MIKROBIOLOGIA ogólna- skrypt UAM.pdf

MIKROBIOLOGIA

Kształt i morfologia bakterii.

Organella komórkowe

Organizacja genomu, mapy chromosomu, plazmidy

Ś ciana komórkowa bakterii i archeonów G+ i G-. Wra ż liwo ść ś cian.

Barwienie bakterii

Tworzenie endospor, cysty, egzospory

Ruch bakterii

Historia ż ycia na Ziemi

Charakterystyka Archeae

10.

Porównanie Eucaryota i Procaryota, Bacteria i Archeae

11.

Metody klasyfikacji bakterii,

12.

Cechy gatunkowe i klonalne, opis nowego gatunku, identyfikacja szczepówa.

13.

Taksonomia bakterii

14.

Wzrost mikroorganizmów- ź ródło w ę gla, energii i elektronów

15.

Wzrost i namna ż anie komórek, synteza elementów budulcowych, czynniki wpływaj ą ce na wzrost

kolonii

16.

Dezynfekcja i sterylizacja

17.

Transport substancji przez błony

18.

Metabolizm mikroorganizmów (fotosynteza, metabolizm azotu, siarczanów, oddychanie, cykle

EMP, ED, HMP, fermentacje)

19.

Wirusy (fazy i cykle ż yciowe, budowa, rodzaj genomu, cykl lityczny i lizogeniczny, identyfikacja i

hodowla wirusów, przegl ą d i chorobotwórczo ść , onkogenno ść )

20.

Wiroidy i priony

21.

Zmienno ść genetyczna bakterii, mutageny, mutacje, ich efekty. Rekombinacja DNA.

22.

Koniugacja, retrotransfer, transdukcja, transformacja

23.

IS, transpozony, integrony, wyspy genomowi

24.

Wektory, in ż ynieria genetyczna

25.

Ś rodowisko ż ycia bakterii

26.

Obieg azotu i jego asymilacja, obieg siarki, fosforu z udziałem bakterii

27.

Mikroflora naturalna człowieka, wska ź nik, miano, zanieczyszczenia fekaliami

28.

Probiotyki

29.

Chorobotwórczo ść , postulaty Kocha

30.

Wła ś ciwo ś ci zaka ź ne mikrobów, infekcyjno ść , inwazyjno ść , toksyczno ść i zwi ą zki chemiczne je

warunkuj ą ce

31.

Choroby i zaka ż enia wywoływane przez bakterie

32.

Bro ń biologiczna

33.

Antybiotyki i chemioterapeutyki

Bakterie i Archeae to organizmy prokariotyczne, z reguły mniejsze ni ż kom. eukariotyczne (brak ruchu cytoplazmy ogranicza wzrost),

chocia ż Epulopiscium fishelsoni mierzy ponad 200 mikrometrów, za ś Thiomargarita namibiensis nawet 700! (a- Epulopiscium, b-

Thiomargarita)

Kształty bakterii s ą ró ż norodne i zadecydowały o ich podziale na:

-cocci (ziarniaki)

*dwoinki (Diplococcus sp.),

*paciorkowce (Streptococcus sp.),

*gronkowce (Staphylococcus sp),

*pakietowce (Sarcina sp.), *

formy pojedyncze (Micrococcus sp.)

Charakterystyczne zespoły ziarniaków tworzone s ą

podczas podziału- podział mo ż e zachodzi ć w 1

płaszczy ź nie, w 3 płaszczyznach prostopadłych,

lub chaotycznie . Komórki poł ą czone s ą

mechanicznie ś cianami kom. Nie ma przepływu

cytoplazmy.

-formy cylindryczne:

*pałeczki (Enterobacteriaceae)

*pałeczki zgi ę te (Vibrio sp.)

*laseczki (Bacillus sp.)

*maczugowce (Corynebacterium sp.)

-formy spiralne

*kr ę tki (Treponema sp.)

* ś rubowce (Spirochaeta sp.)

-formy nieregularne- pr ą tki, formy

grzybniopodobne (np. Mycobacterium sp.,

Actinomycetes, Streptomyces sp.)

