OYDEIS NEMO - Uniwersytet...

25
1 OYDEIS NEMO Ciąg dalszy (3) Θ Ουδεις MMX

Transcript of OYDEIS NEMO - Uniwersytet...

Page 1: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

1

OYDEIS NEMO Ciąg dalszy (3)

Θ Ουδεις MMX

Page 2: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

2

METANOBAKTERIE

Zdolne do asymilacji CO2 z wytwarzaniem metanu. Systematycznie są to archeobakterie. W powstawaniu metanu bierze udział porfiryna (czynnik M).

2CO2 + 6H2 → 2CH4 + 2H2O + O2↑

HCOOH

4 2[H]

H2 CO2

1 X1COOH 2[H]

X1CHO

X2CHO CH3OH 2[H]

X2CH2 H2O

2[H] B12-CH3 X2CH3 3 CoM-CH3

2 2[H]

ATP CH4

Schemat tworzenia metanu z wodoru i innych jednowęglowych związków chemicznych, przez bakterie metanowe i CO2 (na różnych czynnikach). W ostatnich kroku podczas redukcji grupy metylowej do metanu (2) zostaje uzyskana energia.

X1 – CO2 reduktor (=CDR, Carbon Dioxid Faktor - metanofuran) X2 – metanolowy czynnik aktywujący (=THMP, TetraHydroMetanoPterina) CoM – koenzym M, kwas merkaptoetanosulfurowy B12 – koenzym B12

Page 3: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

3

1 – reakcja hydrogenazy dostarcza czynnika redukującego [H] 2 – reakcja metyloreduktazy 3 – reakcja metylotransferazy 4 – reduktaza formiatowa Jako przenośnik elektronów jest również w akcji fluorescencyjny deriwat 5-deazaryboflawiny – F420

MIKSOTROFY

To organizmy odżywiające się auto- i heterotroficznie zależnie od warunków środowiskowych.

RHODOSPIRILLACEAE Rhodospirillum rubrum – stojące zbiorniki wodne, szlam.

Komórki śrubowate 1,5 -2,5 × 7 -10 μm i o średnicy 0,8 – 1 μm. Polarne wici. Zawiera bakteriochlorofil a i spiroksantynę oraz inne karetenoidy. Rosnąc w ciemności jest aerobem lub mikroaerofilem, w świetle bezwzględnym anaeorobem. Optymalne warunki to 30 – 35°C i 6,8 – 7 pH. Potrzebują biotyny. Najbardziej znana forma fotoasymilacji to przemiana CO2 w węglowodany, oraz dodatkowo powstaje wodór molekularny transportowany przez hydrogenazę. Brak wakuoli gazowych.

TERMOFILE

Żyją w gejzerach, powodują samozapalenie siana. W większości są to przedstawiciele archeobakterii.

Termokoki, przedstawiciele królestwa Archaeobacteria, sprawiły uczonym nie lada niespodziankę. Pod wpływem wysokiej temperatury z syntetyzowanego w termokokach białka wycinany jest spontanicznie centralny jego fragment – inteina - i chemicznie zespalane dwa fragmenty boczne.

Z badań fizycznych termoenzymów wynika, iż różnica w swobodnej energii stabilizacji między nimi a enzymami "tradycyjnymi" jest niewielka, rzędu 20-60 kJ/mol, co oznacza, iż różnice chemiczne dotyczą tylko niewielkiej liczby wiązań (wodorowych, hydrofobowych, mostków solnych). Termoenzym ma bardziej "sztywną" strukturę przestrzenną, bardziej "upakowaną" wokół hydrofobowego rdzenia, przestrzeń wewnątrz, której cząsteczki białka wypełniona jest hydrofobowymi resztkami aminokwasów (w zwykłych analogicznych enzymach miejsca te zajmują często cząsteczki wody).

Page 4: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

4

Ochrona jednej grupy hydrofobowej przed oddziaływaniem z wodą zwiększa energię stabilizacji całej cząsteczki o około 4 kJ/mol. Sumaryczny skutek kilku podobnych zmian powoduje, że na przykład objętość wszystkich wolnych wewnętrznych przestrzeni w termoenzymie syntazie cytrynianowej odpowiada 30% takich objętości analogicznego enzymu wydzielonego z komórek świni. Tzw. mostki solne także odgrywają istotną rolę w stabilizacji termoenzymów. Niewielkie zmiany w składzie i kolejności pojedynczych aminokwasów mogą zmieniać naprężenia strukturalne całej cząsteczki enzymu, a także ułatwiać tworzenie się dłuższych odcinków o stabilnej strukturze przestrzennej (np. helis alfa), z jednoczesnym skracaniem odcinków nieuporządkowanych (tzw. pętli), od których rozpoczyna się destabilizacja termiczna całego enzymu.

Utrata aktywności katalitycznej przez zwykłe enzymy wiąże się najczęściej z rozpadem wszystkich typów struktur przestrzennych danej cząsteczki białka, po czym następuje jego wytrącanie. W przypadku termoenzymów szybciej od zniszczenia struktury dochodzi do nieodwracalnych zmian w budowie chemicznej. Następuje bowiem pękanie łańcucha peptydowego, uwalnianie grup funkcyjnych itp.

