• Buněčné organismy - základní charakteristika domén Bacteria, Archaea a Eucarya. Přehled a základní vlastnosti mikrobiálních skupin.

• Bakteriální buňky, grampozitivní a gramnegativní bakterie. Růst a množení bakterií. Fyzikální faktory prostředí ovlivňující růst mikroorganismů. Fyzikální způsoby desinfekce a sterilizace.

• Chemické faktory prostředí, protimikrobní látky, antibiotika, bakteriociny. Mikrobiální rezistence.

• Základy proměnlivosti bakterií. Bakteriální toxiny a faktory patogenity.

• Přehled významných patogenních zástupců skupin Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria a Spirochetes. Epidemiologie.

• Mikrobiální společenstva a tvorba mikrobiálních biofilmů.

• Přehled významných patogenních zástupců eukaryotických mikroorganismů. Nebuněčné částice - viry a priony.

MIKROBIOLOGIE

BUNĚČNÉ ORGANISMY

BACTERIA ARCHAEA EUCARYA

● BAKTERIE ● TERMOFILNÍ ● PRVOCI (PROTISTA)*

- cca 20 kmenů ● HALOFILNÍ ● HOUBY (FUNGI)

včetně sinic ● METHANOGENNÍ ● ROSTLINY (PLANTAE)

● DESULFURIKAČNÍ ● ŽIVOČICHOVÉ (ANIMALIA)

NEBUNĚČNÉ ČÁSTICE: VIRY a VIROIDY

PRIONY

EUCARYA - upraveno

Opisthokonta: - mnohobuněční živočichové

- houby

- trubénky, plísňovky, nukleárie

Amoebozoa: - měňavky (améby) + hlenky

Excavata: - řada prvoků (bičíkovci, trichomonády)

Archaeplastida: - rostliny

- zelené řasy + ruduchy

Chromista: - řada prvoků (nálevníci, mřížovci, dírkonošci,

výtrusovci, slunivky...)

PROKARYOTICKÉ A EUKARYOTICKÉ BUŇKY

► nepravé jádro bez membrány

► 1 molekula DNA, obvykle kruhová

► prokaryotické ribosomy (volně v cytoplasmě)

► bez buněčných organel

► buněčná stěna z peptidoglykanu

► jednoduché strukturní geny

► pravé jádro s membránou

► více molekul DNA, lineární

► eukaryotické ribosomy

(vázané na ER)

► přítomnost organel

► buněčná stěna z jiných sloučenin (nebo chybí)

► složené strukturní geny

DOMÉNA ARCHAEA

● Jednobuněčné prokaryotické mikroorganismy tvarem i velikostí velmi podobné bakteriím.

● Často mají specifické vlastnosti nebo žijí ve specifických až extrémních prostředích

● Od bakterií se však liší řadou evolučně starých znaků:

● buněčná stěna neobsahuje peptidoglykan

● lipidy cytoplasmatické membrány jsou éterového typu

● organizace genů v genomu je sice podobná jako u bakterií, ale geny jsou složené

● biosyntesou DNA, RNA a bílkovin se v některých znacích podobají eukaryotickým buňkám

● Mezi Archaea patří mj. tyto skupiny:

● hypertermofilní nebo termoacidofilní archaea (r. Pyrodictium, Pyrococcus, Sulfolobus aj.)

Pyrolobus fumarii: max. teplota růstu 113°C, neroste při teplotách pod 90°C

● halofilní archaea (Halobacterium, Natronobacterium, Halococcus)

● methanogenní archaea (Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus, Methanopyrus)

● desulfurikační archaea – v blízkosti hlubinných ropných nalezišť Archaeoglobus fulgidus: růst při 60 - 95°C

BAKTERIÁLNÍ BUŇKA

Buněčná stěna Cytoplasmatická

membrána

Periplasmatický

prostor

Bakteriální DNA Mesosom

Ribosomy Bičíky

Fimbrie, pilusy

Cytoplasma

Granule kys. poly-β-hydroxymáselné

Pouzdro,kapsule

Granule síry

Glykogen

Granule

polyfosfátů

Plynové vakuoly

STRUKTURA CYTOPLASMATICKÉ MEMBRÁNY

BAKTERIÁLNÍ

SPÓRY

Bacillus

Clostridium

ZÁKLAD BUNĚČNÝCH STĚN BAKTERIÍ - PEPTIDOGLYKAN

STRUKTURA BUNĚČNÝCH STĚN BAKTERIÍ

GRAMPOZITIVNÍ BAKTERIE GRAMNEGATIVNÍ BAKTERIE

Skupiny bakterií s netypickou buněčnou stěnou:

Mykobakterie

Mykoplasmy

Planktomycéty

BUNĚČNÁ STĚNA GRAMPOZITIVNÍCH BAKTERIÍ

Cytoplasmatická

membrána

Teikoové kyseliny

Vrstvy

peptidoglykanu

Periplasmatický prostor

Peptidoglykanová

vrstva, tenká

LPS Vnější

membrána

Porin

BUNĚČNÁ STĚNA GRAMNEGATIVNÍCH BAKTERIÍ

Cytoplasmatická

membrána

Periplasmatický prostor

VLASTNOSTI GRAMPOZITIVNÍCH A

GRAMNEGATIVNÍCH BAKTERIÍ

• Mohou se lišit citlivostí k některým antibiotikům

• Mohou se lišit citlivostí k některým desinfekčním látkám

• Většinou se liší odolností k vysoušení

• Mohou se lišit ve způsobech příjmu látek a také v některých buněčných mechanismech

• Zjištění grampozitivity či gramnegativity je prvním krokem při identifikaci neznámých bakterií

• Stěny gramnegativních bakterií obsahují endotoxiny:

- jsou to součásti lipopolysacharidové vrstvy (Lipid A)

- jsou z buněčných stěn uvolňovány při rozpadu bakt. buněk

- v krvi člověka způsobují rozvrat řady biochemických pochodů

- jejich účinek mj. zvyšuje tělesnou teplotu (jsou to pyrogeny)

- masívní uvolnění endotoxinů do krve může vést ke smrti

(septický šok)

STRUKTURA BUNĚČNÝCH STĚN BAKTERIÍ

GRAMPOZITIVNÍ BAKTERIE GRAMNEGATIVNÍ BAKTERIE

Skupiny bakterií s netypickou buněčnou stěnou:

Mykobakterie

Mykoplasmy

Planktomycéty aj.

TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK - KOKY

TVARY

BAKTERIÁLNÍCH

BUNĚK:

TYČKY

TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK - VLÁKNA

TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK

- RŮZNÉ -

Vibrio

Spirila

Spirochéty,

spirosomy

TVARY BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK - AKTINOMYCÉTY

DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PŘÍČNÉ DĚLENÍ

DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PŘÍČNÉ DĚLENÍ

DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PŘÍČNÉ DĚLENÍ

DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PUČENÍ

DĚLENÍ BAKTERIÁLNÍCH BUNĚK – PUČENÍ

TVARY BAKTERIÁLNÍCH KOLONIÍ

RŮST A MNOŽENÍ BAKTERIÍ

Růst mikrobiálních kultur: silná závislost na podmínkách prostředí

Bakterie: některé druhy jsou nejrychleji rostoucími organismy na Zemi

Růst mikroorganismů v podmínkách řízených člověkem: Kultivace

Statická kultivace: jednorázový uzavřený systém (vsádkový, batch)

Kontinuální kultivace: otevřený průtokový systém

Poznámka: existuje řada špatně kultivovatelných druhů či druhů, které

(zatím) nedokážeme pěstovat v čisté kultuře

RŮST A MNOŽENÍ BAKTERIÍ

STATICKÁ KULTIVACE BAKTERIÍ

Růstová křivka bakterií

čas

log počtu

buněk

I. II. III.

IV. V.

VI.

