Weekly outline

  • Wprowadzenie do Mikrobiologii

    Witam na kursie wprowadzającym w tematykę przedmiotu Mikrobiologia!

    Celem jaki sobie postawiłem tworząc taki kurs było przedstawienie Wam studentom (i nie tylko) w miarę przejrzysty sposób czym zajmuje się mikrobiologia, czy to teoretycznie czy to praktycznie, żeby pierwszy kontakt z tak ciekawym przedmiotem nie stanowił poważnej trudności :)

    Autor: Jakub Hubeny, Katedra Inżynierii Ochrony Wód i Mikrobiologii Środowiskowej

    Cele kształcenia: Czym jest mikrobiologia ? Krótki aspekt historyczny dziedziny mikrobiologii. Wprowadzenie do podstawowych zasad BHP podczas zajęć praktycznych. Przedstawienie dziedzin pracy mikrobiologii/odłamów. Opis budowy komórki bakteryjnej oraz grzybowej. Wprowadzenie z budową oraz działaniem mikroskopu. Wykonanie mikroskopowego preparatu mikroskopowego (prostego oraz złożonego).

    Przydatna literatura:

    - Mikrobiologia ogólna i środowiskowa, Teoria i ćwiczenia; Izabela Zmysłowska; UWM Olsztyn

    - Mikrobiologia ogólna, Hans G. Schlegel, PWN

    - Życie bakterii, Władysław Kunicki-Goldfinger, PWN

    Sposób weryfikacji (oceny) efektów odbytego kursu:

    - zaliczenie końcowe w postaci testu; maksymalna ocena 5; próg zaliczeniowy 60%.

  • Mikrobiologia - co to jest ?

    Mikrobiologia jest to nauka badająca budowę, czynności życiowe oraz znaczenie organizmów jednokomórkowych. Uwzględnia ona również analizę chorobotwórczości mikroorganizmów oraz zagadnienia związane z wirusami (wirusologia).

    Mikrobiologię dzieli się na mikrobiologię ogólną (przedmiotem jej badań są: fizjologia, anatomia, rozmnażanie oraz środowisko życia drobnoustrojów oraz ich wpływ na inne żywe organizmy) oraz mikrobiologię szczegółową (skupiającą się na systematyce oraz badającą budowę i funkcje poszczególnych taksonów drobnoustrojów).

    Wyróżnia się także wiele specjalistycznych działów mikrobiologii, np. mikrobiologię przemysłową (wykorzystującą mikroorganizmy w procesach przemysłowych), lekarską (zajmującą się wpływem drobnoustrojów na organizmy żywe) oraz środowiskową (badającą wzajemne oddziaływania mikroorganizmy oraz ożywionych i nieożywionych elementów środowiska).

    Poniżej filmik wprowadzający historię mikrobiologii z jednymi z najważniejszych momentów dziedziny (wymagane posługiwanie się językiem angielskim).

    • Bakterie vs Grzyby

      W poniższej lekcji przedstawie Wam budowę najczęściej wykorzystywanych/badanych na zajęciach organizmów, a mianowicie bakterii oraz grzybów.

      PenicilliumE.coliCandida

      Zdjęcia przedstawiają mikroorganizmy (od lewej) 1) Penicillium sp.; 2) Escherichia coli; 3) Candida albicans

      Bakterie to grupa mikroorganizmów, stanowiących osobne królestwo. Są to jednokomórkowce lub zespoły komórek o budowie prokariotycznej.

      Wyróżnić można trzy podstawowe typy form zewnętrznych bakterii:
      kulistą lub inaczej owoidalną (ziarniak – coccus);
      cylindryczną (pałeczka – bacterium, laseczka bacillus);
      spiralnie skręconą (przecinkowiec – vibrio, śrubowiec – spirillum).
      Niekiedy po podziale nie oddzielają się one od siebie lecz zostają połączone i przybierają formę łańcuszków (paciorkowiecStreptococcus), nieregularnych skupień (gronkowiecStaphylococcus), dwoinek (Diplococcus) lub pakietów (pakietowiec, tetrad - Sarcina).
      Oszacowano, że wielkość pojedynczej komórki bakteryjnej waha się od 0,2 do 80 μm.

      formy_morfo

      Charakterystyczny kształt bakterii utrzymywany jest dzięki sztywnej ścianie komórkowej. Jej struktura wpływa również na właściwości fizjologiczne otoczonej komórki.