BAKTERIE MLECZNE Bakterie kwasu mlekowego zasiedlają różne środowiska,

m.in. wchodzą w skład naturalnej flory przewodu pokarmowego, skóry, a także narządów rodnych. Niezbędną do życia energię, którą my uzyskujemy w procesie oddychania, zdobywają w procesie fermentacji, czyli beztlenowego rozkładu cukrów. W trakcie fermentacji powstają charakterystyczne związki, takie jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy i bursztynowy, a także dwutlenek węgla. Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus, Pediococcus i niektóre gatunki z rodzaju Streptococcus. Podobne właściwości mają również inne bakterie, niezdolne do życia w obecności tlenu, mikroby z rodzaju Bifidobacterium.

Lactobacillus:.....C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH + CO2↑

Lactobacillus bulgaricus wytwórca jogurtu. Pokrewny gatunek L. desioliosus tworzą tak zwane ziarna

kefirowe przypominające swym kształtem kwiatki kalafiora, złożone jeszcze z kilkunastu gatunków bakterii mlekowych i czterech gatunków drożdży oraz ściętej przez nie kazeiny mleka i będących ich produktem cukrowych substancji śluzowych (dochodzą do 7 cm średnicy), i są producentami tego napoju. Wymyślili go nasi przodkowie przed 3 tysiącami lat, gdy jeszcze zamieszkiwali Kaukaz. Należy on do tych napojów

Page 5: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

5

mlecznych, które, tak jak np. kumys, są efektem fermentacji mlekowo-alkoholowej.

L. ruminis i L. plantarum (w zaprawie ogórkowej i znosi duże zasolenie NaCl, anaerob, tworzy kwas mlekowy) – urzęsiony.

Zakwaszanie środowiska konserwuje przetwory. Bakterie kwasu mlekowego wykorzystuje się jednak nie tylko do fermentacji napojów mlecznych. Ciekawostką jest, że bakterie z gatunku Lactobacillus plantarum, obecne w tych napojach, nie wzrastają w tak bliskim swej nazwie mleku, ale fermentują mąkę owsianą, która to wraz z bakteriami jest dodawana do soku owocowego.

Oprócz znanych od wieków kwaszonych warzyw czy napoi niektóre wędliny (salami) są również efektem działania bakterii z rodzaju Lactobacillus. Salami, paradoksalnie, właśnie dzięki bakteriom, które konserwują je poprzez zakwaszenie, jest jednym z niewielu produktów mięsnych, chronionych przed wzrostem większości bakterii.

PATOGENY

Helicobacter pylori W kwaśnym środowisku żołądkowym wodny roztwór amoniaku tworzy wodorotlenek amonowy (NH4OH), który neutralizuje kwas chlorowodorowy (solny – HCl). Dzięki temu bakteria ta może egzystować w tak niegościnnym środowisku nie ulegając strawieniu. Wrzody i nowotwory Jest bardziej rozpowszechniona niż sądzono. Ponad 50% ludzkości zarażona jest tym gatunkiem. Do żołądka dostaje się PER OS. Ta urzęsiona bakteria porusza się sprawnie nie tylko w płynnej treści żołądka ale również w śluzie ścian żołądka. Tam zagnieżdża się masowo powodując wrzody, a nawet może być powodem nowotworów. Dzięki ureazie – enzymowi rozkładającemu mocznik do amoniaku. Chmura amoniakalna otaczająca bakterię chroni ją przed kwasem.

NH2 H UREAZA O=C + O 2NH3↑ + CO2↑

NH2 H

Reakcja rozszczepiania diaminokarbonylu (mocznika) za pomocą ureazy Szybko umiejscawia się błonie śluzowej żołądka.

Specyficzne białka umiejscowione na jego ścianie komórkowej są nie do zydentyfikowania dla systemu odpornościowego żywiciela. Są tam więc bezkarne.

Page 6: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

6

RIKETSJE

Zajmują w systematyce drobnoustrojów miejsce pośrednie między wirusami a bakteriami. Riketsje chorobotwórcze dla człowieka należą do rzędu Rickettsiales. Nazwa pochodzi od nazwiska – Riketts.

Rodzina Rikettsiaceae

Są to gram ujemne bezjądrowce. Należą tu drobnoustroje

bardzo małe, wielopostaciowe, owalne lub pałeczkowate, o wymiarach 0,3 × 0,4-0,6 µm. Barwią się metodą Giemsy. Są to obligatoryjne pasożyty. Rezerwuarem: są zwierzęta (Kleszcze, przeżuwacze) i ludzie. Rozmnażają się wewnątrzkomórkowo. Riketsja duru plamistego epidemicznego (Rickettsia provazekii)

Choroba przenosi się z człowieka na człowieka za pośrednictwem wszy poprzez skórę. Cechuje ją wysoka gorączka i wysypka.

Riketsja duru plamistego szczurzego (Rickettsia mooserii)

Źródłem zakażenia są gryzonie, głównie szczury, z których drobnoustrój przenosi się za pomocą pcheł szczurzych. Choroba przebiega łagodniej niż dur plamisty.

