Wykład.docx

Wykład 1 -3.10.2008

Kryteria ryzyka:

- czy organizm jest patogenny

- czy może być przeniesiony do środowiska

- czy jest znany sposób profilaktyki bądź znane są sposoby leczenia danej choroby

Grupa 1

Mikroorganizmy, które najprawdopodobniej nie wywołują schorzeń u ludzi.

Grupa 2

Mikroorganizmy, które najprawdopodobniej mogą wywołać schorzenia u ludzi, które mogą stanowić zagrożenie dla pracowników, mało jest jednak prawdopodobne aby stanowiły zagrożenie dla otoczenia.

Grupa 3

Mikroorganizmy, które mogą powodować poważne schorzenia, mogą stanowić ryzyko dla społeczeństwa, znamy jednak skuteczne sposoby zapobiegania i leczenia.

Grupa 4

Mikroorganizmy, które wywołują bardzo poważne schorzenia u ludzi i mogą stanowić poważne zagrożenie dla środowiska. Nie znamy ponadto skutecznych metod profilaktyki i leczenia.

Systemy bezpieczeństwa

- wiedza i przeszkolenie pracowników

- zabezpieczenie techniczne

- dostępność środków zapobiegawczych i sposobu leczenia

Znaczenie mikroorganizmów w gospodarce człowieka

- Rolnictwo (wiązanie N2, obieg pierwiastków, hodowla zwierząt)

- Energia/Środowisko (biogaz, etanol, bioremediacja, odzysk metali)

- Żywność (konserwacja żywności, żywność fermentowana, dodatki do żywności)

- Biotechnologia (genetycznie modyfikowane mikroorganizmy, bioprodukty, leki)

W 1866 r. Heackel wszystkie organizmy żywe podzielił na 3 królestwa:

1.  Rośliny – organizmy autotroficzne, syntetyzujące ze związków nieorganicznych, związki potrzebne do budowy organizmów i wykorzystujące światło słoneczne jako źródło energii. Komórki i tkanki aktywne w fotosyntezie zawierają barwniki absorbujące światło (chlorofile i karotenoidy), które są rozmieszczone na dużej powierzchni organizmu.

2. Zwierzęta – organizmy heterotroficzne, odżywiające się gotowanymi substancjami organicznymi, które zostają rozdrobnione wewnątrz ciała (najczęściej jest to przewód pokarmowy), strawione i wchłonięte.

3. Protista – inaczej mikroorganizmy, grupuje te organizmy, które w odróżnieniu od roślin i zwierząt nie posiadają morfologicznej specjalizacji. Większość z nich jest organizmami jednokomórkowymi. Termin mikroorganizmy jest związany z niewielkimi rozmiarami organizmów.

W oparciu o budowę komórki mikroorganizmów można wyróżnić 2 wyraźnie zróżnicowane grupy:

1. Eukariota – pod względem budowy przypominają komórki roślin i zwierząt. Grupa ta zwiera glony, grzyby i pierwotniaki.

2. Prokariota – obejmuje bakterie, promieniowce i sinice. Budowa ich komórek znacznie różni się od komórki innych organizmów.

Odrębną grupą drobnoustrojów stanowią wirusy. Wirusy są to organizmy różniące się od wszystkich żywych organizmów brakiem zdolności do samoodtwarzania się i mogące rozmnażać się tylko w żywych komórkach.

Schemat komórki Prokariota

Komórki Prokariota są najwcześniej poznanymi komórkami jeśli chodzi o teorię ewolucji biologicznej. Brak jest form pośrednich wykazujących, że bezpośrednio z nich wykształciły się komórki Eukariota. Komórki Prokariota są małych rozmiarów, przeciętnie od 0,3 do 2,0 µm. Kształt ich jest mało zróżnicowany i obejmuje formy cylindryczne, kuliste, podłużne. Z wyjątkiem mykoplazm wszystkie posiadają ścianę komórkową. Funkcją tej ściany jest utrzymywanie kształtu komórki i zabezpieczenie protoplastów przed wpływem zewnętrznym środowiska.  Strukturze komórki prokariotycznej znajdujemy nukleoid, inaczej rejon jądrowy zbudowany z kwasu dezoksyrybonukleinowego zajmującego około 20% objętości wnętrza komórki. Podstawową masą komórki stanowi cytoplazma o charakterze koloidalnym, w której zawieszone są drobne struktury zwane rybosomami. Rybosomy zbudowane są z kwasu rybonukleinowego i białka. W komórce są odpowiedzialne za syntezę białek oraz jej metabolizm. Masa komórki Prokariota: woda (70%), białka (15%), kwasy nukleinowe (7%)(DNA 1%, RNA 6%), węglowodany (3%), lipidy (2%), jony nieorganiczne (1%).

