glósur eftir helgu guðrúnu Óskarsdóttur 2008 Örverufræði ... · john needham – sauð...

Glósur eftir Helgu Guðrúnu Óskarsdóttur 2008

1

Örverufræði: Helstu atriði sem Guðni fór í. Kafli 1:...................................................................................................................... 3

Uppgötvun örvera – Van Leeuwenhoek................................................................. 4 Svið þar sem örverur eru mikilvægar - dæmi ......................................................... 4 Helstu hópar örvera ............................................................................................... 4 Sjálfkviknunarkenningin........................................................................................ 4 Örverur sem sýklar og rannsóknir Kochs og Pasteur .............................................. 5 Upphaf ónæmisfræðirannsókna. ............................................................................ 5 Lyfjameðferð gegn sýkingum – upphaf „chemotherapy” ....................................... 6 Upphaf veirurannsókna.......................................................................................... 6

Kafli 2:...................................................................................................................... 7 Ljóssmásjár – mismunandi aðferðir ....................................................................... 7 Undirbúningur og litun sýna .................................................................................. 7 Rafeindasmásjá ..................................................................................................... 7 Ný tækni................................................................................................................ 8

Kafli 3:...................................................................................................................... 8 Yfirlit – Baktería ................................................................................................... 8 Bygging bakteríufrumu (mynd 3.4)........................................................................ 9 Frumuhlutar Bakteríu ............................................................................................ 9 Bakteríuveggurinn (gram + og gram -), bygging og myndun peptidoglycans ....... 10 Lysozyme og penicillín ....................................................................................... 11 Lipopolysakkaríð (LPS) ...................................................................................... 11 Mikilvægi: er mótefnavaki (antigen), eykur stöðugleika, negatíf yfirborðshleðsla, eiturverkun (endotoxín), bólgumyndun; lekar háræðar, hækkun líkamshita; óbein áhrif á hitastjórnstöð í heila.................................................................................. 11 Gram litun........................................................................................................... 11 Seyting prótína (mynd 3.33) ................................................................................ 11 Ytri lög – utan veggjar......................................................................................... 12 Festiþræðir baktería (pili) .................................................................................... 12 Efni: holir prótein þræðir byggðir úr prótin einingum pilin (sameindaþungi ca 17000). Nokkrar gerðir til.................................................................................... 12 Svipur.................................................................................................................. 12 Gró, myndunarferill gróa og spírun...................................................................... 13

Kafli 4:.................................................................................................................... 13 Samanburður á heilkjarnafrumum og dreifkjarnafrumum..................................... 13

Kafli 5:.................................................................................................................... 14 Næringanám örvera ............................................................................................. 14 Tegundir baktería, hópað eftir æti og orku auðlindum (læra vel!)......................... 14 Upptaka næringaefna – flutningskerfi .................................................................. 14 Ræktunaræti ........................................................................................................ 15 Einangranir og ræktanir ....................................................................................... 15

Kafli 6:.................................................................................................................... 16 Vöxtur örvera ...................................................................................................... 16 Vaxtarlínuritið og fasar........................................................................................ 16 Líftala.................................................................................................................. 16 Stærðfræðilegir þættir, k og g .............................................................................. 17 Aðferðir til að mæla vöxt – Fjöldi, massi. ............................................................ 17 Sírækt – Chemostat, turbidostat ........................................................................... 17 Áhrif umhverfisþátta á vöxt................................................................................. 17


2

Vöxtur örvera í náttúrulegu umhverfi................................................................... 19 Kafli 8..................................................................................................................... 19

Orkuþörf – ATP, NAD, NADP o.fl...................................................................... 19 Ensím – flokkun og mekanismi ........................................................................... 19 Vmax, Michaelis fasti og hindranir. ....................................................................... 19 ***Stjórnun á virkni og nýmyndun ensíma.......................................................... 20

Kafli 9..................................................................................................................... 20 Skilgreining á öndun og gerjun............................................................................ 20 Þrjú stig efnaskipta .............................................................................................. 21 Sítrónusýru hringurinn (krebs hringurinn, TCA hringurinn (tricarboxylic acid)) .. 23 Rafeinda flutningur.............................................................................................. 23 Oxidative phosphorylation................................................................................... 23 Loftfirrð öndun.................................................................................................... 24 Sundrun proteina og amínósýra ( deamination, transamination) ........................... 24 Oxun ólífrænna sameinda .................................................................................... 24

Kafli 10. .................................................................................................................. 25 Gluco-neogenesis ................................................................................................ 26 Peptidoglycan myndun ........................................................................................ 26 N2 binding........................................................................................................... 26 1. Afoxun nitrogen í ammonia (ensím: nitrogenase) -> dýrt kostar mikið ATP (8 rafeindir, 16 ATP) ............................................................................................... 27 Nýmyndun amínósýra.......................................................................................... 27 Anaplerotískar efnabreytingar.............................................................................. 27 Glyoxylate ferill .................................................................................................. 27 Nýmyndun purina, pyrimidina og nukleotíta........................................................ 27 Lípíð myndun...................................................................................................... 28

Kafli 19. .................................................................................................................. 28 MIKILVÆG HUGTÖK ...................................................................................... 28 Uppruni hvatbera og grænukorna......................................................................... 29 Flokkunarkerfi..................................................................................................... 29 Helstu sérkenni notuð í flokkunarfræði ................................................................ 29 Sameindalíffræðilegir þættir. ............................................................................... 30 Phylogeny – þróunarfræðilegur skyldleiki. .......................................................... 31 Ríki lífvera .......................................................................................................... 31 Bergey´s Manual – yfirlit..................................................................................... 31

Kafli 20................................................................................................................... 32 Archaea - einkenni............................................................................................... 32 Flokkunarfræði Archaea ...................................................................................... 32 Einkenni:............................................................................................................. 33

Kafli 21................................................................................................................... 34 Aquifex ............................................................................................................... 34 Thermotoga......................................................................................................... 34 Deinococci .......................................................................................................... 34 Ljóstillífandi bakteríur......................................................................................... 34 Chlorobi .............................................................................................................. 35 Chloroflexi .......................................................................................................... 35 Cyanobaktería ..................................................................................................... 35 Planctomycetes.................................................................................................... 36 Chlamydiae ......................................................................................................... 36 Spirochaetes ........................................................................................................ 37


3

Kafli 22. .................................................................................................................. 38 Proteobaktería. .................................................................................................... 38 Betaproteobacteria............................................................................................... 40 Gammaproteobacteria.......................................................................................... 40 Deltaproteobacteria ............................................................................................. 42 Epsilonproteobacteria .......................................................................................... 43

Kafli 23................................................................................................................... 43 Mollicutes ........................................................................................................... 43 Clostridia............................................................................................................. 43 Bacilli.................................................................................................................. 44

Kafli 24................................................................................................................... 45 Actinomycetes..................................................................................................... 45 Undirhópur Actinomycineae................................................................................ 45 Undirhópur Micrococcineae ................................................................................ 46 Undirhópur Corynebacterineae ............................................................................ 46 Undirhópur Micromonosporineae........................................................................ 46 Undirhópur Propionibacterineae .......................................................................... 46 Undirhópur Streptomycineae ............................................................................... 46 Undirhópur Streptosporangineae ......................................................................... 47 Undirhópur Frankineae........................................................................................ 47 Undirhópur Bifidobacteriales............................................................................... 47

Kafli 26. .................................................................................................................. 47 Sveppir – nokkur frumsérkenni............................................................................ 47

Kafli 39................................................................................................................... 48 Mannasýkingar af völdum sveppa og ýmsar sýkjandi Protista.............................. 48

Kafli 38................................................................................................................... 52 Mannasýkingar af völdum baktería...................................................................... 52

Kafli 40................................................................................................................... 55 Vöxtur örvera í matvælum................................................................................... 55 Vöxtur örvera og matvælaskemmdir.................................................................... 55 Varnaraðgerðir vegna matvælaskemmda ............................................................. 56 Matvælasjúkdómar (Food-borne diseases) ........................................................... 56 Leit að matvælasýklum og greining þeirra ........................................................... 56 Gerjaðar matvörur ............................................................................................... 57 Örverur sem fæðu og fæðubótaefni...................................................................... 57

Kafli 41. .................................................................................................................. 57 Vatnshreinsun og rannsóknir á gæðum vatns. ...................................................... 57 Skólpvinnsla........................................................................................................ 58 Val örvera til að nota í iðnaðarörverufræði og líftækni......................................... 59 Vöxtur örvera í stýrðu umhverfi. ......................................................................... 59 Helsta örveruframleiðsla...................................................................................... 60 Örveruvöxtur í flóknu náttúrulegu umhverfi ........................................................ 60 Örverur notaðar í líftækni (biotechnology)........................................................... 61

Kafli 1:


4

Uppgötvun örvera – Van Leeuwenhoek Leeuwenhoek var klæðskeri sem notaði frítíman sinn að búa til smásjá

lensur. Sjá örverur á glerjunum sínum (1673) – senti bréf með uppgötvunum

sínum til Royal Society of London.

Svið þar sem örverur eru mikilvægar - dæmi Landbúnaðar örverufræði – áhrif örvera á landbúnað. Reyna útrýma plöntu

sjúkdómum sem skemma akra o.fl, hvernig er hægt að bæta moldina og auka matar framleiðslu. Skoða örverur í meltingarkerfum dýra o.s.frv.

Vistfræði örvera – skoða samband örvera og samsettningu búsvæða þeirra og stöðum sem þær búa ekki. Áhrif mengunar á ferli örveranna og áhrif þeirra á umhverfi okkar.

Matar og mjólkurvöru örverufræði – reyna að komast framhjá eyðileggingu matvöru vegna örvera. Einnig reyna stoppa sjúkdóma sem koma frá matvælum s.s. salmonellosis. Nýta einnig örverur til að búa til matarvörur.

Iðnaðar örverufræði – byrjaði þegar Alexander Fleming fann penicillin. Nota örverur til að búa til vörur s.s. sýklalyf, bóluefni, stera, vítamín, ensím og fl.

Lífeðlisfræðileg örverufræði, erfðafræði örverufræði og frumulíffræði – skoða hvernig örverurnar virka, hvernig þær búa til efni, lesa úr DNA og þróast og fjölga sér.

Helstu hópar örvera Bakteríur – einfrumungar, frumuveggi úr peptidoglycan, lifa í vatni/lofti/mold

einnig í dýrum, geta valdið sjúkdómum, búa til nauðsynleg efni fyrir okkur. Archaea – sérhæfð ríbósomal RNA raðir, ekki með peptidoglycan í veggjum,

einstakar frumuhimnur, extreme umhverfum, ekki sýklar Sveppir – heilkjarnafrumur, einfrumungar eða fjölfrumungar, geta valdið

sjúkdómum, búa í mold/mat/í líkamanum.

Sjálfkviknunarkenningin Sjálfkviknunarkenningin – lífandi verur geta myndast frá dauðum hlutum. Francesco Redi – tilraunir á rotnun kjöts og lifrum, þrjú ílát með kjöti (opið,

lokað með pappír, lokað með flugnaneti) anti – sjálfkviknunarkenning John Needham – sauð sauðasoð og lokaði flöskunum vel (örverur mynduðust)

með sjálfkviknunarkenningu Lazzaro Spallanzani – bætti tilraun Needhams með því að loka fyrst

flöskunum vel og síðan sjóða. Engar örverur, kom með þá kenningu að loftbornir sýklar settust í flöskunni og að verur í flöskunni þyrftu loft til að vaxa. anti- sjálfkviknunarkenning

Louis Pasteur – síaði loft í gegnum bómull, sá að eitthvað festist við bómulinn. Ef hann setti bómullinn í rækt mynduðust örverur. Hitaði einnig stúta á flösku með næringarefnum og beygði þá (engar örverur) – kenning að örverunar festust á veggjum hálsinn, ef hálsarnir brotnuðu (örverur).

John Tyndall – sýndi fram á að ryk bar örverur, ekkert ryk – engar örverur.


5

Örverur sem sýklar og rannsóknir Kochs og Pasteur Sjúkdómar voru taldir vera vegna ójafnvægis milli fjögurra vessa í líkamanum Agostino Bassi – sýndi fram á að örverur gætu valdið sjúkdómum með því að

sýna að silkiorma sjúkdómur var vegna sveppa sýkingu (1835) Louis Pasteur – beðin um að rannsaka pébrine sjúkdóm í silkiormum sem var

að skemma silki iðnaðinn. Sýndi fram á að það var vegna protozoan sýkli. Joseph Lister – enskur skurðlæknir, sem fann með að koma í veg fyrir

sýkingar í sárum. Þróaði kerfi af “antiseptic” skurðlæknum til að passa að örverur komist ekki í sárið. Hitaði tækin og notaði phenol á sárin.

