Cw 9

Pyt 1.

W systemach współzależności, można wyróżnić dwie główne grupy oddziaływań:

• bezpośrednie (symbioza, pasożytnictwo, drapieżnictwo) i

• pośrednie (protokooperacja, komensalizm, konkurencja, amensalizm).

Symbioząnazywamy taki rodzaj współzależności dwóch lub więcej różnych gatunków ściśle od siebie zależnych, które bez obecności partnera rozwijają się bardzo słabo lub wcale nie rosną. Główne kierunki korzystnego oddziaływania na siebie symbiontów są wynikiem:

- Wymiany składników pokarmowych;

- Dostarczania substancji wzrostowych;

- Zaopatrywania w składniki mineralne;

- Ochrony przed szkodliwymi czynnikami środowiskowymi;

- Zmiany parametrów środowiska.

Podstawowym przykładem takiego związku jest mikoryza (grzyb + korzeń), która polega na tym, że grzybnia tworzy mutualistyczny związek z żywymi korzeniami roślin. Podobnie jak w wypadku roślin strączkowych i bakterii wiążących azot grzyby współdziałają z tkanką korzeni, zwiększając wydajność pobierania soli mineralnych z gleby. Natomiast roślina dostarcza grzybom niektórych związków powstających w procesie fotosyntezy. Rhizobium z rośl. motylkowymi .Frankia - promieniowiec żyjący w symbiozie z korzeniami olchy i brzozy

Pasożytnictwo - jest rozumiane jako współzależność, w której jeden z partnerów (pasożyt) osiąga korzyści, natomiast drugi partner (gospodarz) nie ponosi lub ponosi szkody. W pierwszym przypadku pasożytnictwo dotyczy rozkładu martwych szczątków roślin czy zwierząt.W świecie mikroorganizmów tego rodzaju pasożytnictwo jest stosunkowo mało poznane. np bakterie stylikowe przyczepiaja sie do powierzchni innych bakterii i czerpią z nich korzysci (żerują na nich) przy czym drugi partner odnosi szkody lub nie .

Przykładem skrajnego pasożytnictwa roślin kwiatowych jest raflezja Arnolda, a we florze Polski kanianka.

Drapieżnictwo- jest systemem, który rozumiany jest najczęściej jako odżywianie się jednych mikroorganizmów innymi. W świecie zwierząt jest to system współzależności bardzo często spotykany, natomiast między mikroorganizmami należy do rzadkości. Najbardziej typowym przykładem pasożytnictwa u mikroorganizmów jest odżywianie się pierwotniaków bakteriami. Jest to zjawisko szczególnie widoczne w zbiornikach wodnych, osadach czynnych, ściekach. Główną rolę w eliminowaniu bakterii ściekowych przypisuje się orzęskom i wiciowcom. Caulobacterium swoją nożka przyczepia sie do sciany kom. innej bakterii co powoduje śmierć zaatakowanej komórki .

Symbioza- jest rodzajem współżycia organizmów czerpiących obopólne korzyści, np.: bakterie brodawkowe i korzenie roślin motylkowych. Jeśli występuje rodzaj współżycia tzw. koniecznego, wówczas ten układ nazywamy mutualizmem - przykładem są porosty, których ciało zbudowane jest z glonów i skrzepek grzyba.

Komensalizm - jeden z występujących organizmów w układzie jest komensalem, czerpiącym korzyść z obecności drugiego osobnika, tzw. gospodarza, który nie ponosi szkód, np.: porosty występujące na pniach drzew.

Pyt 2

Protokooperacja- dotyczy dwóch organizmów świadczących sobie wzajemnie usługi, "korzyści", ale nie jest to konieczne do ich egzystencji.

protokooperacja to system, w którym wszystkie powiązane ze sobą mikroorganizmy odnoszą korzyść. W tym systemie nie ma konieczności współistnienia, jednakże wspólne bytowanie jest korzystne dla partnerów i objawia się zwiększeniem szybkości wzrostu i wyższą aktywnością metaboliczna

Przykładem protokooperacji jest związek jamochłonów (ukwiały) z krabami pustelnikami. Na muszlach pustelników żyją przytwierdzone różne jamochłony. Ułatwiają one krabom maskowanie się i pełnią funkcję obronną, otrzymując w zamian niedojedzone resztki pokarmu pustelnika. Jednak ani pustelnik, ani jamochłon nie są ściśle zależne od swego partnera.

Amensalizm - rozwój jednej populacji jest hamowany przez substancje wytwarzane prze partnera. Substancje antagonistyczne są wykorzystywane w walce drobnoustrojów o środowisko. Osłabienie wzrostu wrażliwych partnerów lub ich wyeliminowanie daje producentowi szansę ekspansji w środowisku.

