MEDICINSKI FAKULTET SVEUČILIŠTA U RIJECI

Preddiplomski sveučilišni studij Sanitarno inženjerstvo

Autori: Mateo Jakac, Matteo Sošić, Zoran Šćerbe

BAKTERIJE PREDATORI

Mentor: doc. dr. sc. Ivana Gobin, dipl. san. ing

Rijeka, 13. svibnja 2015.

SAŽETAK

Uvod .............................................................................. 1

Razrada .............................................................................. 3

1. Bakterije ................................................... 32. Bakterije predatori ................................... 43. Razvoj predatorskih bakterija .................. 54. Bdellovibrio bacteriovorus ...................... 6

Zaključak .............................................................................. 11

Izvori .............................................................................. 12

UVOD

U ovom seminarskom radu detaljno će se razjasniti pojam i koncept bakterija predatora,

njihovog postojanja, djelovanja i funkcija, a u samom će se početku objasniti osnovni pojam

bakterija. Bakterije, kao najbrojnija skupina organizama, vrlo su važne. Bile su od iznimne

važnosti u biološkoj evoluciji a mnoge od njih zaslužne su i za održavanje života ostalih

mikroorganizama te su također dio svakog hranidbenog lanca. Bakterije predatori, kao vrsta

bakterije danas su vrlo važne jer pružaju nadu za zaustavljanje mnogih patogenih bakterija od

kojih su neke postale otporne na antibiotike te uzrokuju brojne probleme. Vrlo su važne jer su

sposobne napadati samo određene vrste bakterija, a čovjeku ne nanose štetu s obzirom na to da

ne mogu napadati stanice sisavaca. Dakle, kratko rečeno, predatorskim bakterijama u današnje

vrijeme pridodana je velika važnost.

Tijekom pisanja ovog rada korištene su brojne metode kako bi se tema što bolje

analizirala i iznijela. Korištena je opisna metoda, odnosno metoda deskripcije kojom su

objašnjeni jednostavniji pojmovi te opisane bakterije, njihov izgledi funkcije, zatim metoda

indukcije i dedukcije prilikom donošenja zaključaka, povijesna metoda kojom je objašnjen

teorijski dio seminara, te metoda analize i sinteze. Svrha i cilj ovog seminarskog rada je prikazati

i objasniti pojam bakterija. Iznijeti njihovu funkciju i svrhu te prikazati podjelu. Prvenstveno je

cilj objasniti funkciju bakterija predatora, njihov utjecaj na životni ciklus, te objasniti njihovo

djelovanje.

Ovaj seminarski rad sastoji se od nekoliko dijelova. To je uvod u kojem su izneseni

osnovni podaci o samom radu i temeljnim pojmovima. Zatim slijedi razrada teme kroz nekoliko

1

poglavlja u kojima je detaljnije objašnjen pojam bakterije, bakterije predatora, njezin sastav te

funkcije, te je ukratko opisan životni ciklus bakterije Bdellovibrio bacteriovorus. Na kraju rada

je izneseno nekoliko zaključaka koji su izvedeni iz samog rada, te su na samom kraju prikazani

izvori koji su korišteni prilikom pisanja rada.

2

RAZRADA

1. Bakterije

Bakterije su mikroskopski organizmi s prokariotskom građom stanice. Znanost koja

proučava bakterije naziva se bakteriologija. Bakterije posjeduju dvolančanu DNA. Postoje dva

glavna oblika bakterija, a to su arheobakterije i prave bakterije, tj. eubakterije. Arheobakterije su

prema građi različite od eubakterija. Njihove citoplazmatske membrane sadrže neobične lipide, a

ribonukleinska kiselina (RNK) u ribosomima razlikuje se građom od RNK u ribosomima

eubakterija. Arheobakterije obuhvaćaju tri skupine. To su metanogene koje stvaraju plin metan,

zatim ekstremne halofile koje žive u staništu s visoki postotkom soli i termacidofile koji žive u

okolišu visokih temperatura i sniženih pH vrijednosti. Smatra se da arheobakterije nalikuju

prapočecima života na Zemlji, te da su se iz njih kasnije razvili viši oblici. Prave bakterije se

prema obliku stanica razlikuju. Stoga ih dijelimo na štapićaste bakterije, kuglaste bakterije,

izvijene bakterije, arkule, te zvjezdaste oblike. Površina bakterija može biti gusto pokrivena

sitnim dlačicama, fimbrijama ili pilima, o funkciji kojih se još nagađa, ali se čini da se one s

pomoću njih međusobno sljepljuju u nakupine ili se pričvršćuju na krute površine. Poseban, dugi

nastavak, tanji od bičeva, kroz koji se tijekom spolnog načina razmnožavanja prenosi genetski

materijal iz stanice u stanicu, zove se seksualni pili ili F-pili. Neke vrste bakterija stvaraju spore

