Mikrobiologia Przemysłowa

Prezentacja na temat: "Mikrobiologia Przemysłowa"— Zapis prezentacji:

1 Mikrobiologia Przemysłowa
Mikroorganizmy stosowane w procesach przemysłowych

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

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

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

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

6 Molekularna miara stopnia pokrewieństwa - trzy domeny organizmów

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

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

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

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

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

12 Laseczki - Bacillus

13 Pałeczki - bacterium Escherichia coli

14 Maczugowce - Corynebacterium

15 Śrubowce - Spirillum i Krętki - Spirochaetea

16 Przecinkowce - Vibrio

17 Ziarniaki - Coccus

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

19 Formy przetrwalne bakterii - endospory
Clostridium tetani Bacillus thuringiensis

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

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

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

23 Budowa ściany komórkowej bakterii G- i G+

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

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

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

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

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

29 Promieniowce - Actinomycetales

30 Morfologia strzępek i układów sporonosnych promieniowców

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

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