W tym środowisku drapieżnictwo pierwotniaków jest uznawane jako efekt korzystny, pozwalający na redukcje substancji antagonistycznych może być korzystne dla wytwarzającego je mikroorganizmu. Osłabianie szybkości wzrostu wrażliwych partnerów lub ich eliminowanie daje producentowi szanse uzyskana przewagi w ekosystemie i ekspansji środowiska. Jest to szczególnie istotne dla mikroorganizmów wolno rosnących, które mają małe możliwości konkurowania z innymi mieszkańcami biocenozy. Często substancje antagonistyczne są traktowane jako „bron” mikroorganizmów w walce o przetrwanie środowisku. Przykładem amensala jest pędzlak (Penicillium notatum) - grzyb, który produkując antybiotyk (penicylinę) - ogranicza rozwój bakterii.

Pyt 3

Antybioza - amensalizm będący wynikiem produkcji substancji antybiotycznych. Wykorzystanie amensalizmu to np. utrwalanie surowców i produktów spożywczych. Tworzone na drodze mikrobiologicznej kwasy organiczne zwiększają stabilność biologiczną żywności fermentowanej. Obniżenie pH na skutek rozwoju bakterii fermentacji mlekowej hamuje wzrost wielu bakterii, w tym chorobotwórczych.

Antybioza- wytwarzanie antybiotyków (związków chemicznych) przez jedna grupę bakterii powoduje zahamowania wzrostu innej.

Zwykle występuje u bakterii i grzybów. Na przykład pleśnie wytwarzają penicylinę, która hamuje wzrost bakterii. Promieniowce wytwarzają streptomycynę i hamują rozwój pasożytniczych grzybów.



Pyt 4

ANTAGONIZM!



• Definicja – oddziaływanie między drobnoustrojami, z których jeden zmienia środowisko na hamujące wzrost innych przez:

- obniżenie pH przewodu pokarmowego (kwasem mlekowym, octowym, propionowym)

- syntezę H2O2

-bakteriocyny

- wytwarzanie reuteryny, di acetylu, kwasów tłuszczowych

-poprawę odpowiedzi immunologicznej gospodarza

• Wpływ bakterii jelitowych na zdrowie człowieka:

+ korzystny (hamowanie szkodliwych mikroorg. , immunomodulacja, zmniejszenie aktywności metabolicznej)

-Bifidobacterium

-Lactobacillus

+pośredni:

-Bacteroides

-Eubacterium

-Escherichia coli

-Enterococcus

+szkodliwy (toksyny, substancje kancerogenne, enzymy)

-Clostridium

- Veillonella

-Staphylococcus

-Proteus

-Pseudomonas aeruginosa

Pyt 5

Metabioza – w mikrobiologii oznacza następstwo gatunków. Jest to jedna z form współżycia pomiędzy drobnoustrojami. Jeden z nich produkuje metabolity, które hamują jej wzrost natomiast powodują rozwój innych bakterii. Przykładem środowiska w którym zachodzi metabioza może być mleko: w słodkim mleku żyją Streptococcus lactis, których metabolity zakwaszają środowisko co nie sprzyja dalszemu rozwojowi tej bakterii natomiast powoduje rozwój Lactobacillus, który żyje w mleku kwaśnym.

Metabioza czasem jest uważana za postać komensalizmu

Pyt 6

Symbioza Jest to stałe lub czasowe współżycie organizmów dwóch różnych gatunków, korzystne, a często nieodzowne dla jednego lub nawet dwóch partnerów.

Symbioza w glebie polega najczęściej na wzajemnym wykorzystywaniu produktów metabolizmu - jedne drobnoustroje mogą korzystać z produktów przygotowanych w nadmiarze przez drugie.

● Można tu przytoczyć jako przykład współdziałanie bakterii nitryfikacyjnych. Nitrosomonas utlenia amoniak do azotynów, ale duże ich nagromadzenie w środowisku glebowym byłoby toksyczne dla tej grupy. Azotyny są, więc utleniane do nietoksycznych azotanów przez grupę Nitrobacter. W przyrodzie obie te bakterie występują zawsze razem.

● Innym przykładem symbiozy mogą być porosty, będące formą współżycia międzyglonami (zielenice lub sinice) i grzybów (zwykle workowce).

Najbardziej typowe przykłady bezpośredniego współżycia roślin z bakteriami stanowią symbiozy:

● bakterioryza czyli symbioza bakterii z roślinami,

● mikoryza czyli symbioza grzybów z roślinami.

