Přednášky

MIKROBIOLOGIE
• 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.
BUNĚČNÉ ORGANISMY
BACTERIA
● BAKTERIE
- cca 20 kmenů
včetně sinic
ARCHAEA
●
●
●
●
TERMOFILNÍ
HALOFILNÍ
METHANOGENNÍ
DESULFURIKAČNÍ
NEBUNĚČNÉ ČÁSTICE:
EUCARYA
●
●
●
●
VIRY a VIROIDY
PRIONY
PRVOCI (PROTISTA)*
HOUBY (FUNGI)
ROSTLINY (PLANTAE)
ŽIVOČICHOVÉ
(ANIMALIA)
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
Periplasmatický
prostor
Cytoplasmatická
membrána
Pouzdro,kapsule
Buněčná stěna
Ribosomy
Plynové vakuoly
Bičíky
Granule síry
Glykogen
Cytoplasma
Granule
polyfosfátů
Bakteriální
DNA
Mesosom
Fimbrie, pilusy
Granule kys. poly-β-hydroxymáselné
STRUKTURA CYTOPLASMATICKÉ MEMBRÁNY
BAKTERIÁLNÍ
SPÓRY
Clostridium
Bacillus
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
Teikoové kyseliny
Vrstvy
peptidoglykanu
Periplasmatický prostor
Cytoplasmatická
membrána
BUNĚČNÁ STĚNA GRAMNEGATIVNÍCH BAKTERIÍ
LPS
Vnější
membrána
Porin
Peptidoglykanová
vrstva, tenká
Periplasmatický prostor
Cytoplasmatická
membrána
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
I.
II.
III.
VI.
log počtu
buněk
IV.
čas
V.
Růstová křivka – jednotlivé fáze
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Lagová fáze
Fáze zrychleného růstu
Exponenciální fáze (logaritmická)
Fáze zpomaleného růstu
Stacionární fáze
Fáze poklesu a odumírání
KONTINUÁLNÍ KULTIVACE BAKTERIÍ
Vzduchovací
motorek
Živné médium
Míchadlo
Filtr
Kultura
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
Vodní aktivita (aw):
tlak vodních par nad materiálem
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
Kyselina mravenčí
CH3 – CH2 – COOH
Kyselina propionová
CH3 – CH – COOH
Kyselina mléčná
PARABENY
COOC2H5
OH
Ethylester kyseliny parahydroxybenzoové (ethylparaben)
FENOLICKÉ LÁTKY
OH
OH
OH
CH3
Fenol
Kresol
OH
Cl
o-fenylfenol
OH
CH3
p-chlor-m-kresol
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Pentachlorfenol
SLOUČENINY CHLÓRU
Cl2 – plynný chlór
ClO2 – oxid chloričitý (chlordioxid)
NaOCl – chlornan sodný
O
CH3
Cl
N
SO2N
Na
NaO
N
N
O
Cl
Cl
Chloramin T
Sodná sůl kyseliny dichlórisokyanurové
OXIDAČNĚ PŮSOBÍCÍ LÁTKY
Peroxid vodíku
Manganistan draselný
Ozón
Kyselina peroxooctová (Persteril)
O
CH3 – C – O – OH
Kyselina peroxooctová
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
O
O
HC – CH2 – CH2 – CH2 – CH
glutardialdehyd
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
- CO2, organické látky
- zdroj dusíku
- 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…)
organické látky,
anorganické látky,
světelné záření
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
CHEMOORGANOTROFNÍ
(CO2)
FOTOTROFNÍ
FOTOLITOTROFNÍ
FOTOORGANOTROFNÍ
(CO2)
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
Substrát
ATP
Cytoplasmatická
membrána
Vnitřní část buňky
AKTIVNÍ TRANSPORT - II
Substrát
ADP + Pi
Vnitřní část buňky
Cytoplasmatická
membrána
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
LOKALIZACE ENZYMŮ
Enzymy intracelulární (cytoplasmatické)
Enzymy membránově vázané
Enzymy periplasmatické
Enzymy extracelulární
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
CHEMOORGANOTROFNÍCH BAKTERIÍ A ARCHAEÍ
KVAŠENÍ
RESPIRAČNÍ PROCESY
- AEROBNÍ RESPIRACE
- ANAEROBNÍ RESPIRACE
PRINCIP KVAŠENÍ (KVASNÝCH PROCESŮ)
CO2
H2 (NH3 ….)
SUBSTRÁT
SUBSTRÁT
KONEČNÝ
PRODUKT
ADP+ Pi
ATP
PRINCIP RESPIRACÍ (HETEROTROFNÍCH)
CO2 CO
2
SUBSTRÁT
respirační
řetězec
SUBSTRÁT
ATP ATP
ATP
NADH2
FADH2
ATP
ADP+ Pi
ATP
(NH3 ….)
TVORBA ATP - AEROBNÍ HETEROTROFNÍ RESPIRACE
+ +
ATP-synthasa
+ +
++
- - - -
2H+ + 2e+ ½ O2
H2O
FAD
- -
ADP+ Pi
Periplasmatický
prostor
FADH2
NAD
Vnitřní část buňky
Buněčná
stěna
NADH2
Cytoplasmatická
membrána
ATP
KYSLÍK
ORGANICKÉ LÁTKY
TVORBA ATP - ANAEROBNÍ HETEROTROFNÍ RESPIRACE
+ +
ATP-synthasa
+ +
++
2H+ + 2e+ NO3¯
- - - H2O
NO2¯
FAD
- -
ATP
Periplasmatický
prostor
FADH2
NAD
ADP+ Pi
Buněčná
stěna
NADH2
Cytoplasmatická
membrána
Vnitřní část buňky
DUSIČNANY
DUSITANY, SÍRANY
aj.
ORGANICKÉ LÁTKY
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
CHEMOORGANOTROFNÍCH BAKTERIÍ A ARCHAEÍ
KVAŠENÍ
RESPIRAČNÍ PROCESY
- AEROBNÍ RESPIRACE
- ANAEROBNÍ RESPIRACE
AE, FAN a AN bakterie
PRINCIP NEÚPLNÝCH OXIDACÍ
SUBSTRÁT
O2
respirační
řetězec
KONEČNÝ
PRODUKT
H2O
SUBSTRÁT
ATP ATP
NADH2
FADH2
AEROBNÍ RESPIRACE – NEÚPLNÉ OXIDACE
Oxidace etanolu na kyselinu octovou (Acetobacter aceti):
dehydrogenasa
CH3 – CH2OH
dehydrogenasa
CH3 – CHO
PQQ
PQQ = pyrrolochinolinchinon
PQQH2
CH3 – COOH
PQQ
PQQH2
AEROBNÍ RESPIRACE – NEÚPLNÉ OXIDACE
Oxidace sorbitolu na L-sorbosu (Gluconobacter oxydans):
CH2OH