ROBERT KOCH – var að rannsaka Antrax, reyndi að finna samband milli bakteríunnar Bacillus anthracis og antrax (1876).

• Sprautaði mýs með efnum úr anthrax veikum dýrum – mýsnar urðu veikar

• Ræktaði Bacillus anthracis, og sprautaði í mýs – mýsnar urðu veikar með anthrax

Sýndi líka fram á að Mycobacterium tuberculosis valdi tuberculosis (Nobel prize)

Koch postulate – reglur Kochs um greiningu sjúkdóma, tengingu þeirra við bacteríur

• Örverurnar verða að vera til staðar í öllum með sjúkdóminn en ekki í hraustum lífverum

• Verða að vera einangraðar og ræktaðar • Sami sjúkdómur verður að koma fram þegar einangruðu

örverunar eru settar í hrausta lífveru • Sama örveran þarf að vera einangruð úr veikri lífveru

Upphaf ónæmisfræðirannsókna. Edward Jenner, 1798 – notaði efni úr kúabólum (cow pox) til bólusetningar gegn bólusótt (small pox) „ vaccination” Louis PASTEUR , 1881 – fann aðferð til að nota veikta („attenuated”) s´ýkla til bólusetningar. Hægt er að nota veikta lifandi sýkla, dauða sýkla, unnar afurði úr sýklum til bólusetningar. Metchnikoff, 1884 – Uppgötvaði phagocytosis = frumuát. „Cellular theory of immunity”. Hvítu blóðkorn ráðast á sýklanna, drepa þá og éta (frumuát). Nuttall o.fl. – upppgötvuðu uppleyst efni í blóði og vefjavökvum sem valda ónæmi „humoral theory of immunity” Motefni (antibody.). Myndast við innrás, sýkla o.fl. E. von Behring og Kitasato, 1890 – uppgötvuðu antitoxín (mótefni) gegn toxíni (eiturefni) barnaveikibakteríunnar. Sumar bakteríur geta myndað eitur, myndast í líkömum manna og dýra antitoxin, móteitur. Öll einkenni barnaveikibakteríunnar til eitrunarinnar. Umbreytt eiturefni er oft hægt að nota sem bóluefni.


6

Lyfjameðferð gegn sýkingum – upphaf „chemotherapy” Paul Ehrlich, 1909 – Efni 606 eða arsphenamine, reyndist virka gegn sýfílis bakteríu (talsvert eitrað efni, mikið af aukaverkanir). Hugmynd: „selective toxicity”. Sérhæfða eiturverkun. Hægt að finna einhver efni sem gætu virkað með sérhæfðum hætti til að hamla vöxt eða drepið sýkla. Domagk, 1935 – Uppgötvun fyrsta sulfalyfsins Suphonamide. Woods, 1940 – skýrði verkun súlfalyfja. Fékk nóbels. Voru samkeppnihindrarar, kepptu við lífrænnt efni frumunnar. Fleming, 1929 – Penicillium notatum, uppgötvun penicillins. Slíkur myglusveppur gaf frá sér virkt efni sem virktir hindra vöxt annarra örvera í kring. Unnið úr örverugróðri (antibiotic) Florey & Chain, 1940 – framleiðsla penicillins í litlu magni. Vinnsla, hreinsun, prófun. Unnið úr örverugróðri (antibiotic) Waksman, 1943 – uppgötvun streptomycins (sýklalyf). Unnið úr örverugróðri (antibiotic).

Upphaf veirurannsókna D.Iwanowski, 1892 – rannsakaði tíglasýki í tóbaksplöntum ( tobacco mosaic disease). Fyrst uppgötvað þessa veiruverkun. Hann hélt að þetta væri eitrað efni. Heilbrigðar plöntur gátu smitast af sýktum plöntum. Smitefnið komst í gegnum bakteríuheldar síur. TMV = tobacco mosaic Virus (virus þýðir eiturefni). M.Beijerinck, 1899 – Einnig rannsaka TMV. Hið síaða smitefni sást ekki í smásjá. Smitefnið var ekki ræktanlegt á tilbúnu æti. Orðið „virus”. Loffler & Frosch, 1898 – Rannsökuðu gin-og klaufaveiki í dýrum. Smitefnið fór í gegnum bakteríu heldnar síur. Smitefnið sást ekki á smásjá. Twort d’Herelle , 1915, 1917 – fundu síanlegt smitefni sem gat sýkt bakteríur. Grunnurinn af bakteríu veirurannsóknum, phage = bakteríuveirur, fögur. Sást eyður í bakteríuskálinni (plaque) – svæði þar sem veirur hafa ráðist á bakteríur. Nota eina til að fjölga sér í, bakterían sprengist og 200-400 veirur koma út.


7

Kafli 2: Ljóssmásjár – mismunandi aðferðir Ljóssmásjár – A. Venjuleg lýsing (bright field). Resolution (greiningarhæfni), ljósgangur, fjarlægð

Olía og olíulinsur. – hægt að hafa sýnin nær, kemur í veg fyrir að ljósið brotni í ljósgangi.

B. Dökksviðs smásjá (Dark field) Ljósið lýsir ekki upp sviðið sem við erum að horfa á, heldur fer framhjá. Við viljum sjá agnina upplýsta. Sérstakur búnaður í ljósþétti. Notað til að skoða ólitaðar lifandi frumur.

C. Fasakontrast smásjár (Phase contrast) Notað á ólituð sýni og frumuhluta.

Baksviðið er upplýst, en vegna fasa stillinga verða efnislitlar agnir dekkri.

D. DIC = Differential Interference contrast. Líkt og fasakontrast. Nota plan-polariserað ljós (úr prísmum) E. Flúorljómandi litun á smásjá

Alltaf dökksvið, flúórljómandi agnir. Notum liti, flúorrjóma. Ljós af ákveðni byljulengd. Mjög háþróuð tækni. Epifluoresence – lýsingin kemur ofan frá, niður í gengum lensurnar og fellur á sýnin.

Undirbúningur og litun sýna 1. Einföld litun – einn litur notaður 2. Aðgreinandi (differential) litanir t.d. gram litun, sýruföst litun (Ziehl – Neelsen litun). Litið fyrst með rauðum lit, beitir hita síðan reynt að skola litun út úr frumunnum með brennisteinssýru. 3. Negatífar litanir – bakgrunnur litast dökkur, en bakteríur ólitaðar. 4. Sérlitanir – t.d. Svipulitun, Grólitun, Frymiskornalitun.

Rafeindasmásjá Undirbúningur sýna mikilvægur t.d. litun, þunnsneiðar, skygging o.fl.


8

TEM – Transmission Eletron Microscope, rafeindastraumur fer í gegnum þunn sýni. SEM – Scanning Electron Microscope, rafeindastraumur fellur á sýni. Rafeindastraumnum er stjórnað af segulsviði, notuð rafeindabyssa.

Ný tækni Confocal smásjártækni – maður fær betri mynd af sýninu, nákvæmari lýsingar

og búnaður til að gera sýnið sýnilegt. Skýrleikinn ákvarðast mikið af ljósgjafanum. Notað lasertækni.

Scanning probe smjásjártækni – ljósgjafa sem getur scannað yfir sýnið. Getur fengið þrívíddaráhrif.

Kafli 3: Yfirlit – Baktería

• Efnsamsetning baktería t.d. E-coli Vatn 70% Þurrþungi 30%

Þar af DNA 3%, RNA 12%, Prótín 70%, Polysakkaríð 5%, Fituefni 6%, Phospholípíð 4%

• Lögun baktería: frumflokkun eftir lögun

Lægri bakteríur (eubacteria) – mynda ekki þræði

°°°° Kúlulaga (coccus) Staflaga (bacillus) Kommulaga „bognir stafir” (vibrio) Gormlaga (spirilla) harður veggur. Gormlaga (spirochaete) mjúkur veggur.

Æðri bakteríur (actimomycetales) – mynda þræði sem eru greinóttir.

• Frumuskipting Binary fission = einföld tvískipting

1. DNA, kjarnaefnið 2. Tvöföldun kjarnaefnis 3. Lenging fruma og myndun milliveggjar 4. Tvöföldun kjarnaefnis (4 kjarnaefni, milliveggur) 5. tvískipting frumu


9

Bygging bakteríufrumu (mynd 3.4)

Frumuhlutar Bakteríu • Frumuhimnan: Tvenns konar himnugerðir:

bacterial membrane(s) - himnur einkennandi fyrir bakteríur, Himnan búin til úr tvígæfum efnum – fosfólípíð.

Vatnssækinn endi : Alcohol – fosfat – glycerol – fitusýrur: vatnsfælinn endi.

Ester tengi á milli gycerol og fitusýranna. Efni í himnu: Fosfólípíð, prótín (integral, peripheral), sykrur

(oligusaccharide (fásykrur)), glycolipid, hopanoid. Hopanoid: svipað hlutverk og cholesterol í heilkjörnungum. Þykkt frumuhimnu 5-10 nm. Næringaefni flæða inn og út, stýrt

af prótínum. :) (í kafla 5 í bókinni er fjallað um næringafræði baktería).

Himnan umlykur frymið. Himnan er valgegndræp (velur hvaða efni fara inn og út).

Hluti af öndunarkerfi baktería, sem anda, í himnunni. Ljóstillífandi bakteríur hafa hluta af ljóstillífunarkerfinu í himnunni.

Himnan tekur þátt í loka byggingu veggsins. Efni geta tengst ákveðnum nemum í himnunni sem búa til virkni í frumunni.

Archaeal membrane(s) – himnur einkennandi fyrir archea, Tvílagahimna, með öðruvísi efnum (eter tengi í fituefnanna), mismunandi uppröðun, einnig til einlagahimna. (Þarf að vita muninn á himnunum).

• Frymið: Sumt myndast í fryminu en flyst út. 70% af fryminu vatn! (protoplasm – frymið í heild sinni).

• Frymiskorn (inclusion bodies)


10

Misstór, kúlulaga korn sem finnast í frymi sumra baktería. Myndun, fjöldi og stærð fer eftir ræktunaraðstæðum. Næringarríkt æti – mörg korn.

Eru forðakorn, gerðir: 1. Volutin korn – fostaf hópar, tengdir saman með ensímum. Fosfatforði,

orkuforði. Fer orka í að mynda fjölliðuna þannig þegar hóparnir eru klofnir aftur myndast orka.

2. Fitukorn – mism.gerð algengasta er PHB (poly-hydróxið-butyrate), smjörsýrufjöllsýra tengt saman með beta tengingu. Orkuforði.

3. Fjölsykrukorn – glycogen, sterkja. Orkuforði. 4. Brennisteinskorn – aðeins í nokkrum tegundum baktería. Vetnissúlfíð

oxað. Hægt að gera sérlitanir, fyrir öll þessi korn. T.d. fyrir volutin notar maður efni sem sækist í fosfatefni o.s.frv.

• Ríbósóm í bakteríum: Eru 70s ríbósom í tveim hlutum 50s hluta og 30s hluta. (Í æðri

frumum (eucaryote) eru 80s ríbósom (60s + 40s)). Mismunur! – verkum sumra sýklalyfja! (bara sýklalyf sem

virka á prótínmyndun!) Fjölgar við hraðan vöxt. Geta orðið allt að 50% af þurrþunga

frumanna (E.coli – 15%) Ríbosóm gerð úr próteinum og RNA kjarnsýru. (sjá mynd

11.44). Myndar prótín út frá RNA o.s.frv. • Kjarnarefnið – litningur

Oft hringlaga tvöfaldir DNA strengir, stundum línulegir Agnir innst í frumunni. Engin kjarnahimna (dreifkjörnunga :P ) Í dag hafa fundist nokkrar bakteríur sem hafa fleiri en einn

litning. Tvöföldun verður fyrir frumuskipting. Litun litninga: Kjarnsýrusæknir litir,

• Plasmíð Litlir tvöfaldir DNA strengir sem lifa sjálfstætt af litningnum.

Flestir hringlaga. Fá gen, minna en 30 Geta fjölgað sér, þ.e. gert eftirmyndir F-factor – kynfjölgun, skráir fyrir sex pili, DNA transfer R-factor – antibiotic resistance, skrá fyrir ensímum sem drepa

sýklalyf, geta færst á milli frumna

Bakteríuveggurinn (gram + og gram -), bygging og myndun peptidoglycans sjá svör við prófspurningum ! Gram+ (gram jákvæðar) bakteríur – halda fjólubláa litnum (við gram litun),

glycerin tenging á milli peptíðkeðja. Gram- (gram neikvæðar) bakteríur – missa fjólubláa litinn (við gram litun) –

litast rauðar, bein tenging á milli peptíðkeðja Dauðar Gram+ geta líka litast rauðar.


