Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Prokarióták Dr. Kredics László SZTE TTIK Mikrobiológiai Tanszék kredics@bio.u-szeged.hu http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

A prokarióták jelentősége Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 A prokarióták jelentősége Valószínűleg a legősibb életforma képviselői Alapkutatás fontos tárgyai Ipari alkalmazások (biotechnológia, pl. inzulintermelés, bioremediáció) Orvosi alkalmazások (antibiotikumok) Mezőgazdasági jelentőség (nitrogénkötés) Szerepet játszanak a szén, nitrogén és kén körforgásában (lebontó szervezet) Növények, állatok és emberek kórokozói fontos http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 illusztráció http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Fő morfológiai típusok bacillus kokkusz vibrio fontos Átlagméret: 0.2 -1.0 µm  2 - 8 µm spirillum http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Morfológia kokkusz pálcika, vagy bacilliform Csavart formák Neisseria: kávébab alak Diplokokkusz Vibrio: csavart pálca kokkobacillus illusztráció Tetrádok (4 kokkusz) Sarcina: (8, 16, 32, 64 kokkusz) Mycobacterium coryneform Spirillum Streptococcus: füzérszerű Micrococcus és Staphylococcus Spóraképző pálcikák Streptomyces: gombaszerű Spirocheta http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák SEJTFAL cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktérium sejtfal külső, elasztikus váz nincs minden baktériumnál (pl. Mycoplasma fajok) változatos összetétel és szerkezet Gram-festés (Hans Christian Gram, 1892) kétféle baktérium sejtfaltípus megkülönböztetésére alkalmas Festés ibolyaszínű festékkel (kristályibolya + jódoldat), alkoholos mosás (etanol), majd kontrasztfestés piros festékkel (szafranin) A festés kimutatja, hogy az adott baktérium Gram-pozitív (lila) vagy Gram-negatív (piros) fontos http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Gram-pozitív sejtfal Gram-negatív sejtfal sejtfal peptidoglukán plazmamembrán külső membrán peptidoglukán plazmamembrán illusztráció sejtfal periplazmatikus tér http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Gram-festés Gram-pozitív baktériumok: A membránban lévő peptidoglukán megköti a festéket. Magas peptidoglukán tartalom = sötétibolya szín fontos Gram-negatív baktériumok: A külső membrán ellenáll a festésnek. A sejtek megkötik a kontrasztfestéket, rózsaszínek lesznek. http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol 10

Gram-pozitív sejtfal szerkezete Ent 547: Fundamentals of Biological Control Gram-pozitív sejtfal szerkezete Fall 2003 teichonsav lipoteichonsav peptidoglukán (murein) (felületi antigének) periplazmatikus tér Periplazmatikus tér fontos plazmamembrán http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Gram-negatív sejtfal szerkezete Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Gram-negatív sejtfal szerkezete Porin Lipoprotein O-antigén (felismerés) Lipopoliszaharid (gyakran toxikus) Külső membrán (védő szerep) Periplazmatikus tér és peptidoglukán (murein) fontos Plazma- membrán Peptidoglukán Foszfolipid Transz- membrán fehérje http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Gram-pozitív peptidoglükán háló keresztkötésekkel N-acetil-muraminsav N-acetil-glükózamin illusztráció peptidlánc penicillin: gátolja a keresztkötések kialakulását pentaglicin híd http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal illusztráció cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid TOK mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Tok Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 nincs minden baktériumnál védelmi funkciót tölt be leggyakrabban poliszacharid, néha polipeptid kórokozóknál virulenciafaktor (megtapadás, fagocitózissal szembeni védelem) Néhány jellegzetes tokanyag: 1/ polipeptid - Bacillus anthracis (anthrax, lépfene): D-glutaminsavból álló homopolimer, rendkívül ellenálló 2/ dextrán (D-glükóz monomerek (1-6) kötéssel) - infúziós készítmények alapoldata 3/ cellulóz (homopoliszacharid, D-glükóz monomerek β(1-4) kötéssel) - cellulóz