Morfologia bakterii:

Ró ż nice morfologiczne przejawiaj ą si ę gł. w ró ż nicach budowy ś ciany

komórkowej.

Wyró ż nia si ę budow ę ś ciany G+ i G- tak u bakterii jak i Archeae.

Niektóre organizmy s ą bez ś cienne-np. Mycoplasma i Thermoplasma.

W kom. prokariotycznych brak jest struktur obłonionych, j ą dra kom. ,

ER, lizosomów itd. Wyst ę powa ć mog ą na powierzchni ś luzy, warstwa S.

Wyst ę puj ą wpuklenia błony kom.: mezosomy, chlorosomy a tak ż e

białkowe wakuole gazowe u org. wodnych.

Organella komórkowe:

Ś luzowa otoczka- pełni funkcje ochronne, np. przed wysuszeniem oraz

warunkuje adhezj ę . Nie zawsze obecna.

Warstwa S - pełni f. ochronne, mechaniczne, znajduje si ę pod ś cian ą

komórkow ą . Jest to peptyd lub glikoproteina. (na rysunku z prawej)

Błona komórkowa - f. ochronna, transportowa, na niej znajduj ą si ę

receptory, w niej ła ń cuch oddechowy, przeno ś nik elektronów fotosyntezy.

Odpowiedzialna za taksje.

Cytoplazma - koloid zło ż ony z wody, składników mineralnych, materiałów

zapasowych, kwasów nukleinowych, rybosomów, enzymów.

Wakuole gazowe - ich błony to białkowe struktury listkowate o ró ż nej

trwało ś ci u ró ż nych gatunków, wn ę trze wypełnia gaz, powoduj ą c wzrost

wyporno ś ci komórek w toni wodnej.

Materiał zapasowy - glikogen, polifosforany, inne w ę glowodany, tłuszcze,

polibetahydroksyma ś lan (specyficzny dla bakterii, istnieje mo ż liwo ść jego

wykorzystania do produkcji biodegradowalnego plastiku)

Nukleoid - obr ę b komórki w którym znajduje si ę chromosom bakteryjny. O

wi ę kszej g ę sto ś ci ni ż reszta cytoplazmy, inaczej si ę barwi ze wzgl ę du na obecno ść du ż ej ilo ś ci białek i RNA. Błona j ą drowa nie wyst ę puje.

Materiał genetyczny - w formie plazmidów i chromosomu bakteryjnego.

Chlorosomy - u bakterii zielonych przytwierdzone do błony komórkowej, zamkni ę te p ę cherzyki fotosyntetyzuj ą ce. U purpurowych system

lamelli, rurek i p ę cherzyków.

Mezosomy - wpuklenia błon na których zachodzi proces oddychania tlenowego.

Pile - u bakterii G- z plazmidami samoprzekazywalnymi podczas koniugacji wyst ę puj ą tzw. pile płciowe zbudowane z piliny (72kDa), 2

cz ą steczek glukozy i reszty fosforanowej. Kanał koniugacyjny ma ś rednic ę 2,5 nm, przez niego dochodzi do transferu DNA.

Rz ę ski (flagella )- warunkuj ą ruch na zasadzie pompy protonowej

Fimbrie - czynniki adhezyjne, warunkuj ą przyczepianie fimbreiny do substratów pokarmowych, innych komórek. Jest ich do kilku tysi ę cy w

kom. G-

Genom bakteryjny zorganizowany jest w formie koli ś cie zamkni ę tego (w wi ę kszo ś ci przypadków) kolistego chromosomu oraz

przenosz ą cych cechy klonalne plazmidów.

W chromosomie kodowane s ą geny strukturalne i metabolizmu

podstawowego, 70-80% DNA koduje białka, ok. 20% odpowiada za

ekspresj ę genów za ś 0,05% to krótkie powtarzaj ą ce si ę sekwencje dziel ą ce.

Istnieje zale ż no ść mi ę dzy wielko ś ci ą genomu a liczb ą kodowanych białek.