11

Lysozyme og penicillín Lysozyme- ensím sem ræðst á peptidoglycanið í veggjum baktería með því að

skemma tengingu N-acetylmuramic sýru og N-acetylglucosamine. Penicillín – stöðvar myndun peptidoglycans Ef baktería kemst í tæri við þessi efni þá lenda þær í lysis

Lysis-frumurof Plasmolysis – frumuhimna skreppur saman Speroplast – veggbrot í frumuhimnu. Protoplast – frymi + himna í heilu lagi,

Lipopolysakkaríð (LPS) Lípið A – Miðhluti – O hliðarkeðjur

Polysakkaríð

Mikilvægi: er mótefnavaki (antigen), eykur stöðugleika, negatíf yfirborðshleðsla, eiturverkun (endotoxín), bólgumyndun; lekar háræðar, hækkun líkamshita; óbein áhrif á hitastjórnstöð í heila.

Gram litun Peptidoglycanið virkar sem vörn gegn því að kristall blái liturinn skolast af.

1. Bakteríurnar fyrst litað með kristall bláum 2. Skolað með joði 3. Skolað með etanóli 4. Litað með safranin rauðum ( gram - litast)

Seyting prótína (mynd 3.33)

5 kerfi; mismunandi týpur af prótín Borin prótín mynda göng á ytra lagi, orkukræfir flutningskjarnar. Efni sem eru seytt út: hydróxið ensím, sellulósa, próteasa, lípasar og ýmis

prótín sem verka sem eiturefni (kolerutoxín) Týpa 2: seytir út efni fyrir festiþræði (3 einingar per hring – spírala þráður),

partur af næringanámi Týpa 1: gefa frá sér toxín (alphahemolýsin – sundrar hemoglobin) tengjast

sýkingaeiginleikum sumra baktería. Týpa 3: sérstaka sýki þætti í bakteríum eins og salmonella, shigella, E.coli

stofnar(sýkjandi). Slímhjúpar baktería (capsule, slime layer)

er aðeins á sumum bakteríum. Misþykkur hjúpur utan um vegginn. Tærir/glærir hjúpar.

Efni:


12

98% vatn 2% fast efni t.d. flóknar fjölsykrur, prótín, polypeptíð, Dextran

(myndast við niðurbrot á súkrósa) o.fl. Skoðun – aðferð - Blekaðferð („india ink”) – negatíf litun (bakgrunnur

dökkur, hjúpar glærir) Þyrpingar eru oft glansandi og slímkenndar. Mikilvægi hjúpanna: 1) Vörn gegn uppþornun, eyðandi efnum, ensímum 2) Ræður sýkingareiginleikum hjá sumum bakteríum t.d. streptococcus

pneumomice (fjölsykrur 70-80 gerðir, getur ekki valdið lugnabólgu ef hún hefur ekki hjúp), bacillus anthracis (poly-glutamate)

3) Viðloðun 4) Mótefnavakar (antigen) – efni slímhjúpanna er oftast mótefnavekjandi.

Ytri lög – utan veggjar Glycocalyx (mynd 3.35) – netkennt lag úr fjölsykrum S-lag – margar gram+ og gram- bakteríur hafa s-lag, byggt úr prótíni eða

glycopróteini (minnir á gólfflísar) (mynd 3.36) Margvísleg hlutverk: t.d. vörn gegn jóna og pH breytingum, osmótísku

stressi, ensímum, ýmsum efnum, frumuáti, ránbakteríum, þáttur í sýkingarmætti?, hjálp við að halda lögun, hjálp við festingu við yfirborð.

Festiþræðir baktería (pili) Bygging: stuttir, stinnir, beinir þræðir, dreifðir um frumubolinn. Eru aðeins á

sumum bakteríum. Stærð: ca 4-8 nm í þvermál, Ca 0,2-0,3 µm að lengd. Mun grennri en svipur. Best þekktir á þarmabakteríum. Nokkur hundruð á

hverri frumu. Sjást aðeins í rafeindasmásjá.

Efni: holir prótein þræðir byggðir úr prótin einingum pilin (sameindaþungi ca 17000). Nokkrar gerðir til.

Svipur Staðsetning:

Engar svipur (antitrichous) Monotrichous (endlæg) Amphitrichous (2 svipur) Lophotrichous (endlægar, margar) Peritrichous (dreifðar)

Svipur of grannar til að sjá í venjulegri smásjá (Leifson litun, þykkari svipur), sjást í rafeindasmásjá

Brjóta má svipur af til efnarannsókna – vaxa aftur Efnasamsetning:

Prótín einingar – flagellin Gormlaga uppröðun, holur þráður Vaxa í fjær endann, flytjast út eftir holrýminu


13

Mótefnavekjandi efni Hreyfanleiki:

Hreyfileika próf- • Linagar próf – glas með linum agar, ef hreyfanlegar

geta synt í gegnum agarinn • Hangandi dropa aðferð – dropi af bakteríugróðri skoðað

í smásjá Bakteríur skynja styrk áreitis (efni, loft , ljós)

• Áfram og velta – fara í átt að æti • Áfram – svipa snýst rangsælis • Velta – svipa snýst réttsælis • Örskotshreyfing – engin sérstök stefna

Hreyfing svipu: • Motor búin til úr S-hring, M-hring, mot A, mot B • Protón eða Na+ flæði snúa mótornum.

Sækni (taxis) Chemotaxis – efnasækni; efnanemar skynja efnastyrkinn og

senda boð (attractant/repellant) Aerotaxis – loftsækni Phototaxis – ljóssækni (ljósstyrkur, bylgjulend ljóss)

Gró, myndunarferill gróa og spírun Sjá prófspurningu!

Kafli 4: Samanburður á heilkjarnafrumum og dreifkjarnafrumum. Bakteríur Archaea Heilkjarnafrumur Himna umhverfis kjarna Nei Nei Já


14

Litningar Oftast einn hringlaga

Oftast einn hringlaga

Fleiri en einn, beinir litningar

Plasmíð Algengir Algengir Sjaldgæfir Hvatberi, chloroplast Nei Nei Já Frumuhimnu lípíð Ester tengd

fosfólípíð m.hopanoids

Glycerol diethers og diglycerol tetraethers

Ester tengd fosfólípíð m.sterum

Svipur Ekki hægt að sjá í smásjá, einn prótín strengur

Ekki hægt að sjá í smásjá, einn prótín strengur

Sjást í smásjá, 20 microtubules

Peptidoglycan í veggjum Já Nei Nei Golgi kerfi Nei Nei Já Ríbósóm stærð 70s 70s 80s Lysosome Nei Nei Já Frumugrind Varla Varla Já Gasbólur Já Já Já

Kafli 5: Næringanám örvera

Macronutrients – 6 efni: C, O, H, N, S og P og K+ , Ca2+, Mg2+, Fe2+ Micronutrients – mangan, zink, cobalt, nikkel, kopar, molybedium. Vaxtaþættir (growth factors)-

1) Amino sýrur – sumar 2) Purine og pyrimidine 3) Vítamín

Tegundir baktería, hópað eftir æti og orku auðlindum (læra vel!) Kolefnis auðlindir: Autotrophs – CO2 Heterotrophs – lífræn efni Orku auðlindir: Phototrophs – ljósorka Chemotrops – efnaorka Rafeinda auðlindir: Lithotrophs – ólífræn efni Organotrophs – lífræn efni

Upptaka næringaefna – flutningskerfi 1) Passive diffusion (óvirkt flæði) –

vatn og litlar sameindir, flæðir í gegn án hjálpar einhvers sérstakar hjálpar,


15

2) Facilitated diffusion (virkt flæði, hjálparprótín) – nota hjálparprótín til að flytja sameindir,

3) Active transport (virkan flutning) a. Prótónu og natríum gradient (stigull) b. ABC transporter kerfi –

ýmsar sykrur (galotosa, maltosa o.s.frv.), amínósýrur.

4) Group translocation 5) Flutningskerfi fyrir járn –

seyta út siderophore, sem tengjast við Fe3+

sideophore – léttar lífrænar sameindir sem mynda complex með ferric járni

Ræktunaræti Synthetic:

Öll efni í ræktunarætinu eru þekkt Getur verið í vökvaformi eða fast (agar) Notað oft til að rækta photolithotrophic autotrophs, s.s

cyanobacteria og chemoorganotrophic heterotrophs Complex

ekki öll efni þekkt t.d. blóð serum, kjötsoð; amínósýrur, peptide, kjarnsýrur,

lífrænar sýrur og vítamín. peptones – protín hydrolysates búin til úr hálfri meltingu kjöts;

mikið af kolefni, orku og nitur algengast að nota: 1. Næringarsoð 2. Tryptic soy broth 3.

MacConkey agar Selective media

Ýta undir ræktun á ákveðnum örverum Salt eða litir s.s. fuchsin og kristal blár ýta undir ræktun gram +

bakteríum Endo agar, eosin methylene blue agar og MacConkey agar –

mest notað til að finna E.coli Differential media

Gerir mun á milli mismunandi hópa örvera T.d. blóð agar – greinir mun á hemolytic baktería og non-

hemolytic baktería

Einangranir og ræktanir Spread plate – dropi af örverugróðri sett á agarskál og jafnað út á yfirborðið Streak plate – sýni af hreinni kóloníu er tekið með lykkju og henni dreift í eitt

hornið. Lykkjan hreinsuð með eldi og svo dreift út í næsta horn o.s.frv. Pour plate – sýnið þynnt út, dropi sett í tóma skál og agar hellt yfir.


16

Kafli 6: Vöxtur örvera

Skipta sér með binary fission (sjá kafla 3) DNA tvöfaldast, byrjar við uppruna tvöföldunar endar við terminus beint á

móti. Cytokynesis – myndun tveggja dótturfrumna og myndun veggjar á milli þeirra

(septation) 1. Val á staðnum sem septum myndast 2. samsetning Z-hrings, sem skiptir frumunni í tvennt 3. festing Z-hrings við frumuhimnu og frumuvegg 4. samsetning veggmyndunar tækjum 5. skipting frumunnar.

Vaxtarlínuritið og fasar

Lag phase – frumur nýkomnar í ræktunaræti, ekki farnar að fjölga sér

(þurfa að byggja sig upp á nýtt) Exponential phase – fjölga sér með max hraða. Jafn hraði (ójafn er breytt

er um æti) Stationary phase – oft við 109 fjöld örvera per mL, jafnvægi milli nýrra

fruma og frumudauða, vegna takmarkaðar fæðu og uppsöfnun úrgangsefna,

Death phase – VBNC: viable but nonculturble, erfðafræðileg áhrif sveltingu. Programmed cell death: sumar frumur erfðafræðilega forritaðar til að fremja sjálfsmorð, hinar frumurnar geta notað efnin úr frumunni.

Líftala Fjöldi lifandi fruma þ.e. fjöldi kolónía með tilliti til þynningu lausnar. T.d ef 1.0mL af 1⋅10-6

þynning gaf 150 kólóníur er líftala: 1.5⋅108 frumur per

mL.


17

Stærðfræðilegir þættir, k og g k : fjöldi kynslóða per tíma (oft klst) k = n /t = (log(Nt) – log(N0) )/0.301⋅t g : meðal kynslóðar tími, þ.e. tími sem tekur stofninn að tvöfaldast Nt = 2N0 ; g = 1/k

Aðferðir til að mæla vöxt – Fjöldi, massi. Hægt er að mæla vöxt með að telja fjölda kólónía.

• Petroff-Hauser counting chamber • Coulter counter (ekki góður í að telja bakteríur, litlar) • Flow cytometer • Membrane filter technique (vökvasýni)

Nýrri aðferðir gera kleift að þekkja muninn á virkum kolóníum og óvirkum. Notast er við fluorescent hvarfefni sem lita lífandi og dauðar frumur mismunandi.

Plating methods: ákvarða fjöldi lifandi örvera í sýni (líftölu mælingar) • Spread-plate technique • Pour-plate technique • Í vökvasýnum er hægt að festa fyrst bakteríurnar á

himmnusíu (membrane filter) sem er síðan sett á agar. Niðurstöður eru skráðar sem CFU (colony forming units) Sýnin eiga að vera á milli 30 og 300 kolóníur fyrir mestu nákvæmni. Einnig er hægt að mæla massa Aðferðir sem mæla breytingu í frumu massa geta fylgst með vexti Microbial dry weight: frumur sem vaxa í vökva eru safnaðar með aðskiljun,

hreinsaðar, þurrkaðar í ofni og vigtaðar. -> þarf mikið magn til að marka Spectrophotometry: örverufrumur afvegaleiða ljós sem hitta á þær. Því hærri

mólstyrkur örvera því minna af ljósi kemst í gegn.