H – C – OH

HO – C – H

H – C – OH

H – C – OH

CH2OH
NAD
NADH2
CH2OH

H – C – OH

HO – C – H

H – C – OH

OC

CH2OH
BIOSYNTETICKÝ METABOLISMUS CHEMOORGANOTROFŮ
Zdroje N, P, S, O
a jiných prvků
Organické látky
Esenciální aminokyseliny,
vitamíny, koenzymy aj.
Proteiny, DNA,
RNA, lipidy,
polysacharidy aj.
Organické kyseliny
Katabolismus
Anabolismus
Energetický
metabolismus
ATP
ATP
Konečné produkty
CO2 + H2O
organické látky + CO2, H2, aj.
Aminokyseliny
Nukleotidy
Monosacharidy
Mastné kyseliny
Vitamíny aj.
Sekundární metabolity
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´)
první
báse
U
C
A
G
C
A
UUU - fenylalanin
UUC - fenylalanin
UUA - leucin
UCU - serin
UCC - serin
UCA - serin
UAU - tyrosin
UAC - tyrosin
UAA - TERMINACE
UUG - leucin
UCG - serin
CUU - leucin
CUC - leucin
CUA - leucin
CUG - leucin
G
U
C
A
UAG - TERMINACE
UGU - cystein
UGC - cystein
UGA - selenocystein
- TERMINACE
UGG - tryptofan
CCU - prolin
CCC - prolin
CCA - prolin
CCG - prolin
CAU - histidin
CAC - histidin
CAA - glutamin
CAG - glutamin
CGU - arginin
CGC - arginin
CGA - arginin
CGG - arginin
U
C
A
G
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
U
C
A
G
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
U
C
A
G
G
báse
U
báse
třetí
druhá
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
Periplasmatický
prostor
Cytoplasmatická
membrána
Pouzdro,kapsule
Buněčná stěna
Ribosomy
Plynové vakuoly
Bičíky
Granule síry
Glykogen
Cytoplasma
Granule
polyfosfátů
Bakteriální
DNA
Mesosom
Fimbrie, pilusy
Granule kys. poly-β-hydroxymáselné
REPLIKACE DNA - I
DNA – gyrasa: rozbalení DNA
ori
Molekula DNA
REPLIKACE DNA - II
Replikační vidlice
DNA-primasa
Helikasa
Topoisomerasa
5´
3´
5´
3´
U
T
C
C
T
C
DNA-polymerasa III
REPLIKACE DNA – III (tvorba RNA-primerů)
RNA-primer
5´
3´
5´
3´
T
C
T
C
DNA-polymerasa III
REPLIKACE DNA – IV – tvorba kopie vedoucího řetězce
a tvorba Okazakiho fragmentů
Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty
5´
3´
5´
3´
TCAGG TTA GAG
Vedoucí řetězec
Poznámka: Délka Okazakiho fragmentů je u bakterií cca 1000 – 2000 nukleotidů
REPLIKACE DNA – V
Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty
TC TCG
5´
3´
5´
3´
TCAGG TTA GAG
Vedoucí řetězec
DNA-polymerasa I
DNA-ligasa
REPLIKACE DNA – VI
Opožďující se řetězec s Okazakiho fragmenty
TC CAA TC TCG
5´
3´
5´
3´
TCAGG TTA GAG
Vedoucí řetězec
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
Pozitivní řetězec
DNA
+1
5´
3´
3´
5´
RNA-polymerasa
Negativní řetězec
RNA
BIOSYNTÉSA mRNA – TRANSKRIPCE – OPERON
DNA:
+1
Promotor
(Operátor)
Strukturní gen A Strukturní gen B Strukturní gen C
Vedoucí sekvence
Terminátor
se sekvencí
Shine-Dalgarno
mRNA:
Strukturní gen A
Vedoucí sekvence
se sekvencí
Shine-Dalgarno
Strukturní gen B Strukturní gen C
Koncová
sekvence
BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN - TRANSLACE
Místo děje:
Hrají:
Vedoucí výroby:
Scénář:
Režie:
ribosomy
20(21) standardních aminokyselin (vázané na tRNA)
ATP, GTP
DNA, mRNA
AA-tRNA syntetasy, iniciační, elongační a terminační faktory
Malá podjednotka 30S
Vazebné místo pro mRNA
E
P
A
A – aminokyselinové vazebné místo
P – peptidylové vazebné místo
E – výstupní místo pro tRNA
