Klass Deltaproteobakterid

1. Klass Deltaproteobakterid • See ei ole suur rühm, kuid on morfoloogiliselt ja füsioloogiliselt kirju. • Sellesse rühma ei kuulu fototroofe. • Siia kuuluvad sellised huvitavad bakterid, nagu: • Baktereid lüüsivad bdellovibrioonid, • Baktereid ja tselluloosi lagundavad müksobakterid, kes võivad moodustada viljakehi ja • Sulfaatide ja väävli redutseerijad Desulfovibrio, Desulfobacter, Desulfonema, Desulfococcus, Desulfosarcina jpt).

2. Klass Deltaproteobakterid Väävli ja sulfaatide redutseerijad Bdellobibrioonid Müksobakterid

3. Klass Deltaproteobakterid Mõlemad rühmad on kemoorganotroofid. Arvatakse, et müksobakterid ja bdellovibrioonid (nad on aeroobsed bakterid) on välja kujunenud anaeroobsetest väävlit redutseerivatest metaboliseerivatest eellastest.

4. Väävli ja sulfaatide redutseerijad Siia kuuluvad anaeroobsed sulfaate hingamisel redutseerivad bakterid (anaeroobsed hingajad). Väga olulised väävliringes. Kuna sulfaate on looduses v. palju, siis on sulfaate redutseerivad bakterid looduses laialt levinud. Neid on järve- ja meremudas, mullas, reovees, inimese soolestikus. Sulfaate redutseerivad: Desulfovibrio (vibrioonid või pulgad) Desulfobulbus (sidrunikujulised rakud) Desulfobacter (ovaalsed rakud) Desulfomicrobium (pulgakujulised kini ovaalsed või sfäärilised rakud) Desulfobacterium (pulgakujulised kini ovaalsed või sfäärilised rakud) Desulfosarcina (pakendid) Desulfonema (filamentne, libisev) Sporogeenne Desulfotomaculum kuulub klostriidide klassi

5. Väävli ja sulfaatide redutseerijad Desulfaatijatele bakteritele on iseloomulik orgaaniliste hapete ja alkoholide kasutamine C-allikana. Mitmed tüved saavad kasvada ka kemolitoautotroofselt: Desulfonema limicola, Desulfosarcina, Desulfuromonas acetoxidans oksüdeerivad H2, keha-C saavad CO2-st (CO2 fikseerimiseks kasutavad Ac-CoA sünteesi kahest CO2 molekulist, nagu metanogeenid), elektroni lõppaktseptoriks on sulfaat.

6. Väävli ja sulfaatide redutseerijad Kaua aega arvati, et kõik sulfaatide redutseerijad on väga hapnikukartlikud. Praeguseks on selgunud, et mitmed taluvad hapnikku ja suudavad seda isegi redutseerida, kuid hapnikuga hingamisest ilmselt energiat ei saa. Nad lihtsalt elimineerivad hapniku keskkonnast.

7. Väävli ja sulfaatide redutseerijad Kõige paremini on läbi uuritud Desulfovibrio. Teda on lihtne isoleerida, kasutades söödet piimhappe ja sulfaadiga, kuhu on lisatud ka rauda. Redutseerijana lisatakse tioglükolaati või askorbaati. Sulfaadist moodustub sulfiid ja rauaga reageerides moodustub must sade. FeS moodustumine ühtlasi ka kahjutustab sulfiidi ja laseb bakteril edasi kasvada.

