Informace

1.3: Typy mikroorganismů - biologie


Učební cíle

  • Uveďte seznam různých typů mikroorganismů a popište jejich definující charakteristiky
  • Uveďte příklady různých typů buněčných a virových mikroorganismů a infekčních agens
  • Popište podobnosti a rozdíly mezi archea a bakteriemi
  • Poskytněte přehled v oblasti mikrobiologie

Většina mikrobů je jednobuněčných a dostatečně malých na to, aby byly vidět umělé zvětšení. Existují však některé jednobuněčné mikroby, které jsou viditelné pouhým okem, a některé mnohobuněčné organismy, které jsou mikroskopické. Objekt musí měřit asi 100 mikrometrů (µm), aby byl viditelný bez mikroskopu, ale většina mikroorganismů je mnohonásobně menší. Z určité perspektivy vezměte v úvahu, že typická zvířecí buňka měří zhruba 10 µm napříč, ale je stále mikroskopická. Bakteriální buňky mají obvykle asi 1 µm a viry mohou být 10krát menší než bakterie (obrázek ( PageIndex {1} )). Jednotky délky používané v mikrobiologii najdete v tabulce ( PageIndex {1} ).

Obrázek ( PageIndex {1} ): Jednotky délky běžně používané v mikrobiologii
Metrická jednotkaVýznam předponyMetrický ekvivalent
metr (m)1 m = 100 m
decimetr (dm)1/101 dm = 0,1 m = 10−1 m
centimetr (cm)1/1001 cm = 0,01 m = 10-2 m
milimetr (mm)1/10001 mm = 0,001 m = 10−3 m
mikrometr (μm)1/1,000,0001 μm = 0,000001 m = 10−6 m
nanometr (nm)1/1,000,000,0001 nm = 0,000000001 m = 10−9 m

Mikroorganismy se od sebe liší nejen velikostí, ale také strukturou, stanovištěm, metabolismem a mnoha dalšími charakteristikami. Zatímco o mikroorganismech obvykle uvažujeme jako o jednobuněčných, existuje také mnoho mnohobuněčných organismů, které jsou příliš malé na to, aby je bylo možné vidět bez mikroskopu. Některé mikroby, například viry, jsou dokonce acelulární (nejsou složeny z buněk).

Mikroorganismy se nacházejí v každé ze tří oblastí života: Archaea, Bacteria a Eukarya. Mikroby v doménách Bakterie a Archaea jsou všechny prokaryoty (jejich buňkám chybí jádro), zatímco mikrobi v doméně Eukarya jsou eukaryoty (jejich buňky mají jádro). Některé mikroorganismy, jako jsou viry, nespadají do žádné ze tří oblastí života. V této části krátce představíme každou ze širokých skupin mikrobů. Pozdější kapitoly pojdou hlouběji o různých druzích v každé skupině.

Prokaryotické mikroorganismy

Bakterie se nacházejí téměř v každém biotopu na Zemi, včetně lidí i uvnitř. Většina bakterií je neškodná nebo užitečná, ale některé jsou patogeny způsobující onemocnění u lidí a jiných zvířat. Bakterie jsou prokaryotické, protože jejich genetický materiál (DNA) není uložen ve skutečném jádru. Většina bakterií má buněčné stěny, které obsahují peptidoglykan.

Bakterie jsou často popisovány z hlediska jejich obecného tvaru. Mezi běžné tvary patří kulovitý (coccus), tyčinkovitý (bacillus) nebo zakřivený (spirillum, spirochete nebo vibrio). Obrázek ( PageIndex {2} ) ukazuje příklady těchto tvarů.

Mají širokou škálu metabolických schopností a mohou růst v různých prostředích pomocí různých kombinací živin. Některé bakterie jsou fotosyntetické, například kyslíkové sinice a anoxygenní zelené síry a zelené nesírové bakterie; tyto bakterie využívají energii získanou ze slunečního světla a fixují oxid uhličitý pro růst. Jiné druhy bakterií jsou nefotosyntetické a získávají energii z organických nebo anorganických sloučenin ve svém prostředí.

Archaea jsou také jednobuněčné prokaryotické organismy. Archaea a bakterie mají odlišnou evoluční historii, stejně jako významné rozdíly v genetice, metabolických cestách a složení jejich buněčných stěn a membrán. Na rozdíl od většiny bakterií archaeální buněčné stěny neobsahují peptidoglykan, ale jejich buněčné stěny jsou často složeny z podobné látky zvané pseudopeptidoglycan. Stejně jako bakterie se archea nacházejí téměř v každém biotopu na Zemi, dokonce i v extrémních prostředích, která jsou velmi chladná, velmi horká, velmi zásaditá nebo velmi kyselá (obrázek ( PageIndex {3} )). Některé archea žijí v lidském těle, ale žádný nebyl prokázán jako lidský patogen.

Cvičení ( PageIndex {1} )

  1. Jaké jsou dva hlavní typy prokaryotických organismů?
  2. Pojmenujte některé z definujících charakteristik každého typu.

Eukaryotické mikroorganismy

Doména Eukarya obsahuje všechny eukaryoty, včetně jednobuněčných nebo mnohobuněčných eukaryot, jako jsou protisty, houby, rostliny a zvířata. Hlavní charakteristickou vlastností eukaryot je, že jejich buňky obsahují jádro.

Protisté

Protists jsou jednobuněčné eukaryoty, které nejsou rostlinami, zvířaty ani houbami. Řasy a prvoci jsou příklady prvoků.

Řasy (singulární: řasy) jsou rostlinné protisty, které mohou být buď jednobuněčné nebo mnohobuněčné (obrázek ( PageIndex {4} )). Jejich buňky jsou obklopeny buněčnými stěnami z celulózy, což je druh sacharidů. Řasy jsou fotosyntetické organismy, které extrahují energii ze slunce a uvolňují kyslík a sacharidy do svého prostředí. Protože jiné organismy mohou využívat své odpadní produkty k výrobě energie, jsou řasy důležitou součástí mnoha ekosystémů. Mnoho spotřebních výrobků obsahuje přísady odvozené z řas, jako je karagenan nebo kyselina alginová, které se nacházejí v některých značkách zmrzliny, dresinků do salátů, nápojů, rtěnek a zubních past. V mikrobiologické laboratoři hraje prominentní roli také derivát řas. Agar, gel získaný z řas, lze smíchat s různými živinami a použít k pěstování mikroorganismů v Petriho misce. Řasy se také vyvíjejí jako možný zdroj biopaliv.

Prvoky (singulární: prvoci) jsou prvoky, které tvoří páteř mnoha potravních sítí poskytováním živin pro jiné organismy. Prvoci jsou velmi rozmanití. Některé prvoci se pohybují pomocí vlasových struktur nazývaných řasinky nebo bičíkovitých struktur nazývaných bičíky. Jiní rozšiřují část své buněčné membrány a cytoplazmy, aby se pohnuli vpřed. Tato cytoplazmatická rozšíření se nazývají pseudopodi („falešné nohy“). Některé prvoky jsou fotosyntetické; ostatní se živí organickým materiálem. Někteří žijí volně, zatímco jiní parazitují a přežijí pouze extrakcí živin z hostitelského organismu. Většina prvoků je neškodných, ale některé jsou patogeny, které mohou způsobit onemocnění zvířat nebo lidí (obrázek ( PageIndex {5} )).

Houby

Houby (singulární: houba) jsou také eukaryoty. Některé mnohobuněčné houby, například houby, připomínají rostliny, ale ve skutečnosti jsou zcela odlišné. Houby nejsou fotosyntetické a jejich buněčné stěny jsou obvykle vyrobeny spíše z chitinu než z celulózy.

Jednobuněčné houby - kvasinky - jsou zahrnuty do studia mikrobiologie. Existuje více než 1000 známých druhů. Kvasinky se nacházejí v mnoha různých prostředích, od hlubokého moře po lidský pupek. Některé kvasinky mají prospěšné využití, například způsobují kynutí chleba a kvašení nápojů; ale kvasinky mohou také způsobit zkažení jídla. Některé dokonce způsobují onemocnění, jako jsou vaginální kvasinkové infekce a drozd ústní (obrázek ( PageIndex {6} )).

Další houby, které jsou předmětem zájmu mikrobiologů, jsou mnohobuněčné organismy zvané plísně. Formy se skládají z dlouhých vláken, která tvoří viditelné kolonie (obrázek ( PageIndex {6} )). Plísně se nacházejí v mnoha různých prostředích, od půdy přes hnijící jídlo až po špinavé zákoutí koupelny. Plísně hrají klíčovou roli při rozkladu mrtvých rostlin a živočichů. Některé plísně mohou způsobovat alergie a jiné produkují choroboplodné metabolity zvané mykotoxiny. Formy byly použity k výrobě léčiv, včetně penicilinu, který je jedním z nejčastěji předepisovaných antibiotik, a cyklosporinu, který se používá k prevenci odmítnutí orgánu po transplantaci.

Cvičení ( PageIndex {2} )

  1. Vyjmenujte dva druhy prvoků a dva druhy hub.
  2. Pojmenujte některé z definujících charakteristik každého typu.

Helmintové

Mnohobuněční parazitičtí červi zvaní helminti nejsou technicky mikroorganismy, protože většina z nich je dostatečně velká, aby je bylo možné vidět bez mikroskopu. Tito červi však spadají do oblasti mikrobiologie, protože nemoci způsobené helminty zahrnují mikroskopická vajíčka a larvy. Jedním příkladem helmintu je morče, popř Dracunculus medinensis, což způsobuje závratě, zvracení, průjem a bolestivé vředy na nohou a chodidlech, když se červ dostane z kůže ven (obrázek ( PageIndex {7} )). K infekci obvykle dochází poté, co osoba vypije vodu obsahující vodní blechy infikované larvami morčat. V polovině osmdesátých let bylo odhadem 3,5 milionu případů onemocnění morčaty, ale tato nemoc byla z velké části vymýcena. V roce 2014 bylo hlášeno pouze 126 případů díky koordinovanému úsilí Světové zdravotnické organizace (WHO) a dalších skupin odhodlaných zlepšit hygienu pitné vody.12

Viry

Viry jsou acelulární mikroorganismy, což znamená, že nejsou složeny z buněk. Virus se v podstatě skládá z proteinů a genetického materiálu - buď DNA nebo RNA, ale nikdy ne z obou -, které jsou mimo hostitelský organismus inertní. Díky začlenění do hostitelské buňky jsou viry schopné kooptovat buněčné mechanismy hostitele, aby se množily a infikovaly jiné hostitele. Viry mohou infikovat všechny typy buněk, od lidských buněk až po buňky jiných mikroorganismů. U lidí jsou viry zodpovědné za řadu nemocí, od nachlazení po smrtelnou ebolu (obrázek ( PageIndex {8} )). Mnoho virů však nezpůsobuje onemocnění.

Cvičení ( PageIndex {3} )

  1. Jsou helminti mikroorganismy? Vysvětlete, proč nebo proč ne.
  2. Jak se viry liší od ostatních mikroorganismů?

Mikrobiologie jako studijní obor

Mikrobiologie je široký pojem, který zahrnuje studium všech různých typů mikroorganismů. V praxi se však mikrobiologové specializují na jedno z několika podoborů. Například bakteriologie je studium bakterií; mykologie je studium hub, protozoologie je studium prvoků; parazitologie je studium helmintů a jiných parazitů; a virologie je studium virů (obrázek ( PageIndex {9} )). Imunologie, studium imunitního systému, je často součástí studia mikrobiologie, protože interakce hostitel -patogen jsou klíčové pro naše chápání infekčních chorobných procesů. Mikrobiologové se také mohou specializovat na určité oblasti mikrobiologie, jako je klinická mikrobiologie, mikrobiologie životního prostředí, aplikovaná mikrobiologie nebo mikrobiologie potravin.

V této učebnici se primárně zabýváme klinickými aplikacemi mikrobiologie, ale jelikož jsou různá suboblasti mikrobiologie vysoce provázána, budeme často diskutovat o aplikacích, které nejsou striktně klinické.

BIOETIKA V MIKROBIOLOGII

Ve čtyřicátých letech vláda USA hledala řešení zdravotního problému: prevalence pohlavně přenosných chorob (STD) mezi vojáky. Několik nyní nechvalně proslulých vládou financovaných studií použilo lidské subjekty k výzkumu běžných pohlavně přenosných chorob a léčby. V jedné takové studii američtí vědci záměrně vystavili více než 1300 lidských subjektů v Guatemale syfilisu, kapavce a chancroidu, aby určili schopnost penicilinu a dalších antibiotik bojovat proti těmto chorobám. Předměty studie zahrnovaly guatemalské vojáky, vězně, prostitutky a psychiatrické pacienty - nikdo z nich nebyl informován, že se studie účastní. Výzkumníci vystavili subjekty pohlavně přenosným chorobám různými metodami, od zprostředkování styku s infikovanými prostitutkami až po očkování subjektů bakteriemi, o nichž je známo, že způsobují onemocnění. Tato druhá metoda zahrnovala vytvoření malé rány na genitáliích subjektu nebo jinde na těle a následné vložení bakterií přímo do rány. penicilin, a 83 subjektů zemřelo do roku 1953, pravděpodobně v důsledku studie

Toto je bohužel jeden z mnoha hrůzných příkladů mikrobiologických experimentů, které porušily základní etické standardy. I kdyby tato studie vedla k lékařskému průlomu zachraňujícímu život (ne), málokdo by tvrdil, že její metody byly eticky zdravé nebo morálně ospravedlnitelné. Ale ne každý případ je tak jednoznačný. Profesionálové pracující v klinickém prostředí jsou často konfrontováni s etickými dilematy, jako je práce s pacienty, kteří odmítnou očkování nebo život zachraňující transfuzi krve. Toto jsou jen dva příklady rozhodnutí na život a na smrt, která se mohou protínat s náboženskými a filozofickými přesvědčeními pacienta i zdravotníka.

Bez ohledu na ušlechtilý cíl, mikrobiologické studie a klinická praxe se musí řídit určitým souborem etických zásad. Studie musí být prováděny bezúhonně. Pacienti a subjekty výzkumu poskytují informovaný souhlas (nejen souhlas s léčbou nebo studiem, ale také prokázání pochopení účelu studie a všech souvisejících rizik). Práva pacientů musí být respektována. Procedury musí být schváleny institucionální revizní komisí. Při práci s pacienty je nejdůležitější přesné vedení záznamů, poctivá komunikace a důvěrnost. Se zvířaty používanými pro výzkum musí být zacházeno humánně a všechny protokoly musí být schváleny institucionální komisí pro péči a používání zvířat. To jsou jen některé z etických zásad prozkoumaných v Oko na etiku krabice v celé této knize.

Klinické zaměření - řešení

Vzorky Cora CSF nevykazují žádné známky zánětu nebo infekce, jak by se dalo očekávat u virové infekce. V jejím CSF je však vysoká koncentrace konkrétního proteinu, 14-3-3 proteinu. Abnormální je také elektroencefalogram (EEG) její mozkové funkce. EEG se podobá pacientovi s neurodegenerativním onemocněním, jako je Alzheimerova nebo Huntingtonova choroba, ale Coraův rychlý kognitivní pokles není v souladu ani s jedním z nich. Místo toho její lékař dospěl k závěru, že Cora má Creutzfeldt-Jakobovu chorobu (CJD), typ přenosné spongiformní encefalopatie (TSE).

CJD je extrémně vzácné onemocnění, ve Spojených státech se každoročně vyskytuje pouze asi 300 případů. Není to způsobeno bakterií, houbou nebo virem, ale spíše priony - které úhledně nezapadají do žádné konkrétní kategorie mikrobů. Stejně jako viry se priony nenacházejí na stromě života, protože jsou acelulární. Priony jsou extrémně malé, přibližně jednu desetinu velikosti typického viru. Neobsahují žádný genetický materiál a jsou složeny pouze z určitého typu abnormálního proteinu.

CJD může mít několik různých příčin. Lze jej získat expozicí mozku nebo tkáni nervového systému infikované osoby nebo zvířete. Konzumace masa z infikovaného zvířete je jedním ze způsobů, jak k takové expozici může dojít. Byly také vzácné případy expozice CJD prostřednictvím kontaktu s kontaminovaným chirurgickým vybavením5 a od dárců rohovky a růstových hormonů, kteří nevědomky měli CJD.67 Ve vzácných případech je onemocnění důsledkem specifické genetické mutace, která může být někdy dědičná. Přibližně u 85% pacientů s CJD je však příčina onemocnění spontánní (nebo sporadická) a nemá žádnou identifikovatelnou příčinu.8 Na základě jejích symptomů a jejich rychlé progrese je Cora diagnostikována sporadická CJD.

Bohužel pro Cora je CJD smrtelná nemoc, na kterou neexistuje schválená léčba. Přibližně 90% pacientů zemře do 1 roku od stanovení diagnózy.9 Její lékaři se zaměřují na omezení bolesti a kognitivních symptomů, jak její nemoc postupuje. O osm měsíců později Cora umírá. Její diagnóza CJD je potvrzena pitvou mozku.

Vraťte se do předchozího pole Clinical Focus.