Růstová křivka – jednotlivé fáze

1. Lagová fáze

2. Fáze zrychleného růstu

3. Exponenciální fáze (logaritmická)

4. Fáze zpomaleného růstu

5. Stacionární fáze

6. Fáze poklesu a odumírání

KONTINUÁLNÍ KULTIVACE BAKTERIÍ

Kultura

Živné médium

Míchadlo

Vzduchovací

motorek

Filtr

Regulační

zařízení

PŮSOBENÍ PROSTŘEDÍ NA BAKTERIE A ARCHAEA

Fyzikální faktory

- sucho, teplota, osmotický a hydrostatický tlak, záření

Faktory chemické povahy

- pH, kyslík, redox potenciál, protimikrobní sloučeniny,

ochranné sloučeniny

Nepříznivé působení: bakteriostatické a baktericidní

(mikrobistatické a mikrobicidní)

NEDOSTATEK VODY

tlak vodních par nad materiálem

Vodní aktivita (aw):

tlak vodních par nad destilovanou vodou

Většina bakterií: aw nad 0,9

Halofilní bakterie a archaea: aw 0,6 - 0,65

VLIV TEPLOTY

Teplotní pásma:

Psychrofilní – růstové optimum 10 - 20°C

Mesofilní – růstové optimum 30 - 40°C (35 - 37°C)

Termofilní – růstové optimum 55 - 60°C

Hypertermofilní – růstové optimum nad 80°C

OZNAČOVÁNÍ BAKTERIÍ A ARCHAEÍ PODLE

VZTAHU KE KYSLÍKU

STRIKTNĚ (OBLIGÁTNĚ) AEROBNÍ

STRIKTNĚ (OBLIGÁTNĚ) ANAEROBNÍ

FAKULTATIVNĚ ANAEROBNÍ

MIKROAEROFILNÍ

SKUPINY PROTIBAKTERIÁLNÍCH LÁTEK

Silné kyseliny a zásady

Fenol a fenolické látky

Alkoholy

Halogeny: chlór, jód

Těžké kovy

Oxidačně působící látky

Barviva

Mýdla a povrchově aktivní látky

Aldehydy

Antibiotika a chemoterapeutika

Fytoncidy a protibakteriální enzymy

Technické konzervační prostředky

ORGANICKÉ KYSELINY S PROTIMIKROBNÍM ÚČINKEM

COOH

CH3 – CH ═ CH – CH ═ CH – COOH

Kyselina sorbová

Kyselina benzoová

OH

H – COOH CH3 – CH2 – COOH CH3 – CH – COOH

Kyselina mravenčí Kyselina propionová Kyselina mléčná

PARABENY

COOC2H5

OH

Ethylester kyseliny parahydroxybenzoové (ethylparaben)

FENOLICKÉ LÁTKY

OH OH OH

CH3

Fenol Kresol o-fenylfenol

OH

CH3

Cl

p-chlor-m-kresol

OH

Cl

Cl

Cl Cl

Cl Pentachlorfenol

SLOUČENINY CHLÓRU

Cl2 – plynný chlór

ClO2 – oxid chloričitý (chlordioxid)

NaOCl – chlornan sodný

CH3

SO2N Na

Cl

Chloramin T

N N

N

O

Cl

Cl

O NaO

Sodná sůl kyseliny dichlórisokyanurové

OXIDAČNĚ PŮSOBÍCÍ LÁTKY

Peroxid vodíku

Manganistan draselný

Ozón

Kyselina peroxooctová (Persteril)

CH3 – C – O – OH

Kyselina peroxooctová

O

BARVIVA

MÝDLA A POVRCHOVĚ AKTIVNÍ LÁTKY

BARVIVA s částečným bakteriostatickým účinkem:

krystalová violeť, malachitová zeleň, akridinová barviva

POVRCHOVĚ AKTIVNÍ LÁTKY

- anionaktivní (Laurylsíran sodný: C12H25NaO4S )

- neionogenní (Tween 20, Tween 80...)

- kationaktivní (Ajatin, Septonex a řada dalších...)

DALŠÍ LÁTKY

Aldehydy: formaldehyd, glutardialdehyd

glutardialdehyd

HC – CH2 – CH2 – CH2 – CH

O O

Ethylenoxid H2C – CH2

O

Fytoncidy: allicin, allylisothiokyanatan, skořicový aldehyd,

citrusové oleje, Tea tree oil (olej z Melaleuca alternifolia)

ANTIBIOTIKA

Antibiotika: přírodní, syntetické a polosyntetické sloučeniny se selektivním účinkem, mikrobistatickým nebo mikrobicidním. Většina antibiotik jsou protibakteriální látky.

Účinek protibakteriálních antibiotik: poškozují určité struktury v buňkách

(cílová místa):

● narušují biosyntézu bakteriální buněčné stěny

peniciliny a cefalosporiny; karbapenémy: imipenem, meropenem; teikoplanin + vankomycin (působí i na proteosyntézu)

● narušují bakteriální biosyntézu bílkovin (proteosyntézu)

makrolidy: erythromycin, roxitromycin, azitromycin;

aminoglykosidy: streptomycin, gentamycin, amikacin;

tetracykliny: oxytetracyklin, doxycyklin;

linkosamidy: klindamycin, linkomycin;

● narušují bakteriální biosyntézu DNA (např. blokací DNA-gyrasy)

fluorochinolony: ofloxacin, ciprofloxacin, pefloxacin

nitroimidazoly: metronidazol

● narušují bakteriální biosyntézu RNA

rifampicin

● potlačují tvorbu tetrahydrolistové kyseliny

sulfonamidy, trimetoprim; kotrimoxazol

REZISTENCE BAKTERIÍ NA ANTIBIOTIKA

Primární rezistence: přirozená odolnost některých mikroorganismů

(existovala již před klinickým používáním ATB)

Získaná rezistence: objevuje se až po určitém čase od zavedení ATB do

klinické či veterinární praxe

Podstata rezistence bakterií:

● zamezení průniku ATB do bakteriálních buněk

● rozklad ATB bakteriálními enzymy

● aktivní vylučování ATB z bakteriálních buněk

● změna cílového místa (např. mutací)

Šíření rezistence podporují: nadměrné užívání ATB + používání některých ATB

jako růstových stimulátorů hospodářských zvířat (od r. 2007 zákaz v EU),

koncentrace nemocných, nedoléčení infekcí, AIDS a další faktory…

Polyrezistentní kmeny: např. Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus

Mechanismy získávání rezistence: kap. Genetické základy proměnlivosti baktérií

BAKTERIOCINY

● Jsou to látky vytvářené řadou gramnegativních i grampozitivních bakterií

● Jsou to látky bílkovinné povahy

● Inhibují růst jiných bakterií nebo je usmrcují (i příbuzné druhy!)