8. Väävli ja sulfaatide redutseerijad Desulfovibrio desulfuricans

9. Väävli ja sulfaatide redutseerijad Sulfaatsed hingajad esinevad looduses sageli koos fotosünteerivate väävlibakteritega. Mõlemad on anaeroobid. Fototroofid oksüdeerivad H2S sulfaadiks ja sulfaatsed hingajad redutseerivad sulfaadi H2S-ks. Nii tekib väike väävliringe. Desulfovibrio

10. Bdellovibrioonid Perekond Bdellovibrio. 30 aastat tagasi isoleeris Stolp bakteri, kes moodustas lüüsilaike graamnegatiivsete bakterite murul. 1963. a. kirjeldatigi perekond Bdellovibrio. Bdellus- so kaan kreeka keeles. Nad arenevad ja kasvavad graamnegatiivsete bakterite periplasmas. Näiteks Bdellovibrio bacteriovorus võib kasvada Escherichial, Pseudomonasel, Rhizobiumil, Chromatiumil, Spirillumil jne. Vaieldakse, kas nad on parasiidid või kiskjad. Seega on neil elutsükkel ja nad ei kasva ega paljune väljaspool elusrakku. Iseloomulik on veel hästi tugev kestaga vibur. Bdellovibrioone on nii mullas kui ka vees ja nende arvukus sõltub teiste bakterite arvukusest, kellel nad parasiteerivad. Merevees on neid rohkesti rannikupiirkonnas jõesuudmete mudas.

11. Bdellovibrioonid Rünnakufaasi rakud on väikesed (1-2 mkm pikad), kõverdunud pulgad, millel on 1 polaarne vibur, millel on välismembraanist kest. Rakk ujub väga kiiresti (umbes 100 rakupikkust sekundis), kuni põrkab kõvasti kokku saakrakuga. Ta kinnitub saakrakule ja hakkab pöörlema v. kiiresti (100 pööret sekundis). Eritab mitmeid hüdrolüütilisi ensüüme ja puurib 5-20 min jooksul augu saakbakteri kesta. Vibur kaob rakult ära pärast seda, kui bakter siseneb rakku. Bdellovibrio inhibeerib peremeesraku DNA, RNA ja valgusünteesi, lõhub peremeesraku membraani, et raku komponendid saaksid tungida periplasmasse ja olla toiduks bdellovibrioonile.

12. Bdellovibrioonid Ta kasutab peremeesraku aminohappeid C- , N- ja energiaallikana ja peremeesraku nukleotiidid lülitab oma nukleiinhapetesse. Raku periplasmas hakkab ta kasvama, kuid ei jagune ja moodustab spiraalne vorstitaoline rakk. Seejärel see pikk rakk jaguneb üksikuteks pulkadeks, mis kasvatavad endale viburid ja väljuvad lüüsuvast rakust. Bdellovibrio käitub nagu faag, kuid tal omakorda on olemas faagid, mis lüüsivad teda. Bdellovibrio lüütiline elutsükkel kestab 1-3 tundi. Praegu eristatakse 3 Bdellovibrio liiki: B. bacteriovorus, B. stolpii ja B. starrii.

13. Bdellovibrioonid Bdellovibrio ründab Spirillumit. Pärast rakukesta kahjustumist muundub rakk ümaraks bdelloplastiks (bp)

14. Müksobakterid (selts Myxococcales) Chondromyces crocatuse puukujuline viljakeha Müksobakterid on graamnegatiivsed üherakulised libisevad bakterid, mille vegetatiivsed rakud on pulgakujulised ja mis võivad moodustada viljakehasid. Rakud on suhteliselt suured, kuni 15 mkm pikad. Raku otsad võivad olla ümarad või teritunud. Müksobakteritel on suur genoom (kuni 10 kb) ja GC sisaldus DNAs on 66-72 mol%. Nende genoom on ca 2x suurem, kui E. colil. So. 2/3 pärmi genoomist.

15. Müksobakterid (selts Myxococcales) Myxococcus xanthuse näsakujuline viljakeha, mille sees paiknevad müksospoorid. Müksospoorid on puhkeseisundis rakud Müksobakterite viljakehasid on botaanikud seente pähe kirjeldanud juba ammu. Kõige varasem joonistus ja kirjeldus müksobakteri viljakehast pärineb aastast 1809, kus kirjeldati “väikest gastromütseeti” Polyangium vitellinum. Perekond Polyangium eksisteerib müksobakteritel tänapäevalgi. Ka Stigmatellat on mitu korda kirjeldatud kui uut seent. Juba 19. sajandi lõpul kirjeldati müksobakterite elutsüklit ja avaldati selle kohta hulga artikleid. Elutsüklit on kõige enam uuritud Myxococcus xanthuse kui mudelsüsteemi peal.

