Embed Size (px)
Citation preview
Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316
Materiály k přednáškám z předmětu Mikrobiologie a virologie – část mikrobiologie
BOT/MVP a BOT/MVPX
Katedra botaniky PřF UP v Olomouci
RNDr. Barbora Mieslerová, Ph.D. Doc. RNDr. Michaela Sedlářová, Ph.D.
VERZE LS 2010/2011
Byly inovovány v rámci projektu:
Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru
botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316
Rozmnožování bakterií
- nepohlavní 1/ dělení mateřská b. septum b. dceřiné 2/ pučení mateřská b. pupen b. dceřiné 3/ endospory (u čel. Bacillaceae; morfologie: bacilární, clostridiální, plektridiální) Bakteriální buňka - kolonie - buněčný klon
RŮST A ROZMNOŽOVÁNÍ BAKTERIÍ
Zvláštním způsobem je například vytváření více než jedné spory, čímž se ze sporulace stává de facto rozmnožování
Rozmnožování bakterií
- pohlavní – nebylo pozorováno, rekombinace chromozomů procesy: 1/ konjugace – sex-fimbrie, dva jedinci se spojí úzkým můstkem a dojde k přesunu plazmidové DNA z buňky donorové do buňky recipientní - vždy jednosměrný přesun, např. Streptococcus 2/ transformace – vnesení čisté DNA z okolí, využití v genovém inženýrství 3/ transdukce – část nového chromozomu vnášena bakteriofágem 4/ transpozony – úseky DNA, které se mohou přemístit z místa na chromozomu do plasmidu, který může být přenesen konjugací do jiných buněk
KONJUGACE - vstup části chromozómu nebo celý chromozóm donorového kmene do recipientního kmene pomocí konjugačního můstku. Vždy je to jednosměrný proces.
TRANSDUKCE – část chromozómu donorové buňky přenáší do recipientní buňky bakteriofág
TRANSFORMACE – přenos genetické informace do recipientních buněk prostřednictvím DNA z buněk donora.
Buněčný cyklus = replikace chromozómu - počátek – připojení chromozómu k cytoplazmatické membráně, mesozómu v místě replikace, přítomnost enzymů –polymerázy a ligázy - vlastní replikace - dvojitá šroubovice DNA se rozvíjí - vlastní replikace chromozómu - ukončení replikace – komplementární vlákna se spojí ligázou do kruhu, chromozóm se oddělí
Buněčný cyklus Ukončení replikačního cyklu a rozdělení chromozómu je nezbytné pro tvorbu transverzálního septa
Vývoj septa v mat. b. – vchlípení komplexu cytoplazmatická membrána – peptidoglykanová vrstva - postupně vyplnění materiálem buněčné stěny
Grampozitivní (G+) – BS vzniká Gramnegativní (G-) – současně s vchlípením oba procesy probíhají cytoplazmatické membrány postupně za sebou
Růstová křivka 1. Lag fáze – buňky se nemnoží, adaptují, tvoří enzymy, syntetizují buněčné složky 2. Fáze zrychleného růstu - b. se množí s narůstající rychlostí dělení, zvyšuje se intenzita b. metabolismu 3. Fáze logaritmická, exponenciální – intenzívní množení b., počet b. narůstá geometrickou řadou, rychlost dělení konstantní, aktivní b. metabolismus, metabolické produkty, úbytek b. odumíráním v poměru k přírůstku b. je minimální 4. Fáze zpomaleného růstu – rychlost dělení se snižuje, narůstá počet odumírajících b., vyčerpání živin, hromadění metabolitů /toxických l./ 5. Fáze stacionární – nepříznivé změny - počet odumírajících b. se vyrovnává s b. v přírůstku, rychlost dělení - nulové hodnoty, množství b. maximální 6. Fáze poklesu, zrychleného odumírání – úbytek b. převažuje nad přírůstkem, rychlost dělení klesá pod nulovou hodnotu, hromadné odumírání buněk
MNOŽENÍ BAKTERIÍ
