20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

83
03.12.2014. Mikrobioloģijas un biot ehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš 1 Bioloģijas laboratorijas Bioloģijas laboratorijas eksperimenta veidošanas eksperimenta veidošanas un demonstrēšanas un demonstrēšanas metodika metodika . . Sadaļa Sadaļa : : "Mikrobioloģija un "Mikrobioloģija un biotehnoloģija". biotehnoloģija". 2014./2015. mācību gada 2. semestris

Upload: verdad

Post on 08-Jan-2016

87 views

Category:

Documents


5 download

DESCRIPTION

Bioloģijas laboratorijas eksperimenta veidošanas un demonstrēšanas metodika . Sadaļa : "Mikrobioloģija un biotehnoloģija". 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris. Mikroorganismu un to dzīves vides daudzveidība. 1-2 . lekcija. Literatūra. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

1

Bioloģijas laboratorijas Bioloģijas laboratorijas eksperimenta veidošanas un eksperimenta veidošanas un demonstrēšanas metodikademonstrēšanas metodika..

SadaļaSadaļa:: "Mikrobioloģija un "Mikrobioloģija un

biotehnoloģija".biotehnoloģija".

2014./2015. mācību gada 2. semestris

Page 2: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

2

Mikroorganismu un to dzīves Mikroorganismu un to dzīves vides daudzveidība.vides daudzveidība.

1-2. lekcija

Page 3: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

3

LiteratūraLiteratūra

• Lekciju konspekti - http://priede.bf.lu.lv/grozs/Mikrobiologijas/Maris/Biol_lab_eksperimenta_veid_un_demonstr_metodika/

• Jebkura mikrobioloģijas / biotehnoloģijas grāmata,

• e - resursi.

Page 4: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

4

MikrobioloģijaMikrobioloģija

Zinātnes nozare, kas apraksta un pēta mikroorganismus.

Apzīmējums veidots no grieķu valodas vārdiem: mikros – mazs

bios – dzīve

logos – mācība

Page 5: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

5

MikrobioloģijaMikrobioloģija

Vīrusi

Page 6: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

6

Galvenie pētījumu objekti:

- baktērijas (bakterioloģija),

- rauga un pelējuma sēnes (mikoloģija),

- vīrusi (virusoloģija).

Mikrobioloģija nenodarbojas ar:

- eikariotiem piederošām mikroskopiskām aļģēm un vienšūnas dzīvniekiem (amēbas u.c.),

- mikroskopiskām ērcēm u.c.

MikrobioloģijaMikrobioloģija

Page 7: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

7

BiotehnoloģijaBiotehnoloģija

Zinātnes nozare, kas izmanto dzīvības procesus, lai iegūtu noteiktus produktus, savienojumus vai to pārvērtības.

Apzīmējums veidots no grieķu valodas vārdiem:

bios – dzīve

techne – māksla, meistarība

logos – mācība

Page 8: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

8

Fizioloģija Citoloģija Molekulārā

Ģenētika Selekcija Histoloģija bioloģija

Biotehnoloģija

Vakcīnas Pārtika Ķimikālijas

Medikamenti Mājlopi Enzīmi

Diagnostika Kultūraugi Vides attīrīšana

Biomasa

Page 9: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

9

BiotehnoloģijaBiotehnoloģija

Galvenie pētījumu un darbības objekti:

- rūgšanas procesi,

- pārtikas produktu pārveidošana ar mikroorganismu

(arī enzīmu) palīdzību,

- vides biotehnoloģija,

- biomasas iegūšana,

- noteiktu savienojumu izdalīšana no biomasas, dzīvās un nedzīvās dabas objektiem vai produktiem,

- kaitēkļu un slimību apkarošana.

Page 10: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

10

BiotehnoloģijaBiotehnoloģija

Pēdējā laikā pieskaita arī:

- dažādas molekulārās diagnosticēšanas metodes, un tām nepieciešamo reaģentu ieguvi,

- organismu ģenētisko modificēšanu un ar to saistītās metodes kā arī tehnoloģijas, kurās izmanto ģenētiski modificētos organismus.

Page 11: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

11

Page 12: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

12

Mikroorganismu morfoloģijaMikroorganismu morfoloģija

gr. morphe – forma, veids.