membránok, pl. Sony 4/ keményítő (D-glükóz monomerek α(1-4) kötéssel) 5/ xantán (heteropoliszacharid) - Xanthomonas fajokban, fúrófejek kenőanyaga, ivólevek, krémek, gélek 6/ alginát (heteropoliszacharid) - enzim- és sejtrögzítésre alkalmazzák fontos http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Tok illusztráció Negatív festés kolloid tussal http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete FLAGELLUM zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Flagellum Fontos mikromorfológiai bélyeg Folyadékban a baktériumsejt mozgását biztosítja kémiai ingerek hatására 360º-os szögben forog az óramutató járásával ellentétesen a baktérium az óramutató járásával egyező irányban forogva halad előre a flagellum irányába fontos http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

A flagellum elhelyezkedése Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 A flagellum elhelyezkedése monotrich amphitrich fontos lophotrich peritrich http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Gram-negatív és Gram-pozitív flagellum Fall 2003 filament kampó L gyűrű külső membrán peptidoglukán réteg illusztráció P gyűrű pálca periplaz-matikus tér S gyűrű plazma-membrán M gyűrű Gram-negatív (4 gyűrű) Gram-pozitív (2 gyűrű) http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma PÍLUSOK http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Pílus (fimbria) Fehérjéből felépülő sejfelszíni csőszerű képlet, nem mozog F-pílus (szexpílus): DNS-átvitelt tesz lehetővé egy másik sejtbe (konjugáció) Közönséges pílusok F+ típusú baktérium által képzett szexpílus F- fontos F+ http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma CITOPLAZMA- MEMBRÁN nukleoid tok mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control A prokarióták citoplazmamembrán-szerkezete Fall 2003 glikolipid oligoszaccharid integ-ráns fehérje integráns fehérje hidrofób -hélix hopanoid fontos foszfolipid felszíni fehérje - Foszfolipid-kettősréteg: hidrofil felszín, hidrofób belső részek. Szterolok nincsenek, helyette hopanoidok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control A prokarióták citoplazmamembrán-szerkezete Fall 2003 Hopanoidok: szterol analóg triterpén származékok Koleszterol (szteroid) fakultatív Bakteriohopántetrol (hopanoid) http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Normális lipid Fall 2003 glicerol észterkötés sztearinsav Valódi baktériumok (Bacteria) lipid-szerkezete Archea glicerolipid éterkötés phytanol Ősbaktériumok (Archaea) lipid-szerkezete phytanilglicerol-diéter illusztráció dibiphytanilglicerol-tetraéter tetraéter bipentaciklikus C40 biphytanil láncokkal http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal CITO-PLAZMA citoplazma- membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Baktériumok citoplazmája Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumok citoplazmája - Nincsenek belső membránok, csak a citoplazmamembrán betűrődései, felületükön zajlanak az élettani folyamatok fontos baktérium (Nitrosomonas) intracelluláris membránbetűrődései http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok RIBOSZÓMÁK sejtfal cito-plazma citoplazma- membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Riboszómák Számuk: 5-50 ezer Az összRNS kb. 80-85%-a rRNS. Poliszóma (poliriboszóma): mRNS-hez kapcsolódva, fehérjeszintézis már a transzkripció alatt megkezdődik Fall 2003 Lényeg - 70S: 50S + 30S http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma- membrán NUKLEOID tok mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

