Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

METABOLIZM PODSTAWOWY

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "METABOLIZM PODSTAWOWY"— Zapis prezentacji:

1 METABOLIZM PODSTAWOWY
METABOLIZM WTÓRNY KWASY NUKLEINOWE ŹRÓDŁO WĘGLA LIPIDY EMP HMP cykl Krebsa METABOLITY POŚREDNIE (pirogronian, PEP, acetylo-CoA, sukcynylo-CoA, fosforany, cukrów) IDIOLITY IDIOLITY Tekst notatki: Podstawowe procesy metaboliczne mają charakter uniwersalny, co oznacza, że w komórkach organizmów należących do różnych grup taksonomicznych - nawet bardzo odległych ewolucyjnie, przebiegają takie same reakcje i występują identyczne metabolity pełniące te same funkcje biologiczne. Do takich związków należą między innymi: aminokwasy, cukry, puryny i pirymidyny, czy kwasy tłuszczowe. Spotykamy je u wszystkich organizmów żywych, są one niezbędnymi do wzrostu i rozwoju molekułami życia . Obok metabolitów podstawowych, drobnoustroje, rośliny, a także zwierzęta wytwarzają bardzo specyficzne substancje o nieznanej lub drugorzędnej funkcji biologicznej, które nazywane są metabolitami wtórnymi (idiolitami), zaś przemiany w wyniku, których one powstają – metabolizmem wtórnym. Chociaż zachodzą one na marginesie reakcji zaliczanych do metabolizmu podstawowego, są ściśle z nimi powiązane. Przyjmuje się, że idiolity powstają z niewykorzystanych produktów metabolizmu podstawowego i ujawniają się w końcowych etapach rozwoju populacji. Idiolity cechuje brak zasadniczej dla ich producentów funkcji biologicznej, w określonych warunkach mogą jednak spełniać swoiste funkcje w życiu mikroorganizmów, a niektóre z nich, jako substancje biologicznie czynne, znalazły zastosowanie praktyczne, np. jako leki, dodatki pokarmowe do pasz i żywności, czy też czynniki stymulujące wzrost roślin i zwierząt, czynniki ograniczające wzrost fitopatogenów. Metabolity wtórne mogą też wywierać niekorzystne działanie na organizmy wyższe. POLISACHARYDY BIAŁKA IDIOLITY

2 METABOLITY WTÓRNE (IDIOLITY)
Lektor czyta: Jak pokazują wykresy, udział metabolitów podstawowych zarówno w biomasie, jak i ilościowy w ogólnej puli metabolitów - jest dominujący. Zwróć jednak uwagę na to, że większość informacji genetycznej dotyczy idiolitów, a więc związków, które nie są istotne dla organizmu lub ich funkcja nie została jeszcze poznana. Oczywiście geny te są przemieszane, niniejszy wykres pokazuje jedynie ich stosunek ilościowy. Tekst notatki: Metabolity wtórne (tzw. idiolity, metabolity specyficzne) charakteryzują się ograniczonym występowaniem w przyrodzie, co oznacza, że dana substancja jest wytwarzana tylko przez niektóre rodzaje lub gatunki, a nawet jedynie przez określone szczepy w obrębie gatunku. Cechuje je także brak ogólnej, zasadniczej dla wytwarzających je organizmów funkcji biologicznej. Mogą one jednak pełnić rolę drugorzędną, czy specjalną w życiu producenta. Produkcja tych związków jest uzależniona od warunków środowiska, głównie od temperatury, wilgotności, składu chemicznego i konsystencji podłoża. Często zachodzi ona w późniejszym etapie rozwoju hodowli, po zakończeniu fazy intensywnego wzrostu, gdy wyczerpują się składniki podłoża. Duża różnorodność substancji biologicznie czynnych pochodzenia drobnoustrojowego przejawia się m.in. ich zróżnicowaniem pod względem budowy chemicznej a także wieloraką aktywnością. 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 2

3 Relikt procesu ewolucyjnego
SKĄD SIĘ WZIĘŁY IDIOLITY ? Hipoteza uniwersalna Relikt procesu ewolucyjnego Lektor czyta: Celowość biosyntezy produktów występujących w metabolizmie niektórych tylko organizmów i niepełniących u nich istotnej lub nawet żadnej funkcji, stanowi jedną z najbardziej interesujących zagadek współczesnej biologii. Powstało wiele hipotez wyjaśniających istnienie w przyrodzie tego typu produktów. Niektóre z nich zostały zarzucone (o nich nie będziemy tu wspominać), inne nadal są przedmiotem dyskusji. Zapoznaj się z niektórymi z nich. Wolna gra ewolucyjna 3

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. 5

6 TEORIE WYJAŚNIAJĄCE POWSTANIE IDIOLITÓW
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. 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. 5. MORFOGENEZA 4. RÓŻNICOWANIE 3. TRANSPORT 2. REGULACJA 1. REAKCJE ELEMENTARNE WOLNA GRA EWOLUCYJNA (METABOLIZM WTÓRNY)

