzielne królestwo (Mycota lub Fungi). Należy do niego grupa eukariotycznych pozbawionych chlorofilu organizmów, posiadających wyraźne ściany komórkowe i właściwe jądro komórkowe.

Ściana komórkowa grzybów zbudowana jest z chityny, glukanu, innych polisacharydów takich jak β1,3-glukanu.

Grzyby w środowisku naturalnym są heterotrofami(nie mogą wytworzyć cukru) i w zależności czy odżywiają się martwą czy żywą materią organiczną żyją jako Biotroficzne lub Saprofityczne.

SAPROFITYCZNE- pobierają potrzebne związki węgla z resztek organicznych roślinnych lub zwierzęcych.

BIOTROFICZNE- symbionty i pasożyty, potrzebują jako partnerów lub żywicieli: roślin, zwierząt, glonów, pierwotniaków, bakterii lub innych grzybów.

Grzyby w większości są tlenowcami, ale są też grzyby beztlenowe, które w żyją w żwaczu bydła, owiec czy kóz(wyjątek)

Grzyby są dominującymi organizmami czynnymi w rozkładzie materii organicznej. WZRASTAJĄ POMIĘDZY 25-30◦C.

Są też warunki termofilne, które rosną >40◦C, a nawet >50◦C np. w warunkach kompostowania.

Znane są też grzyby psychotropowe, które rosną <0◦C np. w lodówkach i chłodniach.

Grzyby preferują wzrost w środowisku kwaśnym, w pH pomiędzy 4 a 7, ale są takie, które rosną w środowisku skrajnie kwaśnym lub zasadowym.

Reprodukcja grzybów

Grzyby mogą się rozmnażać genetycznie i wegetatywnie. Spory wegetatywne noszą nazwę konidiów, chlamidospor i są produkowane na końcu strzępek tzw. Konidiofory.

Spory generatywne (zygospory, askospory, basidiospory) są produkowane po koniugaci strzępek w specjalnych strukturach noszących nazwę sporangiów, worków lub basistów.

Klasyfikacja grzybów

Klasyfikacja grzybów oparta jest na sposobie rozmnażania płciowego. Wyjątek stanowi klasa Deuteromycetes, które rozmnażają się bezpłciowo tzn. poprzez:

-rozpad strzępek grzybni

-pączkowanie

-zarodniki konidialne

Klasy: (system wg. Gaumana)

-Archimycetes – progrzyby

-Phycomycetes – pleśniaki, GLONOWCE-grzybnia o strzępkach jednokomórkowych, przewżnie nie podzielona przegrodami.

-Ascomycetes – workowce(zarodnia w postaci worka – ascus, z zarodnikami – ascosporami, zwykle po 8 w worku. W korkach zachodzi proces koniugacji) rozmnażanie generatywne

-Basidiomycetes – podstawczaki

-Deuteromycetes- grzyby niedoskonałe, wielokomórkowe, nie są znane stadia płciowe, rozmnażają się wegetatywnie przez konidia, w przeciwieństwie do pozostałych grup.

Grzyby wchodzą w symbiotyczne zależności z:

-glonami

-owadami

-roślinami wyższymi (mikoryza)

-zwierzętami (korniki, mrówki)

Grzyby są wykorzystywane w produkcji:

*antybiotyków

*handlowych alkoholi

*kwasów organicznych

*przemyśle spożywczym

*produkcja napojów

Się dużą przeżywa

Drobnoustroje chorobotwórcze

I Mycobacterium Tuberculasis – prątek gruźlicy, wykryty w 1882 przez Roberta Kocha

*drobna forma cylindryczna

*gram dodatni

*kwasoodporna

*komórki mogą być lekko zakrzywione, rozdęte

Odznaczają się dużą przeżywalnością poza organizmem chorego, formy wirulentne można znaleźć w ściekach po 124 dniach, a subwirulentne (o mniejszej zjadliwości nawet po 203 dniach)

Wyróżniamy 3 typy:

*ludzki

*bydlęcy

*ptasi

Typ ludzki wywołuje gruźlicę płuc, bydlęcy gruźlicę innych narządów.

II Staphylococus ureus – gronkowiec złocisty

*forma kulista

*gram dodatni

*bezprzetrwalnikowy

*względny beztlenowiec

*wytwarza pigmenty

Zakażenie poprzez spożycie zakażonych produktów, zakażenia skórne.

Objawy: zatrucie pokarmowe spowodowane enteroksyną. Objawy kliniczne 2-6 godzin od zakażenia: wymioty, biegunka, mdłości, bóle brzucha, ogólne osłabienie.

