1

BAKTERIOLOGIJABAKTERIOLOGIJABAKTERIOLOGIJA

BAK / P1BAK / P1

Sustav pet carstava poWhittaker-

u

Carstvo Prokaryotae• Odlike: rasprostranjenost; brzi rast; kratki život generacije; biokemijska promjenljivost

• Struktura: stanična stjenka; citoplazmatska membrana; citoplazmatskeuklopine; bičevi; dlačice-pile; čahure i sluzni omotač

• Prokarioti: - Prave bakterije (eubakterije)- Primitivnije (arheobakterije;archaeobacteria)

2

Obilježja prokariotskih stanica

• Prokarioti od eukariota se razlikuju po: * strukturi stanične stjenke, *membrani i organelama

• Osnovna obilježj Prokariotskih stanica:- Genetički materijal (DNA) nije obavijen membranom

- nedostaju ostale membranom omeđene organele(specif. stanične strukture)- DNA nije povezana s histonima (specif. kromosom. proteinima u eukariota)- stanična stjenka sadrži peptidoglikan(polisaharidni kompleks)- razmnožavanje – binarnim cjepanjem

• Dva osnovna tipa organizacije stanica:(pojašnjeno elektronskom mikropskopijom)

- jednostavniji tip: prokarioti – prajezgra (bakterije, cijanobakterije)

- složeniji tip: eukarioti – prava jezgra (protisti:alge, gljive, protozoe; biljke i životinje)

• Prokarioti: heterogena skupina jednostaničnih organizama (uključuje:eubakterije ili prave bakterije, arheobakterije).Razlikuju se po: obliku, kemijskom ustrojstvu, zahtjevima za nutrijentima, biokemijskom djelovanju

Struktura tipične prokariotske i eukariotskestanice

3

Bakteriologija• Znanost-bavi se pročavanjemaktivnosti u kojima sudjeluju bakterije (istraživanje uzročnika bolesti, razgradnju oštećene ili mrtve organske tvari, probavu u ljudi i ostalih organizama, produkciju kemikalija, hrane i drugih korisnih produkata)

Bakterije

• Znanost: Bakteriologija (znanstvena disciplina: Mikrobiologija)

• Međunarodna klasifikacija prokariota (na osnovi morfoloških i fizioloških značajki odn. brojnih metabolizamskih razlika):- Bakterije (svi prokarioti koji nisu cijanobakterije)

- Cijanobakterije

Cijanobakterije

• Nazivaju se: plavkastozelene alge ili plavkastozelene bakterije

• Sadrže klorofil i dodatne pigmente• Provode fotosintezu (proizvode kisik)• Pojedinačne stanice; u lancima• Obitavalište: voda, tlo, slana jezera, vrući izvori

• Mogu proizvesti toksičke tvari; ne uzrokuju bolesti u ljudi

4

Sustav tri carstva po

CarlWoese-u

Arheobakterije• Razlika između tipičnih bakterija ili cijanobakterija

• Tri skupine:- metanogeni (proizvode metan; otkriće Woese i sur.1977.-sugerira postojanje treće evolucijske linije; stvreni u vrijeme formiranja planete Zemlja)

- ekstremni halofili (Mrtvo more, Veliko slano jezero)- termoacidofili (vrela, kisela područja; t› 90ºC)

• Obilježja: promjer oko 1µm; nemaju organele omeđene membranama; imaju jezgrina tijela (nukleoide); jezgra nije omeđena membranom; ribosomi sadrže 70 S podjedinica (S /Svedberg/-koeficijent sedimentacije)

Morfološke i fiziološke karakteristike bakterija

• Oblik: kugličast (koki); valjkast (štapići); spiralni (spirili); kutijica (arcula,lat. mala kutija); zvjezdica (astra, stella); štapičaste koje nalikuju ornamentu-rozeti (Rosette); genetički pleomorfni (nepravilan-više od jednog oblika- Corynebacterium, Rhizobium)

• Fotosintetičke: E od sunčeva svjetla; ugljik za tvorbu stanične biomase od CO2 (cijanobakterije-raniji naziv: plavo-zelene alge)

• Druge bakterije: E iz metabolizma anorg. spojeva-NH3,So

Veliki broj: razgrađuju org. spojeve-složene šećere do jednostavnih; izbirljive za nutrijente; rast u specifičnom okolišu-ljudski organizam-bolesti