7 1 2 3 5 4 JAK DZIAŁAJĄ IDIOLITY Tekst notatki:
Mimo że metabolity wtórne często są obojętne dla swoich producentów, mogą one przejawiać wielokierunkową aktywność biologiczną skierowaną wobec innych organizmów. Przykładem takich substancji są: antybiotyki, pigmenty, toksyny, feromony, inhibitory enzymów, pestycydy, czynniki immunomodulujące. Niektóre z nich wywarły ogromny wpływ na postęp w leczeniu śmiertelnych chorób zakaźnych, w rozwoju biotechnologii, wspomagają też rośliny w ochronie przed fitopatogenami, (antybiotyki). Są też takie, które, po cichu rozprawiały się z całymi armiami, zatruwały archeologów, wywoływały reakcje histeryczne, halucynacje i zaburzenia percepcji (mikotoksyny). Jako związki biologicznie czynne, działają one na struktury komórkowe lub układy enzymatyczne spełniające funkcje istotne dla wzrostu i rozmnażania komórek, takie jak ekspresja informacji genetycznej, syntezy komórkowe, procesy transportu. Różnice te wynikają z odmiennych mechanizmów działania idiolitów związanych z miejscem uchwytu w komórce. Niektóre odpowiedzialne są za blokowanie syntezy DNA lub RNA, inne zakłócają prawidłowe funkcje błony komórkowej. Część z nich wykazuje zdolność do blokowania syntezy białka poprzez inaktywację rybosomów. Rybosomy bakteryjne różnią się budową od rybosomów organizmów eukariotycznych, dzięki czemu możliwe jest stosowanie antybiotyków uszkadzających rybosomy drobnoustrojów bez szkody dla ludzi i zwierząt. 1. Synteza ściany komórkowej: Zakłócają syntezę składników ściany komórkowej (np. peptydoglikanu, chityny, glukanu). Substancje te mogą naśladować elementy ściany lub blokować przyłączanie istotnego elementu (takich jak kwas acetylomuraminowy występujący u bakterii, czy glukoza – u grzybów), przez co powstaje nieprawidłowa struktura, a komórka pozbawiona jest pancerza ochronnego i ginie. Działają one przede wszystkim na rosnące i dzielące się komórki – nieposiadające jeszcze wykształconej ściany komórkowej. Na takie substancje nie są wrażliwe komórki dojrzałe lub takie, u których w ogóle ściana nie występuje (np. komórki zwierzęce i ludzkie). Przykłady: penicylina, cefalosporyna – hamują syntezę peptydoglikanu polioksyna, gryzeofulwina – hamuje syntezę chityny kaspofungina – hamuje syntezę glukanu 2. Błona komórkowa: Mogą hamować jej biosyntezę, wpływać na zmiany w strukturze lub zakłócać jej funkcję (np. transport jonów). Niektóre łączą się z jej składnikami (np. z lipopolisacharydem bakterii Gram-ujemnych, czy sterolami występującymi u grzybów, zwierząt i człowieka, takich jak ergosterol, czy cholesterol). Taka zmieniona błona komórkowa traci funkcję „celnika” kontrolującego wymianę różnych składników pomiędzy komórką środowiskiem zewnętrznym. Prowadzi to często do rozpadu i śmierci komórki. azole, np. klotrimazol, imidazol – hamują syntezę ergosteroli polimyksyny – uszkadzają błonę zewnętrzną bakterii Gram-ujemnych nystatyna, amfoterycyna B – wiążą się z ergosterolem (działanie przeciwgrzybowe), przy dużej ilości amfoterycyna B wiąże się z cholesterolem występującym w błonie komórkowej zwierząt i człowieka jonofory – działają jako nośnik dla jonów 3. Synteza białek: Działają na różnych etapach złożonego procesu powstawania białek strukturalnych i enzymatycznych. Mogą na przykład tworzyć trwałe połączenia z podjednostką 30S i 50S rybosomów zaburzając ich istotne funkcje.W konsekwencji substancje te powodują zakłócenie biosyntezy białek w komórkach różnych organizmów. Niektóre (m. in. jonofory) zaburzają wewnętrzny transport białek bez wyraźnego hamowania procesu ich syntezy. kanamycyna, neomycyna, erytromycyna, patulina, ochratoksyna A, aflatoksyny 4. Synteza kwasów nukleinowych: Hamują powstawanie DNA lub RNA, poprzez wiązanie się z matrycą (kwasem nukleinowym) lub poprzez blokowanie enzymów – polimeraz uczestniczących w ich syntezie. mitomycyna, bleomycyna – hamują syntezę DNA, Aktynomycyny, ryfamycyny, gryzeofulwina – hamują syntezę RNA 5. Procesy energetyczne: Wiążą się różnymi enzymami szlaków utlenienia substratów energetycznych, czy cyklu Krebsa. Mogą też trwale łączyć się ze składnikami łańcucha oddechowego (np. cytochromami) – tak na przykład działa gryzeofulwina. 4