1. Statická kultivace – za statických podmínek 2. Kontinuální kultivace – v průtokovém prostředí Add 1. Statická kultivace - ucelený, uzavřený systém - složení a vlastnosti prostředí se mění činností bakterií - faktory limitující růst b.: vyčerpání živin, hromadění metabolitů, fyz.-ch. změny - množení probíhá ve fázi vzestupu a poklesu = růstovou křivkou - v závislosti na čase
Add 2. Kontinuální kultivace
- ustálený stav, dynamická rovnováha, systém bakterie-prostředí otevřený - nemění se koncentrace živin - nemění se počet buněk, hustota - nemění se objem média
PRINCIP - plynulý přívod živin – čerstvé prostředí, odtok využitých látek - rychlost průtoku – rychlost přírůstku nových buněk - úbytku buněk vyplavením - počet buněk v kultivátoru konstantní - ustálený stav CHEMOSTAT – externí způsob regulace - změna v koncentraci substrátu v prostředí - hustota buněk je regulována limit. složkou média - regulace rychlosti průtoku prostředí - změna rychlosti průtoku–změna koncentrace živin-změna rychlosti množení buněk - rychlý průtok- zvýšená koncentrace živin- zrychlení množení b. TURBIDOSTAT – interní způsob regulace - průtok živin se řídí hustotou buněk - po dosažení horní hranice hustoty buněk se zvýší rychlost průtoku - úbytek buněk vyplavením
Bioreaktory
SYNCHRONNÍ MNOŽENÍ BAKTERIÍ - přirozené dělení buněk neprobíhá stejně rychle, kultura buněk není homogenní PRINCIP SYNCHRONIZACE - buňkám se zabrání v dělení! - mohou růst! - uskutečňují biosyntézu - připravují se k dělení NAVOZENÍ 1/ metoda chladového šoku - snížená teplota kultivace na určitou dobu 2/ přenesení do media s deficitem živin nebo růst. faktorů - buňky se nedělí - růst buněk je zachován - výhoda: homogenní kultura, buňky se stejnými morfologickými a fyziologickými vlastnostmi
PODMÍNKY KULTIVACE - zdroj výživy - osmotický tlak - kultivační teplota - pH - vlhkost - rH - plynné prostředí - světelné podmínky (záření)
ROZDĚLENÍ MIKROORGANISMŮ PODLE ZDROJE C A ENERGIE
ZDROJ ENERGIE ZDROJ UHLÍKU
ORGANICKÉ LÁTKY CO2
Organotrofní org. Litotrofní org.
FOTOTROFNÍ ORGANISMY
SVĚTLO Fotoorganotrofní org. Fotolitotrofní org.
CHEMOTROFNÍ ORGANISMY
CHEMICKÁ LÁTKA
Chemoorganotrofní org. Chemolitotrofní org. Většina bakterií a mikromycetů
Zelené nebo purpurové sirné bakterie, sinice
Purpurové nesirné bakterie
Nitrifikační, železité,sirné bakterie
Zdroj výživy:
Živiny - energie Uhlík:
- AUTOTROFNÍ M. (litotrofní mikroorganismy)- anorganické látky Fotolitotrofní (energii získávají ze slunečního záření - fotosyntézou) Chemolitotrofní (energii získávají oxidací anorganických látek - chemosyntézou)
- HETEROTROFNÍ M. (organotrofní mikroorganismy)- organické látky Fotoorganotrofní (purpurové nesirné bakterie) Chemoorganotrofní (většina) Zdroje uhlíku: 1. Soli organických kyselin (mono-, di-, trikarbonové) 2. Sacharidy: monosacharidy – pentózy (arabinóza, xylóza, ribóza, lyxóza, ramnóza, fukóza), hexózy (glukóza, manóza, galaktóza, fruktóza); disacharidy (sacharóza, trehalóza, maltóza, celobióza, laktóza, melibióza); trisacharidy (rafinóza, melisitóza); polysacharidy (škrob, glykogen, insulin, pektin, gumy, hemicelulóza, celulóza, lignin) 3. Lipidy 4. Aminokyseliny, peptony, bílkoviny
Kultivační podmínky
Dusík: - Anorganické soli (amonné soli) a amoniak. Nejlépe asimilovatelné ve formě síranů a fosforečnanů. - Dusičnany (často využívány některými bakteriemi a kvasinkami) - Organické zdroje - aminokyseliny, peptony a bílkoviny. Močovina je využívána jako zdroj dusíku urobakteriemi. - Molekulový (vzdušný) dusík může asimilovat jen malá skupina – Azotobacter, Clostridium, Rhizobium. Vitamíny, minerální látky, stopové prvky PROTOTROFNÍ MIKROORGANISMY – z jednoduchých látek (prekurzory) jsou schopny syntetizovat všechny sloučeniny potřebné pro svou existenci AUXOTROFNÍ MIKROORGANISMY – ztratili schopnost syntetizovat potřebné růstové látky, potřebují navíc dodávat určité látky (např. vitamíny, aminokyseliny)