A baktériumok örökítőanyaga Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 A baktériumok örökítőanyaga Prokarióták: nincs körülhatárolt sejtmag, nukleoid régió (80% DNS, 10% RNS, 10% fehérje). Örökítőanyag: mindig kettősszálú DNS Genom: nem tagolt, egyetlen óriásmolekula (kromoszóma) Erősen felcsavarodott állapot Gyakran cirkuláris, néha lineáris (pl. Borrelia burgdorferi) Egyéb genetikai elemek: plazmidok (a genomnál kisebb cirkuláris DNS-molekulák), szerep: antibiotikumrezisztencia, ritkán előforduló tápanyagok hasznosítása, konjugáció fontos http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Endospóra Viszonylag kevés faj képez pl. Bacillus, Clostridium Kitartó képlet egy kópia genetikai állománnyal Képződés indukciója: pl. C-, N-források kimerülése Általában a tartaléktápanyagok terhére képződik Ellenálló a környezeti hatásokkal (magas hőmérséklet, sugárzás, kiszáradás, vegyszerek) szemben Fall 2003 Fontos (az ábra illusztráció) http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 endospóra mag illusztráció kortex spóraköpeny http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum ZÁRVÁNYOK riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Prokarióták anyagcseréje fototróf: a fényből nyeri az energiát kemotróf: kémiai vegyületek átalakításából nyeri az energiát autotróf: szervetlen CO2-ot igényel szénforrásként heterotróf: szerves anyagra (pl. glükóz) van szüksége saját szerves anyagai felépítéséhez 4 fő csoport: Fotoautotróf (Cyanobacteria) Kemoautotróf (energianyerés: szervetlen anyagok, pl. H2S, NH3, Fe2+ oxidálása) Fotoheterotróf (bizonyos tengeri prokarióták) Kemoheterotróf (leggyakoribb) illusztráció http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Oxigénhez és nitrogénhez való viszony Oxigénhez való viszony: obligát aerob: szüksége van oxigénre, nélküle nem képes fennmaradni fakultatív anaerob: oxigént használ, de anaerob környezetben is képes fennmaradni (erjesztés) obligát anaerob: oxigén jelenlétében elpusztul, az elektrontranszportránc elektronakceptora nem O2, hanem pl. NO3-, SO42- Nitrogénhez való viszony: - Esszenciális elem (aminosavak, nukleinsavak) - nitrogénkötés: N2 átalakítása NH3-á (Cyanobacteria, pl. Anabaena) illusztráció http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Baktériumok mesterséges rendszere (Bergey) Ent 547: Fundamentals of Biological Control Baktériumok mesterséges rendszere (Bergey) Fall 2003 Főbb osztályozási szempontok: Morfológia alapján kokkusz pálca csavart Sejtfal típusa alapján Gram-pozitív Gram-negatív Oxigénigény alapján obligát aerob fakultatív anaerob obligát anaerob Energianyerés alapján autrotróf fotoautotróf kemoautotróf Heterotróf fotoheterotróf kemoheterotróf Életmód alapján mozgás (van/nincs) szaprofita/sejtparazita endospóra (van/nincs) fontos http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control A baktériumok filogenetikai rendszere a riboszómális kis aegység RNS-ét kódoló gén szekvenciája alapján (Woese) Fall 2003 illusztráció http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Bacteria: Proteobacteria: Alpha Proteobacteria Fall 2003 - A mitokondriumok ősei (endoszimbiózis) Agrobacterium kromoszómális DNS kromoszóma T-DNS T-DNS Ti plazmid tumor illusztráció Agrobacterium tumefaciens transzformált növényi sejt - A T-DNS belép a növényi sejtbe, integrálódik a növény DNS-ébe, növényi hormonok túltermelése, tumorok - Opinok (pl. nopalin, oktopin) termelése, tápanyag a baktériumnak http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Bacteria: Proteobacteria: Alpha Proteobacteria Fall 2003 borsó Rhizobium gyökér-szőrök gyökér gümők megtapadás illusztráció rhizobiumok megnagyobbodott gyökérsejtek gümőt képeznek infekciós fonál bakteroidok baktériumok bakteroiddá alakulnak infekciós fonál képződik, melyen át a baktériumok bejutnak a gyökérsejtekbe http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Bacteria: Proteobacteria Fall 2003 Beta Proteobacteria Nitrosomonas: talajbaktérium, az ammóniumot nitritté oxidálja Gamma Proteobacteria Chromatium: fotoszintézis, energianyerés a kénhidrogén oxidálása útján Legionella: légiós betegség Salmonella: ételmérgezések (endotoxin) Vibrio cholerae: kolera (exotoxin) Escherichia coli: bélmikrobióta tagja Nitrosomonas Chromatium illusztráció Legionella Escherichia coli Vibrio Salmonella http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Bacteria: Proteobacteria Fall 2003 Chondromyces crocatus Bdellovibrio Delta Proteobacteria Myxobaktériumok: kedvezőtlen körülmények között termőtestet képeznek spórákkal Bdellovibrio: ragadozó