24. Sinice, budowa morfologiczna

Cyanobacteria (sinice) bakterie prowadzące proces fotosyntezy tlenowej (tlenowe). Wymiary komórek: szerokość 0,5-1 μm, długość 1-60 μm. Ruch: nieurzęsione- ruch ślizgowy lub drgający (Oscillatoria-drgalnica)- skurcze poprzeczne i podłużne cytoplazmy. Rozmnażanie: podział poprzeczny lub podłużny komórki, pączkowanie, fragmentacja nici. Niektóre wytwarzają komórki spoczynkowe (akinety). Występowanie: zbiorniki wodne (słodkie i słone), gleba (pola ryżowe), naloty na wilgotnych skałach. Barwniki: chlorofil a (zielony), fikobiliny (różowe), fikocjaniny (niebieskie), fikoerytryna (czerwona). Morfologia: sinice chrookokalne- komórki występują pojedynczo lub łączą się w ugrupowania dzięki wydzielaniu śluzu. Rozmnażają się przez podział lub pączkowanie (Cyanosarcina, Synechococcus, Cleocapsa). Sinice pleurokapsularne- rozmnażają się przez podziały wielokrotne, a w komórce macierzystej powstaje wiele komórek potomnych (Pleurocapsa, Merismopedia). Sinice nitkowate tworzące heterocysty i dzielące się liniowo. Heterocysty- komórki o grubej ścianie komórkowej, są miejscami wiązania azotu atmosferycznego. Forma wewnętrznej symbiozy z innymi komórkami (Aphanizomenon, Nostoc, Arabena). Sinice nitkowate tworzące heterocysty i dzielące się w więcej niż jednej płaszczyźnie podziału (Fischerella, Stigonema).

25. Sinice, znaczenie w biotechnologii środowiska

+zwiększają stężenie tlenu i zmniejszają stężenie CO2 w zbiornikach wodnych (udział w procesie samooczyszczania wód)

+wchodzą w skład osadu czynnego

+asymilują azot atmosferyczny (sinice z heterocystami)

-pogarszają jakość wody pitnej- ziemisty zapach, zmiana zabarwienia)

-niektóre produkują neurotoksyny powodujące zatrucia ludzi, zwierząt

-zakwity sinic (lato) stanowią zanieczyszczenia organiczne zbiorników wodnych

26. Bakterie z rodziny Acetobacteriaceae (bakterie octowe), charakterystyka, znaczenie biotechnologiczne

Gram-, ruchliwe lub nie. W starych hodowlach lub szczepy przemysłowe z reguły nieruchliwe, wybitne tlenowce. Mezofile, rozwijające się w zakresie temperatur 4-40°C. Acetobacter i Gluconacetobacter- komórki urzęsione peritrichalnie, a z rodzaju Gluconobacter urzęsione polarnie. Występują pojedynczo lub w parach, nieraz w krótkich łańcuszkach. Wymiary pojedynczych komórek 0,9*1-4μm. W starych hodowlach lub szczepy przemysłowe mogą być nieruchliwe. Nie są patogenne w stosunku do ludzi i zwierząt. Utleniają alkohol etylowy do kwasu octowego. Kwas octowy może być ich końcowym produktem metabolizmu lub może być utleniany do CO2 i H2O. podobnie jak alkohol etylowy mogą być utleniane inne alkohole. Odpowiedzialne za zakwaszenie (zepsucie) produktów fermentacji alkoholowej (wino, piwo). Bakterie octowe utleniają pierwszorzędowe alkohole do kwasów, drugorzędowe alkohole do ketonów. Podział bakterii octowych:

-suboksydanty- nie są zdolne do utleniania kwasu octowego (kwas octowy jest ich końcowym produktem metabolizmu), np. bakterie z rodzaju Gluconobacter

-peroksydanty- utleniają kwas octowy do CO2 i H2O, np. bakterie Acetobacter pasteurianus

-mezoksydanty- proces utleniania kwasu octowego prowadzą powoli, np. gatunki Acetobacter aceti, Gluconactetobacter xylinus.

Wszystkie rosną w pożywce płynnej na powierzchni. Przemysłowo produkcja kwasu octowego jest prowadzona przy udziale bakterii Acetobacter (specyficzne szczepy przemysłowe).

