BAKTERIOLOGIJA P2

RAZMNOŽAVANJE BAKTERIJA

• citoplazmena membrana bakterija sadrži jedan ili više dugačkih nepravilnih utora – MEZOSOMI – za koje se drži da imaju ulogu u razmnožavanju i metabolizmu

Razmnožavanje bakterija: binarnim cijepanjem, filamentima, nespolnim sporama (konidiosporama), pupanjem

• BINARNO CIJEPANJE – bakterijske stanice se dijele, na staničnoj stijenci se stvara mjesto poprečna pregrada i genetički materijal roditeljske stanice dijeli se u svaku stanicu kćeri

• Caulobacter sp.– razmnožava se dijeljenjem koje ne rezultira tvorbom dviju jednakih stanica već na jednu stanicu sa stalkom (stabljikom)i jednu s bičem

• RAZMNOŽAVANJE FILAMENTIMA -filamenti fragmentiraju u kratke štapiće

• (npr. Nocardia sp.)

• NESPOLNIM SPORAMA (konidiosporama) - te spore se nalaze na vanjskim tvorevinama, ako padnu na povoljni supstrat počnu klijati i tvoriti novu koloniju (Streptomyces sp.).

• PUPANJEM – taj proces nalikuje nespolnom razmnožavanju u kvasca; roditeljska stanica zadržava svoju identičnost, dok pup raste i konačno se odvaja u novu potpunu stanicu

• (pupajuća bakterija Hyphomicrobium sp.)

RESPIRACIJA

• u prokariota se nalazi nevjerojatna fiziološka mnogolikost mijene tvari (metabolizam) i prilagodljivost.

• dok je biljkama i životinjama za disanje prijeko potreban slobodan kisik, mnoge skupine prokariota žive u uvjetima u kojima nema slobodnog kisika (anaerobno), a nužnu energiju dobivaju anaerobnim disanjem.

• to je oslobađanje i pohranjivanje energije u uporabljivim oblicima kao što je npr. ATP.

• to je način proizvodnje energije u tijeku metaboličkih reakcija što zahtjevaju krajnji elektron-akceptor za oksidaciju supstrata (kisik je najčešće upotrebljavan krajnji elektron-akceptor).

• to je proces u kojemu živi organizmi proizvode CO2.

• respiracija se dijeli na: - aerobnu respiraciju - krajnji elektron- akceptor u lancu

prijenosa elektrona je kisik (glikoliza: razgradnja šećera-fermentabilnih supstrata;

• Krebsov ciklus (limunske kiseline):-predstavlja “energetski krug

staničnog metabolizma”.Reakcije u ciklusu podijeljene u tri stadija:

*pripremni, *oslobadanje energije,*regeneracija početne tvari)

- anaerobnu respiraciju - krajnji elektron- akceptor u elektronskom transportnom lancu je anorganska

molekula npr. nitrat ili sulfat, a ne kisik

• Fermentacija:-piruvat pretvoren u različite organske spojeve

- predstavlja izvor energije za fakultativne anaerobe kada nema

kisika (homofermentativni; heterofermentativni mikroorganizmi)

• FOTOSINTEZA

• proces u kojem je E zračenja (svjetlosna E) apsorbirana s pomoću posebnih pigmenata u stanici i kasnije pretvorena u kemijsku E.

• ATP je ključni spoj u tom procesu, a glukoza je konačni veliki produkt.

• FOTOTROFNE BAKTERIJE- skupina prokariota koja koristi svjetlo kao izvor E, a dijele se na – cijanobakterije, grimizne i zelene sumporne bakterije.

• CIJANOBAKTERIJE – proizvode O2 iz vode kao konačni produkt fotosinteze i oslobađaju ga u atmosferu.- apsorbiraju svjetlosnu E u njihovu zelenom pigmentu, klorofil a.

• svjetlo uzbuđuje molekule pigmenata i svaka molekula otpušta po jedan elektron

• tijekom reakcije elektroni oslobađaju svoju E (povezivanje ADP s fosfatnim ionom u ATP) –reakcije na svjetlu(nužna svjetlosna E)

• u drugom koraku se sintetiziraju ugljikohidrati –

reakcije u tami (odvija se bez svjetlosne E)

• konačna se formula fotosinteze može prikazati kao

6CO2 + 12H2O +ATP →

C6H12O6 + 6O2 +6H2O +ADP + P

• osim cijanobakterija i neke druge skupine prokariota obavljaju proces fotosinteze – zelene sumporne bakterije