Schemat komórki Eukariota

Komórki organizmów eukariotycznych są na ogół większe od prokarioty (od rozmiarów mikroskopowych do makroskopowych). Posiadają również bardziej skomplikowaną budowę. Wyróżniamy tutaj jądro komórkowe, otoczone błoną jądrową, oraz liczne organelle zawieszone w cytoplazmie. Komórki Eukariotyczne mogą być organizmami samożywnymi (glony i grzyby) lub składnikami tkanek. Wśród komórek Eukariota występuje duże zróżnicowanie rozmiarów, przykładem największych komórek tego typu są jaja ptaków oraz komórki niektórych pierwotniaków. Pojedyncze komórki Eukariotyczne zdolne są do wypełniania wszystkich funkcji charakterystycznych dla żywego organizmu. Dzięki tym funkcją komórka może wchodzić w połączenia lub w skład wielokomórkowego ale złożonego z komórek zróżnicowanych i wyspecjalizowanych. Masa komórki Eukariota: woda (75-85%), białka (10-20%), kwasy nukleinowe (około 1%), węglowodany (1%), tłuszcze (2-3%).

Wirusy

Wirusy są najmniejszymi znanymi drobnoustrojami o wielkości od 20 do 300nm, żyjącymi w sposób wyłącznie pasożytniczy wewnątrz komórek żywiciela, którymi mogą być: człowiek, zwierze, roślina oraz mikroorganizm. Cząsteczka wirusa jest tworem zawierającym tylko jeden kwas nukleinowy DNA lub RNA, otoczony płaszczem białkowym zwanym kapsydem. Pełna cząsteczka wirusowa jest wirionem. Kapsyd wirusa ma charakter antygenowy, u człowieka i zwierząt wywołuje odpowiedź immunologiczną. Wirusy rozmnażają się tylko wewnątrz żywych komórek w cytoplazmie lub w jądrze komórkowym. Nie wykazują przemiany materii poza komórką, gdyż nie posiadają własnych enzymów. Zarówno kapsyd jak i kwas nukleinowy są wytwarzane w komórce osobno i łączone ze sobą na krótko przed uwolnieniem wirionu z komórki. Podczas uwalniania wirionu komórka zaatakowana ginie.

Model taga T2 (E.coli)

Podziały komórek

- Mitoza (prymitywny, powstałe komórki zachowują taką samą liczbę i typ chromosomów jak komórka macierzysta)

- Mejoza (wyższy zorganizowany, powstają 4 komórki o haploidalnej (zredukowanej) ilości chromosomów)

BAKTERIE

Ze względu na kształt dzielimy je na:

- formy kuliste

- formy podłużne: pałeczki i laseczki

- inne przecinkowce, skrętniaki i formy nitkowe

Ziarniaki

                                                  Coccus

Diplococcus (dwoinki, powstają w wyniku jednej komórki, ale w połączeniu z komórką      macierzystą)

Streptococcus (paciorkowce, tak jak wyżej)

Tetracoccus (pakietowce, powstają gdy są 2 osie podziału)

Sarcina (pakietowiec, 3 prostopadłe do siebie osie podziału)

Staphycoccus (gronkowiec, nieskończenie wiele osi podziału, nieprostopadłych osi względem siebie)

Bakterie o kształcie walcowatym

                                          Pałeczka

                                          Łańcuszek pałeczek (streptobacterium)

                                          Laseczka (tworzy przetrwalniki)

Schemat komórki bakterii

Wykład 2 -10.10.2008

Ściana komórkowa jest barierą odgradzającą wnętrze komórki od niekorzystnych czynników środowiska zewnętrznego. Jest to bariera półprzepuszczalna o skomplikowanej (jak na prokariota) budowie, której najważniejsza rolę odgrywa peptydoglikan. Wyróżniamy 2 typy budowy ściany komórkowej. Umownie oznaczamy jako gram”+” i gram”-”.

Ściana komórkowa wraz z błoną cytoplazmatyczną stanowi około 25% całej komórki prokariota. U komórek pozbawionych ściany komórkowych bezpośrednio ze środowiskiem zewnętrznym kontaktuje się błona cytoplazmatyczna ale nie jest tak odporna jak ściana.

Metoda różnicującego barwienia bakterii !!!!!!!!!!!!!!!!

