Mikrobiologia Przemysłowa

1. Mikrobiologia Przemysłowa Mikroorganizmy stosowane w procesach przemysłowych

2. Drzewo życia – czyli filogenetyczny podział organizmów planety Ziemia FILOGENETYKA - dyscyplina biologii zajmująca się odtwarzaniem dróg rozwoju rodowego poszczególnych grup organizmów, zarówno żyjących współcześnie, jak i w epokach minionych

3. Drzewo życia – czyli filogenetyczny podział organizmów planety Ziemia • Drzewo filogenetyczne zbudowane jest w oparciu o taksony • Takson - grupa organizmów na tyle do siebie podobnych, że można ją wyróżnić i zaklasyfikować do jakiejś kategorii systematycznej np. klasy, rodziny, gatunku • Podstawową jednostką klasyfikacji biologicznej jest gatunek • System klasyfikacji musi być oparty na cechach występujących we wszystkich żywych organizmach

4. Drzewo życia – czyli filogenetyczny podział organizmów planety Ziemia Molekularna miara stopnia pokrewieństwa – sekwencja DNA wspólnych genów – genów kodujących rybosomalny RNA (Carl Woese) • dla organizmów prokariotycznych – geny kodujące 16S rRNA • dla organizmów eukariotycznych – geny kodujące 18S rRNA

5. Molekularna miara stopnia pokrewieństwa Porównanie sekwencji genów rRNA z różnych organizmów Organizm I ACTGCATTACGCCTTAAGAGGCTCT Organizm II ACTGCATTAGGCCTTAAGAGGCTCT Organizm III ACTGCATAATGCACAATGAGGCTCT Sekwencja zakonserwowana Sekwencja zmienna Sekwencja zakonserwowana Organizm I Organizm II Organizm III

6. Molekularna miara stopnia pokrewieństwa- trzy domeny organizmów

7. Klasyfikacja taksonomiczna mikroorganizmów - archeony Pyrococcus woesei izolowany z morskiej solfatary (Porto di Levante, wyspa Volcano, Włochy) Domena: Archaea Grupa: Euryarchaeota Klasa: Thermococci Rząd: Thermococcales Rodzina: Thermococcaceae Rodzaj: Pyrococcus Gatunek: Pyrococcus woesei • Ziarniak • 0,8 - 2,0 μm • Urzęsienie lofotrichalne • Beztlenowiec • Optimum temperatury - 97 - 100°C • Optimum pH - 6,0 • Optimum NaCl - 30% • Produkty metabolizmu - H2, H2S (w obecności S0)

8. Klasyfikacja taksonomiczna mikroorganizmów - bakterie Deinococcus geothermalisizolowany z gorących źródeł (Sao Pedro, Portugalia) Domena: Bacteria Grupa: Deinococcus-Thermus Klasa: Deinococci Rząd: Deinococcales Rodzina: Deinococcaceae Rodzaj: Deinococcus Gatunek: Deinococcus geothermalis • Ziarniak • Gram+ • Brak urzęsienia • Tlenowiec • Optimum temperatury - 45 - 50°C • Optimum pH - 7,2 • Podwyższona oporność na promieniowanie jonizujące i UV • Podwyższona oporność na warunki ograniczonej wilgotności

9. Klasyfikacja taksonomiczna mikroorganizmów - eukariota Saccharomyces cerevisiaeizolowany ze skórek winogron Domena: Eukarya Królestwo: Fungi Gromada: Ascomycota Podgromada: Saccharomycotina Klasa: Saccharomycetes Rząd: Saccharomycetales Rodzina: Saccharomycetaceae Rodzaj: Saccharomyces Gatunek: Saccharomyces cerevisiae • komórki kuliste lub owalne • 5 - 10 μm średnicy • Metabolizm tlenowy i beztlenowy • Optimum temperatury - 25 - 30°C • Optimum pH - 6,5

10. Bakterie • Mikroorganizmy jednokomórkowe • Otoczone sztywną ścianą komórkową (za wyjątkiem mykoplazm) • Brak jądra komórkowego, DNA zlokalizowane w cytoplazmie, 1 – 2 chromosomy, mogą zawierać DNA plazmidowe • Szybki wzrost i metabolizm • Rozmnażanie przez podział komórki • Zdolność do horyzontalnego transferu genów – nabywania DNA od innych mikroorganizmów i włączania go do własnego genomu • Wielkość: długość 1-5 μm; średnica 1-2 μm • Kształt: kulisty lub owalny, cylindryczny, spiralny

11. Podstawowe kształty i ugrupowania komórek bakterii ziarniaki dwoinki paciorkowce gronkowce czworaczki pakietowce pałeczki śrubowce przecinkowce

12. Laseczki - Bacillus

13. Pałeczki - bacterium Escherichia coli

14. Maczugowce - Corynebacterium

15. Śrubowce - Spirillum i Krętki - Spirochaetea

16. Przecinkowce - Vibrio

17. Ziarniaki - Coccus

18. Zdolność do ruchu – rzęskiwystępowanie i sposób ułożenia rzęsek jest cechą o znaczeniu taksonomicznym monotrichalne peritrichalne lofotrichalne amfitrichalne Taksja – ukierunkowany ruch jako odpowiedź na bodźce zewnętrzne: chemo-, foto-, aero-, magneto-, termotaksja