      Podstawą podziału bakterii jest ich budowa ściany komórkowej:

      Gram dodatnie (G+) – budująca ich ściany mureina (peptydoglikan, mukopeptyd) tworzy wielowarstwową błonę. Można ją usunąć działając odpowiednim enzymem – lizozymem. Pozbawiona ściany komórkowej bakteria nazywana jest protoplastem. Przyjmuje ona kształt kulisty i jest wrażliwa na wartość osmotyczną środowiska zewnętrznego.
      Gram ujemne (G-) – odporne na działanie lizozymu. Ich mureina jest jednowarstwowa i otoczona dodatkową błoną zewnętrzną zbudowaną z białek, fosfolipidów i lipopolisacharydu (LPS) składającego się z części rdzeniowej (lipidu A) oraz wielocukrowego łańcucha (antygenu O) nadającego bakteriom swoistość antygenową. Lipopolisacharyd warunkuje właściwości chorobotwórcze bakterii oraz wpływa na ich wrażliwość na antybiotyki i środki chemiczne. Występujące w błonie zewnętrznej poryny tworzą kanały przez które transportowane są substancje wydalane i pobierane przez komórkę.

      wall

      W skład komórki bakteryjnej oprócz ściany komórkowej możemy również wymienić materiał genetyczny (nukleoid), który jest w postaci kolistej, wielokrotnie zwiniętej, umieszczonej w cytoplazmie; komórkę od środka wypełnia cytoplazma, zawiera ona materiały zapasowe (lipidy, cukry i białka) oraz rybosomy; dodatkowymi elementami umiejscowionymi na ścianie komórkowej są fimbrie oraz pilusy; głównym elementem motorycznym są rzęski (flagellae) pozwalające bakteriom przemieszczać się. W pewnych okolicznościach, bakterie wzbogacają swój arsenał genetyczny poprzez plazmidy, czyli autonomiczne koliste fragmenty DNA, które mogą nieść ze sobą geny odpowiedzialne za dotychczas nieznane przez bakterie "czynności".

      budowa

      Grzyby to heterogenna, polifiletyczna grupa eukariotycznych plechowców o heterotroficznym metabolizmie- saprotroficznym lub pasożytniczym sposobie odżywiania, opartym na osmotrofii pierwotnej.

      Osmotrofia, polega na wydzielaniu przez grzyby do podłoża egzoenzymów, które całkowicie lub częściowo trawią substrat, a następnie na pobieraniu powstałych przez rozkład produktów na drodze osmozy.

      Opierając się na wynikach badań ultrastruktury i budowy biochemicznej oraz struktury genetycznej można stwierdzić że grzyby powstały z organizmów jednokomórkowych, niezróżnicowanych na rośliny, zwierzęta czy grzyby.

       W wyniku udoskonaleń, głównie wykształcenia ściany komórkowej powstały rośliny,  natomiast te organizmy które przeszły na heterotroficzne odżywianie i nie wytworzyły ściany komórkowej stały się zwierzętami. Trzecią powstałą grupą organizmów były grzyby które wykształciły ścianę komórkową z chityny i cudzożywny tryb życia, stały się one destruentami i trzecim ogniwem w łańcuchu pokarmowym. Tak więc, można zauważyć, ze grzyby posiadają cechy wszystkich królestw ale mają też cechy typowe tylko dla siebie. Więcej podobieństw posiadają formy jednokomórkowe tych królestw, np. samożywne glony Euglena w środowisku bogatym w substancje organiczne i w ciemności mogą utracić chloroplasty i przejść na cudzożywny tryb życia, łączy ona więc w sobie cechy roślin i grzybów. Inny przykład: śluzowce- w swoim cyklu życiowym mają pełzaki ale i owocowania charakterystyczne dla grzybów, łącząc cechy zwierząt i grzybów.

      Przy usystematyzowaniu organizmu do królestwa pomaga sposób odżywiania, mianowicie fotosynteza jest charakterystyczna dla roślin, osmotrofia , czyli osmotyczne pochłanianie wcześniej rozłożonego substratu przez komórkę dla grzybów a ingestia, pożeranie dla zwierząt.

      Drożdże

      Poniżej obrazek przedstawiający przekrój poprzeczny przez komórkę drożdzy.

      Drożdże są organizmami jednokomórkowymi o kształcie okrągłym, elipsoidalnym, jajowatym lub cylindrycznym. Kształt i wielkość komórki drożdży zależy nie tylko od gatunku, ale również od warunków i wieku hodowli. Komórki drożdży osiągają zwykle rozmiary: 2-7μm szerokości, 3-10μm długości. Optymalne warunki dla ich rozwoju to: 25-30ºC, pH 4.0-6.0. Drożdże rozwijając się w warunkach tlenowych asymilują cukry z wytworzeniem CO2i H2O, a w warunkach beztlenowych prowadzą fermentację alkoholową.