16. 7 h 7 h 0h 12 h From Kuner and Kaiser, 1982, J Bacteriol 151:458-61 31 h 61 h 72 h Näljatingimustes koguneb ca 100 000 Myxococcus xanthuse vegetatiivset rakku kokku ja moodustavad viljakeha, mille sees muunduvad rakud müksospoorideks. Protsess võtab aega mitu tundi. http://cmgm.stanford.edu/~kaiserla/about_myxo/about_myxococcus.html

17. Müksobakterid (selts Myxococcales) Viljakehade moodustumine Viljakeha moodustumise signaaliks on aminohapete otsalõppemine keskkonnast. Myxococcus xanthusel on aminohapete nälja signaali vastuvõtmist uuritud. Neil võtab signaali vastu ribosoom, mille aminoatsüülpunkti seostub aminohappega laadimata tRNA. Vastuseks sellele sünteesitakse GTPst ja ATPst guanosiintetrafosfaat. See on regulaator, mis mõjutab rakusiseseid protsesse ja osaleb viljakeha moodustumises ja rakkude tsüsteerumises.

18. Müksobakterid (selts Myxococcales) Viljakeha küpsemise käigus muutuvad vegetatiivsed rakud müksospoorideks, Müksospoorid on vegetatiivsetest rakkudest ümaramad, lühemad ja optiliselt tugevamini valgustmurdvad. Müksospoorid taluvad hästi kuivust , ultraheli ja kiirgust ja nad aitavad müksobvakteritel kuival ajal säiluda. Müksospooril on ümber tugev kest või kapsel, mis enamasti on nii õhuke, et valgusmikroskoobis seda ei näe. Parempoosel pildid vegetatiivsed rakud ja müksospoorid.

19. Müksobakterid (selts Myxococcales) Normaalselt toimub vegatatiivsete rakkude muutumine müksospoorideks viljakeha sees, aga ka tahkel pinnal, viljakeha läheduses võivad rakud muutuda müksospoorideks. Arvatavasti difundeerub moodustuvast viljakehast mingit induktorit, mis indutseerib müksospoori tekke. Müksospooride teket saab indutseerida ka supraoptimaalste temperatuuridega: 40-41oC. See morfoloogia muutus võib olla seotud heat shock valkude sünteesi indutseerumisega. Need valgud osalevad organismides mitmesuguste stressivastuste vahendamises ja viljakeha moodustamine ja sporulatsioon on ju ka vastus stressitingimustele. Ka teatud keemiliste ainete lisamisega vegetatiivsetele rakkudele saab indutseeruda nende tsüsteerumist (ilma, et viljakeha moodustuks). Sellised ained on glütserool, dimetüülsulfoksiid, etüleenglükool.

20. Müksobakterid (selts Myxococcales) Sporuleerumiseks on vaja näljatingimusi, tahket pinda ja suurt rakkude tihedust Joonis Myxococcuse arengutsüklist. Ilmselt mitte kõik rakud ei tsüsteeru. Osa lüüsub ja “ohverdab” end, et nende toitainete arvel saaks teine osa rakke müksospoorideks muutuda.

21. Müksobakterid (selts Myxococcales) Müksobakterite kolooniad Kuna rakud liiguvad tahkel pinnal libisevalt, siis on kolooniad õhukesed, kiletaolised ja eriti just madala orgaanikasisaldusega söötmetel. Kolooniad koosnevad rakkudest ja limast. Kui rakk liigub, jääb tast järele limajälg. Müksobakteri kolooniad võivad olla ka söötme pinnaga tugevalt seotud, kasvada söötme pinna all või ka moodustada sõõtmesse kurde, ringe ja vagusid. Koloonia ääred võivad olla lehtjad või sulgjad. Koloonia muster on iseloomulik müksobakteri liigile ja söötmele, millel ta kasvab. Mitte kogu koloonia ei liigu edasi, vaid ta ainult laieneb tänu rakkude jagunemisele ja nende edasilibisemisele.