● Mechanismem účinku je perforace cytoplasmatické membrány, degradace

DNA nebo inhibice proteosyntézy

● Působí ve velmi nízkých koncentracích, jsou obvykle termostabilní a

bakteriociny gramnegativních bakterií mají obvykle velmi úzké

spektrum působnosti

● Známými G+ producenty bakteriocinů jsou např. mléčné bakterie

(Lactobacillus, Lactococcus)

● Známými G- producenty bakteriocinů jsou např. enterobakterie (E. coli)

● Jsou prakticky využitelné

● U některých bakterií došlo v průběhu evoluce k vývoji resistence vůči nim…

METABOLISMUS BAKTERIÍ A ARCHAEÍ

VÝŽIVA A ZDROJE ENERGIE BAKTERIÍ A ARCHAEÍ

ZDROJE VÝŽIVY ZDROJE ENERGIE

- zdroj uhlíku organické látky,

- CO2, organické látky anorganické látky,

- zdroj dusíku světelné záření

- NH3 a amonné soli, dusičnany

- aminokyseliny, močovina, N2

- zdroj fosforu

- zdroj dalších biogenních prvků

(vodík, kyslík, síra, vápník, hořčík)

- zdroj stopových prvků

- zdroj růstových faktorů

(aminokyselin, vitamínů, koenzymů…)

Nejběžnější vitamíny jako růstové faktory pro některé

mikroorganismy

Růstový faktor Funkce

Kyselina listová Přenos methylových skupin

Biotin Přenos karboxylových skupin, fixace

CO2, biosyntesa mastných kyselin aj.

Cyanokobalamin (vit. B12) Přenos methylových skupin,

biosyntesa deoxyribosy

Kyselina nikotinová Prekursor NAD+ a NADP+

Kyselina pantotenová

Riboflavin (vit. B2) Prekursor FAD

Thiamin (vit. B1)

Pyridoxal-pyridoxamin – skupina

(vit. B6)

Vitamin K, chinony

Hem a příbuzné tetrapyrroly Součást enzymů

ROZDĚLENÍ BAKTERIÍ A ARCHAEÍ PODLE ZDROJŮ

ENERGIE A UHLÍKU

CHEMOTROFNÍ CHEMOLITOTROFNÍ (CO2)

CHEMOORGANOTROFNÍ

FOTOTROFNÍ FOTOLITOTROFNÍ (CO2)

FOTOORGANOTROFNÍ

TRANSPORT LÁTEK PŘES BUNĚČNOU STĚNU

A CYTOPLASMATICKOU MEMBRÁNU

Průchod látek stěnou G+ bakterií

Průchod látek stěnou G- bakterií

Transport látek cytoplasmatickou membránou:

Prostá difuse

Zprostředkovaná (usnadněná) difuse

Aktivní transport (symport, antiport…)

Skupinová translokace

AKTIVNÍ TRANSPORT - I

Cytoplasmatická

membrána

Substrát

ATP

Vnitřní část buňky

AKTIVNÍ TRANSPORT - II

Cytoplasmatická

membrána

Substrát

ADP +

Vnitřní část buňky

Pi

METABOLISMUS ― ZÁKLADNÍ POJMY

Katabolismus

Anabolismus

Metabolické dráhy

Reakce exergonické a endergonické

Makroergické vazby a sloučeniny

Enzym, enzymová katalýsa

ENZYMY

Sloučeniny bílkovinné povahy, které katalysují chemické reakce v živých

systémech (mnohé enzymy však dokáží totéž i vně živých organismů!)

Enzymy: a) čistě bílkovinné enzymy (neobsahující jinou složku)

b) složené enzymy: obsahují kromě bílkoviny i nebílkovinnou složku:

- atomy kovů: Fe, Mg, Mn, Mo, Co …

- kofaktory, koenzymy, prosthetické skupiny

(NAD, NADP, FAD, hemy, PQQ, Koenzym A, thiamin, biotin aj.)

NAD: nikotinamidadenindinukleotid (oxidovaná forma)

NADH2: nikotinamidadenindinukleotid (redukovaná forma)

FAD: flavinadenindinukleotid (oxidovaná forma)

FADH2: flavinadenindinukleotid (redukovaná forma)

OBECNÉ VLASTNOSTI ENZYMŮ

● katalysují určitou specifickou reakci (reakce), tj. mají reakční specificitu

● katalysují přeměnu určitého substrátu (substrátů),

tj. mají substrátovou specificitu

● rychlost enzymové katalysy konkrétní reakce (v) je dána několika faktory:

- aktivitou daného enzymu (počtem proměn substrátu 1 molekulou enzymu

za časovou jednotku)

- afinitou daného enzymu k danému substrátu (tj. schopností vázat se s ním)

- koncentrací substrátu

- podmínkami reakce

● jejich činnost je výrazně ovlivněna podmínkami (pH, teplota, koncentrace solí…)

● pro jejich činnost je často klíčová jejich prostorová konfigurace (konformace)

● jejich tvorba nebo aktivita podléhá v živých organismech regulačním dějům

Enzymy intracelulární (cytoplasmatické)

Enzymy membránově vázané

Enzymy periplasmatické

Enzymy extracelulární

LOKALIZACE ENZYMŮ

ENERGETICKÝ METABOLISMUS

CHEMOORGANOTROFNÍCH BAKTERIÍ A ARCHAEÍ

KVAŠENÍ RESPIRAČNÍ PROCESY

- AEROBNÍ RESPIRACE

- ANAEROBNÍ RESPIRACE

PRINCIP KVAŠENÍ (KVASNÝCH PROCESŮ)

SUBSTRÁT

SUBSTRÁT

KONEČNÝ PRODUKT

ADP+ ATP

CO2

H2 (NH3 ….)

Pi

PRINCIP RESPIRACÍ (HETEROTROFNÍCH)

SUBSTRÁT

SUBSTRÁT

ADP+ ATP

CO2

(NH3 ….)

CO2

ATP

NADH2 FADH2

ATP ATP ATP

respirační řetězec

Pi

TVORBA ATP - AEROBNÍ HETEROTROFNÍ RESPIRACE

Cytoplasmatická membrána

Periplasmatický prostor

Vnitřní část buňky NADH2

NAD

FAD FADH2

ADP+ ATP

ATP-synthasa

2H+ + 2e-

+ ½ O2 H2O

+

+

+

- - - -

- -

ORGANICKÉ LÁTKY KYSLÍK

+

+

+ Buněčná stěna

Pi

TVORBA ATP - ANAEROBNÍ HETEROTROFNÍ RESPIRACE

Cytoplasmatická membrána

Periplasmatický prostor

Vnitřní část buňky

NADH2 NAD

FAD FADH2

ADP+ ATP

ATP-synthasa

2H+ + 2e-

+ NO3¯ H2O

NO2¯

+

+

+

- - - -

- -

DUSIČNANY DUSITANY, SÍRANY aj.

+

+

+ Buněčná stěna

ORGANICKÉ LÁTKY

Pi

ENERGETICKÝ METABOLISMUS

CHEMOORGANOTROFNÍCH BAKTERIÍ A ARCHAEÍ

KVAŠENÍ RESPIRAČNÍ PROCESY

- AEROBNÍ RESPIRACE

- ANAEROBNÍ RESPIRACE

AE, FAN a AN bakterie

PRINCIP NEÚPLNÝCH OXIDACÍ

SUBSTRÁT

SUBSTRÁT

NADH2 FADH2

ATP ATP

respirační řetězec

KONEČNÝ PRODUKT O2 H2O

AEROBNÍ RESPIRACE – NEÚPLNÉ OXIDACE

Oxidace etanolu na kyselinu octovou (Acetobacter aceti):

dehydrogenasa dehydrogenasa

CH3 – CH2OH CH3 – CHO CH3 – COOH

PQQ PQQH2 PQQ PQQH2

PQQ = pyrrolochinolinchinon

AEROBNÍ RESPIRACE – NEÚPLNÉ OXIDACE

Oxidace sorbitolu na L-sorbosu (Gluconobacter oxydans):

CH2OH CH2OH

H – C – OH H – C – OH

HO – C – H HO – C – H

H – C – OH H – C – OH

H – C – OH NAD NADH2 O C

CH2OH CH2OH

BIOSYNTETICKÝ METABOLISMUS CHEMOORGANOTROFŮ

Organické látky

Katabolismus

Organické kyseliny

Energetický

metabolismus

Konečné produkty

CO2 + H2O

organické látky + CO2, H2, aj.