TRANSPORT ŽIVIN DO BAKTERIÁLNÍ BUŇKY
Příjem živin a metabolitů celým povrchem b. buňky Buněčná stěna – volné pronikání iontů, molekul Cytoplazmatická membrána – semipermeabilní – propouští malé hydrofobní molekuly, z polárních jen vodu – polární molekuly speciální mechanismus Způsoby transportu molekul membránou
Pasivní transport - DIFÚZE Prostá difúze - průchod iontů membránou z prostředí o vyšší koncentraci do prostředí s nižší koncentrací - rychlost přímo úměrná teplotě a koncentraci (poháněna potenciální energií koncentračního gradientu) - pomalý proces Zprostředkovaná difúze - přenašeč /bílkovina, lipoprotein/ v membráně tzv. permeázy (substrátová specifičnost) - rychlost přenosu závislá na koncentračním spádu, při nasycení transportního systému substrátem se dále nezvyšuje - nevyžaduje energii
Způsoby transportu molekul membránou – pokrač. Aktivní transport - většina živin, metabolitů - substrátově specifický přenašeč - permeáza - energetický systém (ATP, pohyb H+) - přenos bez ohledu na koncentrační spád (proti) Transport spojený s přeměnou transportované sloučeniny - během transportu je sloučenina pozměněna tak, že nová sloučenina neprochází membránou a zůstává uvnitř buňky
ANTIPORT
SYMPORT
ABIOTICKÉ FAKTORY
TEPLOTA
Teplota má z fyzikálních faktorů na bakterie nejrozmanitější účinek a je jedním z nejdůležitějších ekologických faktorů. Podle výšky a doby působení stimuluje nebo inhibuje růst, mění morfologii, ovlivňuje metabolismus i patogenitu, zasahuje tak do vývoje, působí jako konzervační nebo naopak sterilizační činitel.
Ve vodním prostředí nedochází k náhlým změnám teploty, ale teplotní rozmezí je i zde značně vysoké, od teplot bodu mrazu až po teploty termálních pramenů, tj. až do 80°C.
Biokinetické teplotní rozmezí – teplotní rozmezí, v němž bakterie roste aniž by byla poškozena. Je vyznačeno hodnotami minima a maxima, charakteristickými pro každý druh mikroba.
Teplota – každý organismus má určité rozmezí MAXIMÁLNÍ TEPLOTA – M – nejvyšší teplota, při níž se může růst a množit se OPTIMÁLNÍ TEPLOTA – O – při které probíhají životní pochody buněk nejlépe a nejrychleji MINIMÁLNÍ TEPLOTA - m – nejnižší teplota umožňující růst a množení teplotní rozmezí růstu - mezi hodnotami M a m (není stálá, mění se podle charakteru prostředí)
M
m
O
Zastavení biochemických pochodů
Denaturace bílkovin
Letální účinek teploty
Termotolerance nebo termorezistence organismu
K usmrcení spor bakterií je třeba drastičtějších podmínek než u vegetativních buněk
Při teplotách nižších než minimum mohou většinou mikroorganismy přežívat dlouhou dobu
Při rozmrazení potravin obnoví mikroorganismy svou činnost
Rychlé zmrazení přežije větší část populace (tvoří se drobnější krystalky ledu) oproti zmrazení pomalejšímu
Rychlé zmrazení za současné sublimace vody – podstata přípravy lyofilizovaných kultur mikroorganismů, mohou být uchovávány řadu let.
TEPLOTA VYŠŠÍ NEŽ MAXIMUM
TEPLOTA NIŽŠÍ NEŽ MINIMUM
Nejméně tolerantní k teplotnímu rozmezí jsou bakterie patogenní
Temperature ranges of organisms
TYPY ORGANISMŮ PODLE VZTAHU K TEPLOTĚ
A) PSYCHROFILNÍ (KRYOFILNÍ, CHLADNOMILNÉ) Rostou intenzivně při 0°C, generační doba i při -10°C, optimum mezi 10-30°C.