- grimizne sumporne bakterijenazvane tako prema njihovim pigmentima koji se nazivaju BAKTERIOKLOROFILI

• bakterioklorofili a i b dolaze u grimiznih sumpornih bakterija, a bakterioklorofili c, d i eu zelenih sumpornih bakterija

• fotosinteza u zelenih i grimiznih sumpornih bakterija se razlikuje od fotosinteze u biljaka, jer ne proizvode kisik i obično pripadaju anaerobima

• upotrebljavaju reducirane sumporne spojeve (H2S) umijesto vode i proizvode zrnca sumpora, umijesto O2

• zelene i grimizne sumporne bakterije žive u anaerobnim uvjetima u okolišu kao što su sumporna vrela i ustajale vode

ČAHURE (KAPSULE)

• povrh st. stijenke mnogih bakterija nalazi se manje ili više debela sluzava naslaga, nalik na gumu –ČAHURE (kapsule) i SLUZNI OMOTAČI.

• ti omotači nisu životno važni za bakteriju, ali čini bakteriju otpornijom npr. na djelovanje bakteriofaga (fagocitozu).

• bakterije koje tvore čahuru -glatke, sjajne kolonije S-kolonije (smooth=eng. gladak), ali spontano prelaze u hrapave R-oblike (rough=eng.hrapav).

• prema debljini razlikujemo: - mikročahure (< 0,2 nm) i makročahure (> 2 nm)

• tvar koja okružuje bakterijsku stanicu, a sastoji se od polisaharida ili polipeptida je

GLIKOKALIKS (želatinozna, viskozna i ljepljiva tvar) – stvara se u unutrašnjosti stanice i izlučuje na njenu površinu – bakteriji omogućuje adheziju (priljubljivanje) na različite površine - preživljavanje

• do stvaranja sluzi u nekih bakterija dolazi ako hranjiva podloga sadrži šećer – saharozu:

• Leuconostoc mesenteroides – u tvornicama šećera pretvara saharozu u želatinoznu masu koja se sastoji od dekstrana (polisaharid glukoze povezan u položaju 1,6) –nepoželjna bakterija

- razvila se čitava industrija proizvodnje dekstrana koji uspješno zamjenjuje krvnu plazmu

• Streptococcus mutans – normalni stanovnik u ustima, - čahuru tvori tijekom rasta u

prisutnosti saharoze - posljedica je propadanje zubne cakline, a oštećenu površinu napada golem broj bakterija

- ako nema saharoze ne tvori čahuru

-MANJE SAHAROZE – USPORAVA RAZVOJ ZUBNOG KARIJESA

• kad je čahura prisutna ona se nalazi na krajnjoj površini stanice, ima važnu ulogu jer štiti stanicu od dehidratacije, a patogene bakterije su zaštićene od proždiranja (leukociti) –što pridonosi sposobnosti bakterije da uzrokuje bolesti:

– Streptococcus pneumoniae – preživi obranu organizma i u plućima izazove bolesti respiratornog sustava

Bacillus anthracis – uzrokuje antraks

–

Clostridium perfringens – uzrokuje plinsku gangrenu

Klebsiella pneumoniae – pneumonija Haemophilus influenzaemeningitis

Većinom patogeni sojevi posjeduju kapsule (čahure). – kapsulirani sojevi izmaknu obrani domaćina i

uzrokuju fatalne infekcije – nekapsulirani sojevi eliminiraju se fagocitozom od

strane leukocita

SLUZAVI SLOJ – ako je sloj na staničnu stijenku slabo priljubljen

SPORE• neke bakterijske stanice iz rodova Bacillusi Clostridiumi

ograničeni broj ostalih rodova, tvore endospore u nepovoljnim životnim uvjetima (pomanjkanje hrane, vode, nagomilavanje toksičnih produkata metabolizma), te su za razliku od vegetativnih stanica inaktivne

• spore bakterijama ne služe za razmnožavanje• tijekom sporulacije zbivaju se morfološke i biokemijske

promjene – nastaju dva nova sloja: - peptidoglikanski sloj (korteks spore) - veliki broj slojeva sporina omotača koji

sadrže proteine jedinstvene samo u spora• nagomilavaju se goleme količine >10% suhe tvari,

dipikolinska kiselina (samo u spori) i velike količine dvovalentnih kationa Ca2+, Mg2+, Mn2+

• sintetizira se i velika količina malih proteina topljivih u kiselini (SASP – small acid soluble proteins) – od kojih neki obavijaju sporin kromosom i zaštićuju DNK od oštećenja

• spore postaju metabolički uspavane i otporne na povišenu T, zračenje i kemijske agense

Izgled bakterijskih endospora

• Oblik: pravokutan, jajolik do kugličast• Položaj unutar roditeljske stanice:- centralni- subterminalni- terminalni

- A = ovalni, terminalni; - B = pravokutni, terminalni; - C = pravokutni, subterminalni, - D = pravokutni, centralni; - E = okrugli, terminalni; - F = okrugli, centralni; - G = terminalni, toljagast.