Riketsja Gór Skalistych (Rickettsia rickettsii)

Riketsje te rozwijają się w jądrach wrażliwych komórek. Rezerwuarem i źródłem są kleszcze i gryzonie. Choroba

Rikettsia provazekii

Page 7: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

7

wywoływana przez te riketsje nazywa się gorączką plamistą Gór Skalistych.

Zarazek gorączki Q (Coxiella burnetii)

Kształtem zbliżone do riketsji duru wysypkowego, są jednak od nich znacznie mniejsze. Wytwarzają przetrwalniki. Głównym rezerwuarem są zwierzęta domowe: bydło, owce, kozy. Do zakażenia dochodzi poprzez wdychanie zakażonego powietrza. Gorączka Q jest ostro przebiegającą zoocenozą mającą najczęściej postać zapalenia płuc.

Wolbachia pipientis

Babska zaraza

Wolbachia jest blisko spokrewniona z riketsjami, znana

jest od 1924 roku. Ale dopiero ostatnie kilkanaście lat przyniosło wyniki badań, które zdumiały świat naukowy. W fachowej literaturze niecodzienną bakterię zaczęto wręcz nazywać "męską morderczynią" lub "producentką wdów". Im więcej wiadomo o wolbachii, tym jej wpływ na świat zwierząt okazuje się większy, a nawet na ewolucję.

Pierwszym poznanyn gatunkiem z tego rodzaju jest W. piepiens – żyjący u komarów. W populacji afrykańskich motyli z gatunku Acraea encedon zaczyna brakować samców. Wolbachie zabijają męskie osobniki jeszcze przed ich wykluciem się z jaja. Niedobór panów doprowadził już do zmian w zwyczajach godowych tych motyli. Za jej sprawą dziewice rodzą córki, męskie embriony zmieniają płeć lub giną, zanim przyjdą na świat.

Żyją one w gruczołach rozrodczych swoich żywicieli, cytoplaźmie, przedostają się do jaj i przekazywane są więc dalej z jajem. W ten sposób infekują młody organizm już w pierwszej chwili jego istnienia. Można nawet powiedzieć, że bakterie są dziedziczne. W całym tym łańcuszku jest tylko jeden problem - samiec.

Wolbachia występuje pospolicie. Jest patogenem wielu gatunków bezkręgowców. Na co dzień wolbachia stara się nie szkodzić swoim gospodarzom. Infekcja jest praktycznie nie do zauważenia. Objawy choroby stają się widoczne dopiero w okresie rozmnażania.

W komórkach jajowych cytoplazmy jest bowiem pod dostatkiem. Wolbachia nie mogła sobie wybrać lepszego miejsca do życia. W męskich komórkach rozrodczych zaś cytoplazmy jest tak mało, że bakteria nie jest w stanie się w niej zmieścić. W ostatniej fazie powstawania plemnika wolbachia jest wręcz wyciskana z komórki. Nie ma więc żadnych szans na zakażanie kolejnych pokoleń. Życie w samcu to dla niej ślepa uliczka. Zginie bezpotomnie razem ze swym gospodarzem.

Page 8: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

8

Rodzina (Chlamydiaceae) Te obligatoryjne pasożyty są kształtu kulistego, których

ciałka elementarne mają wymiary od 150 do 400 nm. Barwią się metodą Giemsy. Są to pasożyty doskonałe.

Zarazek jaglicy (Chlamydia trachomatis)

Jaglica jest przewlekłą chorobą oczu, prowadzącą niejednokrotnie do ślepoty. Drobnoustrój powoduje ponadto wtrętowe zapalenie spojówek noworodków, zapalenie cewki moczowej, zapalenie szyjki macicy, zapalenie płuc u niemowląt.

Zarazek papuzicy (Chlamydia psittaci)

Jest to choroba odzwierzęca. Rezerwuarem są najczęściej papugi (stąd nazwa). Ludzie zakażają się najczęściej w wyniku kontaktu bezpośredniego z zakażonymi ptakami. Papuzica może przebiegać pod postacią płucną, grypową lub durową.

Cykl życiowy chlamydii

Page 9: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

9

SALMONELLOZY

Salmonella Choroby wywoływane przez Salmonella tj. przez pałeczki

Salmonella z wyłączeniem S. typhi i S. paratyphi A, B, C. Bakterie te wywołują zatrucia pokarmowe, czasem stany zapalne i uogólnione zakażenia. Często zakażenie przebiega bezobjawowo lub z objawami nieznacznego nieżytu żołądka i jelit. Może przybierać postać bardziej poważną. Pałeczki wykazują dużą odporność na działanie słońca. W wodzie mogą przeżywać 4 miesiące, w padlinie 5 miesięcy, w przybrzeżnej wodzie morskiej mogą się również namnażać. Rezerwuarem zarazka są zwierzęta, w Polsce bakterie Salmonella występują zwłaszcza na fermach kurzych. Zakażenie następuje głównie drogą pokarmową, choć jest również możliwe przez kontakt z zakażonymi ludźmi i zwierzętami. Okres wylęgania od 1 do 60 godzin. Nie ma szczepionki przeciw salmonellozom, a przechorowanie nie daje odporności.