(endospore), koje nastaju tako što se na jednom kraju stanice zgusne citoplazma i oko nje stvori

debeo omotač koji sadržava dipikolinsku kiselinu, otpornu na vanjske utjecaje, posebno visoke

temperature. Spore preživljavaju kuhanje na 100 °C više od 30 min, isušivanje medija u kojem

žive dugo vrijeme (desetak godina), otporne su na kemijska sredstva, ne propuštaju nikakva

3

bojila. Bakterije se razmnožavaju uglavnom dijeljenjem stanice (binarno cijepanje) u dvije

stanice kćeri, od kojih svaka dobiva istu količinu udvostručenoga genetičkog i staničnog

materijala. Mogu se razmnožavati i spolnim načinom, koji obuhvaća prijenos genetičkog

materijala iz jedne stanice u drugu. Spolni način obuhvaća tri tipa: konjugaciju, transformaciju i

transdukciju.

2. Bakterije predatori

Grabežljivost, odnosno predatorstvo sveprisutna je pojava u prirodi, tako da nije ništa

neobično da takva pojava postoji i među bakterijama. Bakterije predatori široko su

rasprostranjene, raznolike su, te postoje brojne lovačke strategije. Grabežljivost je jedna od

brojnih funkcija koja utječe na bakterijsku zajednicu, no o tom se području ne zna toliko puno,

kao na primjer tko je uključen u te interakcije. Bakterije predatori imaju dirmofno stanični ciklus

koji se sastoji od vrlo pokretne faze napada stanica koje su u potrazi za plijenom te od faze rasta

prilikom koje se plijen konzumira i stanica bakterije predatora raste te se na kraju dijeli na

potomstvo. Razne zaraze uzrokovane mikroorganizmima koji su postali otporni na terapiju

antibioticima sve su veći problem u svijetu, te su vrlo teške za liječiti pomoću antimikrobnih

sredstava. Mnoge infekcije uzrokovane su gram – negativnim bakterijama kao što su

Acinetobacter baumannii, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa te Klebsiella pneumoniae.

Otpornost na lijekove svakako predstavlja ogroman problem, a može se smatrati i prirodnim

odgovornom na stalno prisilno uzimanje lijekova. Dva organizma koje su sposobna uništiti ili

spriječiti djelovanje gram negativnih organizama su bakterija iz roda Bdellovibrio i Micavibrio.

Ta dva roda bakterija smatraju se bakterijama predatorima. Predatorske bakterije ulijevaju nadu

4

da je moguće zaustaviti razne patogene bakterije od kojih su mnoge postale otporne na već

poznate antibiotike te zato uzrokuju velike probleme, pogotovo kod slučajeva bolničkih

infekcija. Dosadašnja istraživanja pokazala su da bakterije predatori značajno reduciraju broj

nekih od najpoznatijih i najopasnijih patogenih bakterija poput Klebsille pneumoinae, koja je

uzročnik atipične upale pluća. Bakterije predatori također reduciraju oportunističke patogene koji

mogu uzrokovati infekcije rana i urinarnog trakta, najčešće stečene u bolnici. Prednost bakterija

predatora je i u tome da napadaju samo određene bakterijske vrste. Drugim riječima, u slučaju

upotrebe kao živog antibiotika neće napadati bakterije koje normalno žive u ljudskom tijelu, niti

će štetiti ljudima jer one ne mogu napadati stanice sisavaca. Dosadašnja poznata istraživanja

pokazuju da prijenos gena između predatora i plijena nije moguć, pa se smatra i vrlo malo

vjerojatnim da bi predator mogao evoluirati paralelno sa svojim plijenom, jer tako plijen ne bi

postao rezistentan. Međutim, raspon plijena za neke predatore može se povećati, a upravo je to

nepoznanica koja se danas još uvijek istražuje. Ono što se svakako treba detaljno istražiti prije

početka uporabe bakterija predatora kao antibiotika je koje su posljedice koje mogu nastati

prilikom unošenja stranog organizma u ljudsko tijelo.