Apraksta organismu uzbūvi no ārpuses.

Mikroorganismu galvenās morfoloģiskās pazīmes ir šūnu forma un savstarpējais novietojums.

Page 13: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

13

Mikroorganismu morfoloģijaMikroorganismu morfoloģija

Baktēriju izmēri:

- parasti 1 µm - 10 µm (0,001 mm - 0,01 mm);

- mazākie pārstāvji - sākot no 0,2µm,

- lielākie - līdz 1000 µm (1,0 mm)

lielākā zināmā baktērija

Thiomargarita namibiensis

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Thiomargarita

Page 14: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

14

Mikroorganismu morfoloģijaMikroorganismu morfoloģija

Baktērijas - parasti 1 µm - 10 µm

Eikariotu šūnas ir aptuveni 10x lielākas

to vidējais izmērs ~ 25 (10 - 100) µm

lielākas ir augu šūnas - līdz 100 µm

šūnas kodola diametrs ~ 5 µm

cilvēka eritrocīta diametrs - 6 - 8 µm

Page 15: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

15

Mikroorganismu morfoloģijaMikroorganismu morfoloģija

Baktērijas - parasti 1 µm - 10 µm

- maizes rauga (Saccharomyces cerevisiae)

šūnas izmēri parasti 5 - 10 µm

- mikroskopisko daudzšūnu sēņu hifu

diametrs 2 - 10 µm,

garums nereti - vairāki centimetri, bet tās uzskatamas par daudzšūnu veidojumu.

Page 16: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

16

Mikroorganismu morfoloģijaMikroorganismu morfoloģija

Vairumam baktēriju šūnu ir sfēriska, cilindriska vai spirāles forma.

Šūnas var

- atrasties atsevišķi pa vienai vai arī būt

- sakopotas pa vairākām - noteikta veida grupās vai pavedienos.

Page 17: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

17

Mikroorganismu morfoloģijaMikroorganismu morfoloģija

Pēc morfoloģiskajām pazīmēm tiek izdalīti vairāki baktēriju veidi:

koki, nūjiņas, spirillas, vibrioni.

Daži autori papildus vēl izdala:

toroīdus,

baktērijas ar izaugumiem (prostēkām),

tārpveida baktērijas,

sešstūrainas zvaigznes formas baktērijas.

Page 18: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

18

KokiKoki

gr. kokkos – grauds.

Sfēriskas formas mikroorganismi.

Page 19: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

19

KokiKoki

Atsevišķu koku šūnu diametrs ir aptuveni 1µm.

Ja sfēriskās šūnas ārpus dalīšanās (vairošanās) procesa sastopamas pa vienai, baktērijas sauc par mikrokokiem (monokokiem).

Page 20: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

20

KokiKoki

Ir koki, kuru šūnu dalīšanās notiek vienā plaknē.

Ja pēc šādas dalīšanās šūnas paliek kopā, veidojas šūnu pāri vai šūnu virknes.

Pa pāriem esošus kokus sauc par diplokokiem.

Page 21: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

21

KokiKoki

Ja koki veido garākas šūnu virknes, tos sauc par streptokokiem.

gr. streptos – ķēdīte.

Page 22: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

22

KokiKoki

Ja koku šūnas vienmērīgi dalās trijās plaknēs un pēc dalīšanās paliek kopā, veidojas regulāras formas vai sfēriski šūnu kopojumi.

Šādus veidojumus sauc par sarcīnām.

Page 23: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

23

KokiKoki

Ja koku dalīšanās notiek trijās plaknēs, taču nevienmērīgi, tad rodas neregulāras formas šūnu sakopojumi, kurus sauc par stafilokokiem.

gr. staphyle – vīnogu ķekars.

Page 24: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

24

NūjiņasNūjiņas

Daudzām baktērijām ir

cilindriska forma.

Šādas baktērijas sauc

par nūjiņām.

Page 25: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

25

NūjiņasNūjiņas

Nūjiņu garuma un platuma attiecība var stipri variēt, īsās nūjiņas dažkārt ir grūti atšķirt no kokiem.

Mainība bieži atkarīga no

vides, augšanas apstākļiem

un šūnas vecuma.