Zarazek duru brzusznego (S. typhi) Wywoływany przez pałeczkę duru brzusznego Salmonella

typhi. Objawami choroby są wzrastająca temperatura ciała, bezsenność, bóle głowy, bóle mięśniowe i brzucha, zaparcie (częściej niż biegunka), a niekiedy angina. Z tego względu choroba bywa czasem nie rozpoznawana, tym bardziej że poddaje się leczeniu tak jak angina. Śmiertelność u osób nie leczonych wynosi 10%, leczonych 2%. Część ozdrowieńców i osób zakażonych bezobjawowo zostaje stałymi nosicielami pałeczki S. typhi. Bakteria jest wrażliwa na podgrzewanie (ginie po 20 min w 60°C), działanie chloru i jego preparatów, dobrze znosi niskie temperatury. W wodzie wodociągowej zimnej (0-4°C) może utrzymywać się do 2 miesięcy, w wodzie rzecznej przy tej samej temperaturze do 2 tygodni. Rezerwuarem zarazka jest człowiek, zakażenie szerzy się poprzez wodę i żywność, szczególnie mleko i jego przetwory. Infekcja następuje przez przewód pokarmowy. Okres wylęgania choroby trwa od 1 do 3 tygodni. Chory zaraża przez około 3 miesiące (2-5% to stali nosiciele). Po przebyciu zakażenia zazwyczaj pojawia się odporność swoista.

Zarazek papuzicy duru rzekomego (S. paratyphi) Wywoływane przez pałeczki S. paratyphi A, B i C. Objawy

podobne do objawów duru brzusznego, przebieg łagodniejszy, częściej zakażenia bezobjawowe i postacie o przebiegu nieżytu żołądkowo-jelitowego. Źródłem zakażenia jest człowiek, chory, ozdrowieniec lub nosiciel. Reszta podobnie jak w przypadku duru brzusznego.

Page 10: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

10

Czerwonka bakteryjna (Shigella)

Ostro występująca choroba biegunkowa, często z podwyższoną ciepłotą ciała i o różnym nasileniu objawów zatrucia pokarmowego. Chorobę wywołują bakterie pałeczki z rodzaju Shigella. Rezerwuarem zarazka jest człowiek. Zakażenie następuje drogą pokarmową, rzadziej kontaktową. Nośnikiem zarazka jest zakażona ludzkimi odchodami żywność (głównie przetwory mleczne, owoce i warzywa), woda, a także przedmioty. Objawy choroby występują po 1-7 dniach od zakażenia. Chory i ozdrowieniec wydala bakterie czerwonki nawet przez 3 miesiące. Najbardziej wrażliwe na zakażenie są dzieci do 4 roku życia i osoby starsze. Naturalną odporność uwarunkowaną składem flory jelitowej i kwasotą soku żołądkowego wykazuje 50-90% populacji. Przebycie czerwonki nie pozostawia odporności. Nie istnieją też szczepionki uodparniające.

leptospirozy (Leptospira)

Krętkowice wywoływane przez bakterie z rodzaju Leptospira. Atakują cały organizm, jednak najczęściej wątrobę, nerki oraz układ nerwowy, rzadziej płuca, serce, trzustkę, ślinianki, gałki oczne, stawy. Krętki szybko giną poza ustrojem, są bardzo wrażliwe na wysychanie, ogrzewanie, kwaśne środowisko i powszechnie stosowane środki dezynfekcyjne, oporne natomiast na niską temperaturę. W wodzie stojącej lub wilgotnej ziemi mogą jednak przetrwać wiele tygodni. Rezerwuarem zarazka są zwierzęta, głównie gryzonie. Zakażenie następuje przez kontakt z chorym zwierzęciem, nosicielem wydalającym zarazki z moczem, a także przez zainfekowaną żywność, wodę i glebę. Bakterie wnikają do organizmu przez uszkodzoną skórę, błony śluzowe nosa, spojówki, rzadziej przewód pokarmowy. Okres wylęgania - od kilku do 20 dni. Nie stwierdzono zakażenia człowieka od człowieka.

Krętek blady (Treponema pallidum)

Ten bardzo mały krętek 5 – 15 μm długości i średnicy 200 nm. Gatunek ten zwany jest po polsku krętkiem bladym i jest bligatoryjnym pasożytem. Wywołuje u ludzi chrobę zwaną kiłą. Pochodzi ona z Ameryki. Można więc parafrazować, że jest ona karą za jej odkrycie przez Kolumba.

Page 11: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

11

Treponema pallidum

MYKOPLAZMY To pasożyty doskonałe. Nie powodują bowiem śmierci

żywiciela. Są pozbawione ściany komórkowej i posiadają najmniejszy genom wśród Prokaryota (kilkadziesiąt mikrometrów – 5 × 108 Daltonów). Same są bardzo małe, średnio 150 – 200 nm, maksymalnie kilka μm. (granica rozdzielczości mikroskopu świetlnego). Namnażają się przez podział ciałek elementarnych lub przez rozpad ciał olbrzymich.

Page 12: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

12

Budowa mykoplazmy

Habitusy mykoplazm

Page 13: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

13

FITOPATOGENY

Agrobacterium tumefaciens

Każdy zna narośla na pniach drzew, tak zwany rak.