8 ANTYBIOTYKI A TOKSYNY IDIOLITY ANTYBIOTYKI TOKSYNY Tekst notatek:
Warto zauważyć że mechanizmy działania różnych metabolitów mogą być jednakowe. W wielu przypadkach trudno jest jednoznacznie stwierdzić, który z nich jest antybiotykiem, a który toksyną. Patulina – substancja wytwarzana przez niektóre kropidlaki i pędzlaki, początkowo uznana została za antybiotyk. Obecnie wiadomo, że silnie reaguje z białkami i kwasami nukleinowymi, jest więc związkiem toksycznym dla człowieka i zwierząt. Antybiotyki są toksynami, jeśli – oprócz aktywności antybakteryjnej – działają także na struktury lub układy enzymatyczne komórek ludzkich i zwierzęcych. Przykładem są antybiotyki przeciwnowotworowe, antybiotyki aminoglikozydowe, polipeptydowe, polienowe. Problem może dotyczyć również związków działających na rybosomy bakteryjne, ponieważ każda ludzka i zwierzęca komórka zawiera mitochondria, będące pozostałością po bakteriach, które blisko dwa miliardy lat temu wniknęły do komórki eukariotycznej. Mitochondria, odpowiedzialne za wytwarzanie energii w komórce eukariotycznej, posiadają swój własny materiał genetyczny oraz rybosomy, które zachowały bakteryjną budowę. Substancja skierowana przeciw bakteriom może po dłuższym okresie stosowania dostać się także do wnętrza mitochondriów, wywołując przy okazji niezamierzony efekt uboczny, uszkadzając mitochondrialne rybosomy. Toksyczności nie przejawiają natomiast substancje będące analogami składników mureiny, które zakłócają proces biosyntezy ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich (np. penicylina, cefalosporyna), działają specyficznie na receptory charakterystyczne dla komórek drobnoustrojów, czy tez hamujące aktywność enzymów swoistych dla patogenów. IDIOLITY 8

9 KLASY METABOLITÓW WTÓRNYCH
POCHODNE AMINOKWASÓW POCHODNE CUKRÓW ZWIĄZKI MAKROCYKLICZNE CHINONY I ICH POCHODNE Tekst notatki: Jednym z kryteriów klasyfikacji idiolitów idiolitów wykazujących aktywność biologiczną (antybiotyków i toksyn) jest ich zróżnicowana budowa chemiczna. Metabolity wtórne należące do jednej klasy mogą wykazywać zróżnicowane spektrum aktywności zarówno w stosunku do drobnoustrojów jak i organizmów wyższych. Kliknij myszą w wybraną klasę, aby zobaczyć przykładowe idiolity. Pochodne aminokwasów – są to z reguły idiolity o szerokim zakresie działania na bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne ziarniaki z rodzaju Neisseria (antybiotyki ß- laktamowe ), jak również o działaniu obejmującym tylko niektóre pałeczki Gram- ujemne (np. polimyksyny działające przede wszystkim na bakterie z rodzaju Pseudomonas). Aminoglikozydy działają przede wszystkim na bakterie Gram-ujemne (zwłaszcza przedstawicieli pałeczek jelitowych z rodziny Enterobacteriaceae i pałeczkę ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa) oraz na gronkowce. Związki makrocykliczne, oprócz aktywności skierowanej przeciwko bakteriom Gram-dodatnim i ziarniakom Gram-ujemnym, wykazują także działanie przeciwgrzybowe i przeciwpierwotniakowe. Szerokie spektrum działania mają również chinony i ich pochodne, które oprócz bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych hamują wzrost innych drobnoustrojów (riketsje, mikoplazmy, chlamydie). INNE 9

10 KLASY METABOLITÓW WTÓRNYCH
antybiotyki ß-laktamowe (np. penicyliny, cefalosporyny), antybiotyki peptydowe (np. nizyna, bacytracyna, polimyksyny) 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
Antybioza (Vuillemin, 1889) swoisty antagonizm między organizmami żywymi polegający na wytwarzaniu przez jedne z nich produktów metabolizmu wywierający niekorzystny wpływ na inne 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 Tekst notatek: Spośród metabolitów wtórnych najbliższe wydają nam się antybiotyki, dlatego omówimy je na początku. Punktem wyjściowym do poszukiwania naturalnych substancji antybiotycznych wytwarzanych przez drobnoustroje było poznanie zjawiska ANTYBIOZY. Od tego terminu, wprowadzonego w 1889 roku przez P. Vuillemin’a, wywodzi się pojęcie ANTYBIOTYKU (co oznacza z gr. ἀντί – anti, „przeciw", and βίος – bios, „życiu"). W klasycznym ujęciu zaproponowanym przez Waksmana w 1942 roku, antybiotykami nazywano substancje chemiczne wytwarzane przez mikroorganizmy, które w małych stężeniach mają zdolność do zabijania lub hamowana wzrostu innych drobnoustrojów. W miarę rozwoju antybiotykoterapii i metod uzyskiwania nowych produktów, zmieniała się również ich definicja. We współczesnym ujęciu pojęcie to zostało rozszerzone i dotyczy również licznych półsyntetycznych pochodnych substancji naturalnych, a nawet całkowicie syntetycznych analogów powstających w laboratorium, naśladujących działanie antybiotyków naturalnych. 11