19. Formy przetrwalne bakterii - endospory Clostridium tetani Bacillus thuringiensis

20. Otoczki bakteryjne Neisseria meningitidis dwoinka G- wytwarza polisacharydową otoczkę optymalna temp. wzrostu 37°C wzrost na pożywkach wzbogaconych z dodatkiem krwi Postacie kliniczne zakażeń N. meningitidis posocznica z zapaleniem opon mózgowo-rdzeniowych – 60% zakażeń inwazyjnych, śmiertelność ≤ 11% posocznica – 20% zakażeń inwazyjnych, śmiertelność 20 – 53% zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych – 20% zakażeń inwazyjnych, śmiertelność ≤ 1,2% zapalenie spojówek, osierdzia, stawów, płuc substancja czynna szczepionki – wyizolowane i oczyszczone polisacharydy otoczki N. meningitidis

21. Obserwacja komórek bakterii • Obserwacje mikroskopowe żywych bakterii nie pozwalają na rozpoznanie kształtów i szczegółów struktur komórkowych. Kształt bakterii obserwuje się zwykle po ich wybarwieniu. • Do celów diagnostycznych stosuje siębarwienie różnicujące, metodę Grama, która jest podstawą podziału bakterii na dwie grupy o odmiennych cechach fizjologicznych i biochemicznych.

22. Hans Christian Gram Duński farmakolog i lekarz. W roku 1884 opublikował autorską metodę barwienia bakterii. Dokonał przełomowego odkrycia przyczyniającego się do rozwoju mikrobiologii (13.09.1853 – 14.11.1938)

23. Budowa ściany komórkowej bakterii G- i G+ G- G+

24. Mechanizm barwienia metodą Grama • Komórki bakteryjne (G+ i G-) barwią się fioletem krystalicznym. • Dodanie płynu Lugola powoduje, że fiolet reaguje z jodem, w wyniku czego tworzą się stosunkowo duże kompleksy złożone z barwnika i jodu. • Płukanie alkoholem powoduje, że w komórkach G+ następuje zmniejszenie pustej przestrzeni w wielowarstwowych ścianach komórkowych, mających wygląd wielu (ok. 50) nałożonych na siebie siatek mureiny. W rezultacie kompleksy fioletu krystalicznego z jodem nie mogą ulec wypłukaniu, co w przypadku 1-2 warstw u bakterii G- nie jest przeszkodą i alkohol świetnie wypłukuje barwnik. • Po zakończeniu płukania komórki G+ są fioletowe, zaś G- - bezbarwne. • Dodatkowy barwnik np. fuksyna dobarwi komórki G- na kolor czerwony, nie zmieniając barwy komórek G+.

25. Thermus Thermophilus - barwienie metodą Grama i błękitem metylenowym Deinococcus geothermalis – barwienie metodą Grama i błękitem metylenowym

26. Promieniowce - Actinomycetales • Bakterie, których komórki, w postaci cienkich nitek, tworzą rozgałęzienia na wzór strzępków grzybni; promieniowce tworzą też zarodniki (spory, konidia). • O przynależności do bakterii decydują: brak jądra komórkowego, podobny skład chemiczny ściany komórkowej, wrażliwość na fagi. • Naturalne środowisko: gleba, rozkładająca się masa roślinna, wilgotne stogi siana, torfowiska, sterty odpadów organicznych, rzadziej zbiorniki wodne.

27. Promieniowce - Actinomycetales • Przeważnie tlenowce • Są chemoorganotrofami • Optymalna temperatura wzrostu 25-30 °C (zakres 15-37°C) • Optymalne pH bliskie 7 (zakres 5,0-9,0) • Barwią się Gram dodatnio • Tworzą 3 rodzaje pseudogrzybni (powietrzną, substratową i wgłębną) • Rozmnażają się przez podział nitek pseudogrzybni oraz zarodniki

28. Promieniowce - Actinomycetales • Najważniejsze rodzaje promieniowców • Actinoplanes • Geodermatophilus • Micromonospora • Nocardia • Streptomyces Klasyfikacja na podstawie cech morfologicznych, fizjologicznych i pigmentacji

29. Promieniowce - Actinomycetales

30. Morfologia strzępek i układów sporonosnych promieniowców

31. Przemysłowe zastosowanie bakterii właściwych i promieniowców • Promieniowce • produkcja antybiotyków (np. aktynomycyna, amfoterycyna B, kanamycyna, neomycyna, nystatyna, tetracyklina) • produkcja leków steroidowych - biokonwersja (kortyzon, hydrokortyzon) • produkcja witamin (witamina B12) • produkcja enzymów (proteazy, izomeraza glukozowa)

32. Przemysłowe zastosowanie bakterii właściwych i promieniowców • Bakterie właściwe • produkcja kwasu octowego (Acetobacter sp.) • produkcja kwasu mlekowego (Lactobacillus delbrueckii) • produkcja fermentowanych produktów mlecznych (Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus) • produkcja nizyny (Lactococcus lactis) • produkcja kwasu glutaminowego (Corynebacterium glutamicum) • produkcja antybiotyków (Bacillus brevis – gramicydyna S) • produkcja etanolu (Zymomonas mobilis) • źródło genów kodujących enzymy • nośnik obcych genów