Shrnutí

  • Mikroorganismy jsou velmi rozmanité a nacházejí se ve všech třech oblastech života: Archaea, Bacteria a Eukarya.
  • Archaea a bakterie jsou klasifikovány jako prokaryoty, protože jim chybí buněčné jádro. Archaea se liší od bakterií v evoluční historii, genetice, metabolických cestách a složení buněčné stěny a membrány.
  • Archaea obývá téměř každé prostředí na Zemi, ale žádné archaea nebyly identifikovány jako lidské patogeny.
  • Mezi eukaryota studovaná v mikrobiologii patří řasy, prvoci, houby a helminti.
  • Řasy jsou rostlinné organismy, které mohou být buď jednobuněčné nebo mnohobuněčné a získávají energii prostřednictvím fotosyntézy.
  • Prvoci jsou jednobuněční organismy se složitými buněčnými strukturami; většina je pohyblivá.
  • Mezi mikroskopické houby patří plísně a kvasinky.
  • Helminti jsou mnohobuněční parazitičtí červi. Jsou zahrnuty v oblasti mikrobiologie, protože jejich vajíčka a larvy jsou často mikroskopické.
  • Viry jsou acelulární mikroorganismy, které vyžadují reprodukci hostitele.
  • Obor mikrobiologie je extrémně široký. Mikrobiologové se obvykle specializují na jedno z mnoha podoborů, ale všichni zdravotničtí pracovníci potřebují pevný základ v klinické mikrobiologii.

Poznámky pod čarou

  1. 1 C. Greenaway „Dracunculiasis (Guinea Worm Disease)“. Canadian Medical Association Journal 170 č. 4 (2004): 495–500.
  2. 2 Světová zdravotnická organizace. "Dracunculiasis (Guinea-Worm Disease)." SZO. 2015. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs359/en/. Přístup 2. října 2015.
  3. 3 Kara Rogers. „Experiment Guatemala Syphilis: Americký projekt lékařského výzkumu“. Encylopaedia Britannica. www.britannica.com/event/Guat...lis-experiment. Přístup 24. června 2015.
  4. 4 Susan Donaldson James. "Experimenty se syfilisem šokují, ale stejně tak i drogové zkoušky třetího světa." ABC World News. 30. srpna 2011. http://abcnews.go.com/Health/guatema...ry?id=14414902. Přístup 24. června 2015.
  5. 5 Greg Botelho. "Případ Creutzfeldt-Jakobovy choroby potvrzen v New Hampshire." CNN. 2013. http://www.cnn.com/2013/09/20/health...brain-dease/.
  6. 6 P. Rudge a kol. "Iatrogenní CJD v důsledku růstového hormonu odvozeného z hypofýzy s geneticky určenou inkubační dobou až 40 let." Mozek 138 č. 11 (2015): 3386–3399.
  7. 7 J.G. Heckmann a kol. "Přenos Creutzfeldt-Jakobovy choroby transplantací rohovky." Časopis neurologie, neurochirurgie a psychiatrie 63 č. 3 (1997): 388–390.
  8. 8 Národní institut neurologických poruch a mrtvice. "Informační list o Creutzfeldt-Jakobově nemoci." NIH. http://www.ninds.nih.gov/disorders/c....htm#288133058.
  9. 9 Národní institut neurologických poruch a mrtvice. http://www.ninds.nih.gov/disorders/c....htm#288133058. Přístup 22. června 2015.

Glosář

acelulární
neskládající se z buňky nebo buněk
řasy
(singulární: řasa) jakýkoli z různých jednobuněčných a vícebuněčných fotosyntetických eukaryotických organismů; odlišuje se od rostlin nedostatkem cévních tkání a orgánů
archaea
jakýkoli z různých jednobuněčných prokaryotických mikroorganismů, typicky mající buněčné stěny obsahující pseudopeptidoglykan
bakterie
(singulární: bakterie) jakýkoli z různých jednobuněčných prokaryotických mikroorganismů typicky (ale ne vždy) mající buněčné jamky, které obsahují peptidoglykan
bakteriologie
studium bakterií
Eukarya
doména života, která zahrnuje všechny jednobuněčné a mnohobuněčné organismy s buňkami, které obsahují na membránu vázaná jádra a organely
houby
(singulární: houba) jakýkoli z různých jednobuněčných nebo mnohobuněčných eukaryotických organismů, typicky mající buněčné stěny vyrobené z chitinu a bez fotosyntetických pigmentů, cévních tkání a orgánů
helmint
mnohobuněčný parazitický červ
imunologie
studium imunitního systému
mikrobiologie
studium mikroorganismů
plíseň
mnohobuněčná houba, typicky tvořená dlouhými vlákny
mykologie
studium hub
parazitologie
studium parazitů
patogen
choroboplodný mikroorganismus
protist
jednobuněčný eukaryotický mikroorganismus, obvykle druh řas nebo prvoků
prvoci
(množné číslo: prvoci) jednobuněčný eukaryotický organismus, obvykle pohyblivý
protozoologie
studium prvoků
virologie
studium virů
virus
acelulární mikroorganismus skládající se z proteinů a genetického materiálu (DNA nebo RNA), který se může replikovat infekcí hostitelské buňky
droždí
jakákoli jednobuněčná houba

Přispěvatel

  • Nina Parker (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) a Brian M. Forster (Saint Joseph's University) s mnoha přispívající autoři. Původní obsah prostřednictvím Openstax (CC BY 4.0; Přístup zdarma na https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Mikroorganismy vyskytující se v mléce: 3 typy

Tato skupina se skládá z mikroorganismů vyskytujících se v mléce, které v něm způsobují biochemické změny.

(iii) mikrobi tvořící rybí mléko,

(iv) Proteolytické mikroby a

(i) Kyseliny tvořící mikroby:

Kyselinotvorné mikroorganismy jsou určité bakterie, které způsobují přirozené kvašení mléka. Nejběžnějším typem je fermentace kyseliny mléčné, která probíhá při kynutí mléka za přirozených podmínek.

Mléko dobré hygienické kvality, pokud je skladováno v podmínkách, které umožňují růst Streptococcus spp. (např. S. cremoris) a Lactobacillus species (např. L. casei, L. plantarum, L. brevis a L. fementum) vytváří čistou, kyselou chuť.

Streptococcus spp. fermentuje laktózu rychle, ale neprodukuje tak vysokou koncentraci kyseliny mléčné-jako zástupci rodu Lactobacillus. Druhy Micrococcus, např. M. luteus, M. variens a M. freudenreichii produkují malé množství kyseliny z fermentace laktózy a okyselují mléko.

Escherichia coli a Enterobacter aerogenes také fermentují laktózu na směs konečných produktů, jako jsou kyseliny, plyny a některé neutrální sloučeniny. Ty jsou považovány za nežádoucí, protože produkují CO2, H.2 a nepříjemná chuť. Microbacterium lacticum je také hlášeno v mléce a fermentuje laktózu na kyselinu mléčnou a další konečné produkty.

(ii) Mikroorganismy tvořící plyn:

Existují určité koliformní bakterie, jako je Clostridium butyricum, které fermentují laktózu na kyseliny doprovázené akumulací plynů, přičemž plyn je obvykle směs CO2 a H.2.

Clostridium butyricum produkuje velké množství CO2 zatímco koliformní bakterie produkují H2 navíc. Některé kvasinky, např. Torula cremoris, Candida pseudotropicalis a Torulopsis sphacrica jsou hlášeny v mléce. Také kvasí laktózu a produkují CO2.

Iii) Bakterie tvořící rybí mléko:

Přeměna tekutého mléka na viskózní materiál působením mikrobů se nazývá ‘ropická fermentace ’. Tyto mikroorganismy syntetizují viskózní polysacharidový materiál, který kolem jejich buněk tvoří slizovou vrstvu nebo kapsli.

Alcaligenes viscolactis, Enterobacter aerogenes Streptococcus cremoris a některé druhy Micrococcus jsou zodpovědné za fermentaci ropy. Mleté mléko není zdraví škodlivé, ale vzhledem ke svému vzhledu je obvykle závadné a často se používá jako kultivační médium.

(iv) Proteolytické bakterie:

Bacillus subtilis, B. cereus var. mycoides, Pseudomonas putrefaciens, P. viscosa, Streptococcus, liquefaciens a Proteus spp. jsou proteolytické bakterie přítomné v mléce.

Tyto mikroorganismy hydrolyzují mléčné bílkoviny a zvyšují pH. Proteolýze může předcházet koagulace kaseinu enzymem rennin zpracovaným bakteriemi, což vede k tvorbě rozpustné formy kaseinu. Proteolýza degraduje kasein na peptidy, které mohou být dále degradovány na aminokyseliny, které jsou zodpovědné za zásaditou reakci a hořkou chuť mléka.

(v) Lipolytické mikroorganismy:

Některé z mikroorganismů produkují enzymy (lipázy), které štěpí mléčný tuk na glycerol a mastné kyseliny. Některé z těchto mastných kyselin mají ostrou příchuť, která mléku dodává žluklou chuť a vůni. Lipolytickými mikroorganismy přítomnými v mléce jsou bakterie Pseudomonas fluorescens, kvasinky Achromobacter lipolyticum, např. Candida lipolytica a plísně, např. Pencillium spp. a Geotrichum candidum.

2. Typy teplotních charakteristik:

Na základě jejich optimální teploty pro růst a tepelné odolnosti jsou bakterie vyskytující se v mléce následujících čtyř typů:

I) Psychrofilní bakterie:

Psychrofilní bakterie (také nazývané kryofilní) rostou nejlépe při relativně nízkých teplotách, obvykle pod 10 ° C. Pasterizované mléko skladované v chladničce může být uspokojivě uchováváno týden nebo i déle. Ale nakonec se mikrobiální zhoršení projevující se chutí nebo zápachem stane evidentním kvůli hromadění metabolických produktů psychrofilních bakterií. Příkladem posledně jmenovaných mohou být druhy Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes a některé koliformní bakterie.

Ii) Mezofilní bakterie:

Mezofilní bakterie rostou nejlépe mezi 10 ° C a 45 ° C, obvykle při 25-40 ° C. Příkladem jsou mléčné streptokoky a některé koliformní bakterie. Jedná se především o typy produkující ‘kyseliny ’. Kromě kyseliny mohou produkovat plyn, který má za následek ‘ off ’ příchutí v mléce. Streptococcus lactis var. maltigeny produkují sladový nebo karamelový pach. Pseudomonas icthyosmia však dodává rybí chuť.

(iii) Termodurické bakterie:

Termodurické bakterie přežívají pasterizaci ve značném množství, ale nerostou při teplotách pasterizace. Protože nejsou zabiti pasterizací, mohou kontaminovat nádoby.

V důsledku chybného čištění nádob budou následné dávky mléka zpracované přes stejné nádoby silně kontaminovány. Microbacterium lacticum, Micrococcus luteus. Streptococcus thermophilus a Bacillus subtilis jsou příkladem této kategorie.

Iv) termofilní bakterie:

Termofilní bakterie se vyvíjejí nejlépe při 55-65 ° C s minimem a maximem 40 ° C a 80 ° C. Bacillus stearothermophilus je příkladem tohoto typu.

3. Patogenní typy:

Prostřednictvím mléka jsou potenciálně přenosné různé choroby. Zdrojem chorob způsobujících mikroorganismy vyskytující se v mléce může být buď dojnice nebo lidé.

Nemoci přenášené mlékem buď z infikovaných krav nebo z jiných zdrojů jsou uvedeny níže:


Mechanismy fixace dusíku v mikroorganismech Mikrobiologie

V tomto článku budeme diskutovat o mechanismech fixace dusíku v mikroorganismech.

1. Druhy, struktura a funkce nitrogenázy:

Biologická přeměna atmosférického dusíku na amoniak probíhala pomocí enzymu zvaného Nitrogenase. Tento enzym je v přírodě anaerobní a když přijde do styku s kyslíkem nebo vzduchem, stává se inertním. Proteinový enzym se skládá ze 2 podjednotek, které se nazývají hlavně větší protein MoFe (2 20 000 daltonů mol. Hm.) A další menší protein Fe (55 000 daltonů mol. Hm.).

Postgate, britský mikrobiolog, je pojmenoval jako Kp1 a Kp2. Jak bylo uvedeno, obsahuje atomy železa a molybdenu. K aktivaci potřebují ionty Mg 2+ a mohou během fungování převádět ATP na ADP.

Je inhibován ADP a také redukuje několik dalších substrátů s molekulami s trojnou vazbou (podobné N = N). Enzym může redukovat vodíkové ionty na plynný vodík, i když N.2 je přítomen a také má schopnost redukovat acetylen na ethylen.

Nukleáza vyčištěná ze tří druhů bakterií vykazovala svou následující povahu, jak je uvedeno níže. To naznačuje, že povaha enzymu se v různých organismech fixujících dusík liší, pokud jde o velikost proteinů (v komponentách MoFe i Fe).

Podle Postgate jsou vlastnosti dusičnanů typu Cp (Clostridium pasteurianum): Má MoFe (Cp1) a Fe (srov2) proteiny, které mají molekulovou hmotnost 2 20000 Daltonů a 55 000 Daltonů. Poločas rozpadu enzymu je poměrně krátký.

ii) Typ Kp (Klebsiella pneumoniae):

Má MoFe (Kp1) a Fe (Kp2), které mají 2 18 000 daltonů a 66 700 daltonových molekulárních hmotností.

(iii) Typ Ac (Azotobacter chroococcum):

Má MoFe (Ac1) a Fe (Ac2), které mají molekulovou hmotnost 2 27 000 respektive 64 000 Daltonů.

Je pozorováno, že poločas enzymu všech tří typů jednotek Fe je mnohem kratší než u jednotek FeMo.

2. Alternativní nitrogenáza:

Profesor P. Bishop a jeho kolegové v USA získali důkaz, že Azotobacter vinelandii má jiný druh dusičnany. Genetické důkazy odhalily, že jejich normální geny pro dusíkázu (nif YKDH) byly odstraněny. Tato dusičnasa byla později izolována z A. chroococcum. Skládá se ze dvou proteinů, jednoho velkého a heteromerního, jednoho menšího, velmi podobného běžnému Fe-proteinu, oba jsou citlivé na O2.

Enzym vyvíjí jednu molekulu H2 a snižuje acetylen. Větší část podjednotky proteinu podjednotky obsahuje vanad místo iontu Mo konvenčního systému v této ‘ nové ’ dusičnase. V-dusíkase potlačená Mo naznačuje, že poskytuje Azotobacter fyziologický ‘ záložní ’ systém fixující dusík pro použití v případě nedostatku Mo.

3. Substráty pro nitrogenázu:

K enzymatické aktivitě je zapotřebí vhodný substrát, aby se navázala všechna aktivní místa enzymu, aby se získal produkt.

Celková reakce při enzymatické redukci atmosférického dusíku na amoniak by mohla být postulována následovně:

Je zajímavé poznamenat, že bezbuněčný extrakt Azotobacter a Clostridium konvertoval dusík stejným způsobem jako volně žijící bakteriální buňky. To nakonec vedlo k počáteční izolaci a čištění enzymu z C. pasteurianum a A.chroococcum. Enzym byl dále zodpovědný za adsorpci a redukci N2 plyn.

Ačkoli existuje několik substrátů dusíkázy, kromě H2 většina substrátů jsou nefyziologické substráty, protože inhibitory jsou ve skutečnosti redukovány proteinázou. Kromě toho je acetylen (HC = CH) důležitým a jedním ze spolehlivých substrátů pro měření aktivity enzymu testem ‘acetylen-reduction ’. Je také důležité si uvědomit, že většina substrátů má ve svých molekulách trojnou vazbu podobnou dusíku (N = N).

Následují substráty reagující na dusičnanu:

Při redukci acetylenu je vytvořeným produktem ethylen, tj. HC = CH → H2C-CH2 což vyžaduje dva elektrony, zatímco redukce dusíku na amoniak vyžaduje šest elektronů. Dusík se ve srovnání se zbytkem substrátů snadno redukuje.

Pokud existuje N.2 fixace, současně H2 je také produkován některými mikroorganismy fixujícími dusík. N.2 fixace spolu koreluje. Nitrogenasa redukovala ion H + a vytvořila H-D v přítomnosti deuteria. H-D reakce naznačuje zapojení navázaného diimidového meziproduktu v N2 fixace.

Vzhledem k H.2 evoluce během fixace dusíku byla navržena následující reakce:

N.2 + 8 H + + 8e – +16 ATP → 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

Energie pro reakci dusičnaté látky pochází z buněčných metabolických cyklů ve formě ATP. Toho je dosaženo fotofosforylací, oxidační fosforylací nebo fosforoklastickou disimilací. V pozdějším procesu je keto-kyselina disimilována na acetylfosfát, CO2 a H.2.

Pyruvát funguje jako donor elektronů i jako zdroj energie. Při fosforoklastických reakcích pyruvát vytváří acetylfosfát, který v přítomnosti ADP dává vzniknout ATP. Redukčními činidly jsou přirozeně se vyskytující proteiny elektronového nosiče zvané ferredoxin md flavodoxin.

Dithionit (Na2S2Ó4) a určitá barviva, jako je methyl viologen a benzyl viologen, mohou také sloužit jako umělé extracelulární zdroje dárců elektronů. Tento enzymový systém katalyzuje přenos elektronů z pyruvátu nebo vodíku na ferredoxin nebo flavodoxin.

a) Ferredoxiny nebo di-dusináza:

Ferredoxiny jsou elektronový nosič, objevený Mortensonem a Caruahanem v roce 1962 z C. pasteurianum. Je to přirozeně se vyskytující nosný protein železo-síra (Fe-S) (reverzibilní). Nyní byl izolován z řady sinic, fotosyntetických bakterií a dokonce i z vyšších rostlin.