12 ZANIM ODKRYTO PENICYLINĘ….
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 – 1935. 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. Materiały do druku: Terapeutyczne stosowanie szeroko pojętych preparatów antybiotycznych sięga czasów bardzo odległych. Sama natura narzucała człowiekowi myśli o różnych substancjach leczniczych i środkach na długie życie. W starożytności, próbowano przywracać zdrowie za pomocą bliżej nieokreślonych remediów zwanych macrobiotica. Do leczenia starych ropiejących ran oraz zmian po ukąszeniach jadowitych węży wykorzystywano to, co było najbliżej, na przykład ziemię. Jednym z najbardziej znanych leczniczych produktów ziemia z greckiej wyspy Lemnos, która przez tubylców używana jest do dzisiaj. Udokumentowane źródła, pochodzące z XVII w. podają, że południowoamerykańscy Indianie używali wyciągów roślinnych do leczenia chorób wywoływanych przez pierwotniaki. Wyciągiem z kory drzewa chinowego leczono malarię, natomiast wyciągiem z korzenia wymiotnicy – czerwonkę pełzakowatą. Dopiero w XIX wieku wydzielono z tych surowców chininę (1820) i emetynę (1871) – alkaloidy, które wykorzystywane są w leczeniu tych chorób do dziś. W 1894 roku opisano istnienie antagonizmu Pseudomonas pyocyanae (obecnie P. putida, P. aeruginosa) wobec przecinkowca cholery Vibrio cholerae. Na początku XX wieku opracowano i wprowadzono do lecznictwa syntetyczne substancje o działaniu antybiotycznym (chemioterapeutyki), takie jak salwarsan (1907) i suramina (1920). Gratia i Dath (1924) badając antagonistyczne działanie promieniowców na inne bakterie zidentyfikowali czynnik bakteriolityczny pochodzący z promieniowców z rodzaju Streptothrix. Preparat ten nazywany początkowo mykolizatem ze Streptothrix (obecnie – aktynomycyna) był sterylnym filtratem z hodowli wykazującym terapeutyczne działanie, szczególnie w zakażeniach paciorkowcami. Równolegle istniał drugi kierunek badań, związanych z mikrobiologią gleby, w których uczestniczył młody naukowiec Selman Waksman. Jeszcze jako student zajął się mało znanymi bakteriami glebowymi nazywanych wówczas Actinomycetes. Po odkryciu, dokonanym przez jednego z jego uczniów, tyrotrycyny – substancji antybiotycznej wytwarzanej przez Bacillus brevis, rozpoczął on systematyczne poszukiwania podobnych produktów wśród bakterii glebowych. Zanim doszło do odkrycia penicyliny, Aleksander Fleming ( ) był już znanym bakteriologiem. W 1922 roku wykazał, że w wydzielinie z nosa, w łzach, a także w białku jaja kurzego obecna jest substancja – lizozym działająca litycznie na ścianę komórkową bakterii.

13 HISTORIA PENICYLINY Notatka: 1928 Szkocki bakteriolog Aleksander Fleming, znany ze swych prac nad szczepionką na tyfus, zauważa nalot pleśni z rodzaju Penicillium na płytce z hodowlą gronkowca złocistego Staphylococcus aureus, którą przez zapomnienie zostawił na dłuższy czas w laboratorium. Widzi, że wokół grzybni bakterie zupełnie zniknęły. Substancję dyfundującą do podłoża, odpowiedzialną za zahamowanie wzrostu gronkowca, nazwał penicyliną. 1929 Publikuje wyniki tych obserwacji sugerując, że penicylina wymaga dalszych badań i może być stosowana jako środek odkażający do zwalczania infekcji bakteryjnych. 1939 Brytyjski biochemik Ernst Chain oraz australijski patolog i farmakolog Howard Florey, podejmują próbę wyizolowania czystego antybiotyku do prowadzenia dalszych doświadczeń. W 1940 roku Florey i jego zespół przeprowadzili badania nad zainfekowanymi myszami. Prace o charakterze technologicznym, zapoczątkowane pod koniec lat 30. XX w. w Anglii, zakończyły się w USA pod koniec drugiej wojny światowej opracowaniem wielkoprzemysłowej technologii wytwarzania penicyliny. Po raz pierwszy penicylina została podana pacjentowi w przypadku ostrej posocznicy w 1941 roku. Do produkcji przemysłowej penicylina weszła w 1942 roku. Za swoje odkrycie w 1945 roku trzej naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla. W dziedzinie odkryć naukowych szczęśliwy przypadek sprzyja umysłom przygotowanym (L. Pasteur) 13