Při teplotách kolem bodu mrazu mohou vykonávat všechny biochemické pochody jako při vyšších teplotách, ovšem přiměřeně pomaleji.
Běžné v půdě, vodě, vzduchu. Významné v potravinářství – kažení potravin v lednicích, v samočistících procesech ve vodách, při koloběhu prvků v přírodě. Striktně psychrofilní (do 10°C) x fakultativně psychrofilní
Psychrotolerantní – optimum jako mezofilní, ale tolerují chlad
Psychrotrofní mikroorganismy – se dobře rozmnožují i při teplotách nižších než 10°C bez ohledu na jejich optimální teplotu (mohou být i mezofilní)
B) MESOFILNÍ MIKROORGANISMY
Minimum v rozmezí 5 až 25°C, optimum mezi 18 až 45°C a maximum mezi 30 až 50 °C. Největší skupina – zahrnuje saprofytní i patogenní druhy.
C) TERMOFILNÍ (TEPLOMILNÉ) ORGANISMY
Rostou při teplotách nad 40°C.
Velmi rychlé množení … vysoká intenzita biochemických pochodů, výskyt v půdě, v termálních vodách, v odpadních vodách (termofilní vyhnívání kalů). Působí zvyšování teploty v kompostech. Využití k výrobě kys. mléčné.
Rozlišují se mezi nimi:
1) Stenotermické druhy (M= 75- 80°C, O= 50-65°C, při teplotách kolem 30°C se nerozmnožují, v přírodě vzácné)
2) Eurytermické druhy – (M=70-75 °C, O=50-65°C, při teplotách kolem 30°C se rozmnožují pomalu, v přírodě jsou velmi rozšířen)y
3) Termotolerantní druhy (M=60-70°C, O=35-45°C, m=5-10°C, v přírodě velmi rozšířené)
Suché teplo x vlhké teplo – účinnější (sterilizace) Citlivé k nízké teplotě: meningokoky, gonokoky (Neisserie)
Barevné nárosty termofilních bakterií na kraji termálního jezírka v Yellowstonském národním parku
VLHKOST
Je pro existenci mikroorganismů nezbytná. Veškeré biochemické reakce probíhají ve vodě, transport. Snížení obsahu vody – zpomaluje životní činnost. Různé nároky na vodu – mikromycety mohou růst v sušším prostředí (s obsahem nad 15% v) než bakterie (nad 30%). Vysušení – mimořádně odolné jsou mikromycety a spory bakterií
- hygrofilní mikroorganismy – volně přístupná voda - xerofilní mikroorganismy (aktinomycety) - hygroskopická voda
Citlivé k nedostatku vody: gramnegativní koky, bakterie octového kvašení, gonokoky, meningokoky Odolné: mykobakterie – Mycobacterium tuberculosis, spory, cysty, buňky s kapsulou
Nedostatek využitelné vody – dochází k dehydrataci buněk, následné snížení metaboliscké aktivity, a odumírání
PLYNNÉ PROSTŘEDÍ – OBSAH KYSLÍKU S jeho přítomností souvisí metabolické a energetické procesy.
Podle nároků na kyslík rozlišujeme:
Obligátně aerobní mikroorganismy - kyslík je nezbytný (mikromycety, Acetobacter, některé kvasinky) Obligátně anaerobní mikroorganismy – kyslík na ně působí inhibičně nebo toxicky, mají pouze anaerobní metabolismus Fakultativně anaerobní mikroorganismy – mají schopnost aerobního i anaerobního metabolismu, v přítomnosti kyslíku rostou zpravidla intenzivněji. Aerotoletantní mikroorganismy - mohou růst při nízké koncentraci O2, ale nejsou schopny je využívat (např. mléčné bakterie) Mikroaerofilní – mají anaerobní metabolismus – ale nízké koncentrace kyslíku urychlují jejich množení, nerostou za přítomnosti vzdušného kyslíku za normálního tlaku.
