ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ: ΕΠΙΚΡΑΤΕΙΕΣ - ΒΑΚΤΗΡΙΑ & ΑΡΧΑΙΑ

Transcript

1 ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ: ΕΠΙΚΡΑΤΕΙΕΣ - ΒΑΚΤΗΡΙΑ & ΑΡΧΑΙΑ Καθ. Αθανάσιος Τσακρής ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ

2 Προκαρυωτικοί οργανισμοί 1937 Edouard Chatton: όρος «προκαρυωτικό» για διάκριση κυττάρων χωρίς πυρήνα από εμπύρηνα κύτταρα φυτών και ζώων 1961 Roger Stanier: έδωσε τον ορισμό που ισχύει σήμερα κύτταρα στα οποία το πυρηνικό υλικό δεν περιβάλλεται από πυρηνική μεμβράνη 1968 Robert Murray: Βασίλειο Προκαρυωτικών 1969 Robert Whittaker: 5 βασίλεια Προκαρυωτικά: 1 βασίλειο (Procaryotae ή Monera) Ευκαρυωτικά: 4 βασίλεια

3 Επικράτειες - Domain 1978 Carl Woese: αναβάθμιση των τριών κυτταρικών τύπων σε μία βαθμίδα πιο πάνω από το Βασίλειο με βάση τα ριβοσώματα Επικράτεια Επικράτεια Αρχαία Επικράτεια Βακτήρια Προκαρυωτικά Επικράτεια Ευκαρυωτικά: Ζώα, Φυτά, Μύκητες, Πρώτιστα

4 Χαρακτηριστικά Αρχαίων, Βακτηρίων και Ευκαρυωτικών Οι 3 Επικράτειες διαφέρουν σε: rrna, λιπίδια μεμβράνης, trna, ευαισθησία στα αντιβιοτικά

5 Χαρακτηριστικά προκαρυωτικών - ευκαρυωτικών Χαρακτηριστικό Προκαρυωτικό Ευκαρυωτικό Πυρηνική μεμβράνη Όχι Ναι Μίτωση Όχι Ναι Χρωμοσώματα Ένα Πολλά Μιτοχόνδρια Όχι Ναι Μέγεθος ριβοσωμάτων 70S 80S

6 Μέγεθος Τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι πολύ μικρά : 1-5 x 1 m

7 Επικράτεια Βακτήρια Κλασσικά βακτήρια (1-5 μm) Χλαμύδια (0,2-1 μm), υποχρεωτικά ενδοκυττάρια, μεταδίδονται με άμεση επαφή ή αερογενώς Ρικέτσιες (0,3-1 μm), υποχρεωτικά ενδοκυττάρια, μεταδίδονται με ψείρες, κρότωνες, ψύλλους, ακάρεα Μυκοπλάσματα (0,2-0,8 μm), χωρίς στερεό κυτταρικό τοίχωμα, δεν έχουν μουρεϊνη, καθόλου ευαίσθητα στα β- λακταμικά

8 Επικράτεια Αρχαία (Αρχαιοβακτήρια) Κυτταρικό τοίχωμα χωρίς πεπτιδογλυκάνη Πιστεύεται ότι σχηματίσθηκαν στην ηφαιστιογενή περίοδο για να προστατέψουν μικρές μορφές γενετικού υλικού Δεν αναπτύσσονται στο Ο 2 Χρειάζονται μεθάνιο και ΝΗ 4

9 Αρχαιοβακτήρια Μεγάλη ποικιλομορφία: κόκκοι, βακτηρίδια, μορφολογία έλικας και ιδιόμορφα σχήματα Gram-θετικά και Gram-αρνητικά Πολλαπλασιασμός με απλή διχοτόμηση, κατακερματισμό ή εκβλάστηση έχουν ή όχι κυτταρικό τοίχωμα αερόβια, δυνητικά αναερόβια ή αυστηρά αναερόβια. χημειοαυτότροφα, φωτοαυτότροφα και χημειοετερότροφα Αποικιστές περιβάλλοντος με ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας, οξύτητας και πίεσης Haloquadratum walsby Pyrodictium abyssi Methanobacterium thermoautotrophicum

10 Αρχαιοβακτήρια Διακρίνονται σε 3 ομάδες με βάση το περιβάλλον που ζουν 1) Thermoacidophiles: Ζουν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες (>100 o C!) και όξινο περιβάλλον (ph <2)- Σε θερμές πηγές (θειούχες ενώσεις) 2) Methanogens (αυστηρά αναερόβια, παράγουν μεθάνιο) - Χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία στον καθαρισμό λημμάτων και νερού 3) Extreme Halophiles: Αναπτύσσονται σε ιδιαίτερα υπέρτονες συνθήκες (χρησιμοποιούν αλάτι για την παραγωγή ATP)- π.χ. στη Νεκρά θάλασσα