Sírækt – Chemostat, turbidostat Sírækt á við þegar örverurnar eru ræktaðar í opnu kerfi þar sem umhverfið er

viðhaldið með nýjum næringarefnum og fjarlægingu af aukaefnum. Chemostat: byggt upp þannig að sótthreinsað ræktunaræti er látið í

ræktunartankinn á sama hraða og ætið með örverunum er fjarlægt. Ræktunarætið inniheldur nauðsynlega næringu s.s. amínósýrur

í takmarkandi magni, þannig að vaxtarhraði er ákvarðaður af þeim hraða sem nýja ræktunarætið er sett út í tankinn.

Turbidostat: hefur nema sem mælir mor (grugg) af ræktuninni í tankinum. Hraði ætis í gegnum tankinn er sjálfstýrt til að halda ákveðni fyrirfram ákvarðaði frumu massa. Ekkert af næringarefnunum eru takmarkandi.

Áhrif umhverfisþátta á vöxt Vatnsvirkni (aw)

Frumur þurfa að geta svarað við breytingum á osmótískum þrýstingi í kringum sig.


18

Sérstök efni: compatible solutes – eru efni sem hafa engin áhrif á efnaskipti og vöxt í háum innanfrumu mólstyrk t.d. choline, proline, glutamic acid, glycerol og mannitol.

Í háum saltstyrk þurfa örverurnar sérstök efni til að dempa saltið.

Osmotolerant – þolnar fyrir tiltölulega háum osmótískum þrýsting í lausnum umhverfis þau. Staphylococcus aureus

Osmophile – kunna vel við sig í osmotískum þrýsting, (saltþörf) geta lifað í háum sykurstyrk.

Xerophile – þurrkkærar (þolnar) vaxa í mjög þurru umhverfi. Vatnsvirkni aw = Psoln/Pwater (hár osmótískur þrýstingur – lág

vatnsvirkni) Áhrif salts

Non-halophile – engin saltþörf Halotoleran – saltþolnar Halophile – saltkærar (Mild – 1-6%, Moderate – 6-15%) Extreme halophile – ofur saltkærar (15-30% saltþörf)

Áhrif pH Acidophiles – pH 0-5.5 Sulfolobus acidocaldarius Neutrophiles – pH 5.5-8.0 , most bakteria and protists Alkalophiles – pH 8.0-11.5, Extreme alkalophiles – pH 10 <, Bacillus alcalophilus

Vaxtarhitastig – hópskipting baktería Kuldakærar(psychrophiles) – vaxa vel við 0°C, Topt = 15°C,

Tmax =20°C Kuldasæknar, kuldaþolnar (psychrotrophi, facultative

psychrophiles, psychrotolerant) – sumar vaxa við 0°C, Topt= 20-30, Tmax= 35

Miðlungshitakærar(mesophiles)- Tmin= 15-20°C , Topt= 20-45°C, Tmax= 45°C

Hitakærar(thermophiles) – vaxa venjulega aðeins yfir 55°C Topt= 55-65°C eða hærra, Tmin = 45°C, Tmax = yfir 100°C

Ofurhitakærar (hyperthermophiles) – Topt = 80-113°C , Tmin= 55°C

Áhrif O2 – hópskipting baktería Obligate aerobe – loftháðar Obligate anaerobe – loftfælnar Facultative anaerobe- kjörfrjálsar Aerotolerant anaerobe – loftfælnar Microaerophiles – örloftháðar

Áhrif þrýstings Barotolerant – 600 -1100 atm Barophilic – lifa í innyflum djúpsjávar dýra

Geislun Jónageislun – getur látið atóm missa rafeindir og valdið

stökkbreytingum í örverum. T.d. x-rays, gamma rays UV-geislun – drepur margskonar örverur, aðallskemmdir eru á

thymine í DNA (myndast thymine dimers)


19

Vöxtur örvera í náttúrulegu umhverfi Leibig´s law of the minimum heildar lífmassi lífveru verður ákvörðuð af

næringarefnum til staðar í lægsta mólstyrknum hjá þörf lífverunni. Shelford´s law of tolerance það eru takmarkanir í umhverfisþáttum fyrir neðan

og fyrir ofan sem örvera getur ekki lifað af og vaxið, óháð næringarefnum. Biofilm skipulagðar örveru samfélög samansett af lögum af frumum tengdar

við yfirborð sem vinna saman t.d. úrgangsefni einnar frumu er fæði annarra.

Kafli 8. Orkuþörf – ATP, NAD, NADP o.fl.

Fruman þarf orku til að framkvæma vinnu : 1) efnaskipti 2) flutning 3) tæknileg vinna (færa hluti innan frumu, og hreyfing).

ATP: adenosine 5’-triphosphate Þegar phosphate brýst frá myndast mikil orka (ATP -> ADP +

P) Önnur hvörf nýtt til að endurnýta ADP í ATP = substrate-level

phoshorylation. NAD+/NADH: nicotinamide adenine dinucleotide

Rafeinda burðarefni Getur gefið mörgum efnum rafeind meira að segja O2 Hefur mikilvægt hlutverk í efnaskiptum chemoorganotrophs

sem nýta glukósa sem orku ETS – electron transport system, staðsett í frumuhimnu – prótín

sem bera rafeindir, neikvæðasta efnið fyrst þannig rafeindirnar geta flætt og notað til að mynda ATP

Ensím – flokkun og mekanismi Ensím eru prótín hvatar með mikla sérhæfni á hvaða sameindir þau virka á. Hvarfefnin eru kölluð substrate Holoensím samansett úr: apoensím –prótín, cofactor – non-prótín. Ef cofactor er fast við ensímið kallast það prosthetic group, en ef það losnar

eftir að myndefnin myndast kallast það coenzyme Lækkar virkjunarorku Ensím hafa virkan stað á sér þar sem hvarfefnin tengjast, lock-and-key model,

aðeins réttu efnin passa. Ensím geta líka aðlaga sig að efnum induced fit model

Vmax, Michaelis fasti og hindranir. Vmax : ensím mettað af hvarfefnum og starfar við mesta hraða. Km : Michaelis fasti – mólstyrkur hvarfefnis sem þarf fyrir ensímið til að fá

hálft Vmax. Denaturation: bygging ensíms skemmist, virkni hættir. Geti verið vegna pH

eða hitastigs. Competitive inhibitor: keppir beint við hvarfefnið við virka stað ensímsins, og

kemur hjá því að ensími býr til efnið. Oft notað til að lækna örverufræðilega


20

sjúkdóma t.d. sulfanilamide stoppar myndun folic sýru í bakteríum sem leiðir til dauða þeirra, hefur ekki áhrif á okkur þar sem við myndum ekki folic sýru.

Noncompetitive inhibitors: hefur áhrif á virkni ensímsins með því að bindast við ensímið á einhverjum öðrum stað en virka staðnum. Þetta breytir lögun ensímsins sem gerir það óvirkt. T.d. mercury (kvikasilfur)

***Stjórnun á virkni og nýmyndun ensíma Allosterisk stjórnun –

Virkni allosteriska ensíma er stýrð af lítillri sameind effector eða modulator sem festist við stjórnunarstað á ensíminu (regulatory site)

Jákvæður effector – hækkar virkni ensímsins Neikvæður effector – minnkar virkni eða gerir ensímið óvirkt

Afturvirk stjórnun (feedback inhibition) – þegar myndefni í nýmyndunarferli fer til baka og hindrar

ensím. T.d. E.coli aspartate carbamoyltransferase Isoensyme – mismunandi form af ensími sem hvarfa sömu

hvörf. Bæling “Diauxy growth”-

Diauxy growth: þegar örvera nýtir eitt næringarefni fyrst og svo hitt t.d. E.coli í æti með glúkósa og lactósa, nýtir fyrst glúkósann og svo eftir smá lag phase byrjar að nýta lactósann.

Þetta er því fruman þarf að búa til sérstök ensíma til að nýta lactósa, en glúkósa ensímin eru alltaf til staðar.

Vakning (induction) Inducer ensím – ensím sem virkni hækkar eða nýmyndun vegna

ákveðins sameindar sem er til staðar.

Kafli 9. Skilgreining á öndun og gerjun.

Öndun: 3. Ferli 1. Stærri næringar einingar brotnar niður eða hydrolyzed. Ekki

mikil orka losnar. 2. Amínósýrur, einsykrur, fitusýrur, glycerol og önnur efni sem

mynduðust í 1. Eru minnkaðir í ennþá minni einingar, s.s. acetyl CoA og pyruvate. Eitthvað ATP, NADH og/eða FADH2 myndast.

3. Efnin úr 2. Eru sett í gegnum sítrónusýruhringinn og oxað í CO2 við myndun á ATP, NADH og FADH2 (sem er síðan allt oxað í ATP)

Gerjun 1. NADH er oxað í NAD+ 2. Rafeinda þeginn er oftast pyruvate eða efni myndað úr

pyruvate 3. Oxidative phosphorylation getur ekki starfað.


21

ATP er myndað af subsrate-level phosphorylation, ekki þörf fyrir súrefni.

Alcoholic fermentation: mörg fungi, protist og sumar bakteríur gerja sykrur í etanól og CO2.

Pyruvate -> (decarboxylated) acetaldehyde -> (alcohol dehydrogenase) afoxa í etanól með NADH sem rafeinda donor. Lactic acid fermentation: bakteríum (mjólkursýru bakteríum,

Bacillus), protists (Chlorella og sumum water molds) og meira að segja í dýra vöðvum. Afoxa pyruvate í lactate. Skiptist í 2:

Homolactic fermenters: Nota Embden-Meyerhoff og afoxað allt pyruvate í lactate með ensíminu lactate dehydrogenase.

Heterolactic fermenters: mynda önnur efni en lactate t.d. etanól, CO2.

Formic acid fermentation: Margar bakteríur (family Enterobacteriaceae) Geta breytt pyruvate í formic acid og önnur efni. Formic acid getur síðan verið breytt í CO2 og H2 með ensíminu formic hydrogenlyase.

HCOOH -> CO2 + H2 Skiptist í 2:

Mixed acid fermentation: seyta etanól og flóknri blöndu af sýru, aðallega acetic, lactic, succinic og formic sýrur. Escherichia, Salmonella, Proteus o.fl.

Butanediol fermentation: Mikið af etanóli myndast ásamt smá af öðrum sýrum. Pyruvate -> acetoin -> (afoxað) 2,3-butanediol með NADH. Enterobacter, Serratia, Erwinia og sumum

Bacillus. Stickland reaction: Proteolytic clostridia s.s. C.sporogenes, C.botulinum. Amínósýra oxuð með annarri amínósýru sem rafeinda þega t.d. alanine oxað -> glycine afoxað = acetate, CO2 og NH4.

Þrjú stig efnaskipta Glycolysa (Embden – Meyerhof pathway)

Glucose C-C-C-C-C-C ATP ADP Glucose 6-phosphate C-C-C-C-C-C-PO4


22

Fructose 6-phosphate C-C-C-C-C –C-PO4 ATP ADP Fructose 1,6-bisphosphate PO4-C—C-C-C-C—C-PO4 H-C-C-C—PO4 Glyceraldehyde 3-phosphate Glyceraldehyde 3-phosphate NAD+ hvarfið eins og hinum meginn. NADH P PO4—C-C-C—PO4 1,3 bisphospholycerate ADP ATP C-C-C—PO4 3-phosphoglycerate 2-phophoglycerate H2O Phosphoenolpyruvate ADP ATP C-C-C Pyruvate Substrate-level phosphorylation:

Nýmyndun ATP með því að bæta fosfati á ADP t.d. við losun á háorku tengi milli fosfatsins og kolefnis í glycolysis.

Pentose Phosphate Pathway Er hægt að nota samtímis og Embden-Meyerhof eða Entner-Doudoroff. Virkar bæði með súrefni og án súrefnis, og er mikilvægt bæði í nýmyndun

og niðurbroti. Glucose 6-phosphate oxað í 6-phosphogluconate oxað í pentose sugar

ribulose 5-phosphate og CO2. NADPH myndast í þessum oxunum. Ribulase 5-phosphate breytt í blöndu af þrjú til sjö kolefnis sykru fosföt. Tvö ensím hjálpa til í þessu:

Transketolase -> hvarfar færslu tveggja kolefnis ketol hópum

Transaldolase -> færir þriggja kolefnis hóp frá sedoheptulose 7-phosphate til glyceraldehyde 3-phosphate.

Lokaniðurstaða: 3 glucose 6-phosphates = 2 fructose 6-phosphate , glyceraldehyde 3-phosphate og 3 CO2.


23

Myndar NADPH (rafeinda geymsla), myndar tvo mikilvæg precursor metabolites, efni í ferlinum er hægt að nota til að mynda ATP.