Symbioza bakterii z roślinami – bakterioryza

● Układy symbiotyczne najwyraźniej przejawiają się w ryzosferze, czyli strefie

obejmującej powierzchnię korzeni roślin i glebę do nich przylegającą.

● Symbioza polega na osiedlaniu się drobnoustrojów właśnie w systemach

korzeniowych roślin. Zarówno rośliny, jak i drobnoustroje mogą czerpać z tej

współpracy liczne korzyści.

● Najbardziej typowe przykłady takiego współżycia to symbioza bakterii

brodawkowych Rhizobium z roślinami motylkowymi.

● Bakterie symbiotyczne Rhizobium należą do najbardziej znanych organizmów

wiążących wolny azot. Rhizobium jest bakterią heterotroficzną i tlenowcem. Rozwijając

się wewnątrz rośliny otrzymuje od niej materiał energetyczny i węgiel potrzebny do

budowy własnych komórek. Asymilowany z powietrza azot bakteria z kolei udostępnia

roślinie.

● Bakterie Rhizobium mogą całymi latami przebywać w glebie bez jakiegokolwiek

kontaktu z rośliną, korzystając z prostych węglowodanów i mannitolu jako źródła C

i energii. W tych warunkach nie wykazują zdolności redukcji i wiązania azotu,

pobierają go z podłoża jako azot amonowy. Gdy jednak znajdą się w pobliżu rośliny

motylkowej, z którą są zdolne współżyć, wnikają do jej systemu korzeniowego i

formują brodawki współuczestniczące w wiązaniu azotu atmosferycznego.

● Układ symbiotyczny wytwarza się tylko przy udziale określonych rodzajów roślin

motylkowych, z odpowiadającymi im gatunkami Rhizobium.

Pyt 9

co to są antybiotyki? Antybiotyki to z definicji związki chemiczne o działaniu przeciwbakteryjnym, wytwarzane przez mikroorganizmy są to, więc związki pochodzenia naturalnego.

Antybiotyki mogą: hamować syntezę ściany komórkowej, wiązać się z błoną cytoplazmatyczną i wywoływać zmiany w jej odżywianiu się oraz funkcjach (bierna przepuszczalność), łączyć się z kwasami nukleinowymi, hamować określone procesy metaboliczne oddychanie gromadzenie aminokwasów, hamowanie syntezy białek

Leki przeciwbakteryjne należą do trzech odrębnych grup o różnym pochodzeniu:

• syntetyczne leki nazywane są tradycyjnie chemioterapeutykami - otrzymane na zasadzie całkowitej syntezy chemicznej, nie posiadające swojego odpowiednika w przyrodzie

• drugą grupę, głównie leków przeciwbakteryjnych, stanowią antybiotyki. Antybiotyki są to produkty metabolizmu drobnoustrojów – czyli substancje pochodzenia naturalnego – działające w małych stężeniach bakteriostatycznie lub bakteriobójczo na drobnoustroje. Atybiotyki są wytwarzane przez bakterie, promieniowce, grzyby niedoskonałe, rzadziej przez podstawczaki i porosty. Największe znaczenie praktyczne mają promieniowce, zwłaszcza z rodzaju Streptomyces oraz grzyby niedoskonałe z rodzajów Penicillium, Aspergillus, Cephalosporium, Fusarium i in., które dostarczają najczęściej stosowanych antybiotyków.

• trzecią, niewątpliwie najliczniejszą i ważną grupę stanowią antybiotyki półsyntetyczne, czyli są to pochodne antybiotyków naturalnych – zmodyfikowane chemicznie antybiotyki naturalne

Chemioterapeutyki przeciwbakteryjne (w szerokim znaczeniu słowa) dzielimy na:

• Antybiotyki

• Sulfonamidy

• Chinolony

• Nitrofurany

• Nitroimidazole

Mechanizmy działania chemioterapeutyków przeciwbakteryjnych

Mechanizm działania Rodzaj chemioterapeutyku przeciwbakteryjnego

Hamowanie syntezy ściany komórki bakteryjnej • antybiotyki β-laktamowe

• antybiotyki glikopeptydowe

• bacytracyna

Uszkadzanie struktury i funkcji błony cytoplazmatycznej • polimyksyny

• antybiotyki aminoglikozydowe

Hamowanie biosyntezy białek • antybiotyki aminoglikozydowe

• makrolidy

• tetracykliny

• linkozamidy

• chloramfenikol

Hamowanie syntezy kwasów nukleinowych • rifamycyny

Hamowanie syntezy kwasu foliowego • sulfonamidy

• trimetoprim

Hamowanie gyrazy DNA bakterii • chinolony

Pod względem typu działania na drobnoustroje antybiotyki dzielimy na dwie grupy:

1. Antybiotyki bakteriobójcze / bactericida:

• antybiotyki β-laktamowe

• antybiotyki aminoglikozydowe

• antybiotyki polipeptydowe

• antybiotyki glikopeptydowe

• lipopeptydy

2. Antybiotyki bakteriostatyczne / bacteriostatica:

• makrolidy

• tetracykliny

• linkozamidy

• chloramfenikol

• kwas fusydowy

Ze względu na spektrum działania przeciwbakteryjnego dzielimy antybiotyki na:

1. Antybiotyki o wąskim zakresie (spektrum) działania (wąskowachlarzowate), których działanie przeciwbakteryjne ogranicza się zwykle do bakterii Gram-dodatnich lub Gram-ujemnych:

a) działające głównie na drobnoustroje Gram-dodatnie:

• penicyliny naturalne

• penicyliny izoksazolilowe

• makrolidy

• nowobiocyna,

• linkozamidy (działają też na Gram-ujemne beztlenowce)

• antybiotyki glikopeptydowe

• ryfampicyna

• kwas fusydowy

b) działające głównie na bakterie Gram-ujemne:

• antybiotyki aminoglikozydowe (niektóre działają dodatkowo na gronkowce),

• polimyksyny

• amidynopenicyliny

• monobaktamy

2. Antybiotyki o szerokim zakresie działania – działają na dużą liczbę różnych rodzajów drobnoustrojów – zwykle na większość bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych:

• aminopenicyliny, karboksypenicyliny, ureidopenicyliny

• tetracykliny

• cefalosporyny

• karbapenemy

• chloramfenikol i tiamfenikol

I. Penicyliny

Mechanizm działania jest realizowany w 3 następujących po sobie etapach:

• przyłączenie leku do swoistych białek wiążących (PBP), które są rodzajem receptora dla leku w komórce bakterii

• zahamowanie syntezy ściany komórki bakteryjnej – odbywa się to poprzez zablokowanie enzymu transpeptydazy przez penicyliny, który to enzym uczestniczy w syntezie peptydoglikanów, które z kolei są podstawowym budulcem ściany komórkowej (głównie bakterii gramm-dodatnich a w mniejszym stopniu gramm-ujemnych)

• aktywacja enzymów autolitycznych bakterii i jej liza

Antybiotyki β-laktamowe działają tylko na te komórki, w których zachodzi synteza peptydoglikanów – tłumaczy to zadziwiająco małą toksyczność tej grupy antybiotyków dla komórek ludzi i zwierząt (brak ściany komórkowej).

Penicyliny o wąskim zakresie działania – aktywne wobec bakterii Gramm-dodatnich

1. Penicyliny naturalne

• penicyliny naturalne są obecnie otrzymywane na drodze biosyntezy z pleśni Penicilium notatum i Penicilium chrysogenum

• mają wąski zakres działania, są stosowane w zakażeniach bakteriami Gramm-dodatnimi (paciorkowce, gronkowce, pneumikoki), natomiast są aktywne tylko wobec nielicznych bakterii Gramm-ujemnych (meningokoki). Są lekami z wyboru w zakażeniach wywołanych paciorkowcem β-hemolitycznym. Wiele bakterii jest opornych na działanie penicylin naturalnych, przede wszystkim gronkowce wytwarzające penicylinazę oraz E.coli. Penicyliny naturalne są wrażliwe na działanie β-laktamaz !

Właściwości farmakologiczne:

• wąski zakres działania – tylko wobec bakterii Gramm-dodatnich, nie działają w ogóle na bakterie Gramm-ujemne

• nie są wrażliwe na działanie β-laktamaz  w związku z czym wykazują aktywność przeciwbakteryjną wobec gronkowców wytwarzających β-laktamazy

• wchłanianie penicylin izoksazolilowych z przewodu pokarmowego jest hamowane obecnością treści pokarmowej w żołądku, stąd należy je podawać na 2 godziny przed posiłkiem lub 2 godziny po nim

• podstawowym wskazaniem do ich stosowania są zakażenia gronkowcowe oporne na penicyliny naturalne

• przeciwwskazania do stosowania: uczulenie na penicyliny

Warto wspomnieć o występowaniu tzw. metycylinooporności, nazwanej tak ze względu na metycylinę, pierwszego, obecnie już niestosowanego przedstawiciela penicylinazoopornych penicylin. Metycylinooporne szczepy Staphylococcus aureus (MRSA) (czyli gronkowca złocistego) są również niewrażliwe na inne chemioterapeutyki, jak np. aminoglikozydy, tetracykliny, erytromycynę, fluorochinolony, sulfonamidy i trimetoprim. MRSA stanowią poważny problem terapeutyczny.