Nūjiņu izmēri aptuveni

0,5 x 10 µm.

Page 26: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

26

Garās nūjiņasGarās nūjiņas

Garās nūjiņveida baktēriju šūnas nereti ir saliekušās vai sagriezušās spirālē.

Spirālē sagrieztos

mikroorganismus

var raksturot ar

vijumu skaitu

spirālē.

Page 27: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

27

SpirillasSpirillas

Ja spirālei ir viens vai vairāki vijumi, baktērijas sauc par spirillām.

Spirillu šūnu platums līdzīgs

nūjiņām, bet garums var

sasniegt pat 100 µm.

Page 28: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

28

VibrioniVibrioni

Ja spirālei ir ne-

pilns vijums, bak-

tērijas sauc par

vibrioniem un

tie izskatās pēc

saliektām

nūjiņām.

Page 29: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

29

ToroīdiToroīdi

Atsevišķām baktērijām raksturīga vaļēja vai slēgta gredzena forma.

Šādas šūnas sauc par toroīdiem.

Page 30: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

30

Sporulējošās baktērijasSporulējošās baktērijas

Zināmas baktērijas, kuras nelabvēlīgu apstākļu pārciešanai veido sporas (sporulējošās baktērijas).

Sporu veidošanas

laikā parastā baktē-

rijas forma var būt

izmainīta.

Page 31: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

31

BBaktērijasaktērijas

Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc:

• šūnas ultrastruktūrām,• šūnai raksturīgām metabolisma pazīmēm,• šūnas ķīmiskā sastāva (DNS, lipīdi, pigmenti),• šūnas antigēnu rakstura (imunoloģiski noteiktie

serotipi).

Page 32: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

32

BBaktērijasaktērijasPapildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc:

• šūnas ultrastruktūrām,

- membrānu veidojumi, ieslēgumi,

- šūnapvalka uzbūves īpatnībām,

piemēram, gram-pozitīvās, gram-negatīvās baktērijas, izmantojot specifisku, zinātnieka Kristiana Grama (1843-1938) izveidotu baktēriju iekrāsošanas metodi.

Page 33: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

33

Krāsošana ar Grama metodiKrāsošana ar Grama metodi

Grama metodei pamatā ir ārsta Paula Erliha ieviestā mikroorganismu krāsošana ar anilīna grupas krāsvielu - genciānvioleto (kristālvioleto).

Grams pamanīja, ka:

- šī krāsviela kopā ar joda - kālija jodīta šķīdumu

ūdenī kļūst nešķīstoša.

Page 34: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

34

Krāsošana ar Grama metodiKrāsošana ar Grama metodi

Grams pamanīja, ka:

ir baktērijas, kuras pēc tam ar etanolu

- var atkrāsot (gram-negatīvās),

un ir tādas, kuras

- nevar atkrāsot. (gram-pozitīvās).

Mūsdienās šī metode uzlabota, lietojot gram negatīvo baktēriju papildus iekrāsošanu ar citu krāsvielu (safranīnu-O, fuksīnu).

Page 35: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

35

Krāsošana ar Grama metodiKrāsošana ar Grama metodi

Gram-pozitīvas un Gram-negatīvas

baktērijas

Page 36: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

36

Krāsošana ar Grama metodiKrāsošana ar Grama metodi

Gram negatīvo

un Gram pozi-

tīvo baktēriju

maisījums.

Page 37: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

37

Krāsošana ar Grama metodiKrāsošana ar Grama metodi

Gram pozitīvo baktēriju šunapvalkā ietilpst biezs

peptidoglikānu slānis, kas neļauj violeto krāsvielu atmazgāt.

Lipopolisaharīdi

Peptidoglikāni

Lipoproteīni

Plazmatiskā

membrāna

Page 38: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

38

BBaktērijasaktērijasPapildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc:

šūnai raksturīgām metabolisma pazīmēm:• mikroorganismus audzējot dažādus savienojumus

saturošās barotnēs:

- glikozi saturošā,

- laktozi saturošā,

- maltozi saturošā utt.

Page 39: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

39

BBaktērijasaktērijas

Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc:

šūnai raksturīgām metabolisma pazīmēm:• mikroorganismu kultūrā pārbaudot noteiktu

enzīmu klātbūtni:

- katalāzi,

- koagulāzi,

- ureāzi u.c.