Ferredoxiny se podílejí na různých fyziologických procesech, jako je fotosyntéza v rostlinách a metabolismus pyruvátu v anaerobních bakteriích. Ferredoxin zapojený do N.2 fixace obsahuje jeden shluk čtyř želez a čtyři atomy síry v molekule. Mnoho podobných klastrů železa a síry je součástí atomů železa v dusičnanu. Celý klastr se chová jako oxidoredukční jednotka.

Elektronová paramagnetická rezonance naznačuje, že ferredoxiny aerobních bakterií fixujících dusík, jako je Azotobacter, se chovají mírně odlišně od anaerobů, jako je Clostridium pasteurianum. V C. pasteurianum je ferredoxin skutečným proteinem, který reaguje s dusičeninou a poskytuje redukční sílu pro konverzi N2 do NH3.

b) Flavodoxiny nebo di-dusičnaté reduktázy:

Bakterie rostou za omezeného přísunu železa, tj. Nutričního stresového stavu, a produkují flavodoxin. Na počátku byl také izolován z C.pasteurianum. Je zajímavé, že bylo zjištěno, že ve velkém počtu reakcí nahrazuje ferredoxin jako nosič elektronů. Nosič elektronů pojmenovaný ‘azotoflavin ’ byl izolován z Azotobacter vinelandii s biologickou aktivitou podobnou ferredoxinům.

U K.pneumoniae a A.chroococcum jsou flavodoxiny primárním redukčním činidlem na dusičnanu. A. chroococcum flavodoxin je modrý, pokud je napůl redukovaný, a bezbarvý, když je plně redukovaný. Sníženou formou flavodoxinu je chinonová a semichinonová forma.

Tato forma je neobvykle stabilní vůči oxidaci vzduchem, což může být důvod, proč je tento protein spíše než ferredoxin zvláště vhodný pro aerobní způsob života Azotobacter. Flavodoxiny neobsahují atomy železa, jejich oxidově redukovatelné centrum je žlutá fluorescenční molekula zvaná ‘flavin ’.

Úloha reakce pyruvátu a ferredoxin-nitrogenázy:

Obr. 14.6 ukazuje aktivní místo enzymu pro redukci substrátu. Předpokládá se, že tento enzym je složen z dvoujaderného místa Mo-Fe přemostěného sírou se správnou velikostí a elektronovými charakteristikami, které zajišťují vzdálenost Mo-Fe 3,8 Á.

Tato vzdálenost je specifická pro umístění různých substrátů pro dusičnany včetně dusíku a pro vyloučení ostatních. První reakcí při redukci dusíku je vytvoření lineárního komplexu dusíku s atomem Fe dusičnaté fáze.

Následuje přenos elektronů z Mo, což je koncový bod systému aktivujícího elektrony, což vede k tvorbě diimidu, který je stabilizován vodíkovou vazbou z proteinu, jakož i vazbami kovového dusíku.

Postupným přidáváním elektronů vzniká hydrazin, po kterém následuje štěpení vazby N - N, aby se naplnily dvě molekuly NH3. Zvýšení délky vazby N — N během redukce je doprovázeno kompenzačními změnami úhlů MNN, takže vzdálenost Mo -Fe zůstává konstantní.

4. Elektronové proteiny:

MoFe (kp1) proteiny hrají klíčovou roli při fixaci dusíku (vazba a redukce substrátu) s proteinem Fe (kp2), který pomáhá při přenosu elektronu z flavodoxinu na větší podjednotky a spotřebě ATP. Žádná ze dvou podjednotek proteinů nemůže fungovat nezávisle (obr. 14.7).

Fe proteiny mají čtyři Fe centra a stejný počet síry, zatímco počet Fe center v MoFe proteinu se liší. V C.pasturianum je 22-24. Rovněž je přítomen ekvivalentní počet anorganické síry. Na rozdíl od proteinu Fe má protein MoFe dva další atomy Mo. Mo se navrhuje hrát zásadní roli v H2 evoluce, která doprovází N.2 fixace.

N.2 redukční proces začíná přenosem jednoho elektronu (2 molekuly ATP) z flavodoxinu na menší Fe proteinovou podjednotku Kp2. V této fázi se dvě molekuly ATP spojí se dvěma ionty za vzniku komplexu, Mg ATP, který se váže na protein Fe a dodává energii k přenosu elektronu z atomů železa v proteinu Fe na protein MoFe, než dosáhne vázaného substrátu.

Protein MoFe se stává nestabilní a pro vyvažování tohoto elektronu vzniká iont H + vytvořený disociací H2O přichází připojit na Mo atom MoFe proteinu. Tok elektronů z flavodoxinu na protein MoFe přes protein Fe je opakovaný proces. Při každém přenosu elektronu dojde ke spotřebě dvou molekul ATP.

Druhý elektron je opět vyvážen dalším iontem H +. Když je třetí elektron přenesen na protein MoFe, ionty H + jsou vytlačeny dusíkem, což vede k vývoji jedné molekuly vodíku. Tento třetí elektron se opět vyvažuje připojením jednoho iontu H + k dusíku, tj. HN = NH.

Tento proces přenosu elektronů pokračuje až do přenosu 8 elektronů, čímž se sníží N na NH3. Série reakcí zahrnutých v přenosu elektronů je znázorněna na obr. 14.7.

Čistá 8 e – a 8H + se tedy podílejí na snižování N2 na dvě molekuly amoniaku. Jeden elektron využívá dva moly ATP. Proto se použije čistých 16 molů ATP. H2 evoluce je zprostředkována přenosem čistých dvou elektronů, což vede ke ztrátě čtyř molekul ATP. Je zřejmé, že proces redukce dusíku spotřebovává 12 ATP a kompletní proces biologické fixace dusíku je stále dražší.

Enzymová reakce by měla být formálně zapsána jako:

N.2 + 8H + + 16 ATP + 8 e – → 2 NH3 + H2 + 16 ADP

Fixace dusíku je redukční proces, kde N2 se redukuje na NH3, anorganický produkt. Tyto studie byly potvrzeny autoradiografií (použití 15 N.2). Na druhé straně je prvním vytvořeným organickým produktem kyselina glutamová.

Na základě oxidačního čísla se navrhuje následující stupnice:

Ve výše uvedeném měřítku je NO3 vysoce oxidovaný a amoniak je velmi redukován. Během fixace dusíku se proto kontinuální redukce pohybuje od oxidačního čísla nula do – 3.

5. Evoluce vodíku:

Za každé N.2 pevná molekula, jedna molekula H2 se vyvíjí. Tento proces je nákladný na fixaci dusíku kvůli zapojení 16 molekul ATP, zatímco podobnou fixaci lze provést použitím 12 molekul ATP.

Znamená to, že čtyři molekuly jen ztrácejí. K překonání tohoto procesu se enzym zodpovědný za normální vývoj vodíku (tj. Ten, který vzniká při normálním metabolismu těchto bakterií, nikoli prostřednictvím dusičnany) nazývá hydrogenáza a může katalyzovat jak příjem, tak vývoj vodíku.

Vodík je zachycen hydrogenázou v Azotobacter a recyklován. Využití recyklovaného vodíku k vytvoření nějakého extra ATP může přispět k neobvykle účinné ATP ekonomice Azotobacter.

Některé rhizobie také vykazují podobnou reakci kromě sinic a fotosyntetických bakterií, které vykazují fotoevoluci vodíku. Non-H2-vývoj nazvaný ‘tight ’ symbiosis fixuje více dusíku na jednotku sluneční energie než ‘loose ’ (vyvíjí se H2). Neleguminózní asociace byly “ přísnější ” než ve většině luštěninových asociací.


Mikroorganismy přítomné v různých potravinářských výrobcích

Ovoce a zelenina jsou obecně kontaminovány bakteriemi, včetně druhů Bacillus, Enterobacter, Lactobacillus, Leuconostoc, Pseudomonas, Sarcina, Staphylococcus, Streptococcus atd.

Ovoce a zelenina obývají také různé plísně a kvasinky. Ovoce a zelenina jsou shnilé v důsledku mikrobiální degradace pektinu, látky zodpovědné za udržování pevnosti a struktury ovoce a zeleniny.

Mikrobi produkují pektinesterázy a polygalakturonázové enzymy, které hydrolyzují pektiny, což vede k tvorbě měkkých hnilob v ovoci a zelenině. 20% sklizených plodin ovoce a zeleniny se ztrácí, aby se kazily hlavně kvůli činnosti bakterií a mikro-hub.

i) Kontaminace infekcí:

Ovoce a zelenina jsou obvykle citlivé na bakteriální, plísňové a virové infekce. Tyto infekce napadají ovocné a zeleninové tkáně v různých fázích jejich vývoje a mají za následek následné zkažení.

ii) Kontaminace manipulací po sklizni:

Mechanická manipulace s ovocem a zeleninou během období po sklizni obvykle způsobí “ zlomení ” v nich, což vyvolává mikrobiální invazi. Vzhledem k tomu, že pH plodů je relativně kyselé (tj. S vysokým obsahem cukru), jsou náchylnější k plísním na rozdíl od zeleniny, která je náchylnější k bakteriím, protože jejich pH je o něco vyšší (5,0 až 7,0 méně v cukru).

Obiloviny a obilné výrobky obsahují mikroorganismy z hmyzu, půdy a dalších zdrojů. Bacillus, Lactobacillus, Micrococcus, Pseudomonas atd. Jsou bakterie, které se obvykle nacházejí na čerstvě sklizených zrnech.

Pšeničná mouka je kontaminována většinou bakteriemi, jako jsou druhy Bacillus, Micrococcus, Sarcina, Serratia, koliformy atd. Velmi časté jsou také plísně jako Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Neurospora, Endomyces.

Mikroorganismy živočišných potravin:

Vnitřní porce masa jsou obvykle bez mikrobiálních kontaminací, pokud je zdravé zvíře řádně poraženo. Čerstvě krájené maso se okamžitě kontaminuje mikroorganismy získanými z glóbů, rukou, nástrojů používaných k řezání masa, kůží, chlupů, vnitřností zvířat a vzduchu na jatkách.

Každý nový povrch masa, který je výsledkem nového řezu, přidává do odhalené tkáně více mikroorganismů. Mezi běžnější mikroorganismy vyskytující se na čerstvém mase patří jak bakterie, tak plísně. Bakterie, jako jsou druhy Bacillus, Clostridium.

Escherichia, Pseudomonas, Lactobacillus, Micrococcus. Streptococcus, Sarcina. Salmonella se vyskytuje nejčastěji. Mezi plísně, které kontaminují čerstvé maso, patří Cladosporium, Geotrichum, Mucor, Penicillium, Sporotrichum atd. Kvasinky se vyskytují méně často.

Čistá vejce s neprasklou skořápkou normálně uvnitř neobsahují mikroorganismy. Špatné hygienické a skladovací podmínky, za kterých je držen, určují jeho následný mikrobiální obsah.

Bakterie a plísně se mohou do vajíčka dostat prasklinami ve skořápce. Mikrobiální flóra získaná z vaječných skořápek obecně zahrnuje druhy bakterií Micrococcus, Pseudomonas, Streptococcus, Staphylococcus, Sarcina a plísně.

Povrch čerstvě oblečené vykuchané drůbeže má mikrobiální flóru, která pochází ze živých ptáků nebo z manipulací při zabíjení, odlupování a vykuchání. Druhy Bacillus, Enterobacter, Escherichia, Proteus, Pseudomonas, Salmonella a Staphylococcus tvoří hlavní mikrobiální flóru na kůži čerstvě oblečené vykuchané drůbeže.

Mikrobiální flóra čerstvě ulovených ryb obvykle odráží mikrobiální podmínky vody, odkud jsou sklízeny. Rybí mikroflóra zahrnuje bakterie jako Alcaligenes, Micrococcus, Pseudomonas, Serratia, Vibrio atd.

Když jsou ryby za špatných manipulačních podmínek vyčištěny a nařezány na palubu, zvou k růstu další mikroorganismy. Tyto mikroorganismy mohou být vyšetřeny druhy Achromonobacter, Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas atd.

Mikroorganismy zpracovaných potravinářských výrobků:

Kvalita a množství mikroorganismů spojených se zpracovanými potravinami, včetně pečených a fermentovaných, závisí na použitých přísadách a metodách zpracování. Mikroorganismy přítomné v mouce, cukru, tuku, mléce, vejcích, vodě, barvách, manipulaci s lidmi, nástrojích atd. Mohou kontaminovat pečené potravinářské výrobky.

Bakterie tvořící spóry mohou uniknout destrukci a stát se zodpovědnými za vláčení v pečeném chlebu během procesu pečení. Vláknitost chleba je způsobena Bacillus subtilis nebo Bacillus licheniformis. Pečené výrobky jsou dále kontaminovány plísněmi, jako jsou Mucor, Rhizopus, Aspergillus atd.

Fermentované potraviny, jako jsou okurky, se kontaminují mikroorganismy vzduchem, člověkem a zařízením. Většina těchto organismů se nemnoží, protože redukce média je značně kyselá. Některé kvasinky a kvasinkovým formám, jako je Torula, Oidium atd., Které jsou odolné vůči kyselinám, se v těchto potravinách usazují při expozici.


Pěstování mikroorganismů | Mikrobiologie

Existuje nespočet mikroorganismů, a proto je nejdůležitější připravit médium pro studium jejich morfologických, biochemických, diagnostických a dalších typů charakteristik základní a aplikované povahy. Studenti mikrobiologie obecně označují jako médium kapalný nebo pevný přípravek vyrobený speciálně pro růst, skladování nebo přepravu mikroorganismů nebo jiných typů buněk.

Růstové médium může být použito pro zahájení kultivace nebo subkultury pro obohacení, identifikaci nebo diagnostické testy. V tkáňové kultuře existují speciální média pro růst a udržování savčích buněk, rostlinných buněk, protoplastů a dalších typů buněk.

Existuje mnoho chemoautotrofních bakterií, které lze pěstovat v jednoduchých vodných médiích obsahujících převážně nebo pouze směs anorganických solí. Nutričně jednoduché (nenáročné) heterotrofy lze kultivovat na velkém rozsahu kultivačních médií jako živný bujón a peptonovou vodu. Ale nutričně ‘rychlé ’ heterotrofy lze pěstovat pouze na obohaceném médiu.

Striktní anaeroby jsou často kultivovány na předem redukovaném médiu, což znamená médium připravené na nebo pod určitým redoxním potenciálem (oxidačně-redukční potenciál reprezentovaný Eh). Rozpouštědla používaná v médiích jsou kyselina askorbová, cystein hydrochlorid a thioglykolát.

Poising je analogický k pufrování v kontextu pH, tj. Eh produkovaný závisí na poměru oxidovaného: redukovaného poisovacího činidla. Stabilita Eh je ovlivněna absolutním množstvím poising agenta v médiu. Pevná média se připravují z kapalných médií, která byla ztuhlá nebo zgelovatěná činidlem, jako je agar nebo želatina. Dalšími gelovacími činidly jsou alginát, gelrit a pluronický polyol F 127.

Médium, které bez doplňku může podporovat růst nutričně nenáročných druhů bakterií, se často označuje jako bazální médium. Médium, ve kterém jsou kvantitativně známy všechny složky včetně stopových látek, se nazývá definované médium.

Tuhé médium, na kterém lze odlišit různé typy organismů podle jejich různých forem růstu, se nazývá diferenciální médium. Médium, které obsahuje látky, které podporují růst požadovaných organismů a/nebo inhibují růst jiných typů organismů, se nazývá obohacující médium, např. Selenitový bujón a tetrathionátový bujón.

Médium použité pro počáteční růst a následné skladování za podmínek minimálního růstu je známé jako udržovací médium. Udržovací médium pro mikroorganismy se používá k přípravě kultury daných organismů, která může být skladována buď při teplotě okolí, nebo v chladničce.

Jeho subkultury jsou vyžadovány v intervalech od 1 do 12 měsíců. Složky udržovacího média mají často minimální konzistenci s potřebou zachovat životaschopnost kultivovaných organismů, například vařeného masného média a Dorsetova vejce.

Běžnými médii pro kultivaci bakterií, často požadovanými v laboratoři, jsou:

1. Chemicky definovaná média:

Používá se k pěstování chemoautotrofů a fotoautotrofů a pro mikrobiologické testy.

Používá se k pěstování většiny chemoheterotrofních organismů.

3. Anaerobní růstová média:

Slouží k pěstování obligátních anaerobů.

Používá se k potlačení nežádoucích mikrobů a povzbuzení požadovaných mikroorganismů.

Ty se používají k rozlišení kolonií požadovaných mikroorganismů od ostatních.

Ty jsou podobné selektivním médiím, ale jsou navrženy tak, aby zvýšily počet požadovaných mikroorganismů na detekovatelnou úroveň.

Související články:

Vítejte v diskusi o biologii! Naším posláním je poskytnout online platformu, která studentům pomůže sdílet poznámky z biologie. Tento web obsahuje studijní poznámky, výzkumné práce, eseje, články a další související informace předložené návštěvníky, jako jste VY.

Než se podělíte o své znalosti na tomto webu, přečtěte si prosím následující stránky:

Otázky

O nás

Návrhy

Nové otázky a odpovědi a kategorie fóra

Toto fórum pro otázky a odpovědi pro studenty, učitele a obecné návštěvníky k výměně článků, odpovědí a poznámek. Odpovězte hned a pomozte ostatním.


Obsah

Starověké prekurzory Upravit

O možné existenci mikroskopických organismů se diskutovalo mnoho století před jejich objevením v 17. století. V pátém století před naším letopočtem Jainové dnešní Indie postulovali existenci drobných organismů zvaných nigodas. [6] Říká se, že tito nigodové se rodí ve shlucích, které žijí všude, včetně těl rostlin, zvířat a lidí a jejich život trvá jen zlomek sekundy. [7] Podle džinistického vůdce Mahaviry lidé tyto nigody masivně ničí, když jedí, dýchají, sedí a pohybují se. [6] Mnoho moderních Jainů tvrdí, že Mahavirovo učení předznamenává existenci mikroorganismů, jak ji objevila moderní věda. [8]

Nejdříve známá myšlenka naznačující možnost šíření nemocí dosud neviditelnými organismy byla římského učence Marka Terentia Varra v knize z 1. století před naším letopočtem s názvem O zemědělství ve kterém neviditelná stvoření nazýval animalcules a varuje před umístěním usedlosti poblíž bažiny: [9]

… A protože jsou zde chována určitá nepatrná stvoření, která nejsou vidět očima, která se vznášejí ve vzduchu a vstupují do těla ústy a nosem a způsobují vážná onemocnění. [9]

v Kánon medicíny (1020), Avicenna navrhl, že tuberkulóza a další nemoci mohou být nakažlivé. [10] [11]

Raná moderní úprava

Moje práce, kterou dělám již dlouhou dobu, se nepokračovala proto, abych získala chválu, kterou si nyní užívám, ale hlavně z touhy po poznání, které, jak si všimnu, ve mně sídlí více než u většiny ostatních mužů. A přesto, kdykoli jsem zjistil něco pozoruhodného, ​​považoval jsem za svou povinnost dát svůj objev na papír, aby o něm mohli být informováni všichni důmyslní lidé.

Antony van Leeuwenhoek zůstává jednou z nejvíce nedokonale pochopených postav v počátcích experimentální biologie. Populární názor je, že Leeuwenhoek pracoval způsobem, který byl v podstatě hrubý a nedisciplinovaný, s využitím nezkoušených vyšetřovacích metod, které postrádaly upřesnění a objektivitu. Často byl označován jako „diletant“. Jeho mikroskopy byly navíc popsány jako primitivní a byla vyjádřena pochybnost o jeho schopnosti provést řadu pozorování, která mu byla připsána. Nedávný výzkum ukazuje, že tyto názory jsou chybné. Jeho práce byla prováděna svědomitě a pozorování byla zaznamenávána s pečlivou pílí. Ačkoli můžeme vidět důkazy o jeho globulistickém chápání organické hmoty (tento pohled byl často citován jako důkaz jeho pozorovacích nedostatků), toto drobné zaujetí nemůže ubírat na dvou pevných principech, které jsou základem jeho práce: (a) jasná schopnost konstruovat experimentální postupy, které byly na svou dobu racionální a opakovatelné, a b) ochota letět tváří v tvář přijatému názoru - například v otázce spontánního generování - a opustit dříve drženou víru ve světle nových důkaz. Ve své metodě analýzy problému dokázal Leeuwenhoek položit mnoho základních pravidel experimentování a udělal mnoho pro to, aby našel nejen vědu o mikroskopii, ale také filozofii biologického experimentování.

Leeuwenhoek je všeobecně uznáván jako otec mikrobiologie. Objevil protisty i bakterie. Víc než první, kdo viděl tento nepředstavitelný svět „zvířecích kulí“, byl první, koho napadlo podívat se - rozhodně první, kdo měl schopnost vidět. Pomocí svých klamně jednoduchých mikroskopů s jedním objektivem nejen pozoroval, ale prováděl důmyslné experimenty a zkoumal a manipuloval se svým mikroskopickým vesmírem se zvědavostí, která byla v rozporu s jeho nedostatkem mapy nebo ložisek. Leeuwenhoek byl průkopníkem, vědec nejvyššího kalibru, přesto jeho pověst trpěla rukama těch, kdo mu záviděli jeho slávu nebo pohrdali jeho nestoudným původem, a také díky svému nedůvěřivému utajení svých metod, které otevřelo svět, který ostatní mohli nerozumět.

Akshamsaddin (turecký vědec) ve své práci zmínil mikroba Maddat ul-Hayat (The Material of Life) asi dvě století před objevem Antonie Van Leeuwenhoeka experimentováním:

Je nesprávné předpokládat, že se nemoci u lidí objevují jedna po druhé. Nemoc se šíří z jedné osoby na druhou. Tato infekce se vyskytuje prostřednictvím semen, která jsou tak malá, že nejsou vidět, ale jsou naživu. [13] [14]

V roce 1546 Girolamo Fracastoro navrhl, aby epidemická onemocnění byla způsobena přenosnými entitami podobnými semenům, které by mohly přenášet infekci přímým nebo nepřímým kontaktem, nebo dokonce bez kontaktu na dlouhé vzdálenosti. [15]

Antonie Van Leeuwenhoek je považován za otce mikrobiologie. Byl prvním v roce 1673, který objevil a prováděl vědecké experimenty s mikroorganismy pomocí jednoduchých mikroskopů s jedním objektivem svého vlastního designu. [16] [17] [4] [18] Robert Hooke, současník Leeuwenhoeka, také pomocí mikroskopie pozoroval mikrobiální život ve formě plodnic plísní. Ve své knize z roku 1665 Mikrofotografie„Vytvořil kresby studií a vytvořil tento termín buňka. [19]

Úpravy 19. století

Louis Pasteur (1822–1895) vystavil vařené vývary vzduchu, v nádobách, které obsahovaly filtr zabraňující průchodu částic do růstového média, a také v nádobách bez filtru, ale se vzduchem dovnitř zahnutou trubicí, takže prach částice by se usadily a nepřišly by do styku s vývarem. Pasteur tím, že předem uvařil vývar, zajistil, aby na začátku jeho experimentu v bujónech nepřežily žádné mikroorganismy. Během Pasteurova experimentu v bujónech nic nerostlo. To znamenalo, že živé organismy, které rostly v takových bujónech, pocházely zvenčí, jako spory prachu, spíše než spontánně generované v bujónu. Pasteur tedy vyvrátil teorii spontánní generace a podpořil zárodečnou teorii nemoci. [20]

V roce 1876 Robert Koch (1843–1910) zjistil, že mikroorganismy mohou způsobit onemocnění. Zjistil, že krev skotu infikovaného antraxem měla vždy velký počet Bacillus anthracis. Koch zjistil, že může přenášet antrax z jednoho zvířete na druhé tak, že od infikovaného zvířete odebere malý vzorek krve a vstříkne jej zdravému, což způsobilo, že zdravé zvíře onemocnělo. Zjistil také, že by mohl pěstovat bakterie v živném bujónu, poté je aplikovat zdravému zvířeti a způsobit nemoc. Na základě těchto experimentů navrhl kritéria pro stanovení příčinné souvislosti mezi mikroorganismem a nemocí, která jsou nyní známá jako Kochovy postuláty. [21] Ačkoli tyto postuláty nelze aplikovat ve všech případech, zachovávají si historický význam pro rozvoj vědeckého myšlení a používají se dodnes. [22]

Objev mikroorganismů jako např Euglena které nezapadaly ani do živočišné, ani do rostlinné říše, protože byly fotosyntetické jako rostliny, ale pohyblivé jako zvířata, vedly v 60. letech 19. století k pojmenování třetího království. V roce 1860 to John Hogg nazval Protoctista a v roce 1866 Ernst Haeckel pojmenoval Protista. [23] [24] [25]

Práce Pasteura a Kocha neodrážela přesně skutečnou rozmanitost mikrobiálního světa kvůli jejich výhradnímu zaměření na mikroorganismy, které mají přímý lékařský význam. Skutečná šíře mikrobiologie byla odhalena až v díle Martinuse Beijerincka a Sergeje Winogradského koncem 19. století.[26] Beijerinck učinil dva hlavní příspěvky k mikrobiologii: objev virů a vývoj technik obohacovací kultury. [27] Zatímco jeho práce na viru tabákové mozaiky stanovila základní principy virologie, byl to právě jeho rozvoj kultivace obohacování, která měla nejbezprostřednější dopad na mikrobiologii tím, že umožnila kultivaci širokého spektra mikrobů s divoce odlišnou fyziologií. Winogradsky byl první, kdo vyvinul koncept chemolithotropie a odhalil tak zásadní roli mikroorganismů v geochemických procesech. [28] Byl zodpovědný za první izolaci a popis nitrifikačních i dusík fixujících bakterií. [26] Francouzsko-kanadský mikrobiolog Felix d'Herelle spoluobjevil bakteriofágy a byl jedním z prvních aplikovaných mikrobiologů. [29]

Mikroorganismy lze nalézt téměř kdekoli na Zemi. Bakterie a archea jsou téměř vždy mikroskopické, zatímco řada eukaryot je také mikroskopická, včetně většiny prvoků, některých hub, stejně jako některých mikro živočichů a rostlin. Viry jsou obecně považovány za neživé, a proto nejsou považovány za mikroorganismy, ačkoli podoblast mikrobiologie je virologie, studium virů. [30] [31] [32]

Evoluce Upravit

Jednobuněčné mikroorganismy byly prvními formami života na Zemi, přibližně před 3,5 miliardami let. [33] [34] [35] Další vývoj byl pomalý, [36] a asi 3 miliardy let v předkambrickém období (velká část historie života na Zemi) byly všechny organismy mikroorganismy. [37] [38] Bakterie, řasy a houby byly identifikovány v jantaru starém 220 milionů let, což ukazuje, že morfologie mikroorganismů se od přinejmenším triasového období změnila jen málo. [39] Nově objevená biologická role, kterou hraje nikl - zejména ta, kterou přinesly sopečné erupce ze sibiřských pastí - však mohla urychlit vývoj methanogenů ke konci události zániku Perm - Triasu. [40]

Mikroorganismy mívají relativně rychlý vývoj. Většina mikroorganismů se dokáže rychle rozmnožovat a bakterie jsou také schopné volně si vyměňovat geny prostřednictvím konjugace, transformace a transdukce, a to i mezi velmi odlišnými druhy. [41] Tento horizontální přenos genů, spojený s vysokou mírou mutací a dalšími způsoby transformace, umožňuje mikroorganismům rychlý vývoj (prostřednictvím přirozeného výběru), aby přežily v nových prostředích a reagovaly na stresy prostředí. Tato rychlá evoluce je v medicíně důležitá, protože vedla k vývoji patogenních bakterií odolných vůči více léčivům, superbugs, které jsou odolné vůči antibiotikům. [42]

Možnou přechodnou formu mikroorganismu mezi prokaryotem a eukaryotem objevili v roce 2012 japonští vědci. Parakaryon myojinensis je jedinečný mikroorganismus větší než typický prokaryot, ale s jaderným materiálem uzavřeným v membráně jako v eukaryotu a přítomností endosymbiontů. Toto je považováno za první věrohodnou evoluční formu mikroorganismu, která ukazuje stupeň vývoje od prokaryota k eukaryotu. [43] [44]

Archaea Upravit

Archaea jsou prokaryotické jednobuněčné organismy a tvoří první doménu života v systému tří domén Carl Woese. Prokaryot je definován jako bez buněčného jádra nebo jiné organely vázané na membránu. Archaea sdílí tento určující rys s bakteriemi, se kterými byly kdysi seskupeny. V roce 1990 mikrobiolog Woese navrhl systém tří domén, který rozdělil živé věci na bakterie, archea a eukaryoty [45], a tím rozdělil prokaryotickou doménu.

Archaea se od bakterií liší jak svou genetikou, tak biochemií. Například zatímco bakteriální buněčné membrány jsou vyrobeny z fosfoglyceridů s esterovými vazbami, archaeanské membrány jsou vyrobeny z etherových lipidů. [46] Archaea byla původně popisována jako extremofili žijící v extrémních prostředích, jako jsou horké prameny, ale od té doby se vyskytují na všech typech stanovišť. [47] Teprve nyní si vědci začínají uvědomovat, jak jsou archaea v prostředí běžná, přičemž Crenarchaeota je nejběžnější formou života v oceánu a dominuje ekosystémům pod hloubkou 150 m. [48] ​​[49] Tyto organismy jsou také běžné v půdě a hrají zásadní roli v oxidaci amoniaku. [50]

Kombinované domény archea a bakterií tvoří nejrozmanitější a nejhojnější skupinu organismů na Zemi a obývají prakticky všechna prostředí, kde je teplota nižší než +140 ° C. Nacházejí se ve vodě, půdě, vzduchu, jako mikrobiom organismu, horké prameny a dokonce i hluboko pod zemskou kůrou ve skalách. [51] Odhaduje se, že počet prokaryot se pohybuje kolem pěti neilionů, neboli 5 × 10 30, což představuje nejméně polovinu biomasy na Zemi. [52]

Biodiverzita prokaryot není známa, ale může být velmi velká. Odhad z května 2016, založený na zákonech škálování ze známého počtu druhů podle velikosti organismu, odhaduje na planetě asi 1 bilion druhů, z nichž většinu tvoří mikroorganismy. V současné době je popsána pouze jedna tisícina jednoho procenta z této celkové částky. [53] Archaelské buňky některých druhů agregují a přenášejí DNA z jedné buňky do druhé přímým kontaktem, zejména ve stresových podmínkách prostředí, které způsobují poškození DNA. [54] [55]

Bakterie Upravit

Bakterie jako archea jsou prokaryotické-jednobuněčné a bez buněčného jádra nebo jiné organely vázané na membránu. Bakterie jsou mikroskopické, až na několik extrémně vzácných výjimek, jako např Thiomargarita namibiensis. [56] Bakterie fungují a množí se jako jednotlivé buňky, ale často se mohou agregovat v mnohobuněčných koloniích. [57] Některé druhy, jako jsou myxobakterie, se mohou agregovat do komplexních rojových struktur, které v rámci svého životního cyklu fungují jako mnohobuněčné skupiny [58], nebo vytvářejí shluky v koloniích bakterií, jako je např. E-coli.

Jejich genom je obvykle kruhový bakteriální chromozom - jediná smyčka DNA, ačkoli mohou také uchovávat malé kousky DNA zvané plazmidy. Tyto plazmidy lze přenášet mezi buňkami bakteriální konjugací. Bakterie mají uzavřenou buněčnou stěnu, která poskytuje jejich buňkám pevnost a tuhost. Reprodukují se binárním štěpením nebo někdy pučením, ale nepodstupují meiotickou sexuální reprodukci. Mnoho bakteriálních druhů však může přenášet DNA mezi jednotlivými buňkami horizontálním procesem přenosu genů, který se označuje jako přirozená transformace. [59] Některé druhy vytvářejí mimořádně odolné spory, ale pro bakterie je to mechanismus přežití, nikoli reprodukce. Za optimálních podmínek mohou bakterie růst extrémně rychle a jejich počet se může zdvojnásobit každých 20 minut. [60]

Eukaryoty Upravit

Většina živých věcí, které jsou v dospělé formě viditelné pouhým okem, jsou eukaryoty, včetně lidí. Mnoho eukaryot je však také mikroorganismy. Na rozdíl od bakterií a archea obsahují eukaryoty ve svých buňkách organely, jako je buněčné jádro, Golgiho aparát a mitochondrie. Jádro je organela, ve které je uložena DNA, která tvoří genom buňky. Samotná DNA (kyselina deoxyribonukleová) je uspořádána do komplexních chromozomů. [61] Mitochondrie jsou organely životně důležité pro metabolismus, protože jsou místem cyklu kyseliny citrónové a oxidační fosforylace. Vyvinuly se ze symbiotických bakterií a zachovaly si zbytkový genom. [62] Stejně jako bakterie mají i rostlinné buňky buněčné stěny a kromě organel u jiných eukaryot obsahují organely, jako jsou chloroplasty. Chloroplasty produkují energii ze světla fotosyntézou a původně byly také symbiotickými bakteriemi. [62]

Jednobuněčné eukaryoty se skládají z jediné buňky po celý jejich životní cyklus. Tato kvalifikace je významná, protože většina mnohobuněčných eukaryot sestává z jediné buňky zvané zygota pouze na začátku svých životních cyklů. Mikrobiální eukaryota mohou být buď haploidní nebo diploidní a některé organismy mají více buněčných jader. [63]

Jednobuněčné eukaryoty se za příznivých podmínek obvykle rozmnožují nepohlavně mitózou. Ve stresových podmínkách, jako jsou omezení živin a další podmínky související s poškozením DNA, však mají tendenci se sexuálně reprodukovat meiózou a syngamií. [64]

Protists Upravit

Z eukaryotických skupin jsou protisty nejčastěji jednobuněčné a mikroskopické. Jedná se o velmi různorodou skupinu organismů, které není snadné zařadit. [65] [66] Několik druhů řas je mnohobuněčných prvoků a slizovité formy mají jedinečné životní cykly, které zahrnují přepínání mezi jednobuněčnými, koloniálními a mnohobuněčnými formami. [67] Počet druhů prvoků není znám, protože byl identifikován pouze malý podíl. Diverzita protistů je vysoká v oceánech, hlubinných průduchech, říčním sedimentu a kyselé řece, což naznačuje, že mnoho eukaryotických mikrobiálních společenství může být dosud objeveno. [68] [69]

Houby Upravit

Houby mají několik jednobuněčných druhů, jako jsou pekařské kvasnice (Saccharomyces cerevisiae) a štěpné kvasinky (Schizosaccharomyces pombe). Některé houby, například patogenní kvasinky Candida albicans, může podstoupit fenotypové přepínání a v některých prostředích růst jako jednotlivé buňky a v jiných vláknitých hyfách. [70]

Rostliny Upravit

Zelené řasy jsou velkou skupinou fotosyntetických eukaryot, které zahrnují mnoho mikroskopických organismů. Ačkoli některé zelené řasy jsou klasifikovány jako prvoky, jiné jako charophyta jsou zařazeny mezi rostliny embryofytů, které jsou nejznámější skupinou suchozemských rostlin. Řasy mohou růst jako jednotlivé buňky nebo v dlouhých řetězcích buněk. Zelené řasy zahrnují jednobuněčné a koloniální bičíky, obvykle, ale ne vždy, se dvěma bičíky na buňku, stejně jako různé koloniální, kokidní a vláknité formy. V Charales, což jsou řasy, které jsou nejvíce příbuzné vyšším rostlinám, se buňky v organismu diferencují do několika odlišných tkání. Existuje asi 6000 druhů zelených řas. [71]

Mikroorganismy se nacházejí téměř v každém přirozeném prostředí, včetně nepřátelského prostředí, jako je severní a jižní pól, pouště, gejzíry a skály. Zahrnují také všechny mořské mikroorganismy oceánů a hlubokého moře. Některé typy mikroorganismů se přizpůsobily extrémnímu prostředí a udržovaným koloniím jsou tyto organismy známé jako extremofily. Extremofilové byli izolováni z hornin až 7 kilometrů pod zemským povrchem [72] a bylo navrženo, že množství organismů žijících pod zemským povrchem je srovnatelné s množstvím života na povrchu nebo nad povrchem. [51] O extremofilech je známo, že přežívají delší dobu ve vakuu a mohou být vysoce odolní vůči radiaci, což jim dokonce může umožnit přežít ve vesmíru. [73] Mnoho typů mikroorganismů má intimní symbiotické vztahy s jinými většími organismy, z nichž některé jsou vzájemně prospěšné (mutualismus), zatímco jiné mohou být pro hostitelský organismus škodlivé (parazitismus). Pokud mohou mikroorganismy způsobit onemocnění v hostiteli, jsou známé jako patogeny, a pak jsou někdy označovány jako mikroby. Mikroorganismy hrají klíčovou roli v biogeochemických cyklech Země, protože jsou zodpovědné za rozklad a fixaci dusíku. [74]

Bakterie používají regulační sítě, které jim umožňují přizpůsobit se téměř každému prostředí na Zemi. [75] [76] Síť interakcí mezi různými typy molekul včetně DNA, RNA, proteinů a metabolitů využívá bakterie k dosažení regulace genové exprese. U bakterií je hlavní funkcí regulačních sítí kontrola reakce na změny prostředí, například stav výživy a stres v životním prostředí. [77] Složitá organizace sítí umožňuje mikroorganismu koordinovat a integrovat více environmentálních signálů. [75]

Extremofilové Upravit

Extremofilové jsou mikroorganismy, které se přizpůsobily tak, aby mohly přežít a dokonce se jim dařit v extrémních prostředích, která jsou normálně smrtelná pro většinu forem života. Termofilům a hypertermofilům se daří při vysokých teplotách. Psychrofilům se daří při extrémně nízkých teplotách. - Teploty až 130 ° C (266 ° F), [78] až -17 ° C (1 ° F) [79] Halofily, jako např. Halobacterium salinarum (archaejský) se daří v podmínkách vysoké soli až do nasycení. [80] Alkalifilům se daří v zásaditém pH asi 8,5–11. [81] Acidofilům se daří v hodnotě pH 2,0 nebo nižší. [82] Piezofilové prospívají při velmi vysokých tlacích: až 1 000–2 000 atm, až do 0 atm jako ve vesmírném vakuu. [83] Několik extremofilů, jako např Deinococcus radiodurans jsou radiorezistentní, [84] odolávají radiačnímu záření až 5 k Gy. Extremofilové jsou významní různými způsoby. Rozšiřují pozemský život do velké části zemské hydrosféry, kůry a atmosféry, jejich specifické evoluční adaptační mechanismy jejich extrémnímu prostředí lze využít v biotechnologiích a jejich samotná existence za takových extrémních podmínek zvyšuje potenciál mimozemského života. [85]

V půdě Edit

Cyklus dusíku v půdách závisí na fixaci atmosférického dusíku. Toho je dosaženo řadou diazotrofů. Jedním ze způsobů, jak k tomu může dojít, jsou kořenové uzliny luštěnin, které obsahují symbiotické bakterie rodů Rhizobium, Mesorhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium, a Azorhizobium. [86]

Kořeny rostlin vytvářejí úzkou oblast známou jako rhizosféra, která podporuje mnoho mikroorganismů známých jako kořenový mikrobiom. [87]

Upravit symbiózu

Lišejník je symbióza makroskopické houby s fotosyntetickými mikrobiálními řasami nebo sinicemi. [88] [89]

Mikroorganismy jsou užitečné při výrobě potravin, čištění odpadních vod, výrobě biopaliv a celé řady chemikálií a enzymů. Jsou neocenitelné ve výzkumu jako modelové organismy. Byly vyzbrojeny a někdy použity ve válčení a bioterorismu. Jsou životně důležité pro zemědělství díky jejich úloze při udržování úrodnosti půdy a při rozkladu organické hmoty.

Výroba potravin Upravit

Mikroorganismy se používají při fermentaci k výrobě jogurtů, sýrů, tvarohu, kefíru, ayranu, xynogaly a dalších druhů potravin. Fermentační kultury poskytují chuť a vůni a inhibují nežádoucí organismy. [90] Používají se k kynutí chleba a k přeměně cukrů na alkohol ve víně a pivu. Mikroorganismy se používají při vaření, výrobě vína, pečení, moření a dalších procesech výroby potravin. [91]

Některá průmyslová využití mikroorganismů:

Produkt Příspěvek mikroorganismů
Sýr Růst mikroorganismů přispívá ke zrání a chuti. Chuť a vzhled konkrétního sýra je z velké části dána mikroorganismy s ním spojenými. Lactobacillus Bulgaricus je jedním z mikrobů používaných při výrobě deníkových produktů
Alkoholické nápoje kvasnice se používají k přeměně cukru, hroznové šťávy nebo zrna upraveného sladem na alkohol. lze použít i jiné mikroorganismy, forma převádí škrob na cukr, aby se vyrobilo japonské rýžové víno, saké. Acetobacter Aceti určitý druh bakterie se používá při výrobě alkoholických nápojů
Ocet Některé bakterie se používají k přeměně alkoholu na kyselinu octovou, která dodává octu jeho kyselou chuť. Acetobacter Aceti se používá k výrobě octa, který dává octu vůni alkoholu a alkoholické chuti
Kyselina citronová Některé houby se používají k výrobě kyseliny citrónové, běžné složky nealkoholických nápojů a dalších potravin.
Vitamíny K výrobě vitamínů se používají mikroorganismy, včetně C, B2 , B.12.
Antibiotika Až na několik výjimek se k výrobě antibiotik používají mikroorganismy. Penicilin, Amoxicilin, Tetracyklin a Erythromycin

Úprava vody Upravit

Ty závisí na jejich schopnosti čistit vodu kontaminovanou organickým materiálem na mikroorganismy, které mohou dýchat rozpuštěné látky. Dýchání může být aerobní, s dobře okysličeným filtračním ložem, jako je pomalý pískový filtr. [92] Anaerobní digesce methanogeny vytváří užitečný plyn metan jako vedlejší produkt. [93]

Energetická úprava

Mikroorganismy se používají při fermentaci k výrobě ethanolu [94] a v bioplynových reaktorech k výrobě metanu. [95] Vědci zkoumají využití řas k výrobě kapalných paliv [96] a bakterií k přeměně různých forem zemědělského a městského odpadu na použitelná paliva. [97]

Chemikálie, enzymy Upravit

Mikroorganismy se používají k výrobě mnoha komerčních a průmyslových chemikálií, enzymů a dalších bioaktivních molekul. Mezi organické kyseliny produkované ve velkém průmyslovém měřítku mikrobiální fermentací patří kyselina octová produkovaná bakteriemi kyseliny octové, jako je Acetobacter aceti, kyselina máselná vyrobená bakterií Clostridium butyricum, kyselina mléčná vyrobil Lactobacillus a další bakterie mléčného kvašení [98] a kyselina citrónová produkovaná plísní Aspergillus niger. [98]

Mikroorganismy se používají k přípravě bioaktivních molekul, jako je streptokináza, z bakterie Streptococcus, [99] Cyklosporin A z houby ascomycete Tolypocladium inflatum, [100] a statiny produkované kvasinkami Monascus purpureus. [101]

Věda Upravit

Mikroorganismy jsou základními nástroji biotechnologie, biochemie, genetiky a molekulární biologie. Kvasinky Saccharomyces cerevisiae a Schizosaccharomyces pombe jsou důležitými modelovými organismy ve vědě, protože jsou to jednoduché eukaryoty, které lze rychle pěstovat ve velkém množství a lze s nimi snadno manipulovat. [102] Jsou zvláště cenné v genetice, genomice a proteomice. [103] [104] Mikroorganismy lze využít pro použití, jako je tvorba steroidů a léčba kožních chorob. Vědci také zvažují použití mikroorganismů pro živé palivové články [105] a jako řešení pro znečištění. [106]

Warfare Edit

Ve středověku, jako raný příklad biologické války, byly nemocné mrtvoly házeny na hrady během obléhání pomocí katapultů nebo jiných obléhacích strojů. Jedinci poblíž mrtvol byli vystaveni patogenu a pravděpodobně tento patogen rozšířili na ostatní. [107]

V moderní době bioterorismus zahrnoval bioterorický útok Rajneeshee z roku 1984 [108] a vydání antraxu v roce 1993 Aum Shinrikyo v Tokiu. [109]

Úprava půdy

Mikrobi mohou poskytovat živiny a minerály v půdě rostlinám, produkovat hormony, které urychlují růst, stimulují imunitní systém rostlin a vyvolávají nebo tlumí stresové reakce. Rozmanitější soubor půdních mikrobů má obecně za následek méně chorob rostlin a vyšší výnos. [110]

Lidská střevní flóra Upravit

Mikroorganismy mohou vytvářet endosymbiotický vztah s jinými, většími organismy. Například mikrobiální symbióza hraje zásadní roli v imunitním systému. Mikroorganismy, které tvoří střevní flóru v gastrointestinálním traktu, přispívají k imunitě střev, syntetizují vitamíny, jako je kyselina listová a biotin, a fermentují komplexní nestravitelné uhlohydráty. [111] Některé mikroorganismy, které jsou považovány za zdraví prospěšné, se nazývají probiotika a jsou k dispozici jako doplňky stravy nebo potravinářské přídatné látky. [112]

Upravit nemoc

Mikroorganismy jsou původci (patogeny) mnoha infekčních chorob. Mezi zapojené organismy patří patogenní bakterie způsobující choroby, jako je mor, tuberkulóza a paraziti prvoků antraxu, způsobující choroby jako malárie, spavá nemoc, úplavice a toxoplazmóza a také houby způsobující choroby jako kožní onemocnění, kandidóza nebo histoplazmóza. Jiné nemoci, jako je chřipka, žlutá zimnice nebo AIDS, jsou však způsobeny patogenními viry, které obvykle nejsou klasifikovány jako živé organismy, a proto podle přísné definice nejsou mikroorganismy. Nejsou známy jasné příklady archaeanských patogenů, [113] ačkoli byl navržen vztah mezi přítomností některých archaeanských methanogenů a lidským parodontálním onemocněním. [114] Mnoho mikrobiálních patogenů je schopno sexuálních procesů, které, jak se zdá, usnadňují jejich přežití v infikovaném hostiteli. [115]

Upravit hygienu

Hygiena je soubor postupů, jak se vyhnout infekci nebo zkažení potravin odstraněním mikroorganismů z okolí. Jelikož se mikroorganismy, zejména bakterie, nacházejí prakticky všude, mohou být škodlivé mikroorganismy spíše redukovány na přijatelnou úroveň, než aby byly ve skutečnosti eliminovány. Při přípravě pokrmů jsou mikroorganismy redukovány konzervačními metodami, jako je vaření, čistota nádobí, krátká doba skladování nebo nízké teploty. Pokud je zapotřebí úplná sterilita, jako u chirurgického vybavení, používá se autokláv k usmrcení mikroorganismů teplem a tlakem. [116] [117]


Obsah

Výzkum mikrobiomů vznikl v mikrobiologii a začal v sedmnáctém století. Vývoj nových technik a vybavení posílil mikrobiologický výzkum a způsobil posun paradigmatu v chápání zdraví a nemocí. Vzhledem k tomu, že infekční nemoci ovlivňují lidskou populaci po většinu historie, lékařská mikrobiologie byla nejranějším tématem výzkumu a veřejného zájmu. Mikrobiologie potravin je navíc starou oblastí empirických aplikací. Vývoj prvních mikroskopů umožnil objev nového, neznámého světa a vedl k identifikaci mikroorganismů. [1]

Přístup do dříve neviditelného světa otevřel oči a mysl badatelům sedmnáctého století. Antonie van Leeuwenhoek zkoumal různé bakterie různých tvarů, houby a prvoci, které nazýval zvířecí kulky, hlavně ze vzorků vody, bahna a zubního plaku, a objevil biofilmy jako první indikaci interakce mikroorganismů v komplexních komunitách. Významným mezníkem v mikrobiologii bylo vysvětlení Roberta Kocha o původu nemocí lidí a zvířat v důsledku mikrobiální infekce a rozvoji konceptu patogenity. Tato zjištění posunula zaměření výzkumné komunity a veřejnosti na roli mikroorganismů jako chorobotvorných agens, které bylo třeba odstranit. [1]

Komplexní výzkum za poslední století však ukázal, že pouze malá část mikroorganismů je spojena s nemocí nebo patogenitou. Drtivá většina mikrobů je nezbytná pro fungování ekosystému a je známá pro prospěšné interakce s jinými mikroby i makroorganismy. Na konci devatenáctého století začala mikrobiální ekologie s průkopnickou prací Martinuse W. Beijerincka a Sergeje Winogradského. Nově založená věda o mikrobiologii životního prostředí vyústila v další posun paradigmatu: mikroorganismy jsou všude v přirozeném prostředí, často spojené s hostiteli a poprvé byly zaznamenány příznivé účinky na jejich hostitele. [5] [6] [1]

Následně se koncepce, že mikroorganismy existují jako jednotlivé buňky, začala měnit, protože bylo stále očividnější, že se mikrobi vyskytují v komplexních sestavách, ve kterých jsou interakce druhů a komunikace rozhodující pro populační dynamiku a funkční aktivity. [7] Objev DNA, vývoj sekvenačních technologií, PCR a klonovací techniky umožnily zkoumání mikrobiálních komunit pomocí na kultivaci nezávislých přístupů založených na DNA a RNA. [8] [1]

Dalším důležitým krokem bylo zavedení fylogenetických markerů, jako je 16S rRNA gen pro analýzu mikrobiální komunity, Carl Woese a George E. Fox v roce 1977. [9] Dnes jsme schopni čárovým kódem bakterie, archea, houby, řasy a protistuje v jejich přirozeném prostředí, např. zaměřením jejich genů 16S a 18S rRNA, interního transkribovaného spaceru (ITS) nebo alternativně specifických funkčních oblastí genů kódujících specifické enzymy. [10] [11] [12] [1]

Další zásadní změna paradigmatu byla zahájena na začátku tohoto století a pokračuje dodnes, protože nové technologie sekvenování a nahromaděná data sekvencí zdůraznila jak všudypřítomnost mikrobiálních společenství ve spojení s vyššími organismy, tak kritické role mikrobů u lidí, zvířat a zdraví rostlin. [13] Tyto nové možnosti přinesly revoluci v mikrobiální ekologii, protože analýza genomů a metagenomů vysoce výkonným způsobem poskytuje účinné metody pro řešení funkčního potenciálu jednotlivých mikroorganismů i celých komunit v jejich přirozeném prostředí. [14] [15] Multiomické technologie zahrnující metatranscriptom, metaproteome a metabolome přístupy nyní poskytují podrobné informace o mikrobiálních aktivitách v životním prostředí. Na základě bohatých základů dat získala kultivace mikrobů, která byla v posledních třiceti letech často ignorována nebo podceňována, nový význam a vysoce výkonná kulturomika je nyní důležitou součástí sady nástrojů ke studiu mikrobiomů. V několika recenzích je zdůrazněn vysoký potenciál a síla kombinace více „omických“ technik k analýze interakcí mezi hostitelem a mikrobem. [16] [17] [1]

Mikrobiální komunity jsou běžně definovány jako soubor společně žijících mikroorganismů. Přesněji řečeno, mikrobiální společenství jsou definována jako vícedruhové asambláže, ve kterých (mikro) organismy na sebe vzájemně působí v souvislém prostředí. [18] V roce 1988 poskytli Whipps a kolegové pracující na ekologii mikroorganismů rhizosféry první definici pojmu mikrobiom. [4] Mikrobiom popsali jako kombinaci slov mikro a biome„pojmenování„ charakteristického mikrobiálního společenství “v„ přiměřeně dobře definovaném prostředí, které má výrazné fyziochemické vlastnosti “, jako„ divadle činnosti “. Tato definice představuje podstatný pokrok v definici mikrobiálního společenství, protože definuje mikrobiální společenství s odlišnými vlastnostmi a funkcemi a jeho interakcemi s prostředím, což vede k vytvoření specifických ekologických mezer. [1]

V posledních několika desetiletích však bylo publikováno mnoho dalších definic mikrobiomů. Aktuálně nejcitovanější Lederbergova definice [19] popisuje mikrobiomy v ekologickém kontextu, jako společenství komenzálních, symbiotických a patogenních mikroorganismů v tělesném prostoru nebo jiném prostředí. Marchesi a Ravel se ve své definici zaměřili na genomy a vzorce exprese genomů mikrobiálních (a virových) genomů a proteomů v daném prostředí a jeho převládajících biotických a abiotických podmínkách. [20] Všechny tyto definice naznačují, že obecné pojmy makroekologie lze snadno aplikovat na interakce mikrobů a mikrobů i na mikroby a hostitele. Do jaké míry však není zcela jasné, do jaké míry lze tyto koncepty, vyvinuté pro makroeukaryoty, aplikovat na prokaryoty s odlišným životním stylem ohledně vegetačního klidu, variací fenotypu a horizontálního přenosu genů [21], jakož i na mikroeukaryoty . To vyvolává výzvu zvažovat zcela nový soubor konceptuálních ekologických modelů a teorií pro mikrobiomovou ekologii, zejména ve vztahu k různorodým hierarchiím interakcí mikrobů mezi sebou navzájem as hostitelským biotickým a abiotickým prostředím. Mnoho současných definic nedokáže zachytit tuto složitost a popsat termín mikrobiom jako zahrnující pouze genomy mikroorganismů (viz tabulka ↓). [1]

  • "Vhodným ekologickým rámcem pro zkoumání biokontrolních systémů je mikrobiom. Toto může být definováno jako charakteristické mikrobiální společenství zaujímající přiměřeně dobře definovaný biotop, který má odlišné fyziochemické vlastnosti. Termín se tedy netýká pouze mikroorganismů." zapojit, ale také zahrnuje jejich divadlo aktivit “. [4]
  • "Tento termín se vztahuje na celý biotop, včetně mikroorganismů (bakterie, archea, nižší a vyšší eurokaryoty a viry), jejich genomů (tj. Genů) a okolních podmínek prostředí. Tato definice je založena na definici" biomu, "Biotické a abiotické faktory daných prostředí. Ostatní v této oblasti omezují definici mikrobiomu na sběr genů a genomů členů mikrobioty. Tvrdí se, že toto je definice metagenomu, který v kombinaci s prostředím představuje Mikrobiom je charakterizován aplikací jedné nebo kombinací metagenomiky, metabonomie, metatranscriptomiky a metaproteomiky v kombinaci s klinickými nebo environmentálními metadaty “. [20]
  • „jiní používají termín mikrobiom pro označení všech mikrobů komunity, a zejména pro rostlinný mikrobiom ta mikrobiální společenství spojená s rostlinou, která mohou žít, prospívat a interagovat s různými tkáněmi, jako jsou kořeny, výhonky, listy, květiny a semena “. [22]
  • „Ekologické společenství komenzálních, symbiotických a patogenních mikroorganismů v tělesném prostoru nebo jiném prostředí“. [19]
  • „Společenství mikroorganismů (jako jsou bakterie, houby a viry), které obývají určité prostředí a zejména sbírku mikroorganismů žijících v lidském těle nebo na jeho těle“. [23]
  • "Projekt lidského mikrobiomu (HMP): [.] Lidský mikrobiom je souborem všech mikroorganismů žijících ve spojení s lidským tělem. Tato společenství se skládají z různých mikroorganismů včetně eukaryot, archea, bakterií a virů". [24]
  • „Kolektivní genomy mikroorganismů obývajících určité prostředí a zejména lidské tělo“. [23]
  • "Mikrobiom obsahuje veškerý genetický materiál v mikrobiotě (celá sbírka mikroorganismů ve specifickém výklenku, jako je lidské střevo). Toto může být také označováno jako metagenom mikrobioty". [25]
  • "Mikrobiom je termín, který popisuje genom všech mikroorganismů, symbiotických i patogenních, žijících na všech obratlovcích a na nich. Střevní mikrobiom se skládá z kolektivního genomu mikrobů obývajících střevo včetně bakterií, archea, virů a hub". [26]
  • „Různé přístupy k definování populace poskytují různé informace. A | Mikrobiota: Průzkumy 16S rRNA se používají k taxonomické identifikaci mikroorganismů v prostředí. B | Metagenom: geny a genomy mikrobioty, včetně plazmidů, zdůrazňující genetický potenciál populace. c | Mikrobiom: geny a genomy mikrobioty, jakož i produkty mikrobioty a hostitelského prostředí “. [27]
  • "Totalita genomů mikrobioty. Často se používá k popisu entity mikrobiálních znaků (= funkcí) kódovaných mikrobiotou." [28]
  • "Mikrobiom je ekologické společenství komenzálních, symbiotických a patogenních mikroorganismů, které doslova sdílejí náš tělesný prostor." [29]
  • „Mikrobiom je součet mikrobů a jejich genomových prvků v konkrétním prostředí“. [30]
  • „Geny a genomy mikrobioty, stejně jako produkty mikrobioty a hostitelského prostředí“. [31]

V roce 2020 zveřejnila skupina mezinárodních odborníků organizovaná projektem MicrobiomeSupport financovaným EU [32] výsledky jejich jednání o definici mikrobiomu. [1] Panel byl složen ze zhruba 40 lídrů z různých oblastí mikrobiomů a přibližně sto dalších odborníků z celého světa přispělo prostřednictvím online průzkumu. Navrhli definici mikrobiomu na základě oživení kompaktního, jasného a komplexního popisu termínu, který původně poskytl Whipps a kol. v roce 1988 [4] pozměněno souborem doporučení s ohledem na následný technologický vývoj a zjištění výzkumu. Jasně oddělují pojmy mikrobiom a mikrobiota a poskytují komplexní diskusi s ohledem na složení mikrobioty, heterogenitu a dynamiku mikrobiomů v čase a prostoru, stabilitu a odolnost mikrobiálních sítí, definici základních mikrobiomů a funkčně relevantní druhy lichoběžníkových a také koevoluční principy interakcí mikrobů s hostitelem a mezidruhů v mikrobiomu. [1]

Panel rozšířil Whipps a kol. definice, která obsahuje všechny důležité body, které jsou platné i 30 let po zveřejnění v roce 1988, dvěma vysvětlujícími větami rozlišujícími pojmy mikrobiom a mikrobiota a vyslovujícím její dynamický charakter, a to následovně:

  • The mikrobiom je definována jako charakteristická mikrobiální komunita zaujímající přiměřeně dobře definovaný biotop, který má výrazné fyziochemické vlastnosti. Mikrobiom se nevztahuje pouze na příslušné mikroorganismy, ale zahrnuje také jejich činnost, což vede k vytvoření specifických ekologických mezer. Mikrobiom, který tvoří dynamický a interaktivní mikro-ekosystém náchylný ke změnám v čase a měřítku, je integrován do makro-ekosystémů, včetně eukaryotických hostitelů, a zde je klíčový pro jejich fungování a zdraví. [1]
  • The mikrobiota sestává ze sestavy mikroorganismů patřících do různých království (prokaryoty (bakterie, archea), eukaryoty (řasy, prvoky, houby atd.), zatímco „jejich působiště“ zahrnuje mikrobiální struktury, metabolity, mobilní genetické prvky (jako jsou transpozony, fágy) a viry) a reliktní DNA zakotvenou v podmínkách prostředí stanoviště. [1]

Mikrobiota zahrnuje všechny živé členy tvořící mikrobiom. Většina výzkumníků mikrobiomů souhlasí s tím, že bakterie, archea, houby, řasy a malé prvoky by měly být považovány za členy mikrobiomu. [20] [1] Integrace fágů, virů, plazmidů a mobilních genetických prvků je kontroverznějším problémem při definici mikrobiomu. Rovněž neexistuje jednoznačná shoda v tom, zda extracelulární DNA odvozená z mrtvých buněk, takzvaná „reliktní DNA“, patří do mikrobiomu. [33] [1] Reliktní DNA může být až 40% sekvenované DNA v půdě, [34] a byla v průměru až 33% z celkové bakteriální DNA v širší analýze stanovišť s nejvyšším podílem 80% v některých vzorcích. [35] Navzdory své všudypřítomnosti a hojnosti měla reliktní DNA minimální vliv na odhady taxonomické a fylogenetické rozmanitosti. [35] [1]

Pokud jde o použití konkrétních termínů, jasná diferenciace mezi mikrobiomy a mikrobioty pomáhá vyhnout se kontroverzím týkajícím se členů mikrobiomu. [1] Mikrobiota je obvykle definována jako soubor živých mikroorganismů přítomných v definovaném prostředí. [20] Protože fágy, viry, plazmidy, priony, viroidy a volná DNA nejsou obvykle považovány za živé mikroorganismy, [36] nepatří do mikrobioty. [1]

Termín mikrobiom, jak jej původně předpokládali Whipps a spolupracovníci, [4] zahrnuje nejen komunitu mikroorganismů, ale také jejich „divadlo činnosti“. Ten zahrnuje celé spektrum molekul produkovaných mikroorganismy, včetně jejich strukturních prvků (nukleové kyseliny, proteiny, lipidy, polysacharidy), metabolity (signální molekuly, toxiny, organické a anorganické molekuly) a molekuly produkované koexistujícími hostiteli a strukturované okolními podmínkami prostředí. Všechny mobilní genetické prvky, jako jsou fágy, viry a „relikvie“ a extracelulární DNA, by proto měly být zahrnuty do pojmu mikrobiom, ale nejsou součástí mikrobioty. Termín mikrobiom je také někdy zaměňován s metagenomem. Metagenom je však jasně definován jako soubor genomů a genů členů mikrobioty. [20] [1]

Studie mikrobiomů se někdy zaměřují na chování konkrétní skupiny mikrobiot, obvykle ve vztahu k jasné hypotéze nebo ji odůvodňují. Ve vědecké literatuře se začalo objevovat stále více termínů jako bakteriom, archeom, mykobiom nebo virom, ale tyto termíny se nevztahují na biomy (regionální ekosystém s výrazným seskupením (mikro) organismů a fyzické prostředí často odráží určité klima a půda) jako samotný mikrobiom. [1] V důsledku toho by bylo lepší použít původní termíny (bakteriální, archaální nebo fungální komunita). Na rozdíl od mikrobioty, kterou lze studovat samostatně, je mikrobiom vždy složen ze všech členů, kteří na sebe vzájemně působí, žijí na stejném stanovišti a společně tvoří svůj ekologický výklenek. Dobře zavedený termín virome je odvozen z viru a genomu a používá se k popisu metagenomů virové brokovnice sestávající ze souboru nukleových kyselin spojených s konkrétním ekosystémem nebo holobiontem. [37] Virové metagenomy lze navrhnout jako sémanticky a vědecky lepší termín. [1]

Mikrobi na sebe vzájemně působí a tyto symbiotické interakce mají různé důsledky pro mikrobiální zdatnost, populační dynamiku a funkční kapacity v mikrobiomu. [38] Tyto interakce mohou být buď mezi mikroorganismy stejného druhu, nebo mezi různými druhy, rody, rodinami a oblastmi života. Interaktivní vzorce v těchto sítích mohou být pozitivní (vzájemnost, synergismus nebo komenzalismus), negativní (amensalismus [včetně predace, parazitismu, antagonismu nebo konkurence]) nebo neutrální - pokud neexistuje žádný (nebo žádný pozorovaný) vliv na funkční kapacity nebo vhodnost interagujících druhů (viz diagram vpravo) Koncepty strategie mikrobiálního života (tj. kopiotrofní a oligotrofní stratégové a konkurenční rámec - tolerant stresu - základní prvky) mohou ovlivnit výsledky interakcí. [39] Například mikroorganismy soutěžící o stejný zdroj mohou také navzájem těžit, když soutěží o stejnou sloučeninu na různých trofických úrovních. Stabilita komplexního mikrobiálního ekosystému závisí na trofických interakcích pro stejný substrát na různých úrovních koncentrace. Od roku 2020 byly studovány mikrobiální sociální adaptace v přírodě. [1] Molekulární markery zde mohou poskytnout vhled do sociálních adaptací podporou teorií, např. Altruistů a podvodníků v nativních mikrobiomech. [40] [1]

Sekundární metabolity hrají zásadní roli při zprostředkování složitých mezidruhových interakcí a zajišťují přežití v konkurenčním prostředí. Snímání kvora indukované malými molekulami, jako jsou n-acyl-homoserinové laktony nebo peptidy, umožňuje bakteriím řídit kooperativní aktivity a přizpůsobovat své fenotypy biotickému prostředí, což má za následek například adhezi buňka-buňka nebo tvorba biofilmu. [7] [41] Přímý mezidruhový přenos elektronů (DIET) je důležitým mechanismem komunikace ve většině anaerobních ekosystémů. [42] Kromě toho mohou těkavé sloučeniny působit jako dlouhodobí poslové pro komunikaci napříč královstvími na dlouhé vzdálenosti. [43] Takzvané „houbové dálnice“ navíc slouží jako dopravní systémy pro bakterie [44] i pro vodu a živiny [45], a mohou proto hrát důležitou roli při strukturování mikrobiálních sítí. Navzdory těmto příkladům zůstává komunikace a interakce v mikrobiomu nedostatečně prozkoumána a bude těžit z více znalostí o metabolické souhře všech členů mikrobiomu. Redukční experimentální modely a modelové mikrobiomy zde mohou pomoci identifikovat mikroby a molekulární mechanismy zapojené do komplexních interakcí. [46] [1]

V současné době dostupné metody pro studium mikrobiomů, takzvaných multiomik, se pohybují od izolace s vysokou propustností (kulturomika) a vizualizace (mikroskopie) po cílení na taxonomické složení (metabarcoding) nebo řešení metabolického potenciálu (metabarcoding funkčních genů, metagenomika) analyzovat mikrobiální aktivitu (metatranscriptomics, metaproteomics, metabolomics), jak je znázorněno na obrázku vpravo. Na základě metagenomových dat lze rekonstruovat mikrobiální genomy. Zatímco první genomy sestavené z metagenomu byly rekonstruovány ze vzorků životního prostředí, [48] v posledních letech bylo binováno několik tisíc genomů bakterií, aniž by byly kultivovány organismy za nimi. Například nedávno bylo zrekonstruováno 154 723 mikrobiálních genomů globálního lidského mikrobiomu z 9 428 metagenomů. [49] [1]

Od roku 2020 je porozumění omezené kvůli chybějícím vazbám mezi masivní dostupností mikrobiomových sekvenčních dat DNA na jedné straně a omezenou dostupností mikrobiálních izolátů potřebných k potvrzení metagenomických předpovědí genové funkce na straně druhé. [1] Data metagenomu poskytují hřiště pro nové předpovědi, ale k posílení vazeb mezi sekvencí a přísnými funkčními předpověďmi je zapotřebí mnohem více údajů. To je zřejmé, když vezmeme v úvahu, že nahrazení jednoho jediného zbytku aminokyseliny jiným může vést k radikální funkční změně, což má za následek nesprávné funkční přiřazení k dané genové sekvenci. [51] Kromě toho je zapotřebí kultivace nových kmenů, která pomůže identifikovat velkou část neznámých sekvencí získaných z metagenomických analýz, což u špatně studovaných ekosystémů může být více než 70%. V závislosti na použité metodě nemá ani v dobře studovaných mikrobiomech 40–70% anotovaných genů v plně sekvenovaných mikrobiálních genomech žádnou známou nebo predikovanou funkci. [52] Současné odhady navíc předpovídají, že domény s neznámými funkcemi velmi brzy převýší rodiny známých funkcí. [53] Existuje jasná potřeba klasičtější mikrobiologie, včetně použití cílených mutantů v kombinaci s mikrobiální biochemií, aby bylo možné tuto výzvu zvládnout. Kromě toho lze mnohem více vytěžit z důkladné funkční charakterizace již objevených proteinových rodin s neznámou funkcí (funkcemi) než z dalšího rozšiřování seznamu těchto rodin. [1] Porozumět prokaryotické funkční rozmanitosti od roku 2019 je náročné, protože 85 z aktuálně založených 118 phyla dosud nemělo popsaný jediný druh. [54] [1]

Počet prokaryotických kmenů může dosáhnout stovek a archaální patří mezi ty nejmenší. [54] Rostoucí propast mezi diverzitou Bacteria a Archaea uchovávaných v čisté kultuře a těmi, které byly detekovány molekulárními metodami, vedla k návrhu na zavedení formální nomenklatury pro dosud nekultivované taxony, primárně na základě informací o sekvenci. [55] [56] Podle tohoto návrhu by byl koncept druhů Candidatus rozšířen na skupiny blízce příbuzných sekvencí genomu a jejich jména by byla zveřejněna podle zavedených pravidel bakteriální nomenklatury. [1]


Americké akademie mikrobiologie kolokvium (2004). Mikrobiologie v 21. století. Kde jsme a kam jdeme. Americká mikrobiologická akademie. Washington DC..

Demain A. L. (2000). Mikrobiální biotechnologie. Trends Biotechnol, 18, 26–31.

Demain, A. L. (1996). Sekundární metabolismus hub: regulace a funkce. V B. Sutton (Ed.), Století mykologie (s. 233–254). Cambridge, MA: Cambridge University Press. .

Strohl, W. R. (1997). Průmyslová antibiotika: dnes a budoucnost. Ve W. R. Strohlovi (ed.), Biotechnologie antibiotik, 2. vyd., (S. 1–47). New York, NY: Marcel Dekker.

Wall, M. E., & amp Wani, M. C. (1995). Campothecin a taxol: Objev na klinice. Výzkum rakoviny, 55, 753–760.

Stierle, A., Strobel, G., & amp Stierle, D. (1993). Výroba taxolů a taxanů Taxomyces andreanae, endofytická houba tisu pacifického. Věda, 260, 214–216.

Brown, A. G., Smale, T. C., King, T. J., Hasenkamp, ​​R., & amp Thompson, R. H. (1976). Krystalová a molekulární struktura kompaktinu: nový antifungální metabolit od Penicillium brevicompactum. Journal of the Chemical Society-Perkin Transactions, 1, 1165–1170.

Endo, A., Kuroda, M., & amp Tsujita, Y. (1976). ML-236B a ML-236C, nové inhibitory tvorby cholesterolu Penicillium citrinin. Journal of Antibiotics, 29, 1346–1348.

Endo, A. (1979). K Monacolin, nové hypocholesterolemické činidlo vyrobené firmou Monascus druh. Journal of Antibiotics, 32, 852–854.

Alberts, AW, Chen, J., Kuron, G., Hunt, V., Huff, J., Hoffman, C., Rothrock, J., Lopez, M., Joshua, H., Harris, E., Patchett , A., Monaghan, H., Currie, S., Stapley, E., Albers-Schonberg, G., Hensens, O., Hirshfield, J., Hoogsteen, K., Liesch, J., & amp Springer, J (1980). Mevinolin: Vysoce účinný kompetitivní inhibitor hydroxymethylglutaryl-koenzym A reduktázy a činidlo snižující hladinu cholesterolu. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 77, 3957–3961.

Torget, R., Kim, J., & amp Lee, Y. Y. (2000). Základní aspekty kinetiky zředěné kyselé hydrolýzy/frakcionace uhlovodíků z tvrdého dřeva. 1. Hydrolýza celulózy. Industrial & amp Engineering Engineering Chemistry Research, 39, 2817–2825.

Johannes, T. W., & amp Zhao, H. (2006). Řízená evoluce enzymů a biosyntetických drah. Aktuální názor v mikrobiologii, 9, 261–267.

Gusakov, A. V., Salanovich, T. N., Antonov, A. I., Ustinov, B. B., Okunev, O. N., Burlingame, R., Emalfarb, M., Baez, M., & amp Sinitsyn, A. P. (2007). Návrh vysoce účinných směsí celulázy pro enzymatickou hydrolýzu celulózy. Biotechnologie a bioinženýrství (v tisku).

Rao, M. B., Tanksale, A. M., Ghatge, M. S., & amp Deshpande, V. V. (1998). Molekulární a biotechnologické aspekty mikrobiálních proteáz. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie, 62, 597–635.

Tzanov, T., Calafell, M., Guebitz, G. M., & amp Cavaco-Paulo, A. (2001). Biopříprava bavlněných tkanin. Enzymová mikrobiální technologie, 29, 357–362.

Farrell, R. L., Hata, K., & amp Wall, M. B. (1997). Řešení problémů se smůlou při zpracování buničiny a papíru pomocí enzymů nebo hub. Pokroky v biochemickém inženýrství/biotechnologii, 57, 197–212.

Koeller, K. M., & amp Wong, C. H. (2001). Enzymy pro chemickou syntézu. Příroda, 409, 232–240.

Kirchner, G., Scollar, M. P., & amp Klibanov, A. (1995). Rozlišení racemických směsí lipázovou katalýzou v organických rozpouštědlech. Journal of the American Chemical Society, 107, 7072–7076.

Klibanov, A. (2001). Vylepšení enzymů jejich použitím v organických rozpouštědlech. Příroda, 409, 241–246.

Zaks, A., & amp Dodds, D. R. (1997). Aplikace biokatalýzy a biotransformací na syntézu léčiv. Objev drog dnes, 2, 513–531.

Carrea, G., & amp Riva, S. (2000). Vlastnosti a syntetické aplikace enzymů v organických rozpouštědlech. Angewandte Chemie, 33, 2226–2254.

Lee, M. Y., & amp; Dordick J. S. (2002). Aktivace enzymu pro nevodná média. Aktuální názor v mikrobiologii, 13, 376–384.

Kirk, O., Borchert, T. V., & amp Fulgsang, C. C. (2002). Průmyslové aplikace enzymů. Aktuální názor v mikrobiologii, 13, 345–351.

Yamada, H., Shimizu, S., & amp Kobayashi, M. (2001). Hydratázy zapojené do konverze nitrilu: screening, charakterizace a aplikace. Chemický záznam, 1, 152–161.

Thomas, S. M., DiCosimo, R., & amp Nagarajan, V. (2002). Biokatalýza: aplikace a potenciály pro chemický průmysl. Trends Biotechnology, 20, 238–242.

Swartz, J. R. (1996). Escherichia coli technologie rekombinantní DNA. Ve F. C. Neidhardt (ed.), Escherichia coli a Salmonella: Buněčná a molekulární biologie, 2. vyd., (S. 1693–1771). Washington DC: Americká společnost mikrobiologického tisku.

Romanos, M. A., Scorer, C. A., & amp Clare, J. J. (1992). Exprese cizího genu v kvasinkách: přehled. Droždí, 8, 423–488.

Higgins, D. R., & amp Cregg, J. M. (1998). Úvod do Pichia pastoris, V D. R. Higgins & amp. J. M. Cregg (Eds.), Pichia protokoly (s. 1–15). Totowa, New Jersey: Humana Press.

Bretthauer, R. K., & amp Castellino, F. J. (1999). Glykosylace Pichia pastoris-odvozené bílkoviny. Biotechnologie a aplikovaná biochemie, 30, 193–200.

Romanos, M. A. (1995). Pokroky v používání Pichia pastoris pro výraz na vysoké úrovni. Aktuální názor v mikrobiologii, 6, 527–533.

Sohn, J. H., Kang, H. A., Rao, K. J., Kim, C. H., Choi, E. S., Chung, B. H., & amp Rhee, S. K. (2001). Současný stav antikoagulancia hirudin: jeho biotechnologická produkce a klinická praxe. Aplikovaná biochemie a biotechnologie, 57, 606–613.

Giuseppin, M., van Eijk, H. M., & amp Bes, B. C. (1988). Molekulární regulace aktivity metanoxidoxidázy v kontinuálních kulturách Hansenula polymorpha. Biotechnologie a bioinženýrství, 32, 577–583.

Egli, T., van Dijken, J. P., Veenhuis, M., Harder, W., & amp Feichter, A. (1980). Metabolismus methanolu v kvasinkách: regulace syntézy katabolitových enzymů. Archiv mikrobiologie, 124, 115–121.

Shuster, J. R., & amp Connelley, M. B. (1999). Inzerční mutageneze zprostředkovaná restrikčními enzymy značená promotorem v Aspergillus niger. Molecular & amp General Genetics, 262, 27–34.

Gouka, R. J., Gerk, C., Hooykaas, P. J. J., Bundock, P., Musters, W., Verrips, C. T., & amp de Groot, M. J. A. (1999). Transformace Aspergillus awamori podle Agrobacterium tumefaciens-zprostředkovaná homologní rekombinace. Přírodní biotechnologie, 6, 598–601.

van der Hombergh, J. P., van de Vondervoort, P. J., van der Heijden, N. C., & amp Visser, J. (1997). Nové proteázové mutanty v Aspergillus niger výsledkem je silně snížená in vitro degradace cílových proteinů, genetická a biochemická charakterizace sedmi komplementačních skupin. Aktuální genetika, 28, 299–308.

Gouka, R. J., Punt, P. J., & amp van den Hondel, C. A. M. J. J. (1997). Efektivní produkce sekretovaných proteinů pomocí Aspergillus: pokrok, omezení a vyhlídky. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 47, 1–11.

Moralejo, F. J., Cardoza, R. E., Gutierrez, S., & amp Martín, J. F. (1999). Produkce thaumatinu v Aspergillus awamori použitím expresních kazet se silnými fungálními promotory a vysokou dávkou genu. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 65, 1168–1174.

Ward P., Cunningham G. A., & amp Conneely O. M. (1997). Komerční produkce laktoferinu, multifunkčního glykoproteinu vázajícího železo. Recenze biotechnologie a zesilovače genetického inženýrství, 14, 303–319.

Dunn-Coleman, NS, Bloebaum, P., Berka, R., Bodie, E., Robinson, N., Armstrong, G., Ward, M., Przetak, M., Carter, GL, LaCost, R., Wilson, LJ, Kodama, KH, Baliu, EF, Bower, B., Lamsa, M., & amp Heinsohn, H. (1991). Komerční úrovně produkce chymozinu do Aspergillus. Bio/technologie, 9, 976–981.

Verdoes, J. C., Punt, P. J., Burlingame, R., Bartels, J., van Dijk, R., Slump, E., Meens, M., Joosten, R., & amp Emalfarb, M. (2007). Dedikovaný vektor pro efektivní konstrukci knihovny a vysoce výkonné screeningy v hyfální houbě Chrysosporium lucknowense. Průmyslová biotechnologie, 3, 48–57.

Brown, K. S. (1996). Při pohledu zpět na Jenner se vývojáři očkovacích látek připravují na 21. století. Vědec 10 (Číslo z 1. dubna), 14. – 17.

Gerngross, T. (2004). Pokroky v produkci lidských terapeutických proteinů a vláknitých hub. Biotechnologie přírody, 22, 1409–1414.

Stephanopoulos G., Aristodou A., & amp Nielsen J. (Eds.) (1998). Metabolické inženýrství. San Diego, CA: Akademický.

Ostergaard, S., Olsson, L., & amp Nielsen, J. (2000). Metabolické inženýrství Saccharomyces cerevisiae. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie, 64, 34–50.

Rohlin, L., Oh, M. K., & amp Liao, J. C. (2001). Mikrobiální cesta pro průmyslové procesy: evoluce, kombinatorická biosyntéza a racionální návrh. Aktuální názor v mikrobiologii, 4, 350–355.

Bongaerts, J., Kramer M., Muller, U., Raeven, L., & amp Wubbolts, M. (2001). Metabolické inženýrství pro mikrobiální produkci aromatických aminokyselin a odvozených sloučenin. Metabolické inženýrství, 3, 289–300.

Mielenz, J. R. (2001). Produkce etanolu z biomasy: stav technologie a komercializace. Aktuální názor v mikrobiologii, 4, 324–329.

Ingram, L. O., Conway T., Clark D. P., Sewell G. W., & amp Preston J. F. (1987). Genetické inženýrství výroby ethanolu v Escherichia coli. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 53, 2420–2425.

Green, D. (2005). Točení slámy do paliva. Biocyklus, 46, 61–65.

Lynd, L. (1996). Přehled a hodnocení palivového ethanolu z celulózové biomasy: technologie, ekonomika a politika. Výroční zpráva o energii a životním prostředí, 21, 403–465.

Jeffries, T. W. (2006). Inženýrské kvasinky pro metabolismus xylózy. Aktuální názor v biotechnologii, 17, 320–326.

Wendisch, V. T., Bott, M., & amp Eikmanns, B. J. (2006). Metabolické inženýrství Escherichia coli a Corynebacterium glutamicum pro biotechnologickou produkci organických kyselin a aminokyselin. Aktuální názor v mikrobiologii, 9, 268–274.

Wendisch, V. F. (2006). Genetická regulace Corynebacterium glutamicum metabolismus. Časopis mikrobiologie a biotechnologie, 16, 999–1009.

Eggeling, L., & amp. Sahm H. (1999). Produkce aminokyselin: principy metabolického inženýrství. V S. Y. Lee & amp. E. T. Papoutsakis (eds.), Metabolické inženýrství, (s. 153–176). Marcel Dekker: New York.

Shibasaki, T., Hashimoto, S., Mori, H., & amp Ozaki, A. (2000). Konstrukce nového rekombinantu produkujícího hydroxyprolin Escherichia coli zavedením genu prolin 4-hydroxylázy. Journalof Bioscience and Bioengineering, 90, 522–525.

Weikert, C., Sauer, U., & amp Bailey, J.E (1998). Zvýšená produkce fenylalaninu růstem a nerostem Escherichia coli kmen CWML2. Pokrok v biotechnologiích, 14, 420–424.

Ikeda, M., & amp Katsumata, R. (1999). Hyperprodukce tryptofanu od Corynebacterium glutamicum s modifikovanou pentózofosfátovou cestou. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 65, 2497–2502.

Levy-Schil, S., Debussche, L., Rigault, S., Soubrier, F., Bacchette, F., Lagneaux, D., Schleuniger, J., Blanche, F., Crouzet, J., & amp Mayaux, JF (1993). Biotinová biosyntetická dráha v rekombinantním kmeni Escherichia coli nadměrně exprimující bio geny: důkaz omezujícího kroku proti proudu od KAPA. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 38, 755–762.

Sakurai, N., Imai, Y., Masuda, M., Komatsubara, S., & amp Tosa, T. (1994). Vylepšení d-biotin-hyperprodukujícího rekombinantního kmene Serratia marcescens. Journal of Biotechnology, 36, 63–73.

Masuda, M., Takahashi, K., Sakurai, N., Yanagiya, K., Komatsubara, S., & amp Tosa T. (1995). Další zlepšení produkce D-biotinu rekombinantním kmenem Serratia marcescens. Procesní biochemie, 30, 553–562.

Hong, Y.-R., Chen, Y.-L., Farh, L., Yang, W.-J., Liao, C.-H., & amp Shiuan, D. (2006). Rekombinantní Candida utilis pro produkci biotinu. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 71, 211–221.

Saito, Y., Ishii, Y., Hayashi, H., Imao, Y., Akashi, T., Yoshikawa, K., Noguchi, Y., Soeda, S., Yoshida, M., Niwa, M., Hosoda, J., & amp. Shimomura K. (1997). Klonování genů kódujících l -sorbosu a l -sorboson dehydrogenázy z Gluconobacter oxydans a mikrobiální produkce 2 -keto -l -gulonátu, prekurzoru kyseliny l -askorbové, v rekombinantním G. oxydans kmen. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 63, 454–460.

Shibata, T., Ichikawa, C., Matsuura, M., Takata, Y., Noguchi, Y., Saito, Y., & amp Yamashita, M.(2000). Klonování genu pro D-sorbitol dehydrogenázu z Gluconobacter oxydans G624 a exprese genu v Pseudomonas putida IFO3738. Journal of Bioscience and Bioengineering, 89, 463–468.

Saito, Y., Hayashi, H., Yoshikawa, K., Noguchi, Y., Yoshida, S., Soeda, S., & amp Yoshida, M. (1998). Přímá fermentace 2-keto-l-gulonové kyseliny v rekombinantu Gluconobacter oxydans. Biotechnologie a bioinženýrství, 58, 309–315.

Koizumi, S., Yonetani, Y., Maruyama, A., & amp Teshiba, S. (2000). Produkce riboflavinu metabolicky upravená Corynebacterium ammoniagenes. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 51, 674–679.

Perkins, JB, Sloma, A., Hermann, T., Theriault, K., Zachgo, E., Erdenberger, T., Hannett, N., Chatterjee, NP, Williams II V., Rufo Jr. GA, Hatch, R., & amp Pero, J. (1999). Genetické inženýrství Bacillus subtilis pro komerční výrobu riboflavinu. Journal of Industrial Microbiology & ampBiotechnology, 22, 8-18.

Chen, C. W., Lin, H. F., Kuo, C. L., Tsai, H. L., & amp Tsai, J. F. Y. (1988). Klonování a exprese sekvence DNA poskytující produkci cephamycinu C. Bio/technologie, 6, 1222–1224.

Decker, H., Summers, R. G., & amp Hutchinson, C. R. (1994). Nadprodukce složky acylového nosného proteinu polyketid syntázy typu II stimuluje produkci biosyntetických meziproduktů tetracenomycinu v Streptomyces glaucescens. Journal of Antibiotics, 47, 54–63.

Malmberg, L.-H., Hu, W.-S., & amp Sherman, D. H. (1995). Účinky zvýšené lysin e-aminotransferázy na biosyntézu cefamycinu v Streptomyces clavuligerus. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 44, 198–205.

Kennedy, J., & amp Turner, G. (1996). δ- l -α-aminoadipyl-l-cysteinyl-d-valin syntetáza je enzym omezující rychlost produkce penicilinu v Aspergillus nidulans. Molecular & amp General Genetics, 253, 189-197.

Crawford, L., Stepan, A. M., McAda, P. C., Rambosek, J. A., Conder, M. J., Vinci, V. A., & amp Reeves, C. D. (1995). Produkce cefalosporinových meziproduktů krmením kyseliny adipové rekombinantnímu Penicillium chrysogenum kmeny exprimující aktivitu expanze kruhu. Bio/technologie, 13, 58–62.

Velasco, J., Adrio, J. L., Moreno, M. A., Diez, B., Soler, G., & amp Barredo, J. L. (2000). Ekologicky bezpečná produkce kyseliny 7-aminodeacetoxycefalosporanové (7-ADCA) pomocí rekombinantních kmenů Acremonium chrysogenum. Přírodní biotechnologie, 18, 857–861.

Rodriguez, E., & amp McDaniel, R. (2001). Kombinatorická biosyntéza antimikrobiálních látek a dalších přírodních produktů. Aktuální názor v mikrobiologii, 4, 526–534.

Mendez, C., & amp Salas, J. A. (2001). Změna glykosylačního vzorce bioaktivních sloučenin. Trendy v biotechnologii, 19, 449–456.

Okanishi, M., Suzuki, N., & amp Furita, T. (1996). Různé hybridní znaky mezi rekombinanty získanými mezidruhovou fúzí protoplastů v streptomycetech. Bioscience Biotechnology and Biochemistyr, 6, 1233–1238.

Van Lanen, S. G., & amp Shen, B. (2006). Mikrobiální genomika pro zlepšení objevu přírodních produktů. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 9, 252–260.

Greden, B. D., & amp Keller, M. (2006). Zachycení nekultivované většiny. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 17, 236–240.

Bodie, E. A., Armstrong, G. L., & amp Dunn-Coleman, N. S. (1994). Zlepšení kmene kmenů produkujících chymosin Aspergillus niger var awamori pomocí parasexuální rekombinace. Enzymová mikrobiální technologie, 16, 376–382.

Pariza, M. W., & amp Johnson, E. A (2001). Hodnocení bezpečnosti mikrobiálních enzymových přípravků používaných při zpracování potravin: Aktualizace pro nové století. Regulační toxikologie a farmakologie, 33, 173–186.

Kirk, O., Borchert, T. V., & amp Fuglsang, C. C. (2002). Průmyslové aplikace enzymů. Aktuální názor v biotechnologii, 13, 345–351.

Rondon, M. R., Goodman, R. M., & amp Handelsman, J. (1999). Odměna Země: hodnocení a přístup k mikrobiální rozmanitosti půdy. Trendy v biotechnologii, 17, 403–409.

Schiraldini, C., & amp De Rosa, M. (2002). Výroba biokatalyzátorů a biomolekul z extremofilů. Trendy v biotechnologiích, 20, 515–521.

Marrs, B., Delagrave, S., & amp Murphy, D. (1999). Nové přístupy k objevování průmyslových enzymů. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 2, 241–245.

Schmid, A., Dordick, J. S., Hauer, B., Kiener, A., Wubbolts, M., & amp Witholt, B. (2001). Průmyslová biokatalýza dnes a zítra. Příroda, 409, 258–268.

Cedrone, F., Menez, A., & amp Quemeneur, E. (2000). Přizpůsobení nových funkcí enzymů racionálním přepracováním. Aktuální názor ve strukturální biologii, 10, 405–410.

Beppu, T. (1990). Modifikace aspartátových proteináz srážejících mléko technikami rekombinantní DNA. Annals of the New York Academy of Sciences, 613, 14–25.

Van den Burg, B., de Kreij, A., Van der Veek, P., Mansfeld, J., & amp Venema, G. (1998). Inženýrství enzymu odolávajícího varu. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 95, 2056–2060.

Bolon, D. N., Voigt, C. A., & amp Mayo, S. L. (2002). De novo design biokatalyzátorů. Aktuální názor ve strukturální biologii, 6, 125–129.

Shimaoka, M., Shiftman, J. M., Jing, H., Tagaki, J., Mayo, S. L., & amp Springer T. A. (2000). Výpočetní návrh domény integrinu I stabilizovaný v otevřené vysoce afinitní konformaci. Přírodní strukturální biologie, 7, 674–678.

Arnold, F. H. (2001). Kombinatorické a výpočetní výzvy pro návrh biokatalyzátoru. Příroda, 409, 253–257.

Yuan, L., Kurek, I., anglicky, J., & amp Keenan, R. (2005). Laboratorně řízená evoluce bílkovin. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie, 69, 373–392.

Leung, D. W., Chen, E., & amp Goeddel, D. V. (1989). Způsob náhodné mutageneze definovaného segmentu DNA pomocí modifikované polymerázové řetězové reakce. Technika, 1, 11–15.

Reidhaar-Olson, J., Bowie, J., Breyer, R. M., Hu, J. C., Knight, K. L., Lim, W. A., Mossing, M. C., Parsell, D. A., Shoemaker, K. R., & amp Sauer, R. T. (1991). Náhodná mutageneze proteinových sekvencí pomocí oligonukleotidových kazet. Methods in Enzymology, 208, 564–586.

Bornscheuer, U. T., Altenbuchner, J., & amp Meyer, H. H. (1998). Řízený vývoj esterázy pro stereoselektivní rozlišení klíčového meziproduktu při syntéze epithilonů. Biotechnologie a bioinženýrství, 58, 554–559.

Taguchi, S., Ozaki, A., & amp Momose, H. (1998). Inženýrství proteázy adaptované za studena sekvenční náhodnou mutagenezí a screeningovým systémem. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 64, 492–495.

Ness, J. E., Del Cardayre, S. B., Minshull, J., & amp Stemmer, W. P. (2000). Molekulární šlechtění: přirozený přístup k navrhování proteinů. Pokroky v proteinové chemii, 55, 261–292.

Stemmer, W. P. (1994). Rychlá evoluce proteinu in vitro mícháním DNA. Příroda, 370, 389–391.

Zhao, H., & amp Arnold, F. H. (1997). Optimalizace míchání DNA pro vysoce věrnou rekombinaci. Výzkum nukleových kyselin, 25, 1307–1308.

Crameri, A., Raillard, S. A., Bermudez, E., & amp Stemmer, W. P. (1998). Míchání DNA rodiny genů z různých druhů urychluje řízenou evoluci. Příroda, 391, 288–291.

Ness, J. E., Welch, M., Giver, L., Bueno, M., Cherry, J. R., Borchert, T. V., Stemmmer, W. P., & amp Minshull, J. (1999). Míchání DNA subgenomických sekvencí subtilisinu. Biotechnologie přírody, 17, 893–896.

Jaeger, K. E., & amp Reetz, M. T. (2000). Řízený vývoj enantioselektivních enzymů pro organickou chemii. Aktuální názor v chemické biologii, 4, 68–73.

Suenaga, H., Mitsokua, M., Ura, Y., Watanabe, T., & amp Furukawa, K. (2001). Řízený vývoj bifenyl dioxygenázy: vznik zvýšené degradační kapacity pro benzen, toluen a alkylbenzeny. Journal of Bacteriology 183, 5441–5444.

Song, J. K., & amp Rhee, J. S. (2001). Zlepšení stability a aktivity fosfolipázy A (1) v organických rozpouštědlech řízenou evolucí. Biochimica et Biophysica Acta, 1547, 370–378.

Raillard, S., Krebber, A., Chen, Y., Ness, JE, Bermudez, E., Trinidad, R., Fullem, R., Davis, C., Welch, M., Seffernick, J., Wackett , LP, Stemmer WP, & amp Minshull, J. (2001). Nové enzymatické aktivity a funkční plasticita odhalené rekombinací vysoce homologních enzymů. Chemie a biologie zesilovačů, 8, 891–898.

Kurtzman, A. L., Govindarajan, S., Vahle, K., Jones, J. T., Heinrichs, V., & amp Patten, P. A. (2001). Pokroky v řízené evoluci proteinů rekurzivní genetickou rekombinací: aplikace na terapeutické proteiny. Aktuální stanovisko v biotechnologiích, 12, 361–370.

Patten, P. A., Howard, R. J., & amp Stemmer W. P. (1997). Aplikace míchání DNA na léčiva a vakcíny. Aktuální názor v biotechnologii, 8, 724–733.

Tobin, M. B., Gustafsson, C., & amp Huisman, G. W. (2000). Řízená evoluce: „racionální“ základ pro „iracionální“ design. Aktuální názor ve strukturální biologii, 10, 421–427.

Zhang, Y. X., Perry, K., Vinci, V. A., Powell, K., Stemmer, W. P., & amp del Cardayre, S. B. (2002). Míchání genomu vede k rychlému fenotypovému zlepšení bakterií. Příroda, 415, 644–646.

Patnaik, R., Louie, S., Gavrilovic, V., Perry, K., Stemmer, W. P., Ryan, C. M., & amp del Cardayre, S. B. (2002). Míchání genomu Lactobacillus pro lepší snášenlivost kyselin. Biotechnologie přírody, 20, 707–712.

Picataggio, S., Rohrer, T., Deanda, K., Lanning, D., Reynolds, R., Mielenz, J., & amp Eirich, L. D. (1992). Metabolické inženýrství Candida tropicalis pro výrobu dikarboxylových kyselin s dlouhým řetězcem. Bio/technologie, 10, 894–898.

Arisawa, A., Kawamura, N., Narita, T., Kojima, I., Okamura, K., Tsunekawa, H., Yoshioka, T, Okamoto, R. (1996). Přímá fermentační produkce acyltylosinů geneticky upravenými kmeny Streptomyces fradiae. Jornal of Antibiotics, 49, 349–354.

Ferrer, M., Martinez-Abarca, F., & amp Golyshin, P. N. (2005). Těžařské genomy a „metagenomy“ pro nové katalyzátory. Aktuální stanovisko v biotechnologiích, 16, 588–593.

Bigelas, R. (1989). Průmyslové produkty biotechnologie: Aplikace genové technologie. V H. J. Rehm & amp. G. Reed (eds.) G. K. Jacobson, & amp. O. Jolly, (sv. Eds.) Biotechnologie, sv. 7b (s. 229–259). VCH, Weinheim.

Tseng, Y. H., Ting, W. Y., Chou, H. C., Yang, B. Y., & amp Chun, C. C. (1992). Zvýšení produkce xanthanu klonováním xps geny na divoký typ Xanthomonas campestris. Dopisy v aplikované mikrobiologii, 14, 43–46.

Letisse, F., Chevallereau, P., Simon, J.-L., & amp Lindley, N. D. (2001). Kinetická analýza růstu a produkce xanthanové gumy pomocí Xanthomonas campestris na sacharóze za použití sekvenčně spotřebovaných zdrojů dusíku. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 55, 417–422.

Potera, C. (1997). Genencor & amp DuPont vytvářejí „zelený“ polyester. Novinky z genetického inženýrství, 17(11), 17.

Tong, I.-T., Liao, J. J., & amp Cameron, D. C. (1991). Produkce 1,3-propandiolu od Escherichia coli exprimující geny z Klebsiella pneumoniae dha kraj. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 57, 3541–3546.

Laffend, L. A., Nagarajan, V., & amp Nakamura, C. E. (1996). Biokonverze fermentovatelného zdroje uhlíku na 1,3-propandiol jediným mikroorganismem. Patent WO 96/53,796 (E. I. DuPont de Nemours a Genencor International)..

Vink, E. T. H., Glassner, D. A., Kolstad, J. J., Wooley, R. J., & amp O’Connor, R. P. (2007). Eko profily pro současnou a blízkou budoucnost výroby polylaktidu (PLA) NatureWorks. Průmyslová biotechnologie, 3, 58–81.

Akkara, J. A., Ayyagari, M. S., & amp Bruno, F. F. (1999). Enzymatická syntéza a modifikace polymerů v nevodných rozpouštědlech. Trendy v biotechnologii, 17, 67–73.

Národní akademie věd USA (2000). Transgenní rostliny a světové zemědělství. Washington, DC: National Academy Press.

Fox, S. (2000). Zlatá rýže určená pro rozvojový svět. Novinky z genetického inženýrství, 20(12), 42–50.


Obsah

Nejběžnějším růstovým médiem pro mikroorganismy jsou živné bujóny (tekuté živné médium) nebo médium pro vývar lyzogeny. Tekutá média se často mísí s agarem a nalévají se přes sterilní dávkovač médií do Petriho misek, aby ztuhly. Tyto agarové plotny poskytují pevné médium, na kterém mohou být kultivovány mikroby. Zůstávají pevné, protože jen velmi málo bakterií je schopno rozložit agar (výjimkou jsou některé druhy v rodech: Cytophaga, Flavobacterium, Bacil, Pseudomonas, a Alcaligenes). Bakterie pěstované v kapalných kulturách často tvoří koloidní suspenze. [4] [5]

Rozdíl mezi růstovými médii používanými pro buněčnou kulturu a médii používanými pro mikrobiologickou kulturu je v tom, že buňky získané z celých organismů a pěstované v kultuře často nemohou růst bez přidání například hormonů nebo růstových faktorů, které se obvykle vyskytují in vivo. [6] V případě zvířecích buněk je tato obtíž často řešena přidáním krevního séra nebo náhradou syntetického séra do média. V případě mikroorganismů taková omezení neexistují, protože se často jedná o jednobuněčné organismy. Jedním dalším zásadním rozdílem je, že zvířecí buňky v kultuře se často pěstují na rovném povrchu, ke kterému se připojují, a médium je poskytováno v kapalné formě, která buňky pokrývá. Naproti tomu bakterie jako např Escherichia coli mohou být pěstovány na pevných nebo kapalných médiích.

Důležitým rozdílem mezi typy růstových médií je definovaná a nedefinovaná média. [1] Definované médium bude mít známá množství všech přísad. Pro mikroorganismy sestávají z poskytování stopových prvků a vitamínů požadovaných mikrobem a zvláště definovanými zdroji uhlíku a dusíku. Jako zdroje uhlíku se často používá glukóza nebo glycerol a jako anorganické zdroje dusíku amonné soli nebo dusičnany. Nedefinované médium obsahuje některé složité přísady, jako je kvasnicový extrakt nebo kaseinový hydrolyzát, které se skládají ze směsi mnoha chemických druhů v neznámých poměrech. Nedefinovaná média jsou někdy vybírána na základě ceny a někdy z nutnosti - některé mikroorganismy nebyly nikdy kultivovány na definovaných médiích.

Dobrým příkladem růstového média je mladina používaná k výrobě piva. Sladina obsahuje všechny živiny potřebné pro růst kvasinek a za anaerobních podmínek se vyrábí alkohol. Když je proces fermentace dokončen, je kombinace středních a spících mikrobů, nyní piva, připravena ke konzumaci. Hlavní typy jsou

  • kulturní média
  • minimum médií
  • selektivní média
  • diferenciální média
  • přepravní média
  • indikátorová média

Kulturní média Upravit

Kultivační média obsahují všechny prvky, které většina bakterií potřebuje k růstu, a nejsou selektivní, proto se používají k obecné kultivaci a údržbě bakterií uchovávaných ve sbírkách laboratorních kultur.

Nedefinované médium (známé také jako bazální nebo komplexní médium) obsahuje:

  • zdroj uhlíku, jako je glukóza
  • voda
  • různé soli
  • zdroj aminokyselin a dusíku (např. hovězí maso, kvasnicový extrakt)

Toto je nedefinované médium, protože zdroj aminokyselin obsahuje řadu sloučenin, přesné složení není známo.

Definované médium (také známé jako chemicky definované médium nebo syntetické médium) je médium, ve kterém

Příklady živných médií:

Minimální úpravy médií

Definované médium, které má jen tolik přísad na podporu růstu, se nazývá „minimální médium“. Počet přísad, které je nutné přidat do minimálního média, se nesmírně liší v závislosti na pěstovaném mikroorganismu. [7] Minimální média jsou ta, která obsahují minimum živin možných pro růst kolonií, obvykle bez přítomnosti aminokyselin, a často je mikrobiologové a genetici používají k pěstování mikroorganismů „divokého typu“. Minimální médium lze také použít k selekci pro nebo proti rekombinantům nebo exkonjugantům.

Minimální médium obvykle obsahuje:

  • zdroj uhlíku, kterým může být cukr, jako je glukóza, nebo méně energeticky bohatý zdroj, jako je sukcinát
  • různé soli, které se mohou lišit mezi druhy bakterií a růstovými podmínkami, tyto obecně poskytují základní prvky, jako je hořčík, dusík, fosfor a síra, které umožňují bakteriím syntetizovat bílkoviny a nukleové kyseliny
  • voda

Doplňková minimální média jsou minimální média, která také obsahují jediné vybrané činidlo, obvykle aminokyselinu nebo cukr. Tato suplementace umožňuje kultivaci specifických linií auxotrofních rekombinantů.


Protozoa je také jednobuněčný organismus s velkým počtem vodních druhů kolem 40 000. Obvykle přecházejí na jiné živé organismy a živí se jimi. Prvoci mají velikost těla 10–52 um.

Houby jsou žádný zelené rostliny, které nejsou fotosyntetické. Oni jsou heterotrofní typu výživy, protože jsou parazitické nebo saprofytické. Ukazují a symbiotický vztah s řasami za vzniku lišejníků. Některé houby lze vidět pouhým okem.

Existují houby jako houby a plísně s mnohobuněčnou strukturou známé jako mycelium.


Podívejte se na video: Bakteriální buňka pro ZŠ (Leden 2022).