3. Razvoj predatorskih bakterija

Smatra se da su se prvotne bakterije predatori razvile od predaka saprofita koji su

preživljavali zahvaljujući hidrolizom polimera iz već mrtvih organizama. Saprofitima je samo

nedostajala sposobnost da mogu uništavati, tj. ubijati žive stanice do faze raspadanja.

Pretpostavlja se, također, kako su se predatori razvili iz prvotnih, fakultativnih intermedijara.

Pretpostavljeno je da su endosimbiotska udruženja potekla iz sposobnosti nekih bakterija

5

predatora kako bi se prilagodili i ušli u stanice plijena. Postoji nekoliko strogih studija o

ekološkim ulogama bakterija predatora, ali njihova česta pojava na različitim staništima ukazuje

na to da su kao i bakterijski virusi i bakterije predatori važne odrednice u strukturi zajednice,

njezinoj raznolikosti te dinamičnosti. Jedna studija pokazala je kako jedna vrsta može biti ili

predator ili plijen, ovisno o tome s kim je u interakciji. Kako bi se procijenila sposobnost napada

B. bacteriovorus i M. aeruginosavorus-a na izabrani patogeni plijen, pripremljene su kulture

kojem su isprane stanice inkubirane u 5 mililitara DNB-a s dodanim B. bacteriovorus i M.

aeruginosavorus bakterijema. Kao kontrola korišten je profiltrirani i sterilizirani lizat. Te kulture

bile su inkubirane i do 48 sati na 30 stupnjeva celzijevih na rotacijskoj tresilici namještenoj na

200 okretaja u minuti. Sposobnost predatora da napadne plijen je potvrđena smanjenjem

varijabilnosti domaćih stanica, što je utvrđeno mjerenjem i usporedbom sa stanicom koja nije

bila u dodiru s predatorom.

4. Bdellovibrio bacteriovorus

Bdellovibrio bakterije su pripadnice pokretnim, Gram – negativnim aerobnim

bakterijama. Forma im je u obliku zareza te ih možemo naći u veličinama od 0,5 do 1,4 μm.

Vidljive su pod svjetlosnim mikroskopom gdje možemo uočiti bičeve prekrivene

karakterističnim plaštom izgrađenog od proteina flagelina koji omogućava kretanje i traženje

plijena.

Takvim bakterijama kao što je Bdellovibrio bacteriovorus, osim bičeva, potrebni su i

određeni pili kako bi što bolje obavile predatorske procese. Ti su pili poput dlačica raspoređeni

6

po cijelome tijelu bakterije. Proteinske su prirode i omogućuju bakteriji bolje pričvršćivanje za

podlogu kao i prijanjanje dviju jedinki pri razmnožavanju. (Slika 1. Bdellovibrio bacteriovorus)

Bdellovibrio bacteriovorus (Slika 1.) je predator

bakterijske vrste koji se nalazi praktički svugdje. Glavna

mu je karakteristika da parazitira Gram – negativne

bakterije tako da ulazi u njihov periplazmatski prostor i

hrani se samom gostujućom stanicom. Bdellovibrio

bacteriovorus se može pronaći i u ljudskim crijevima i

uspostavilo se da je vrlo korisna baš zbog njezine

navedene karakteristike.

Što se tiče životnoga ciklusa (Slika 2.)

Bdellovibrio bacteriovorus-a povezan je u potpunosti sa

njegovim metabolizmom. Taj se životni ciklus, odnosno metabolizam dijeli na više faza. Prva

faza je mobilna u kojoj Bdellovibrio traži Gram- negativne bakterije koje bi napao. Što se tiče

metaboličkih funkcija u ovoj su fazi sve usmjerene u pokretljivosti kako bi se lakše pronašao

plijen. Druga faza predstavlja napad na stanicu domaćina. U toj fazi spomenuti predator se

pričvršćuje na vanjsku membranu plijena preko posebne strukture zvane kuk te započinje sa

lučenjem enzima koji razgrađuju vanjsku membranu plijena omogućujući tako ulazak

Bdellovibrio bacteriovorus-a u sam periplazmatski prostor gostujuće stanice. Nakon ulaska u

stanicu odbacuje svoj flagelin i zatvara otvor na vanjskoj membrani, nakon čega počinje sa

izlučivanjem degradativnih enzima koji razgrađuju unutarnju membranu plijena kako bi

navedeni predator dalje pristupio citoplazmi. Nakon što je stanica domaćina već potpuno

