Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

ŹRÓDŁO WĘGLA EMP HMP cykl Krebsa METABOLITY POŚREDNIE (pirogronian, PEP, acetylo-CoA, sukcynylo-CoA, fosforany, cukrów) KWASY NUKLEINOWE LIPIDY POLISACHARYDY.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "ŹRÓDŁO WĘGLA EMP HMP cykl Krebsa METABOLITY POŚREDNIE (pirogronian, PEP, acetylo-CoA, sukcynylo-CoA, fosforany, cukrów) KWASY NUKLEINOWE LIPIDY POLISACHARYDY."— Zapis prezentacji:

1 ŹRÓDŁO WĘGLA EMP HMP cykl Krebsa METABOLITY POŚREDNIE (pirogronian, PEP, acetylo-CoA, sukcynylo-CoA, fosforany, cukrów) KWASY NUKLEINOWE LIPIDY POLISACHARYDY BIAŁKA METABOLIZM PODSTAWOWY METABOLIZM WTÓRNY

2 METABOLITY WTÓRNE (IDIOLITY) Nie pełnią podstawowych funkcji biologicznych Powstają w metabolizmie ograniczonej liczby gatunków, a nawet szczepów Ich biosynteza ściśle zależy od warunków hodowli Są zazwyczaj syntetyzowane jako grupy podobnych struktur chemicznych

3 SKĄD SIĘ WZIĘŁY IDIOLITY ? Hipoteza uniwersalna Relikt procesu ewolucyjnego Wolna gra ewolucyjna

4 TEORIE WYJAŚNIAJĄCE POWSTANIE IDIOLITÓW Hipotezy o charakterze uniwersalnym, zakładają, że dla komórki istotne są same przemiany, a nie ich produkt końcowy. Metabolity wtórne mogą być jakościowym efektem zmian metabolizmu, które zachodzą po zakończeniu procesu wzrostu. Nowy typ przemian ma na celu zapewnienie komórce aktywności metabolicznej i stanu równowagi w warunkach, kiedy jej podstawowy metabolizm, wzrost i rozmnażanie jest już niemożliwe.

5 TEORIE WYJAŚNIAJĄCE POWSTANIE IDIOLITÓW Metabolity wtórne mogą być też reliktem procesu ewolucyjnego. We wczesnym etapie powstawania procesów życiowych, wiele niskocząsteczkowych związków mogło pełnić rolę np. kofaktorów lub regulatorów w biokatalizie. Z czasem utraciły jednak swoją pierwotną funkcję, a w wyniku zmian strukturalnych uzyskały nową aktywność biologiczną, która nie jest istotna dla prawidłowego wzrostu i rozwoju ich producentów.

6 Według najnowszej hipotezy, metabolity specyficzne są efektem wolnej gry ewolucyjnej, która zachodzi przez cały okres rozwoju organizmów żywych. Toczy się ona na marginesie pięciu podstawowych poziomów procesów życiowych drobnoustrojów i nie podlega ścisłym regułom selekcji, przejawiającej się m.in. eliminowaniem metabolitów obojętnych, czy niekorzystnych dla komórki. TEORIE WYJAŚNIAJĄCE POWSTANIE IDIOLITÓW Peryferyjność tego obszaru sprawia, że produkty aktualnie niepełniące funkcji biologicznej mogą być zachowane przez długi czas i ujawniać się jedynie w określonych warunkach rozwoju drobnoustrojów. Mogą również w tym czasie ulegać różnym modyfikacjom strukturalnym, a jeśli taki zmieniony produkt nabędzie nową, pożyteczną cechę – trafia wówczas na odpowiedni poziom podstawowych procesów, a geny kodujące jego syntezę przetrwają w populacji REAKCJE ELEMENTARNE ELEMENTARNE 2. REGULACJA 3. TRANSPORT 4. RÓŻNICOWANIE 5. MORFOGENEZA WOLNA GRA EWOLUCYJNA (METABOLIZMWTÓRNY)