11 Προκαρυωτικά κύτταρα- Βακτήρια Τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν πολύ μικρές μορφολογικές διάφορες (σχήμα, μέγεθος) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην ταξινόμηση τους Παραδοσιακή Ταξινόμηση με βάση την: 1) Την κατασκευή τους 2) Τη φυσιολογία τους 3) Τη μοριακή τους κατασκευή και 4) Τη συμπεριφορά τους σε χρώσεις, βιοχημικές δοκιμασίες ΌΧΙ με βάση την εξελικτική τους συσχέτιση Η σύγκριση των ριβοσωματικών RNA αλληλουχιών έδειξε 2 τύπους προκαρυωτικών κυττάρων: 1) Germs ή eubacteria ή απλά βακτήρια 2) Αρχαιοβακτήρια (πιθανόν αντιπροσωπεύουν την πρώτη μορφή ζωής)

12 Φαινοτυπική Ταξινόμηση στο ζωικό βασίλειο Η ταξινόμηση των βακτηρίων δεν είναι τόσο ξεκάθαρη και τελική όπως στα ζώα και τα φυτά

13 Κλασσική (φαινοτυπική) Ταξινόμηση βακτηρίων Βασίζεται στο σχήμα στη συμπεριφορά στη Gram-χρώση σε μεταβολικές απαιτήσεις (αερόβια αναερόβια μικροαερόφιλα) Στην παρουσία κυτταρικού τοιχώματος

14 Φαινοτυπική Ταξινόμηση Βακτηρίων Χρησιμοποιεί: - Gram-χρώση - σχήμα - κινητικότητα - μέγεθος - συνθήκες ανάπτυξης - βιοχημικές ιδιότητες - ανοσολογικές ιδιότητες Το δενδρόγραμμα είναι η γραφική παράσταση του συντελεστή ομοιότητας ή similarity coefficient. Δεν δείχνει υποχρεωτικά την εξελικτική συσχέτιση, π.χ. Mycoplasma - Bacillus

15 Φυλογενετική Ταξινόμηση Βακτηρίων Ο χαρακτηρισμός συγκεκριμένων DNA και RNA αλληλουχιών δίνουν τις καλύτερες πληροφορίες

16 Οι 12 Φυλογενετικές ομάδες Βακτηρίων 12 φυλογεννετικές ομάδες Phyla με βάση την εξελικτική τους σχέση, από τις οποίες 5 είναι οι σημαντικότερες. Ξεκινούν από κοινό σημείο εκτός από 3 θερμόφιλες ομάδες

17 Οι 5 σημαντικότερες Φυλογενετικές Ομάδες Βακτηρίων 1) Πρωτεοβακτήρια (proteobacteria) α-πρωτεοβακτήρια: nitrogen-fixing bacteria (αζωτοδεσμευτικά βακτήρια): συμβιώνουν με τα φυτά, μετατρέπουν το Ν 2 σε αμμωνία, αποτελούν φυσικό λίπασμα στη γεωργία β-πρωτεοβακκτήρια: χημειοαυτότροφα (εξάγουν ενέργεια από ανόργανες ουσίες) και χημειοετερότροφα γ-πρωτεοβακτήρια: enteric bacteria, pseudomonads 2) Μη πρωτεοβακτήρια Cyanobacteria : Gram-αρνητικά βακτήρια που φωτοσυνθέτουν και ελευθερώνουν Ο 2. Είναι πολύ μεγαλύτερα από άλλα προκαρυωτικά, μοιάζουν με άλγη 3) Gram-θετικά βακτήρια - υψηλό G+C content: ακτινομύκητες, μυκοβακτηρίδια, μικρόκοκκοι - χαμηλό G+C content: streptococci, staphylococci, βάκιλλοι, λακτοβάκιλλοι, μυκοπλάσματα, κλωστιρίδια 4) Chlamydia: υποχρεωτικά ενδοκυττάρια 5) Spirochetes: Gram-αρνητικά, σπειροειδή ετερότροφα βακτήρια

18 Πρωτεοβακτήρια: α-πρωτεοβακτήρια Vigna unguiculata plants inoculated with Bradyrhizobium. The red arrows indicate nodules formed after infection process. Ανάπτυξη σε περιβάλλον με μικρές συγκεντρώσεις θρεπτικών ουσιών Βακτήρια σημαντικά για τη γεωργία, συμβίωση με φυτά, δέσμευση αζώτου, πχ Rhizobium, Bradyrhizobium Παθογόνα για φυτά Παθογόνα για τον άνθρωπο Rickettsia Ehrlichia Brucella

