Podział mikroorganizmów na grupy fizjologiczne

W oparciu o wymagania pokarmowe i środowiskowe mikroorganizmy dzielimy na liczne grupy fizjologiczne, obrazujące możliwości wzrostu w określonych warunkach, co z kolei jest konsekwencją określonego „wyposażenia enzymatycznego” mikroorganizmów. Określony gatunek, w zależności od rozpatrywanych kryteriów, można zaklasyfikować do kilku różnych grup fizjologicznych

Mikroorganizmy grupujemy ze względu na wykorzystywane:

Źródło węgla i elektronów

• Autotrofy – CO₂

• Heterotrofy

Źródło energii

• Fototrofy – słońce

• Chemotrofy – związki organiczne

Źródło donorów wodoru

• Litotrofy (zw. Nieorg.) ->NH₃ – nitryfikacja

• Organotrofy (zw. Org.)

Schemat z Chmiela: sposoby oddychania organizmów żywych

Ponadto mikroorganizmy można podzielić:

• W zależności od rodzaju wykorzystanych ostatecznych akceptorów elektronów na:

1. Tlenowe (aeroby)

2. Beztlenowe (anaeroby) – względne lub bezwzględne (fermentacja, oddychanie azotanowe, siarczanowe)

   Są również formy tolerujące niskie stężenie tlenu, tzw. Mikroaerofile

   Anaerostaty – do hodowli beztlenowców

   Schemat z Chmiela: ważniejsze typy oddychania u drobnoustrojów

• W zależności od preferowanej temperatury na:

1. Psychrofile (zimnolubne)

2. Mezofile (ciepłolubne)

3. Termofile (gorącolubne)

Mikroorganizm	Temp. min. [^oC]	Temp. Optymalna [^oC]	Temp. maks. [^oC]
Psychrofile	-7	10-20	25-30
Mezofile	15	25-40	Ok. 45
Termofile	45	50-55	Ok. 75

W temperaturze zbyt niskiej enzymy mają słabą aktywność, zmienia się struktura błony komórkowej, może wystąpić krystalizacja wody i rozrywanie komórek

W temperaturze zbyt wysokiej białka ulegają denaturacji

Psychrofile mają inny skład błony biologicznej, więcej nienasyconych kwasów tłuszczowych, dlatego pomimo niskiej temperatury otoczenia komórka może funkcjonować

U termofili więcej kwasów tłuszczowych nasyconych oraz lipidy o dość wysokiej temperaturze topnienia

• W zależności od preferowanego odczynu środowiska

1. Acidofile – kwasolubne (2.0 – 5.0)

2. Neutrofile – obojętnolubne (6.7 – 7.5)

3. Alkalofile – zasadolubne (8.0 – 11.0)

   Każdy mikroorganizm ma swoje kardynalne zakresy pH (min, optimum, maks), rozpiętość tych zakresów jest bardzo różna od bardzo wąskich (org. bardzo wrażliwe na zmiany pH) do bardzo szerokich

• W zależności od właściwości biochemicznych mikroorganizmów, głównie bakterie, można przypisać do różnych grup fizjologicznych, np.

• Ligninoltyczne

• Celulolityczne

• Proteolityczne

• Amylolityczne

• I wiele innych

  Jeden gatunek bakterii może przynależeć jednocześnie do kilku grup fizjologicznych, co wynika z jego właściwości biochemicznych

  Operon laktozowy działa w zależności od obecności glukozy. Póki w środowisku jest glukoza, to ona jest przetwarzana, a później laktoza .

  Pozyskiwanie i ulepszanie szczepów przemysłowych

  W licznych biotechnologiach wykorzystuje się szczepy przemysłowe o ściśle zaprogramowanych właściwościach metabolicznych

  Źródła pozyskiwania szczepów przemysłowych

• Środowisko naturalne

• Kolekcje (banki) szczepów

Wydajność procesów biosyntezy lub biotransformacji prowadzonych przez drobnoustroje pozyskane ze środowiska naturalnego są zazwyczaj niewystarczające ze względów technologicznych

Aktywność metaboliczną szczepów dzikich i pozyskiwanie pożądanych produktów ich metabolizmu może zwiększyć poprzez optymalizację warunków hodowli

Maksymalna wydajność tych procesów nie przekroczy jednak granic zdeterminowanych genotypem

Doskonalenie cech użytkowych szczepów przemysłowych poprzez wprowadzenie trwałych zmian genetycznych, uzyskuje się na drodze modyfikacji genotypu

Efektem modyfikacji genotypu są zasadnicze zmiany metaboliczno – fizjologiczne

Modyfikacji genotypu dokonuje się poprzez mutagenezę (i selekcja mutantów o cechach korzystnych dla danego procesu) oraz rekombinacje genetyczne (fuzja protoplastów i rekombinacje DNA in vitro). Prowadzi to do zmiany metabolizmu, a szczególnie naruszenia określonych mechanizmów regulacyjnych

Etapy:

1. Wybór miejsca i pobór prób

2. Wstępna obróbka pobranych prób

3. Namnażanie mikroorganizmów, selekcja i oczyszczanie w celu pozyskania czystych kultur (wyprowadzonych z pojedynczych komórek) – na podłożu selekcyjnym

4. Określenie przydatności wyizolowanych w procesach biotechnologicznych

Skrining drobnoustrojów lub produktów ich metabolizmu – zespół selektywnych zabiegów mających na celu:

1. Wykrycie i izolację interesujących nas mikroorganizmów lub produktów ich metabolizmu

2. Wstępną ocenę przydatności w procesach biotechnologicznych