miniatury od mikroorganismů po procesy

i mezidruhový přenos)
5. genové manipulace
1.získání DNA pro přenos-fragmentace DNA donora, využití mRNA(reverzní transkriptáza), syntéza genů, knihovny genů
2.výběr vhodného vektoru-R-plasmid
3.tvorba rekonbinantního vektoru-působení re-strinkční ribonukleázy, lipáza
4.tvorba rekombinantní b.-úkolem vpravit rekomb. vektor do b. akceptora
5.výběr rekomb. b. -hraje roli marker
6.klonování-upevnění vl., zabudování do chrom.
7.zabezpečení exprese-vytvoření vhodného prost.
Restrikce-schopnost b. udržovat homeostázu gen.
inf., rozpoznat(označit(zrušit
VLIV VNĚJŠÍCH FAKTORÚ
-cidní-usmrcuje, -statický-pozastavuje rozmnož.,
-lytický-vyhřeznutí protoplasmy
Fyzikální faktory-teplota(20-psycho-,25-40-me-zo-,54-60-termofilní), záření-spíše škodlivé(mutace, sterilace), pH(1-5-acido-,5-9-neutro-,7-11-alkalo-filní), tlak(izo-,hypo-,hypertonický-ztráta vody)
Chemické faktory-denaturace bílk.(ireverzib., org. rozpouštědla, kys.,zásady), blokáda a oxydace, půso-bení na b. membrány(poškození b. membr.=smrt), ovlivnění biosyntézy
PŘEMĚNY BEZDUSÍKATÝCH LÁTEK
Fermentace
1. Alkoholové (etanolové) kvašení
pyruvát(acetaldehyd(etanol a CO2
-zástupci:kvasinky,sacharomyces,torulopsis,candida
-požadavky:zpracovat mono- a disacharidy, zdroj N, dostatek P, anaer. proces, mesofilní
-význam:běžně v přírodě, výroba etanolu, pekařství, zdroj vit. B
2. Mléčné kvaš.
CH3COCO2H+NADH+H(CH3CHOHCO2H+NAD
HOMOFERM.-produkt kys. mléčná
HETEROF.-velké množ. produktů(mléčná,octová k.,CO2, ethylalkohol)
-požadavky:anaer., jednoduché cukry, vyžadují orga-nicky vázaný N,vit.,P,Ca,K v prostředí, mezo- až termofilní, acidotolerantní
Lactobac. acidofilus(v tráv. traktu, výroba acidof. ml.), Lac. fermentum(v kys. zelí, mléčné výrobky), Lac. debruukii(jogurty), Lac. plantarum(silážní, v tráv. traktu, nepatogenní), Bifidobacterium(anaer. hetero-trofní tyčinka, v tráv. tr. u kojených), Bif. bifidum
(antagonisté hnilobných procesů, probiotika-přída-
vek do krmiva), Lactococus(homofermentativní, sýry a kysaná ml.), Enterococcus(kok. mléčná bakterie, homoferm., ve střevu-E. fecalis,E. encio, antagoni-
sté hnil. procesů a patogenů, do siláží), Streptococ-
cus(S. salivarius,homoferm.), Dediococcus(hetero-fermet., do jogurtů), Leuconostoc(smetanové kult.)
-význam:běžná mikroflora v mléce,tráv. tr., mlék. sýrařství, siláž
3. Máselné kvaš.
4C6H12O6(CH3CH2CH2COOH+CO2
-zástupci: Clostridium(aerobní sprul. tyč.,pasteuri-
cum, butiricum)
-pažadavky:využívají široké spektrum N-l., mezo-
až termotrofní, anaerob
-význam:půdní proces, fixace N, rozklad bílk. v anaer. podm., předstupeň vzniku bioplynu, výroba k. más.