19 Πρωτεοβακτήρια : β-πρωτεοβακτήρια Βακτήρια χημειοαυτότροφα και χημειοετερότροφα Χρησιμοποίηση θρεπτικών ουσιών που διαχέονται από περιοχές αναερόβιας αποσύνθεσης Σημαντικά γένη Thiobacillus: θειοξειδωτικά, ρόλο στον κύκλο θείου Zoogloea: επεξεργασία λυμάτων Παθογόνα για τον άνθρωπο: Burkholderia Bordetella Neisseria Neisseria Thiobacillus ferroxidans Ζoogloea ramigera

20 Πρωτεοβακτήρια : γ-πρωτεοβακτήρια Η μεγαλύτερη υπο-ομάδα πρωτεοβακτηρίων Ποικιλία μικροοργανισμών πολλά παθογόνα για τον άνθρωπο Legionellales: Legionella, Coxiella Pseudomonadales: Pseudomonas Vibrionales: Vibrio Enterobacteriales: Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella, Proteus, Salmonella, Serratia, Shigella, Yersinia Pasteurellales: Pasteurella, Haemophilus Pseudomonas Pasteurella Legionella Vibrio Klebsiella

21 Πρωτεοβακτήρια : δ- και ε-πρωτεοβακτήρια δ-πρωτεοβακτήρια: Myxococcus και Bdellovibrio Θηρευτές άλλων βακτηρίων Ρόλος σημαντικός στον κύκλο θείου ε-πρωτεοβακτήρια: Campylobacter και Helicobacter Λεπτά Gram-αρνητικά, ελικοειδούς ή κυρτού σχήματος Myxococcus xanthus takes a rod-shaped form (yellow), swarming, dividing, and competing with other cells for nutrients Campylobacter Helicobacter

22 Μη Πρωτεοβακτήρια Φωτοαυτότροφα βακτήρια, που χρησιμοποιούν την ενέργεια του φωτός και CO2 και παράγουν O2 Cyanobacteria Chlorobi Chloflexi

23 Gram-θετικά βακτήρια Δύο ομάδες Υψηλή αναλογία G + C (Firmicutes) Clostridiales: Clostridium Mycoplasmatales (απουσία κυτταρικού τοιχώματος): Mycoplasma Bacillales: Bacillus, Listeria, Staphylococcus Lactobacillales: Enterococcus, Streptococcus Μικρή αναλογία G + C Actinomycetales: Actinomyces, Corynebacterium, Gardnerella, Mycobacterium, Nocardia Mycoplasma αποικίες Enterococcus Actinomyces

24 Λοιπά Bακτήρια Χλαμύδια, σπειροχαίτες, Bacteroides, Fusobacterium: χημειοετερότροφα βακτήρια

25 Chlamydiales - Χλαμύδια Ενδοκυττάρια ανάπτυξη Ιδιαίτερος κύκλος ζωή: μολυσματική μορφή το βασικό σωμάτιο Μετάδοση με άμεση επαφή ή αερογενώς (δεν χρειάζονται έντομα ή κρότωνες για τη μετάδοση από Rickettsia) Chlamydia: C. trachomatis Chlamydophila: C. pneumoniae, C. psittaci

26 Spirochaetales - Σπειροχαιτιακά Ελικοειδή μορφολογία Ιδιαίτερος ο τρόπος κίνησης (αξονικό νημάτιο) Treponema Borrelia Leptospira Leptospira

27 Bacteroidales - Βακτηριοειδή Αναερόβια βακτήρια Bacteroides: αποικιστής εντέρου Prevotella: χλωρίδα στόματος Cytophaga: έδαφος, αποικοδόμηση κυτταρίνης και χητίνης

28 Fusobacteriales Ατρακτοειδή αναερόβια βακτήρια Αποικιστές γαστρεντερικού (στόμα, έντερο) Fusobacterium: χαρακτηριστικό τα οξύαιχμα άκρα τους

29 Bergey s Manual of Systematic Bacteriology: guide to procaryotic taxonomy Η 1η έκδοση,1923: χρησιμοποιεί μορφολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά. key features Η 9η έκδοση, σήμερα: μεγάλη αναδιοργάνωση στην ταξινόμηση. Πρωταρχική έμφαση στα φυλογενετικά χαρακτηριστικά 5 τόμοι με τίτλους: Volume 1 (2001): Archaea and the deeply branching and phototrophic Bacteria Volume 2 (2005): Proteobacteria divided into three books: 2A: Introductory essays 2B: The Gammaproteobacteria 2C: Other classes of Proteobacteria Volume 3 (2009): Firmicutes (χαμηλής αναλογίας G+C Gram-θετικά) Volume 4 (2011): Bacteroidetes, Spirochaetes, Tenericutes (Mollicutes), Acidobacteria, Fibrobacteres, Fusobacteria,Dictyoglomi,Gemmatimonadetes, Lentisphaerae, Verrucomicrobia, Chlamydiae, and Planctomycetes Volume 5, in two parts (2012): Actinobacteria (υψηλής αναλογίας G+C Gramθετικά)