27. Charakterystyka bakterii z rodziny Enterobacteriaceae

Gram- , pałeczki o wymiarach 0,7*3μm, urzęsione peritrichalnie bądź nieruchliwe, nieprzetrwalnikujące, tlenowe lub względnie beztlenowe. Są mieszkańcami jelit ludzi i zwierząt , gdzie żyją jako komensale (Escherichia) lub jako pasożyty chorobotwórcze (Salmonella, Shigella). Chorobotwórczość ich wiąże się z rozwojem w organizmie człowieka i wytwarzaniem różnych toksyn. Część z nich bytuje w środowisku naturalnym wody i gleby (Enterobacter). E. coli mieszkaniec jelita grubego (okrężnicy), występuje w ilości 10do6-10do9 kom/g, optymalna temp. rozwoju 37°C. Istnieją chorobotwórcze serotypy tych bakterii powodujące zatrucia pokarmowe o różnym, nieraz ciężkim przebiegu (tzw. Enterokrwotoczne, np. E. coli O157:H7, enteropatogenne, enterotoksyczne- biegunki podróżne i enteroinwazyjne). Źródłem zatruć tymi bakteriami są: mielona wołowina, hamburgery, woda, surowe mleko, soki owocowe niepasteryzowane i inne surowce zanieczyszczone fekaliami. Objawy chorobowe występują po 12-72 h. Bakterie E. coli są uznawane jako wskaźnik higieniczny wody (żywności), czyli wskaźnik zanieczyszczenia odchodami. Enterobacter aerogenes jest bliźniaczym partnerem E.coli (coliformy) i występuje bardzo pospolicie w glebie i wodzie, na roślinach, nieraz w przewodzie pokarmowym zwierząt ciepłokrwistych. Różni się zaledwie kilkoma cechami biochemicznymi od E.coli. Rodzaj Salmonella obejmuje ponad 2000 serotypów, w tym ok. 100 chorobotwórczych dla ludzi (salmonellozy). Pałeczki, tlenowe lub względnie beztlenowe, nie fermentujące laktozy. Bytują w przewodzie pokarmowym zwierząt domowych i dzikich drobiu, ptaków i owadów. Powszechne jest tzw. nosicielstwo gryzoni. Najczęściej przyczyną zatruć pokarmowych jest serotyp S. Enteritidis, wywołujący 70-90% salmonelloz oraz S. Typhimurium (5-15%). Po przebytej chorobie człowiek może być nosicielem. Dawka infekcyjna od 10do2 komórek. Objawami zatrucia są: nudności, wymioty, bóle głowy, bóle brzucha, biegunka, bóle mięśni. Okres utajonej choroby wynosi zazwyczaj 6-8 h. Źródłem zakażeń człowieka są głównie jaja kacze i kurze. Shigella- bakterie chorobotwórcze tylko dla ludzi. Powodują czerwonkę (Sh. dysenterie. Sh. boydii, Sh.sonnei, Sh.flexneri) oraz zatrucia pokarmowe. Podobnie jak Salmonella mogą utrzymywać nosicielstwo w przewodzie pokarmowym. Przenoszony jest głównie przez zwierzęta wodne (ryby, kraby), mleko, sałatę i produkty zanieczyszczone fekaliami. Yersinia- pałeczki, o wymiarach 0,7*4-5μm, rosną nawet w -1°C, odporne na wysokie stężenia NaCl (do 20%), szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, zarówno w glebie, jak i w wodzie. Yersinia enterocolitica- bakterie chorobotwórcze, mogą być przyczyną ostrych zatruć pokarmowych, o przebiegu podobnym do salmonelloz. Źródłem zatruć są głównie przetwory mleczne, owocowo-warzywne w stanie surowym, ryby słodkowodne, kraby czy krewetki. Yersinia pestis- pałeczki dżumy. Proteus- z reguły bardzo aktywne proteolityczne, końcowe produkty przemian charakteryzują się intensywnym gnilnym zapachem. Odpowiedzialne za psucie produktów białkowych (mięso, jaja). Mogą być przyczyną tzw. samozatruć człowieka, które występuje w wyniku wyłącznego lub przeważającego spożywania pokarmu białkowego. W przewodzie pokarmowym zwiększa się wówczas liczba bakterii proteolitycznych, w tym Proteus, które wytwarzają szkodliwe (często kancerogenne) związki (indol, skatal, merkaptany).