Velká podjednotka 50S
AMK
Aminokyselinové
rameno
Antikodonové
rameno
Transferová RNA
– schema
Antikodón je komplementární kodónu
pro danou aminokyselinu na mRNA
Antikodón
Aktivace aminokyselin = jejich vazba na molekuly tRNA
(katalysují AA-tRNA syntetasy)
BIOSYNTÉSA BÍLKOVIN – TRANSLACE – INICIACE I
Shine-Dalgarno
AGGA
AUG CCA
mRNA
3´
fMet
!!!
E
P
A
Nutná přítomnost iniciačních
faktorů IF1, IF2 a IF3
TRANSLACE – INICIACE II
AGGA
AUG CCA
mRNA
E
A
fMet
TRANSLACE – ELONGACE I
AGGA
AUG CCA
mRNA
E
fMet
Pro
!!!
Nutná přítomnost
elongačních faktorů
EF-G a EF-T
TRANSLACE – ELONGACE II
AGGA
AUG CCA
mRNA
E
fMet
Pro
EF-G
Tvorbu peptidické vazby katalysuje peptidyltransferasa
vázaná v P- místě velké podjednotky ribosomu
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE III
AGGA
AUG CCA
mRNA
E
Pro
fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE IV
AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
A
E
Pro
Pro
fMet
fMet
EF-G
Translokace ribosomu o 1 kodón (3 nukleotidy)
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE V
AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
E
Pro
Pro
fMet
Thr
fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE VI
AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
E
Pro
Pro
Thr
fMet fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE VII
AGGA
AUG
CCA ACU
mRNA
E
Pro
fMet
Thr
Pro
fMet
EF-G
EF-T
TRANSLACE – ELONGACE VIII
CCA
ACU GGC
mRNA
A
E
Pro
Thr
Pro
fMet
EF-G
Translokace ribosomu o 1 kodón (3 nukleotidy)
EF-T
TRANSLACE – TERMINACE I
Nesmyslný kodón
mRNA
CGA
AAA UAA
A
E
Lys
!!!
Arg
Nutná přítomnost
terminačních faktorů
R1
R2
R3
Ala
Thr
fMet
TRANSLACE – TERMINACE II
Nesmyslný kodón
mRNA
CGA
E
AAA UAA
A
TRANSLACE – TERMINACE III
mRNA
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
MUTACE – DŮSLEDEK BODOVÝCH MUTACÍ
↓
3´
GGA TGA CGA GGA TGA ATG ATG
Pro Thr Ala Pro Thr Tyr Tyr
5´
(DNA, negativní řetězec)
(bílkovina)
Záměna nukleotidu
3´
GGA TGA CCA GGA TGA ATG ATG
Pro Thr Gly Pro Thr Tyr Tyr
5´
(DNA, negativní řetězec)
(bílkovina)
MUTACE – DŮSLEDEK BODOVÝCH MUTACÍ
↓
GGA TGA CGA GGA TGA ATG ATG
Pro Thr Ala Pro Thr Tyr Tyr
(DNA, negativní řet.)
(bílkovina)
Delece nukleotidu
GGA TGA CGG GAT GAA TGA TG.
Pro Thr Ala Leu Leu Thr Thr
(DNA, negativní řet.)
(bílkovina)
CROSSING – OVER (I)
Je to výměna částí (segmentů) mezi dvěma molekulami DNA. Části však
musí být homologní. Příklad:
Bakteriální buňka
DNA
Plasmid
CROSSING – OVER (II)
Bakteriální buňka
DNA
Plasmid
REGULACE BIOSYNTÉSY BÍLKOVIN
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
● enzymy inducibilní
(trvale přítomny v relativně stálé koncentraci)
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
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
Chřipkové viry Orthomyxoviry
Lidské rotaviry
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
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
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
Druh
Escherichia coli (Escherichia vulneris, Escherichia hermanii aj.)
(Enterobacter, Salmonella, Citrobacter, Proteus…..)
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
G- aerobní tyčky a koky