7 JAK DZIAŁAJĄ IDIOLITY

8 ANTYBIOTYKI A TOKSYNY IDIOLITY TOKSYNYANTYBIOTYKI

9 KLASY METABOLITÓW WTÓRNYCH POCHODNE AMINOKWASÓW POCHODNE CUKRÓW ZWIĄZKI MAKROCYKLICZNE CHINONY I ICH POCHODNE INNE

10 antybiotyki ß-laktamowe (np. penicyliny, cefalosporyny), antybiotyki peptydowe (np. nizyna, bacytracyna, polimyksyny) KLASY METABOLITÓW WTÓRNYCH aminoglikozydy (np. streptomycyna, gentamycyna, neomycyna), glikolipidy (np. moenomycyna) makrolidy właściwe (np. erytromycyna, oleandomycyna), makrolidy polienowe (np. amfoterycyna b, nystatyna), ansamycyny (np. ryfamycyna) tetracykliny (np. chlorotetracyklina, oksytetracyklina, tetracyklina), antracykliny (np. daunorubicyna, aklarubicyna), benzochinony (np. mitomycyna) pochodne cykloalkanów (np. cykloheksimid), nukleozydy (np. polioksyna), polietery (np. lasalocyd), związki aromatyczne (np. chloramfenikol, gryzeofulwina)

11 ZJAWISKO ANTYBIOZY I DEFINICJA ANTYBIOTYKÓW Antybiotyki drobnocząsteczkowe substancje naturalne, najczęściej pochodzenia drobnoustrojowego oraz ich półsyntetyczne pochodne, a także syntetyczne analogi, które w małym stężeniu działają wybiórczo na struktury i procesy biologiczne, hamując wzrost lub rozmnażanie komórek drobnoustrojów, wirusów i komórek nowotworowych Antybioza (Vuillemin, 1889) swoisty antagonizm między organizmami żywymi polegający na wytwarzaniu przez jedne z nich produktów metabolizmu wywierający niekorzystny wpływ na inne

12 Już przed ponad 3000 tysiącami lat, Chińczycy stosowali spleśniałe produkty sojowe do oczyszczania ran skóry. Pleśnie używane były do leczenia infekcji również przez różne starożytne kultury (np. przez Greków i Egipcjan). W pochodzących sprzed 1400 lat, kościach mieszkańców Nubii (płn-wsch Afryka), wykryto związki tetracyklinowe. Jeszcze przed wprowadzeniem pojęcia antybiozy, L. Pasteur i J.F. Joubert (1877) rozważali możliwość stosowania mikroorganizmów w lecznictwie zauważając, że niektóre bakterie hamują rozwój laseczek wąglika. Pod koniec XIX wieku ukazała się praca dotycząca piocyjanazy – wyciągu bakteriolitycznego z hodowli Pseudomonas aeruginosa, stosowanego do zwalczania wąglika. Była ona stosowana do leczenia zakażeń bakteryjnych w Niemczech w latach 1928 – Pierwszym chemicznie zidentyfikowanym bioproduktem o działaniu antybiotycznym był kwas mykofenolowy uzyskany z hodowli grzyba Penicillium brevicompatum. W 1896 roku B. Gosio opisał jego antagonistyczne działanie wobec bakterii, grzybów i promieniowców. ZANIM ODKRYTO PENICYLINĘ….

13 HISTORIA PENICYLINY W dziedzinie odkryć naukowych szczęśliwy przypadek sprzyja umysłom przygotowanym (L. Pasteur)

14 INNE ANTYBIOTYKI, ICH PRODUCENCI I ODKRYWCY gliotoksyna z Trichoderma viride (R. WEINDLING, 1932) tyrocydyna i gramicydyna z Bacillus subtillis (R.J. DUBOS, 1939) gryzeofulwinaStreptomyces griseofulvus gryzeofulwina ze Streptomyces griseofulvus (A.E. OXFORD, 1939) aktynomycyna ze Streptomyces antibioticus aktynomycyna ze Streptomyces antibioticus (S.A. WAKSMAN, 1940) streptomycyna ze Streptomyces griseus streptomycyna ze Streptomyces griseus (S.A. WAKSMAN, 1944) bacytracyna z Bacillus subtilis (B.A. JOHNSON, 1945) aureomycyna ze Streptomyces aureofaciens (R. DUGGAR, 1948)