Wywołuje go bakteria zwana Agrobacterium tumefaciens. Monopolarny monotrychany przecinkowiec wydziela do otoczenia wiele metabolitów, które to powodują bujanie tkanki. Są to rzadkie aminokwasy, nie występujące w polipeptydach.

Lizopina NH2-(CH2)4-CH-COOH

NH

CH-CH-COOH

Oktopina H2N-C-NH-(CH2)3-CH-COOH

NH

CH3-CH-COOH Kwas oktopinowy H2N-(CH2)-CH—COOH NH CH3-CH-COOH Nopalina H2N-C-NH-(CH2)3-CH-COOH NH NH HOOC-CH-(CH2)-COOH

Page 14: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

14

TRUCICIELE

Metabolity niektórych bakterii są wyjątkowo szkodliwe, wręcz trujące. Rodzaj Clostridium charakteryzuje się dużą ilością przedstawicieli wytwarzających silne egzotoksyny. Najbardziej znanym przypadkiem jest botulina (jad kiełbasiany), którą produkuje Clostridium botulinum. Siłę, moc trucizny oznacza się w jednostkach DL. Jednostka ta wyraża połowę przypadków śmiertelnych po podaniu toksyny.

Botulina jest toksyną peptydową, to znaczy, że jest czystym białkiem. Z przeliczeń wynika, że 1g czystej botuliny uśmierca 25.000 ludzi. Oznacza to, że ilość ta wystarczy do uśmiercenia 20% (1/5) mieszkańców miasta Opole.

Zarazek tężca (Clostridium tetani)

Chorobę wywołują laseczki tężca Clostridium tetani, a właściwie ich toksyny. Już 0,01 mg toksyny stanowi dawkę śmiertelną dla człowieka. Bakterie rozmnażają się tylko w warunkach beztlenowych, wytwarzają także przetrwalniki. Światło słoneczne niszczy je po kilku godzinach, gotowanie w ciągu od 10 min do 3 godz. Wrażliwe są na wodę utlenioną i 1% roztwór jodu. Choroba charakteryzuje się wzmożoną pobudliwością i skłonnością do skurczu mięśni. Przy lekkim jej przebiegu następuje tylko szczękościsk, silniejszym - narastające częstsze prężenie, aż do zaburzeń połykania, duszności, obfitych potów, bezdechu, sinicy i zamroczenia. Źródłem zakażenia jest przede wszystkim gleba. Zarazek dostaje się do organizmu przez zanieczyszczone rany, nawet otarcia naskórka. Tężec nie przenosi się bezpośrednio z człowieka na człowieka ani ze zwierząt. Przebycie choroby nie uodparnia. W Polsce stosuje się szczepienia przeciwtężcowe, obowiązkowe do 19 roku życia. Szczepionka daje 7-letnią odporność, stąd przyjmuje się, że dzieci i młodzież są odporne na tę chorobę.

Page 15: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

15

Sekwencje aminokwasów botuliny

MQEVNKQFNY KDPVNGVDIA YIKIPNVGQM QPVKAFKIHN KIWVIPERDTFTNPEEGDLN PPPEAKQVPV SYYDSTYLST DNEKDNYLKG VTKLFERIYSTDLGRMLLTS IVRGIPFWGG STIDTELKVI DTNCINVIQP DGSYRSEELNLVIIGPSADI IQFECKFSFGH EVLNLTRNGY GSTQYIRFSP DFTFGFEESLEVDTNPLLGA GKFATDPAVT LAHELIHAGH RLGYIAINPN RVFKVNTNAYYEMSGLEVSF EELRTFGGHD AKFIDSLQEN EFRLYYYNKF KDIASTLNKAKSIVGTTASL QYMKNVFKEK YLLSSEDTSGK SFVDKLKFDK LYKMLTEIYTEDNFVKFFKV LNRKTYLNFD KAVFKINIVP KVNYTIYDGE NLRNTNLAANFNGQNTEINN MNFTKLKNFT GLFEFYKLLV VRGIITSKTK SLDKGYNKALNDLQIKVNNW DLFFSPSEDN FTNDLNKGEE ITSDTNIEAA EENISLDLIQQYYLTFNFDN EPENISIENL SSDIIGQLEL MPNIERFPNG KKYELDKYTMFHYLRAQEFE HGKSRIALTN SVNEALLNPS RVYTFFSSDY VKKVNKATEAAMFLGWVEQL VYDFTDETSE VSTTDKIADI TIIIPYIGPA LNIGNMLYKDDFVGALIFSG AVILLEFIPE IAIPVLGTFA LVSYIANKVL TVQTIDNALSKNEKWDEVYK YIVTNWLAKV NTQIDLIRKK MKEALANQAE ATKIINYQYNQYTEEEKNNI NFNIDDLSSK LNESINKAMI NINKFLNQSV SYLMNSMIYGVKRLEDFDAS LKDALLKYIY DNRGTLIGQV DRLKDKVNNT LSTDIPFQLSKYVDNQRLLS TFTEYIKNII NTSILNLRYE SNHLIDLSRY ASKINIGSKVNFDPIDKNQI QLFNLESSKE EVILKNAIVY NSMYENFSTS FWIRIPKYFNSISLNNEYTI INCMENNSGW KVSLNYGEII WTLQDTQEIK QRVVFKYSMQMINISDYINR WIFVTITNNR LINNSKIYING RLIDQKPISN LGNIHASNNIMFKLDGCRDT HRYIWIKYFN LFDKELNEKE IKDLYDNQSN SGILKDFWGDYLQYDKPYYM LNLYDPNKYV DVNNVGIRGY MYLKGPRGSV MTTNIYLNSSLYRGTKFIIK KYASGNKDNI VRNNDRVYIN VVVKNKEYRL ATNASQAGVEKILSALEIPD VGNLSQVVVM KSKNDQGITN KCKMNLQDNN GNDIGFIGFHQFNNIAKLVA SNWYNRQIER SSRTLGCSWE FIPVDDGWGE RPL