Leczenia: kuracja antybiotykowa

III Bacillus anthracis – laseczka wąglika

*gram dodatnia

*wytwarza przetrwalniki ( w glebie do kilkudziesięciu lat)

*w makroograniźmie wytwarza otoczki

*komórki układają się w charakterystyczne łańcuszki

*posiadają charakterystyczne rozszerzenia na końcach komórki, przypominające gałązkę bambusa

*występują w górnej warstwie gleby

Zakażenie: drogą pokarmową, oddechową, przez rany w skórze.

Wywołuje objawy o przebiegu pasożytniczym, krwotoczne nacieki w tkance łącznej i pod błonami śluzowymi.

Choroba występuje pod 3 podstawami:

*płucna – bardzo rzadko, ponad 90% śmiertelności

*postać jelitowa – najrzadziej – 50% śmiertelności

*skórna: plamka>pęcherzyk>czarny strup otoczony nowymi pęcherzykami. Z tego miejsca może się rozprzestrzenić.

Zakażenie skórne – drogą kontaktową, śmiertelność prawie nie występuje. Objawy 12-36 godzin od momentu wniknięcia drobnoustroju do organizmu.

Leczenie: penicyliny, makrolity, doksycyklina

IV Clostridium tetani – laseczka tężca

*gram dodatnie

*orzęsione

*ruchliwe

*beztlenowe

*wytwarzają przetrwalniki

Występowanie: w nawozie, w powierzchownej warstwie gleby

Laseczka tężca dostaje się do organizmu poprzez rany zanieczyszczoną ziemię, nawozem lub płynem. Zdarzają się również przypadki zakażenia poprzez źle wyjałowione instrumenty chirurgiczne. Laseczka rozwija się jedynie we workach zakażenia. Wytwarza 3 rodzaje egzotoksyn białkowych w tym bardzo silną tetanospasminę, przenoszoną przez krew albo wzdłuż pni nerwowych.

Objawy występują po 7-14 dniach.

*szczękościsk

*sardoniczny uśmiech ( tzw. Uśmiech za pięć dwunasta)

*napadowe skurcze mięśni całego ciała

*drgawki pojawiające się nawet po lekkich bodźcach

*śmierć następuje po porażeniu mięśni oddechowych na skutek uduszenia

Profilaktyka: szczepionka, zwłaszcza gdy należy się do grupy powiększonego ryzyka

Leczenie: swoiste zapobieganie tężcowi u osób zarażonych przez podanie anatoksyny(szczepionki) i antytoksyny(surowicy), podanie antybiotyku

V. Clostridium bolulinum – laseczka jadu kiełbasianego

*bezwzględny beztlenowiec

*gram dodatnia laseczka

*wytwarza przetrwalniki

*nie wytwarza otoczki

*występuje w powierzchownej warstwie gleby

Objawy: zaburzenia wzroku, ślinotok, trudności w połykaniu, bóle brzucha, wymioty i inne objawy zatrucia pokarmowego.

Profilaktyka: przestrzeganie zasad higieny w trakcie przygotowywania posiłków(długie gotowanie niszczy toksyny)

Leczenie: antybiotyki, penicylina, melromitazol, podanie antytoksyny

VI Salmonella – pałeczka duru brzusznego

Występuje ponad 1,5tysiąca typów serologicznych

*pałeczki gram ujemne

*nie wytwarzają przetrwalników

*względne beztlenowce

*wywołują silną endotoksynę

*orzęsione

*optymalna temperatura wzrostu i rozwoju 37-40◦C

Występowanie: organizm ludzki i zwierzęcy, woda, ścieki, gleba, produkty roślinne (namnażają się w produktach spożywczych nie zmieniając ich cech organotelepatycznych)

Zakażenie: drogą pokarmową, rzadko na drodze powietrzno-kropelkowej

Objawy: 6-24 godzina, wymioty, bóle głowy, silna biegunka, podwyższona temperatura ciała.

Przyczyny zatrucia: surowe jeja, świeże jaja, nie umyte warzywa i owoce, zbyt krótkie gotowanie.

Szczególne narażone są: personel medyczny, służby weterynaryjne, hodowcy zwierząt, służby kanalizacyjne.

Profilaktyka: przestrzegać zasad higieniczno – sanitarnych, zwalczanie gryzoni i much, wykrywanie nosicielli Salmonelli, dezynfekcja ferm hodowlanych itp