OSMOTICKÝ TLAK Osmotický tlak je tlak toku rozpouštědla pronikajícího přes semipermeabilní (polopropustnou) membránu do roztoku, ve kterém je vyšší koncentrace rozpuštěných molekul nebo iontů. Hypertonické prostředí – tlak vnějšího prostředí je větší, znemožňuje buňkám přijímat vodu z prostředí, kolem nich je tzv. fyziologické sucho Hypotonické prostředí - molekuly vody difundují dovnitř, což vede ke zvýšenému turgoru (u bakterií nedochází ke plasmoptýze). Halofilní a osmofilní bakterie i kvasinky a plísně – mají osmotický tlak až 30 MPa a snášejí proto vysoké koncentrace solí a cukrů v prostředí. Mezi halofilní bakterie patří především mořské bakterie a bakterie solných jezer (až 25-27% solí). Halotolerantní koky – (např. Micrococcus, Staphylococcus), které jsou schopny rozmnožování při 10 % koncentraci NaCl. Mikroorganismy mají schopnost tzv. aktivní osmoregulace a jsou tak přizpůsobivé vůči změnám osmotického tlaku v prostředí. Reagují zvýšením vnitřního osmotického tlaku – anatonosa a nebo snížením – katatonosa.
KONCENTRACE VODÍKOVÝCH IONTŮ (pH) Ovlivňuje elektrický náboj buněčného povrchu a tím se mění i permeabilita buněčné membrány vůči iontům. Mění se poměr hlavních metabolických procesů, aktivita enzymů.
Nejcitlivější vláknité formy
Méně citlivé tyčinky, odolnější koky
Většina kvasinek se může rozmnožovat v kys. prostředí (pH 3-6), většina bakterií naopak roste v rozmezí pH 6,5-8. pH plísní blízko neutrálního bodu
Některé mikroorganismy tvoří kyseliny a jsou vůči nim značně odolné (acidotolerantní, acidofilní – sirné bakterie).
Neutrální b. - především patogenní bakterie, jejichž prostředím je krev nebo lymfa acidofilní b. - Thiobacillus thiooxidans oxidují síru až na kys. sírovou i při pH 1 alkalifilní b. - urobakterie, nitrifikační b., proteolytické b. - alkalické prostředí
OXIDAČNĚ – REDUKČNÍ POTENCIÁL PROSTŘEDÍ (rH, REDOX POTENCIÁL) Je definovaný jako záporný logaritmus tlaku plynného vodíku, s nímž je daná oxidoredukční soustava v rovnováze.
Je dán přítomností látek oxidačních a látek redukčních a vyjadřuje schopnost redukce prostředí. Silně oxidační látky vytvářejí pozitivní oxidoredukční potenciál, silně redukující látky vedou k negativnímu potenciálu.
Redukce (snížení oxidačního čísla – látka přijímá elektrony),
Oxidace (zvýšení oxidačního čísla – látka ztrácí elektron)
Oxidační činidlo – je taková látka, která má schopnost přijímat elektrony (redukovat se), jiné látky oxiduje (O2, NO3, Fe3+, peroxidy)
Redukční činidlo – látka, která může elektrony poskytovat (oxidovat se), jiné látky redukuje (H2, Fe2+)
Mikroorganismy – různý vztah ke kyslíku a vyžadují různý oxidačně redukční potenciál prostředí.
Pro aeroby – kladné hodnoty, pro různé stupně anaerobie hodnoty záporné.
Mikroorganismy i během své životní činnosti mění hodnotu redox potenciálu prostředí svými metabolity a je nutné upravovat oxidačně-redukční poměry v prostředí, aby byla zachována produkční schopnost kmene.
ZÁŘENÍ Má různý účinek v závislosti na vlnové délce
INFRAČERVENÉ ZÁŘENÍ (700nm - 3 mm) nemá mikrobicidní vliv pokud nepůsobí zvýšení teploty
VIDITELNÉ ZÁŘENÍ (380-760 nm) působí po delší době mikrobicidně, s výjimkou autotrofních fotosyntetických bakterií. Bakterie rostou obecně lépe ve tmě. U mikromycet světlo většinou podmiňuje způsob růstu, ne růst samotný, často podmiňuje sporulaci a tvorbu plodnic. Kvasinky jsou odolnější než bakterie. Mikrobicidní vliv slunečního světla – v působení UV složky.