Aminokyseliny

Nukleotidy

Monosacharidy

Mastné kyseliny

Vitamíny aj.

Proteiny, DNA, RNA, lipidy,

polysacharidy aj.

ATP

ATP

Sekundární metabolity

Anabolismus

Zdroje N, P, S, O

a jiných prvků

Esenciální aminokyseliny,

vitamíny, koenzymy aj.

OVLIVNĚNÍ BIOSYNTETICKÉHO METABOLISMU

CHARAKTEREM PROSTŘEDÍ Leuconostoc mesenteroides na

tryptonovém agaru

OVLIVNĚNÍ BIOSYNTETICKÉHO METABOLISMU

CHARAKTEREM PROSTŘEDÍ Leuconostoc mesenteroides

na tryptonovém agaru se

sacharosou

OVLIVNĚNÍ BIOSYNTETICKÉHO METABOLISMU

CHARAKTEREM PROSTŘEDÍ

Kultivace půdních bakterií

Na tlumeném světle Ve tmě

MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE BAKTERIÍ ZÁKLADNÍ POJMY

Genetická informace

- je dědičná informace o primární struktuře molekul bílkovin a RNA

- je uložena v primární struktuře molekul DNA

Struktura DNA, nukleotidy

Purinové a pyrimidinové báze (adenin, guanin, thymin, cytosin)

Kodón je trojice po sobě jdoucích nukleotidů v DNA nebo RNA (triplet)

Gen je úsek molekuly DNA, obsahující informaci týkající se

primární struktury jednoho typu řetězce bílkoviny (strukturní geny) nebo

primární struktury jednoho typu řetězce RNA (geny pro funkční RNA) nebo

je gen úsekem s regulační funkcí

Alely jsou variantami genu

Čtecí rámec

MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE BAKTERIÍ ZÁKLADNÍ POJMY

Genotyp je soubor genů (alel) konkrétní buňky (a klonu pocházejícího z ní), u mnohobuněčných organismů soubor genů u konkrétního jedince

Genom je soubor genů i nekódujících úseků DNA buňky nebo jedince

Fenotyp je soubor vlastností buňky nebo jedince (daný jejich genotypem)

Genetický kód

● je forma uložení informací v DNA

● informace se vztahují ke stavebním kamenům bílkovin - aminokyselinám

● je tvořen 64 kodóny:

60 kodónů obsahuje výhradně informaci o určité aminokyselině

2 kodóny jsou bifunkční (AUG, UGA)

2 kodóny jsou tzv. nesmyslné (ukončují translaci)

● kodóny se nepřekrývají a není mezi nimi žádná mezera

● je v zásadních vlastnostech universální (tzv. standardní genetický kód), avšak s drobnými odchylkami u některých organismů

GENETICKÝ KÓD (mRNA, 5´ → 3´)

d r u h á b á s e

U C A G

UUU - fenylalanin

UUC - fenylalanin

UUA - leucin

UUG - leucin

UCU - serin

UCC - serin

UCA - serin

UCG - serin

UAU - tyrosin

UAC - tyrosin

UAA - TERMINACE

UAG - TERMINACE

UGU - cystein

UGC - cystein

UGA - selenocystein

- TERMINACE

UGG - tryptofan

U

C

A

G

CUU - leucin

CUC - leucin

CUA - leucin

CUG - leucin

CCU - prolin

CCC - prolin

CCA - prolin

CCG - prolin

CAU - histidin

CAC - histidin

CAA - glutamin

CAG - glutamin

CGU - arginin

CGC - arginin

CGA - arginin

CGG - arginin

AUU - izoleucin

AUC - izoleucin

AUA - izoleucin

AUG - methionin, START

ACU - treonin

ACC - treonin

ACA - treonin

ACG - treonin

AAU - asparagin

AAC - asparagin

AAA - lysin

AAG - lysin

AGU - serin

AGC - serin

AGA - arginin

AGG - arginin

GUU - valin

GUC - valin

GUA - valin

GUG - valin

GCU - alanin

GCC - alanin

GCA - alanin

GCG - alanin

GAU - kys. asparagová

GAC - kys. asparagová

GAA - kys. glutamová

GAG - kys. glutamová

GGU - glycin

GGC - glycin

GGA - glycin

GGG - glycin

p r

v n

í b

á s

e

G

A

U

C

t ř

e t

í

b á

s e

U

C

A

G

U

C

A

G

U

C

A

G

ZÁKLADNÍ POJMY

Genetická informace:

► zabezpečuje přenos informací do dceřinných buněk při buněčném dělení

► umožňuje v buňkách:

● tvorbu konkrétních typů bílkovin (strukturní geny)

● tvorbu konkrétních typů ribonukleových kyselin

● regulaci některých procesů

ZÁKLADNÍ MOLEKULÁRNĚBIOLOGICKÉ PROCESY:

REPLIKACE (biosyntésa DNA)

TRANSKRIPCE (biosyntésa RNA)

TRANSLACE (biosyntésa bílkovin)

BAKTERIÁLNÍ BUŇKA

Buněčná stěna Cytoplasmatická

membrána

Periplasmatický

prostor

Bakteriální DNA Mesosom

Ribosomy Bičíky

Fimbrie, pilusy

Cytoplasma

Granule kys. poly-β-hydroxymáselné

Pouzdro,kapsule

Granule síry

Glykogen

Granule

polyfosfátů

Plynové vakuoly

REPLIKACE DNA - I

DNA – gyrasa: rozbalení DNA

Molekula DNA

ori

REPLIKACE DNA - II

T

C

3´

5´ 3´

5´

T

C

C

DNA-primasa

U

Helikasa

Topoisomerasa

DNA-polymerasa III

Replikační vidlice

REPLIKACE DNA – III (tvorba RNA-primerů)

T

C

DNA-polymerasa III

3´

5´ 3´

5´

T

C

RNA-primer

REPLIKACE DNA – IV – tvorba kopie vedoucího řetězce

a tvorba Okazakiho fragmentů

3´

5´ 3´

5´

Poznámka: Délka Okazakiho fragmentů je u bakterií cca 1000 – 2000 nukleotidů

Vedoucí řetězec

Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty

T T A G A G T C A G G

REPLIKACE DNA – V

3´

5´ 3´

5´

Vedoucí řetězec

Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty

DNA-polymerasa I

DNA-ligasa

T T A G A G T C A G G

T C T C G

REPLIKACE DNA – VI

3´

5´ 3´

5´

T T A G A G T C A G G

Vedoucí řetězec

Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty

T C T C G T C C A A

REPLIKACE DNA – SUMMARY

Replikace probíhá tzv. semikonzervativním mechanismem

tj. každý z obou řetězců DNA je předlohou (matricí) pro tvorbu nového řetězce, s nímž pak tvoří kompletní dvoušroubovici

Replikace probíhá po rozvolnění dvoušroubovice

Replikace jednoho z řetězců probíhá v replikačním oku nepřetržitě zatímco replikace druhého řetězce probíhá postupně, po částech zvaných Okazakiho fragmenty

Průběh replikace řídí sada enzymů

Vlastní tvorbu DNA zabezpečují DNA-polymerasy, které katalysují připojování nukleotidů k primerům dle principu komplementarity básí s básemi matricového řetězce

Replikační oko postupuje po molekule DNA a postupně ji tak zdvojí

BIOSYNTÉSA RNA - TRANSKRIPCE

Formy RNA vznikající transkripcí a posttranskripčními úpravami:

● Mediátorové RNA (messenger-RNA, mRNA): obsahují přepis informací ze strukturních genů

● Ribosomové RNA (rRNA): tvoří spolu s proteiny ribosomy a účastní se translace

● Transferové RNA (tRNA): účastní se translace přenosem aminokyselin k ribosomům

BIOSYNTÉSA RNA - TRANSKRIPCE

DNA

3´

3´

5´

5´

RNA

RNA-polymerasa Negativní řetězec

Pozitivní řetězec +1

BIOSYNTÉSA mRNA – TRANSKRIPCE – OPERON

Vedoucí sekvence

se sekvencí

Shine-Dalgarno

Strukturní gen A Strukturní gen B Strukturní gen C

Koncová

sekvence

DNA:

mRNA:

Promotor (Operátor) Vedoucí sekvence

se sekvencí

Shine-Dalgarno

Strukturní gen A Strukturní gen B Strukturní gen C

Terminátor

+1

BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN - TRANSLACE

Místo děje: ribosomy

Hrají: 20(21) standardních aminokyselin (vázané na tRNA)

Vedoucí výroby: ATP, GTP

Scénář: DNA, mRNA

Režie: AA-tRNA syntetasy, iniciační, elongační a terminační faktory

Malá podjednotka 30S

Velká podjednotka 50S

A

P

E

A – aminokyselinové vazebné místo

P – peptidylové vazebné místo

E – výstupní místo pro tRNA

Vazebné místo pro mRNA

Transferová RNA

– schema

Aktivace aminokyselin = jejich vazba na molekuly tRNA

(katalysují AA-tRNA syntetasy)

Antikodonové

rameno

Antikodón

Antikodón je komplementární kodónu

pro danou aminokyselinu na mRNA

AMK

Aminokyselinové

rameno

BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN – TRANSLACE – INICIACE I

A G G A A U G C C A

mRNA

Shine-Dalgarno

fMet

A

P

E

!!! Nutná přítomnost iniciačních

faktorů IF1, IF2 a IF3

3´

TRANSLACE – INICIACE II

E

A G G A A U G C C A

mRNA

A

fMet

TRANSLACE – ELONGACE I

E

A G G A A U G C C A

mRNA

fMet Pro

!!! Nutná přítomnost

elongačních faktorů

EF-G a EF-T

TRANSLACE – ELONGACE II

E

A G G A A U G C C A

mRNA

fMet Pro

EF-G EF-T

Tvorbu peptidické vazby katalysuje peptidyltransferasa

vázaná v P- místě velké podjednotky ribosomu

E

A G G A A U G C C A

mRNA

fMet

Pro

TRANSLACE – ELONGACE III

EF-G EF-T

mRNA

fMet

Pro

E A

TRANSLACE – ELONGACE IV

EF-G EF-T

A U G C C A A C U A G G A

fMet

Pro

Translokace ribosomu o 1 kodón (3 nukleotidy)

mRNA

fMet

Pro

E

TRANSLACE – ELONGACE V

EF-G EF-T

A U G C C A A C U A G G A

fMet

Pro Thr

mRNA

fMet

Pro

E

TRANSLACE – ELONGACE VI

EF-G EF-T

A U G C C A A C U A G G A

fMet

Pro Thr

mRNA

fMet

Pro

E

TRANSLACE – ELONGACE VII

EF-G EF-T

A U G C C A A C U A G G A

fMet

Pro

Thr

mRNA

Pro

E A

TRANSLACE – ELONGACE VIII

EF-G EF-T

C C A A C U G G C

fMet

Pro

Thr

Translokace ribosomu o 1 kodón (3 nukleotidy)

mRNA

E A

TRANSLACE – TERMINACE I

Thr

Ala

Arg

Lys

C G A A A A U A A

!!! Nutná přítomnost

terminačních faktorů

R1 R2 R3

Nesmyslný kodón

fMet

mRNA

E A

TRANSLACE – TERMINACE II

C G A A A A U A A

Nesmyslný kodón

mRNA

TRANSLACE – TERMINACE III

TRANSLACE - BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN - SUMMARY

Translace probíhá na ribosomech, podle informace obsažené v řetězcích mRNA

Podjednotky ribosomů obsahují dvě důležitá vazebná místa pro molekuly tRNA

Translace začíná vždy iniciačním kodonem, kódujícím formylovaný methionin

Jednotlivé molekuly tRNA s aminokyselinami postupně přistupují na

aminokyselinové vazebné místo, jehož specifita je stejně postupně

definována jednotlivými kodony mRNA. Klíčovou roli má antikodon tRNA.

Narůstající peptidický (bílkovinný) řetězec je tvořen katalytickým účinkem

peptidyltransferasy peptidylového vazebného místa

Ukončení tvorby bílkovinného řetězce nastává při výskytu nesmyslného

kodonu na mRNA

Celý proces translace je řízen bílkovinnými molekulami, zvanými iniciační,

elongační a terminační faktory

POSTRANSLAČNÍ PROCESY

Úprava polypeptidových řetězců po translaci:

● spontánní vytváření sekundární, terciární a kvartérní struktury

● vytváření sekundární, terciární a kvartérní struktury za pomoci chaperonů

VÝZNAM TVORBY BÍLKOVIN V BUŇKÁCH

Bílkoviny (proteiny, polypeptidy) mají v buňkách všech organismů klíčovou

roli:

● jako stavební a strukturní součásti buněk

● jako enzymy

● jako regulační a řídící sloučeniny

MUTACE

Jsou to změny bakteriální DNA, ke kterým dochází před replikací DNA nebo

během ní.

Bodové mutace jsou změny týkající se jediného nukleotidu:

- záměna nukleotidu za jiný

- vypuštění (ztráta, delece) nukleotidu

- vložení (inserce) nukleotidu

Frekvence bodových mutací jsou za „normálních“ podmínek velmi nízké, ale

výrazně jsou zvyšovány účinkem mutagenních látek nebo záření.

Spontánní mutace: vznikají účinkem vlastních buněčných procesů nebo

buněčných sloučenin (např. reaktivních forem kyslíku)

Indukované mutace: vznikají účinkem vnějšího mutagenního faktoru a

přetížením buněčných opravných mechanismů

Opravné (reparační) mechanismy: běžně opravují řadu bodových mutací, navíc jsou

schopny i jistých oprav škod po mutagenních faktorech.

- Světelná reaktivace: oprava thyminových dimerů (způsobených UV-zářením)

- Excisní oprava: „vystřižení“ nesprávných úseků DNA a jejich nahrazení

GGA TGA CGA GGA TGA ATG ATG (DNA, negativní řetězec)

Pro Thr Ala Pro Thr Tyr Tyr (bílkovina)

MUTACE – DŮSLEDEK BODOVÝCH MUTACÍ

↓

Záměna nukleotidu

GGA TGA CCA GGA TGA ATG ATG (DNA, negativní řetězec)

Pro Thr Gly Pro Thr Tyr Tyr (bílkovina)

3´

3´ 5´

5´

GGA TGA CGA GGA TGA ATG ATG (DNA, negativní řet.)

Pro Thr Ala Pro Thr Tyr Tyr (bílkovina)

MUTACE – DŮSLEDEK BODOVÝCH MUTACÍ

↓

Delece nukleotidu

GGA TGA CGG GAT GAA TGA TG. (DNA, negativní řet.)