28. Charakterystyka bakterii z rodzaju Bacillus i Clostridium

Clostridium- długie laseczki, często w łańcuchach, przetrwalniki z reguły szersze niż komórka, co powoduje deformacje komórek (wrzeciono lub buława), bakterie ściśle beztlenowe, występują bardzo pospolicie w glebie, fermentującej masie roślinnej, kiszonkach (psujących się), w przewodzie pokarmowym zwierząt oraz w produktach spożywczych o dużej zawartości białka i cukru. Niektóre gatunki glebowe zdolne są do wiązania azotu atmosferycznego, np. Cl.pasteurianum. Gatunek Cl.botulinum tworzy bardzo silną toksynę (jad kiełbasiany), niektóre gatunki są chorobotwórcze (Cl.tetani, Cl.difficile, Cl.perfringens). Ze względu na uzdolnienia enzymatyczne dzieli się bakterie Clostridium na:

Sacharolityczne- zdolne do fermentowania różnych sacharydów (słabe uzdolnienia proteolityczne). Występują głównie w środowiskach roślinnych , produktami ich przemian są głównie kwasy organiczne. Należą tutaj Cl.butyricum, Cl.acetobutylicum, Cl.perfringens. Charakterystyczną ich cechą jest wytwarzanie dużej ilości gazu (H2 i CO2) oraz różnych kwasów (masłowy, bursztynowy, octowy, mlekowy, propionowy), a także etanolu.

Proteolityczne- zdolne do rozkładu białek i fermentacji aminokwasów. Niektóre produkują silne toksyny, np. Cl.difficile, Cl.botulinum. W wyniku tych przemian powstają różne kwasy, aminy czy produkty gazowe, np. H2S, NH3, nadając produktom odrażający zapach. Niektóre gatunki łączą te właściwości, np. Cl.bifermentans.

Bacillus- laseczki, często w łańcuszkach, tworzących długie nici (hodowle stare). Ruchliwe lub nieruchliwe, tlenowe lub względnie beztlenowe. Mezofile lub termofilne. Występują w glebie, wodach słodkich i słonych, mule, na roślinach, w przewodzie pokarmowym zwierząt, w psującej się żywności. Cechują się bogatymi uzdolnieniami enzymatycznymi. Niektóre produkują antybiotyki (bacytracyna, gramicydyna). B.subtilis (laseczka sienna)- wybitny tlenowiec, w młodych hodowlach silnie ruchliwy, pospolicie występuje na roślinach. Często stanowi zanieczyszczenie żywności (aktywny proteolitycznie). Odmiany produkcyjne stosuje się do otrzymywania preparatów proteolitycznych, np. do proszków do prania. B.thuringiensis- produkuje endotoksyny stosowane w ochronie roślin przed owadami. B.cereus- jest przyczyną zatruć pokarmowych. Po 8-16h od spożycia zakażonych potraw występują, trwające kilka, kilkanaście godz. bóle brzucha, biegunka, osłabienie. Najczęściej źródłem zatruć są: sosy z mąką, budynie, kremy, ziemniaki, zupy, kluski, warzywa, mięso mielone. B.anthracis- laseczka wąglika (antraks), silnie patogenny dla człowieka i zwierząt.