Page 40: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

40

BBaktērijasaktērijasPapildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc:

šūnas ķīmiskā sastāva:

- noteiktu ķīmisko elementu daudzums, attiecības šūnās,

- šūnām raksturīgā lipīdu, taukskābju spektra,

- noteiktu pigmentu klātbūtnes šūnās,

- pēc DNS:

- G+C saturs,

- 16S ribosomālās RNS (rRNS) gēna

nukleotīdu secības.

Page 41: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

41

BBaktērijasaktērijasPapildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc:

šūnām raksturīgo antigēnu klātbūtnes

- imunoloģiskie serotipi, kurus nosaka ar noteiktu antivielu palīdzību un tie ļauj atšķirt arī vienas baktēriju sugas dažādas līnijas, raksturot to iespējamo patogenitāti.

Page 42: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

42

3 dzīvās dabas domēni3 dzīvās dabas domēni

Eikarioti

(Eukaryota)

Īstās Baktērijas(eibaktērijas)

(Bacteria)

Arheji(arhebaktērijas)

(Archaea)

Prokarioti

Page 43: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

43

3 dzīvās dabas domēni3 dzīvās dabas domēni

Lai uzsvērtu, ka starp prokariotiem ir divas visai atšķirīgas organismu grupas, tagad visi dzīvie organismi tiek grupēti 3 domēnos:

- baktērijas,

- arheji un

- eikarioti.

Taču nereti vēl sastopams arī agrākās sistēmas lietojums, kurā visi prokarioti tiek apzīmēti par baktērijām.

Page 44: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

44

3 dzīvās dabas domēni3 dzīvās dabas domēni

Pamatojumi prokariotu dalīšanai divās grupās radās 1977. gadā, kad, pētot un salīdzinot mikroorganismu 16S rRNS gēnu DNS sekvences, tās grupējās divās visai atšķirīgās grupās.

16S rRNS ir RNS molekula, kas piedalās ribosomas struktūras veidošanā.

Tā kā ribosomu RNS gēni ir pārstāvēti visos dzīvajos organismos un tiem visiem saglabājusies diezgan liela līdzība, tie tiek plaši lietoti organismu un to radniecības raksturošanai.

Page 45: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

45

RibosomasRibosomas

Ribosomas ir RNS un proteīnu veidojumi, kas organizē un katalizē proteīnu biosintēzi (translācijas procesu).

Katru ribosomu veido divas subvienības - lielā un mazā.

Pēc uzbūves un darbības principa prokariotu un eikariotu ribosomas ir visai līdzīgas, taču pēc izmēriem tās atšķiras. Prokariotu ribosomas ir mazākas.

Page 46: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

46

RibosomasRibosomas

Prokariotu ribosomas apjoms ir 70S un to veido viena 30S (mazā) un viena 50S (lielā) subvienība.

(S - Svedberga vienība, ko izmanto molekulāro struktūru izmēru raksturošanai ar ultracentrifugācijas palīdzību).

Prokariotu ribosomas mazo (30S) subvienību veido 16S rRNS molekula un 21 proteīnu molekula.

Page 47: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

47

RibosomasRibosomas

Eikariotu šūnu citoplazmā atrodamās ribosomas ir lielākas (80S), tāpat kā abas to veidojošās subvienības - 40S un 60S.

Eikariotu ribosomu mazo subvienību veido 18S rRNS un 33 proteīnu molekulas.

Eikariotu šūnu organellās (hloroplastos, mitohondrijās) arī atrodamas ribosomas, taču tās pēc saviem izmēriem (70S) un struktūras vairāk līdzīgas prokariotu ribosomām.

Page 48: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

48

DaudzveidībaDaudzveidība

Īstās Baktērijas Arheji

Patlaban oficiāli atzīts ap 9 300 sugu

Prognozē, ka patiesais sugu skaits varētu būt

107 - 109 sugu.

Sistemātiku apgrūtina baktēriju salīdzinoši lielā mainība un spēja apmainīties ar DNS.

Page 49: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

49

DaudzskaitlībaDaudzskaitlība Aptuvenas aplēses rāda, ka:

- 1 g augsnes ir ap 40 000 000 baktēriju,

- 1 ml saldūdens ir ap 1 000 000 baktēriju,

- cilvēku apdzīvo 10 reizes vairāk baktēriju, nekā pašam cilvēkam organismā šūnu,

- uz zemes baktēriju veidotā biomasa ir lielāka nekā visu augu un dzīvnieku kopīgi veidotā biomasa.

Page 50: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

50

IzplatībaIzplatība

Prokariotu pārstāvji spējuši pielāgoties praktiski visiem vides apstākļiem, kādi vien uz Zemes sastopami un, kuros pieejams ūdens šķidrā agregātstāvoklī, neatkarīgi no:

- skābekļa pieejamības,

- sāļu koncentrācijas,

- vides temperatūras u.c. parametriem.

Page 51: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

51

IzplatībaIzplatība

Baktērijas, kuras pielāgojušās dzīviem organismiem neraksturīgiem apstākļiem sauc par ekstremofīlām baktērijām.

Pretstats ekstremofīliem ir mezofīlie organismi, kuri var dzīvot un izdzīvot mums pierastos apstākļos.

Vairums ekstremofīlo prokariotu sastopams starp arhejiem, taču tādi atrodami arī starp īstajām baktērijām.

Page 52: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

52

TemperatūraTemperatūraAttiecībā uz mikroorganismus prasībām pret vides temperatūru, tos iedala:

psihrofilos (gr. psychria – aukstums; + gr. phileo – mīlu)

Optimālā augšanas temperatūra tiem ir ap 15Co vai mazāka;

mezofīlajiem (gr. mesos – vidējais; + gr. phileo – mīlu)

vislabāk tīk 20 – 45 Co temperatūra;

termofīlajiem (gr. thermos – silts; + gr. phileo – mīlu)

optimālā augšanas temperatūra ir 45 – 55 Co vai vairāk (ekstrēmi termofīli, hipertermofili - virs 55 Co).

Page 53: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

53

TemperatūraTemperatūra

Temperatūra Co

šūnas membrānu sasalšana

Aug

šana

s āt

rum

s

Optimāli apstākļi

proteīnu denaturēšanās,

membrānu nestabilitāte

Page 54: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

54

TemperatūraTemperatūra

Temperatūra Co

Aug

šana

s āt

rum

s

Psihrofīli Mezofīli Termofīli

20-30 Co

Page 55: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

55

Psihrofīlie organismiPsihrofīlie organismi

Daži mikroorganismi spēj uzņemt

pārdzesētu ūdeni pat –20 Co

temperatūrā.

Page 56: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

56

Psihrofīlie organismiPsihrofīlie organismi

Tādi mikroorganismi, kuri aug un vairojās ledainajos Arktikas un Antarktikas ūdeņos vai mūsu mājās esošajos ledusskapjos aptuveni 0Co temperatūrā, jau ir krietni vairāk.

Psihrofīlo baktēriju galvenais pielāgojums dzīvei zemās temperatūrās ir liels nepiesātināto taukskābju daudzums plazmatiskajās membrānās.

Page 57: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

57

Psihrofīlie organismiPsihrofīlie organismi

Vairākām psihrofīlajām baktērijām membrānās dominē polinepiesātinātās taukskābes, kuras prokariotiem nav raksturīgas.

Page 58: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

58

Psihrofīlie organismiPsihrofīlie organismi

Taukskābju piesātinātības pakāpe ir tieši saistīta ar to kušanas vai sasalšanas temperatūru:

– jo vairāk dubultsaišu, jo zemāka sasalšanas temperatūra.

Parastās temperatūrās polinepiesātinātās taukskābes destabilizē membrānu struktūru.

Page 59: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

59

Psihrofīlie organismiPsihrofīlie organismi

Normāli var funkcionēt plazmatiskā membrāna, kurā lipīdi nav ne ”sasaluši” ne "pārāk šķidri".

Page 60: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

60

Psihrofīlie organismiPsihrofīlie organismi

Tāpat psihrofīlu šūnās esošie enzīmi pielāgoti darbībai zemās temperatūrās.

Var izdalīt arī psihrotropus (gr. psychria – aukstums; + gr. tropos – pagrieziens, virziens),

- tie vislabāk jūtas mezofīliem raksturīgajās temperatūrās, bet var augt un vairoties arī zemās temperatūrās (ap 0 Co).

Šādi mikroorganismi visbiežāk vainojami pārtikas produktu bojāšanā.

Tie inficējuši pārtiku un sākuši vairoties istabas temperatūrā, bet pēc produkta ievietošanas ledusskapī turpina savu vairošanos, tiesa gan krietni lēnāk.

Page 61: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

61

Psihrofīlie organismiPsihrofīlie organismi

Augstāko dzīvnieku, arī cilvēka organisms polinepiesātinātās taukskābes sintezē ierobežoti, taču organismam tās nepieciešamas - tādēļ tās jāuzņem ar uzturu.

Ķīmiskās sintēzes ceļā polinepiesātināto taukskābju ieguve padodas grūti - parasti sanāk dažādu izomēru maisījums (arī dabas produktiem neraksturīgas trans- taukskābes).

Psihrofīlās baktērijas tiek pētītas kā biotehnoloģiskā ražošanas ciklā izmantojami organismi uzturpiedevu - polinepiesātināto taukskābju veidotāji.

Page 62: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

62

cis- un trans- izomēricis- un trans- izomēri

cis - izomērs

C

H

R1

C

H

R2

C

H

R1

C

H

R2

trans - izomērs

parasti dabā sastopamie izomēri ar tendenci palielināt LDL (maza blīvuma lipoproteīnu)

holesterola daudzumu asinīs

Taukskābes, citi nepiesātināto ogļūdeņražu atvasinājumi:

Page 63: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

63

Asinsvadu problēmasAsinsvadu problēmas

Holesterīns vai holesterols ir normāla cilvēka šūnas uzbūves elementu un metabolisma sastāvdaļa.

Pārmērīgas holesterola uzņemšanas un/vai tā metabolisma traucējumu gadījumā, holesterols var uzkrāties asinsvadu sieniņās, veidojot arteriosklerotiskās pangas.

Tās sašaurina asinsvadu iekšējo diametru un traucē asinsriti.

Arteriosklerotiskās pangas plīsuma gadījumā asinsvads var tikt pilnībā aizšķērsots, ļoti nopietni traucējot noteiktu orgānu apasiņošanu.

Page 64: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

64

Page 65: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

65

Asinsvadu problēmasAsinsvadu problēmas

Holesterols, tāpat kā citi lipīdi

cilvēka organismā tiek pārnēsāts lipoproteīnu kompleksos.

•Arteriosklerozes attīstības riska nozīmīgs faktors ir holesterola atrašanās maza blīvuma lipoproteīnu kompleksos LDL (Low-density lipoprotein), [LDL holesterols].

•Holesterola atrašanās liela blīvuma lipoproteīnu kompleksos [HDL (high-density lipoprotein)] mazina arteriosklerozes risku.

•Eļļu rūpnieciskās hidrogenēšanas vai nepiesātināto ogļūdeņražu ķīmiskās sintēzes fona blakus produkts - dabā neesošas trans-taukskābes veicina holesterola uzkrāšanos LDL kompleksos.

Page 66: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

66

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

1966. gadā profesors Tomass Broks (Thomas Brock) izdarīja pārsteidzošu atklājumu -

Jelovsonas nacionālā parka karstajos avotos,

tikpat kā verdošā

ūdenī ne tikai

izdzīvo, bet arī

netraucēti aug un

vairojas baktērijas.

Page 67: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

67

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

Pie katra avota var vērot zonas, kurās sakopojušies

noteikta veida

mikroorganismi,

atbilstoši savām

prasībām pret

vides tempera-

tūru un citiem

faktoriem.

Page 68: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

68

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

Page 69: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

69

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

Daudzi no termofīlajiem mikroorganismiem satur pigmentus.

Fotosintezējošās

ciānbaktērijas virsmu

iekrāso zili-zaļu.

Page 70: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

70

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

Sārtaļģes un purpurbaktērijas – sarkanīgu,

Dažu arhebaktēriju karotinoīdi – dzeltenu vai brūnu.

Page 71: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

71

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

Vēlāk, okeānu dzīlēs pie vulkāniskajām atverēm tika atrastas baktērijas, kuras pielāgojušās dzīvei 115oC temperatūrā.

Termofīlo organismu ģenētisko materiālu bieži veido DNS ar palielinātu G+C saturu, lai izvairītos no DNS denaturēšanās, taču ir zināmi arī citi pielāgojumi.

Page 72: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

72

Page 73: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

73

Heterociklisko bHeterociklisko bāzu komplementaritāteāzu komplementaritāte

Adenīns (A) Timīns (T)

Guanīns (G) Citidīns (C)

G/C nukleotīdu pāris turas

kopā ar 3 ūdeņraža saišu palīdzību,

tādēļ G+C bagāti divpavedienu DNS posmi grūtāk denaturējās.

Page 74: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

74

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

Šo organismu proteīni dažādos veidos tiek modificēti, kā rezultātā tie ir izturīgi augstās temperatūrās.

Lai saglabātu plazmatisko membrānu normālu funkcionēšanu lielā temperatūrā, tās veido piesātinātas taukskābes.

Hipertermofīlu membrānas neveido taukskābju esteri, bet gan fitāni – zarotas, terpēniem piederošas molekulas.

Page 75: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

75

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

No Thermus aquaticus un Thermococcus litoralis iegūst termostabilu DNS polimerāzi PCR veikšanai.

Bacillus stearothermophilus audzē komerciāli, lai no tā iegūtu enzīmus bio-aktīvajiem mazgāšanas līdzekļiem, lietošanai palielinātā temperatūrā.

Page 76: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

76

Termofīlie organismiTermofīlie organismi

Termofīlos mikroorganismus var iedalīt divās grupās:

- ģeotermālās vides apdzīvotāji un

- ”pašsilstošas” vides iemītnieki

– komposta mikroorganismi.

Page 77: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

77

KompostsKomposts

Tipiska kompostēšanas sākuma stadijā notiek strauja dažādu mezofīlo mikroorganismu augšana un vairošanās.

Tie ātri izmanto vieglāk

pieejamos ogļhidrātus un

aminoskābes, ar savām

metaboliskajām reakcijām

uzsildot vidi līdz pašiem

vairs nepieņemamai temperatūrai.

Page 78: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

78

KompostsKomposts

Nākošajā stadijā sāk vairoties dažas termofīlas sēnes (Rhizomucor pusillus) un baktērijas (Bacillus stearothermophilus),

dažu dienu laikā vides temperatūru palielinot līdz 70-80oC.

Šajā laikā tiek nomākti tikpat kā visi mezofīlie mikroorganismi.

Page 79: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

79

KompostsKomposts

1-2 nedēļu laikā pamatā vairojas tikai termofīlie mikroorganismi (sēnes Chaetomium thermophile, Humicola insolens, Humicola lanuginosus, Thermoascus aurantiacus, Aspergillus fumigatus), uzturot vidē 40-60oC temperatūru.

Šajā laikā tiek noārdīta lielākā daļa biezo augu šūnu šūnapvalku, kurus veido celuloze un hemiceluloze.

Page 80: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

80

KompostsKomposts

Beigu stadijā kompostu atkal apdzīvo mezofīlie organismi, taču process ir lēns, jo vigli izmantojamo barības vielu resursi jau ir izsīkuši.

Page 81: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

81

KompostsKomposts

Mūsdienās komposta veidošana ir nozīmīgs biotehnoloģijas virziens, kurš rūpējas par vides tīrību.

Page 82: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

82

Ekstremofīlie organismiEkstremofīlie organismi

Izdala dažādas eksremofīlu grupas:• Acidofīlie organismi - skābs;• Alkalofīlie organismi - sārmains; • Halofīlie organismi - liela sāļu konc. (> 3% NaCl); • Osmofīlie organismi - liela org. vielu (cukuru) konc.; • Metalotolerantie organismi - daudz smago metālu; • Barofīlie organismi - liels spiediens (20-1100 atm.);• Radiorezistentie organismi - liela radioaktivitāte;• Kserofīlie organismi - izteikti sausu vietu

apdzīvotāji;• u.c..

Page 83: 20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

03.12.2014. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

83http://tostir.wordpress.com/2011/08/26/meditations-on-orange-or-the-loving-nature-of-extremophiles/