15 PROMIENIOWCE DROBNOUSTROJE WYTWARZAJĄCE ANTYBIOTYKI PROMIENIOWCE > antybiotyków Streptomyces > Micromonospora > 400 Nocardia ~ 300 INNE BAKTERIE > antybiotyków Bacillus ~ 200 Pseudomonas ~ 100 GRZYBY > antybiotyków Penicillium ~ 200 Aspergillus ~ 100 DROBNOUSTROJE WYTWARZAJĄCE ANTYBIOTYKI

16 Do najpowszechniej stosowanych w lecznictwie, należą antybiotyki o następującym zakresie (spektrum) działania: antybiotyki przeciwbakteryjne o szerokim spektrum działania na różne grupy bakterii np. cefalosporyny, tetracykliny, streptomycyna, gentamycyna działające na bakterie Gram-dodatnie np. penicyliny, cykloseryna, bacytracyna, wankomycyna działające na bakterie Gram-ujemne działające na bakterie Gram-ujemne np. kolistyna, polimyksyna B antybiotyki przeciwgrzybowe np. nystatyna, gryzeofulwina, fumigalina antybiotyki przeciwnowotworowe np. aktynomycyna, bleomycyna, mitomycyna SPEKTRUM DZIAŁANIA ANTYBIOTYKÓW

17 Dane ze sprzedaży antybiotyków w Unii Europejskiej i Szwajcarii (1997 rok) Lecznictwo ludzi ~ ton Weterynaria ~ ton Zwierzęce promotory wzrostu ~1 500 ton Średnia dawka antybiotyków: ludzie – 241 mg/kg masy ciała zwierzęta – 54 mg/kg masy ciała

18 ZMIANA METABOLIZMU – wytworzenie alternatywnej drogi pozwalającej ominąć etap wrażliwy na antybiotyk MECHANIZMY OPORNOŚCI BAKTERII NA ANTYBIOTYKI BLOKADA TRANSPORTU ANTYBIOTYKU DO KOMÓRKI DEZAKTYWACJA ANTYBIOTYKU PRZEZ ZWIĄZANIE ZE STRUKTURAMI KOMÓRKOWYMI ZMIANA MIEJSCA DZIAŁANIA (uchwytu) ANTYBIOTYKU AKTYWNY TRANSPORT ANTYBIOTYKU POZA KOMÓRKĘ ZWIĘKSZENIE STĘŻENIA INAKTYWOWANEGO ENZYMU PRZEZ ANTYBIOTYK BRAK MIEJSCA UCHWYTU ANTYBIOTYKU

19 RODZAJE OPORNOŚCI naturalna - związana jest z ewolucyjnym przystosowaniem bakterii do wielu naturalnych toksyn występujących w środowisku nabyta - związana jest z nabyciem genu zawierającego informację o oporności na daną toksynę na drodze mutacji lub od innego organizmu

20 GDZIE ZNAJDUJE SIĘ INFORMACJA O OPORNOŚCI CHROMOSOMY PLAZMIDY R TRANSPOZONY i inne elementy ruchome KASETY GENOWE I INTEGRONY

21 Cecha (np. oporność na antybiotyki) determinowana przez geny zlokalizowane na chromosomie zwykle jest bardziej stabilna, w porównaniu z cechą kodowaną przez elementy pozachromosomalne.. Są to plazmidy, które zawierają w swym genomie co najmniej jeden gen determinujących oporność na antybiotyki. Niektóre plazmidy R mogą nosić wieloraką oporność na kilka różnych antybiotyków. Są to liniowe fragmenty DNA (tzw. skaczące geny), posiadające charakterystyczne zakończenia nazywane sekwencjami insercyjnymi czyli IS - sekwencje nukleotydów zakończone odwróconymi powtórzeniami. Transpozony nie mogą się samodzielnie replikować. Aby informacja w nich zawarta nie zginęła podczas podziału komórki, muszą połączyć się z chromosomem lub plazmidem poprzez sekwencje insercyjne (IS). Geny oporności umiejscowione na transpozonach i integronach mogą zmieniać położenie i integrować się z chromosomem – tak powstają szczepy oporne na jeden lub kilka antybiotyków, cecha ta staje się bardziej stabilna. Kasety genowe warunkujące oporność na antybiotyki składają się z jednego genu oporności i sekwencji nukleotydowej zwykle złożonej z 59 par zasad (miejsce attC) – odpowiedzialnej za rekombinację tego genu z cząsteczką zdolną do replikacji. Odbywa się to za pośrednictwem integronu – innej cząsteczki będącej ruchomym elementem pozachromosomowym. Pełni on funkcję receptora dla kaset genowych. Niektóre integrony wchodzą w skład transpozonów. Dzięki odpowiedniej budowie, mogą chwytać geny pochodzące z zewnątrz i zapewniają ich ekspresję.