Entner-Doudoroff pathway: Notað af moldar bakteríum s.s. Pseudomonas, Rhizobium, Azotobacter og

Agrobacterium. Einnig af gram+ Enterococcus faecalis. Glucose 6-phosphate -> 6-phosphogluconate -> (dehydrated) 2-keto-3-

deoxy-6-phophogluconate (KDPG) -> (ensím KDPG aldolase) pyruvate og glyceraldehyde 3-phosphate.

Sítrónusýru hringurinn (krebs hringurinn, TCA hringurinn (tricarboxylic acid)) Ensím kerfi pyruvate dehydrogenase complex oxar pyruvate í CO2 og acetyl-

coenzyme A (acetyl-CoA). Acetyl-CoA fer í TCA hringinn. Acetyl-CoA + oxaloacetate -> citrate -> isocitric acid -> (NADH) α-

ketoglutarate -> (NADH og CO2) succinyl CoA -> (GTP) succinate -> (FADH2) fumarate + H2O -> malate -> (NADH) Oxaloacetate.

Rafeinda flutningur Í heilkjarnafrumur er í hvatberum, í bakteríum í frumuhimnu NADH myndað í oxun á lífrænum efnum er sett í rafeinda flutninga keðjuna þar sem það er oxað í NAD+ með ensíminu NADH hydrogenase sem er tengt frumuhimnunni.

Rafeindirnar eru síðan fluttar til carriers með vaxandi jákvæðri afoxunar getu. Samtímis eru protónur færðar úr frumunni út í periplasmic space.

Oxidative phosphorylation Ferlið þar sem ATP er myndað út frá rafeinda flutningi Chemiosmotic hypothesis : (Peter Mitchell), rafeindaflutninga keðjan

skipulögð þannig að prótónur færast út fyrir frumuna við rafeindaflutning – þá myndast concentration gradient of protons og charge gradient, af því leiðir er cytoplasm basískara og neikvæðara en periplasmic space = proton motive force (PMF) sem er notað til að framkvæma vinnu þegar prótónurnar færast aftur inn í frumuna -> gefur orku sem er notað til að phosphorylate ADP í ATP (PMF einnig notað til að flytja sameindir inn í frumuna og snúa svipunni)

Noktun PMF til að mynda ATP er ýtt áfram af ATP synthase, samansett ensím.

F1: tengt við frumuhimnu með stilk (stalk), búið til úr þremur α-subunits til skiptist við þrjú β-subunits, virku svæðin fyrir ATP nýmyndun eru á β-subunits. Í miðju F1 er γ-subunit sem tengist við F0 og snýst í hringi við prótónuflæðið. Þessi snúningur breytir β-subunits þannig ADP + P festist á virka svæðinu síðan þannig að ADP+P =ATP sem síðan breytist til að losa ATP.

F0: inn í frumuhimnu, tekur þátt í prótónu flutning yfir frumuhimnu.

Hægt að hindra myndun ATP, skiptist í 2: Hindra flæði rafeindanna


24

Uncouplers: aftengja oxidative phosphorylation frá rafeinda flutningi, þannig það myndast hiti í stað ATP.

Loftfirrð öndun Þegar annar orkugefandi rafeindaþegi en O2 er notaður við rafeinda flutning. Algengast er að nota: nitrate, sulfate og CO2 Loftfirrð afoxun á nitrate hindrar noktun frumunar á nitrate til að gera annað því er ferlið kallað dissimilatory nitrate reduction -> ekki praktískt, þarf mikið til að búa til lítið, myndast einnig mikil eiturefni.

Því þarf að breyta eiturefnum nitrite með því að afoxa því í nitrogen gas = denitrification (notar ensím: nitrate reductase, nitrite reductase, nitric oxide reductase og nitrous oxide reductase)

Bakteríur s.s. P.denitrificans, einhverjar Pseudomonas og Bacillus Methanogens nota bara loftfirrða öndun – nota CO2 eða carbonate og afoxa í

methane. Desulfovibrio notar sulfate og afoxa í sulfide. Ekki eins gott og venjuleg öndun því þessi efni hafa minni jákvæð afoxunar

getu en O2

Sundrun proteina og amínósýra ( deamination, transamination) Sumar bakteríur og fungi geta notað prótín til að fá kolefni og orku. Þær seyta

protease ensími sem hydrolyza prótín og polypeptið í amínósýrur sem eru fluttar inn í frumuna og nýttar.

Deamination: fjarlæging amínó hópnum frá amínósýrunni. Transamination: amínó hópurinn er fluttur frá amínósýru yfir á α-keto acid

acceptor. Lífræna sýran sem myndast frá deamination er hægt að breyta í pyruvate,

acetyl-CoA eða eitthvað sem passar inn í TCA hringinn, síðan nýtt í TCA hringnum til að mynda orku.

Einnig hægt að nota kolefnið til nýmyndunar á frumuhlutum. Auka nitrogen úr deamination er hægt að seyta sem ammonium sem gerir ætið

basískt.

Oxun ólífrænna sameinda Chemolithotrophs – bakteríur sem nota ólífræn efni fyrir orku og rafeindir. Rafeinda þeginn er oftast O2 en stundum sulfate og nitrate. Algengustu rafeinda gefandar eru hydrogen, afoxuð nitrogen sameindir,

afoxuð sulfur sameindir og járn (Fe2+) Þurfa miklu meira magn af ólífrænum sameindum til að búa til ATP heldur en

bakteríur sem oxa lífræn efni. Nitrifying bakteria – notast við nitrification (oxun ammonia í nitrate) Munurinn á nitrification og denitrification

Nitrification – oxun ólífrænna efna til að búa til nitrate Denitrification – afoxun oxidized nitrogenous compounds to

nitrogen gas.


25

Reverse electron flow – þegar rafeindirnar komnar frá oxun á ólífrænu efnunum flytjast upp rafeinda flutnings keðjuna til að afoxa NAD(P)+ í NAD(P)H (orkan til að framkvæma þetta fæst frá prótónu flutningi)

Reverse electron flow er svar við því vandamáli að ólífrænu sameindirnar eins og ammonia og nitrate hafa hærri jákvæða afoxunar getu en NAD+.

Ljóstillífun (phototrophy) Ferlið þar sem ljósorka er tekinn og breytt í efnaorku – photosynthesis Oxygenic photosynthesis: cyanobaktería, súrefni myndast þegar ljósorka er

breytt í efnaorku. Chlorophylls: pigment, stórir hringir myndaðir af fjórum pyrrole hringjum

með magnesíum atómi tengt við fjögur miðstæð nitrogen atóm. Chlorophyll a: nemur ljós best við 665nm (rautt ljós) og 430nm

(blátt ljós) = grænn litur Chlorophyll b: nemur ljós best við 645nm (rautt ljós) og blátt

ljós. Carotenoids: langar sameindir, gular. β-Carotene er í cyanobakteríum, Phycobiliproteins: red algae og cyanobakteríur. Samansett úr protein með

tetrapyrrole. Phycoerythrin – rautt pigment, 550nm Phycocyanin – blátt, 620-640nm

Chlorophylls og pigment eru samansett í skipulögðum settum – antennas, til að mynda stórt flatarmál til að festa fleiri photons, um það bil 300 chlorophyll á einu antenna

Ljósorka er gripin af antenna og fært á milli chlorophylls þar til það kemur að sérstöku reaction-center chlorophyll pair – færir rafeindir

Photosystem I – (>680nm) ljósorkan fer á sérstakt chlorophyll a sem kallast P700 (=700nm)

Photosystem II – (<680nm) ljósorkan fer á sérstakt chlorophyll a sem kallast P680

Cyclic photophosphorylation – myndun ATP með photosystem I. Rafeindirnara færast í hringrás

Noncyclic photophosphorylation- rafeindir flæða frá vatni til NADP+ með orku frá báðum photosystems, myndar ATP

Anoxygenic photosynthesis súrefni myndast ekki, þar sem vatn er ekki notað fyrir rafeindir.

3 hópar af bakteríum: phototrophic green bacteria, phototrophic purple bacteria og heliobacteria

Bacteriochlorophylls: (Bchl) nýta lengri bylgjulengdir, Bchl a = 830-890, Bchl b = 1020-1040.

Aðeins eitt photosystem – bara cyclic photophosphorylation. Rhodopsin-Based Phototrophy - aðallega í archaea, halobacterium Notað himnuprótein sem kallast bacteriorhodopsin- ljósorku proton pump

Kafli 10. Calvin cycle – Binding CO2 Reductive pentose phosphate cycle – andstæða pentose phosphate cycle


26

Carboxysomes: polyhedral structures that contain enzyme critical to the Calvin cycle – staðsetning CO2 bindingu.

3 stig: 1) carboxylation phase – ensímið ribulose 1,5-bisphosphate

carboxylase hvarfar CO2 við ribulose-1,5-bisphosphate(RuBP) = 2 sameindir af 3-phosphoglycerate(PGA)

2) reduction phase – PGA afoxað í glyceraldehyde 3-phosphate með ensími glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase notar NADP+.

3) regeneration phase- RuBP er myndað svo að hringrásin getur haldið áfram, einnig myndast carbohydrates

Gluco-neogenesis Gluconeogenesis- myndun glucose frá noncarbohydrate precursors. Notar sjö ensím sem eru líka í Embden-Meyerhof Reverse TCA hringur! Pyruvate -> oxaloacetate -> phosphoenolpyruvate -> 3-phosphoglycerate ->

1,3-bisphosphoglycerate (ATP) -> glyceraldehyde 3-phosphate (NADH) -> Fructose 1,6-bisphosphate -> fructose 6-phosphate (H2O) -> glucose 6-phosphate -> glucose (H2O)

Peptidoglycan myndun Sjá gömul prófspurningar svör!!!

N2 binding Ammonia incorporation: ammonia binding í aðrar lífrænar sameindir og

nitrogenið flutt til annarra kolefnis grinda með ensíminu transaminase. Reductive amination – myndun glutamate frá α-ketoglutarate

(ensím: glutamate dehydrogenase) -> α-aminósýra flutt á aðrar kolefnisgrindur með transamination

Glutamine synthetase- glutamate synthase system – (GSGOGAT system) E.coli, Bacillus megaterium o.fl. Nýtt þegar ammonia styrkur er lágur. Ammonia notað til að mynda glutamine frá glutamate (ensím: glutamine synthetase). Amide nitrogen af glutamine flutt á α-ketoglutarate til að mynda nýtt glutamate (ensím: glutamate synthase)

Assimilatory nitrate reduction: Nitrate afoxað í ammónia og síðan nitrogen breytt í lífrænt form. Fer fram í cytoplasm.

1. Afoxun nitrite (ensím: nitrate reductase), NADPH – gefur rafeindir.

2. Nitrite afoxað í ammonia (ensím: nitrite reductase) 3. Ammonia incorporated í ammínósýrur.

Nitrogen fixation: afoxun nitrogen gas í ammonia. Fer fram í archaea og free-living baktería (azotobacter,

Klebsiella, Clostridium og Methanococcus) Fer einnig fram í bakteríum sem lifa í samlífi við plöntur s.s

rhizobium


27

Fer einnig fram í cyanobaktería (Nostoc, Anabaena og Trichodesmia)

1. Afoxun nitrogen í ammonia (ensím: nitrogenase) -> dýrt kostar mikið ATP (8 rafeindir, 16 ATP)

Nýmyndun amínósýra. Sumar amínósýrur eru myndaðar með beinu transamintation af precursor

metabolite, t.d alanine og aspartate eru myndaðar beint frá pyruvate og oxaloacetate.

Oftast þarf samt að breyta kolefnisgrindinni og bæta við aminohóp. Amínósýrurnar – lysine, threonine, isoleucine, og methionine myndaðar frá

oxaloacetate af greinóttri anabolic leið. Phenylalanine, tyrosine og tryptophan eiga milliefni sameiginleg.

Anaplerotískar efnabreytingar ferlar sem leiða til þess að efnum er bætt inn í t.d. sítrónsýru hringinn fyrir þau

sem dregin eru út í nýmyndun t.d. binding CO2 Pyruvate +CO2 + ATP + H2O → oxaloacetate + ADP+ Pi

(ensím) Pyruvat carboxylase Phosphoemolpyruvate + CO2 → oxaloacetate

(ensím)Phosphoendolpyravate carboxylase

Glyoxylate ferill Finnst í sumu örverum sem notað gera acetate sem eina kolefnis- og

orkugjafann og til að mynda milliefni á sítrónsýru hringnum (TCA) mynd 10.27

1) Isocitrate → succinate + glyoxylate Isocitrate lyase (ensím)

2) Glyoxylate + acetyl CoA → malate + CoA malate synthase (ensím)

Nýmyndun purina, pyrimidina og nukleotíta Purines og pyrimidines eru kringlóttir nitrogenous basar með nokkrum

tvöföldum tengjum. Purine = 2 samtengdir hringir (adenine, guanine) Pyrimidine = 1 hringur (uracil, cytosine og thymine)

Phosphorus assimilation: Kemur aðallega frá ólífrænum fosfötum og lífrænum fosfat

esters. Ólífræn fosföt -> incorporated við myndun ATP

• Photophosphorylation • Oxidative phosphorylation • Substrate-level phosphorylation


28

Nýmyndun Purine: 11. Þrepa kerfi þar sem sjö mismunandi sameindir koma að.