Wyznacznikiem pokrewie ń stwa mi ę dzy bakteriami jest procent molowy

par G-C w genomie.

Niektóre bakterie posiadaj ą 2 ró ż ne koliste chromosomy jak Rhodobacter,

Rhizobium ma ich nawet 3! Niektóre Bonelia i Streptomyces maj ą

chromosom liniowy, za ś Agrobacterium tumefaciens ma obie formy-

liniowy i kolisty.

Chromosom bakteryjny upakowany jest nawet 1000-2000

razy dzi ę ki wi ą zaniu z białkami histonopodobnymi (lub histonami u

Archeae) i superhelikalnemu zwini ę ciu, oraz wyst ę puj ą cemu w centrum

RNA.

Mapy chromosomu:

Mapy takie mog ą zawiera ć :

- tylko kolejno ść poszczególnych genów i ich

lokalizacj ę wzgl ę dem siebie- odległo ś ci mierzone s ą

w minutach (system oparty na pomiarze czasu w

koniugacji przerywanej i transdukcji specyficznej)

-sekwencj ę nukleotydów (mapy sekwencyjne)

- lokalizacj ę miejsc restrykcyjnych (mapy fizyczne)

Plazmidy:

Plazmidy to koliste autonomiczne replikony ponad 10x mniejsze ni ż

chromosom. W komórce przyjmuj ą form ę CCC lub rozlu ź nion ą . Ich

replikacja mo ż e podlega ć kontroli chromosomu, wtedy w komórce

jest ich kilka: 1-3, s ą wi ę ksze. Gdy brak jest tej kontroli mo ż e ich by ć

nawet 400 a ich masa jest mniejsza. Wówczas replikacja

plazmidowego DNA jest wi ę ksza.

Wyró ż niamy plazmidy infekcyjne (samoprzekazywalne), których

kopie mog ą by ć przenoszone przez pile i nieinfekcyjne

(immobilizowalne lub nie), mog ą ce by ć przenoszone razem z

plazmidem samoprzekazywalnym, albo tylko przy podziale komórki.

Bywa ż e plazmidy mog ą wbudowywa ć si ę do chromosomu. S ą to

tzw. episomy.

Plazmidy przenosz ą wa ż ne cechy jednostkowe, zmienno ść powstała

za przyczyn ą mutacji plazmidowych to zmienno ść klonalna. Utrata

plazmidu nie prowadzi bezpo ś rednio do ś mierci komórki.

Rodzaje plazmidów i ich wpływ na komórk ę :

Czynnik F- mała liczba kopii, ok. 100kpz. Odpowiada za

zdolno ść do koniugacji. Jego geny koduj ą syntez ę pili

płciowych, a wi ę c odpowiadaj ą za transport jednej ze swoich

kopii do komórki biorcy.

Czynnik F w formie episomu mo ż e powodowa ć przenoszenie

całego chromosomu bakteryjnego przez pile płciowe! Jest to

tzw. HFT, high frequency transfer.

Plazmidy R- warunkuj ą oporno ść na UV, sole metali ci ęż kich,

antybiotyki. To one warunkuj ą oporno ść wielolekow ą .

Plazmidy COL- koduj ą kolicyny (od E. coli), proticyny (od

Proteus sp.), ogólnie bakteriocyny. Zabijaj ą one inne gatunki

bakterii lub szczepy tego samego gatunku daj ą c posiadaczowi

plazmidu przewag ę ekologiczn ą .

Plazmidy wirulencyjne- warunkuj ą chorobotwórczo ść . Wiele

cech takich jak synteza toksyn, białek adhezji do kom.

gospodarza jest kodowana plazmidowo. Szczepy potencjalnie

gro ź nych bakterii pozbawione plazmidów wirulencyjnych s ą

nieszkodliwe.