      Komórka drożdży zbudowana jest ze ściany komórkowej,błony cytoplazmatycznej,cytoplazmy, jądra komórkowego, wakuolii substancji zapasowych.W komórce drożdży wyróżniamy również mitochondria, lizosomy, rybosomy i aparaty Golgiego.

      Pleśnie

      Podstawową jednostką budulcową pleśni jest wielokomórkowa lub wielojądrowa strzępka. Zorganizowana struktura wielu strzępek nazywana jest grzybnią (mycelium). Grzybnia może być zbudowana z komórek zawierających wiele jąder – wówczas mówimy o grzybni jednokomórkowej inaczej cenocentrycznej. Natomiast gdy strzępki grzybni są podzielone poprzecznymi przegrodami (septami) –mówimy o grzybni wielokomórkowej. Wyróżnia się ponadto, grzybnię powierzchniową (powietrzną) oraz wgłębną (substratową). Septy sąsiadujących komórek wykazują porowatość umożliwiając cytoplazmie i organellom komórkowym swobodny przepływ. Kształt komórek pleśni jest zazwyczaj rurkowaty.
      Ściana komórkowa zbudowana jest z chityny, glukanu, mannanu, białek i lipidów. Pod nią znajduje się błona cytoplazmatyczna otaczająca cytoplazmę,w której zawieszone są wszystkie organelle komórkowe charakterystyczne dla komórki eukariotycznej. Wyróżniamy więc: jądro komórkowe z jąderkiem, mitochondria, lizosomy, rybosomy, aparaty Golgiego, wakuole u dojrzałych komórek oraz retikulum endoplazmatyczne.

      Poniżej filmik porównujący komórki bakteryjne oraz grzybowe (w języku angielskim):

      • Podstawa to bezpieczeństwo

        Bezpieczeństwo podczas pracy w laboratorium mikrobiologicznym jest jednym z najważniejszych aspektów.

        Poniżej przedstawiam kilka zasad, którymi warto się kierować podczas pracy w laboratorium:

        • Mikroskop

          Mikroskop to urządzenie służące do obserwacji małych obiektów, zwykle niewidocznych gołym okiem, albo przyjrzenia się subtelnym detalom obiektów małych, aczkolwiek widocznych nieuzbrojonym okiem. Mikroskop pozwala spojrzeć w głąb mikroświata.
          Głównymi rodzajami mikroskopów wykorzystywanych w nauce, są mikroskopy świetlne oraz mikroskopy elektronowe.


          Mikroskop świetlny
          Mikroskop, w którym do generowania powiększonego obrazu badanego przedmiotu jest wykorzystywane światło przechodzące przez specjalny układ optyczny składający się z zestawu soczewek optycznych.
          Współcześnie mikroskopy optyczne są stosowane do obserwacji małych obiektów w wielu naukach. W biologii są stosowane np. do obserwacji drobnoustrojów i budowy tkanek i komórek (mikrobiologia, histologia, cytologia).


          Mikroskop elektronowy
          Urządzenie podczas działania wykorzystuje wiązkę elektronów. Jest szczególnie ważny dla wielu badaczy czy naukowców, ponieważ pozwala badać obiekty i materię na poziomie atomowym. Rozdzielczość urządzenia jest tym większa, im większa będzie energia elektronów wykorzystana do obrazowania. Jeśli chodzi o typy mikroskopów elektronowych, możemy dziś wyróżnić przede wszystkim transmisyjny mikroskop (TEM) oraz mikroskop skaningowy (SEM).

          Elektronowy mikroskop transmisyjny (ang. Transmission Electron Microscope) rejestruje elektrony przechodzące przez próbkę badaną. Sposób działania jest podobny do mikroskopu świetlnego, natomiast przy zachowaniu wysokiej rozdzielczości oraz przybliżenia.
          Skaningowy mikroskop elektronowy (ang. Scanning Electron Microscope) – rodzaj mikroskopu elektronowego umożliwiający obserwację topografii badanego materiału. Służy do obserwacji i charakteryzacji materiałów organicznych i nieorganicznych w skali od nanometrycznej do mikrometrycznej. Mikroskop skaningowy pozwala nam uzyskać obraz powierzchni w wysokiej rozdzielczości.

          Na zajęciach najczęściej wykorzystywane są mikroskopy świetlne, dlatego na nich skupie się najbardziej w dalszej części.