oznaczenia aminokwasów: A – alanina, C – cysteina, D – kwas aspartenowy, E – kwas

glutaminowy, F – fenyloalanina, G – glicyna, H – histydyna, I – izoleucyna, K – lizyna, M – metionina, N – arginina, P – prolina, Q – glutamina, R – arginina, S – seryna, T – treonina, V – walina, W – tryptofan, Y - tyrozyna

Zjadliwość toksyn

Toksyna Dawka [μg] Botulina 0,00012Toksyna tężcowa 0,0033Jad kobry 0,002Strychnina 0,06Cyjanek potasowy 1,9Toksyna błonicza 2,0

Page 16: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

16

MAGNETYZM

Niektóre bakterie w mule wód słodkich i morskich potrafią orientować się według pola magnetycznego. Owe magnetotaktyczne bakterie z północnej hemisfery utrzymują kierunek bieguna północnego i analogicznie na antypodach. Na równiku występują obydwie formy mniej więcej w równych ilościach. Gdy werdykalne składniki ziemi silniejsze są od horyzontalnych bakterie ukierunkowują się w głąb osad, ich naturalnego biotopu. W sztucznym polu magnetycznym zmiana biegunów tego pola powoduje odwrócenie kierunku ułożenia bakterii. Wykazują więc magnetotaksję dodatnią – wędruje w głąb mułu.

Kluczem do tego, że bakterie tak postępują jest łańcuchowe ustawienie kryształków magnetytu (Fe3O4) o długości około 50 nm, która funkcjonuje na wzór igły magnetycznej. Jej długość jest dokładnie taka, że kryształy nie są zakłucane przez przenoszenie energii cieplnej z otoczenia, z drugiej strony zbyt długi łańcuch anihilowałby polarność. Znajdują się one w magnetosomach umiejsowionych w pobliżu nasady rzęsek. Bakterie magnetyczne posiadają około dziesięciokrotnie większą koncentrację żelaza niż „normalne” bakterie.

LUMINESCENCJA

zagadka świecących bakterii Photobacterium phosphoreum, Photobacterium luciferum,

Vibrio fischeri, Vibrio harveyi

Bakterie świecące cechami morfologicznymi oraz fizjologicznymi przypominają bakterie jelitowe. Kształt komórek bakterii świecących można zaobserwować w zwykłym mikroskopie świetlnym. Aby lepiej uwidocznić komórki bakteryjne stosuje się szereg metod barwienia. W przypadku bakterii świecących zastosowałem dwie metody barwienia - metodę Grama i metodę barwienia negatywowego. Komórki bakteryjne posiadają organy lokomocyjne - rzęski. W przypadku rodzaju Vibrio, biegunowo rozmieszczone rzęski są otoczone osłonkami, które stanowią przedłużenie zewnętrznej błony komórkowej. W przypadku rodzaju Photobacterium występują rzęski bez osłonek. W przypadku wzrostu na podłożach stałych bakterie świecące (podobnie jak inne bakterie) wytwarzają kolonie bakteryjne. Kolonie bakteryjne są widocznymi gołym okiem skupiskami komórek bakteryjnych (o średnicy najczęściej około 2-8 mm). Kolonia może zostać wytworzona z jednej komórki bakteryjnej na drodze jej wielokrotnych podziałów i wzrostu. Bakterie świecące są tlenowcami. Poruszają się za pomocą rzęsek. Zdolność do świecenia pozostaje w ścisłej zależności od składu podłoża. Aby bakterie mogły wytwarzać światło