4. Propionové kvaš.
-produkt kys. propionová a CO2, Propionybacter-rium, výroba ementálu, vit. B12
5. Acetonbutonové kvaš.
-modifikované máselné kvaš., produkty-aceton a
butanol, Clostridium acetobutilikum, požadavky na prostř. shodné s máselným, zprac. org. zbytků
Respirace
1. Úplná aerobní resp.
C6H12O6+6O2(6 CO2+6H2O+en.(38ATP)
-zástupci:Saccharomyces,Pseudomonas,Micromy-
cety,Bacterie
-požadavky:kyslík, přítomn. mikrobů s hydrolyti-ckými enzymy
-význam:půdní proces, vznik CO2
2. Neúplná aerrobní resp.
=nepravé kvašení
a) octové kvašení-zprac. ethanolu v příto-
mnosti O2, vzniká etanol a voda, Acetobacter(aer. nespor. tyčinka), kvašení piva, vína, výroba octa
b) citrónové-glycin + O2(k. citronová, Aspergilus niger, produkce kys. citronové
ROZKLAD SLOŽITÝCH LÁTEK
A) Rozklad celulozy
celulóza(aktivní celul.(celobioza(glukoza
1. Anaerobní r. cel.
-typický pro půdy a tráv. tr., máselné kvašení
-vznik:k. máselná, octová, ethanol, butanol, CO2 a vodík; Clostridium omeleansky, dále vznik CH4 v metabióze CO2+H2(CH4
-význam:rozklad v půdě,kompostech,mrvě, čištění odpadních vod
2. Aerobní rozkl. v půdě-oxidace celulózy, produktem CO2 a voda, Cythophaga, Sporocyto-phaga,Celvibrio,Myxobakterie,Aktinomycety,Mikro-micety(Fusarium,Trichoderma)
-význam:mineralizace, produkce celulobiotických enzymů
3. Anaerobní rozklad v tráv. traktu
-polygastrická zvíř.-předžaludky, monog.-slep. stře.
-produkty:k. octová, másel.,mraven.,propion.,mléč-
ná, alkoholy, CO2 a H2
-původci:Ruminococcum, Fibrobacter,Bacteroides, Clostridium, Butivibrio
-význam:klíčová část metabolismu
B) Rozklad škrobub
škrob=amylóza+amylopektin, zásob. l., štěpí ho amylázy na dextriny(maltóza(glukóza
aerob. podm.-úplná respirace(CO2+H2O
anaerob. podm.-másel. kvaš.(CO2+H2+alkoholy
-původci:ae-Mykromycety(Aspergilus,Rhyzopus),Ak-tinomycety (Streptomyces),Bacilus
anae-Clostridium
-význam:rozklad škrobu v půdě, v tráv. tr., „zcukře-ní“-výroba sladu,produkce amyláz
C) Rozklad pektinových látek
- v mezibun. prostorách(exoenzymy-pektáza,pekti-náza,protopektináza)
-produkty:k. galakturonová, galaktóza, arabinoza, xyloza
1. Anaerobní rozklad - máselné kvaš.
-produkty:galakturonová k.,máselná,octová,aceton, butanal,CO2,H
-původci:Clostridium felsineum(pectinovorum)
-význam:půd. proces, vyhnívání kalů, máčení lnu
2. Aerobní rozklad - hydrolýza(úplná ae. respir.
-produkty:CO2, H2O
-původci:Mucor,Rhizopus,Bacillus,Alternaria
-význam:půd. miner. procesy,produkce pekt. enz., rosení lnu
D) Rozklad ligninu
-polysach., doprovází celul. u dřevin
-úplná aer. respirace
-produkty: CO2, H2O
-původci: plísně-Dřevomorka,Cerastomella,Achro-mobacter, Pseudomonas
E) Rozklad hemicelulóz
=polysacharid b. stěny, rozklad za aer. podm.