          Budowa mikroskopu

          Podstawowymi częściami mikroskopu optycznego są:

          • okular (ang. eyepiece, ocular lense), który służy do powiększenia obrazu tworzonego przez obiektyw mikroskopu,
          • śruba makrometryczna (ang. coarse knob), która służy do wstępnej regulacji ostrości,
          • śruba mikrometryczna (ang. fine knob), która służy do precyzyjnego ustalenia ostrości (zob. mikrometr),
          • rewolwer” (ang. objective turret, revolver), który umożliwia prostą zmianę obiektywu,
          • obiektywy (ang. objective lenses), które zbierają światło pochodzące od przedmiotu i tworzą jego powiększony obraz pośredni,
          • stolik przedmiotowy (ang. stage), na którym umieszcza się preparat, np. na szkiełku podstawowym, przykryty szkiełkiem nakrywkowym,
          • kondensor (ang. condenser), który koncentruje światło formując z niego stożek,
          • źródło światła (ang. light source) (dawniej zwierciadło, obecnie najczęściej żarówka halogenowa), które służy do naświetlania badanego obiektu.

          Poniższy filmik przedstawia rodzaje mikroskopów, budowę oraz sposób działania (język angielski)

          • Preparaty mikroskopowe

            W poniższej lekcji przedstawię Wam dwa najczęściej wykonywane rodzaje preparatów mikroskopowych.

            - preparat przyżyciowy - zawieszenie w kropli wody preparatu na szkiełku podstawowym i nakrycie kropli szkiełkiem nakrywkowym.

            - preparat prosty - jest to wykonanie na szkiełku podstawowym preparatu utrwalonego zabarwionego jednym barwnikiem.

            - preparat złożonyjest to wykonanie na szkiełku podstawowym preparatu utrwalonego zabarwionego co najmniej dwoma barwnikami.

            Jednym z najczęściej wykorzystywanym sposobem barwienia jest barwienie metodą Grama, jest to przykład preparatu złożonego.

            Barwienie Grama jest jednym z najpowszechniejszych testów taksonomicznych stosowanych w mikrobiologii. Za jego pomocą można podzielić bakterie na dwie podstawowe grupy: gramujemne (G-) i gramdodatnie (G+), różniące się od siebie składem i budową ściany komórkowej oraz pewnymi cechami fizjologicznymi, np. podatnością na leki.

            Wykonanie


            1. Z młodych kultur sporządzić hodowlę płynną zawierającą żywe komórki bakteryjne.

            2. Jedną kroplę z hodowli płynnej przenieść na odtłuszczone szkiełko podstawowe i z pomocą ezy wykonać cienki, jednorodny rozmaz. Pozostawić do całkowitego wyschnięcia.

            3. Preparat utrwalić termicznie, to znaczy poprzez trzykrotne przesunięcie nad płomieniem palnika. Przed barwieniem należy ostudzić szkiełko tak, żaby miało ono temperaturę pokojową.

            4. Obmyć szkiełko barwnikiem podstawowym, tzn. fioletem krystalicznym, pozostawić na 1 - 3 minuty.

            5. Przepłukać wodą destylowaną.

            6. Obmyć Płynem Lugola, czyli roztworem jodu (tzw. bejca) (0,5 - 2 minuty).

            7. Przepłukać wodą destylowaną.

            8. Odbarwić etanolem lub acetonem (30 sekund).

            9. Przepłukać wodą destylowaną.

            10. Podbarwić preparat barwnikiem dodatkowym, np. fuksyną zasadową, czerwienią neutralną (30 sekund).

            11. Przepłukać wodą destylowaną.

            12. Osuszyć bibułą lub papierowym ręcznikiem i pozostawić do wyschnięcia.


            Efekt barwienia można oglądać pod mikroskopem imersyjnym, przy powiększeniu 1000x (okular 10x, obiektyw 100x).
            W celu kontroli jakości barwienia dobrze jest wykonać równocześnie dodatkową próbę sporządzoną ze znanego szczepu.

            gram

            Interpretacja wyników


            Z użyciem barwienia Grama większość bakterii można podzielić na dwie podstawowe grupy:

            gramdodatnie (G+, Gram +), np. ziarniaki, laseczki, maczugowce, promieniowce - barwią się na fioletowo;
            gramujemne (G-, Gram-), np. pałeczki, Pseudomonas, przecinkowce i śrubowce - przybierają barwę różową.

            Metoda ta pozwala również uwidocznić kształt badanej komórki, określić jej rozmiar oraz inne szczegóły strukturalne. Stanowi ona zatem źródło wstępnych informacji taksonomicznych o badanym szczepie.

            Poniżej filmik przedstawiający wykonanie preparatu złożonego barwiony metodą Grama.

            • Zaliczenie

              Poniższy test sprawdza wiedze zdobytą z odbytego kursu.

              Powodzenia!