14 INNE ANTYBIOTYKI, ICH PRODUCENCI I ODKRYWCY
gliotoksyna z Trichoderma viride (R. WEINDLING, 1932) tyrocydyna i gramicydyna z Bacillus subtillis (R.J. DUBOS, 1939) gryzeofulwina ze Streptomyces griseofulvus (A.E. OXFORD, 1939) aktynomycyna ze Streptomyces antibioticus (S.A. WAKSMAN, 1940) streptomycyna ze Streptomyces griseus (S.A. WAKSMAN, 1944) bacytracyna z Bacillus subtilis (B.A. JOHNSON, 1945) aureomycyna ze Streptomyces aureofaciens (R. DUGGAR, 1948) Tekst notatki: Zapoczątkowana w latach 30. XX wieku, złota era badań nad antybiotykami zaowocowała masowym wykrywaniem i wprowadzaniem do lecznictwa antybiotyków naturalnych. Za odkrycie streptomycyny Waksman otrzymał w 1952 roku Nagrodę Nobla. W ciągu piętnastu lat powojennych zastosowano w terapii większość poznanych substancji naturalnych. W latach 60. rozpoczął się nowy etap – poszukiwanie producentów antybiotyków prowadzi się już nie w laboratoriach uczelnianych, lecz w pracowniach firm farmaceutycznych, które posiadają odpowiednie środki i dysponują kadrą specjalistów z różnych dziedzin. Pojawiają się coraz nowsze substancje – nie tylko naturalne, ale również półsyntetyczne (produkt naturalny, modyfikowany chemicznie przez człowieka) oraz syntetyczne (niemające swych odpowiedników w przyrodzie). Oprócz aktywności antybiotycznej, w nowo wykrywanych bioproduktach stwierdza się dużą różnorodność dodatkowych aktywności biologicznych (np. farmakologicznych). Dużą rolę w produkcji i badaniu antybiotyków nowej generacji odgrywa przemysł biotechnologiczny z wykorzystaniem genomiki, farmakogenomiki, technik molekularnych, a także bioinformatyka, automatyzacja i robotyka.

15 DROBNOUSTROJE WYTWARZAJĄCE ANTYBIOTYKI
PROMIENIOWCE > antybiotyków Streptomyces > 6 000 Micromonospora > 400 Nocardia ~ 300 INNE BAKTERIE > antybiotyków Bacillus ~ 200 Pseudomonas ~ 100 GRZYBY > antybiotyków Penicillium ~ 200 Aspergillus ~ 100 PROMIENIOWCE Tekst notatki Antybiotyki wytwarzane są przez bakterie właściwe, promieniowce, grzyby, porosty, glony oraz organizmy tkankowe. Porosty wytwarzają antybiotyki zaliczane do grupy depsydów o budowie estrów. Niektóre rośliny uprawne (czosnek, cebula, chrzan) wytwarzają substancje lotne, tzw. fitoncydy o właściwościach bakteriobójczych. W początkowym okresie poszukiwania antybiotyków naturalnych dominowały badania nad metabolitami grzybów. Opisano wówczas produkowane w największych ilościach antybiotyki przeciwbakteryjne – penicylinę G (wytwarzana przez Penicillium chrysogenum, dawniej Penicillium notatum) i cefalosporynę C (producent – Cephalosporium acremonium, syn. Acremonium chrysogenum). W ostatnich 10 latach, ponad połowa nowo odkrywanych antybiotyków naturalnych wytwarzana jest przez grzyby. Wiodącymi producentami antybiotyków są promieniowce. Znaczenie biotechnologiczne mają tlenowe gatunki saprotroficzne powszechnie występujące w glebie, głównie z rodzaju Streptomyces – wytwarzają one około 2/3 wszystkich dotychczas opisanych antybiotyków i zdecydowaną większość antybiotyków stosowanych w lecznictwie. Mniejsze znaczenie mają substancje wytwarzane przez bakterie właściwe, np. przez przetrwalnikujące laseczki tlenowe z rodzaju Bacillu. Są one producentami wielu antybiotyków peptydowych, a także enzymów przemysłowych, z których acylaza penicylinowa wytwarzana przez Bacillus megaterium może być wykorzystana do otrzymywania półproduktu – kwasu 6-amino-penicylinowego do wytwarzania penicylin półsyntetycznych. 15