Pro Thr Ala Leu Leu Thr Thr (bílkovina)

CROSSING – OVER (I)

Je to výměna částí (segmentů) mezi dvěma molekulami DNA. Části však

musí být homologní. Příklad:

DNA

Bakteriální buňka

Plasmid

CROSSING – OVER (II)

DNA

Bakteriální buňka

Plasmid

Mechanismy regulace tvorby enzymů:

● enzymová indukce (regulace enzymů katabolických drah)

● katabolická represe (regulace enzymů katabolických drah)

● enzymová represe (regulace enzymů anabolických drah)

Rozdělení enzymů dle jejich přítomnosti v bakteriálních buňkách:

● enzymy konstitutivní (trvale přítomny v relativně stálé koncentraci)

● enzymy inducibilní

Enzymová indukce

Způsob regulace tvorby inducibilních enzymů. Tyto enzymy jsou v bakteriálních buňkách trvale přítomny v nepatrných koncentracích, ale ty jsou výrazně zvyšovány tehdy, dostanou-li se bakteriální buňky do kontaktu s určitými látkami (induktory).

REGULACE BIOSYNTÉSY BÍLKOVIN

Mechanismy regulace tvorby enzymů u bakterií:

● enzymová indukce:

substráty nebo jejich metabolity vyvolávají tvorbu katabolických enzymů potřebných pro jejich rozklad

● katabolická represe:

některé substráty (např. glukosa) dokáží potlačit indukci enzymů potřebných pro rozklad jiných přítomných substrátů

● enzymová represe:

konečné metabolity biosyntetických drah zastavují tvorbu anabolických enzymů potřebných k jejich produkci

VŠECHNY TYTO DĚJE SE USKUTEČŇUJÍ REGULACÍ

TRANSKRIPCE PŘÍSLUŠNÝCH GENŮ

REGULACE BIOSYNTÉSY BÍLKOVIN

GENETICKÉ ZÁKLADY PROMĚNLIVOSTI

BAKTERIÍ

ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI VIRŮ A FÁGŮ

Viry – nebuněčné částice složené z

- 1 molekuly nukleové kyseliny (DNA nebo RNA)

- bílkovinného obalu (kapsidu)

- případně M-proteinu a membránového fosfolipidového obalu s

glykoproteiny (tzv. obalené viry)

Striktní parazité bakteriálních, rostlinných nebo živočišných buněk. Virová částice

schopná infikovat buňky se označuje jako virion.

Bakteriální viry = bakteriofágy

Velikost virů se pohybuje od cca 20 nm (parvoviry) po stovky nm. Lidské poxviry mají

tvar kvádru o rozměrech cca 260 x 260 x 450 nm.

PŘÍKLADY ŽIVOČIŠNÝCH VIRŮ

Lidské rotaviry

Chřipkové viry -

Orthomyxoviry

BAKTERIÁLNÍ VIRY - BAKTERIOFÁGY

Bakteriofág T4

Adsorpce fága na povrch citlivé bakteriální buňky

LYTICKÁ INFEKCE - I

Jaderná DNA

LYTICKÁ INFEKCE - II

Jaderná DNA

LYTICKÁ INFEKCE - III

Jaderná DNA

LYTICKÁ INFEKCE - IV

Jaderná DNA

LYTICKÁ INFEKCE - V

Jaderná DNA

LYTICKÁ INFEKCE - VI

Jaderná DNA

LYTICKÁ INFEKCE - VII

Fragmenty DNA

LYTICKÁ INFEKCE - VIII

Fragmenty DNA

LYZOGENNÍ INFEKCE TEMPEROVANÝM FÁGEM - I

Jaderná DNA

LYZOGENNÍ INFEKCE TEMPEROVANÝM FÁGEM - II

Jaderná DNA

Profág (provirus)

LYSOGENNÍ KONVERSE

Je změna vlastností bakteriálních buněk vyvolaná přítomností profága.

Příklady:

Corynebacterium diphteriae + β fág (tvorba záškrtového toxinu)

Escherichia coli – tvorba verotoxinu

Salmonella sp.

Staphylococcus aureus

Ps. aeruginosa

Léčebné využití bakteriofágů….???

ZÁKLADNÍ MECHANISMY PŘENOSU VLASTNOSTÍ

MEZI BAKTERIEMI

► KONJUGACE:

přenos genů prostřednictvím plasmidů

► TRANSDUKCE:

přenos genůprostřednictvím virů

► TRANSFORMACE:

přenos genů volnou DNA

Obecné vlastnosti plasmidů

► Jsou to malé molekuly DNA

► Jsou obvykle ve tvaru kruhové dvoušroubovice, méně často lineární

► Jsou nezávislé na jaderné DNA a jsou replikovány samostatně

► Vyskytují se jen v některých bakteriálních buňkách

► Nesou genetické informace, které nejsou obvykle pro danou

bakteriální buňku nezbytné, ale které jí v určitém prostředí

poskytují určitou výhodu

► Plasmidy jsou replikovány rychleji než jaderná DNA, takže někdy jich

může být v buňce více molekul

► Je popsána celá řada plasmidů, nesoucích různé geny

► Bakteriální buňky ve mohou stresových situacích plasmidy ztratit

► Plasmidy buňku při růstu a množení určitým způsobem zatěžují

(zejména ty větší z nich)

KONJUGACE –

přenos genů pomocí konjugativního plasmidu

DNA j. F

KONJUGACE –

přenos genů pomocí konjugativního plasmidu

DNA j. F

KONJUGACE –

přenos genů pomocí konjugativního plasmidu

DNA j. F

F

KONJUGACE –

přenos genů pomocí konjugativního plasmidu

DNA j. F

F

KONJUGACE –

přenos genů pomocí konjugativního plasmidu

DNA j. F

KONJUGACE –

přenos genů pomocí konjugativního plasmidu

DNA j. F

F

F F

F

EPIZOMÁLNÍ PLASMIDY

DNA j.

DNA j.

KONJUGACE EPIZOMÁLNÍM PLASMIDEM - I

DNA j.

KONJUGACE EPIZOMÁLNÍM PLASMIDEM - II

DNA j.

KONJUGACE EPIZOMÁLNÍM PLASMIDEM - III

DNA j.

Může následovat crossing-over s určitou částí jaderné DNA

VLASTNOSTI BAKTERIÍ KÓDOVANÉ PLASMIDY

Rezistence vůči některým antibiotikům

Produkce antibiotik (např. r. Streptomyces)

Produkce toxinů

Schopnost symbiosy s vikvovitými rostlinami: r. Rhizobium a příbuzné rody

Rezistence vůči těžkým kovům: rtuti, kadmiu, stříbru, antimonu, olovu,

chromu, kobaltu, teluru aj. (Pseudomonas, Staphylococcus)

Rozklad a využití některých jinak nerozložitelných nebo toxických látek:

je známa celá řada tzv. degradačních plasmidů

TRANSDUKCE - I

Jaderná DNA

TRANSDUKCE - II

Fragmenty DNA

TRANSDUKCE - III

Jaderná DNA

TRANSDUKCE - IV

Jaderná DNA

Může následovat crossing-over s určitou částí jaderné DNA

ZÁKLADNÍ MECHANISMY PŘENOSU VLASTNOSTÍ

MEZI BAKTERIEMI

TRANSFORMACE:

přenos vlastností volnou DNA

(malými fragmenty DNA)

TRANSFORMACE - I

TRANSFORMACE - II

Crossing-over

TRANSFORMACE - III

INSERČNÍ A TRANSPOZIČNÍ ELEMENTY

(TRANSPOZONY)

Inserční elementy (IS elementy) jsou kratší, neobsahují žádné známé geny a jejich

umístění na DNA se může často měnit.

Transpozony jsou rovněž mobilní úseky, avšak nesou i genetickou informaci (gen)

- Tvoří pravidelnou součást genomu prokaryot i eukaryot (až 50% genomu !)