22. Müksobakterid (selts Myxococcales) Müksobakteri koloonia saab tavaliselt alguse paljudest müksospooridest, mis vabanevad viljakehast ja idanevad korraga ühes kohas. Sellel on oma mõte, sest müksobakterid toituvad polümeersetest substraatidest, mida lagundavad eksoensüümidega. Polümeerse substraadi hüdrolüüsiks on vaja teatud eksoensüümi kontsentratsiooni keskkonnas ja see saavutatakse ainult siis, kui väiksel pinnal on koos palju rakke. Seetõttu on problemaatiline ka müksobakterite arvukuse määramine väljakülvidega, sest ühest rakust ei taha kolooniat moodustuda.

23. Müksobakterid (selts Myxococcales) A, Myxococcuse koloonia serv. Näha limajäljed ja mõned eemeleliikunud rakud (vaata noolt!) B, C. Viljakeha moodustumise algus. Rakud hakkavad kuhilasse kokku kogunema D. Osa viljakehast on surutud katki preparaadi katteklaasiga. Näha on pikad saledad vegetatiivsed rakud ja juba valmis müksospoorid

24. Müksobakterid (selts Myxococcales) Toitumine ja energeetiline metabolism Kõik müksobakterid lagundavad biopolümeere, valke ja üks perekond tselluloosi. Tselluloosi lagundab Sorangium. Müksobakterid on aeroobsed kemoheterotroofid. Neil on rakkudes tsütokroomid ja täielik tsitraaditsükkel. Enamus müksobaktereid on bakteriolüütilised ja lüüsivad kas surnud või elavaid baktereid ja ka pärme.

25. Müksobakterid (selts Myxococcales) • Müksobaktereid saab seega jagada 2 metaboolseks grupiks: • tselluloosi lagundajad. Neid on vähem ja nad kuuluvad perekonda Sorangium. Kasvavad mineraalse N ja tselluloosi arvel. Peptooni lisamine siiski stimuleerib kasvu. • 2.bakteriolüütilised müksobakterid. Neil on näidatud proteaaside, nukleaaside, lipaaside, glükanaaside, kitinaaside ja rakukesta lüüsivate ensüümide esinemine. Neid on kutsutud ka röövbakteriteks. Sõnnikus on bakteriolüütilisi müksobaktereid palju just seetõttu, et sõnnikus on palju elusaid ja surnud baktereid, aga ka mitmesuguses lagunemise järgus olevat org. ainet. • Ilmselt müksobakterid ei ole sooles elavad ja paljunevad bakterid, vaid satuvad sinna mullast koos toiduga ja jäävad ellu seedekulglat läbides. Seda on näidatud söötmiskatsete abil.

26. Substraat Isoleeritav müksobakter Muld Nannocystis, Sorangium, Archangium, Corallococcus, Polyangium, Cystobacter, Melittangium, Myxococcus Taimtoiduliste loomade sõnnik Myxococcus, Corallococcus, Cystobacter, Archangium, Nannocystis, Stigmatella, Melittangium Puukoor ja mädanev puit Stigmatella, Chondromyces, Sorangium, Myxococcus, Corallococcus Müksobakterid (selts Myxococcales) Elupaik.Elavad mullas, sõnnikus, lagunevas taimses materjalis ja elusate ja surnud puude koores. Neid leitakse sageli ka neile mittetüüpilistest elupaikadest, kus nad ilmselt kasvada ei saa kuid kus nad võivad vastu pidada müksospooridena mõnda aega.