• Byrjar með ribose-5-phosphate og grindin er byggð utan á það, fyrst myndast inosinic acid.

• Folic acid mjög mikilvægt • Eftir inosinic acid -> adenosine monophosphate og

guanosine monophosphate -> nucleoside diphosphates og triphosphates (ATP)

Nýmyndun Pyrimidine: • Byrjar með aspartic acid og carbamoyl phosphate

(myndað frá CO2 og ammonia) • (ensím: aspartate carbamoyltransferase) ->

carbamoylaspartate -> orotic acid • Nucleotide myndað með því að bæta ribose 5-

phosphate. • Decarboxylation af orotidine monophosphate = uridine

monophosphate -> uridine triphosphate og cytidine triphosphate.

Lípíð myndun. Lípíð eru – monocarboxylic sýrur með löngum alkyl keðjum sem hafa jafnan

fjölda af kolefni. Myndun lípíða : notað fatty acid synthase complex með acetyl-CoA og

malonyl-CoA sem hvarfefni og NADPH sem rafeindagjafi. Acetate og malonate flutt frá Co-A yfir á sulfhydryl hóp acyl carrier proteins

(ACP) – prótín sem ber vaxandi fitusýru keðjuna við nýmyndun. Fatty acid synthase bætir tveimur kolefnum við corboxyl endan á fitusýrunni í

tveggja þrepa ferli. 1.Malonate-ACP hvarfast við fitu acyl-ACP -> myndast CO2 ATP notað til að bæta CO2 við acetyl-CoA til að mynda

malonate-CoA. 2. β-keto hópur er fjarlægt með tveimur afoxunum og einni

dehydration. Örverur geyma kolefni og orku sem triacylglycerol (glycerol esterified to three

fatty acids) Phospholipíð aðal efni frumuhimnu

Kafli 19. MIKILVÆG HUGTÖK Taxonomy - flokkunarfræði Classification Taxa (taxon) – hópur líkra örvera Nomenclature - nafnakerfi Identification Systematics Species = tegund Genus = ættkvísl


29

Strain = stofn Type strain = viðmiðunar stofn Binomial system = tvínafna kerfið Biovar = líffræðileg afbrigði Morphovar = útlitseinkenni, breytileikar Serovar = blóðvatnstýpur, mismunandi mótefni

Uppruni hvatbera og grænukorna Tilgáta: Innanfrumu samlífisform sem upphaf hvatbera og grænukorna (the endosymbiotic origin of mitochondria and chloroplasts) alpha-proteobacterium rickettsia prowazekii → mitochondria (hvatberi) cyanobacterium prochloron → chloroplast (grænukorn)

Flokkunarkerfi Phenetic classification (svipgerðareinkenni í heild) : setur örverur í hópa

samkvæmt svipgerðareinkennum s.s. hreyfileiki, svipur, veggir, lögun. Numerical Taxonomy (töluleg flokkunarfræði) : upplýsingar um örverurnar

eru breyttar í tölulegar upplýsingar sem eru bornar saman í tölvu. Simple matching coefficient (SSM) – hlutföll líkra eiginleika Jaccard coefficient (SJ) – reiknaður með því að hunsa einkenni

sem báðar örverur eru ekki með. Similarity matrix – raðir og dálkar tákna örverur og hvert gildi

er stuðull sem mælir sameiginleg einkenni örveranna, þ.a. hver örvera er borin saman við hinar í töflunni.

Örvera B 1 0

1 a c Örvera A 0 b d

a = fjöldi einkenna til staðar (1) hjá báðum örverum. b og c = einkenni mismunandi (1,0 eða 0,1) hjá báðum örverum d =einkenni ekki til staðar (0) hjá báðum örverum. SSM = a + d / a + b + c + d og SJ = a / a + b + c Dendogram – tré-laga mynd sem sýnir niðurstöður tölulaga

flokkunarfræði. X-ás = vaxandi sameiginleg einkenni. Líkar örverur hópaðar saman = phenons , 70-phenons = örverur með 70% lík einkenni.

Phylogenetic classif. (phylogeny) (þróunarfræðilegur skyldleiki) : oft notað rRNA nucleotide sequences, yfir 200,000 mismunandi 16s og 18s rRNA raðir í gagnabankanum GenBank.

Genotypic classif.(arfðgerðileg einkenni) : ber saman sameiginlegar erfðir. 70% líkt erfðaefni = sama tegund.

Helstu sérkenni notuð í flokkunarfræði Útlit – létt að skoða og ákvarða, byggingar eiginleikar byggjast á erfðum,

smásjár mikilvæg tól aðallega rafeindasmásjár.


30

Lífeðlisfræði – beint samband við náttúru og virkni örveru ensíma og prótína. Óbeinn samanburður á genum. S.s. frumuveggur, orku auðlindir, gerjunar myndefni, fæðutegundir, vaxtar hitastig, hreyfileiki, súrefnis samband, ljóstillífun, osmótísk vörn o.s.frv.

Vistfræði – geta örveru til að búa í sérstöku umhverfi. Sumar örverur geta verið mjög líkar en búa á allt öðrum stöðum. Mikilvægt að skoða – hringrás lífs, samlífi, sjúkdómsvaldandi, umhverfis sérhæfni s.s. hitastig, pH, súrefni og osmósu styrkur.

Greining erfðaefnis – skoðun á flutning gena á milli tegunda Transformation – á milli mismunandi tegunda (ekki ættkvísla) Conjucation – aðallega enteric bakteríur, Plasmids – mikilvægar, geta innihaldið svipgerðareinkenni. Má

ekki rugla því inn í sjálft genamengið.

Sameindalíffræðilegir þættir. Nucleic Acid Base Composition:

DNA inniheldur fjóra basa sem tengjast saman adenine (A) tengist thymine (T) og guanine (G) tengist cytosine (C).

G+C content – hlutfall G+C í DNA, mol% G+C = (G+C)/(G+C+A+T) ⋅ 100%

Ákvarðað úr frá bræðslumarki DNA, þrjú tengi á milli G og C, en tvo tengi á milli A og T

Há G+C = yfir 50% , lágt G+C = undir 50% Nucleic acid hybridization:

Blanda af einföldum DNA strengum myndað með því að hita tvöfalt DNA, er kælt niður og haldið við hitastig 25°C fyrir neðan bræðslumark.

Strengirnar sem passa saman raða sér aftur saman á meðan hinir haldast lausir.

Líkir strengir en ekki alveg eins mynda minna hitastigs stöðuga DNA hybrids, ef hitastigið er haldið 30-50°C fyrir neðan bræðslumark myndast hybrids með meiri breytileika.

10-15°C fyrir neðan bræðslumark aðeins alveg eins DNA myndast.

Oft notað geislunaraðferðir, látið hybridize með radioactive fragments,

Nucleic acid sequencing: SSU rRNA’s (small subunit rRNA) notað til að skoða

örverufræðilega þróun og skyldleika, þar sem þau gera það sama í öllum örverum.

Breyttast mjög hægt, og taka ekki við genum úr horizontal gene transfer.

Samansett úr breytilegum hluta (á milli tegunda) og stöðugum hluta (breytilegur á milli minna skyldum ættkvísla)

PCR notað til að skoða rDNA


31

Skoðun á 16s rRNA sýnir oligonucleotide signature sequences – stuttar nucleotide raðir sem eru sérstakar fyrir skyldar örverur. (t.d. bakteríur ekki sama og archaea)

18s rRNA með signature sequence fyrir Eucarya Sab gildi – skyldleiki örvera út frá rRNA samanburði Multilocus sequence typing (MLST)- 5-7 ákveðin gen skoðuð

og borin saman. Genomic fingerprinting:

RFLP (restriction fragment length polymorphism) – samanburður á DNA bitum myndað af endonuclease cleavage.

BOX-PCR, ERIC-PCR (enterobacterial repetitive intergenic consensus) eða REP-PCR (repetitive extragenic palindromic) – raðir sem endurtaka sig, mismunandi eftir mismunandi bakteríu fjölskyldum.

Amino acid sequencing: Skoðun á mismunandi prótínum með sama hlutverk, ef þau eru

með svipaða amínósýru röð eru kannski örverurnar skyldar. Hægt og dýrt Electrophoretic mobility af proteinum skoðað

Phylogeny – þróunarfræðilegur skyldleiki. Molecular chronometers – raðir kjarnsýra og protína sem breytast með tíma. Phylogenetic trees – sett upp í tréum, greinar sem tengja nodes (tegundir eða

gen), nodes við enda graphsins eru lifandi tegundir. Tré með rætur sýnir þróunarskyldleika, tré án rótar sýnir

skyldleika. Lengd greina tákna oft skyldleika, stuttar greinar á milli mikill

skyldleiki. Myndað út frá samanburði á DNA og protín röðum

Ríki lífvera Skipt í bakteríur, Archaea og Eucarya – sjá kafla 5!! Skyldleikatré. Bacteria Archaea Eucarya

Bergey´s Manual – yfirlit Mjög ítarlegt rit um flokkunarfræði baktería (bíblía örverufræði) - 5 stórar

bækur! Bók 1 – Archaea and the deeply branching and phototrophic bacteria Bók 2 – The proteobacteria Bók 3 – The low G+C, gram positive bacteria Bók 4 – The high G+C, gram positive bacteria


32

Bók 5 – The planctomycetes, spirochaetes, fibrobacteres, bacteriodetes and fusobacteria.

Kafli 20 Archaea - einkenni

Vistfræðileg einkenni: umhverfi með há eða lág hitastig, pH, saltstyrk eða loftfirrt – extreme umhverfi. T.d. Antarctic, rauða hafið, meltingarfærum dýra.

Frumuhimnur: eter tengi á milli glycerols og fitusýru, diether hliðar keðjur = 20 kolefni, tetraether hliðar keðjur (tengjast við 2 glycerol) = 40 kolefna keðjur (mynda pentacyclic hringi, hefur áhrif á hitastigs þol)

Frumuveggur: hafa ekki muramic sýru hafa ekki D-amínó sýrur Ónæmar fyrir lysozymi (ensím í líkamsvessum, sem getur

skorið niður peptoglycan) Ónæmar fyrir B-lactam sýklalyfjum t.d. pencillini Hafa pseudomurein í vegg. Líkist peptidoglycani nokkuð sumar

hafa flóknar fjölsykrur. Hafa N-acetylmuramicsýru Gram neikvæðar Archaea hafa prótein eða glycoprótein utan

frumuhimnu. Hafa ekki ytri vegghimnu. Gen: hafa hringlaga gen, G+C content = 21% - 68%, hafa lítið af plasmíðum,

blanda af heilkjarnafrumu og bakteríufrumu aðgerðum í tvöföldun. tRNA er án thymine með pseudouridine eða 1-methylpseudouridine í staðinn. Ribósóm 70s eins og bakteríur.