5

Molekulski sastav tipične bakterijske stanice (E. coli)

Tip %stanične mase Broj molekula po stanici

______________________________________________

Voda 70 4x1010

Proteini 15 x106

NK DNA 6 1-4

RNA 1 5x105

Ugljikohidrati 3 2x108

Masti 2 2,5x107

Ostale tvari 2

Anorganske

Ioni i miner. Tvari 1 2,5x108

• Podjela bakterija:* na osnovi reakcija bojenja po Gramu: - gram-pozitivne i- gram-negativne

• gram-neosjetljive bakterijene boje se po Gramu (spirohete).

• gram-varijabilne bakterijeu različitim uvjetima rasta mogu biti i gram-pozitivne i gram-negativne. Neke bakterije izgube gram-pozitivna svojstva u kulturi starijoj od 24 h.

• Acidorezistentne bakterijeoko stanice imaju fosfolipidni i voštani sloj (Mycobacterium leprae, M. tuberculosis). Omotač ne propušta bojila u stanicu; - bojanje vrućim bojilom(karbolfuksin) – otopi voštani sloj. Bojenje stanice; voštani sloj se opet skrutne. Boja iz stanica se sad ne može isprati kiselim alkoholom. Postupak bojanja: otkrio Paul Erlich 1882.,a usavršili ga Ziehl i Neelsen(bojanje po Ziehl-Neelsenu).

6

• Bakterija: obavlja sve reakcije metabolizma (kod viših org. nužne brojne specijalizirane stanice).

• Od oko 1500 opisanih vrsta, 100-njak su ljudski patogeni

• Posjeduju: nukleoid, ribosome, citoplazm. membranu. Imaju staničnu stjenku(osigurava stalan oblik) te čahure -kapsule(otpornost; mikročahure, makročahure), citoplazmene uklopine i dodatke na površini-stanične stjenke (sluzave naslage)

• flagele (bičevi) -monotrih, amfitrih, peritrih

• Pili - nalik vlasima, na stanici u većem broju od bičeva.

Dva tipa: * obični pili omogućuju pričvršćivanje na površine uključujući i površine stanica-mogu uzrokovati bolest; * drugi tip - seks pili (spajanje bakterijskih stanica prije prelaska DNA iz jedne stanice u drugu

RASPORED BIČEVA:• Monotrih

• Lofotrih

• Amfitrih

• Peritrih

7

Elektronska fotomikrografija bakterije Proteus mirabilis (flagele i pili)

Fotomikrografija sparivanja stanica E. coli

Bitne značajke bakterijske stanične stjenke

• Osigurava zaštitu od osmotskog liziranja stanice• Daje čvrstoću i oblik• Zaštita od antimikrobnih agenasa (antibiotika) i razarajućih kemijskih agenasa

• Određuje reakcije u tijeku bojanja po Gramu• Može uzrokovati određene toksičke simptome (u

bolestima izazvanih gram-negativnim bakterijama)• Osigurava potreban nosač za pokretanje flagela

(bičva)

8

• Sastav bakterijske stanične stjenke:

- peptidoglikan ili murein (daje čvrstoću): ravni lanci NAG i NAM povezani 1,4-glikozidnom vezom- kod većine gram-pozitvnih bakterija: nekoliko slojeva peptidoglikana povezani lancima i poprečnim mostovima; sadrži teihonsku kiselinu (polimeri glicerolfosfatne i ribitolfosfatne kiseline-reguliraju prolaz iona u stanicu) – bakterije koje sadrže puno tih kiselina mogu podnijeti veće koncentarcije NaCl

Peptidoglikan-murein

Stanična stjenka gram-pozitivne bakterijske stanice

9

Stanična stjenka gram-negativnebakterijske stanice

10

• Kod gram-negativnih bakterija:- sadrže u maloj količini peptidoglikan

u prostoru između citopl. membrane i vanjske membrane (osjetljive na mehanička oštećenja), kovalentno povezan sa lipoproteinima u vanjskoj membrani; sloj peptidoglikana je okružen vanjskom membranom koja sadrži lipoproteine, lipopolisaharide (LPS) i fosfolipide