-původci:Streptomycety, Mikromycety, Clostridium
KOLOBĚH SÍRY
Mineralizace
org.S-l.(minerál. slouč. S (S-aminokys.(H2S)
Sulfurikace
=oxidace redukovaných forem S
H2S(S(S2O3(S4O6(SO4
Desulfurikace
=redukce oxidačních forem
SO4(S(H2S- anaerobní respirace
Imobilizace
=zabudování min. slouč. S do bun. hmoty
SO4(-SH n. S-S(org. sloučeniny
KOLOBĚH FOSFORU
Mineralizace
org. sl. P(mineral. P
-nejsnadněji se min. ATP fosfatázy ATP(ADP+P
Fytiny-obtížně se min.
humusové l.-velmi pomalá mineralizace
Imobilizace
min. P(org. l., P-nepohyblivý,nedostupný
Přeměna nerozpustných fosfátůb
(=solubilizace), nerozpustné l. nejsou dostupné rostl. ani mikrobům(některé mikrorg. jsou schopné P do prostř. uvolňovat
Redukce fosfátů
PO4(...(fosforovodík (anaer. respirace), ztrátový proces
PŘEMĚNY N-LÁTEK
Amonifikace
rozkl. org. l. na NH4, nejčastěji:bílk.,močovina,k. močová,chitin; původci-aer. i (fakult.)anaer., psycho-, mezo-, termofilní
Amonifikace bílkovinb
Hydrolýza-proteázy štěpí bílk. na aminok.
Aminok.-živina pro mikroby, deaminací(NH4
NH4-snadno se váže na půdní komplexy, pro rost-liny, ve vyších konc. může bít toxický, zdroj N pro mikroorg.,
-produkty:ae.-NH3, CO2, SO4, H2O
anae.-NH3, CO2, org. k., iindol, merkap-
tany, toxic. l., H2S
-původci:Pseudomonas,Bacterium,E.coli,Bacillus, Proteus-aer., (Clostridium,Micromycety-anaer.)
Amonifikace močoviny
(NH2)2CO(CO2+NH2 (-i v tráv. traktu)
-původci:Bacillus pasteurii,Sporosarcina ureae, Micrrococcus ureae- urobakterie
-význam:půda, tr. trakt, hnůj, mineralizace org. N-l.
-návrat N do koloběhu l., zdroj en. l. pro nitrifikač-
ní bakterie
Nitrifikace
-navazuje na amonifikaci, aerob., oxidace NH2, NH
ve 2 fázích:
1. nitritace NH4+1/2O2(NO2+H2O+2H+en.
2. nitratace: NO2+1/2O2(NO3+en.
-původci:aer.,autotrofní,chemolitotrofní, zdroj C=CO2, nerostou na agaru v lab.,mesofilní,pH-7
-Nitritace:Nitrosomonas,Nitrosocystis,Nitrosolomus, Nitrosospira
-Nitratace:Nitrobacter
-význam:půdní proces, výživa rostl.,přiměřená nitri-fikace=pozitivní(růst r.), nadměrná nitr.=negat., aku-mulace v půdě omezena
Heterotrofní nitrifikace
-způsobena heterotrofy(Pseudomonas)
-nitrifikace v hnoji-negativní(NO3-vyplaveny
Denitrifikace
-oxydované formy jsou redukovány(získat kyslík)
Asimilační:redukce na amoniak
NO3(NO2(NO(NH2OH(NH3
-pozitivní proces, pozměněné dýchání
Disimilační:anaer. respirace
NO3(NO2(NO(N2O(N2
-negativní-ztráta Nz půdy
-původci:Asim.-80%mikrobů
Disim.-Paracoccum,Pseudomonas
-význam:půdní proces často vedoucí ke ztrátám N
Denitrifikace v hnoji a mrvy- negat.(ztráta N, zabránění-kompaktním uložením
Denitrifik. v pitné vodě- pozit.(odstraňování dusičnanů, problém: denitrifikátoři potřebují zdroj H
Fixace N2
-typické pro diazotrofní bakterie, důležitý proces
N2(enz.aktivován N2(red. na NH4,
-jen omezený poč. mikrob. umí fixovat N2, je za to zodpovědný enz. nitrogenáza pouze za anaer. podm. (velká spotřeba en.)
