ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΙΚΡΟΒΙΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΗ ΠΟΙΚΙΛΟΜΟΡΦΙΑ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΕΠΩΑΣΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ

Transcript

1 ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ Π ΒΙΟΠΑΘΟΛΟΓΟΣ- ΕΠΙΜΕΛΗΤΡΙΑ A ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ-ΓΝΕ «ΘΡΙΑΣΙΟ» ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΙΚΡΟΒΙΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΗ ΠΟΙΚΙΛΟΜΟΡΦΙΑ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΕΠΩΑΣΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ

2 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΙΚΡΟΒΙΩΝ

3 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Καταβολισμός Αναβολισμός

4 ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Βιολογικές οξειδώσεις μεταφορά e - Δέκτες e - Δέκτες e - οργανικές ενώσεις ανόργανες ενώσεις Ζύμωση Αναπνοή Αερόβια (μοριακό Ο 2 ) Αναερόβια (ανόργανα άλατα) Γλυκόζη CO 2 +H 2 O Κύκλος του Krebs Παρακύκλωμα πεντόζης Θειικά Ανθρακικά Νιτρικά

5 Υδατανθάκων Πρωτεινών Αρωματικών αμινοξέων Λιποειδών Καταβολισμός

6 Καταβολισμός υδατανθράκων (ζ ύ μ ω σ η) Υδατάνθρακες: η κύρια πηγή ενέργειας των μικροβίων Γλυκόλυση: η διάσπασή τους με ζύμωση Γλυκόλυση = γλυκόζη πυροσταφυλικό οξύ Μεταβολική οδός Embden-Meyerhof Παρακύκλωμα της φωσφορικής πεντόζης

7 Καταβολισμός πρωτεινών Πρωτεόλυση: πρωτείνες αμινοξέα Πρωτεολυτικά ένζυμα Εξωκυττάρια (πρωτεάσες) αυστηρώς αερόβια Ενδοκυττάρια δυνητικώς αναερόβια αυστηρώς αναερόβια διάσπαση πεπτιδίων αυτόλυση μικροβίου κατά την στάσιμη φάση

8 Τρυπτοφάνη Καταβολισμός αρωματικών αμινοξέων Διάσπαση σε ινδόλη,πυροσταφυλικό οξύ,nh 3 Τρυπταμίνη Φαινυλαλανίνη Τυροσίνη Φαινυλοπυροσταφυλικό οξύ(ppa) Τυροσίνη Υδροξυπυροσταφυλικό οξύ Φλορετικό οξύ φαινόλη,κρεσόλη

9 Καταβολισμός λιποειδών Ένζυμα Λιπάσες (υδρολύουν γλυκερίδια) Φωσφολιπάσες (υδρολύουν φωσφολιποειδή) Λιπαρά οξέα α-οξείδωση β-οξείδωση ω-οξείδωση (λιπ/σακχ Gram-) (κ.krebs)

10 ΑΝΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Βιοσύνθεση νουκλεινικών οξέων Βιοσύνθεση πρωτεινών

11 Αναβολισμός Νουκλεοτίδιο (δομικό στοιχείο) Νουκλεινικά οξέα: DNA,RNA Βάσεις:γουανίνη- κυτοσίνη αδενίνη-θυμίνη (ουρακίλη)

12 Ροή γενετικής πληροφορίας DNA RNA πρωτείνη Αναδιπλασιασμός DNA Βιοσύνθεση RNA Πρωτεινοσύνθεση (Aντιγραφή) (Μεταγραφή) (Μετάφραση)

13 Αναδιπλασιασμός DNA 1 μόριο DNA=2 πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες: συμπληρωματικές αντιπαράλληλες Ελικάση ΕΝΖΥΜΑ DNA πολυμεράσες I, II, III Λιγκάση Αντιγραφή: 1μόριο DNA 2πανομοιότυπα θυγατρικά

14 Βιοσύνθεση RNA 1 μόριο RNA= 1 πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα Αγγελιοφόρο mrna:μεταφορά γενετικών πληροφοριών DNA ριβοσώματα Μεταφορικό trna: μεταφέρει αμινοξέα στα ριβοσώματα Ριβοσωμικό rrna: μαζί με τις ριβοσωμικές πρωτείνες δομικό συστατικό των ριβοσωμάτων

15 Βιοσύνθεση RNA Μεταγραφή: DNA RNA ΕΝΖΥΜΑ: RNA πολυμεράσες

16 Πρωτεινοσύνθεση Γίνεται στα ριβοσώματα: trna επιλέγουν τα κατάλληλα αμινοξέα στα ριβοσώματα Μετάφραση: Η σύνθεση πρωτείνης βάση της αλληλουχίας των βάσεων του mrna

17 Αντιβιοτικά που αναστέλλουν Διαχωρισμό αλυσίδων DNA Μετρονιδαζόλη, κινολόνες, νοβοβιοκίνη Μεταγραφή Ριφαμπικίνη Πρωτεινοσύνθεση Αμινογλυκοσίδες,τετρακυκλίνες Χλωραμφαινικόλη,μακρολίδες,λινκομυκίνες,φουσιδικό οξύ

18 ΔΙΑΤΡΟΦΗ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΒΙΩΝ

19 ΔΙΑΤΡΟΦΗ ΤΩΝ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ Διατροφή =το σύνολο των χημικών αντιδράσεων με τις οποίες το μικρόβιο μετατρέπει τις μεγαλομοριακές ενώσεις του περιβάλλοντος του σε μικρομοριακές και στη συνέχεια τις παραλαμβάνει και τις αφομοιώνει

20 ΔΙΑΤΡΟΦΗ ΤΩΝ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ Ουσίες απαραίτητες για την διατροφή C (υδατάνθρακες,co 2 ) Ν(αμινοξέα,πολυπεπτίδια,νιτρικά) H Αλατα (Ca,Fe,Mg) H 2 O

21 Διαίρεση βακτηρίων ανάλογα με την πηγή C,N,ενέργειας Βακτήρια Αυτότροφα C (CO 2 ) N (ανόργανα άλατα) Ετερότροφα C (οργανικές ενώσεις) N (οργανικές ενώσεις) Φωτοαυτότροφα Πηγή ενέργειας (ήλιος) Χημειοαυτότροφα Πηγή ενέργειας (ανόργανες ενώσεις) Φωτοετερότροφα Πηγή ενέργειας (ήλιος) Χημειοετερότροφα Πηγή ενέργειας (οργανικές ενώσεις)

22 Θρεπτικά συστατικά Οργανικές ενώσεις Πρωτότροφοι: ανόργανα άλατα+ 1οργανική ένωση(σάκχαρο,αμινοξύ) Αυξότροφοι: παράγοντες ανάπτυξης (αμινοξέα,λιπαρά οξέα,πολυπεπτίδια,πουρίνες,βιταμίνες) ελλειματική βιοσυνθετική ικανότητα Gram (+) έχουν μεγάλες απαιτήσεις Gram (-) έχουν μικρές απαιτήσεις

23 Θρεπτικά συστατικά Άζωτο Πηγή: αμινοξέα,νιτρικά,nh 3 Χρήση:σύνθεση πρωτεινών,νουκλεινικών οξέων Θείο Πηγή:θειικά άλατα,θειούχα αμινοξέα,h 2 S Χρήση:σύνθεση πρωτεινών (αμινοξέα:κυστείνη,μεθειονίνη) Φώσφορος Πηγή: μόνο ανόργανα φωσφορικά άλατα Χρήση:συστατικό DNA,RNA,ATP,NAD,NADP,FMN,FAD Ενεργοποιητές ενζυμικών συστημάτων:κατιόντα (Fe,Mg)

24 Φυσικοί παράγοντες O 2 Θερμοκρασία PH Ωσμωτική πίεση

25 Φυσικοί παράγοντες Οξυγόνο Επαφή μικροβίων Ο 2 βιολογικές οξειδώσεις τελικό Η +τοξικά προιόντα: (H 2 O 2 υπεροξείδιο του υδρογόνου Ο 2 - ρίζα υπεροξειδικού ανιόντος ΟΗ - ρίζα υδροξειλίου) Προστατευτικά ένζυμα: καταλάση 2Η 2 Ο 2 2Η 2 Ο+Ο 2 δεσμουτάση του υπεροξειδικού ανιόντος υπεροξειδάσες

26 ΟΜΑΔΕΣ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΟΥΣ ΣΕ Ο 2 1. Υποχρεωτικά αερόβια 2. Υποχρεωτικά αναερόβια 3. Δυνητικά αναερόβια 4. Μικροαερόφιλα

27 Υποχρεωτικά αερόβια (Ψευδομονάδα,Μυκοβακτηρίδια,Βάκιλλοι) Τελικός δέκτης Η: O 2 Ένζυμα: καταλάση, δεσμουτάση του υπεροξειδικού ανιόντος Οξείδωση σακχάρων (γλυκόζη CO 2 +H 2 O) Δυνητικά αναερόβια (Εντεροβακτηριακά,σταφυλόκοκκοι,φ.χ) Αναπτύσονται αεροβίως και αναεροβίως Ένζυμα: καταλάση, δεσμουτάση του υπεροξειδικού ανιόντος Οξείδωση και ζύμωση σακχάρων

28 Μικροαερόφιλα (Στρεπτόκοκκοι,Γαλακτοβάκιλλοι,Βρουκέλλες) Τελικός δέκτης Η: ΟΧΙ O 2 (έλλειψη κατάλληλου συστήματοςκυττοχρωμάτων) Ένζυμα: δεσμουτάση του υπεροξειδικού ανιόντος Ανάπτυξη: μειωμένη πίεση Ο 2 Οξείδωση σακχάρων

29 Υποχρεωτικά αναερόβια τελικός δέκτης Η: ΌΧΙ Ο 2 Μέτρια ευαισθησία O 2 Εξαιρετική ευαισθησίαο 2 Min-ημέρες Αίτια αναερόβιων λοιμώξεων (B.fragilis,Prevotella spp, F.nucleatum,C.perfigens, Peptostreptococci) <10 min Σπάνια προκαλούν λοιμώξεις,συνήθως φ.χ (Eubacterium,Bifidobacterium C.novyi,C.tetani, σπειροχέτες)

30 ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ (Eh) Eh= η τάση ενός συστήματος να δέχεται ηλεκτρόνια (V,mV) Ιστοί κ.φ Εh:+126 Ιστική ανοξία +246mV κακή κυκλοφορία Εh: mV ανάπτυξη αναεροβίων μικροβίων

31 Φυσικοί παράγοντες Θερμοκρασία Μεσόφιλα ( C) E.coli,εντερόκοκκοι, Γονόκοκκος, πνευμονιόκοκκος Ψυχρόφιλα (<10 0 C) Λιστέρια,Υερσίνια Θερμόφιλα ( C)

32 Φυσικοί παράγοντες PH: ουδέτερο,ελαφρώς αλκαλικό(6,5-7,5) Vibrio cholerae αλκαλικό Lactobacillus όξινο Ωσμωτική πίεση: το κυτταρικό τοίχωμα προστατευτικό Απαραίτητη η παρουσία NCl 5-12 o / oo

33 ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΒΙΩΝ

34 Ανάπτυξη των βακτηρίων Διχοτόμηση Διπλασιασμόςπυρηνικήςουσίας, μάζας σχηματισμός πλήρους διαφράγματος από κυτταρικό τοίχωμα+κυτ/κή μεμβράνη διαχωρισμός θυγατρικών κυττάρων

35 Ο πολλαπλασιασμός σταματά Έξάντληση θρεπτικών ουσιών Ρύπανση χώρου από τα προιόντα μεταβολισμού Έλλειψη ελεύθερου χώρου

36 Καμπύλη φάσεων πολλαπλασιασμού των μικροβίων

37 Καμπύλη φάσεων πολλαπλασιασμού των μικροβίων 1. Φάση αρχικής στασιμότητας φ.βλαστήσεως και έναρξης ανάπτυξης 2. Φάση λογαριθμικής αύξησης φ.αρχόμενης επιβδράδυνσης 3. Φάση στασιμότητας 4. Φάση κάμψεως

38 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΕΠΩΑΣΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ

39 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΕΠΩΑΣΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ Αερόβια επώαση Επώαση παρουσία CO 2 Aναερόβια επώαση

40 Αερόβια επώαση Κλίβανος θερμοκρασία:35-37 ο C (οι περισσότερες καλλιέργειες) 42 ο C (Campylobacter spp) 30 ο C (μύκητες) Υγρασία:50% Διάρκεια επώασης:18-24h Τα τρυβλία τοποθετούνται ανεστραμένα 3-4 μαζί

41 Επώαση παρουσία CO 2 Μικρόβια:Μηνιγγιτιδόκοκκοι,γονόκοκκοι, αιμόφιλοι, βρουκέλλες CO 2 : 5-10 % Εισαγωγή αερίου CO 2 από οβίδα σε κλίβανο Έτοιμοι φάκελλοι Gas-Pak +γεννήτρια CO 2 Μέσα σε φιάλη κλειστή + κερί αναμμένο CO 2 10% κερί σβήνει

42 Αναερόβια επώαση Συνθήκες: 5%CO 2,10%H 2,85%N 2 Συστήματα: Φιάλες αναεροβίων συνθηκών Πλαστικά σακουλάκια μιάς χρήσης Θάλαμοι αναερόβιων συνθηκών

43 Συστήματα αναερόβιας επώασης Φιάλες αναερόβιων συνθηκών

44 Συστήματα αναερόβιας επώασης Φακελάκια παραγωγής αναερόβιων συνθηκών

45 Συστήματα αναερόβιας επώασης Πλαστικά σακουλάκια αναεροβίων συνθηκών

46 Συστήματα αναερόβιας επώασης Δείκτης αναερόβιων συνθηκών: Κυανούν του μεθυλενίου Ρεζαζουρίνη

47 Συστήματα αναερόβιας επώασης Θάλαμος αναερόβιας εργασίας

48