ULTRAFIALOVÉ ZÁŘENÍ (50-380 nm) – výrazný mikrobicidní účinek, je-li absorbováno. Účinek UV závisí na jeho dávce, vzdálenosti od zdroje, době ozáření a podmínkách prostředí. Z mikrobů jsou nejcitlivější bakterie, spory jsou vždy odolnější (i u mikromycet) než vegetativní buňky. Prakticky se využívá zdrojů UV záření (germicidní lampy) k povrchové sterilizaci předmětů, potravin, v operačních sálech
PAPRSKY X (Roentgenovo záření – 10 - 0,06nm) mají silný mikrobicidní účinek a hlubokou pronikavost. Malé dávky mohou působit stimulačně i jako mutagenní faktor. Gram- citlivé, Gram +, kvasinky, plísně jsou odolnější
RADIOAKTIVNÍ ZÁŘENÍ – silné mikrobicidní i mutagenní účinky. Nejpronikavější je gama záření. Mikroorganismy jsou odolnější než vyšší organismy.
K účinkům vnějšího prostředí je extrémně odolná sporulující půdní bakterie Deinococcus radiodurans, která dokáže přežít i v jaderném reaktoru. Snese tisícinásobnou dávku ozařování, která by usmrtila každý jiný organismus.
Má zmnožené geny, zajišťující v jiných organismech reparaci ozářených molekul DNA
Mimořádně odolná i vůči vysušení a extrémním teplotám.
Vědci zjistili, že bakterie reagují na dávky ultrafialového záření zvýšenou produkcí enzymu NO syntázy, který vyrábí oxid dusnatý (NO). Jeho molekuly se v organismech uplatňují při regulaci řady fyziologických dějů a jak se zdá, pro odolnost bakterií vůči UV záření jsou zcela klíčové. Geneticky modifikovaná verze Deinococcus radiodurans, která enzym NO syntázu postrádala, totiž vůči UV záření nebyla o nic odolnější, než běžné typy bakterií. Oxid dusnatý v buňkách aktivuje gen obgE, který se podílí na regulaci buněčného růstu a odpovědi na stres. Zvýšená exprese genu pak mírní růstové defekty, ke kterým dochází v důsledku radiačního poškození
DALŠÍ FAKTORY ZEVNÍHO PROSTŘEDÍ OVLIVŇUJÍCÍ RŮST A MNOŽENÍ BUNĚK
Chemické faktory Vzájemné kontakty mezi populacemi mikroorganismů
CHEMICKÉ FAKTORY
Dezinfekční látky Používají se k odstranění mikroorganismů, a zárodků infekce z prostředí = fenol a fenolické sloučeniny, alkoholy, halogeny, aldehydy, amonné sloučeniny, těžké kovy (stříbro, rtuť, měď, arzén) a jejich sloučeniny, oxidačně působící látky (H2O2, hypermangan), barviva, mýdla, syntetické detergenty, některé plyny
Látky s antimikrobiální aktivitou Antibiotika = látky původně mikrobiálního původu používané k léčení infekčních chorob; selektivní toxicita Producenti: sekundární metabolity aktinomycet, bakterií, hub, ale i vyšší zelené rostliny = fytoncidy Chemoterapeutika = látky syntetické s toxickým účinkem na mikroorganismy; sulfonamidy; široké spektrum účinku – meningokoky, shigely, stafylokoky, streptokoky, některé gramnegativní bakterie
PŮSOBENÍ ANTIMIKROBIÁLNÍCH LÁTEK Některé mikroby usmrcují (MIKROBICIDNÍ ÚČINEK) jiné zastavují jejich růst (MIKROBIOSTATICKÝ ÚČINEK) Podle cílového organismu jsou to látky – BAKTERICIDNÍ, FUNGICIDNÍ, BAKTERIOSTATICKÉ, FUNGISTATICKÉ. Mechanismus účinku antimikrobiálních látek je v působení na buněčné struktury Ovlivňují buněčnou stěnu (penicilin) (změny propustnosti, elasticity, pevnosti, narušení zesíťování peptikoglykanu, polymerů - kys. teichoové, teikuronových…) Cytoplazmatickou membránu (fenoly, oxidační a redukční činidla, rozpouštědla tuků, Cl2, I2, H2O2, KMnO4), (narušení fosfolipidové dvojvrstvy, pružnosti, nepropustnosti pro vysoce polární látky)
Ribosomy (streptomycin, chloramfenikol) Enzymy (těžké kovy, sulfonamidy) DNA (mutageny)
CHEMICKÉ FAKTORY
Difúzní test - papírové disky - Etest – papírové proužky
Látky s antimikrobiální aktivitou – diluční test na mikrotitračních destičkách