27. Müksobakterid (selts Myxococcales) Isoleerimine 1. Proov, millest müksobaktereid tahetakse isoleerida (muld, lagunev puit, sõnnik), pannakse Petri tassi filterpaberile ja niisutatakse veidi. Inkubeeritakse niiskes kambris ja paari nädala möödudes lastakse ära kuivada, et indutseerida viljakeha teket. Sobiv inkubatsioonitemperatuur on 30oC. 2. Mullast saab müksobaktereid isoleerida ka nii, et muld pannakse Petri tassi ja niisutatakse. Mulda peidetakse autoklaavitud jänesepabulad. Müksobakterid kogunevad sõnniku pinnale ja moodustavad seal viljakehasid. 3. Vesiagarile Petri tassi külvata muruna mõned bakterid, keda müksobakterid lüüsivad (tegelikult kõlbavad igasugused bakterid, ka näiteks E. coli). Plaadi keskele panna veidi mulda, lagunevat puukoort vms. Siis hakkavad müksobakterid söötmes olevaid baktereid lüüsides kasvama, kasvavad inokuleerimiskohast edasi. Umbes nädala pärast võiks juba otsida tassilt viljakehasid.

28. Müksobakterid (selts Myxococcales) Kasutamine Kuna eksoensüümide süntees on graampositiivste bakterite hulgas hoopis tavalisem, kui graamnegatiivsete bakterite hulgas (müksobakterid on graamneg.), siis võiksid müksobakterid olla biotehnoloogias soodsad peremehed võõraste valkude sünteesiks ja eritamiseks. On näidatud, et 2 E. coli periplasmaatilist ensüümi: happeline fosfataas ja beeta-laktamaas eritatakse väga kiiresti periplasmast väliskeskkonda, kui neid ekspresseerida Myxococcus xanthuses. Enamus müksobaktereid toodab ka antibiootilisi aineid (on kirjeldatud kuni 150 erinevat ainet), mis toimivad teiste bakterite vastu või on viiruste- või kasvajatevastase toimega. Kasvajavastased on näiteks taksool ja epothiloon. Neid uuritakse kaasajal hoolega, keemilised struktuurid ja toimelookused on välja selgitatud ja uuritakse võimalusi nende tootmiseks. Molekulaarbioloogiat tehakse Myxococcus xanthusel ka.

29. Deltaproteobakterid: müksobakterid (selts Myxococcales) Stigmatella aurantiaca puukujuline viljakeha

30. Myxococcus fulvuse viljakehad mullatükkidel Myxococcus stipitatuse viljakeha puutüki pinnal

31. Myxococcus virescensi viljakehad jänesepabulal Myxococcus xanthuse viljakehad turbatükil

32. Corallococcus coralloides agaril Archangiumi viljakeha jänesepabulal

33. Epsilonproteobakterid Epsilonproteobakterite klassi kuulub kaks olulist helikaalsete rakkudega perekonda: Campylobacter ja Helicobacter.

34. Epsilonproteobakterid Campylobacter Campylobacter tähendab kõverdunud pulka. Siia kuuluvad inimese ja loomade patogeenid ja ka kommensaalsed liigid. Nad on graamnegatiivsed, asporogeensedhelikaalselt kõverdunud graamnegatiivsed bakterid, kes ei metaboliseeri suhkruid. Mikroaerofiilised. Rakud on erineva pikkusega: lühikesed on komakujulised ja pikad on spiraalsed. Looduses levinud taimejuuretel, reo- ja joogivees, lindude ja loomade suguteedes ja seedekanalis. Tööstusriikides on kampülobakterid sagedased enteriidi tekitajad.

35. Epsilonproteobakterid Campylobacter Esmalt klassifitseeriti neid baktereid perekonda Vibrio ( V. fetus, kes põhjustas veistel aborte ja V. jejuni, kes põhjustas vasikatel kõhulahtisust). Hiljem isoleeriti neid nn vibrioone ka inimestelt. 1963. a. tehti kindlaks, et need vibrioonid erinevad DNA GC-sisalduse poolest perekonna Vibrio teistest liikidest ja neile loodi uus perekond Campylobacter. Tüüpliigiks nimetati Campylobacter fetus.