7

iscrpljena, Bdellovibrio bacteriovorus metabolizira hranjive tvari i makromolekule iz stanice

kako bi se počeli razvijati potomci Bdellovibrija. Time započinje razvoj i DNA replikacija.

(Slika 2. životni ciklus Bdellovibrio bacteriovorus)

Životni ciklus ponavlja konstantno dok ima dostupnoga plijena kojega bi predatorska

bakterija mogla napasti te traje od jednog do četiri sata.

Bdellovibrio bacteriovorus (Slika 3.) je bakterija predator koja napada, hrani se i

iskorištava druge bakterije kao što su Salmonella typhimurium i Helicobacter pylori. Što se

istraživačkog aspekta tiče takve bakterije kao što je Bdellovibrio bacteriovorus vrlo su

zanimljive u svim područjima znanosti zbog toga što napadaju samo određene vrste bakterija, a

8

to znači da u slučaju da ih koristimo kao živi antibiotik one neće napadati stanice ljudskoga

tijela. Bdellovibrio bacteriovorus definitivno zaslužuje da ga se zove živim antibiotikom zbog

njegovne dualne prirode, to jest svojstva da ga se koristi kao antibiotik za uklanjanje štetnih i

patogenih bakterija, te kao probiotik koji pomaže pri kontroli sastava i boja bakterija u

intestinalnom traktu.

( Slika 3. Bdellovibrio bacteriovorus)

9

ZAKLJUČAK

Bakterije, kao najveća skupina organizama, od iznimne su važnosti u kompletnoj

strukturi zajednice. Što zbog toga što su od njih s vremenom nastale brojne više vrste ili pak što

su neizostavni dio hranidbenog lanca, ili pak što su potencijalni živući antibiotik. Vrlo važan dio

bakterija upravo su bakterije predatori koje su za životni ciklus vrlo važne, a sve se više ističe

njihova važnost kod uništavanja raznih patogenih bakterija koje ne donose ništa drugo nego

štetu, a postale su imune na razne postojeće antibiotike. Razni životinjski i bakterijski patogeni

su osjetljivi na bakterije predatore pa bi proučavanje tih odnosa moglo dovesti do neočekivanih

medicinskih, veterinarskih ili poljoprivrednih zaključaka. Primjerice, eksperimentalni odabir za

poboljšanu učinkovitost predatora u ubijanju patogena može rezultirati sasvim novim

antibiotikom ili nekim drugim otkrićem. Konačno, zbog brzog rasta bakterija predatora,

jednostavnog rukovanja njihovom malom veličinom, bakterije predatori nude nezamislive

mogućnosti za testiranje raznih hipoteza o ekologiji i evoluciji odnosa predatora i plijena, te

također mogu igrati veliku ulogu u određivanju uloge predatora u kompletnoj strukturi

zajednice. Baš kao i bakterijski virusi, bakterije predatori vrlo su obećavajući model za sustav za

kontrolirana ekološko - evolucijska eksperimentiranja.

10

IZVORI

Podaci s interneta

Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Hrvatska enciklopedija, Bakterije

Članak na internetu

(1) A. Dashiff, R.A. Junka, M. Libera, D.E. Kadouri, Predation of human pathogens by the

predatory bacteria, Original article, 431 – 444. Str.

(2) G. J. Velicer, H. M. Soares, Bacterial predators, Current biology

(3) R. Guerrero, C.P. Alio, I. Esteve, J. Mas, D. Chase, L.Margulis, Predatory prokaryotes:

Predation and primary consumption evolved in bacteria, 2138. – 2142. Str.

Web stranice

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Bdellovibrio_bacteriovorus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22360883

http://departments.agri.huji.ac.il/plantpath/jurkevitch/ej-predbact.html

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2820843/

11

12