Ent 547: Fundamentals of Biological Control

Ent 547: Fundamentals of Biological Control
Fall 2003 Prokarióták Dr. Kredics László SZTE TTIK Mikrobiológiai Tanszék

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

Fall 2003 illusztráció

Fall 2003 Fő morfológiai típusok bacillus kokkusz vibrio fontos Átlagméret: µm  µm spirillum

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

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák SEJTFAL cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

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

Fall 2003 Gram-pozitív sejtfal Gram-negatív sejtfal sejtfal peptidoglukán plazmamembrán külső membrán peptidoglukán plazmamembrán illusztráció sejtfal periplazmatikus tér

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. 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

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

Fall 2003 Gram-pozitív peptidoglükán háló keresztkötésekkel N-acetil-muraminsav N-acetil-glükózamin illusztráció peptidlánc penicillin: gátolja a keresztkötések kialakulását pentaglicin híd

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal illusztráció cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid TOK mezoszóma pílusok

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

Fall 2003 Tok illusztráció Negatív festés kolloid tussal

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete FLAGELLUM zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

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

A flagellum elhelyezkedése
Ent 547: Fundamentals of Biological Control Fall 2003 A flagellum elhelyezkedése monotrich amphitrich fontos lophotrich peritrich

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)

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma PÍLUSOK

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+

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma CITOPLAZMA- MEMBRÁN nukleoid tok mezoszóma pílusok

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

A prokarióták citoplazmamembrán-szerkezete Fall 2003 Hopanoidok: szterol analóg triterpén származékok Koleszterol (szteroid) fakultatív Bakteriohopántetrol (hopanoid)

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

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal CITO-PLAZMA citoplazma- membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

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

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok RIBOSZÓMÁK sejtfal cito-plazma citoplazma- membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

Riboszómák Számuk: 5-50 ezer Az összRNS kb %-a rRNS. Poliszóma (poliriboszóma): mRNS-hez kapcsolódva, fehérjeszintézis már a transzkripció alatt megkezdődik Fall 2003 Lényeg - 70S: 50S + 30S

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma- membrán NUKLEOID tok mezoszóma pílusok

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

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)

Fall 2003 endospóra mag illusztráció kortex spóraköpeny

Fall 2003 Baktériumsejt szerkezete flagellum ZÁRVÁNYOK riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

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

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

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

A baktériumok filogenetikai rendszere a riboszómális kis aegység RNS-ét kódoló gén szekvenciája alapján (Woese) Fall 2003 illusztráció

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

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

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

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

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

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

Bacteria: Spirochaeták Fall 2003 Treponema pallidum: szifilisz (vérbaj), nemi betegség Borrelia burgdorferi: Lyme-kór (kullancs terjeszti) Treponema pallidum illusztráció Borrelia burgdorferi Lyme-kór szifilisz

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

Fall 2003 Bacteria: Cyanobacteria fotoautotrófok a kloroplasztisz feltételezett ősei (endoszimbiózis) Oscillatoria Anabaena (nitrogénkötés) Oscillatoria fajok illusztráció Anabaena

Archaea Fall 2003 Extrém termofilek Extrém halofilek Metanogének

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

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

Archaea Fall 2003 Extrém termofilek Extrém halofilek Metanogének

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

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

Archaea Fall 2003 Extrém halofilek Metanogének Hipertermofilek

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

Ent 547: Fundamentals of Biological Control

Hasonló előadás

Az előadások a következő témára: "Ent 547: Fundamentals of Biological Control"— Előadás másolata:

Hasonló előadás

Projectumról

Visszajelzés

Bejelentkezés

A társadalmi hálózaton keresztül belépni:

Ent 547: Fundamentals of Biological Control

Hasonló előadás

Az előadások a következő témára: "Ent 547: Fundamentals of Biological Control"— Előadás másolata:

Hasonló előadás

Projectumról

Visszajelzés