Plazmidy koduj ą ce siderofory- st ęż enie fizjologiczne ż elaza jest

ni ż sze ni ż zapotrzebowanie kom. bakteryjnej. Wytwarzanie sideroforów, odbieraj ą cych ż elazo z ferrytyny lub transferyny i helatuj ą cych je to

cecha klonalna. Taki siderofor schelatowany z ż elazem jest transportowany do komórki. Znanych jest ponad 200 ró ż nych sideroforów, gł.

pochodnych katecholowych, kw. hydroksymowego i cytrynianu.

Plazmidy metaboliczne- warunkuj ą wykorzystywanie ró ż nych substancji jako ź ródła w ę gla i energii. Np. laktozy, sacharozy, cytrynianów,

mannitolu. Mog ą te ż kodowa ć rozkład substancji toksycznych dla ś rodowiska, np. toluenu, fenoli, salicylanów, utlenianie jony rt ę ci do

postaci cz ą steczkowej lub degradacj ę ropy naftowej. Pozwala to na remediacj ę .

Geny enzymów przyswajaj ą cych azot s ą zlokalizowane na plazmidach,

Plazmidy RI i TI- “tumor inducing” i “root inducing”. Bakterie Agrobacterium sp. Posiadaj ą informacj ę o tworzeniu guzowatych naro ś li lub

korzeni przybyszowych u ro ś lin i o syntezie opin. Te plazmidy s ą szeroko stosowane w biotechnologii do jako wektory dla kom. ro ś linnych.

4. Budowa ś ciany komórkowej.

Ś ciana bakterii G(+):

Ś ciana komórkowa bakterii barwi ą cych si ę dodatnio sposobem Grama jest zbud. z grubej, 20-40 warstwowej mureiny. Jest to polimer N-

acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylomuraminowego, poł ą czonych wi ą zaniami 1,4 beta glikozydowymi. Peptydoglikan to 50-80% suchej

masy.

Poprzeczne wi ą zania mi ę dzy warstwami mureny tworz ą przył ą czone do grup mleczanowych krótkie peptydy zło ż one z izomerów L i D

aminokwasów oraz kw. mezodiaminopimelinowego.

U ż ycie obu izomerów warunkuje wi ę ksz ą odporno ść na degradacj ę ś ciany enzymami proteolitycznymi gospodarza.

Oprócz peptydoglikanu wyst ę puj ą w ś cianie kwasy teichojowe: gliceroteichojowe, kotwicz ą ce ś cian ę komórkow ą w błonie komórkowej oraz

rybitoteichojowe, odpowiedzialne za transport substancji z powierzchni wgł ą b, przez ś cian ę .

Inne elementy:

-aminocukry 10-20%

-lipidy do 3%

Turgor komórki G+ to ok. 25atm.

Ś ciana musi utrzyma ć to ci ś nienie.

Elementy periplazmy:

- ż el z egzoenzymami, m. in.

egzonukleaz ą , egzoamylaz ą , beta

laktamazami (enzymy degraduj ą ce

antybiotyki pier ś cieniowe).

Inne białka periplazmy: nieaktywne

enzymy, produkty metabolizmu, białka

receptorowe, uczestnicz ą ce w

transdukcji sygnałów i transporcie

elektronów

Ś ciana bakterii G(-):

Zasadniczo ró ż ni si ę od ś ciany G+.

Tylko 1-3 warstwy peptydoglikanu,

lu ź no usieciowanego dzi ę ki mniejszej ilo ś ci wi ą za ń z tetrapeptydem. Skład periplazmy analogiczny jak u G+, na zewn ą trz mureiny tzw.

błona zewn ę trzna. Jest to fosfolipidowa błona z LPS (lipopolisacharydem), zakotwiczonym w błonie cz ęś ci ą lipidow ą

[Lipid A, najcz ęś ciej kwas miriotynowy], , nad błon ę wystaje rdze ń KDO (kwas 2-keto-betadeoksyoktonowy z oligosacharydem) wraz z

cz ęś ci ą O-swoist ą , odpowiedzialn ą za wła ś ciwo ś ci antygenowe. Antygen O jest endotoksyn ą , brak tego składnika błony powoduje

szorstko ść szczepów. Szorstkie bakterie s ą niechorobotwórcze.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: