Mikrobiologie - VUT - Přepsané Přednášky PDF

1. Zařazení mikroorganismů v živých systémech – charakteristika domén Archae, Bacteria, Eucarya. Bacteria ⎯ Nejpočetnější biotická složka ⎯ Prokaryotický typ buňky – buňka má nepravé jádro, tvořené pouze jedinou molekulou kruhové dvoušroubovicové DNA, v cytoplazmě nejsou vytvořeny buněč...

1. Zařazení mikroorganismů v živých systémech – charakteristika domén Archae, Bacteria, Eucarya. Bacteria ⎯ Nejpočetnější biotická složka ⎯ Prokaryotický typ buňky – buňka má nepravé jádro, tvořené pouze jedinou molekulou kruhové dvoušroubovicové DNA, v cytoplazmě nejsou vytvořeny buněčné organely, ribozomy prokaryotických buněk jsou odlišné od eukaryotických ⎯ G+, G-, mykoplazmata ⎯ Buněčná stěna z peptitoglykanu ⎯ Organizace genomu je jednodušší ⎯ Celková charakterizace: menší a jednodušší Eucarya ⎯ Eukaryotický typ buňky – jádro tvořené DNA (histony), mimo jaderné dělení – chromatin, při jaderném dělení jsou z DNA bílkovin vytvářeny pentlicovité útvary – chromozomy ⎯ Dělení chromozomů – mitóza ⎯ V cytoplazmě jsou přítomné organely – mitochondrie, Golgiho aparát, endoplazmatické retikulum ⎯ Buněčná stěna z celulosy (rostliny), chitinu či glukanu (houby), nebo zcela chybí (prvoci a živočichové) ⎯ Rozdělení na: prvoky (protista), rostliny (plantae), houby (fungi) a živočichy (animália) Archaea ⎯ Jednobuněčné mikroorganismy, dříve řazeny do říše Bacteria ⎯ Evoluční význam: nejsou mezistupeň mezi bakteriemi a eukaryemi ⎯ Genom organizován jako u bakterií, ale způsobem transkripce a translace se podobají eukaryotům ⎯ Průměr buněk od 0,1 μm až 15 μm ⎯ Biochemický znak – lipidické složení membrán (přítomnost esterové vazby mezi glycerolem a vyššími mastnými kyselinami u lipidů v CM) ⎯ Postrádají murein v buněčné stěně ⎯ Ekologicky 3 skupiny: 1) Termoacidofilní a hypertermofilní Archaea a) Termoacidofilní žijí v horkých a kyselých termálních pramenech, bahenních sopkách, v podmořském termálním prostředí Rod Sulfobolus Klkovité buňky, nepravidelné (často laločnaté, příležitostně kulaté) Obligátně aerobní, fakultativně chemolitoautotrofní (získávají energii oxidací anorganických sloučenin H2S a S a uhlík z CO2) b) Hypertermofilní – optimální teplota 100 °C Rod Pyrodictium Buňky mají nepravidelný diskovitý tvar a vyskytující se jednotlivě, jejich průměr je vysoce variabilní Jsou striktně a fakultativně chemolitotrofní (získávají energii redukcí síry vodíkem na sirovodík, zdroj uhlíku CO2) Optimální teplota 97 až 105 °C 1  2) Halofilní Archaea tyčinky, koky – množství pleomorfních forem včetně plochých disků, trojúhelníků, čtverců vysoké koncentrace solí (25-35 %) kolonie jsou odstíny červené vlivem přítomnosti C50 karotenoidů = bakterioruberiny optimální teplota 35-50°C chemoorganotrofní – AMK a sacharidy jako zdroj uhlíku rody Halobacterium, Natronobacterium, Halococcus 3) Methanogenní Archaea Buňky jsou krátké, obloukovité koky až dlouhé vláknité tyčinky, nepohyblivé Buněčná stěna obsahuje pseudomurein Striktně anaerobní, rostou za oxidace H2, akceptorem elektronů je CO2 Nevyužívají sacharidy, bílkovinný materiál nebo organické látky jiné než methanol, některé sekundární alkoholy nebo CO Významné z hlediska koloběhu uhlíku v anaerobních podmínkách Rody Methanobacterium, Methanococcus ⎯ Význam říše Archaea: Získávání bioplynu Růst a metabolizovat v extrémních podmínkách Získávání termostabilní DNA-polymerázy (Pyrococcus furiosus) Negativní význam halofilů – prorůstají solené potraviny či suroviny Odsiřování uhlí, získávání biodetergentů či bioplastů Složení membrán ⎯ Bakterie a eukaryoty – mastné kyseliny s různým stupněm nasycení, esterová vazba, mastné kyseliny vázané na fosfoglycerovou kostru fosfolipidů v pozici sn-1,2 ⎯ Archaea – silně methylované izoprenoidové řetězce, etherová vazba, izoprenoidy jsou v pozici sn-2,3 na fosfoglycerovou kostru, přítomnost tetraetherových lipidů ⎯ Společné a základní vlastnosti živých soustav 1) Chemické složení (biopolymery) – nukleové kyseliny, bílkoviny, sacharidy, lipidy ▪ DNA – nositel genetické informace ▪ RNA – přepis (transkripce) genetické informace, katalytická funkce (ribozomy) 2) Metabolismus – anabolické a katabolické procesy 3) Buněčná organizace (buňka – základní funkční jednotka) 4) Růst a rozmnožování 2. Cytologie bakteriální buňky – cytoplasma, cytoplasmatická membrána, buněčná stěna G+ a G- bakterií, ribosomy. Buňka ⎯ Základní stavební a strukturní jednotka všech živých soustav ⎯ Prokaryotická buňka: bakterie a archaea Jádro – tvořené jednou do kruhu stočenou DNA a není oddělené od cytoplazmy membránou Ribozomy – volně rozptýleny v základní cytoplazmě Buněčná stěna – peptidoglykan 2  Nejsou buněčné organely (mitochondrie, chloroplasty, endoplazmatické retikulum) ⎯ Eukaryotická buňka: živočichové, rostliny, houby, prvoci, řasy Jádro – oddělené od cytoplazmy membránou Ribozomy – mohou být volné nebo vázané na některé organely Buněčná stěna není přítomná Přítomné buněčné organely Bakteriální buňka ⎯ Tvar 1) Kulovité bakterie nebo koky  Diplokoky  Streptokoky  Tetrakoky  Stafylokoky  Koky uspořádané do seskupení krychlovitého tvaru 2) Bakterie tyčinkovitého tvaru neboli tyčinky  Diplobakterie  Streptobakterie  Palisádové seskupení bakterií 3) Zakřivené bakterie  Vibria  Spirily  Spirochety 4) Vláknité bakterie 5) Větvící se bakteriální buňky Jádro ⎯ Nemá vlastní jadernou membránu ⎯ Tvořené dvoušroubovicovou DNA ⎯ Nositel genetické informace ⎯ Neobsahuje histony ⎯ Haploidní Cytoplazma ⎯ Vyplňuje vnitřní prostor bakteriální buňky ⎯ Je to koloidní roztok bílkovin obsahující vitamíny, aminokyseliny, nukleové kyseliny, soli organických i anorganických kyselin, enzymy ⎯ Tvoří prostředí pro buněčné a metabolické děje Cytoplazmatická membrána ⎯ Je tvořena fosfolipidovou dvojvrstvou s vnořenými bílkovinami ⎯ Ohraničuje cytoplazmu ⎯ Přítomné vychlípeniny – mesosomy ⎯ Je sídlem enzymů 1) Dýchacích 2) Oxidační fosforylace 3) Syntézy a hydrolýzy fosfolipidů 4) Syntézy složek buněčné stěny a pouzdrových obalů 5) Recepce signálů z okolí, které regulují chování buňky 6) Lokalizace – transformace energie 3  Buněčná stěna ⎯ Pevný, elastický obal, propustný pro vodu i většinu látek včetně vysokomolekulárních ⎯ Tvořena z peptidoglykanu (murein, mukopeptidy) Polysacharidová vlákna – N-acetylglukosamin a N-acetylmurámová kyselina Enzymem lysozymem se peptidoklygan rozkládá a v izotonickém prostředí vzniká protoplast ⎯ Peptid Tvořen řetězcem 4 aminokyselin – L-alanin, D-glutamová kyselina, D-alanin, R = kyselina diaminopimelová – G-, některé G+ L-lysine – G+ Připojeny ke glykanové části molekuly ⎯ Glykan Složen z pravidelně se střídajících kovalentně vázaných molekul N-acetylmurámové kyseliny a N-acetylglukosaminu, β-1,4 glykosidická vazba ⎯ Peptidoglykan Glykanové řetězce jsou zasíťovány vazbou mezi aminokyselinami tetrapeptidu DAP – D-Alanin u G- Přes peptidový můstek u G+ Ribozómy ⎯ Složeny ze dvou podjednotek – 30S a 50S → spojují se ve funkční jednotku 70S (u prokaryot) ⎯ Složeny ze dvou podjednotek – 40S a 60S → spojují se ve funkční jednotku 80S (u eukaryot) ⎯ S (Svedberg) – koeficient určující rychlost sedimentace určité částice při centrifugaci ⎯ Tvořeny RNA a bílkovinami ⎯ Supramolekulární komplex a asymetrický ⎯ Probíhá na nich syntéza bílkovin ⎯ V bakteriální buňce jsou volně v cytoplazmě, v oblasti jádra (60 %), kde nasedají na rodící se mRNA a hned ji překládají; na obvodu buňky nasedlé na cytoplazmatickou membránu (30 %), kde syntetizují proteiny určené do membrány nebo na export 3. Cytologie bakteriální buňky – mesozomy, inkluze, pouzdro, glykokalyx, slizy, bičíky, fimbrie, plasmidy Mesozomy ⎯ Vychlípeniny cytoplazmatické membrány ⎯ Funkce není dostatečně známa ⎯ Účast při buněčném dělení, při replikaci RNA, při respiraci, při štěpení přijatých látek Inkluze ⎯ Jsou přítomny v cytoplazmě jako granula, obsahující obvykle rezervní materiál ⎯ U bakterií rezervními zdroji energie je glykogen a poly-β-hydroxymáselná kyselina (výskyt u aerobů Bacillus a Pseudomonas) ⎯ Hromadí se v buňkách, když buňky rostou v nadbytku zdroje uhlíku, respektive nedostatku zdroje dusíku či jiné živiny ⎯ Mizí, když je zdroj uhlíku a energie živinou limitující ⎯ Volutin zásobárna molekul fosforu zdroj energeticky bohatých fosfátových vazeb na místě ATP metachromatinové granule 4 ⎯ Síra Rezervní materiál u bakterií, které ji využívají jako zdroj energie (chemolitotrofní bakterie) nebo jako zdroj elektronů v procesu fotosyntézy (fototrofní sirné bakterie) Pouzdro ⎯ Polysacharidový obal, zabraňuje vysoušení buněk ⎯ Klinický význam – opouzdřené kultury patogenních bakterií jsou virulentnější (vyšší schopnost vyvolat infekci) ⎯ V technické mikrobiologii – význam při tvorbě vloček aktivovaného kalu Glykokalyx ⎯ Tvořený dlouhými polysacharidovými vlákny ⎯ Je to ochranný plášť povrchu buňky ⎯ Adherence na povrchy – kameny v potoce, zubní sklovina Slizy ⎯ Výměšky polysacharidového charakteru ⎯ Umožňují buňkám pohyb ⎯ Masivní tvorba slizu – rod Leuconostoc – produkuje ze sacharózy dextran (ucpávání potrubí v cukrovarech) Bičíky ⎯ Orgány pohybu, mnohokrát delší než buňka bakterií ⎯ Tři části 1) Vlákno bičíku  Dlouhé asi 20 μm, průměr od 10 do 30 nm  Složeno z bílkoviny flagelinu 2) Háček bičíku  Krátký útvar, zpevňující nejspodnější část vlákna a připojující jej k bazální části bičíku  Je složen z identických bílkovinných podjednotek  Jeho funkce není s určitostí známa 3) Bazální část bičíku  Kotví bičík do buněčné stěny a do cytoplazmatické membrány  U G- bakterií se skládá ze dvou párů kruhových destiček, jejichž středem prochází osička připojující se k háčku, vše je tvořeno 9 různými bílkovinami  U G+ bakterií horní dvě destičky chybějí; souvisí to se stavbou buněčné stěny  Obě spodní destičky G- a G+ leží v cytoplazmatické membráně ⎯ Umístění bičíků na bakteriální buňce Monotricha – jeden polární bičík Amfitricha – na obou stranách buňky Peritricha – po celém povrchu buňky Atricha – bakterie netvořící bičík ⎯ Umožňují pohyb Usměrněný pohyb – taxe 1) Chemotaxe 2) Aerotaxe 3) Fototaxe 5  Fimbrie (pili, jednotné číslo pilus) ⎯ Krátké a tenké výběžky, sloužící k přilnutí buněk k podkladu nebo kontaktu s jinými bakteriemi či hostitelskými buňkami ⎯ Výskyt u G- ⎯ Složeny z bílkovin, uspořádané do duté šroubovice Biofilm ⎯ Transport a adsorpce organických molekul na pevný povrch ⎯ Transport mikrobiálních buněk k pevnému povrchu ⎯ Zachycení mikroorganismů na povrchu ⎯ Replikace buněk a produkce extracelulární matrixe ⎯ Růst biofilmu ⎯ Uvolňování buněk Plasmidy ⎯ Mimojaderné molekuly DNA, 100x menší než chromozom ⎯ Nesou doplňkovou genetickou informaci – je pro buňku postradatelná – buňka je mít může ale nemusí ⎯ Kódují některé významné fyziologické funkce bakterií – např. produkci toxinů ⎯ Plasmid F – uplatňuje se při spájení nebo konjugaci buněk, F = faktor neboli fertilitní faktor ⎯ Bakterie s F plasmidy tvoří tzv. pohlavní pilus, který zprostředkuje kontakt s další bakterií ⎯ RTF (resitence transfer factor) – je schopen přenášet z buňky do buňky schopnost rezistence k různým antibiotikům či jiným jedům 4. Spory bakterií, průběh sporulace. Spory ⎯ Ochranný proces při nepříznivých podmínkách ⎯ Spora – klidové stadium bakterií s vysokou odolností (vůči teplotě, záření, chemickým látkám) ⎯ Při poklesu koncentrace živin – na konci růstové fáze ⎯ Aerobní rody Bacillus, Sporosarcina ⎯ Anaerobní rody Clostridium, Desulfotomaculum ⎯ Fyziologické vlastnosti bakteriální spory Termorezistence spor Zvýšená odolnost k jedovatým látkám Mírně zvýšená radiorezistence Zvýšená rezistence k vysychání, hladovění a jiným nepříznivým podmínkám ⎯ Umístění spory Centrální Subterminální Terminální Plektridiový – na jednom z konců buňky Průběh sporulace 1) Dělení buněk zastaveno, syntéza buněčné hmoty pokračuje, dva chromozomy (po ukončení replikace DNA) 2) Změna jaderného materiálu, oba chromozomy vytvoří jediné vlákno 3) Z cytoplazmatické membrány se začnou tvořit vychlípeniny směrem do nitra buňky a vytváří dvojvrstvou strukturu 6  4) Uzavřením septa se cytoplazma mateřské buňky oddělí od prostředí budoucí spory (obsahuje chromozom, buněčnou šťávu a enzymy, zásobní látky) 5) Vznik prespory – z cytoplazmatické membrány vznikají dvě membrány vnější a vnitřní 6) Tvorba obalových vrstev spory 7) Zrání spory  Probíhající procesy nebyly dosud podrobně prostudovány  Ztráta vody  Dipikolinát vápenatý (ochrana DNA, zásobní látka) 8) Uvolnění spory z buňky – nastává jen u některých druhů 9) Klíčení spory  Začíná rozpadem kortexu a uvolněním organických sloučenin do prostředí  Uvolní se až 30 % sušiny spory, polovinu tvoří dipikolinát vápenatý  Naklíčená spora v nepříznivých podmínkách má slabou odolnost  V přítomnosti všech živin prasknou obaly a vznikají jeden nebo dva výrůstky  Proces klíčení trvá 30-60 minut  Proces sporulace trvá 5-6 hodin 5. Růst a množení bakterií, aspekty růstu, výživa mikroorganismů. Růst a množení bakterií 1) Růst buňky  Koordinovaná tvorba makromolekul a buněčných složek – syntéza buněčného materiálu  Po dosažení určité velikosti (iniciační perioda) je zahájena replikace chromozomu, vzniknou dvě kruhové molekuly dsDNA 2) Tvorba septa 3) Dělení buňky  Každá dceřiná buňka získává svou kopii DNA a polovinu cytoplazmatického obsahu ⎯ Schopnost autoreprodukce – vytvoření kopie sebe samé ⎯ Většina bakterií se rozmnožuje dělením ⎯ První krok u haploidních bakterií: replikace bakteriálního jádra ⎯ U eukaryotických buněk – diploidní jádro (jaderné dělení – mitosa) ⎯ Replikace bakteriálního chromozomu: 1) Iniciace (zahájení replikace) – replikace chromozomální DNA 2) Elongace (vlastní replikace) – začíná na specifickém místě → počátek = origin 3) Terminace (ukončení replikace) – postupuje obousměrně a končí na místě = terminus ⎯ Fáze pomalu se rozmnožujících buněk 1) G1-fáze – v buňce jeden genom, syntéza bílkovin a ostatních buněčných složek 2) S-fáze – syntéza DNA, syntéza bílkovin 3) G2-fáze – v buňce 2 genomy, syntéza přepážky oddělující mateřskou a dceřinou buňku ⎯ Vhodné chemické a fyzikální podmínky růstu ⎯ Generační doba – doba mezi dvěma za sebou následujícími děleními ⎯ Doba zdvojení (T) – doba potřebná ke zdvojnásobení počtu buněk Bakterie: 0,2-6 h Kvasinky: 1-2 h Plísně: 2-6,5 h Rostlinné buňky: 20-70 h Živočišné buňky: 15-48 h ⎯ Nejzákladnějším zákonem růstu a množení je geometrická řada s kvocientem 2 7 ⎯ Vyvážený růst – extensivní vlastnosti buňky (hmotnost, obsah DNA, obsah peptidoglykanu) vzrostou za daný časový interval stejnou měrou ⎯ Ustálený stav – kultura je ve stavu dynamické rovnováhy Aspekty růstu ⎯ Je nutné od sebe odlišovat aspekty růstu: Růst individuální buňky a růst populace Růst vyvážený a nevyvážený Dobu zdvojení a dobu generační Růst v ustáleném a neustáleném stavu Růst nelimitovaný a limitovaný Růst v tekutém živném médiu, na médiu zpevněném agarem Růst čisté kultury, smíšené kultury Růst v přirozeném prostředí, v laboratoři Růst v prostředí homogenním (fermentor), v nehomogenním (půda) Růst v médiu chemicky definovaném a chemicky nedefinovaném Růst v systému uzavřeném vůči okolí (zkumavka), v systému otevřeném, průtočném, kontinuálním Kultivace mikroorganismů – růst v laboratorních či provozních podmínkách Kultivace mikroorganismů  Statická kultivace mikroorganismů  Submerzní ⎯ Základní typy submerzních kultivací 1) Vsádková (batch) – uzavřený systém, není průběžný přítok živin ani odvod metabolitů  Všechny živiny i inokulum (mikroorganismus) přivedeny na počátku kultivace  Živiny postupně spotřebovávány, akumulace biomasy i metabolitů  Konstantní objem bioreaktoru  Zanedbává se změna objemu – úprava pH, odpěňování, vzdušnění 2) Přítoková (fed-batch) – přítok média ano, odvod ne, objem reaktoru není konstantní 3) Kontinuální (continuous cultivation) – otevřený systém, plynulý přítok a odtok média (živin), konstantní objem reaktoru  Buňky jsou metabolicky trvale aktivní  Důležitá zřeďovací rychlost (D) – udává, jaká část buněk se vymění v průběhu jedné 𝑸 hodiny: 𝑫 = 𝑽, kde Q je hodinový přítok, V je objem kultury  Otevřený systém, plynulé dodávání živin  Plynulý odběr média pozměněného metabolickou činností mikroorganismů i s částí biomasy  Rychlost přítoku = rychlost odtoku  Konstantní objem bioreaktoru  Rozmnožování za optimálních podmínek Typy kontinuální kultivace 1. Chemostate – rychlost růstu je řízena koncentrací limitující živiny Chemostat je kultivace, kde se určitý esenciální substrát dávkuje v suboptimální koncentraci, kdežto ostatní živiny jsou v nadbytku Změnou rychlosti průtoku je možné měnit v určitých mezích koncentraci substrátu v prostředí a tím i rychlost množení organismů Rychlý průtok → zvýšená koncentrace živin → zrychlení množení buněk 2. Turbidostate – všechny živiny v nadbytku a kultura roste maximální rychlostí 8  Hustota buněk je kontrolována fotobuňkou a při určité nastavené hodnotě turbidity je rychlost průtoku automaticky zvýšena Výživa mikroorganismů ⎯ Prostředí pro růst mikroorganismů musí obsahovat: Vodu, Zdroj uhlíku, Zdroj dusíku, Zdroj energie, Růstové faktory, Zdroje minerálních látek ⎯ Rozdělení organismů podle nároků na výživu 1) Litotrofní (autotrofní) – anorganické sloučeniny, jako zdroj uhlíku využívají CO2, zdroj dusíku jsou amonné soli nebo dusičnany (řasy, některé bakterie) 2) Organotrofní (heterotrofní) – využívají organické sloučeniny jako zdroj uhlíku, vodíku a energie (kvasinky, plísně, většina bakterií) a. Auxotrofní – požadavky na esenciální sloučeniny b. Saprofytické – organické látky z neživé přírody ⎯ Rozdělení mikroorganismů podle způsobu získávání energie 1) Fototrofní – využívají světelnou (sluneční) energii a. Fotolitotrofní – jako zdroj uhlíku utilizují (využívají) pouze oxid uhličitý (sirné, purpurové, zelené fototrofní bakterie) b. Fotoorganotrofní – jako zdroj uhlíku utilizují organické látky (nesirné purpurové bakterie) 2) Chemotrofní – získávají energii oxidací anorganických i organických látek a. Chemolitotrofní – získávají energii oxidací anorganických sloučenin, jsou to aerobní autotrofní bakterie Bezbarvé sirné bakterie a vláknité Nitrifikační bakterie Železité bakterie Bakterie využívající pouze methan a methanol b. Chemoorganotrofní – získávají energii oxidací organických látek, které jsou i zdrojem uhlíku Kvasinky Plísně Většina bakterií Oxidace probíhá v aerobních i anaerobních podmínkách ⎯ Rozdělení mikroorganismů podle nároků na kyslík Aerobní – vyžadují kyslík z prostředí Striktně anaerobní – nevyžadují kyslík, již nízké koncentrace kyslíku jsou pro ně toxické Obligátně anaerobní – nevyžadují kyslík, již nízké koncentrace kyslíku jsou pro ně toxické Aerotolerantní – rostou při nízké koncentraci O2, ale neumí ho používat (mléčné bakterie) Fakultativně anaerobní – pokud je k dispozici kyslík, je používán jako konečný akceptor elektronů, jinak přecházejí na fermentační typ metabolismu; mají vybavení pro aerobní i anaerobní metabolismus Mikroaerofilní – dokážou využívat O2 jako akceptor elektronů. Nerostou v přítomnosti vzdušného kyslíku za normálního tlaku Obligátně aerobní – nutně potřebují kyslík pro získávání energie aerobní respirací 6. Růstová křivka ⎯ Grafické znázornění závislosti koncentrace buněk na čase 9  ⎯ Několik fází: 1) Lag fáze  Buňky se nemnoží, přizpůsobují se novým podmínkám, vytvářejí se potřebné enzymy  Délka lag-fáze závisí na druhu mikroorganismu, fyziologickém stavu buněk, velikosti inokula, na složení prostředí 2) Fáze zrychleného růstu  Buňky se začínají množit, kultura je již plně přizpůsobená prostředí 3) Fáze logaritmická (exponenciální)  Intenzivní množení buněk, jejich počet narůstá geometrickou řadou, rychlost dělení je nejvyšší a je konstantní  Počet buněk na počátku exponenciální fáze byl x0, po jedné generační době je 2x0 a po n generačních dobách je počet buněk v čase τ: 𝒙 = 𝟐𝒓∙𝝉 ∙ 𝒙𝟎 , kde r je počet dělení za jednotku času, převrácenou hodnotou generační doby  Přírůstek buněk s časem během exponenciální fáze získáme derivací 𝒅𝒙 rovnice 𝒅𝝉 = 𝟐𝒓∙𝝉 ∙ 𝒓 ∙ 𝒙𝟎 ∙ 𝒅𝒙 𝒍𝒏 𝟐 → 𝒅𝝉 = 𝒙 ∙ 𝒓 ∙ 𝒍𝒏 𝟐 = 𝝁 ∙ 𝒙, kde r ln2 = μ (specifická rychlost růstu)  Počet buněk po určitém trvání exponenciální fáze růstu lze vypočítat integrací diferenciální rovnice: 𝒍𝒏 𝒙 = 𝝁 ∙ (𝝉−𝝉𝟎 ) + 𝒍𝒏 𝒙  Udává množství biomasy vytvořené jednotkou biomasy za jednotku času  Udává zlomek buňky vytvořené buňkou za jednotku času 𝑐𝑠  𝑚 = 𝑚𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝐾 +𝑐 , kde cS je koncentrace substrátu S, KS je saturační konstanta, μmax je 𝑠 𝑠 maximální specifická růstová rychlost 4) Fáze zpomaleného růstu  Začíná ubývaní živin a přibývá produktů metabolismu, množení se zpomaluje 5) Fáze stacionární  Množství buněk se nemění, přírůstek nových buněk je vyrovnáván odumíráním jiných  Během této fáze se tvoří endospory (rod Bacillus, Clostridium) 6) Fáze odumírání (poklesu)  Zrychlující se úbytek buněk vzhledem k vyčerpání živin a nahromadění toxických produktů metabolismu  Může trvat různě dlouho (týdny i měsíce) 7. Fyziologie mikroorganismů – teplota, osmotický tlak, hydrostatický tlak, záření, pH prostředí, oxidoredukční potenciál. Teplota ⎯ Ovlivňuje rychlost množení i možnost jejich života ⎯ 3 základní body teploty Minimální Optimální 10  Maximální ⎯ Rozdělení mikroorganismů podle teplotního rozsahu 1) Psychrofilní – optimální teplota pod 20 °C, někdy i pod bod mrazu až do -10 °C  Vyskytují se v půdě, ve vodě, způsobují rozklad potravin  Nacházejí se v oceánech, řekách, studených pramenech, nálezy i z Antarktidy  Zástupci: rody Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, Arthrobacter 2) Mezofilní – vyžadují teplotu v rozsahu 20-40 °C  Patří sem mnohé přírodní kmeny a prakticky všechny bakterie patogenní pro člověka i zvířata s optimem okolo 37 °C 3) Termofilní – vyžadují teplotu v rozsahu 40-85 °C  Optimum okolo 55-60 °C  Žijí v horkých pramenech, kompostu, chlévské mrvě apod.  Zástupci rodu Bacillus (B. stearothermophilus), Clostridium (C. thermosaccharolyticum), Lactobacillus (L. delbrueckii subsp. Delbrueckii)  Aktinomycety a některé sporulující bakterie 4) Hypertermofilní – optimum ležící nad 80 °C  Často rostoucí i při teplotách kolem bodu varu  Blízkost podmořských vulkánů, hlubinných rezervoárů ropy, geotermálních elektráren  Patří sem řada mikroorganismů domény Archaea ⎯ Teplota zvýšená nad určitou mez je pro mikroorganismy letální (smrtící) Mez je rozdílná u různých druhů mikroorganismů Letální účinek spočívá v denaturaci bílkovin a následné inaktivaci životně důležitých enzymů Využití při sterilizaci, konzervaci a pasteraci ⎯ Sterilizace vlhkým teplem Autoklávování Frakcionová sterilizace Pasterizace – dlouhodobá (30 min, 62 °C), krátkodobá (15-20 s, 72-75 °C), mžikové zahřátí (85 °C) ⎯ Teploty nižší než minimální teplota růstu přežívá většina mikroorganismů dlouhou dobu ⎯ Přenesení bakterií z optimální teploty na teploty blízké 0°C → chladový šok ⎯ Pomalé zmrazování buněk na teploty pod 0 °C → tvorba velkých krystalů ledu z vnitrobuněčné i mimobuněčné vody → usmrcení buňky ⎯ Rychlé zmrazování na teploty -30 °C až -190 °C → usmrtí se jen malý podíl populace ⎯ Lyofilizace – lyofilizované kultury (životnost několik let) Osmotický tlak ⎯ Růst v prostředí obsahující pod 2 % soli, vyšší koncentrace škodlivé ⎯ Druhy tolerující 15-20 % solí označujeme jak halotolerantní ⎯ Druhy striktně vyžadující určité koncentrace solí (3 až 35 %) označujeme jako halofilní Hydrostatický tlak ⎯ Rozmnožování za normálního atmosférického tlaku ⎯ Zvýšením tlaku na 10 až 20 MPa se rozmnožování zpomaluje, při tlaku 30 až 40 MPa se úplně zastavuje ⎯ Piezofilové (dříve barofilní nebo barotolerantní bakterie) – vyskytují se v hloubkách moří (60 MPa) ⎯ Nepříznivě působí na syntézu buněčné stěny 11  Záření ⎯ Škodlivé jakékoliv záření, které je absorbováno buňkami a vyvolává v nich chemické změny ⎯ Sluneční světlo působí destruktivně, fototrofní bakterie a sinice jej využívají jako zdroj energie ⎯ Ultrafialové (UV) záření Má mikrobicidní účinek, nejsilněji působí v oblasti s vlnovou délkou 265 nm, kde je maximálně absorbováno NK (nukleovými kyselinami) Germicidní UV lampy – vlnové délky v oblasti 210 až 310 nm Röntgenovo záření, γ-paprsky i kosmické záření – záření o vlnové délce kratší než 10 nm – mají silné mutagenní a letální (smrtelné) účinky pH prostředí ⎯ Koncentrace vodíkových iontů výrazně ovlivňuje růst i množení ⎯ Mikroorganismy rostou v určitém rozmezí pH ⎯ Bakterie: Rostou v neutrálním nebo slabě alkalickém prostředí, optimální pH 6-8 Střevní bakterie – extrémní hodnoty pH Kvasinky – vyžadují kyselé prostředí (optimální pH 4,2 až 5,5) Mikroskopické houby – široké rozmezí (pH 1,2 až 11) ⎯ Kyselé pH (méně než 4) zabraňuje klíčení spor ⎯ Podle schopnosti růst při různém pH se mikroorganismy rozdělují na: 1) Acidofilní – optimální pH 1-5 2) Neutrofilní – optimální pH 5-9 3) Alkalofilní – optimální pH 7-11 ⎯ Potraviny podle pH Alkalické (pH>7) – vaječný bílek Neutrální (pH 7,0-6,5) – mléko, ústřice Slabě kyselé (pH 6,5-5,3) – ryby, zralé sýry, maso, bílý chléb, některé druhy zeleniny Středně kyselé (pH 5,3-4,5) – mladé sýry, konzervy v plechu nebo ve skle Kyselé (pH 4,5-3,7) – kysaná zelenina, rajčata, jogurty, majonézy, některé druhy ovoce Velmi kyselé (pH 70 %), nepůsobí na spory 6) Povrchově aktivní látky (detergens) – poškozují zejména strukturu a tím i funkci membrány 13 Antibiotika ⎯ Reversibilně blokují funkci biomolekul (zejména bílkoviny a NK), aniž by je ničily, zastavují některou fyziologickou funkci v buňce a v důsledku toho i růst a množení ⎯ Nejvýznamnější bakteriostatickou látkou jsou antibiotika ⎯ Další látky: Antivirotika – na viry Antimykotika – na kvasinky a plísně Antiparazitika – na parazity Antituberkulotika – na mykobakterie ⎯ Antibiotika kdysi – organické látky přirozeného původu (produkovaná bakteriemi, kvasinkami, plísněmi a rostlinami), které ve velmi nízkých koncentracích můžou inhibovat nebo usmrcovat (citlivé) mikroorganismy ⎯ Antibiotika nyní – jakákoliv látka přirozeného, semisyntetického nebo syntetického původu, která již ve velmi nízkých koncentracích (μg/ml) může inhibovat nebo usmrtit (citlivé) mikroorganismy (prostřednictvím specifických inhibičních účinků na specifické děje). ⎯ Antibiotika: Látky, které přirozeně produkují různé mikroorganismy na svoji ochranu – selektivně inhibují růst jiných mikroorganismů nebo na ně působí toxicky Produkty tzv. sekundárního metabolismu, tvořené produkčním organismem v určitých vývojových fázích z primárních metabolitů a mající pro tento organismus význam při jeho přežití a pomnožení v přírodním prostředí Vzájemně se liší svou chemickou strukturou, spektrem účinnosti a mechanismem účinku na mikroorganismy Řadí se mezi chemoterapeutické prostředky Známa téměř tisícovka antibiotik, přes stovku používáno jako lék Většina antibiotik je produkována aktinomycetami, zejména rodem Streptomyces, v menší míře plísněmi a sporulujícími bakteriemi Lze třídit: 1) Podle účinku na bakteriální buňku 1. Inhibice syntézy buněčné stěny Penicilin ⎯ Působí na G+ bakterie, G- koky, rickettsie ⎯ Účinek – vazba penicilinu β-laktamovým kruhem na specifickou transpeptidázu, čímž se blokuje polymerace muropeptidických fragmentů ⎯ Účinný pouze na rostoucí buňky ⎯ Buňky rezistentní k penicilinu produkují penicilinázu, která štěpí β- laktamový kruh za vzniku kyseliny penicilinové Bacitracin – polypeptidové antibiotikum ⎯ Účinný na G+ bakterie a spirochety, používá se lokálně (masti) ⎯ Je produkován kulturou Bacillus subtilis 2. Inhibice funkce cytoplazmatické membrány Vyvolávají ztrátu selektivní permeability cytoplazmatické membrány, která vede k volné difuzi látek směrem ven z buňky → tento efekt není závislý na růstu Gramicidin A – spirálovitě stočený lineární oligopeptid vytvářející v membráně nespecifické póry, kterými se vyrovnává elektrický a chemický gradient na membráně 14  3. Inhibice proteosyntézy Streptomycin – patří mezi aminoglykosidy, účinný hlavně vůči Mycobacterium tuberculosis Chloramfenikol ⎯ Účinný na G+ a G- bakterie ⎯ U rostoucích buněk je nejdříve blokována proteosyntéza a následně se zpomaluje syntéza DNA ⎯ Primárním místem účinku je vazba na velkou podjednotku 50S ribozomu Tetracykliny – váží se na menší podjednotku. ⎯ Blokují místo A na ribozomu a zabraňují tak vazbě nové aminoacyl- tRNA na A místo ribozomu ⎯ Jejích účinek je po odstranění antibiotika v podstatě reversibilní Tetracyklíny ⎯ Jsou primárně bakteriostaticky působící širokospektrální antibiotika účinná na aktinomycety, chlamydie, treponemy, borelie, spirochety, mykoplazmata 4. Inhibice syntézy nukleových kyselin Aktinomycin D ⎯ Váže se na DNA, při čemž část jeho planární molekuly se vmezeří mezi dvě patra komplementárních bází dvojzávitnice a část molekuly vyčnívá na povrch. Tak je blokována transkripce ale i replikace DNA a další její funkce (rekombinace) ⎯ Účinkuje nejen na bakteriální DNA, ale i na živočišnou a virovou 5. Inhibice metabolismu kyseliny listové 2) Podle chemické struktury 1. β-laktamová antibiotika Peniciliny Cefalosporiny Ostatní β-laktamová antibiotika 2. Tetracyklinová antibiotika 3. Aminoglykosidová antibiotika 4. Makrolidová antibiotika 5. Linkosamidová antibiotika 6. Amfenikolová antibiotika 7. Polypetidová a glykopeptidová antibiotika 8. Ansamycinová antibiotika 9. Antifungální prostředky různých struktur 10. Polyenová antimykotika 9. Taxonomie, klasifikace, nomenklatury, způsoby rozdělení jedinců do taxonů, biologický druh. Taxonomie ⎯ Věda zabývající se charakterizací a zařazení organismů do jednotlivých taxonomických jednotek, tzv. taxonů ⎯ Taxonomie se skládá ze tří vzájemně propojených oblastí 1) Klasifikace 2) Nomenklatury 3) Identifikace 15 ⎯ Základní taxonomická jednotka je druh ⎯ Kmen → třída → řád → čeleď → rod → druh → poddruh ⎯ Doména = nejvyšší postavení v taxonomii ⎯ Kmen označuje soubor buněk určitého druhu a stejného původu (jde o sbírkový kmen, nebo o kmen izolovaný z přírody nebo jiného prostředí) ⎯ Poddruhy (subspecies) – od ostatních poddruhů se liší fyziologickými nebo biochemickými vlastnostmi ⎯ Variety Založeny pouze na vybraných „užitečných“ znacích, avšak neprokazatelných pomocí příbuznosti DNA Nemají oficiální postavení v taxonomii Název variet má příponu -var nebo -typ  Sérovar – odlišení na základě antigenních vlastností (rod Salmonella, Listeria monocytogenes)  Biovar – odlišení na základě biochemických či fyziologických vlastností  Fagovar – odlišení na základě schopností kmenu být lyzovaný různými bakteriofágy (rod Salmonella, L. monocytogenes)  Patovar – odlišení na základě patogenních vlastností pro různé hostitele Klasifikace ⎯ Cílem je uspořádání organismů na základě jejich vzájemných vztahů a podobností do jednotlivých taxonů ⎯ Klasifikační metoda – numerická taxonomie Numerické vyhodnocení mezi klasifikovanými jednotkami a uspořádání těchto jednotek do taxonů na základě velikosti jejich podobnosti Využívající statistických metod a výkonnosti počítačů ⎯ Tři základní pravidla 1) Všechny znaky mají stejnou váhu 2) Jsou zjišťovány hodnoty co možná největšího počtu znaků 3) Vztah mezi srovnávanými jednotkami je funkcí číselné hodnoty velikosti jejích podobností ⎯ Praktická k.– založena pouze na fenotypových charakteristikách ⎯ Fylogenetická k. – fenotypové charakteristiky doplněny o výsledky molekulárně biologickými metodami ⎯ Morfologická k. – tvar a velikost buněk, přítomnost bičíků, barvitelnost, vzhled kolonií atd. ⎯ Fyziologická k. – schopnost využívat různé zdroje živin a energie, vztah ke kyslíku, složení a funkce buněčné stěny atd ⎯ Sérologická a chemická k. – chemické složení buněčné stěny či buněčných struktur – peptidoglykan, kyselina teichoová, polární lipidy, cytoplazmatické membrány atd. ⎯ Molekulární k. – složení bází nukleových kyselin, tj. poměr cytosinu a guaninu k adeninu a thyminu vyjadřovaný v procentech jako obsah C+G, primární struktura DNA ⎯ Genetická k. – schopnost výměny genů transformací, transdukcí nebo konjugací, stanovení nukleotidové sekvence jejich genu kódujícího 16S podjednotku rRNA Nomenklatura ⎯ Založena na binomickém principu ⎯ Může obsahovat 2 části 1) Vědecké jméno (Bacillus subtilis) 2) Informační či neplatné jméno (bacil tuberkulózy, stafylokoky, bacily) ⎯ Identifikace = postup, kterým zjišťujeme, do kterého a jak pojmenovaného taxonu nově izolované bakterie (bakteriální kmen) náleží: 16  1) Biochemické testy 2) Komerční soupravy 3) Imunodiagnostické metody Základní podmínky – čistá kultura 10. Říše Procaryotae – charakteristika oddělení. ⎯ Rozdělena do 4 oddělení, v jejich rámci je celkem rozlišeno 7 tříd I. Oddělení – Gracilicutes II. Oddělení – Firmicutes III. Oddělení – Tenericutes IV. Oddělení – Mendosicutes Oddělení I. – Gracilicutes ⎯ Gracilis – tenký, cutis – kůže ⎯ Prokaryota mající tenkou a komplexní buněčnou stěnu složenou z tenké vrstvy peptidoglykanu a vnější membrány ⎯ Netvoří endospory ⎯ G- bakterie ⎯ Třídy: Scotobacteria, Anoxyphytobacteria, Oxyphotobacteria 1) Scotobacteria  Scotos – slepý  Bakterie indiferentní ke světlu  Chemoorganotrofní heterotrofní i chemolitotrofní autotrofní  Patří sem většina G- bakterií  Tvořena 11 skupinami, vesměs G-, 10 skupin jsou chemoorganotrofní heterotrofní bakterie, 1 skupina jsou chemolitotrofní autotrofní 1. Klouzavé bakterie Tyčinkovité bakterie, G- Přítomnost pigmentů (karotenoidní, melanoidní), charakteristický pohyb buněk: klouzavý Některé rody tvoří značné množství slizu, tvorba blány – kulovité útvary podobné plodničkám Žijí v půdě, podílejí se na rozkladných procesech v ní probíhajících Patří sem i tzv. myxobakterie – rody Myxococcus, Polyangium Zástupci rodu Myxococcus lyzují buňky bakterií, kvasinek a některých plísní 2. Bakterie ve společné pochvě Společná vlastnost je tvorba řetízků buněk uzavřených ve společné tenké pochvě a přisedlých jako vlákno na předmětech ve vodě Některé druhy, např. Leptothrix ochracea, oxidují železo Vytvářejí rezavé usazeniny ve vodovodních potrubích, která mohou ucpat Chemoorganotrofní, heterotrofní 3. Bakterie pučící a s přívěsky Půdní a vodní bakterie Některé rody tvoří celulární výběžky (výběžky obsahující cytoplazmu – prosteky) Rody a druhy – rozmanitost tvarů Většina rodů je chemoorganotrofní povahy a uplatňuje se při odbourávání organických sloučenin v půdě a v povrchových vodách 17 4. Spirochéty Štíhlé, velmi dlouhé (až 500 μm), šroubovitě zakroucené bakterie Aerobní i anaerobní, volně žijící i parazitické, některé patogenní Anaerobní Spirochaeta plicatilis – žijící v bahnech 5. Zakřivené bakterie Představitel rod Spirillum Jednou nebo vícekrát rohlíčkovitě zakřivené bakterie Žijí volně ve sladkých i slaných vodách, ale také jako parazité 6. Aerobní tyčinky Představitel: rod Pseudomonas Bičíkaté, pohyblivé bakterie Striktně aerobní, fermentace neschopné chemoorganotrofní heterotrofní tyčinky Vyskytují se v půdě i ve vodě Významná role v mineralizaci organických látek v přírodě Azotobacter chroococcum – má schopnost vázat vzdušný dusík Halobacterium salinarium – vyžaduje pro růst více než 12% koncentraci NaCl 7. Fakultativně anaerobní tyčinky Je to velká skupina co do počtu druhů i jejich význam Patří sem tzv. enterobakterie – patogenní i nepatogenní Výskyt – ve vodě, v půdě Čeleď Enterobacteriaceae ⎯ G- střevní tyčinky, peritrichní nebo bez bičíků, netvoří spory ⎯ Zástupci indikují fekální znečištění ⎯ Escherichia coli – nejprozkoumanější druh, je to G- tyčinka, netvoří spory; prostudovaná konjugace buněk, zkvašuje cukry → z těchto cukrů tvoří kyseliny: mléčnou, pyrohroznovou, octovou a mravenčí; za normálních okolností se vyskytuje ve střevech člověka a teplokrevných živočichů, indikuje fekální znečištění EPEC – enteropatogenní E. coli neboli dyspeptická; dříve původce průjmů u novorozenců ETEC – enterotoxická E. Coli; výskyt v rozvojových zemí – průjem u dětí a dospělých; onemocnění je často označováno jako cestovatelské průjmy EIEC – enteroinvazivní E. Coli, vyvolávající onemocnění podobající se bacilární úplavici A/EEC – attaching and effacing E. Coli, vyvolání onemocnění u skotu EAEC – enteroagregativní E. Coli, vyvolávají dlouhodobé průjmy u dětí EHEC – enterohemoragická E. Coli, tvoří toxiny podobné toxinům produkované Shigella dysenteriae typ 1, které nazýváme verotoxiny nebo také shigatoxiny STEC – shigatoxigenní E. Coli ⎯ Rod Enterobacter – někteří zástupci tvoří typické kvasné kolonie ⎯ Rod Salmonella ⎯ Rod Shigella – zástupci způsobují prudké střevní onemocnění – shigelózu, bacilární úplavice 18  ⎯ Rod Proteus – tvoří peritrichní, pohyblivé tyčinky, vyznačují se plazivým pohybem po agaru ⎯ Rod Vibrionaceae 8. Anaerobní tyčinky Bacteroides fragilis ⎯ Obligátně anaerobní pleomorfní tyčinka ⎯ Nachází se v ústech člověka i ve střevě R. Desulfovibrio, Desulfomonas, Desulfococcus ⎯ Výskyt v bahně, silně znečištěných odpadních vodách a při jejich anaerobním čištění Desulfovibrio desulfuricans ⎯ Obligátně využívá síranů jako konečného akceptoru elektronů místo kyslíku při oxidaci organických látek a produkuje tak sirovodík 9. Gramnegativní koky Kulovité buňky Hlavní představitel je Neisseria gonorrhoeae → onemocnění kapavka Anaerob Veillonella parvula – parazit hojný i u lidí v ústech a střevním traktu 10. Chemolitotrofní bakterie Získávají energii oxidací organických látek Tvoří tři fyziologické podskupiny: ⎯ Nitrifikační bakterie tvoří rody Nitrosomonas a Nitrobacter → tyto bakterie jsou striktně aerobní a žijí v půdě a ve vodě ⎯ Sirné bakterie (Thiobacillus thioparus, T. ferroxidans) – výskyt tam, kde je hodně sirovodíku, především ve vodách rudných dolů, kde je mnoho sirníkových minerálů → produkce volné kyseliny sírové způsobuje korozi v dolech i na vodních stavbách ⎯ Železité bakterie (málo druhů izolováno v čisté kultuře) – oxidují Fe2+ na Fe3+, žijí ve vodách, rod Siderocapsa 11. Rickettsie Buňky jsou velmi malé, menší než 1 μm, nepohyblivé Obligátní intracelulární parazité živočichů, které nelze pěstovat mimo živočišnou buňku Hostitelé obratlovci i bezobratlí, zejména členovci jsou přenašeči Pro člověka patogenní Rickettsie prowazekii – skvrnitý tyfus Do blízkosti jsou řazeny chlamydie – menší než ricketsie 2) Anoxyphotobacteria  Bakterie provádějící fotosyntézu neprodukující kyslík, donorem vodíku k redukci CO2 je H2S  Fototrofní, autotrofní i heterotrofní  Striktně anaerobní  Zdroj energie je světlo, zdroj uhlíku CO2, zdroj vodíku je molekulární vodík, sirovodík, laktát  3 fyziologické skupiny: 1. Zelené sirné bakterie (rod Chloribium) Obligátně fototrofní a obligátně autotrofní 2. Purpurové sirné bakterie (rod Chromatium) Jsou i myxotrofi 19  Schopny heterotrofie, kdy světlo je zdrojem energie jen pro syntézu ATP cyklickou fosforylací ADP 3. Purpurové bezsírné bakterie (rod Rhodospirillum) V přítomnosti kyslíku schopnost přejít na chemoorganotrofní a heterotrofní způsob života Potřeba vitamínů jako růstové látky Předchůdci mitochondrií 3) Oxyphotobacteria  Nazývány dříve sinice, nyní cyanobakterie  Provádějí fotosyntézu produkující kyslík, stejně jako chloroplasty zelených rostlin  Fototrofní, autotrofní  Sinice – výskyt v slaných, sladkých vodách, rostou na kamenech a na skalách  Mnohé dovedou fixovat na vzdušný kyslík  Zástupci sinic: Chlorococcus, Aphanoethece, Oscillatorie Oddělení II. – Firmicutes ⎯ Firmus – pevný ⎯ Prokaryota s pevnou a tlustou buněčnou stěnou, G+ ⎯ Některé tvoří endospory ⎯ Chemoorganotrofní, heterotrofní ⎯ Třídy: Firmibacteria, Thallobacteria 1) Firmibacteria  Bacterion – malá tyčinka, typickým zástupcem je rod Bacillus  3 skupiny: 1. Koky Rod Micrococcus ⎯ Výskyt hlavně v solených potravinách, kde tvoří žluté, oranžové až intenzivně růžové kolonie Rod Staphylococcus ⎯ Anaerobní i aerobní druhy ⎯ Výskyt: na kůži i v dutině nosní člověka, v potravinách produkce enterotoxinů ⎯ Hostitel řady bakteriofágů Rod Streptococcus ⎯ Patogenní druhy tvoří enzymy, které rozkládají červené krvinky a způsobují hemolýzu ⎯ Některé nepatogenní streptokoky tvoří součást mikroflóry ústní dutiny ⎯ Vyčleněny nehemolyzující nepatogenní druhy používané v mlékárenském průmyslu – zařazeny do r. Lactococcus (L. lactis, L. thermophilus) ⎯ Vyčleněny Enterococcus faecalis a E. faecium – indikátory fekálního znečištění Rod Pediococcus – některé druhy obávanými kontaminanty v pivovarství 2. Sporulující tyčinky Rod Clostridium ⎯ Velmi důležitý z potravinářského hlediska ⎯ G+, peritrichní tyčinky, produkce toxinů ⎯ Clostridium botulinum → produkce botulotoxinů, účinné jedy: 1 mg je smrtící dávka pro 16 000 lidí 20  Rod Bacillus ⎯ G+, peritrichní tyčinky, bohaté enzymové vybavení ⎯ Řada druhů produkuje antibiotika polypeptidové povahy (bacitracin) ⎯ Jiné druhy tvoří slizovitá pouzdra polysacharidové povahy → nežádoucí nitkovitost pečiva a pšeničného chleba ⎯ B. subtilis – v půdě, ve vodě, kontaminant v potravinářství ⎯ B. stearotermophilus – nežádoucí druh v konzervárenském průmyslu, schopnost rozmnožovat se při pH 4,8; teplota 55-65 °C 3. Nesporulující tyčinky Rod Lactobacillus ⎯ G+ nepohyblivé tyčinky ⎯ Homofermentativní mléčné bakterie ⎯ Heterofermentativní mléčné bakterie Rod Listerie ⎯ Kontaminant potravin – mléko, sýry, masné výrobky, ryby (uzené) ⎯ Onemocnění Listerióza ⎯ Listeria monoxytogenes – G+. Fakultativně anaerobní, nesporotvorná 2) Thallobacteria  Thallos – keř  G+ bakterie  Tvoří dlouhé větvící se vlákna (hyfy), patří sem rody: Actinomyces, Mycobacterium, Streptomyces  Aktinomycety jsou zvláště hojné v půdě, mnohé z nich jsou používány při výrobě antibiotik  Mykobakterie jsou tyčinky rezistentní na kyseliny  Rod Streptomyces Producent antibiotik Některé druhy produkují barviva, která jsou vylučována do prostředí Rozmnožování sporami  Rod Mycobacterium M. tuberculosis – původce tuberkulózy M. bovis – původce tuberkulózy skotu M. leprae – původce malomocenství Oddělení III. – Tenericutes ⎯ Tener – jemný, G+, G- nepohyblivé b. ⎯ Nemají buněčnou stěnu (ani peptidoglykan) – kryje pouze třívrstevná cytoplazmatická membrána (je v ní cholesterol) ⎯ Některé druhy vyžadují cholesterol jako růstový faktor ⎯ Rozmnožují se pučením nebo dělením ⎯ Jsou pleomorfní, chemoorganotrofní, heterotrofní, saprofyté i parazité, také patogeny ⎯ Fakultativně anaerobní, obligátně anaerobní, chemoorganotrofní, energií získávají fermentací ⎯ Saprofyty i parazité ⎯ Třída Mollicutes Mollis – měkký Bakterie nazývané mykoplazmy, žijí saprofyticky i paraziticky Některé jsou patogeny pro živočichy i rostliny Patří sem rod Mycoplasma Chemoorganotrofní, heterotrofní 21  Oddělení IV. – Mendosicutes ⎯ Mendosus – vadný ⎯ Prokaryota mající atypickou buněčnou stěnu ⎯ Třída Archaeobacteria Bakterie lišící se stavbou buněčné stěny, konstrukcí cytoplazmatické membrány a dalšími vlastnostmi Chemoorganotrofní, chemolitotrofní, mixotrofní Morfologicky rozmanité druhy 11. Gramnegativní aerobní tyčinky a koky. Tyčinky ⎯ Anaerobní G- tvoří běžnou flóru sliznic, často působí jako sekundární patogeny – hlavním patogenním mechanismem je nespecifické poškození tkání produkovanými kyselinami ⎯ Obtížně kultivované pleomorfní bakterie ⎯ Rody: Fusobacterium spp. – součást přirozené bakteriální flóry Mobiluncus spp. – u žen s bakteriální vaginózou Anaerobní koky ⎯ Řadí se sem rody Acidaminococcus spp.; Megasphaera spp. ⎯ Klinicky významné jsou bakterie rodu Veillonella – přirozená flóra dutiny ústní, nosohltanu, zažívacího traktu a ženského genitálu → způsobují smíšené infekce 12. Gramnegativní fakultativní anaerobní tyčinky. 13. Grampozitivní koky, tyčinky. 14. Archaebakterie ⎯ Fylogeneticky odlišné skupiny 1) Crenarchaeota 2) Euryarchaeota 3) Korarcheaota ⎯ Ekologicky odlišné skupiny 1) Extrémní termoacidofilní a hypertermofilní  Termoacidofilní – žijí v horkých a kyselých pramenech Rod Sulfolobus – v gejzírech Yelowstonu, pH 0,9-5,0; teplota kolem 80 °C; energii získávají oxidací H2S a S kyslíkem, zdroj uhlíku CO2  Hypertermofilní – optimální teplota kolem 100 °C Rod Pyrodictium – energii získávájí redukcí síry vodíkem na sirovodík, zdroj uhlíku → CO2; život v blízkosti podmořských vulkánů, v okolí hlubinných ropných nalezišť 2) Extrémní halofilní  Vysoké koncentrace solí (25-35%)  Výskyt: Mrtvé moře, Velké solné jezero, natronové jezera v Africe, solivary a mořská sůl  Barvivo bakteriorhodopsin  Rody Halobacterium, Natrononobacterium, Halococcus 3) Methanogenní bakterie 22   Striktně anaerobní rody produkující methan  Významné z hlediska koloběhu uhlíku v anaerobních podmínkách  Využívání organických kyselin či methanolu, CO2 a H2 k tvorbě methanu  Rody Methanobacterium, Methanococcus ⎯ Význam říše Archaea Získávání bioplynu Růst a metabolizovat v extrémních podmínkách Získávání termostabilní DNA-polymerázy Negativní význam halofilů → prorůstat solené potraviny či suroviny Perspektivní v oblasti ochrany životního prostředí – odsiřování uhlí, získávání biodetergentů i bioplastů, čištění odpadních vod s vysokým obsahem solí 15. Kvasinky – charakteristika, buněčné složení kvasinek Charakteristika ⎯ Heterotrofní eukaryotické mikroorganismy řazeny mezi houby (Fungi) ⎯ Český název podle schopnosti zkvašovat monosacharidy, některé disacharidy, případně trisacharidy na ethanol a oxid uhličitý ⎯ Základní tvar: rotační elipsoid ⎯ Rozmnožování: vegetativně (pučení nebo dělení) či pohlavně (spory) ⎯ Buněčné složení kvasinek ⎯ Buněčná stěna Silná a pevná struktura Hlavní složky: 1) Polysacharidy – glukany, mannany, glukosamin, chitin 2) Bílkoviny 3) Lipidy a fosfolipidy 4) Fosforečnany Obsahuje jizvy po pučení Jizva zrodu – místo dřívějšího spojení buňky (pupenu) s mateřskou buňkou Buňky zbavené buněčné stěny se nazývají protoplasty, pokud není buněčná stěna zcela odstraněna a na cytoplazmatické membráně zůstávají její zbytky = sféroplasty 23  Regenerace buněčné stěny u kvasinek je možná u sféroplastů, u protoplastů pouze za určitých podmínek ⎯ Cytoplazmatická membrána (též plazmalema) Poměrně tenká, tloušťka 7,5 až 8 nm Složena z lipidů a proteinů Vytváří četné vychlípeniny do cytoplazmy Funkce: 1) Vytváření elastického obalu a bariéry na povrchu buňky 2) Transport látek 3) Místo syntézy některých složek buněčné stěny 4) Neprobíhají zde oxidoredukční reakce (sídlem mitochondrie) ⎯ Cytoplazma Průhledná, homogenní hmota U starších buněk → zrníčka, vakuolizace Obsahuje systém dvojitých membrán = endoplazmatické retikulum Na vnějším povrchu membrán = ribozomy → syntéza bílkovin Přítomny mitochondrie ⎯ Mitochondrie Variabilní tvar: kulovitý, válcovitý až vláknitý, laločnatý Dvě membrány: 1) Vnější – má bradavčitý povrch 2) Vnitřní – tvoří hluboké vchlípeniny směrem dovnitř – kristy Složeny z bílkovin, lipidů a fosfolipidů Sídlo dýchacích enzymů a oxidační fosforylace Mezi membránami dva prostory 1) Mezimembránový prostor – vyplněný matrixem 2) Mezikristový prostor Mitoribozómy ⎯ Ribozómy Volné nebo vázané na endoplazmatické retikulum Biosyntéza bílkovin probíhá na vázaných ribozomech ⎯ Vakuola Kulovitý útvar obklopený jednoduchou membránou Mladé buňky – menší vakuoly, starší buňky – vyplňují celý prostor Uvnitř vakuol uloženy hydrolytické enzymy Dochází zde k rozpadu struktur buňky, které se neustále rozpadají a zase obnovují a mají krátký poločas rozpadu = mRNA, některé enzymy ⎯ Cytoskelet Síť proteinových vláken, která se rozprostírá v cytoplazmě i v jádře a umožňuje vnitrobuněčný pohyb organel Mikrotubuly = málo ohebné trubice složené z bílkoviny tubulinu → tubulin obsahuje guanosintrifosfát, který je zdrojem energie pro zapojení tubulinu do miktorubulu ⎯ Golgiho aparát Tvar plochého měchýřku nebo několika propojených plochých měchýřků Funkce: transport prekurzorů buněčné stěny z cytoplazmy přes cytoplazmatickou membránu ⎯ Rezervní látky – volutin, glykogen ⎯ Jádro Od cytoplazmy odděleno dvojitou jadernou membránou s velkými póry 24  Umístěné ve středu buňky nebo excentricky V jádře lze opticky rozlišit jadérko (srpkovitý tvar, umístěno pod jadernou membránou, nemá membránu) a karyoplazmu Přítomné pólové tělísko vřeténka, má tvar disku a vycházejí z něj mikrotubuly – význam při dělení jádra 1) Vegetativní množení – pučení nebo příčné dělení  Dělení jádra uskutečňováno mitózou 2) Pohlavní množení – vznik spor  Dělení diploidního jádra meiózou ve 2 po sobě jdoucích děleních 1. Redukční dělení (heterotypické) – z diploidní sady chromozomů vzniknou dvě sady haploidní 2. Homotypické dělení – haploidní sady se rozdělí ve dvě  Výsledkem meiózy jsou čtyři haploidní jádra ⎯ Chemické složení buněčné hmoty 65-83 % vody Sušina  Bílkoviny kolem 50 %  Glykogen (u S. cerevisiae až 30 %)  Nukleové kyseliny, 10 %  Strukturní polysacharidy, 5 %  Popel, 8 % Z organických sloučenin mají význam vitamíny skupiny B (B1, B2, B6) – pivovarské kvasnice Provitamin D, provitamin A Význam kvasinek ⎯ Velmi rozšířeny v přírodě ⎯ Pro svůj růst vyžadují vzdušný kyslík; mají schopnost proměnit svůj metabolismus za anaerobních podmínek na fermentační a při silně omezeném růstu buněčné hmoty produkovat ethanol a oxid uhličitý ⎯ Většinou mají pouze sacharolytické schopnosti – vyskytují se na materiálech obsahující cukry ⎯ Šíří se různými přenašeči – hmyzem, větrem… ⎯ Rozmnožovaní kvasinek je podmíněno jejich fyziologickými vlastnostmi (potřeba cukru, odolnost ke kyselému prostředí a je omezeno jejich neschopností štěpit bílkoviny – na mase a jiném bílkovinném materiálu se moc nerozmnožují) ⎯ Výskyt ovlivňuje nízká tepelná odolnost – hynou již při 2-5 minutách při zahřívání na 56 °C ⎯ Existují i osmotolerantní druhy – mohou růst i pří 40 °C → výskyt při kažení sladového výtažku, medu a plněných čokoládových bonbónů ⎯ Průmyslový význam Při výrobě alkoholických nápojů, pekařského a krmného droždí Droždí – pro vysoký obsah vitamínů skupiny B se používá pro výrobu léčebných a výživných preparátů, v domácnosti jako přísada do potravin Z buněk kvasinek se izoluje pro komerční účely řada chemikálií, používaných v biochemických laboratořích: enzymy, koenzymy, nukleotidy ⎯ Pivovarské kvasinky Při kvašení piva se používají spodní a svrchní kvasinky Spodní kvasinky – v konečné fázi se shlukují ve vločky (flokují) a sedimentují na dně nádoby → po stáhnutí piva se properou studenou vodou a opět se použijí k fermentaci – kvašení při 6-12 °C 25  Svrchní kvasinky – po fermentaci jsou vynášeny na povrch, kde tvoří hustou pěnu, kvašení při 10-25 °C Kvasinky mají kulatý až oválný tvar ⎯ Vinařské kvasinky Kvasinky mají protáhlé, elipsoidní buňky a jsou tolerantní k oxidu siřičitému (zasíření moštu) → do moštu se dostávají z povrchu bobulí (spontánní kvašení) nebo přidáním čisté kultury ušlechtilých kvasinek (čisté kvašení) Především Saccharomyces cerevisiae, Kloeckera apiculata, Hanseniaspoa guilliemondii, Saccharomyces beticus (produkce buketních látek), Saccharomyces oviformis (dokvášecí kvasinka, tolerantnější k alkoholu) Vinařská oblast – typická mikroflóra → složení mikroflóry rovněž ovlivňuje, zda byl hrozen napaden plísní ⎯ Pekařské kvasinky Kvasinky mají vejčitý nebo krátce elipsoidní tvar buňky Droždí ⎯ Lihovarské kvasinky Využívají se vyšlechtěné kvasinky Saccharomyces cerevisiae Vysoká tolerance k alkoholu a teplotě (30 °C), vysoká rychlost kvašení (24-48 hod), vysoký výtěžek na jednotku spotřebovaného substrátu a malé množství vedlejších produktů Kvasinky by neměli aglutinovat a sedimentovat Nejsou schopny zkvašovat škrob, pentosy a laktosu Zástupci z rodů: Pichia, Candida, Kluyveromyces, Rodotorula, Zygosaccharomyces, Debaromyces ⎯ Patogenní kvasinky Onemocnění u slabého organismu nebo se sníženou imunitou Candida albicans – patogen urogenitálního traktu, zdravý člověk v rovnováze, při přerušení rovnováhy nemoc Cryptococcus neoformans – patogen, způsobuje infekce dýchacích cest 16. Rozmnožování kvasinek – vegetativní, pučení, tvorba septa Tvorba septa ⎯ Při pučení na vnitřní straně buněčné stěny vytváření prstence (septální primordium), který narůstá směrem ke středu a spojením vytvoří primární septum (složené z chitinu) ⎯ Průběh: 1) Začátek pučení 2) Tvorba septálního primordia 3) Tvorba překážky  Během narůstání musí všechny organely přejít do pupenu  Ze strany mateřské i dceřiné buňky se začínají přikládat sekundární septa (z chitinu) 4) Vytvoření primárního septa 5) Vytvoření sekundárního septa 6) Oddělení dceřiné buňky Pučení ⎯ Nejrozšířenější typ pučení je multilaterální ⎯ Při bipolárním pučení (akropetální) dochází k pučení na místě jizvy, kde se už pupen oddělil → vytváří se krček = vznik tzv. vícenásobné jizvy 26  ⎯ Pučí pouze na pólech a zůstávají po pučení spojeny v dlouhá zaškrcovaná vlákna = pseudomycelium ⎯ V určitých místech pseudomycelia vznikají kratší elipsoidní buňky = blastospory ⎯ Pravé mycelium = vlákno vznikající příčným dělením protáhlých buněk ⎯ Tvorba pseudomycelia a pravého mycelia – rody Endomycopsis, Sporobolomyces, Candida ⎯ Při pučení je vznikající dceřiná buňka (pupen) spojena kanálkem s mateřskou buňkou ⎯ Před pučením dochází ke splývání membrán endoplazmatického retikula a pak k jeho dělení, opakovanému dělení vakuol, ke změně tvaru mitochondrií v dlouze protáhlé tvary ⎯ Současně začne mitotické dělení jádra a jeho migrace k pupenu → do pupenu migruje část cytoplazmy → uzavření kanálku mezi mateřskou a dceřinou buňkou → v pupenu intenzivní syntéza a rozšiřování endoplazmatického retikula ⎯ Po vytvoření buněčné stěny mezi mateřskou a dceřinou buňkou nastává vzrůst pupenu, spojení drobných vakuol do jedné = pučení je ukončeno ⎯ Oddělení dceřiné buňky od mateřské; v některých případech zůstanou spojeny ⎯ Celý cyklus buněčného dělení od vzniku pupenu až po oddělení dceřiné buňky trvá za optimálních podmínek kolem dvou hodin Dělení ⎯ Bez tvorby mycelia – rod Schizosaccharomyces → po dělení se od sebe mateřská a dceřiná buňka vždy oddělí ⎯ Přechodem mezi pučením a dělením je pučení na široké základně – pupen je spojen širokým krčkem s mateřskou buňkou = charakteristické pro rod Saccharomycodes 17. Rozmnožování kvasinek – pohlavní, buněčný cyklus ⎯ Některé rody kvasinek (r. Sporobolomyces) tvoří jednobuněčné exospory na tenkých stopkách zvaných sterigmata ⎯ Zralé spory jsou odmršťovány = balistospory ⎯ Rozmnožování: Sporami = spájení dvou haploidních buněk (konjugací) a jader (karyogamie) za vzniku diploidního jádra Endosporami (askosporami) – po splynutí dvou pohlavních buněk vzniká diploidní zygota, která se redukčně dělí na čtyři haploidní askospory = kvasinky řadíme mezi Ascomycotina Exosporami (sporidie) – po splynutí dvou haploidních buněk vzniká dvoujaderné mycelium → po určité době dojde ke spájení těchto jader a následnému vyklíčení tzv. promycelia – pučením se z něho oddělují sporidie = kvasinky řadíme mezi Basidiomycotina Balistosporami – vznik je nejasný, zralé spory jsou odmršťovány do prostředí (rod Sporidiobolus) ⎯ Diploidní jádro se dělí meiózou – redukční dělení → vznik čtyř haploidních jader = základ spor; dělení mitózou → pak spory ⎯ Střídání haploidní a diploidní fáze buněk Buněčný cyklus ⎯ Zahrnuje posloupnost všech dějů v buňce od jedné mitózy do druhé ⎯ Jednotlivé fáze: 1) G1 fáze – buňka roste a syntetizuje proteiny, nejdelší fáze cyklu 2) S fáze (syntetická fáze) – probíhá replikace DNA 3) G2 fáze (postsyntetická) – příprava na mitózu 27  4) M fáze (mitotická) – mitóza ⎯ Nejlépe prostudován u Saccharomyces cerevisiae Tvorba satelitního polárního tělíska → vznik malého pupenu, syntéza DNA → separace obou polárních tělísek = tvorba pólů jádra a s mikrotubuly tvorba vřeténka – současně probíhá syntéza DNA chromozomů (každý se zdvojuje ve dvě chromatidy spojené centromerou) → po ukončení syntézy DNA začíná migrace jádra a jeho mitotické dělení → vřeténko se protáhne, chromozomy se rozdělí podél centromery a mikrotubuly vřeténka táhnou sesterské chromatidy k opačným pólům vřeténka → vřeténko se přetrhne a polární tělíska dají vznik dvěma samostatným jádrům, z nichž každé má jedno polární tělísko s mikrotubuly a stejný počet chromozomů jako původní jádro 18. Dělení jádra při vegetativním a pohlavním množení u kvasinek (průběh meiosy a mitózy) Mitóza ⎯ Během mitózy vznikají dvě dceřiná jádra, která jsou identická s jádrem mateřským ⎯ 4 fáze 1) Profáze 2) Metafáze 3) Anafáze 4) Telofáze ⎯ INTERFÁZE – chromozomy jsou v dekondenzovaném stavu → PROFÁZE – Chromozomy kondenzují a stávají se viditelnými → každý chromozom se rozdělí na dvě sesterské chromatidy spojené centromerou → METAFÁZE – vznik dělícího vřeténka (složené z mikrotubulů, které se táhnou od jednoho pólu k druhému) → chromozomy se seřadí do ekvatoriální roviny a centromery se upnou k vláknům dělícího vřeténka → ANAFÁZE – páry sesterských chromozomů se začínají oddělovat a putují směrem k různým pólům dělícího vřeténka → TELOFÁZE – okolo každého dceřiného jádra se obnovuje jaderná membrána → chromozomy dekondenzují a obnovuje se jadérko → rozpouští se dělící vřeténko a cytoplazma se rozdělí do dvou dceřiných buněk Meióza ⎯ Diploidní jádro s jedním pólovým tělískem s mikrotubulami → rozdělení polárního tělíska ve dvě → vytvoření vřeténka ⎯ V první fázi meiózy se uplatňují i organely odpovědné za synapsi, tj. párování chromozomů diploidního jádra v ekvatoriální rovině jádra → organely vznikají pravděpodobně z kulovitého tělíska a podléhají strukturním změnám během fáze prvního vřeténka → mikrotubuly vřeténka táhnou po jednom chromozomu z páru k opačným pólům jádra, čímž dochází k segregaci chromozomů → každý chromozom rozdělen ve dvě chromatidy držené centromerou → na pólech jádra dojde k rozdělení polárních tělísek → vytvoření nových vřetének a putování jednotlivých chromatid k opačným pólům vřeténka → po rozpadu vřetének vznikají čtyři jádra = každé obsahuje jedno polární tělísko s mikrotubuly a haploidní počet chromozomů ⎯ Fáze prvního vřeténka, kdy k pólům jádra odchází po jednom chromozomu z páru, se nazývá první dělení ⎯ Putování chromatid k pólům dalších vřetének se nazývá druhé dělení 28 19. Životní cyklus askosporogenních kvasinek, hetherotalických kmenů, homotalických kmenů. ⎯ Spájení jader (karyogamie) – vznik diploidní buňky = zygota Spájení přibližně stejně velké buňky = izogamie (rod Saccharomyces) Spájení velké buňky s malou (např. mateřská buňka s dceřinou) = heterogamie (rod Debaryomyces) Spájení mezi buňkou a jejím vegetativním potomstvem je možné pouze u tzv. homothalických kmenů Spojení mezi pohlavně rozlišenými buňkami (párovacího neboli kopulačního typu) je u tzv. heterothalických kmenů ⎯ Hetherothalické kmeny Párovací typy označeny a a α Produkce specifického peptidu – změna tvaru buněk Buněčný cyklus se zastaví ve fázi G1 Vzájemná aglutinace buněk opačného párovacího typu Po vytvoření zygoty – vegetativní rozmnožování v diploidním stavu → za vhodných podmínek dojde ke sporulaci → z celé buňky se vytvoří vřecko čili askus se 4 haploidními sporami ⎯ Homothalické kmeny Po vypučení spory se vzniklé buňky brzy spájejí Haploidní vegetativní fáze prakticky neexistuje Některé kmeny Saccharomyces cerevisiae Tvar askospor nejčastěji kulovitý až elipsoidní, dále ledvinovitý, srpkovitý, kloboukovitý 20. Charakterizace rodů Ascomycotina, Basidiomycotina, Deuteromycotina a jejich hlavní zástupci. ⎯ Podle způsobu sexuálního rozmnožování se kvasinky rozdělují do tří hlavních skupin 1) Ascomycotina – rody tvořící askospory 2) Basidiomycotina – rody tvořící bazidiospory nebo sporidie a heterokaryotní mycelium s přezkami 3) Deuteromycotina – rody, u nichž není známá tvorba pohlavních spor Acomycotina ⎯ Vegetativní rozmnožování multilaterálním pučením ⎯ Technicky nejdůležitější rod Saccharomyces s druhem S. cerevisiae Uplatňuje se jako pekařská, lihovarská, vinařská nebo spodní či svrchní pivovarská kvasinka V jednotlivých odvětvích fermentačního průmyslu se používají speciální kmene vyhovující příslušným požadavkům ⎯ Rody tvořící askospory: 1) Rod Zygosaccharomyces  Druh Z. rouxii – osmotolerantní, přítomna při kažení slazených i zahuštěných ovocných nápojů, medu, marmelád, sušeného ovoce  Druh Z. bailii – výskyt v potravinách s obsahem cukru více než 5 % sacharózy; snáší nízké teploty i nízké hodnoty pH 2) Rod Kluyveromyces 29   K. marxianus var. Marxianus a K. marxianus var. Lactis zkvašují laktosu a jsou součástí kefírových zrn (tj. konglomerátu kvasinek a bakterií, používaného při výrobě kefíru)  Produkce pektolytických a proteolytických enzymů, růst při 15-40 °C a při nízkých teplotách; znehodnocení mléčných a rostlinných produktů 3) Rod Pichia  Jeho zástupci vykazují nízkou kvasnou schopnost, zkvašují buď jen glukosu nebo nezkvašují žádný cukr  Vyskytují se jako kontaminace piva a vína, hlavně ve špatně uzavřených lahvích, kde tvoří křís = křehká vzlínavá blanka na povrchu kapaliny  P. kudriavzevii – tolerantní ke kyselému prostředí, odolné vůči konzervantům, způsobuje kontaminace v průběhu fermentace  P. membranifaciens – odolné vůči konzervantům, způsobuje biofilm  Vegetativní rozmnožování bipolárním pučením na široké základně 4) Rod Saccharomycodes  S. ludwigii – fermentuje glukózu, sacharózu a rafinózu; vyskytuje se na některých druzích ovoce; spontánní kvašení moštu na víno i po jejím zasíření; snáší nízký redoxní potenciál; ve fermentačním průmyslu způsobuje nežádoucí kontaminace  Vegetativní rozmnožování dělením 5) Rod Schizosaccharomyces  Druhy se vyznačují silnou fermentační schopností; zkvašují dextriny, jsou více nebo méně osmotolerantní  Výskyt v marmeládě, melase, v hroznové šťávě  S. Pombe – používá se v Africe pro přípravu alkoholického nápoje z prosa „pombe“ Basidiomycotina ⎯ Exospory Rody Leucosporidium a Rhodosporidium Smíchání buněk opačných párovacích typů Tvorba dvoujaderné myceliální fáze, na myceliu tvorba přezky Přechod jednoho jádra do druhé buňky a po meióze obou jader má každá buňka dvě různá jádra, vzniká heterokaryotický typ buňky → po určité době se vytvoří koncový nebo interkalární kulovitý tmavý útvar se silnou stěnou = teliospora → zde dochází ke spájení jader (karyogamie) → klíčení teliospory v promycelium, v němž nastává meióza → z promycelia se pučením oddělují haploidní jednobuněčné sporidie typu a a α → pučením sporidie vzniká vegetativní haploidní buňka ⎯ Basidie Jsou to pohlavní haploidní exospory nazývané basidiospory Předchází jim spájení dvou pohlavně rozlišených kvasinkových haploidních buněk → vznik dikaryotického mycelia s přezkami Karyogamie i meióza, následná mitóza Tvorba spor – 8 přisedlých basidiospor (rod Filobasidium), 4 řetízky basidiospor (rod Filobasidiella) ⎯ Rody 1) Rod Filobasidiella  Patogenní rod  F. neoformans – kulovité basidiospory, F. bacillispora – tyčinkovité basidiospory → napadají různé tkáně lidí i zvířat, především mozkové tkáně  Vyskytuje se ve starém suchém ptačím trusu (především holubím) → dostává se do vzduchu 30  2) Rod Rhodosporidium a Sporidiobolus  Mají přísně aerobní metabolismus, takže jsou bez kvasných schopností  Obsahují vnitrobuněčné karotenoidy, které zbarvují buňky i celé kolonie žlutě, oranžově až sytě růžově  Rod Sporidiobolus – tvoří vegetativní spory zvané balistospory Deuteromycotina ⎯ Rody 1) Rod Candida – obsahuje 160 druhů  C. utilis – používá se k přípravě krmného droždí  C. albicans – může způsobovat onemocnění kůže a nehtů = kandidóza 2) Rod Rhodotorula  Nezkvašuje žádné cukry, má silně vyvinutý pentosový cyklus využívání glukosy  Buňky obsahují karotenoidní barviva  Některé kmeny mohou být za určitých podmínek patogenní  Oxidativní, vykazují lipolytickou, proteolityckou a pektolytickou aktivitu  Častý kontaminant mléčných výrobků, masa, ovoce, zeleniny a pekařských produktů 3) Rod Sporobolomyces  Nemá kvasné schopnosti a tvoří žluté až sytě růžové kolonie v důsledku tvorby karotenoidů  Tvoří vegetativní exospory zvané balistospory  Vedle pučících buněk tvoří také bohaté mycelium  Vyskytuje se na listí stromů a na jiných rostlinách, odkud se dostává do tekoucích i stojatých vod 21. Vláknité mikroskopické houby – charakteristika a jejich buněčné složení. Mykotoxiny ⎯ Plísně = odborně mikroskopické vláknité houby ⎯ Řadí se do říše Fungi ⎯ Podle způsobu rozmnožování Podkmen Zygomycota Podkmen Ascomycota Deuteromycetes – nesystematická umělá skupin mitosporních hub ⎯ Tvoří rozvětvené vláknité mycelium, čímž se liší od většiny kvasinek ⎯ Převládá nepohlavní rozmnožování, tvorba různě utvářených konidioforů s konidiemi nebo chlamydospor ⎯ Pohlavní rozmnožování méně často, tvorba zygospor nebo askospor ⎯ Eukaryotické mikroorganismy ⎯ Zdrojem uhlíku i energie jsou organické látky, chemoheterotrofní mikroorganismy ⎯ Produktem metabolismu jsou glykogen a lipidy ⎯ Většina plísní je saprofytická, tj. využívá organické látky z odumřelých rostlin a živočichů ⎯ Některé plísně získávají živiny přímo ze živých buněk rostlin, živočichů – patří mezi parazity ⎯ Některé žijí v symbióze s cévnatými rostlinami (mykorhíza), řasami (lichenismus) ⎯ Stélku (thallus) tvoří vlákna (hyfy) Jednobuněčné hyfy bez překážek Vícebuněčné či septované hyfy ⎯ V každé buňce jedno nebo více jader ⎯ Cytoplazma 31  Obsahuje strukturní útvary: endoplazmatické retikulum, mitochondrie, vakuoly, zrníčka polyfosfátů, kapičky tuku Neobsahuje plastidy Hlavní rezervní látkou jsou lipidy ⎯ Cytoplazmatická membrána ⎯ Buněčná stěna Složena z polysacharidů, bílkovin a lipidů, vosky, barviva Dominující polysacharid je chitin a chitozan, mohou být přítomné i glukany, manany, ale i celulóza a látky podobné ligninu ⎯ Chemické složení stélky – značně variabilní: 85-95 % vody 1 % monosacharidů 1 % lipidů 2-4 % bílkovin Polysacharidy Spleť hyf se nazývá mycelium  Tvrdý polokulovitý tvar tvořený hustou spletí hyf = sklerocium  Kožovitá spleť hyf = stroma ⎯ Výskyt vláknitých hub: Plísně – součást živé přírody  Prostředí – dostatek vlhkosti, k růstu nepotřebují světlo  Nenáročné na živiny, teplota od -10 do 55 °C, pH 1,7-10 ⎯ Hlavní typ rozmnožování: 1) Nepohlavní – houby se označují jako mitosporické a stadium jako anamorfní 2) Pohlavní – houby se označují jako meiosporické a stadium se nazývá jako teleformní 3) Holomorfou označujeme jedince určitého druhu s jeho doposud neznámým reprodukčním vybavením ⎯ Rozmnožování vláknitých hub: Rozrůstáním hyf Sporami, které vznikají: 1) Vegetativním způsobem (nepohlavní nebo vegetativní spory) 2) Po spájení (pohlavní spory) 22. Vegetativní spory vláknitých mikroskopických hub – exospory, endospory. ⎯ Vegetativní spory Tvoří se ve fruktifikačních orgánech 1) Exospory neboli konidie – umístěné vně orgánů  Jednobuněčné (mikrokonidie) či vícebuněčné (makrokonidie)  Tvar: kulovitý, elipsoidní, vakovitý, vřetenovitý, srpkovitý 2) Endospory – umístěné uvnitř orgánů Exospory ⎯ Podle způsobu tvorby rozeznáváme: 1) Oidie (artrospory) – vznikají rozpadem hyf na jednotlivé buňky 2) Blastospory – tvoří se pučením 3) Chlamydospory – vzniká proměnou buněk vegetativního mycelia  Tvorba za nepříznivých podmínek 32   Mohou být 1. Koncové (terminální) 2. Interkalární (včleněné) 4) Konidie – vznikají ze základní buňky  Vznik: 1. Bazipetálně – nejmladší konidie z řetízku konidií je nejbližší základně – (i) Fialospory (fialokonidie) – vznik v řetízcích ze speciální lahvovité buňky (fialidy) Fialidy (u r. Aspergillus se mohou vyskytovat ve dvou vrstvách na povrchu vezikuly: primární fialidy (správně metuly) a sekundární – vyrůstají ve svazcích metul 2. Bazifugálně (akropetálně) – nejmladší spora vzniká pučením z předchozí spory, je na vrcholu řetízku – (h) 3. Sympodiálně – právě vytvářející se konidie se posune z laterální polohy do terminální a pak se prodlouží do článku mycelia – (j)  Ve stěnách konidií jsou přítomná různá barviva, takže vysporulované části kolonií jsou pestře zbarvené (zelené, modrozelené – Penicillium, Aspergillus; béžové, hnědé, černé – Aspergillus; růžové – Trichothecium, Neurospora) ⎯ Konidiofory = hyfa nesoucí konidie zřetelně odlišená od ostatních hyf se nazývá konidiofor Konidiofory mohou být jednoduché, větvené nebo na konci zduřelé ve vezikulu (měchýřek) 1) Jednoduché (Trichothecium roseum) 2) Nepravidelně větvený (Botrytis cinerea) 3) Přeslenovitě větvený (Verticillium luteoalbum) 4) Rozvětvené – u rodu Aspergillus  Rod Penicillium  Podle uspořádání štětičkovitých konidioforů se druhy tohoto rodu rozdělují do sekcí: 1. Monoverticillata – Penicillium glabrum (Wehmer) Westling 2. Biverticillata Symetrica – Penicillium variabile Sopp 3. Biverticillata Asymetrica 4. Polyverticillata – Penicillium griseofulvum Dierckx  Srůstání konidioforu – vzniká svazek koremium (r. Aspergillus, Penicillium)  Krátké konidiofory – umístěné v kulovitém nebo v hruškovitém útvaru – pyknidium nebo pyknida; konidie se uvolňují otvorem = ostiola Endospory ⎯ Vznikají v sporangiu ⎯ Spory = sporangiospory, nosič = sporangiofor; rozšířená část sporangioforu = kolumela 23. Vláknité houby – pohlavní rozmnožování, pohlavní spory, tvorba zygospory. ⎯ Pohlavní proces rozdělujeme do tří částí: 1) Plasmogamie – splývání cytoplazmy a míchání jader 33  2) Karyogamie – splynutí dvou jader do jednoho diploidního 3) Meióza – redukční dělení ⎯ Způsoby pohlavního rozmnožování: 1) Gametogamie – kopulace dvou pohlavních gamet, které vznikají v pohlavních orgánech – gametangií 2) Gametangiogamie – kopulace celých pohlavních orgánů – gametangií 3) Somatogamie – somatické (tělové buňky) přebírají pohlavní úlohu ⎯ Pohlavní spory Vznik po spájení dvou buněk Rody homothalické (nejsou pohlavně rozlišeny) i heterothalické (kmeny pohlavního typu a a α) Typy: 1) Zygospory  Tvorba zygospory: 1. Dotek výběžků hyf = progametangií Progamentangia stejná = izogamní spájení Progamentangia různá = heterogamní spájení 2. Spájení buněk = gametangií 3. Zygospora je diploidní buňka se silnou obalovou vrstvou s výrůstky 4. Při klíčení zygospory dojde k meióze → tři haploidní jádra zaniknou a čtvrté se dělí mitózou 5. Ze zygospory vyroste sporangiofor se sporangiem 6. Zygospory se vyskytují pouze ve třídě zygomycetes 2) Askospory 3) Basidiospory 4) Oospory 24. Vláknité houby – tvorba asků, askospor, tvorba bazidiospor, tvorba přezky. ⎯ Tvorba askospor: Tvoří se po osmi ve vřecku (asku) Zralé vřecko je místem, kde se vyskytuje již diploidní jádro Asky vznikají z dvoujaderných hyf nebo jsou uloženy ve fruktifikačních orgánech Ve vřecku dochází k diferenciaci endogenně se tvořících spor (askospor) Pohlavní orgány jsou rozlišené na samčí (anteridium) a samičí (askogon) Před tvorbou askospor dochází ke karyogamii → vznik diploidního jádra (meióza) → vznik čtyř haploidních jader (mitóza) → základ pro osm askospor v asku Typické pro zástupce Ascomycotina 1) Klíčení askospory (konidie), vznik haploidního mycelia = vegetativní fáze 2) Mycelium roste, dochází k mitotickému dělení jader a tvorbě sept (nepohlavní rozmnožování) 3) V určitém stadiu se vytvoří gametangia 4) Samčí jádra (z anteridia) přecházejí výrůstkem (trychogyn) do askogonia (samičí gametangium) 5) Uskutečňuje se tam cytogamie a vzájemné promíchání jader 6) Po degeneraci jader se začnou párovat a přesouvat na perifériu 7) Na askogoniu se začnou tvořit výrůstky, zvětšují se a jsou základem askogenních hyf 8) Askogenní hyfy mohou být ze začátku vícejaderné, později po mnohých mitózách vytvářejí septa oddělující dikariotické buňky 34  9) Dochází k hákování – terminální buňka se zakřivuje a vytváří hákovitý výběžek 10) Po vytvoření septa se oddělí dvoujaderná terminální buňka – dochází ke splynutí jader a buňky se mění v askus 11) V mladém asku po karyogamii, meióze a mitóze vzniká 8 haploidních jader, které po obklopení cytoplazmou a buněčnou stěnou představují endogenně vzniknuté askospory ⎯ Umístění askospor: Uzavřený fruktifikační orgán, neuspořádané asky (kleistothecium) rod Penicillium, Aspergillus Ostiola – otvor Uzavřený fruktifikační orgán (válcovitého tvaru), uspořádané asky – perithecium → askospory jsou umístěné v jedné řadě (rod Neurospora, Nectria) Miskovitá plodnice s uspořádanými asky = apothecium Basidiospory ⎯ Tvoří se obvykle čtyři na buňkách kyjovitého tvaru – basidie ⎯ Basidiospory se tvoří na stopkách – sterigmata ⎯ Basidiospory vznikají jako produkt somatogamie ⎯ Oospory – vznikají v samičím pohlavním orgánu – oogonium, samčí spermatozoidy se tvoří v anteridiu (třída Oomycetes) Tvorba přezky ⎯ Dikaryotický konec hyfy ⎯ Simultánní dělení jader a tvorba přezky → tvorba dvou příčných přepážek (sept) – terminální buňka se dvěma kompatibilními jádry → subterminální buňka a přezka s jádrem → spojení přezky se subterminální buňkou – stává se dikaryotickou → přezka zabezpečuje, aby při segmentaci dikaryotického mycelia každý segment dostal dvě geneticky odlišná jádra → hypotetické dělení a tvorba přehrádky u hyfy, která netvoří přezky – buňky jsou potom homoaryotické (nejspíše monokaryotické – slovo homoaryotické nejspíš neexistuje – google nic nenašel) 25. Charakterizace oddělení Eumycota. Význam plísní. Mykotoxíny Eumycota ⎯ Pododdělení Zygomycotina Hyfy mycelia jsou cenocytické (jednobuněčné mnohojaderné; nepřehrádkované), přehrádky se tvoří pro oddělení rozmnožovacích struktur (gametangií, sporangií) V buněčné stěně převažuje chitosan Nepohlavně – nepohyblivými sporami (v sporangiu) Pohlavně – zygosporami (splývání dvou gametangií za vzniku diploidní zygospory); i když u některých zástupců může být karyogamie časově opožděna za plazmogamií (splynutí cytoplazmy buněk), není-li ještě přítomna skutečná dikaryofáze Dvě třídy: 1) Třída Zygomycetes  Houby suchozemské, saprofytické, žijící na organických zbytcích  Podílejí se na tvorbě humusu  Mohou být původci mykóz rostlin, živočichů, člověka  Řada saprofytických druhů je schopna produkovat významné sloučeniny (např. Rhizopus stolonifer je využíván při výrobě kyseliny fumarové)  Dělení na 7 řádů: 35  1. Řád Mucorales Mají vláknité, přehrádkované mycelium Pohlavní rozmnožování je izogametangiogamie, anizogametangiogamie Gametangia jsou fyziologicky, zřídka i morfologicky, rozlišena Jsou to půdní saprofyté, některé druhy parazité na rostlinách, houbách i živočiších (včetně člověka) Rod Mucor – Mucor mucedo (plíseň hlavičková) Rod Rhizopus (kropidlovec) – Rhizopus stolonifer Rod Mortierella 2. Řád Entomophthorales – rod Entomophthora; druh E. muscae – původce tzv. mušího moru 2) Třída Trichomycetes  Mycelium je větvené nebo nevětvené, hyfy jsou přímé nebo šroubovitě stočené  U některých zástupců mycelium přehrádkované, u jiných přehrádky oddělují pouze reprodukční orgány  Nepohlavní rozmnožování – tvorba různých typů sporangiospor  Všichni zástupci třídy jsou biologicky vázaní na členovce, speciálně na hmyz, mnohonožky, korýše žijící v půdě, sladké či mořské vodě  Patří sem řády Harpellales, Asellariales, Eccrinales, Amoebidiales ⎯ Pododdělení Ascomycotina Jednotícím znakem pro všechny zástupce je tvorba vřecek (asci, j.č. askus) Zralé vřecko je místem, kde se vyskytuje již diploidní jádro Ve vřecku dochází k diferenciaci endogenně se tvořících spor (askospor) Mycelium je septované, někteří zástupci tvoří pseudomycelium 2 třídy: 1) Hemiascomycetes  Primitivní, morfologicky jednoduší zástupci vřeckovýtrusých hub  Tvoří buď pučivé pseudomycelium, nebo je stélka redukovaná až na jednotlivé buňky schopné pučení  Buněčná stěna je homogenní, u třídy Ascomycetes je dvouvrstevná; buněčná stěna je tvořena převážně z β-1,3-polyglukanu nebo α-mananu  Chitin byl zjištěn pouze u vláknitých typů kvasinek  Pro nepohlavní rozmnožování je kromě dělení buněk typické pučení a tvorba pučivých blastospor  Pohlavní rozmnožování je nejčastěji somatogamie, přítomná je i gametangiogamie, vzácně i gametogamie  Jsou to převážně saprofyté žijící v půdě, na povrchu rostlin a živočichů  4 řády: 1. Saccharomycetales 2. Schizosaccharomycetales 3. Protomycetales 4. Taphri