MIKROORGANIZMY UŻYTECZNE PRZEMYSŁOWO

PROMIENIOWCE (Actinomycetales) – bakterie gramdodatnie, chemoorganotroficzne, głównie tlenowe. Łacińska nazwa promieniowców pochodzi od opisanego po raz pierwszy gatunku Actinomyces bovis, wywołującego u bydła chorobę aktynomikozę zwaną promienicą.

• BUDOWA – nieregularna, cylindryczna z tendencja do rozgałęziania się (podobne do grzybów nitkowatych). Ze splątków nitek powstaje pseudogrzybnia (pseudomycelium), która może być powierzchniowa, wgłębna lub powietrzna. Tworzą 3 rodzaje pseudogrzybni: powietrzną - generatywna, substratową - wegetatywna i wgłębną.

• ROZMNAŻANIE - rozmnażają się przez podział (fragmentację) pseudogrzybni, czyli wytworzenie zarodników pseudokonidialnych, jak również przez podział poprzeczny pseudostrzępek.

• SYSTEMATYKA – promieniowce wyodrębniono początkowo ze względu na podobieństwo w morfologii. Wyróżniono je jako organizmy wielokomórkowe, rosnące w postaci rozgałęzionych strzępek i rozmnażające się przez ich fragmentację lub tworzenie egzospor (zarodników, konidiów artrospor). Mają także podobna fizjologię i pigmentację:

• Actinoplanes

• Geodermatophilus

• Micromonospora

• Nocardia

• Streptomyces – największe znaczenie biotechnologiczne, produkują 2/3 znanych antybiotyków i 90% stosowanych.

• Thermoactinomyces – spokrewnione z rodzajem Bacillus, wytwarzają ciepłooporne spory.

• Actinomyces

• WYSTĘPOWANIE – powszechne w glebie, kompostach, oborniku. Produkuja geosminę, odpowiedzialna za charakterystyczny zapach gleby. Mogą wchodzić w symbiozę z organizmami wyższymi. Należa do nich także bakterie chorobotwórcze, takie jak Actinomyces bovis i A. israelii.

• ZASTOSOWANIE:

• przyczyniają się do rozkładu materii organicznej, tworzeniu humusu w glebie i ogólnym obiegu pierwiastków w przyrodzie, dzięki wielostronnej aktywności enzymatycznej – nadzór biologiczny.

• produkcja antybiotyków:

• Streptomyces: aktynomycyna, amfoterycyna B, blastomycyna S, bleomycyna, chlorotetracyklina, cykloheksyimid, erytromycyna, kanamycyna, kasugamycyna, linkomycyna, mitomycyna, monenzyna, neomycyna, nowobiocyna, nystatyna, oksytetracyklina, polifungina, oleandomycyna, spektynomycyna, streptomycyna, tetracyklina, tobramycyna, tylozyna, wankomycyna, wiomycyna,

• Micromonospora – gentamycyna,

• Nocardia – ryfamycyna,

• produkcja leków steroidowych (Arthrobacter) - biokonwersja (kortyzon, hydrokortyzon),

• produkcja witamin – (Streptomyces) witamina B₁₂,

• produkcja enzymów (Streptomyces) – protezaza, izomeraza glukozowa,

• produkcja inhibitorów enzymów (Streptomyces): bestatyna hamująca aminopeptydaze B, forfenicyna hamująca fosfataze zasadową, pepstatyna hamująca pepsynę, reticulol hamujący fosfodiesteraze cAMP,

• produkcja substancji powierzchniowo czynnych (Nocardia) – kwasy karboksylowe, pochodne trehalozy.

GRZYBY – cudzożywne organizmy eukariotyczne, które wspólnie z bakteriami uczestniczą w degradacji materii organicznej i obiegu pierwiastków w przyrodzie. Występują powszechnie w różnych środowiskach i różnych temperaturach. Preferują środowisko kwaśne, ale rosną w zakresie pH 2-8,5. Wiele z nich współżyje z roślinami, ale są tez patogeny. Największe znaczenie biotechnologiczne mają grzyby mikroskopijne, które sztucznie dzieli się na drożdże i grzyby strzępkowe. Ten sam gatunek grzyba, w zależności od warunków środowiska, może rosnąć w postaci pojedynczych komórek lub rozwiniętej grzybni. . Obserwuje się także występowanie pseudogrzybni składającej się z łańcucha komórek typu drożdżowego.

• GRZYBY STRZĘPKOWE (nitkowate, mycelialne, pleśniowe) – grzyby tworzące plechę. Tlenowe chemoorganotrofy, mezofile, które preferuja środowisko kwasne.

• MORFOLOGIA I FIZJOLOGIA – strzępki grzybni mogą posiadać lub nie posiadać ścian poprzecznych – komórczak. Komórczak jest wielojądrzasty, strzępki podzielone septami mogą być 1, 2 lub wielojądrzaste, septy mogą być pełne lub perforowane. Ściana komórkowa zbudowana jest z chityny, glukanu, lipidów i białek. Wzrost na długość następuje za pomocą części szczytowych strzępek.