Page 17: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

17

konieczna jest obecność tlenu. Wynika to z faktu, że proces luminescencji jest czymś w rodzaju bocznego odgałęzienia oddychania. Jednak w odróżnieniu od oddychania produktem końcowym nie jest tu ATP lecz wzbudzony związek chemiczny emitujący światło lucyferaza. Ciekawy jest fakt, że bakterie świecące nie świecą lub świecą bardzo słabo gdy ich komórki znajdują się w znacznym rozproszeniu (np. w wodzie morskiej) podczas gdy komórki występujące w stężonych zawiesinach (np. laboratoryjne hodowle na podłożach płynnych) świecą bardzo intensywnie. Okazało się, że bakterie świecące produkują tzw. autoinduktor - związek chemiczny pobudzający luminescencję. Jeśli w środowisku jest dużo komórek bakteryjnych to duże jest także stężenie autoinduktora co pobudza komórki do świecenia. Podobnie jest w przypadku bakterii zasiedlających narządy świetlne zwierząt - ilość komórek bakteryjnych w jednym mililitrze może tam osiągnąć 1010 co sprawia, że stężenie autoinduktora w takich narządach jest wystarczające aby efektywnie pobudzać bakterie do świecenia. Obecność związków chemicznych podobnych do wyżej opisanego autoinduktora stwierdzono także u innych, nie wytwarzających światła, gatunków bakterii. Prawdopodobnie w tym przypadku pełni on rolę informacyjną - na podstawie jego stężenia w środowisku komórka bakteryjna „orientuje się” jak wiele innych komórek żyje w pobliżu.

Większość bakterii luminescencyjnych żyje w oceanach. Występują tam jako symbionty, pływają swobodnie w toni wodnej, bądź rosną jako saprofity na ciałach martwych ryb i skorupiaków. Na przykład można je zaobserwować, jeśli zostawimy do zaśmierdnięcia kawałki świeżego śledzia zalane 3% roztworem NaCl. W wodach słodkich, konkretnie w rzece Łabie, odkryto tylko jeden szczep emitujący światło Vibrio cholerae, biotyp albensis. Bakterie żyjące na lądach są słabo poznane. W XIX wieku, w szpitalach wojskowych, często obserwowano zjawisko świecenia ran. Uważano to za objaw gojenia, gdyż bakterie luminescencyjne nie są szkodliwe dla człowieka. Kolonie świecących bakterii można także zauważyć w ciemności na powierzchni wilgotnej padliny. Do tej pory jednak nie przeprowadzono systematycznych studiów nad tymi organizmami. Uważa się je bowiem za mało przydatne dla człowieka i dlatego nie przeznacza się pieniędzy na badania. Nie jest wykluczone, że poza granicą naszego poznania pozostają setki szczepów tych bakterii. Podczas doświadczeń z hodowlami bakteryjnymi w obecności pleśni zaobserwowano pozytywny wpływ grzybów pleśniowych na świecenie bakterii. Stwierdzono wyraźne zwiększenie wydajności tego procesu. Niewykluczone, że wiele opisanych przypadków bioluminescencji grzybów mogło pochodzić od kolonii bakteryjnych pokrywających owocniki. Próchno świecące w lesie jest czesto opanowane równocześnie przez bakterie i grzyby o zdolnościach luminescencyjnych. Jedyne zbadane dotąd lądowe bakterie luminescencyjne należą do gatunku Xenorhabdus luminescens. Są to urzęsione pałeczki, żyjące w przewodzie pokarmowym nicieni z rodzaju

Page 18: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

18

Heterorhabditis, które z kolei są pasożytami owadów. Po wniknięciu do ciała owada, larwy nicieni zaczynają odżywiać się hemolimfą i wymiotują bakteriami, które szybko się rozmnażają, a ich obecność umożliwia przemianę larw nicieni w postać dorosłą. Mnożące się bakterie zabijają owada w ciągu 48 godzin, wywołując u niego posocznicę. Dwa tygodnie po śmierci owada z jednego grama masy ciała żywiciela powstaje ok. 500 tysięcy nicieni infekcyjnych, które migrują w poszukiwaniu nowego gospodarza. Nicienie żyjące w symbiozie z bakteriami Xenorhabdus są stosowane jako środek owadobójczy przy produkcji zdrowej żywności. Stosując metody inżynierii genetycznej udało się wyizolować z bakterii geny odpowiedzialne za luminescencję, po czym wszczepiono je roślinom i bakteriom nie posiadającym dotąd tej cechy. W efekcie otrzymano między innymi odmianę tytoniu o świecących żółto korzeniach, łodydze i liściach oraz soi, której korzenie świecą na niebiesko, gdy odczuwa ona niedobór azotu. Trwają badania nad wyhodowaniem innych roślin użytkowych, które barwą i intensywnością światła sygnalizowałyby swoje potrzeby i funkcje życiowe. Myśli się również o roślinach luminescencyjnych do obsadzania poboczy dróg i autostrad.

AZOTOWE Bakterie wiążące wolny azot

niesymbiotyczne To głównie Azobacter chrooccum - tlenowiec i Clostridium

pasteurianum - beztlenowiec. Występują w glebie i są głównym, naturalnym źródłem azotu w glebie przyswajalnego przez rośliny. Oranie gleby powoduje wymieranie tych drobnoustrojów i zaburzenia równowagi między bakteriami nitryfikującymi, a denitryfikującymi, które uwalniają azot ze związków do atmosfery. Nitrosomonas europea i Nitrosococcus utleniają amoniak do kwasu azotowego (III) (azotawy – HNO2), a Nitrosospira i Nitrobacter kwas azotowy (III) utleniają do kwasu azotowego (V) (azotowy – HNO3).