22 NABYWANIE OPORNOŚCI NA ANTYBIOTYKI MUTACJE KONIUGACJA TRANSDUKCJA TRANSFORMACJA TRANSPOZYCJA

23 Mutacje - zmiany w informacji genetycznej, zachodzące spontanicznie lub wywoływane różnymi czynnikami mutagennymi, np. fizycznymi (promieniowanie UV, promieniowaniem X), czy chemicznymi (azotyny, nitrozoaminy). Mutacje mogą dotyczyć pojedynczych lub sekwencji zasad w nukleotydach, a nawet całych genów. W ten sposób mikroorganizmy nabywają nową cechę, np. oporność na antybiotyki, która jest dziedziczona. Formy oporne, powstałe w wyniku mutacji spontanicznych uzyskuje się na stałym podłożu selektywnym zawierającym antybiotyk (rysunek). Takie warunki uniemożliwiają wzrost osobnikom wrażliwym, pozwalają natomiast na utworzenie kolonii jedynie bakteriom opornym. Pojawiają się one z częstością 1 na 10 9 – komórek. przed selekcjąpo selekcji pożywka z antybiotykiem poziom oporności wysokiniski pożywka bez antybiotyku

24 Koniugacja (dotyczy tylko plazmidów koniugacyjnych) - polega na przeniesieniu plazmidu R lub fragmentu chromosomu zawierającego gen oporności z jednej komórki (dawcy) do drugiej (biorcy), czemu towarzyszy replikacja DNA. W ten sposób komórka oporna skutecznie zaraża inne bakterie mogące należeć do innego gatunku, a nawet rodzaju. KOMÓRKA DAWCYKOMÓRKA BIORCY Kanał koniugacyjny Plazmid R Chromosom bakteryjny

25 Transdukcja – informacja genetyczna przenoszona jest za pośrednictwem bakteriofaga. 1. Bakteriofag niosący własną informację genetyczną (kolor czerwony) infekuje komórkę bakteryjną 2.Kwasy nukleinowe, zarówno bakteryjne, jak i bakteriofagowe zostają pocięte na mniejsze części pod wpływem enzymów fagowych 3.Bakteriofag, powiela przyniesioną informację genetyczną i opuszcza komórkę bakteryjną; niektóre kapsydy zostały przy okazji "załadowane" bakteryjnym DNA (kolor zielony) z genem oporności. 4.Bakteriofag niosący bakteryjny DNA infekuje kolejną bakterię 5.DNA z komórki bakterii - dawcy zostało wstrzyknięte do komórki bakterii - biorcy. Fragment DNA z komórki dawcy zostaje zastąpiony DNA biorcy. Komórka biorcy nabywa cechę oporności. Bakteriofag Chromosom bakterii (dawca) Chromosom bakterii (biorca)

26 Transformacja – pobieranie przez komórki kompetentne materiału genetycznego uwalnianego do środowiska po śmierci komórki opornej. Egzogenny DNA jest wbudowywany w chromosom bakterii wrażliwej na drodze rekombinacji. Komórka oporna DNA z genem oporności DNA komórki wrażliwej Komórka zawierająca gen oporności