• SYSTEMATYKA – pleśnie klasyfikuje się na podstawie cech morfologicznych grzybni wegetatywnej, cech morfologicznych konidioforów, cech morgologicznych zarodników i sposóbu rozmnażania.

• Zygomycetes (sprzężniowce) – grupa saprofitycznych (tylko owadzie pasożyty) grzybów. Posiadają grzybnię zbudowaną ze strzępek wielojądrowych, zwykle bez przegród. W ścianie komórkowej tej grupy grzybów zawarta jest chityna. Rozmnażanie płciowe polega na łączeniu się wielojądrowych gametangiów (inaczej plemni i lęgni) - gametangiogamia. W cyklu rozwojowym występuje wielojądrowa zygospora. Sprzężniowce są sprawcami wielu przypadków pleśnienia artykułów spożywczych, tekstyliów, zawilgoconego papieru itp. Pleśniak biały rozwija się zwłaszcza na produktach mlecznych, a rozłożek czerniejący tworzy czarne naloty pleśni zwykle na owocach. Niektóre gatunki rozłożków są wykorzystywane do przemysłowej produkcji kwasu mlekowego.

• Ascomycetes (workowce) – nazwa pochodzi od typu zarodni zwanej workiem (ascus), w której są wytwarzane zarodniki workowe (askospory). U workowców doszło do wytworzenia form współżyjących ściśle z jednokomórkowymi samożywnymi sinicami bądź zielenicami – porosty. Do workowców zaliczane są m.in. drożdże, pospolite pleśnie: pędzlak (Penicillium) i kropidlak (Aspergillus) oraz pasożytująca na kłosach żyta buławinka czerwona (Claviceps purpurea). Owocniki niektórych workowców są jadalne, np. objętego ochroną gatunkową smardza (Morchella esculenta) oraz trufli (Tuber brumale).

• Deuteromycetes (grzyby niedoskonałe) – typ grzybów, u których brak stadium rozmnażania płciowego. Ich stadia konidialne są bardzo podobne do stadiów konidialnych workowców. U Deuteromycetes mogą występować pewne formy rozmnażania płciowego – zachodzą u nich procesy plazmogamii, kariogamii, mejozy, jednak nie odbywają się one w określonych organach postaci wegetatywnych, ani w określonych stadiach rozwojowych. Eliminacja proce­sów płciowych u tych organizmów związana jest prawdopodobnie z ich wysoką specjalizacją i przystosowaniem do pasożytniczego trybu ży­cia. Rozmnażanie wegetatywne pozwala na tworzenie masy zarodników mających dokład­nie takie same właściwości fizjologiczne jak osobnik rodzicielski, a więc zapewnia znalezie­nie odpowiedniego żywiciela i w rezultacie ist­nienie gatunku. Konieczną dla procesu ewolucji nie­wielką liczbę nowych genotypów uzyskują albo na drodze mutacji, albo w wyni­ku tzw. cyklu paraseksualnego (rekombinacja materiału genetycznego w wielojądrowej grzybni). Zarodniki wy­tworzone przez grzyby niedoskonałe są przeważnie konidiami powstającymi na końcach wzniesionych konidioforów (jedynie niewielka grupa jednoko­mórkowców może się rozmnażać przez pączko­wanie). Konidiofory mają bardzo różne kształty i występują pojedynczo lub grupują się w spe­cjalnych tworach opatrzonych własnymi ścian­kami zbudowanymi ze splecionych strzępek; wymienione twory nazywane są często - lecz nieściśle - owocnikami.

• Mastigomycetes i Basidiomycetes

• ROZMNAŻANIE:

• Rozmnażanie bezpłciowe:

• za pośrednictwem zarodników tworzonych na grzybni powietrznej (na konidioforach),

• za pomocą zarodników tworzonych w zarodniach na strzępkach powietrznych (w sporangioforach),

• Rozmnażanie płciowe:

• za pomocą gamet.

• ZNACZENIE – grzyby strzępkowe zanieczyszczają źle produkowane i przechowywane produkty spożywcze, są czynnikami wywołującymi alergie, a produkowane przez nie mikotoksyny zostały zakwalifikowane do grupy najgroźniejszych związków rakotwórczych.

• ZASTOSOWANIE:

Produkcja antybiotyków: penicylina (Penicillium notatum, Penicillium chrysogenum), cyklosporyna A (Trichoderma polysporum), cefalosporyna C (Cephalosporium aeromonium), kwas fusydowy (Fusidum coccineum), Produkcja enzymów: α-amylaza, glukoamylaza, pektynaza, celulazy, proteazy, lipazy, katalaza (Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma), Produkcja kwasów organicznych: kwas cytrynowy (Aspergillus niger),

kwas itakonowy (Aspergillus itaconicus, Aspergillus terreus), kwas mlekowy (Rhizopus oryzae), Produkcja stymulatorów wzrostu roślin: gibereliny (Giberella fujikuroi), Produkcja lipidów: kwas γ-linoleinowy (Mucor favanieus, Mucor rouxii), Produkcja chityny i chitozanu: (Aspergillus giganteus, Phycomyces blakesleanus), Produkcja serów pleśniowych: (Penicillium roqueforti, P. camemberti, P. candidum, P. glaucum).