 Dekoktacja zabieg polegający na kilkunastominutowym działaniu na drobnoustroje wrzącą wodą lub nasycona parą wodną w normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Określenie to łączy wyjaławianie za pomocą gotowania z wyjaławianiem bieżącą nasycona parą wodną w aparacie Kocha.



 Pasteryzacja jednorazowe podgrzanie płynów do temp 62 °C przez 30 minut a następnie szybkie schłodzenie. W warunkach przemysłowych stosuję się tzw. szybką pasteryzacje podgrzewa się do temp 72 ° C przez 15 s. Proces ten niszczy tylko formy wegetatywne bakterii.



 Tyndalizacja- jest to pasteryzacja dokonywana przez 3 kolejne dni, jeden raz dzienne. Ma na celu zniszczenie zarówno form przetrwalnikowych jak i wegetatywnych. Tyndalizacji poddaje się niektóre płyny lecznicze, pożywki bakteryjne, konserwy mięsne i roślinne.

Liofilizacja

 to suszenie sublimacyjne, stosowane do produktów termolabilnych (nieodpornych na ogrzewanie)

 W procesie liofilizacji należy najpierw zamrozić suszony preparat. W laboratoriach do zamrażania preparatów stosuje się najczęściej ciekły azot. Zamrożony preparat wprowadza się do próżni (zwykle ciśnienie poniżej 10 Pa), która jest niezbędna do zapoczątkowania sublimacji rozpuszczalnika.

 Podczas liofilizacji sublimujące cząsteczki rozpuszczalnika potrzebują energii żeby przejść w stan gazowy. Pobieranie energii przez te cząsteczki powoduje obniżanie temperatury liofilizowanego preparatu, dzięki temu liofilizację można prowadzać długo, a preparat nie rozmarza. Do liofilizowanego preparatu należy dostarczać w sposób kontrolowany ciepło podtrzymujące sublimację. Jeśli masa liofilizowanego preparatu jest niewielka, często wystarcza ciepło samoistnie przekazywane przez ścianki naczyń. Podczas liofilizacji należy także usuwać (np. wymrażać) powstające opary rozpuszczalnika.

Aparat Kocha - kocioł o podwójnym dnie, zamknięty pokrywą. Służy do przeprowadzania procesu pasteryzacji, tyndalizacji lub dezynfekcji za pomocą pary wodnej przy normalnym ciśnieniu w temperaturze 100 °C. Źródłem pary jest woda znajdująca się na dnie kotła, podgrzewana przez system grzewczy.

Zasada działania

Temperaturę kąpieli wodnej ogranicza temperatura wrzenia wody, przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym wynosząca 100 °C. Zwiększenie ciśnienia umożliwia osiągnięcie wyższej temperatury. W zamkniętym naczyniu, jakim jest autoklaw, w trakcie jego podgrzewania wzrasta ciśnienie, głównie w wyniku parowania wody. Ciśnienie w autoklawie jest ograniczane automatycznym zaworem ciśnieniowym. Zastosowanie autoklawu umożliwia osiągnięcie znacznie większej temperatury.

Budowa

Autoklaw składa się zazwyczaj z następujących elementów:

• naczynia głównego o grubych ściankach, zdolnych wytrzymywać wysokie ciśnienie,

• pokrywy o równie grubych ściankach, posiadająca kryzę zamykaną na śruby, co tworzy mocne i szczelne połączenie,

• manometru pokazującego panujące wewnątrz nadciśnienie,

• termometru pokazującego panującą wewnątrz temperaturę,

• zaworu ciśnieniowego, pełniącego rolę zabezpieczenia przed rozerwaniem gdyby wewnątrz autoklawu powstało zbyt wysokie ciśnienie.

• Aktywność wody: - możliwość przejawiania funkcji życiowych przy dostępie wody. Większość drobnoustrojów namnaża się w zakresie aktywności 0,95-0.99 jest to optimum przy którym szybkość wzrostu jest największa. Obniżenie aktywności możemy uzyskać dodając NaCl, glukozę, sacharozę lub przez odwodnienie.

Obniżenie aktywności prowadzi do zahamowania ich wzrostu w środowisku. Proces wysychania prowadzi do denaturacji białek. Gronkowce mają zdolność do wzrostu przy najniższej aktywności wynoszącej 0.85.

Grupa drobnoustrojów Minimalna aw

bakterie 0,91

drożdże 0,88

pleśnie 0,8 (0,6)

bakterie halofilne 0,75

drożdże osmofilne 0,6