schopnost fixace:genet. kódováno, „NIF“ geny
přenašeč elektr.: feredoxin
Rozdělení diazotrofů
volně v půdě:Clostridium,Azotobacter,Beisecheria, Azotomonas; hlízkové bakterie:Rhizobium,Brady-rhizobium; houby; asociativní:Azospirillum
Clostridium-anaer.,spor. tyčinka, G+, běžný půdní mikrob, často v metabioze s aer. mikroby, pH-4,5-9, mezofil., zdroj N: NH4,NO2,N2; zdroj C:většina polysacharidů,pektiny,máselné kvašení, en. v ATP, důležitý fixátor N zvláště pro horší půdy
Azotobacter-přísný anaer.,mezofil.,nesporulující,
mladé-krátké tyčinky,starší-tlusčí tyčinky,často vy-
tváří obrovské koky,často ve dvojicích,kolem kap-sula a slizový obal; neutr. půdy, dostatek vlhkosti, humózní půdy; využívá N(NH4,NO3,N2); důležitý fixátor N v kval. půdách
Rhizobium-hlízk. bakt.,G-, symbioza s bobovitými rostl., přísný aner.,rostl. poskytuje C-l. a bakterie předávají N-l., nesporul. tyčinky, plejomorfní;
zdroj N:N2; zdroj C:mono- a disacharidy, alkoholy; vyžaduje PO4
Proces tvorby hlízek
1. Rozpoznání(úchyt na koř. vláscích)
2. Invaze-infekce-pronikají dovnitř, enzymaticky, vytvářejí infekční vlákno
3. Pohyb bakterií
4. Tvorba bakteroidů
5. Tvorba hlízek
6. Zralá hlízka
Účinost fixace N2 dána:specifičností bakterií, vi-rulencí(invazivita), efektivnost
Možnost ovlivnění fixace:výběr rostl., dus.hnoj.
Imobilizace a stabilizace N
-mikroorg. přijímají NH4 a zabudovávají ho do org. slouč. ve svém těle. Při nadbytku chrání N před vy-plavením(+proces), naopak konkurují s rostlinami
(-proces). Důležitý poměr C:N
MIKROBIOLOGIE PÚDY
-složitý a komplexní ekosystém, abiotické faktory (stanoviště...), vzniká z mateční horniny(zvětrává-ní,půdotvorný substrát,půda)
Def. půdy-přírodní oživený útvar vytvořeny z půd. substrátu půdotvor. procesem, v němž rozhodující úlohu hrají biologické procesy
Složky půdy-min. podíl(45%),voda(50%),org.l.
(1-3%),organismy(1%)
1. podle výživy
a)oligotrofní bakterie-nejvíce,nízké koncentrace
živ.,chudý hydrolyt. aparát,Caulobacter, Mypho-microbacterium
b)Autotrofní mik.-nitrifikační bt.,zdroj C-CO2
c)Saprofité -heterotr., živý se odumř. části organ.
d) Zymogenní bt.-heterotr.,odumř. č. rostlin,nej-
variabilnější(s potravou se nejvíce množí)
2. podle fyziol. skupiny
N-nitrif. bt, amonifik. bt., diazotrofní, denitrif.
C- celulolit., amylolyt., pektinolit.
S- sulfurikační, desulfurikační
P- imobilizující
3. podle energ. metabolismu
fototrofní, chemotrofní; litotrofní, organotrofní
4. hlavní skupiny a rody
Nespor. tyčinky-Artherobacter,Pseudomonas,Myco-bacterium
Spor. t.-Bacillus, Clostridium
Kokovité bt.-Micrococcus,Staphylococcus
Mikromycety-Penicillium,Aspergilus,Fusarium,Tri-choderma,Mucor
Aktinomycety-Noc