• DROŻDŻE – rodzaj grzybów jednokomórkowych z klasy workowców. Są organizmami saprofitycznymi – żyją na podłożach zawierających cukry proste, przeprowadzają fermentację alkoholową, przeważnie w warunkach beztlenowych.

• SYSTEMATYKA – drożdże klasyfikuje się na podstawie pokrewieństwa filogenetycznego, sposobu rozmnażania generatywnego i wegetatywnego, cech morfologicznych komórki, cechy hodowlanych, tworzenia pigmentu, tworzenia wegetatywnych spor, pseudogrzybni, grzybni właściwej, cech biochemicznych (wytwarzanie ureazy, zdolności do asymilacji i fermentacji różnych źródeł węgla i asymilacji azotanów), budowy ściany komórkowej (zawartość glukanów, mannanów, chityny) i budowy DNA jądrowego (zawartość procentowa par GC).

• Ascomycetes – tu należą Saccharomyces.

• Basidiomycetes,

• Deuteromycetes.

Podział nieformalny:

• drożdże piwne (Saccharomyces cerevisiae oraz Saccharomyces carlsbergensis)

• drożdże winne (Saccharomyces ellipsoideus)

• drożdże piekarnicze (niektóre szczepy Saccharomyces cerevisiae)

• drożdże kefirowe (Saccharomyces fragilis)

• drożdże kumysowe (Saccharomyces kumys)

• MORFOLOGIA I FIZJOLOGIA – wielkość i kształt komórek zależy od rodzaju drożdży, warunków środowiska, stanu fizjologicznego, funkcji komórki w populacji i może być: kulisty, elipsoidalny, cytrynkowaty, butelkowaty, cylindryczny lub nitkowaty. Preferują podłoże kwaśne, o min 30% zawartości wody, wymagaja organicznych źródeł węgla. Źródłem azotu mogą być związki organiczne lub fosforan amonu i azotany. Wymagaja także fosforanu potasy, wapnia z wody wodociągowej i witamin – kwasu pantotenowego, biotyny, tiaminy, pirydoksyny, niacyny.

• ROZMNAŻANIE:

• WEGETATYWNE:

• Pączkowanie - W komórce rodzicielskiej powstaje przewężenie, jądro dzieli się na dwa jądra, z których jedno przemieszcza się do pączka. Następnie przewężenie zamyka się. Czasami mogą powstać duże, rozgałęzione kolonie. W niekorzystnych warunkach tworzą worek z ośmioma zarodnikami workowymi, co uzasadnia ich przynależność do workowców.

• na całej powierzchni (wielobiegunowe),

• jedno- lub dwubiegunowe (tworzenie różnych ugrupowań),

• Podział (wewnątrz komórek tworzą się poprzeczne przegrody – septy),

• Pączkowanie i podział – podział mitotyczny jądra komórkowego i podział cytoplazmy; komórka potomna identyczna z komórką macierzystą, ploidalność populacji nie ulega zmianie.

• Tworzenie grzybni i pseudogrzybni :

• Grzybnia (mycelium) - wydłużone, nitkowate struktury, często rozgałęziające się, złożone z komórek posiadających poprzeczne przegrody ,

• Pseudogrzybnia (pseudomycelium) – wydłużone, nitkowate struktury, często rozgałęziające się, złożone wyłącznie z komórek pączkujących lub pojedyncza, nitkowata komórka, mogąca rozgałęziać się, nie posiadająca przegród poprzecznych ,

• Tworzenie wegetatywnych forma przetrwanych: blastospor, balistospor, artrospor i chlamidospor.

• GENERATYWNE:

• Podział mejotyczny jądra komórkowego,

• Pokolenie haploidalne i diploidalne (jednocześnie lub kolejno po sobie),

• Komórki haploidalne o różnych typach koniugacyjnych (MATa i MATα), mogą się łączyć w diploidalną zygotę,

• MATa i MATα – wysoka częstotliwość koniugacji,

• MATα i MATα – niska częstotliwość koniugacji,

• MATa i MATa – brak zdolności do koniugacji,

• Diploidalne homozygoty a/a i α/α mogą koniugować ze sobą z taką samą częstotliwością jak haploidy.

• ZASTOSOWANIE:

Tradycyjna biotechnologia: produkcja wina, produkcja piwa, produkcja spirytusu, produkcja kefirów, produkcja pieczywa i ciast.	Nowoczesna biotechnologia: produkcja antygenów szczepionkowych, produkcja enzymów, produkcja przeciwciał monoklonalnych, produkcja bioetanolu.