16 SPEKTRUM DZIAŁANIA ANTYBIOTYKÓW
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 np. kolistyna, polimyksyna B antybiotyki przeciwgrzybowe np. nystatyna, gryzeofulwina, fumigalina antybiotyki przeciwnowotworowe np. aktynomycyna, bleomycyna, mitomycyna

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 Tekst notatki: Na ponad poznanych bioproduktów pochodzenia drobnoustrojowego, około przejawia aktywność antybiotyczną. Praktyczne zastosowanie znalazło około 150 metabolitów, w tym około 100 w lecznictwie ludzi. Wykorzystuje się tylko te substancje, które nie są toksyczne lub słabo toksyczne dla pacjentów. Idealny lek powinien odznaczać się toksycznością wybiórczą – działać na patogena a nie na gospodarza. Na przełomie 1949 – 1950 antybiotyki zaczęto dodawać do pasz, głównie w USA i w Wielkiej Brytanii. Zaobserwowano wówczas, że ich obecność wydatnie poprawiała efekty hodowlane. Stosowanie antybiotykowych stymulatorów wzrostu dawało szereg korzyści produkcyjnych i zdrowotnych, szczególnie przy słabych warunkach utrzymania zwierząt. Antybiotyki jako stałe dodatki paszowe w premiksach przeznaczonych do żywienia trzody chlewnej, cieląt, królików, czy drobiu, zajmowały w ostatnich dziesięcioleciach ważne miejsce. W 1997 roku Europejska Federacja Zdrowia Zwierząt (FEDESA) podała dane ze sprzedaży antybiotyków zwracając uwagę na ich nieostrożne stosowanie. W krajach z intensywną produkcją zwierzęcą (Hiszpania, Grecja i Wielka Brytania) dawki antybiotyków były 2-3 krotnie wyższe od wartości średniej (ok. 100 – 150 mg/kg masy ciała). Zwrócono uwagę na problem zagrożenia dla ludzi i zwierząt ze strony antybiotykoopornych szczepów bakterii wyselekcjonowanych pod wpływem antybiotyków. Zakaz stosowania antybiotyków w paszach najszybciej wprowadzono w Szwecji (1986 r.). W 1998 roku, w krajach Uniii Europejskiej zabroniono dodawania do pasz, antybiotyków wykorzystywanych w szpitalach. Rok wcześniej zaczął obowiązywać zakaz używania jako stymulatora wzrostu – awoparcyny (antybiotyku niezwykle podobnego do wankomycyny, który jest jednym z kluczowych antybiotyków współczesnej terapii człowieka). Od 1 stycznia 2006 roku w krajach UE zabrania się stosowania antybiotyków pełniących rolę stymulatorow wzrostu w żywieniu zwierząt gospodarskich. Od tego czasu mogą być one aplikowane tylko jako leki w paszach leczniczych lub dodatkach profilaktycznych. Ale w innych regionach, choćby w południowo-wschodniej Azji nie ma żadnych regulacji prawnych i nikt nie kontroluje używania antybiotyków np. w hodowli krewetek (w Rosji i Chinach nadal stosuje się antybiotyki używane również w medycynie).

18 MECHANIZMY OPORNOŚCI BAKTERII NA ANTYBIOTYKI
AKTYWNY TRANSPORT ANTYBIOTYKU POZA KOMÓRKĘ DEZAKTYWACJA ANTYBIOTYKU PRZEZ ZWIĄZANIE ZE STRUKTURAMI KOMÓRKOWYMI ZMIANA MIEJSCA DZIAŁANIA (uchwytu) ANTYBIOTYKU BLOKADA TRANSPORTU ANTYBIOTYKU DO KOMÓRKI MECHANIZMY OPORNOŚCI BAKTERII NA ANTYBIOTYKI ZWIĘKSZENIE STĘŻENIA INAKTYWOWANEGO ENZYMU PRZEZ ANTYBIOTYK BRAK MIEJSCA UCHWYTU ANTYBIOTYKU Tekst notatki: Pierwsze bakterie oporne na penicylinę – gronkowce – pojawiły się w roku Przez wiele lat lek ten był dostępny bez recepty i uważany za panaceum na wszelkie dolegliwości. Gdy w roku 1959 penicylinę zastąpiono metycyliną – antybiotykiem beta-laktamowym opornym na działanie gronkowcowej penicylinazy, po dwóch latach opisano pierwsze przypadki szczepów MRSA (ang. methicillin resistant Staphylococcus aureus). Już w 1952 roku amerykański mikrobiolog Bernard Davis przedstawił wyniki badań wskazujących na różnorodność mechanizmów bakteryjnej oporności. Obecnie oporność bakterii na antybiotyki stanowi bardzo poważny problem. Pojawiają się szczepy oporne nawet na kilka niespokrewnionych ze sobą antybiotyków (oporność wieloraka). ZMIANA METABOLIZMU – wytworzenie alternatywnej drogi pozwalającej ominąć etap wrażliwy na antybiotyk