- ne sadrže teihonsku kiselinu

Membrana kao tekući mozaik -Struktura citoplazmene membrane

• Citoplazmena membrana prokariotauključuje funkcije:

- prijenos molekula u stanicu i izvan

stanice

- izlučivanje izvanstaničnih enzima

- disanje i foztosintezu

- razmnožavanje

- sintezu stanične stjenke

11

Struktura biča u gram-pozitivne bakterije

Struktura biča u gram-negativne bakterije

Funkcija biča

• Rotacija u smjeru suprotnom od kazaljke na satu-potisak; pokretanje prema naprijed

• U smjeru kazaljke na satu-zaustavljanje;pokretanje prema natrag

12

• Self-assembly process of thebacterial flagellum The processgoes from the top left to thebottom right corner. Once theFliF ring (in brown) has formed in the cytoplasmic membrane, otherprotein molecules are self-assembled on this structural base one after another in a well-defined order. All the axialcomponent proteins of theflagellum are synthesized in thecytoplasm and transported by thetype III flagellar protein exportapparatus through the longnarrow central channel to thedistal end of growing structure, onto which they self-assemble. The assembly process requiresthree different types of caps at different stages, and these capsare always attached at the distalend of the growing structure to promote efficient self-assemblyof component molecules.

Kriteriji za klasifikaciju bakterija

• Morfologija /veličina, oblik, uređenje stanice, flagele, pile, endospora, kapsula/

• Bojenje /gram-pozitivne, gram-negativne, gram-varijabilne, acidorezistentne, gram-neosjetljive/

• Rast /u tekućim i čvrstim podlogama, morfologija kolonija, tvorba pigmenata/

• Hranjive tvari /autotrofi, heterotrofi, izvor E, izvor C i N

• Fiziologija /temp., pH, konc. plinova, soli, rezistentnost na antibiotike, osmotolerancija

• Biokemija / priroda stanične stjenke, molekula RNA, ribosomi, antigeni, pigmenti; biokemijski testovi

• Genetika /% DNA baza (omjer G+C), hibridizacija DNA

• Serologija /aglutinacija na predmetnici, fluorescentna antitijela

• Tipizacija faga, …

13

Biokemijski testovi u identifikaciji i klasifikaciji

bakterija

• Fermentacija šećera, Hidroliza škroba, Likvefakcija želatine, Katalaza test, Peroksidaza test, Oksidaza test, Ureazatest, Redukcija nitrata, Produkcija indola, Iskorištavanje citrata, Litmus test, Test na vodikov sulfid, Metilno crvenilo test, Voges-Proskauer test, …

Klasifikacija mikroorganizama

• Sustav klasifikacije: razlike (kod mikroorganizama u staničnoj strukturi), sličnosti i odnosi među organizmima

• Znanost-Taksonomija (uključuje davanje imena; identifikacija nepoznatih organizama)

• Temelji se na kriterijima za identifikaciju (genetičke i biokemijske informacije)

• S gledišta bioloških znanosti: to je uređeni poredak organizama (nomenklatura) sa sličnim fiziološkim osobinama ili biokemijskim i genetičkim značajkama unutar skupine

• Nekoliko pristupa određivanja stupnja sličnosti: prirodni, umjetni. Idealan-Prirodni/Filogenetički sustav (na osnovi podrijetla organizama). Umjetni sustav: osniva se na jednostavnijijm prepoznatljivim osobinama poznatih organizama

14

Taksonomija bakterija (Bergey's priručnik)

• Bergey's Manual of Systematic Bacteriology dijeli Procaryiotae na osnovi osobina stanične stjenke u 4 skupine:

* Gracilicutes (tanka stan. stjenka, tipični gram-negativni organizam)

* Firmicutes (debela stan. stjenka, gram-pozitivni organizam)

* Tenericutes (meka, savitljiva stan. stjenka ili bez stan. stjenke)

* Mendosicutes (Prokarioti sa staničnom stjenkom koja ne sadrži peptidoglikan)

• Svaki dio Bergeyeva priručnika podijeljen je u suglasju sa slijedećim karakteristikama:

- bojenje po Gramu; - oblik stanice;- raspored stanica; - zahtjev za kisikom; - pokretljivost; metabolizamske osobine; -prehrambene osobine