- Jsou zodpovědné za přestavby chromozomů nebo plazmidů (tvoří "přenosné"

úseky homologie, podmiňující homologní rekombinace)

- Navozují mutace genů

- Přenášejí nové znaky mezi organismy (včetně horizontálního přenosu genů)

Základní typy transpozonů a jejich klasifikace:

DNA-transpozony

Transpozony „cut and paste“ (u prokaryot i eukaryot) – vyčlení se z původního místa a začleňují se do

nového

Replikativní transpozony (prokaryota) – během transpozice se replikují (jedna kopie zůstává v původním

místě, druhá se objeví v novém místě

Konjugativní transpozony (bakterie)

Retropozony - retrony (bakterie)

PŘEHLAD HLAVNÍCH BAKTERIÁLNÍCH

SKUPIN

TAXONOMIE BAKTERIÍ, NÁZVOSLOVÍ

Doména BACTERIA (EUBACTERIA)

Kmen Proteobacteria

Třída Gammaproteobacteria

Řád Enterobacteriales

Čeleď Enterobacteriaceae

Rod Escherichia (Enterobacter, Salmonella, Citrobacter, Proteus…..)

Druh Escherichia coli (Escherichia vulneris, Escherichia hermanii aj.)

TAXONOMIE BAKTERIÍ, NÁZVOSLOVÍ

„FYSIOLOGICKÉ SKUPINY“ BAKTERIÍ

Grampozitivní bakterie:

G+ koky

G+ sporulující tyčky

G+ pravidelné nesporulující tyčky

G+ nepravidelné tyčky

Aktinomycéty

Gramnegativní bakterie:

G- fakultativně anaerobní tyčky (fermentující)

G- aerobní tyčky a koky (nefermentující)

Bakterie s klouzavým pohybem

Bakterie s výběžky

Fototrofní bakterie

Poznámka: Jde o starší, většinou zcela zastaralé třídění nejběžnějších bakterií.

KMENY BAKTERIÍ (dnes 20 kmenů)

Actinobacteria

Aquificae

Bacteroidetes/Chlorobi

Chlamydiae/Verrucomicrobia

Chloroflexi

Chrysiogenetes

Cyanobacteria

Defferibacteres

Deinococcus-Thermus

Dictyoglomi

Poznámka: Vedle bakterií zařazených do uvedených kmenů existuje rozsáhlá řada

nezařazených kultur a také řada nezařazených nekultivovaných bakterií

Fibrobacteres/Acidobacteria

Firmicutes

Fusobacteria

Gemmatimonadetes

Nitrospirae

Planctomycetes

Proteobacteria

Spirochaetes

Thermodesulfobacteria

Thermomicrobia

Thermotogae

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - I

Kmen ACTINOBACTERIA

Actinobacteria - Grampozitivní bakterie s vysokým podílem G + C v DNA

Koryneformní tyčky: Corynebacterium

Gordonie: Gordonia

Mykobakterie: Mycobacterium

(M. tuberculosis, M. leprae, atypická mykobakteria)

Nokardie: Nocardia, Rhodococcus

Mikrokoky: Micrococcus, Kocuria

Propionibaktérie: Propionibacterium, Microlunatus (M. phosphorovorus)

Aktinomycéty: Streptomyces

Bifidobaktérie: Bifidobacterium

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY – II

Kmen Bacteroidetes/Chlorobi

Rody: Bacteroides

Flavobacterium

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY – III

Kmen CYANOBACTERIA

Cyanobacteria (Sinice) – fototrofní bakterie produkující kyslík

Rody:

Chroococcus

Anabaena

Nostoc

Oscillatoria

Spirulina

Pleurocapsa

Pseudocapsa

Phormidium

CYANOBACTERIA a CYANOTOXINY

CYANOTOXINY – intracelulární i extracelulární toxiny produkované sinicemi

- jsou toxičtější než kurare, strychnin či kobří jed

- nejzávažnější producenti: Microcystis sp., Planctothrix sp., Anabaena sp.

- nejvíce mohou být zasaženy mělké eutrofizované vody stojaté a také

pomalu tekoucí vody

- alkaloidy, peptidy, proteolipidy, lipopolysacharidy...

Účinky:

neurotoxické, hepatotoxické, cytotoxické, embryotoxické, genotoxické a

mutagenní, dermatotoxické, imunotoxické a imunomodulační

TPF (Tumor promoting factors)

Nejvýznamnější:

Anatoxiny, Saxitoxin, Tetrodotoxin, Cylindrospermopsin, Nodularin, Microcystiny...

Ochrana proti průniku cyanotoxinů do pitných vod: - sledování biomasy sinic a řas ve zdrojích

- sledování microcystinů v biomase sinic i v surové vodě

- modifikace vodárenských technologií

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - IV

Kmen FIRMICUTES

Firmicutes - Grampozitivní bakterie s nízkým podílem G + C v DNA

Bacily : Bacillus + řada příbuzných rodů

(B. cereus, B. anthracis, B. licheniformis, B. polymyxa aj.)

Listeria, Staphylococcus (S. aureus)

Thermoactinomyces

Lactobacily: Lactobacillus, Lactococcus, Enterococcus

Streptococcus, Leuconostoc

Klostridia: Clostridium (C. perfringens, C. botulinum C. tetani,

C. difficile aj.)

Desulfotomaculum

Mykoplasmy: Mycoplasma

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - V

Kmen PROTEOBACTERIA

Proteobacteria - Gramnegativní bakterie pocházející z purpurových bakterií

Alphaproteobacteria

Betaproteobacteria

Gammaproteobacteria

Deltaproteobacteria

Epsilonproteobacteria

Alphaproteobacteria

Rhizobakterie: Rhizobium, Agrobacterium, methylotrofní bakterie

Sfingomonády: Sphingomonas

Betaproteobacteria

Burkholderia, Ralstonia, Comamonas

Sphaerotillus, Spirillum,

Neisseria

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VI

Kmen PROTEOBACTERIA

Gammaproteobacteria

Enterobakterie - čeleď Enterobacteriaceae

Escherichia (E. coli), Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella,

Proteus, Salmonella, Shigella, Yersinia + řada dalších

Koliformní bakterie: rody enterobakterií rozkládající laktosu

Pseudomonády - čeleď Pseudomonadaceae

Pseudomonas (Ps. aeruginosa, Ps. putida aj.)

Acinetobacter, Azotobacter

Legionely: Legionella pneumophila

Methylotrofní bakterie: Methylococcus a jiné

Thiotricha: Beggiatoa, Thiothrix

Vibria: Vibrio, Photobacterium

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VII

Kmen PROTEOBACTERIA

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VIII

Kmen PROTEOBACTERIA

Deltaproteobacteria

Myxobakterie, myxokoky

Desulfurikační baktérie (Desulfovibrio a další)

Epsilonproteobacteria

Campylobacter, Helicobacter

NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - IX

Kmen SPIROCHETES

Spirochetes (Spirochéty) – Gramnegativní bakterie šroubovitého tvaru

Borrelia, Leptospira, Spirochaeta

VÝSKYT BAKTERIÍ V PROSTŘEDÍ BAKTERIE VE VODÁCH

Typy limitů:

Mezní hodnota: její překročení obvykle nepředstavuje akutní zdravotní riziko

(MH)

Nejvyšší mezní hodnota: její překročení vylučuje použití vody jako pitné

(NMH)

Doporučené hodnoty

(DH)

Požadavky na mikrobiologické ukazatele pitných a teplých vod

VYHLÁŠKA č. 252 / 2004

+ novelizace 2005, 2006

1. Pitná voda

Mikroskopický obraz:

Abioseston

Počet organismů: MH 50 jed. / ml * poznámka

Počet živých organismů MH 0 jed. / ml * poznámka

VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005

1. Pitná voda - pokračování

Clostridium perfringens MH 0 / 100 ml * poznámka

Enterokoky NMH 0 / 100 ml

NMH 0 / 250 ml balená pitná voda

Escherichia coli NMH 0 / 100 ml

0 / 250 ml balená pitná voda

Koliformní bakterie MH 0 / 100 ml

Počty kolonií při 22°C MH 200 / ml

MH 500 / ml náhradní zásob. + malé zdroje

NMH 500 / ml balená pitná voda

Počty kolonií při 36°C MH 100 / ml

MH 100 / ml náhradní zásob. + malé zdroje

NMH 20 / ml balená pitná voda

Pseudomonas aeruginosa NMH 0 / 250 ml balená pitná voda

Z chemických ukazatelů:

Microcystin LR NMH 1 µg / l * poznámka

VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006

2. Teplá voda

Legionely MH 100 / 100 ml nemocnice apod.