27 Transpozycja – przekazywanie genu oporności znajdującego się w transpozonach (Tn) lub kasetach genowych (za pośrednictwem mobilnych integronów). Jest to najważniejsze źródło powstawania coraz to nowszych szczepów opornych, a wśród nich bakterii pozbawionych wrażliwości równocześnie na kilka antybiotyków (tzw. oporność wieloraka). Wynika to z ruchliwości transpozonów oraz ich zdolności mutagennych powodowanych wbudowaniem się w różne miejsca chromosomu lub plazmidu. Mogą one także pokonywać bariery międzygatunkowe i międzyrodzajowe. Integrony nie mają zdolności samoprzenoszenia, ale mogą łączyć się z elementami IS, transpozonami oraz plazmidami koniugacyjnymi, które służą jako wektory do przenoszenia informacji genetycznej. Jeden integron może wbudować do swej struktury jedną lub kilka kaset i wraz z nimi zajmować trwałą pozycję w chromosomie lub plazmidzie.

28 Do czego przydać się mogą geny odporności Markery genetyczne ARM – antibiotic resistant markers 1. ODRÓŻNIENIE GATUNKÓW ROŚLIN ZMODYFIKOWANYCH GENETYCZNIE (GMO) OD NATURALNYCH 2. SPRAWDZENIE SKUTECZNOŚCI TRANSFERU POŻĄDANEGO GENU W ZMODYFIKOWANYCH LINIACH KOMÓRKOWYCH

29 PROBIOTYKI - preparaty lub produkty zawierające żywe, specyficzne szczepy mikroorganizmów, które podawane człowiekowi lub zwierzętom, wywierają na ich organizm korzystny wpływ W żywieniu zwierząt stosuje się najczęściej probiotyki zawierające bakterie z rodzaju Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus oraz drożdże Saccharomyces cerevisiae (w ilości od 10 5 do 10 9 CFU/g) Jako naturalne stymulatory wzrostu mogą by rozwiązaniem alternatywnym dla antybiotyków.

30 MIKROORGANIZMY NAZWA HANDLOWA PREPARATU PRZEZNACZENIE Lactobacillus acidophilus Enterococcus faecium Acid-Pak-4-WayWacter drób, indyki rzeźne świnie Bifidobacterium bifidum Lactobacillus acidophilus Enterococcus faecium Biogen T prosięta tuczniki warchlaki Lactobacillus acidophilus, Lb. brevis, Lb.casei, Lb. fermentum, Lb. lactis, Lb. plantarum Bacillus subtilis, B. megaterium, B. pumilus Enterococcus faecium Cellulomonas sp. Saccharomyces cerevisiae Cerbiopor maciory loszki prosięta tuczniki warchlaki Bifidobacterium bifidum Lactobacillus amylovorus Enterococcus faecium Probiomix cielęta drób Saccharomyces cerevisiae Probiosacc C-I cielęta Saccharomyces cerevisiae CBS Yea Sacc bydło DROBNOUSTROJE W PREPARATACH PROBIOTYCZNYCH DLA ZWIERZĄT

31 WŁAŚCIWOŚCI DROBNOUSTROJÓW PROBIOTYCZNYCH Produkcja substancji antybakteryjnych, (kwasy organiczne, nadtlenek wodoru, bakteriocyny) Podsiadanie patogena Wspomaganie układu immunologicznego Produkcja i wydzielanie enzymów hydrolitycznych

32 Jednym z podstawowych składników pasz pochodzenia roślinnego są polisacharydy, które - ze względu na odporność na działanie enzymów trawiennych – są trudno przyswajalne. Niektóre z nich (np. celuloza i lignina) są nierozpuszczalne w wodzie i wiążą dużą jej ilość, co powoduje zwiększenie objętości treści pokarmowej w jelicie cienkim. Inne (np. pektyny i część hemiceluloz) rozpuszczają się w wodzie, przez co pęcznieją w jelicie cienkim tworząc lepkie żele, co wydłuża czas przechodzenia treści przez przewód pokarmowy. Ponadto, absorbują niektóre substancje hamując wchłanianie niektórych składników paszy. U młodych zwierząt, żywionych paszą zawierającą znaczny udział rozpuszczalnych niestrawionych węglowodanów, obserwuje się pogorszenie wskaźników produkcyjnych, a niekiedy także niedobór witamin i składników mineralnych. Drobnoustroje probiotyczne wytwarzają różne enzymy rozkładające węglowodany, takie jak beta-glukany. Zwiększają również aktywność enzymów własnych gospodarza, np. beta-galaktozydazy, sacharazy i maltazy. Dzięki nim zwierzęta lepiej przyswajają paszę. Jest to bardzo ważna cecha, ponieważ w związku z zakazem stosowania w żywieniu zwierząt mączek zwierzęcych, pasze roślinne nabierają jeszcze większego znaczenia. Produkcja i wydzielanie enzymów hydrolitycznych