• Sporulacija se dijeli u sedam stadija:-0 – stanice koje rastu-I – tvorba asimetričnog septuma (pregrade)-dijeli sporulirajuću

stanicu na veću stanicu majku i manju nascentnu sporu-II – sinteza velikih količina enzima alkalne fosfataze-III – nakon tvorbe septuma, citoplazmatska membrana stanice

majke proždire nascentnu sporu, nastaju unutarnja i vanjska membrana, pada pH, dolazi do gubitka vode

-IV – između vanjske i unutarnje membrane formira se debela struktura peptidoglikana – KORTEKS

-V – oblikuje se niz proteinskih ovojnica – otpornost na γ-zračenje, kemijske agense – nastavlja se gubitak vode (dehidratacija)

-VI – nagomilava se dipikolinska kiselina te Ca2+, Mg2+ ili Mn 2+

postaju metabolički uspavane i otporne-VII – proizvodi se jedan ili više autolizina u stanici majci što

rezultira lizom i oslobađanjem spore

• ako odgovarajuće stimuliramo spore mogu se vrlo brzo vratiti u žive stanice procesom GERMINACIJE – tako što unutar par minuta gube dipikolinsku kiselinu razgradnjom korteksa i SASP-a (mali proteini topljivi u kiselini)

• liti čki enzim ima ključnu ulogu u germinaciji, a nalazi se u korteksu spore u aktivnom obliku

• u prvih nekoliko minuta započinje sinteza RNK, a vrlo brzo i sinteza proteina

• metabolička uspavanost spora jedan je od čimbenika njihove sposobnosti da prežive tijekom dugih razdoblja bez nutrijenata, te otpornost na povišenu T, zračenje, kemijske agense, isušivanje

• endospore su otpornije od vegetativnih stanica na:

• Postupak smrzavanja i isušivanja

• Na visoke i niske tlakove (pri niskim tlakovima ih ubijamo mnogo brže jer dolazi do germinacije spora)

• Na γ-zračenje, koje oštećuje sporinu DNK

• Na UV-zračenje (7 do 50 puta otpornije na λ=254nm)

• Na kemijske agense (glutaraldehid, etilenoksid, oksidirajuće agense, fenol, kloroform, jod..), jer sporine ovojnice vjerojatno imaju zapreku protiv prodiranja kemijskih spojeva

• Na povišenu temperaturu (T više od 100oC uništavaju sporu)

PIGMENTI U BAKTERIJA• mnoge bakterije tvore obojene kolonije – zbog izlučivanja

pigmenta ili zbog pigmentacije stanice• sinteza pigmenta bitna je značajka pojedine vrste, oni su

sporedni produkti metabolizma bakterije, po svojoj strukturi razlikuju se od osnovnih staničnih tvorevina

• bakterije koje tvore pigmente: SarcinaMicrococcus

NocardiaCorynebacteriumMycobacterium

• prevladavaju žuti, narančasti i crveni tonovi – dolaze od karotenoida

• pigmenti su zaštita od djelovanja vidljivog i ultraljubičastog dijela spektra (bakterije koje ne tvore pigmente bivaju ubijene puno brže)

• uništavanje vidljivim dijelom spektra uvjetovano je prisutnošću kisika iz zraka – FOTOOKSIDACIJA – normalni pigmenti stanice (flavini i citokromi) ponašaju se kao katalizatori, dok karotenoidi zaštićuju osjetljive stanične regije

• neki pigmenti imaju antibiotička svojstva

• za mnoge bakterije koje sintetiziraju pigmente može se s velikom vjerojatnošću uzeti da sintetiziraju i antibiotike i ostale antimikrobne tvari

Posredno i neposredno određivanje broja bakterija

Određivanje broja bakterijskih stanica

- CFU (Colony Forming units) – jedinice koje tvore kolonije

- Kolonije mikroorganizama: porast na čvrstoj hranjivoj podlozi= stvaran broj živih stanica