0 / 50 ml oddělení sn.im.

DH 100 / 100 ml ostatní

Počty kolonií při 36°C MH 200 / ml

VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006

2. Teplá voda vyráběná z individuálního zdroje pro účely osobní

hygieny zaměstnanců

Atypická mykobakteria 0 / 100 ml

Escherichia coli 0 / 100 ml

Pseudomonas aeruginosa 0 / 100 ml

Staphylococcus aureus 0 / 100 ml

Legionely 100 / 100 ml *

Počet kolonií při 36°C 200 / ml

VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006

PODMÍNKY ŠÍŘENÍ MIKROBIÁLNÍCH NÁKAZ

Původce: konkrétní mikrobiální druh nebo kultura (infekční agens)

Patogenita původce: schopnost určitého druhu vyvolat onemocnění. Virulence: stupeň patogenity konkrétní kultury, vyjadřuje míru závažnosti onemocnění.

Rezervoár: souhrn všech možných trvalých zdrojů daného mikroorganismu

Vylučování z rezervoáru a cesty šíření: různé způsoby dle charakteru infekčního činitele.

Přímý přenos: je nutný přímý kontakt se zdrojem nebo s nakaženým člověkem

Nepřímý přenos: vektorem přenosu jsou potraviny, voda, vzduch, předměty či hmyz.

Vstup do organismu: potravou, porušenou či neporušenou kůží, dýchacími cestami, sliznicemi, apod.

Vnímavost: náchylnost jedince nebo celého druhu k určité infekci.

Faktory patogenity

Jednotlivé druhy patogenních (a podmíněně patogenních) druhů mikroorganismů jsou charakteristické určitou škálou schopností, které jim umožňují infikovat tkáně živočichů.

Jde např. o tyto schopnosti:

- tvorba mikrobiálních enzymů a jejich vylučování (narušení tkání)

- tvorba mikrobiálních metabolitů (dráždění, narušení tkání…)

- adherence buněk mikroorganismů na živočišné buňky

- tvorba biofilmu

- průnik do živočišných buněk

(tzv. intracelulární parazité, např. chlamydie, mykoplasmy apod.)

EUKARYOTICKÉ MIKROORGANISMY

ZÁKLADNÍ GENETICKÉ ZNAKY EUKÁRIÍ

Přeměna chromatinu v chromosomy a naopak

Přítomnost mnohonásobně se opakujících sekvencí

Výskyt genových rodin

Délka genů

Existence intronů a exonů

HOUBY - FUNGI

Jedno- i mnohobuněčné eukaryotické heterotrofní organismy:

saprofytické

endofytické

parazitické

Většinou aerobní, mnohobuněční zástupci tvoří mycélia. Často

symbiosa s rostlinami.

Rozmnožování nepohlavní i pohlavní (dle skupin).

TŘÍDĚNÍ HUB – praktické hledisko

HOUBY - FUNGI

MIKROMYCÉTY MAKROMYCÉTY

KVASINKY

VLÁKNITÉ MIKROSKOPICKÉ HOUBY

(PLÍSNĚ)

TŘÍDĚNÍ HUB – vědecké

Chytridiomycota

Microsporidia

Glomeromycota

(Zygomycota): vláknité plísně s neseptovaným nebo nepravidelně septovaným mycéliem

Ascomycota: ● kvasinkovité organismy (Endomycetes, Hemiascomycetes)

● houby vřeckovýtrusné (Ascomycetes)

● houby nedokonalé (Deuteromycetes)

Basidiomycota (houby stopkovýtrusné):

● sněti a rzi

● rouškaté, lupenité a hřibovité houby

MIKROMYCÉTY – KVASINKOVITÉ ORGANISMY

MIKROMYCÉTY – KVASINKOVITÉ ORGANISMY

Významné druhy kvasinek:

Saccharomyces cerevisiae

Candida utilis

Yarrowia lipolytica

Candida albicans

MIKROMYCÉTY – VLÁKNITÉ MIKROSKOPICKÉ HOUBY

III

Významné rody a druhy:

Aspergillus

Aspergillus niger, A. oryzae, A. flavus

Penicillium

P. notatum, P. chrysogenum, P. candidum

Botrytis cinerea

Mucor

Mucor miehei

Rhizopus

Rhizopus nigricans

MIKROMYCÉTY – VLÁKNITÉ MIKROSKOPICKÉ HOUBY

PLÍSNĚ

MYKOTOXINY:

Aflatoxiny

Ochratoxiny

Trichotecény

Zearalenony

Patulin

Kyselina cyklopiazonová

Citreoviridin

a mnohé jiné….!!!

MYKOTOXINY

MYKOTOXINY

Eukaryotické

mikroorganismy

(„PRVOCI“)

PATOGENNÍ PRVOCI I

Cryptosporidium sp.

Parazitují ve střevním traktu živočichů (v tenkém střevě)

Průjmové onemocnění, léčba (zatím) neexistuje

Závažné onemocnění u imunodeficientních osob (hrozba smrti)

Může pronikat do pitné vody

Velikost oocyst cca 5 µm

- existuje řada dalších druhů kryptosporidií - kryptosporidie jsou značně odolné vůči desinfekčním látkám

PATOGENNÍ PRVOCI II

Giardia lamblia

PATOGENNÍ PRVOCI III

PATOGENNÍ PRVOCI IV

• Toxoplasma gondii

• Plasmodium sp.

• Trypanosoma gambiense

Toxoplasma gondii

- parazit kočkovitých šelem

- mezihostitel: ptáci a savci včetně člověka

- toxoplasmosa: akutní i chronická

- závažná u těhotných žen

(poškození plodu)

- závažná u osob s imunodeficiencí

Plasmodium sp.

- původce malárií

Plasmodium falciparum

Plasmodium vivax

Plasmodium ovale

Plasmodium malariae

PRIONY

Nejde o mikroorganismy, ale o infekční bílkovinné částice.

Vznikají přeměnou některých normálních savčích bílkovin mozkové tkáně

(např. u BSE je to membránový glykoprotein neuronů a gliových buněk, označovaný Prpc).

Změněná molekula má schopnost navodit tutéž změnu u molekuly sousední

(řetězovou reakcí tak postupně dochází k degenerativním změnám v tkáni…).

Jejich přenos na druhého jedince se uskutečňuje orální cestou.

Priony jsou odolné vůči žaludeční kyselině i trávicím enzymům a zřejmě

mohou být vstřebány do krevního oběhu.

Jsou odolné i vůči obvyklým sterilizačním technikám a desinfekčním

prostředkům v běžných koncentracích.

Způsobují BSE, scrapie a některé další nemoci zvířat, u lidí kuru a nvCJD

(nová varianta Creutzfeldt-Jakobovy choroby).