36. Epsilonproteobakterid Campylobacter C. fetus põhjustab veistel ja lammastel tiinuse katkemist. C. jejuni.Üks põhiline kõhulahtisuse põhjustaja. Komakujuline. Grami järgi värvitud preparaadis on rakud kahekaupa koos nagu kajakatiivad. Liiguvad raku mõlemas otsas asuva viburiga. Toitumiselt nõudlikud. Normaalselt on kampülobaktereid alati inimese, loomade ja lindude sooles. 1973. a. avastati, et ta on patogeen. Nakatumine toimub halvasti küpsetatud toidu, just kanaliha tarvitamisel. On nakatatud ka toorest piimast ja joogiveest. Üks väheseid baktereid, kellel on näidatud, et viburid on virulentsusfaktorid. Viburiteta variandid on avirulentsed.

37. Epsilonproteobakterid Kampülobakterid koloniseerivad peensoole epiteeli, sisenevad epiteelirakkudesse, limaskesta pind haavandub. Väljaheide on verine. Peiteaeg 1-7 päeva. Esimene tunnus kõhuvalu, mis meenutab pimesoolevalu ja palavik. AB ravi. Erütromütsiin. See lühendab haiguse kulgu, kuid üldiselt paraneb ka ilma AB ravita. Campylobacter jejunil on kruvikujulise raku kummaski otsas üks vibur. Põhjustavad saastunud toidu või veega levivat soolenakkust (äge kõhulahtisus).

38. Epsilonproteobakterid Perekond Helicobacter. Kõverdunud pulgad või spiraalsed rakud, millel on terminaalne kimp vibureid. Sobivaimad on talle mikroaeroobsed tingimused. Ta on katalaaspositiivne, oksüdaaspositiivneja tugevalt ureaaspositiivne. Ureaasid on tal nii aktiivsed, et neid annab testida isegi maohaigete väljahingatavas õhus!. Ureaasne aktiivsus eristab neid kampülobakteritest. Neid on isoleeritud imetajate ja lindude seedetraktist. Helicobacter pylori kuulus varem perekonda Campylobacter (C. pylori). Inimesel põhjustab mao- ja kaksteistsõrmikuhaavandeid..

39. Epsilonproteobakterid Helicobacter pylorit isoleeritakse mao- ja kaksteistsõrmiku haavanditega patsientidelt ja peetakse nimetatud haiguse põhjustajaks

40. Epsilonproteobakterid Umbes 80% maohaavandi või maovähiga haigel avastatakse biopsiapreparaatides H. pylori. Umbes 50% täsikasvanutest kannab teda. Eestis on H. pylori esinemissagedus ca 80%. Koduloomadel võib ka esineda. Võib ilmselt üle kanduda ka toidu ja veega (fekaal-oraaltee) ja levida inimeselt inimesele otsekontaktiga. Väliskeskkonnas moodustab püsivaid inerseid kokoidseid vorme. Kui H. pylori koloniseerib mao limaskesta, siis tekib krooniline põletik.

41. Epsilonproteobakterid Ureaasiga kaitseb end maohappe eest. Lipopolüsahhariidid indutseerivad põletiku tekke. Bakter toodab ka mitut tsütotoksiini: fosfolipaasid kahjustavad mao limaskesta epiteelirakke, tsütotoksiinid indutseerivad ka rohkete vakuoolide tekke rakkudes (vakuoliseeriv toksiin). Seega tuleks maohaavu ravida mitte maohappe teket pärssivate või seda neutraliseerivate preparaatidega, vaid Abga (tetratsükliin, metranidazool). Sageli kombineeritakse ravis mitut erinevat AB.

42. Epsilonproteobakterid Perekond Wolinella Tüüpliik on Wolinella succinogenes. Siia kuuluvad graamnegatiivsed pulgad, mis võivad olla otsesed, kõverdunud või helikaalsed. Nad liiguvad polaarse viburiga. Nad on anaeroobsed, fumaraatsedhingajad. W. succinogenes isoleeriti esmalt veiste vatsavedelikust.