CHEMICKÉ FAKTORY
1/ Série koncentrací látky ve vhodném médiu + suspenze bakterií 2/ Inkubace a hodnocení: Minimální inhibiční koncentrace (MIC)
= nejnižší koncentrace látky, která zabrání viditelnému růstu mikroorganizmu Minimální baktericidní koncentrace (MBC) = nejnižší koncentrace látky, která usmrtí nejméně 99,9% buněk
(vzorek z koncentrace, ve které není pozorovatelný růst, přenesení do média bez antimikrobiální látky, kultivace a hodnocení, zda zůstaly nějaké živé mikroorganismy)
Geny rezistence - na chromozomech nebo plazmidech - přenos: 1/ Spontánní mutace DNA - bakteriální DNA může spontánně mutovat - např. rezistence Mycobacterium tuberculosis 2/ „Sexuální“ proces – konjugace - přenos DNA z jiné bakterie - např. penicilin-rezistentní kmeny kapavky 3/ Rezistence získaná z plazmidů - transformace - přenos z bakterie do bakterie - jediný plazmid může obsahovat geny rezistence vůči několika antibiotikům - např. v r. 1968 epidemie Shigella diarrhea - plazmid s geny rezistence vůči 4 antibiotikům (12.500 lidí zemřelo v Guatemale)
Rezistence vůči antibiotikům rezistence k antibiotikům.pdf
PŘIROZENĚ REZISTENTNÍ KMENY - adaptovány k přežití - počet se zvyšuje nadměrným užíváním AB - nevymizí po používání antibiotika
NOVÉ REZISTENTNÍ KMENY - přenos i mezi druhy - u patogenních i nepatogenních b. - pomalu mizí po ukončení používání antibiotika
E. coli
VZÁJEMNÉ KONTAKTY MEZI POPULACEMI MIKROORGANISMŮ
1. Vnitrodruhové / intraspecifické, homotypické…/ vztahy uvnitř populace daného druhu
2. Mezidruhové / interspecifické, heterotypické/ vztahy mezi jedinci a populacemi různých druhů, uvnitř biocenózy
VNITRODRUHOVÉ VZTAHY
1. Rovnovážný stav mezi hustotou populace daného druhu a prostředí, vztah mezi jednici téhož druhu je SYNERGICKÝ – prospěšný pro všechny- vytváření optimálního pH, produkce metabolitů omezujících jinou populaci
2. Při narušení rovnováhy mezi populací a prostředím / např. přemnožení/ - zvýšený tlak na zdroje potravy - vztahy ANTAGONISTICKÉ
Vnitrodruhová konkurence – kompetice (interakce dvou jedinců, stejné nároky na potravu, vzájemně se negativně ovlivňují)
Vnitrodruhové vztahy slouží k zachování reprodukce. Působení vnějších podmínek – různá odolnost buněk. Výživové mutace.
Podle stavby buňky: Vegetativní formy a neopouzdřené b. - méně odolné Spóry, buňky s pouzdrem, slizem - odolnější Podle vývojového stupně buněk: Ve stacionární fázi růstu buněk odolnější, na počátku exponenciální fázi citlivé.
NEUTRALISMUS Populace 2 druhů se vzájemně neovlivňují, žádná není druhou poškozena
ani stimulována
Ve vodě, půdě je většina populací na sobě více méně závislých - bakterie jako hlavní článek mineralizace jsou neoddělitelně zapojeny do potravního řetězce ekosystému
Neutralismus může být pouze tam, kde se vyselektovaly dominující
populace, osídlující přesně vymezenou část biotopu dokud není narušena rovnováha.
MEZIDRUHOVÉ VZTAHY
KOMPETICE – KONKURENCE Je projevem boje mezi mikroorganismy o základní zdroje živin, vody, světla,
kyslíku. Síla přírodního výběru – přizpůsobivější organismus převládne. Populace obou druhů se vzájemně omezují.
V přirozených podmínkách prostředí se interspecifické kompetice uplatňují na různých úrovních
Vztah bakterie – bakterie Většinou se uplatňuje v rámci fyziologických skupin – faktorem kompetice
bývá nejčastěji nedostatek potravy – nebo i náhlý nadbytek živin. Příklad – pokud se vyčerpají z prostředí všechny organické sloučeniny
dusíku, může přežít jen takový druh, který je schopen využít jiné formy dusíku – anorganický.