- CFU = broj poraslih kolonija/V uzorka x recipročnavrijednost decimalnog razrijeđenja (jed. X ml-1)

Posredni način određivanja broja mikroorganizama –turbidimetrija

Bakterijska krivulja rasta

Eksponencijalni rast u bakterijskoj populaciji

Bk = Bp x 2n

(Bk – konačni broj živih; Bp – početni broj živih; n – broj generacija)

n = t/g

(t – vrijeme uzgoja; g – generacijsko vrijeme)

G = t log2 / log Bk – log Bp

(Primjer: 1 živa stanica na početku; nakon prvih pet udvostručenja (generacija) bit će 25, odnosno 32 potomka)

Faze rasta

- Lag-faza (zaostajanje; suzdržani rast): mlade stanice savelikim % slobodne vode, osjetljive na toksične agense ipovišenu temperaturu, broj se ne povećava, sinteza enzima,veća dimenzija stanice, veći sadržaj proteina, DNA, suhe tvari.

- Log faza (eksponencijalna): ubrzani rast stanica –geometrijska progresija, binarno dijeljenje stanica, trošenjehranjivih tvari, stvaranje otpadnih produkata.

- Generacijsko vrijeme (g) – prosiječna vrijednost vremenanužna za dijeljenje stanica.

- Stacionarna faza: brzina rasta stanica se počinje smanjivati,podjednak rast i odumiranje stanica, oslobađanje nutrienata,nagomilavanje toksičnih produkata, metabolizam energije,komercijalno važni produkti biosinteze

- Log-faza odumiranja: broj živih stanica se smanjujegeometrijskom progresijom, mrtve stanice lizirane autolitičkimenzimima, oslobađaju se sadržaji stanice, stvaranje teškihuvjeta – nestajanje mikroorganizama

Fizikalni i kemijski zahtjevi za rast mikroorganizama (bakterija)

- Potrebe za O2 i CO2

- Temperatura

- pH-vrijednost

- Osmotski tlak

- Hidrostatski tlak

Rast bakterija u

hranjivoj podlozi s

obzirom na

količinu otopljenog

kisika

Kardinalne temperature rasta mikroorganizama

Skupina Minimum Optimum Maksimum Komentar

Psihrofili Ispod 0 10-15 Ispod 20 Najbolji rast pri relativno niskim T

Psihrotrofi 0 15-30 Iznad 25 Sposobni rast pri niskim T, podnose i umjerenu T

Mezofili 10-15 30-40 Ispod 45 Najveći broj bakterija živi u zajedništvu sa toplokrvnim životinjama

Termofili 45 50-85 Iznad 100(vrenje)

Široki raspon optimalne i maksimalne T

Termofilni Bacillus sp. (55 oC) Sulfolobus acidocaldarius- ekstremni termofil

i acidofil (60-95 oC, pH 1-5)

Temperature rasta (oC) odabranih bakterija

Bakterija Minimum Optimum Maksimum

Listeria monocytogenes 1 30-37 45Vibrio marinus 4 15 30Pseudomonas maltophilia 4 35 41Thiobacillus novellus 5 25-30 42Staphylococcus aureus 10 30-37 45Escherichia coli 10 37 45Clostridium kluyveri 19 35 37Streptococcus pyogenes 20 37 40Streptococcus pneumoniae 25 37 42Bacillus flavothermus 30 60 72Thermus aquaticus 40 70-72 79Methanococcus jannaschii 60 85 90Sulfolobus acidocaldarius 70 75-85 90Pyrobacterium brockii 80 102-105 115

Podjela mikroorganizama s obzirom na pH područje rasta

Mikroorganizam Minimum pH Optimum pH Maksimum pH

Thiobacillus thiooxidans 0.5 2.0-2.8 4.0-6.0Sulfolobus acidocaldarius 1.0 2.0-3.0 5.0Bacillus acidocaldarius 2.0 4.0 6.0Zymomonas lindneri 3.5 5.5-6.0 7.5Lactobacillus acidophilus 4.0-4.6 5.8-6.6 6.8Staphylococcus aureus 4.2 7.0-7.5 9.3Escherichia coli 4.4 6.0-7.0 9.0Clostridium sporogenes 5.0-5.8 6.0-7.6 8.5-9.0Erwinia caratovora 5.6 7.1 9.3Pseudomonas aeruginosa 5.6 6.6-7.0 8.0Thiobacillus novellus 5.7 7.0 9.0Streptococcus pneumonia 6.5 7.8 8.3Nitrobacter sp 6.6 7.6-8.6 10.0