Erfðaefnið oft minna en í eubaktería mRNA líkara því í eubakteríum en eukaryotum. tRNA hefur ekki thymine, hefur pseudouridine 70s ríbósóm, en aðeins önnur lögun Elongation factor 2, tengist barnaveiki toxíni eins og hjá

eukaryotum. DNA háði RNA polymerasinn líkist þeim sem er á eukaryotum

Efnaskipti: methanogenesis, nitrogen fixation, chlorophyll-based photosynthases, chemolithotrophy. Ensímið 6-phosphofructokinasi finnst ekki, Glucosa ekki sundrað eftir E-M ferli, Vantar pyruvate dehydrogenase

Fjölgun:Binary fission, Budding, Fragmentation

Flokkunarfræði Archaea Phylum Crenarchaeota

1.flokkur (class) Thermoprotei 3. ættbálkar (orders)

Thermoproteales Sulfolobales Desulfurococcales Caldisphaerales


33

Einkenni: Thermophilic, sumar acidophiles eða sulfur dependent Margar loftfirrðar Vaxa í jarðhitavatni, mold m. Sulfur, hrísgrjónaökrum o.fl. 25 tegundir, fjölbreyttar s.s. Thermoproteus (löng, þunn

staflaga fruma, sem hægt er að beygja, frumuveggur = glycoprotein, anaerobe, hitastig = 70-97°C, pH = 2.5-6.5, sulfur rík umhverfi) ; Sulfolobus (litast gram - , aerobic, óregluleg hringlaga, hitastig = 70-80°C, pH = 2-3, frumuveggur = lipoprotin og carbohydrate, lithotrophic –sulfur)

Phylum Euryarchaeota : Margbreytilegur hópur, 5 undirhópar: 1. Methanogens – methanmyndandi

Fá orku með því að breyta CO2, H2, formate, methanol og acetate í methane

Stærsti archaea hópurinn 26 tegundir, Mism. Veggir – m. Pseudomurein, protein, eða heteropoly

saccharides Anoxic umhverfi, notaðar í sewage treatment plants Methanopyrus (hyperthermophilic, staflaga, methanogen, eitt elsta

archaea, hitastig = 84-110°C); methanococcus (óreglulegir klasar, veggur = protein, getur hreyft sig, nýtur H2, CO2 og formate)

2. Halobacteria – saltkærar 17 tegundir aerobic chemoorganotrophs þurfa mikið af NaCl, saltvatn notaðar til að búa til soya-sósu eru með rhodopsin (geta nýtt sólarorku), eru oft rauðar á litinn

(rauði sjórinn) t.d. Halobacterium (myndar bacteriorhodopsin (halorhodopsin,

sensory rhodopsin I og II), 3. Thermoplasma – hita-og sýrukærar

Ekki með vegg Thermoacidophiles 3 tegundir; Thermoplasma (vex í kolanámum, hitastig = 55-59°C,

pH =1-2, án veggjar, mikið af diglycerol tetraethers í frumuhimnu, geta hreyft sig) Picrophilus (fannst fyrst í hot solfataric fields í japan, er með S-layer fyrir utan frumuhimnu, 1-1.5µm, hitastig = 47-65°C, pH = 0 - 3.5) og Ferroplasma

4. Háhitakærar – s°-nýtandi breyta sulfur – sulfide hafa svipur hitastig 88-100°C 3 tegundir t.d. Thermococcales (anaerobic)

5. Sulfat afoxandi litast gram – óreglulegir cocci veggur = glycoprotein afoxar sulfur 3 tegundir t.d Archaeoglobus


34

Kafli 21 Aquifex

Pylum Aquificae (1 flokkur, 1 ættbálkur, 8 tegundir) Elsta grein af bacteria T.d. Aquifex pyrophilus (gram -, microaerophilic, staflaga, thermophilic,

hitastig = 85-95°C, chemolithoautotroph) Hydrogenobacter

Thermotoga Phylum Thermotogae (1 flokkur, 1 ættbálkur, 6 tegundir) Næst elsta grein bacteria T.d Thermotoga (thermophiles, hitastig = 80-90°C, gram -, staflaga, umslag

(eins og toga) sem getur lengst út frá frumunni, jarðhitavatnsumhverfum, chemoheterotroph)

24% af genum þess er líkt og archaea

Deinococci Phylum Deinococcus –Thermus ( 1 flokkur: Deinococci, 2 ættbálka:

Deinococcales, Thermales, 3 tegundir) T.d Deinococcus (hringlaga eða staflaga, með mism. 16s RNA, hópast saman í

pörum eða fjórir saman, loftháðir, mesophilic, catalase positive, litast gram + en hefur ytri frumuhimnu eins og gram -, hafa L-ornithine í peptidoglycani, án techoic sýru)

Með mikla vörn gagnvart geislun og niðurbroti, geta lifað af um 3-5 milljón rad af geislun (menn drepast við 100 rad)

Lifa í kjöti, úrgangi, lofti, atni. Geta sett saman genamengið sitt aftur eftir geislunarskemmdir tekur um 12-24

tíma

Ljóstillífandi bakteríur Cyanobaktería

Oxygenic photosynthases – mynda súrefni við ljósstillífun og nota vatn.

Tvö photosystem (I og II) Purple and green baktería

Anoxygenic photosynthases – mynda ekki súrefni (nýta ekki vatn heldur H2S, S, H2 og lífræn efni)

Purple sulfur baktería – mynda sulfur granules inn í frumunum Green sulfur baktería – seyta sulfur granules út úr frumunni Purple nonsulfur baktería – nýta lífræn efni ásamt mun í

pigments, skipulagi á photosynthetic himnum, ætis þörfum og súrefnis sambandi.


35

Chlorobi Phylum chlorobi (1 hóp, chlorobia; 1 flokkur, Chlorobiales, 1 ættbálkur,

Chlorobiacaea) Inniheldur green sulfur baktería = lítill hópur af loftfirrðum

photolithoautotrophs, nota hydrogen sulfur, elemental sulfur og hydrogen sem rafeinda gjafar.

Photosynthetic pigments staðsett í egglaga kornum kallað chlorosomes Búa í sulfide ríkum vötnum Án svipu en geta hreyft sig, sumar hafa sérstakar gaskúlur sem geta ákvarðað

dýpi þess eftir ljósi. T.d. Chlorobuim, Prosthecochloris, Pelodictyon

Chloroflexi Phylum chloroflexus Hefur bæði ljóstillifandi bakteríur og óljóstillifandi bakteríur. Green nonsulfur baktería Chloroflexus (gliding, thermophilic, búa í basískt heit vatn – mynda

appelsínugul teppi) Framkvæma anoxygenic photosynthesis með lífrænum efnum eða vaxa sem

loftháðar chemoheterotroph. T.d. Herpetosiphon –aerobic chemoorganotroph.

Cyanobaktería Phylum cyanobacteria – stærsti og fjölbreytasti hópur ljóstillífandi baktería 56 tegundir, eru góð í að lifa í samlífi s.s. með sveppum, protists og N2

bindandi lífverum. G+C content – 35-71% Gram – Oxygenic photosynthesis – notar phycobiliprotein Aðallega photolithoautotrophs, en sumar geta verið chemoheterotrophs. 1-10 µm, einfrumungar, kolóníur mynda stundum trichomes Trichome = röð af bakteríufrumum sem eru í snertingu við hvor aðra yfir stórt

flatarmál Chromatic adaptation = stjórn yfir virkjun pigments, appelsínugult ljós =

phycocyanin myndun virkjuð, blátt/blá-grænt ljós = phycoerythrin Geta notað gaskúlur til að staðsetja sig í réttu ljósi – phototaxis Hreyfa sig með gliding motility – í átt að efnum (chemotaxis) Fjölga sér: binary fission, budding, fragmentation, and multiple fission Þráðlaga (filamentous) cyanobaktería getur myndað litla hreyfanlega þræði

með fragmentation = hormogenia Sumar tegundir mynda akinetes = sérhæfð, óvirk, þykk-veggja, hvíldarfrumur Margar þráðlaga cyanobakteria geta bundið nitrogen gas með ákveðnum

sérstökum frumum = heterocysts (þykk veggja, photosystem II skemmt myndar ekki súrefni, vörn gegn O2, fær næringu frá nærliggjandi frumum)

Flokkun cyanobaktería: fimm undirhópa, 56 tegundir.


36

1. Subsection I : einfruma stafi og kúlur, óhreyfanlegar, fjölga sér með binary fission eða budding t.d. prochloron, gleocapsa

2. Subsection II : einfruma, geta verið nokkrar saman inn í einum ytri vegg, fjölga sér með multiple fission = litlar kúlulaga fjölgunarhæfar frumur = baeocytes (nota gliding motility) , t.d dermocarpella, pleurocapsa

3. Subsection II : þráðlaga, ógreinótt trichomes aðeins með lifandi (vegetative) frumum, fjölga sér með binary fission eða fragmentation, hreyfanlegar, t.d. spirulina, oscillatoria

4. Subsection IV : þráðlaga, ógreinótt trichomes með sérhæfðum frumum (heterocysts eða akinetes), fjölga sér með binary fission eða fragmentation (mynda hormogenia), oft hreyfanlegar, t.d nostoc, anabaena

5. Subsection V: þráðlaga, trichomes með greinum, fjölga sér með binary fission, mynda hormogonia, geta myndað akinetes, t.d. Fischerella, Stigonema

Planctomycetes Phylum Planctomycetes (1 flokkur, 1 ættbálkur, 4 tegundir) Sérstök því þær hafa himnur inn í frumunni sem skipta henni upp

(compartmentalized) – intracytoplasmic membrane, kjarnahimna Paryphoplasm = ríbósóm frítt svæði á milli frumuhimnu og intracytoplasmic

membrane Anammoxosome = svæði loftfirrðar ammonia oxun, gerð af chemolithotrophy þar sem ammonium jón gefur rafeindir til nitrite – sem er afoxað í N2 gas.

Tegundin Planctomyces festist við yfirborð með stilki og haldfestu, hinar tegundir eru ekki með stilk.

Flestar bakteríurnar hafa líf hringrás þar sem fastar frumum “bud” til að mynda hreyfanlegar “swarmer” frumur með svipur, sem synda og finna sér stað til að festast og fjölga sér.

Chlamydiae Gram -, innanfrumu sýklar – verða að vaxa og fjölga sér inn í hýsil frumu


37

Geta valdið sjúkdómum Phylum Chlamydiae (1 flokk, 1 ættbálk, 4 fjölskyldur, 6 tegundir) Tegundin Chlamydia mest skoðuð (óhreyfanlegar, kúlulaga, stærð = 0.2-

1.5µm, fjölga sér inn í cytoplasmic vesicles í hýsil frumum, veggur án muramic sýru og peptidoglycan, G+C = 41-44%)

Elementary body (EB) = 0.2-0.6 µm, rafeinda þétt kjarnefni, sterkan vegg, ber smit

Reticular body (intial body) (RB) = sérhæft fyrir fjölgun, 0.6-1.5µm, minna þétt kjarnaefni og fleiri ríbósóm en EB, veggirnir sveigjanlegri.

Líf hringrás: Byrja með festingu elementary body við frumu yfirborð. Hýsil fruman gleypir bakteríuna í fæðukorn þar sem EB

endurskipurleggur sig til að mynda reticular body. 8-10 klst eftir sýkingu, RB framkvæmir frumuskiptingu (binary

fission) sem heldur áfram þar til hýsil fruman deyr. Eftir 20-25 klst breytist RB í smithæfa EB og ferillinn heldur

áfram þar til hýsilfruman lysis og losar chlamydiae 48-72 klst eftir smit.

Efnaskipti sérstök: Chlamydia psittaci – án flavoprotíns og cytochrome rafeinda flutninga keðju. Hefur himnu translocase sem tekur ATP frá hýsil í stað ADP = orku sugur

RB, geta myndað DNA, RNA, glycogen, lipíð, protein, eitthvað af amínósýrum og coenzyme (hugsanlega hafa porin og virk himnu flutningsprotín)

EB, lítið um efnaskipti, taka ekki in ATP eða mynda protein, hönnuð fyrir flutning og smitun.

Tegundir sem smita menn : C.trachomatis – trachoma, nongonococcal urethritis o.fl. ; C.psittaci – psittacosis í mönnum en sýkir líka dýr ; C.pneumoniae – pneumonia (lugnabólga)

Spirochaetes Phylum Spirochaetes Gram - , chemoheterotrophic bacteria Mjóar langar, geta hreyft sig án svipa Axial fibril = hálfgerðar svipur sem koma úr sitt hvorum endanum og vefjast í

kringum bakteríuna. Þær snúast eins og venjulegar svipur og láta búkinn snúast sem skríður áfram, geta verið 2-100 í einnig bakteríu

Hafa ytri vegg (outer sheath) – úr lípíðum, próteinum, kolvetnum. Hlutverk óþekkt en þær deyja ef hann er skemmdur.

Geta verið loftháðar, loftfirrðar eða bæði Finnast í umhverfi og dýrum, geta lifað í samlífi Ýmsar eru sýklar : Treponema pallidum – syphilis ; Borrelia burgdorferi –

Lyme disease. Fá orku úr kolvetnum, fitusýrum, alkoholum og amínósýrum.


38

Bacteroidetes

Phylum Bacteroidetes (3 flokkar ; Bacteroides, Flavobacteria og Sphingobacteria , 12 fjölskyldur og 63 tegundir.)

Loftfirrðar, gram - , mynda ekki gró, stafir Chemoheerotrophic, mynda blöndu af lífrænum sýrum við gerjun Afoxa ekki sulfate eða aðrar sulfur sameindir Búa í munn, þörmum eða vömb jórturdýra. Bacteroides ruminicola – mikilvæg í vömb jórturdýra, gerjar sterkju,

pectin og önnur kolvetni. 30% af bakteríum einangraðar úr úrgang manna eru bacteroides. Valda ýmsum sjúkdómum: B.fragilis –maga, lugna eða blóð sýkingum.

Bakteríur í tegundinni Bacteroides geta valdið líffæra sjúkdómum allt frá taugakerfi til beina.