Vztah bakterie – vyšší organismy Ve vodě se týká hlavně skupiny autotrofních bakterií a řas – limity se týkají
dostupnosti CO2 a forem síry – větší množství H2S zcela potlačí řasy, ale způsobí rozvoj purpurových sirných bakterií.
MEZIDRUHOVÉ VZTAHY
AMENSALISMUS Populace prvého druhu je omezována, druhého nedotčena Působení přímé – mnohé bakterie, řasy, mikromycety i aktinomycety
produkují látky - antibiotika, inhibitory, jedy nebo nepřímý – aktivita jedné populace mění prostředí na nevhodné pro druhou (pH, redox potenciál), které inhibují růst jiných druhů.
Antibiotika - k usmrcení, nebo podstatnému omezení růstu populace určitého bakteriálního druhu je třeba dosáhnout účinné hladiny, tj. koncentrace antibiotika v prostředí.
Nahromadění zplodin dusíkového metabolismu, které se mohou v prostředí hromadit – nitrosaminy, hydroxylamin - mají inhibiční účinek na jiné populace.
MEZIDRUHOVÉ VZTAHY
PARAZITISMUS Pro parazita prospěšný vztah (využívá endocelulární produkt hostitele), pro
hostitele je škodlivý. Populace parazita je větší než populace kořisti. Podle výsledku interakce se parazitismus příliš od predace neliší. Rozdíl
spočívá v tom, že predátor usmrtí svou kořist vždy, zatímco parazit nechává svého hostitele žít, byť jen dočasně.
Lytické bakteriofágy , viry napadající houby Bdellovibrio – fakultativně parazitický druh, může se množit jak v
bakteriálních buňkách, tak i na komplexních půdách. Parazitismus mezi bakteriemi a vyššími organismy (rostliny, živočichové) je
daleko častější. Skupina Rickettsiales je odkázaná jen na parazitickou formu existence.
MEZIDRUHOVÉ VZTAHY
Životní cyklus r. Bdellovibrio
Bdellovibrio
rod gramnegativních aerobních tyčinkovitých bakterií z čeledi Spirillaceae. Jde o zahnuté, pohyblivé (loupeživé) mikroorganismy parazitující na jiných bakteriích. Množí se v nich a rozpouštějí je způsobem odlišným od bakteriofágů. Vyskytují se v půdě a ve vodě. Jsou známé 3 druhy. Hlavním zástupcem je Bdellovibrio bacteriovorus .
PREDACE Populace predátora je menší než populace kořisti. Predátor napadá kořist –
je mu zdrojem potravy.
Běžnými predátory bakterií, hub či řas jsou prvoci, červi, myxobakterie, myxomycety.
KOMENSALISMUS Populace komenzála má ze vztahu prospěch, populace hostitele není
dotčena.
Např. jedna populace transformuje substrát na produkt dostupný a využitelný populací druhou nebo kdy jedna populace vytváří růstový faktor nezbytný pro populaci druhou.
Nebo jedna populace odstraňuje z prostředí faktory inhibující populaci druhou (toxiny, úprava pH,rH ..) nebo kdy jedna populace vytváří živiny či ochranu pro populaci druhou.
Má význam tam, kdy populace specifických mikrobů následují po sobě (metabolické sukcese, metabióza). Dále při čištění odpadních vod a zužitkování odpadů kvasných výrob. Osídlení střevního traktu živočichů – E. coli, Proteus, Clostridium perfringens.
PROTOKOOPERACE Vzájemný vztah je prospěšný populacím obou druhů, ale není nezbytný
Např. jeden partner (heterotrof) poskytuje CO2 nutný pro autotrofa a ten opět vytváří kyslík pro aerobního heterotrofa
Synergismus – populace obou druhů dokáží ve spolupráci uskutečnit reakce, které by individuálně svým metabolismem nebyly schopny provést.
MUTUALISMUS Vzájemný vztah je prospěšný oběma druhům a je nutný, neboť žádný z
nich nemůže bez druhého za přirozených podmínek přežít.
Soužití hlízkovitých bakterií r. Rhizobium s vikvovitými rostlinami, mykorhiza, lichenismus.
Příklady mutualismu mezi bakteriemi vzájemně a mezi bakteriemi a vyššími vodními organismy nebyly zaznamenány.
Hlízkovité bakterie r. Rhizobium