2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + H2O

2HNO2 + O2 → 2HNO3

Symbiotyczne - brodawkowe Bakterie z rodziny Rhizobium wnikają z gleby przez

włośniki do korzeni roślin motylkowatych, wywołując nadmierny wzrost komórek, w których się osiedlają (brodawki). Od rośliny

Page 19: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

19

dostają węglowodany, wodę i inne składniki odżywcze. Uzyskaną energię wykorzystują do syntezy azotanów, z której też uzyskują energię. Komórki tych bakterii mają kształty nieregularne, kanciaste, rozmiarów małych ziarniaków. Bakterie brodawkowe trudno hodować na podłożach stałych, które muszą zawierać specjalne związki pobudzające ich rozwój. Azotany są wydalane poza komórkę w czasie jej śmieci, podziału lub poprzez transport aktywny. Człowiek nauczył się wykorzystywać te bakterie siejąc rośliny motylkowe, np. łubin żółty, wykę czy koniczynę w celu użyźnienia gleby. Rośliny motylkowe ze względu na bakterie brodawkowe mogą rosnąć na glebach ubogich w azot. Każdy gatunek roślin motylkowatych jest przystosowany do odpowiedniego gatunku bakterii brodawkowych:

Gatunek bakterii Gatunek rośliny

Rhizobium leguminosonim...........................................Groch i wyka Rhizobium trifolii.............................................................Koniczyna Rhizobium lupini........................................................Łubin i sardela Rhizobium phaseoli................................................................Fasola Rhizobium meliloti................................................Nostrzyk i lucerna Rhizobium japonicum................................................................Soja

Page 20: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

20

Symbioza bakterii z roślinami motylkowymi

Page 21: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

21

Nitrogenaza ------------------

N≡N azot

2e⊖ + 2H⊕ n ATP

Nitrogenaza ------------------

HN=NH diamid

2e⊖ + 2H⊕ n ATP

Nitrogenaza ------------------

H2N–N2H hydracyna

2e⊖ + 2H⊕ n ATP

Nitrogenaza

+

2NH3 amoniak

Proces wiązania azotu atmosferycznego w komórce Rhizobium leguminosarum

Proces wiązania azotu atmosferycznego przebiega wieloetapowo

Page 22: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

22

SYMBIONTY

bakterie metanowe w żwaczu przeżuwaczy Żołądek przeżuwaczy – kocioł fermentancyjny – źródło metanu

Zwierzęta nie mają zdolności wytwarzania β-amylazy,

enzymu rozkładającego błonnik (poli-1,4-β-D-glukozy) dlatego roślinożerne zwierzęta wykorzystują mikroorganizmy do rozkładu celulozy. Wiąże się to jednak z wydzielaniem metanu jako produktu ubocznego.

Procesy zachodzące w żołądku przeżuwaczy

Page 23: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

23

Glaucophyta

Królestwo to jest bardzo niejednorodne, obejmuje zarówno formy autotroficzne jak i heterotroficzne oraz wiele form pośrednich - miksotrofów. Rozpatrzymy zjawisko innej symbiozy na przykładzie Glaucocystis nostochinearum z grupy glaukofitów. Jest to symbiotyczny organizm składający się z komórki eukariotycznej i prokariotycznego endosymbionta z gatunku Skujapelta nuda, który jest sinicą. Jest to bardzo dobry przykład, iż komórka eukariotyczna jest chimerą powstałą z konglomeracji kilku innych komórek w jeden organizm. Znanych jest zaledwie kilkanaście tych interesujących organizmów. Najpewniej jest to grupa polifiletyczna. Sinice pełnią funkcje chromatoforów. Są to formy planktonowe i zamieszkujące muły denne mórz pełnosłonych. Symbioza jest bardzo ścisła – zsynchronizowane podziały. Genofor zawiera jednak tylko 10% genomu wolno żyjącej sinicy. Symbiont posiada jeszcze resztki ściany komórkowej. Cały organizm rozmnaża się generatywnie, ale głównie wegetatywnie przez podział lub pływek czy autospor. Materiałem zapasowym jest skrobia.

Komórka Glaucocystis nostochinearum z symbiontem piokariotycznym Skujapelta nuda

Page 24: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

24

Porosty

Inną formą sybiozy są porosty. Składają się one

z mykobionta (grzyba) i symbionta (fykobiont). Symbiontem jest organizm autotroficzny i może nim być zielenica lub sinica. Porosty mogą rozmnażać się jako całość lub jako osobne organizmy. Mogą żyć też oddzielnie. Ale mają wtedy całkiem inny wygląd. Są organizmami pionierskimi.

Powstawanie porostu z wolno żyjących komponentów

Page 25: OYDEIS NEMO - Uniwersytet Opolskibiotechnologia.wpt.uni.opole.pl/wp-content/uploads/bakterie-3.pdf · jak kwas mlekowy (główny) i cała gama innych, np. etanol, kwas octowy, mrówkowy

25

CHCESZ WIEDZIEĆ WIĘCEJ? WILLST DU MEHR WISSEN? ХОЧЕШ БОЛЬШЕ ЗНАТЬ? ΘΕΛΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΟ ΓΝΩΡΕ?

VOLES MAGIS SCIRE? [email protected]

Θ Ουδεις MMX