33 Kwasy organiczne (mlekowy i octowy) – ich antybakteryjny wpływ wynika przede wszystkim z gwałtownego obniżenia pH poza zakres optymalnej wartości dla wzrostu oraz z hamowania aktywności biochemicznej mikroorganizmów przez niezdysocjowane cząsteczki kwasu. Hamują wzrost bakterii proteolitycznych, pałeczek Gram-ujemnych, drożdży i pleśni. Nadtlenek wodoru - niektóre szczepy bakterii z rodzaju Lactobacillus wytwarzają go w ilościach nie tolerowanych przez patogeny. Hamuje on rozwój lub zabija mikroorganizmy, które nie posiadają albo mają niski poziom enzymów, takich jak peroksydaza, katalaza czy dysmutaza nadtlenkowa, chroniących przed utlenieniem mostków dwusiarczkowych w białkach komórkowych. Bakteriocyny – białka wytwarzane i wydalane poza komórkę przez liczne szczepy bakterii (np. Lactobacillus sp., Enterococcus faecium, Lactococcus lactis czy Streptococcus thermophilus), które działają bójczo lub hamują wzrost wrażliwych drobnoustrojów. Od antybiotyków różni je bardziej "swoiste" działanie, obejmujące tylko niektóre gatunki, podczas gdy antybiotyki niszczą wiele grup bakterii. Miejscem uchwytu jest błona komórkowa bakterii posiadających odpowiednie dla nich receptory. Najbardziej znane bakteriocyny wytwarzane przez bakterie fermentacji mlekowej to: nizyna, acidolina, acidofilina, lactacyna, lactocydyna, reuteryna, laktolina i enterocyna. Wykazują one wysoką aktywność bakteriobójczą wobec różnych patogenów, takich jak E. coli, Salmonella Typhimurium, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens, Bacillus sp., Listeria sp., Klebsiella sp., Proteus sp. Produkcja substancji antybakteryjnych, (kwasy organiczne, nadtlenek wodoru, bakteriocyny)

34 Dzięki zdolności przylegania (czyli adhezji) do powierzchni błony śluzowej przewodu pokarmowego, drobnoustroje probiotyczne zasiedlają miejsce, które mógłby zająć patogen. Wiele z nich posiada specjalne przyssawki – fimbrie, za pomocą których trwale wiąże się z receptorami śluzówki. Ta właściwość jest szczególnie istotna w przypadku noworodków, u których w pierwszych godzinach życia przewód pokarmowy jest jałowy. Zanim wyprodukuje on własne przeciwciała – w walce z patogenem pomagają mu dobre mikroby, które w błonie śluzowej utworzą coś w rodzaju warstwy ochronnej. Podsiadanie patogena

35 Drobnoustroje probiotyczne stymulują wytwarzanie przeciwciał u gospodarza, a także wpływają na podwyższoną aktywność innych elementów układu odpornościowego (np. limfocytów i makrofagów). Dzięki składnikom ściany komórkowej bakterii mlekowych, makrofagi produkują zwiększoną ilość substancji zdolnych do niszczenia patogenów. Wspomaganie układu immunologicznego


Pobierz ppt "ŹRÓDŁO WĘGLA EMP HMP cykl Krebsa METABOLITY POŚREDNIE (pirogronian, PEP, acetylo-CoA, sukcynylo-CoA, fosforany, cukrów) KWASY NUKLEINOWE LIPIDY POLISACHARYDY."

Podobne prezentacje


Reklamy Google