baktériumok gazdasejt (zsákmány) sejtfal plazma-membrán illusztráció http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Bacteria: Proteobacteria Fall 2003 Helicobacter pylori mukózus réteg Epsilon Proteobacteria Campylobacter: bélgyulladás Helicobacter pylori: gyomorfekély epitélium alap-membrán kötő-szövet nyáktermelő sejt vörösvértest hajszálér gyomorsav elpusztítja az epitéliumot illusztráció Helicobacter pylori Campylobacter neutrofil plazmasejt limfocita kitágult fekély hajszálér gyulladásra adott celluláris válasz http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Bacteria: Chlamidiák Fall 2003 Intracelluláris paraziták C. trachomatis szemgyulladás (trachoma) a vakság egyik leggyakoribb okozója - az ókor óta ismert kontakt úton terjed - Észak-Afrika Chlamydia illusztráció http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Bacteria: Spirochaeták Fall 2003 Treponema pallidum: szifilisz (vérbaj), nemi betegség Borrelia burgdorferi: Lyme-kór (kullancs terjeszti) Treponema pallidum illusztráció Borrelia burgdorferi Lyme-kór szifilisz http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Bacteria: Gram-pozitív baktériumok Streptomyces: talajlakó, antibiotikumok forrása Bacillus anthracis: lépfene (bioterrorizmus) Clostridium botulinum: botulizmus (exotoxin) Staphylococcus Streptococcus: skarlát Mycoplasma: nincs sejtfal Streptomyces Bacillus anthracis illusztráció Staphylococcus Streptococcus Clostridium botulinum http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Bacteria: Cyanobacteria fotoautotrófok a kloroplasztisz feltételezett ősei (endoszimbiózis) Oscillatoria Anabaena (nitrogénkötés) Oscillatoria fajok illusztráció Anabaena http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Archaea Fall 2003 Extrém termofilek Extrém halofilek Metanogének http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Archaea Extrém termofilek Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Archaea Extrém termofilek az élet kialakulása idején létezett körülményekhez hasonló, extrém viszonyokhoz alkalmazkodtak optimális hőmérséklet 800C felett nagy hőstabilitású enzimeiket gyakorlati célokra alkalmazzák mosodai detergensek (hőstabil lipázok, proteázok) DNS-polimerázok molekuláris technikákhoz (pl. PCR) Pyrolobus fumarii (élőhely: mélytengeri hidrotermális hasadék, növekedési optimum: 105 ºC) fontos http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Extrém termofil Archaeák élőhelyei Fall 2003 Neutrális pH-jú hőforrás (Yellowstone Nemzeti Park) Kénben gazdag hőforrás – Sulfolobus acidocaldarius illusztráció Szolfatára (kénes gázfeltörés), Yellowstone Nemzeti Park, hidrogén-szulfidban gazdag gáz, magas hőmérséklet, savas környezet http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Archaea Fall 2003 Extrém termofilek Extrém halofilek Metanogének http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Archaea Extrém halofilek Fall 2003 Magas sótartalmú környezet előfordulás: Nagy Sós-tó, Holt-tenger, természetes sólepárlók élénk színűek (bíbor pigment: bakteriorodopszin) Halobacterium Haloferax fontos Haloarcula http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Extrém halofil Archeák élőhelyei Fall 2003 Nagy Sóstó, Utah. A tengervíznél 10X nagyobb sótartalom. illusztráció Pigmentált haloalkalofil baktériumok virágzása (Hamara-tó, Wadi El Natroun, Egyiptom, pH 10), Na2CO3 lerakódások http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Archaea Fall 2003 Extrém halofilek Metanogének Hipertermofilek http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol

Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 Archaea Metanogének - CO2-dal oxidálják a H2-t , mely metánfelszabadulással jár: 4 H2 + CO2  CH4 + 2 H2O - obligát anaerobok, az oxigén megmérgezi őket Methanopyus kandlerii (élőhely: mélytengeri hidrotermális hasadék, növekedési optimum: 100ºC) Fontos (reakciók nem kellenek) Methanococcus jannischiiwas (élőhely: óceán mélye (2600 m) 50-86ºC-os hőmérséklettartomány Methanosarcina Methanobacterium http://www.agls.uidaho.edu/ent547biocontrol