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 Tekst notatki: Cecha oporności drobnoustrojów na antybiotyki może być wrodzona lub nabyta. Oporność naturalna istnieje niezależnie od tego czy doszło do kontaktu z antybiotykiem. Jest determinowana przez zaprogramowaną genetycznie strukturę bakterii. Może być uwarunkowana zmniejszoną przepuszczalnością ściany i błony komórkowej lub z brakiem miejsca wiązania antybiotyku. Wiele szczepów penicyloopornych wytwarza enzymy – penicylinazy (beta-laktamazy) powodujące rozerwanie pierścienia beta-laktamowego. Oporność ta istniała jeszcze przed wprowadzeniem penicyliny. Oporność nabyta spowodowana jest uzyskaniem genów oporności od innych bakterii lub wynika ze spontanicznych mutacji. Bakterie przekazują sobie informację genetyczną na różne sposoby. Przenoszenie genów oporności odbywa się poprzez plazmidy, wolne DNA, na drodze koniugacji lub transdukcji, czy też transformację.

20 GDZIE ZNAJDUJE SIĘ INFORMACJA O OPORNOŚCI
CHROMOSOMY PLAZMIDY R TRANSPOZONY i inne elementy ruchome Lektor czyta: Zanim poznasz sposoby rozprzestrzeniania się informacji genetycznej u bakterii, zapoznaj się z miejscami, na których mogą znajdować się geny określające oporność na antybiotyki. Są nimi: chromosomy, plazmidy R, transpozony, integrony lub tzw. kasety genowe. 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 Tekst notatki: Bakterie mogą przekazywać posiadaną cechę oporności zarówno osobnikom z tego samego gatunku (transfer wertykalny), jak i osobnikom z innych rodzajów (transfer horyzontalny). Transfer wertykalny zachodzi podczas podziału komórki, natomiast do transferu wertykalnego dochodzi tylko wtedy, gdy komórka biorcy nie zawiera w swym genomie identycznego lub pokrewnego plazmidu (przyroda nie znosi rozrzutności!). Wymiana informacji może zachodzić bezpośrednio pomiędzy komórkamą dawcy i biorcy lub za pośrednictwem bakteriofagów, czy też ruchomych elementów genetycznych. Zapoznaj się bliżej ze sposobami nabywania i przekazywania tej informacji przez bakterie. 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. pożywka bez antybiotyku pożywka z antybiotykiem niski wysoki poziom oporności przed selekcją po selekcji

24 (dotyczy tylko plazmidów koniugacyjnych)
KOMÓRKA DAWCY KOMÓRKA BIORCY Kanał koniugacyjny Plazmid R Chromosom bakteryjny 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.