Poszczególne etapy procedury barwienia są następujące:

- barwienie roztworem fioletu krystalicznego, odmycie wodą nadmiaru barwnika

- odbarwienie roztworem jodka w jodku potasu, odmycie wodą

- odbarwienie roztworem rozpuszczalników np. aceton + alkohol (1:1), odmycie wodą

- barwienie kontrastowym barwnikiem (fuksyna), odmycie wodą

W wyniku dwóch pierwszych etapów tworzy się nierozpuszczalny kompleks fioletu krystalicznego z jodem, kompleks ten z bakterii gramoujemnych usuwa się przez ekstrakcję rozpuszczalnikiem (aceton + alkohol). Komórki bakterii gramododatnich w tych warunkach zatrzymują kompleks barwników. Barwienie w czwartym etapie barwnikiem kontrastowym ma na celu ułatwienie obserwacji bakterii gramoujemnych. Działanie rozpuszczalników na bakterie gramododatnie, o znacznie grubszej ścianie komórkowej zbudowanej głównie z peptydoglikanu powoduje natychmiast jej uszczelnienie i zatrzymanie barwników.

Schemat struktury błony cytoplazmatycznej

Błona cytoplazmatyczna wykazuje typową dla wszystkich błon naturalnych. Warstwowa struktura jest zbudowana z białek w ilości 70-85% oraz fosfolipidów od 20 do 35%. Wzajemny stosunek białek i lipidów w błonie cytoplazmatycznej zależy od gatunku bakterii ale również od fazy wzrostowej danego mikroorganizmu. Główną funkcją błony jest transport pierwiastków, substancji odżywczych oraz produktów metabolizmu. Błona cytoplazmatyczna stanowi barierę półprzepuszczalności a transport przez nią charakteryzuje się dużą wybiorczością.

Typy transportu poprzez błonę cytoplazmatyczną !!!!!!!!!!!!!!!!

1) Dyfuzja bierna

2) Dyfuzja ułatwiona

3)Transport aktywny

              - system grup translokacyjnych będący odmianą transportu aktywnego

Ad 1) Inaczej dyfuzja prosta, którą siłą napędową jest różnica stężeń przenoszonych substancji lub potencjał elektryczny po obu stronach błony. Transport bierny odbywa się zgodnie z gradientem stężenia.

Ad 2) Jest prosem w którym biorą udział cząsteczki o określonej strukturze chemicznej. W tym typie dyfuzji biorą udział specjalne enzymy – permeazy odpowiedzialne za przenoszenie grup funkcyjnych, ale też całych cząsteczek związków chemicznych.

Ad 3) Transport ten odbywa się wbrew gradientowi stężenia przenoszonej substancji i przebiega z wydatkowaniem energii. Odmianą tego typu transportu jest tak zwany system grup translokacyjnych polegający na przenoszeniu substratu z równoczesną jego modyfikacją uniemożliwiającą powtórne przejście przez błonę.

Polisomy – łańcuszki rybosomów

Fimbria – białkowy wyrostek o długości od 2-3 µm, którego rolą jest stabilizacja układów międzykomórkowych.

Warstwa S – warstwa białek umieszczonych na zewnętrznej warstwie ściany komórkowej a odpowiedzialna jest za potencjał elektrostatyczny.

Rzęski – mają zwykle długo.ść od 10 do 15 µm i zbudowane są kurczliwego błąka nazywanego FLAGELLINĄ. Najczęściej rzęski posiadają komórki podłużne. Niektóre bakterie mają zdolność do wytwarzania rzęsek, będących organellami ich czynnego ruchu.

Wykład 3 -24.10.2008

Rozmnażanie bakterii

Rozmnażają się w sposób wegetatywny poprzez podział komórki, czyli z jednej komórki macierzystej otrzymujemy dwie identyczne komórki potomne (mitoza). Innym sposobem przetrwania w niekorzystnych warunkach środowiskowych przez bakterie jest zdolność wytwarzania przetrwalników. Wyróżniamy 3 typy spor (przetrwalnia):

1) Endospory

2) Egzospory

3) Cysta

Ad 1) Endospora tworzy się w wyniku wytworzenia w wewnątrz komórki charakterystycznych struktur, takich jak cortex, odpowiedzialnych za wysoką termoodporność tych form.

Schemat tworzenia przetrwalników w bakterii

Wytwarzanie endospor poprzedza podział nukleoidów. Jeden z potomnych nukleoidów staje się materiałem genetycznym endospory natomiast pozostałe uwsteczniają się. Wokół nukleoidów endospory cytoplazma się zagęszcza i z czasem powstaje z niej gruby cortex i trójwarstwowa ściana należąca do komórki macierzystej. Przetrwalnik zawiera duże ilości kwasu dipiklinowego, którego ilość zawiera się między 5 a 15%. Obecność tego kwasu łącznie ze zmianami strukturalnymi w komórce związana jest z ciepłą odpornością przetrwania. Bakteryjne endospory są najbardziej odpornymi na podwyższoną temperaturę układami żywymi znosząc nawet temperaturę powyżej 1000C.

Struktura DPA

Połączenie jonów wapnia z dwiema cząsteczkami kwasu dipiklinowego

Ciepłoodporność przetrwalników bakterii