29. Paciorkowce mlekowe (Streptococcus, Lactococcus, Leuconostoc), znaczenie biotechnologiczne

Rodzina Lactobacillaceae- bakterie fermentacji mlekowej (LAB), główne rodzaje Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Enterococcus, Pediococcus, Oenococcus. Różnią się:

- morfologią- ziarniaki- 1-2μm (Lactococus, Leuconostoc, Streptococcus), pałeczki (Lactobacillus)

-aktywnością kwaszącą- od 0,6 do 3% kwasu mlekowego

-tolerancją na niskie pH, zależnie od szczepu od 1,5-3,5

-optymalną temp. rozwoju, mezofile 18-30, termofilne 37-55

-sposobem metabolizowania sacharydów

-środowiskiem bytowania (rośliny, mleko, błony śluzowe ludzi i zwierząt). Łączy je:

-zdolność do produkcji kwasu mlekowego jako głównego metabolitu

-względna beztlenowość

-dodatnie barwienie metodą Grama

-brak zdolności ruchu

-brak zdolności przetrwalnikowania

-duża szybkość wzrostu, co pozwala im na szybkie opanowanie środowiska

-wysokie wymagania pokarmowe

30. Bakterie z rodzaju Lactobacillus, znaczenie biotechnologiczne

Pałeczki regularne, o różnych wymiarach. Saprofityczne, występują powszechnie w przyrodzie, szczególnie w mleku i produktach mlecznych, na roślinach oraz na błonach śluzowych człowieka i zwierząt. Znaczenie przemysłowe:

-w mleczarstwie (Lb.casei, Lb.helveticus, Lb.delbrueckii, ssp.bulgaricus, Lb.acidiphilus)

-kiszonki roślinne- kapusta, ogórki i inne warzywa (Lb.plantarum, Lb.brevis, Lb.fermenti)

-wędliny fermentowane (salami)- Lb.sakei, Lb.curvatus. Lb.plantarum

-pieczywo fermentowane (Lb.plantarum, Lb.brevis, Lb.fermenti)

-preparaty probiotyczne (Lb.casei, Lb.rhamnosus, Lb.acidophilus)

-produkcja kwasu mlekowego (Lb.delbrueckii ssp. delbrueckii).

31. Promieniowce, budowa morfologiczna

Główne rodzaje: Streptomyces, Actinomyces, Nocardia. Morfologia: gram+ bakterie, komórki w długich niciach, nieraz rozgałęzione, wymiary 1-1,5*10-50μm. Tworzą grzybnię wrastającą w podłoże oraz grzybnię powietrzną (podobnie jak pleśnie). Z reguły są mikroorganizmami tlenowymi. Rozmnażanie:

-kuliste lub owalne zarodniki typu konidialnego- Microbispora

-fragmentacja strzępek- Streptomyces, Nocardia

-ruchliwe zarodniki w sporangiach- Streptosporangium

Zarodniki promieniowców są formami spoczynkowymi, mogą przetrwać w stanie wysuszonym do kilkunastu lat. Są wrażliwe na ogrzewanie, giną po 10 min w temp. 70°C. Występowanie: w glebie, kompoście, rozkładającej się masie roślinnej, wilgotnych stogach siana. Charakterystyczny zapach gleby, czyli stęchlizny jest związany z obecnością produkowanych przez promieniowce tzw. geosmin (związki seskwiterpenoidowe). Metabolizm: bardzo bogate wyposażenie enzymatyczne. Biorą udział w obiegu pierwiastków w przyrodzie. Zdolne są do wykorzystywania trudnorozkładalnych związków, np. parafiny, sterydy, lignina, heterocykliczne związki azotowe, fenole, kauczuki (uczestniczą w mikrobiologicznej korozji materiałów technicznych).

32. Promieniowce, znaczenie biotechnologiczne

Produkcja antybiotyków (ok. 2/3 naturalnych antybiotyków stosowanych w lecznictwie), niektóre gatunki chorobotwórcze dla ludzi, zwierząt (promienice, zapalenia płuc) i roślin (Streptomyces scabies- parch ziemniaka), niektóre rodzaje zdolne do asymilacji N2 w symbiozie z korzeniami krzewów (Frankia, Streptomyces).

33. Czynniki środowiskowe warunkujące aktywność mikroorganizmów

-temperatura

-pH środowiska

-obecność tlenu

-zawartość tlenu

-zawartość wody

-promieniowanie

-obecność substancji chemicznych, zarówno pokarmowych jak i toksycznych

34. Wpływ temperatury na mikroorganizmy

Psychrofile- najliczniejsza grupa mikroorganizmów, w środowiskach naturalnych. Bakterie: Pseudomonas, Aeromonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, Bacillus, Arthrobacter. Archeony: izolowane z jezior antarktycznych. Drożdże: wiele gatunków Candida, Rhodotorula, Pichia. Mezofile- większość drobnoustrojów chorobotwórczych. Bakterie: Enterobacteriaceae, większość bakterii mlekowych, bakterie octowe, Staphylococcus, Enterococcus, wiele gatunków Bacillus, Clostridium. Drożdże: Saccharomyces, Schizosaccharomyces. Termofile- Bakterie: niektóre gatunki bakterii mlekowych, niektóre gatunki Bacillus, Geobacillus, Clostridium, bardzo rzadko bakterie gram-. Archeony: liczne gatunki hypertermofilne. Nieliczne drobnoustroje eukariotyczne. Grzyby strzępkowe z reguły są zdolne do wzrostu w szerokim zakresie temperatur.

35. Wpływ pH na rozwój mikroorganizmów

Ekstremalne acydofile 1-2,5, acydofile 2,5-5, neutrofile 5-7,5, alkalifile 7,5-10,2, ekstremalne alkalifile 10,2-13,2. Kwasolubne- archeony termofilne (Picrophilus), bakterie siarkowe (Acidithiobacillus), bakterie przetrwalnikujące Alicydobacillus. Większość grzybów (Saccharomyces, pleśnie Aspergillus, Penicillium). Bakterie octowe, bakterie mlekowe, niektóre bakterie w środowiskach naturalnych. Wiele glonów. Neutrofile: większość bakterii chorobotwórczych, Pseudomonas, wiele gatunków Bacillus, Clostridium. Zasadolubne: bakterie nitryfikacyjne, Azotobakter, niektóre gatunki Bacillus i Clostridium, nieliczne bakterie chorobotwórcze, liczne gatunki archeonów z rodzajów Methanobacterium, Methanoholophillus. Część drobnoustrojów wykazuje wysoką wrażliwość na pH środowiska (bakterie chorobotwórcze), wiele jednak toleruje dość szeroki zakres pH (szczególnie grzyby strzępkowe).

36. Aktywność wody środowiska a mikroorganizmy

Aw określa stosunek ciśnienia par danego roztworu do ciśnienia par czystej wody. Obniżenie aktywności wody środowiska można osiągnąć przez: suszenie, zagęszczanie, liofilizację, dodatek substancji chemicznych (do produktów spożywczych, np. soli lub cukru). Minimalna aw: 0,95 większość bakterii, niektóre drożdże, 0,92 glony morskie, 0,91 wegetatywne komórki Bacillus, Lactobacillus, niektóre pleśnie, 0,88 większość drożdży, 0,85 gronkowce Staphylococcus ureus, 0,80 większość grzybów strzępkowych, 0,75 bakterie halofilne, glony halofilne, 0,60 osmotolerancyjne drożdże, kserofilne grzyby strzępkowe. Przetrwalnik w środowisku suchym będzie wolniej zamierał niż w środowisku mokrym (będzie miał wyższą ciepłooporność).

37. Wpływ promieniowania świetlnego na mikroorganizmy

38. Charakterystyka ilościowa i jakościowa mikroorganizmów w glebie

Autochtoniczne- typowe mikroorganizmy glebowe, najczęściej saprofityczne, bytujące na martwych szczątkach roślin i zwierząt. Uczestniczą w obiegu pierwiastków w przyrodzie. Zymogenne- dostające się do gleby z innych środowisk i rozwijające się w glebie okresowo, z reguły po wzmocnieniu gleby w organiczne substancje odżywcze (nawozy naturalne, ścieki, martwe zwierzęta). Po wyczerpaniu składników pokarmowych giną lub przechodzą w stan anabiozy. Autochtoniczne: dominują bakterie gram+ i gram- pałeczki, promieniowce i maczugowce z rodzajów Arthrobacter i Corynebacterium (2-60% populacji). Licznie występują także bakterie z rodzaju Bacillus, Enterobacter, Flavobacterium, Micrococcus. Są to z reguły mikroorganizmy wolno rosnące, tlenowe, autotroficzne lub o niskich i średnich wymaganiach pokarmowych. Wykorzystują jako źródła węgla i energii bardzo wiele różnych związków, od prostych sacharydów do trudno rozkładalnych związków alifatycznych i aromatycznych. Szczególnie zróżnicowaną aktywność metaboliczną wykazują promieniowce. Zymogenne: z reguły przebywają w glebie w stanie anabiozy i gwałtownie rozwijają się po dopływie świeżej, łatwo przyswajalnej materii organicznej. Dodatkowym jej źródłem są odchody zwierząt i ludzi, ścieki bytowo-gospodarcze, nawozy naturalne, resztki, roślin, martwe zwierzęce, opady atmosferyczne zmywające z terenów zamieszkałych przez ludzi różne mikroorganizmy. Dominują liczne gatunki Pseudomonas, inne pałeczki gram-, przetrwalnikujące laseczki tlenowe i beztlenowe (rodzaje Bacillus i Clostridium), infekcyjne (laseczki tężca Clostridium tetani, laseczki wąglika Bacillus anthracis, laseczki jadu kiełbasianego Clostridium botulinum, enterobakterie Salmonella, Shigella, enterotoksyczne E.coli, enterowirusy i inne wirusy. W glebie występuje ok. 100 gatunków bakterii glebowych, ok. 600 gatunków grzybów (w tym ok.200 gatunków Zygomycetes i ok.350 gatunków anamorficznych).

39. Gleba jako siedlisko bytowania mikroorganizmów

Gleba jest niejednorodną biogeochemiczną strukturę pokrywającą powierzchniową warstwę skorupy ziemskiej. Składa się z 5 podstawowych elementów:

-cząstek mineralnych, głównie krzemiany, glinokrzemiany, węglany (ok.50%)

-koloidy glebowe związków mineralnych i organicznych (humus)

-roztwór glebowy, rozpuszczone w H2O substancje mineralne i organiczne (do 15%)

-faza gazowa, mieszanina powietrza i gazów wydzielonych przez mikroorganizmy (30-35%), zawartość tlenu 10-15%, CO2 10-20%

-organizmy żywe, kłącze roślin, zwierzęta, pierwotniaki, robaki i larwy, drobnoustroje: grzyby, bakterie (promieniowce, sinice), archeony, glony.

40. Działalność mikroorganizmów w glebie

-rozmnażają się i przetwarzają substancje mineralne i organiczne w biomasę własnych komórek oraz wydzielają produkty metabolizmu

-rozkładają i mineralizują organiczne szczątki roślinne i zwierzęce (obieg pierwiastków)

-poprawiają gruzełkowatość struktury gleby

41. Obieg węgla w przyrodzie, udział mikroorganizmów

Rozkład celulozy: Cytophaga, Cellulomonas, Cellvibrio, Clostridium, promieniowce, pleśnie Fusarium, Chaetomium, Aspergillus. Ligniny: Fusarium, Penicillium, Aspergillus, promieniowce. Amylozy: Bacillus, Pseudomonas, sacharolityczne gatunki Clostridium, pleśnie Aspergillus oryzae, Aspergillus Niger. Pektyny: Clostridium, liczne grzyby. Chityny: Cytophaga, Bacillus, Pseudomonas, promieniowce i grzyby

42. Obieg azotu w przyrodzie, udział mikroorganizmów

43. Asymilacja azotu atmosferycznego przez mikroorganizmy

44. Drobnoustroje asymilujące azot atmosferyczny

Asymilatory azotu wolnożyjące:

-tlenowe: Azotobakter, Azomonas, Achromobacter, Derxia, Beijerinchia, Pseudomonas, niektóre sinice- Nostoc, Anabena

-beztlenowe: Clostridium (Cl. pasteurianium, Cl. pectinovorum)

Asymilatory azoru zdolne do wiązania azotu wyłącznie w symbiozie z roślinami:

-rizobia- z roślinami motylkowymi: Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium

-sinice- Nostoc, Arabena w glebach zalewanych, glebach mokrych

-promieniowce- Frankie, Nocardia z krzewami, drzewami

45. Procesy mikrobiologicznej nitryfikacji w glebie

46. Procesy mikrobiologicznej denitryfikacji w glebie

Liczne bakterie, szczególnie aktywne z rodzajów Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Spirillum

---