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

26 zawierająca gen oporności
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 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 Lektor czyta: Na pewno słyszałeś już o markerach nowotworowych - charakterystycznych substancjach produkowanych przez komórki nowotworowe, dzięki którym można rozpoznać tę chorobę i podjąć leczenie. Istnieją też markery genetyczne wykorzystywane np. w tworzeniu roślin genetycznie zmodyfikowanych, zwanych transgenicznymi. Wśród nich ważna rola przypadła markerowi, którym jest gen oporności na antybiotyk. 1. ODRÓŻNIENIE GATUNKÓW ROŚLIN ZMODYFIKOWANYCH GENETYCZNIE (GMO) OD NATURALNYCH. W tym celu sporządza się mapy genetyczne, przedstawiające liniowe uporządkowanie genów, a punktem odniesienia, pozwalającym ustalić położenie różnych genów, są markery. Takie znaki drogowe pozwalające znaleźć poszukiwany gen - wskazują palcem na mieszańca. 2. SPRAWDZENIE SKUTECZNOŚCI TRANSFERU POŻĄDANEGO GENU W ZMODYFIKOWANYCH LINIACH KOMÓRKOWYCH Markery oporności na antybiotyki są użytecznymi narzędziami stosowanymi w uprawie roślin transgenicznych – wskazują palcem tylko te komórki, u których obcy gen się „zadomowił”. Z takich wyselekcjonowanych komórek zostaną wyhodowane rośliny zawierające pożądaną cechę. Najczęściej stosowanym markerem oporności na antybiotyki, użwanym w celu dokonania selekcji komórek transformowanych roślin jest gen nptII, nazywany także aph(3')-II, który nadaje oporność na kanamycynę i neomycynę – antybiotyk bardzo powszechny w środowisku. 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 Jako naturalne stymulatory wzrostu mogą by rozwiązaniem alternatywnym dla antybiotyków. W żywieniu zwierząt stosuje się najczęściej probiotyki zawierające bakterie z rodzaju Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus oraz drożdże Saccharomyces cerevisiae (w ilości od 105 do 109 CFU/g) Do informatyka: Po kliknięciu myszką w żółtą ramkę następuje przejście do slajdu nr 2, z którego ponownie powraca się do slajdu nr 1. Pod tekstem notatki wyświetlana jest informacja „Naciśnij przycisk, aby zobaczyć więcej przykładów drobnoustrojów probiotycznych wykorzystywanych jako dodatki do pasz dla zwierząt”. Lektor czyta: Skoro jest tyle niepokojów i ograniczeń w stosowaniu antybiotyków, to może warto poszukać innego rozwiązania i zobaczyć, czy mikroorganizmy nie mają do zaoferowania czegoś jeszcze. Na pewno słyszałeś o „dobrych mikrobach” (obecnych na przykład w jogurcie), które wpływają korzystnie na zdrowie człowieka i zwierząt. Przekonanie o ich pozytywnym działaniu sięga co najmniej czasów starożytnych, kiedy w przypadku dolegliwości żołądkowo-jelitowych zalecano spożywanie fermentowanych napojów z mleka. Produkty te stosowano również przy zakażeniach lub oparzeniach skóry. Jednak dopiero na początku XX wieku przedstawiono dowody naukowe na to, że sprawcą tego „zamieszania” są bakterie mlekowe. Zaliczono je do mikroorganizmów probiotycznych, a słowo probiotyk pochodzi z języka greckiego i oznacza „dla życia”. Tekst notatki: Probiotyki jako naturalne regulatory wzrostu nie powodują żadnych skutków ubocznych i nie ma niebezpieczeństwa ich przedawkowania. Efekty ich działania zbliżone są do efektów uzyskanych w wyniku zastosowania antybiotyków paszowych – jedne i drugie redukują liczbę bakterii patogennych, jednak sposób ich działania jest różny. Preparaty probiotyczne podawane zwierzętom hodowlanym, wpływają korzystnie na ich wzrost, poprzez stymulujące oddziaływanie na przewód pokarmowy i procesy w nim zachodzące. Odpowiednio dobrane mikroorganizmy ułatwiają przyswajanie paszy, pełniącej jednoczenie rolę regulatora równowagi mikroflory przewodu pokarmowego.

30 DROBNOUSTROJE W PREPARATACH PROBIOTYCZNYCH DLA ZWIERZĄT
MIKROORGANIZMY  NAZWA HANDLOWA PREPARATU PRZEZNACZENIE Lactobacillus acidophilus Enterococcus faecium  Acid-Pak-4-Way Wacter  drób, indyki rzeźne świnie  Bifidobacterium bifidum 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 Cellulomonas sp. Saccharomyces cerevisiae  Cerbiopor maciory loszki warchlaki Lactobacillus amylovorus Probiomix cielęta drób Saccharomyces cerevisiae Probiosacc C-I CBS Yea Sacc bydło

31 WŁAŚCIWOŚCI DROBNOUSTROJÓW PROBIOTYCZNYCH
Produkcja i wydzielanie enzymów hydrolitycznych Produkcja substancji antybakteryjnych, (kwasy organiczne, nadtlenek wodoru, bakteriocyny) „Podsiadanie” patogena Tekst notatki: W żywieniu zwierząt bardzo ważną rolę pełnią probiotyczne drożdże, a zwłaszcza Saccharomyces cerevisiae Wykorzystuje się ja jako źródło białka oraz w celu poprawienia funkcjonowania przewodu pokarmowego. Jednym z głównych efektów ich stosowania jest lepsze wykorzystanie paszy oraz zwiększenie masy ciała zwierząt. Obecność drożdży przede wszystkim stymuluje aktywność metaboliczną bakterii mlekowych, które pozostają z nimi w układzie symbiotycznym. Drożdże produkują witaminy z grupy B, od których zależy dobry wzrost bakterii. Efektem działania drożdży jest również obniżenie stężenia amoniaku, lepszy rozkład celulozy, zmniejszenie ilości cukrów rozpuszczalnych oraz metanolu. Składniki ściany komórkowej drożdży, w tym głównie glukan i mannan zabezpieczają przewód pokarmowy przed bakteriami patogennymi, takimi jak: Escherichia coli, czy Klebsiella pneumoniae. Wynikiem tych wszystkich zmian jest stabilizacja procesów fermentacyjnych oraz pH środowiska, co w istotny sposób wpływa na zdrowotność i produkcyjność zwierząt. Wspomaganie układu immunologicznego

32 Produkcja i wydzielanie enzymów hydrolitycznych
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.

33 Produkcja substancji antybakteryjnych, (kwasy organiczne, nadtlenek wodoru, bakteriocyny)
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.

34 „Podsiadanie” patogena
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.

35 Wspomaganie układu immunologicznego
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.


Pobierz ppt "METABOLIZM PODSTAWOWY"

Podobne prezentacje


Reklamy Google