Bakterie s klouzavým pohybem
Bakterie s výběžky
Fototrofní bakterie
(fermentující)
(nefermentující)
Poznámka: Jde o starší, většinou zcela zastaralé třídění nejběžnějších bakterií.
KMENY BAKTERIÍ
Actinobacteria
(dnes 20 kmenů)
Fibrobacteres/Acidobacteria
Aquificae
Firmicutes
Bacteroidetes/Chlorobi
Fusobacteria
Gemmatimonadetes
Nitrospirae
Planctomycetes
Chlamydiae/Verrucomicrobia
Chloroflexi
Chrysiogenetes
Cyanobacteria
Defferibacteres
Deinococcus-Thermus
Dictyoglomi
Proteobacteria
Spirochaetes
Thermodesulfobacteria
Thermomicrobia
Thermotogae
Poznámka: Vedle bakterií zařazených do uvedených kmenů existuje rozsáhlá řada
nezařazených kultur a také řada nezařazených nekultivovaných bakterií
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - I
Kmen ACTINOBACTERIA
Actinobacteria - Grampozitivní bakterie s vysokým podílem G + C v DNA
Koryneformní tyčky:
Gordonie:
Mykobakterie:
Nokardie:
Mikrokoky:
Propionibaktérie:
Aktinomycéty:
Bifidobaktérie:
Corynebacterium
Gordonia
Mycobacterium
(M. tuberculosis, M. leprae, atypická mykobakteria)
Nocardia, Rhodococcus
Micrococcus, Kocuria
Propionibacterium, Microlunatus (M. phosphorovorus)
Streptomyces
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
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VI
Kmen PROTEOBACTERIA
Alphaproteobacteria
Rhizobakterie: Rhizobium, Agrobacterium, methylotrofní bakterie
Sfingomonády: Sphingomonas
Betaproteobacteria
Burkholderia, Ralstonia, Comamonas
Sphaerotillus, Spirillum,
Neisseria
NEJVÝZNAMNĚJŠÍ BAKTERIÁLNÍ RODY A DRUHY - VII
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:
Vibria:
Beggiatoa, Thiothrix
Vibrio, Photobacterium
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
Požadavky na mikrobiologické ukazatele pitných a teplých vod
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004
+ novelizace 2005, 2006
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)
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005
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, 2006
1. Pitná voda - pokračování
Clostridium perfringens
MH
0 / 100 ml
* poznámka
Enterokoky
NMH
NMH
0 / 100 ml
0 / 250 ml
balená pitná voda
NMH
0 / 100 ml
0 / 250 ml
balená pitná voda
Escherichia coli
Koliformní bakterie
MH
0 / 100 ml
Počty kolonií při 22°C
MH
MH
NMH
200 / ml
500 / ml
500 / ml
náhradní zásob. + malé zdroje
balená pitná voda
MH
MH
NMH
100 / ml
100 / ml
20 / ml
náhradní zásob. + malé zdroje
balená pitná voda
Pseudomonas aeruginosa
NMH
0 / 250 ml
balená pitná voda
Z chemických ukazatelů:
Microcystin LR
NMH
1 µg / l
* poznámka
Počty kolonií při 36°C
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006
2. Teplá voda
Legionely
Počty kolonií při 36°C
MH
DH
100 / 100 ml
0 / 50 ml
100 / 100 ml
MH
200 / ml
nemocnice apod.
oddělení sn.im.
ostatní
VYHLÁŠKA č. 252 / 2004 + novelizace 2005, 2006
2. Teplá voda vyráběná z individuálního zdroje pro účely osobní
hygieny zaměstnanců
Atypická mykobakteria
Escherichia coli
Pseudomonas aeruginosa
Staphylococcus aureus
Legionely
Počet kolonií při 36°C
0 / 100 ml
0 / 100 ml
0 / 100 ml
0 / 100 ml
100 / 100 ml
200 / ml
*
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).