Dæmi: Cytophaga (stafir, brjóta niður flóknar fjölsykrur s.s cellulose, meira að segja agar), Sporocytophaga (myndar kúlulaga hvíldarfrumur = microcysts, brýtur niður flóknar fjölsykrur), Flexibacter (langur sveigjanlegur þráður, brýtur ekki niður fjölsykrur)

Gliding motility er til staðar í sumum bakteríum

Kafli 22. Proteobaktería.

Stærsti og fjölbreytasti hópur baktería, yfir 500 tegundir Skiptist í 5 hópa, alpha-, beta-, gamma-, delta- og epsilon- proteobakteria Purple ljóstillifandi bakteríur eru í α-, β-, og γ-proteobaktería Alphaproteobacteria

7 ættbálkar, 20 fjölskyldur Oligotrophic proteobacteria = geta lifað við lága næringastyrki Efnaskipti: methylotrophy(Methylobacterium),

chemolithotrophy(Nitrobacter) og N2 bindandi(Rhizobium) Sýklar : Rickettsia, Brucella Purple nonsulfur bacteria:

Anoxygenic photosynthesis Photosystems í frumuhimnu Photoorganoheterotrophs Geta oxað lítið af nontoxic sulfide í sulfate Ekki ljós – chemoorganoheterotrophs Sumar tegundir- loftfirrð gerjun


39

Gormlaga, hálfmánar, kúlulaga Mold í vötnum og tjörnum Rhodospirillum, Azospirillum – mynda cysts

Rickettsia og coxiella: Coxiella er í ættbálknum Legionellales, fjölskyldu

Coxiellaceae í γ-proteobacterium hópnum – mjög líkar Rickettsia

Rickettsia er í ættbálknum Rickettsiales, fjölskyldu Rickettsiaceae í α-proteobacterium

Staflaga, kúlulaga, gram- , engar svipur Litlar, snýklar (R.typhi –typhus hiti, R.rickettsii-rocky

mountain spotty fever) Snýklarnir vaxa í skordýrum (flær, ticks, lís), eða í

hryggdýrum (stórætu frumum, mastfrumum o.fl.) Frumur gleypa Rickettsia í fæðukorn, sem hún brýst úr og

fjölga sér Frumur gleypa Coxiella í fæðukorn, hún fjölgar sér inn í því Seyta frá sér eiturefni. Rickettsia – ekki með glycolytic feril, notar ekki glucose

sem orkuforða, notar oxað glutamate og succinate. Frumuhimna er með flutningskerfi sem flytur fæðu og coenzyme, ATP, NAD og uridine diphosphate glucose úr hýsli inn í frumuna.

Eru ræktaðar inn í eggjum eða vefjafrumum Hvatberinn hugsanlega ættaður frá Rickettsia

Caulobacteraceae og Hyphomicrobiaceae Hafa stilk (prostheca) – framlenging á frumunni, sem er

mjórri en sjálf fruman Fjölga sér með budding – bud myndast sem bólga við einn

stað sem stækkar í þroskaða frumu (allt nýmyndað) Tegund Hyphomicrobium – chemoheterotrophs, loftháð,

budding, festa sig við fast efni í vatni, sjó. Vex á etanóli, acetate, formate og formaldehyde.

Líf hringrás: fruma myndar stilk, festir sig við yfirborð, myndar bud (tvöfaldar erfðaefni og færir í bud), bud myndar 2-3 svipur með þroska, bud losnar sem egglaga svarmer fruma.

Tegund Caulobacter: staflaga, með endlægar svipur, frumur með stilk og haldfestu (ein sterkasta sem til er), vatni, sjó, mold.

Líf hringrás: við fjölgun lengist fruman, ein endlæg svipa myndast á frumunni (föst með stilki á yfirborð), fer í gegnum frumuskiptingu til að mynda svarmer cell, svarmer cell losar sig við svipu og myndar stilk. (2klst)

Rhizobiaceae Tegund Rhizobium: hreyfanlegir stafir, hafa poly-β-

hydroxybutyrate fæðukorn, vaxa í samlífi við rætur plantna, binda N2

Tegund Agrobacterium: Snýkill, ráðast inn í plöntu frumur og breytir þeim í æxli


40

Nitrifying bacteria Nitrobacter – loftháð, gram-, fá orku úr oxun á ammonia

eða nitrite

Betaproteobacteria Geta verið chemoheterotrophs, photolithotrophs, methylotrophs og

chemolithotrophs 7. Flokkar, 12 fjölskyldur. Neisseriales

Ein fjölskylda Neisseriaceae, 15 tegundir Tegund Neisseria: óhreyfanlegar, loftháðar, gram-, kúlur í

pörum, hafa capsules og fimbriae, chemoorganotrophic, oxidase positive (mynda ensímið oxidase) og catalase positive.

Sumar sýkja, lifa í slímvef dýra Neisseria gonorhoeae – gonorrhea, kynsjúkdómur í mönnum Neisseria meningitidis – meningitis

Burkholderiales 4 fjölskyldur Tegund Burkholderia: gram-, loftháðar, gerja ekki, mynda ekki

gró, mesophilic stafir, svipa, catalase og oxidase positive. Tvær tegundir í fjölskyldunni Burkholderiaceae geta myndað

nitur bindandi samlífi við plöntur Tegun Bordtella: gram-, loftháðar coccobacilli,

chemoorganotroph, nota sulfur og nitur við vöxt, snýkill sem fjölga sér í mastfrumum í öndunarfærum.

Sumar tegundir hafa sheath – hol, túba utan um keðju af frumum, geta innihaldið ferric eða manganic oxide. Hlutverk: hjálpa bakteríum að festast við yfirborð, og að ná næringarefnum úr flæðandi vatni, vernda gegn rándýrum s.s. protozoa, Bdellovibrio.

Nitrosomonadales Chemolithotrophs Tvær tegundir af nitrifying bacteria (Nitrosomonas,

Nitrosospira) Finnast í sewage disposal systems, sjó og ferskvatni (vatni)

Hydrogenophilales Thiobacillus – gram-, chemolithotroph, litlaus sulfur bacteria Einfrumu staflaga eða gormlaga sulfur-oxandi bakteríur Sumar með svipu Efnaskipti Thiobacillus: vex lofthátt með því að oxa ólífræn

sulfur sameindir (elemental sulfur, hydrogen sulfide, thiosulfate) í sulfate. ATP myndað með oxidative phosphorylation og substrate-level phosphorylation.

Vaxa í mold, sjó, ferskvatni. Þola sýru vel enda mynda hana sjálfir.

Gammaproteobacteria Stærsti undirhópur proteobactería, mikill fjölbreytileiki


41

Facultatively anaerobic chemoorganotrophs, aerobic chemoorganotrophs, photolithotrophs, chemolithotrophs eða methylotrophs.

14 ættbálkar, 28 fjölskyldur Purple Sulfur bacteria

1 ættbálkur Chromatiales 2 fjölskyldur Chromatiaceae, Ectothiorhodospiraceae

Ectothiorhodospiraceae: rauðar, gormlaga, endlægar svipur, seyta sulfur kúlum, photosynthetic himnur skipulagðar í lamellar stacks

Chromatiaceae: Loftfirrðar, photolithoautotrophs, oxa H2S í sulfur og mynda sulfur kúlur inn í frumunni.

Finnat í loftfirrðum, sulfide ríkum vötnum, mýrum og lónum. Thiotrichales

3 fjölskyldur, stærsta Thiotrichaceae Sumar tegundir oxa sulfur sameindir Geta verið staflaga eða þráðlaga Gliding motility Tegund Beggiatoa: microaerophilic, vex í sulfide ríkum stöðum

(hrísgrjónaökrum, salt mýrum eða sjó), frumurnar disklaga raða sér upp í þræði.

Tegund Leucothrix: aerobic chemoorganotroph, myndar þræði eað trichomes, oftast í sjó, festist við yfirborð með haldfestu.

• Líf hringrás – þræðir mynda rosette (eins konar blóm), losa frá sér gonidia (kúlulaga frumur notaðar til dreifingar) -> gonidia verða að þráðum.

Methylococcales 1 fjölskylda – Methylococcaceae Stafir, gormar og kúlur sem nota methane, methanol sem

kolefnis og orku auðlyndir. 7 tegundir Mynda cysts

Pseudomonadales Pseudomonas – mikilvægasta tegundin, beinir eða beygðir

stafir, hafa svipur, chemoheterotrophs, loftháð öndun. Allar pseudomonads hafa TCA hring og geta oxað hvarfefni

alveg í CO2, nota Entner-Doudoroff ferlið frekar en Embden-Meyerhof.

Geta brotið niður margar tegundir af lífrænum sameindum, mikilvægar í steingerð, og í skolphreinsun (sewage treatment)

Nokkrir stofnar (P.aeruginosa) mikilvægar í tilraunum. Skoðun á myndun biofilms, catabolism, fæðuflutning o.s.frv

Sýkja bæði plöntur og dýr. Sumar skemma kældan mat (mjólk, egg, kjöt) (P.fluorescens)

Vibrionales 1 fjölskylda Vibrionaceae gram -, beinir eða beygðir stafir, endlægar svipur, oxidase

positive, nota glucose fyrir orku og kolefni. Flestar lifa í vatni. 8 tegundir


42

Sumar eru sýklar: Vibrio cholerae – cholera, V.parahaemolyticus – gastroenteritis, sjávarréttaeitranir

Nokkrar tegundir lýsa í myrkri, Vibrio fischeri, V.harveyi og allavega tveir stofnar af Photobacterium -> blá grænt ljós út af ensíminu luciferase

Enterobacteriales Fjölskyldan Enterobacteriaceae, risastór! Gram-, dreifðar svipur eða óhreyfanlegar, facultatively

anaerobic, stafir 44 tegundir Efnaskipti: brjóta sykrur niður með Embden-Meyerhof, brjóta

pyruvic sýru niður til að búa til formic acid í gerjun. Framkvæma blandaða sýru gerjun og mynda lactate, acetate,

succinate, formate og etanól (Escherichia, Proteus, Salmonella og Shigella)

Framkvæma butanediol gerjun og mynda butanediol, etanol og CO2 (Enterobacter, Serratia og klebsiella)

E.coli mest skoðuð baktería, lifir í þörmum manna og dýra, geta valdið sýkingum,

Sýklar: Salmonella – typhoid fever, gastroenteritis, Klebsiella – lugnabólgu, Yersinia – plague

Pasteurellales Litlar, óhreyfanlegar, oxidase positive, geta verið snýklar. 7 tegundir, þekktastar fyrir sjúkdóm í mönnum og dýrum. P.multocida – fowl cholera; drepur kjúlla! , H.influenzae – alls

konar sjúkdómar, heilahimnubólgu í börnum (meningitis)

Deltaproteobacteria Ekki svo stór hópur, fjölbreytt Hægt að skipta í tvo undirhópa allir chemoorganotrophs: Ránbakteríur s.s.

Bdellovibrios, myxobacteria og Loftfirrðar sulfide myndandi bakteríur. Desulfovibrionales, Desulfobacterales, Desulfuromonadales.

Sulfate- eða sulfur afoxandi bacteríur Finnast í mold, botnfalli í vötnum og lækjum, skolp lónum.

(Desulfovibrio) einnig finnast í loftfirrðum stöðum í sjó (Desulfuromonas).

Bdellovibrionales Sjóræningar baktería :) ! Loftháðir, gram-, beygðir stafir, endlæg svipa Svipan þykk vegna ytra umslagi sem er tengt við frumuvegginn Líf hringrás: 1-3 klst, syndir og klessir á fórnalambið, festist

við yfirborðið snýr sér rosa hratt og borar sig inn í fórnarlambið (5-20mín) með hjálp ensíma, fruman tekur við stjórn hýsilsfrumu og vex í periplasmic svæðinu, Bdellovibrio hindrar DNA, RNA og protein myndun og skemmir frumuhimnu. Bdellovibrio notar amínósýrur frá hýsilnum sem orku, kolvetni og rafeinda auðlind.

Fjölga sér með multiple fission Myxococcales

Stafir, Gram-, loftháðar mold bakteríur, nota gliding motility


43

Mynda fruiting bodies og sofandi myxogró. 6 fjölskyldur Hræ-ætur (scavengers) Seyta meltandi ensímum sem lyse bakteríur og ger. Sumar

seyta mótefnum sem drepa bráðina. Myndefni úr meltingunni eru síðan teknar inn í frumurnar,

aðallega lítil peptið. Chemoheterotrophs sem anda Mynda oft blað af örverum sem hreyfast saman yfir yfirborð í

leit af æti Þegar ætið er búið mynda þær fruiting bodies (oft rauð, gul eða

brún -> carotenoid pigments) Gró geta lifað í 10 ár undir erfiðum aðstæðum Finnast í mold um allan heim.

Epsilonproteobacteria Minnsti hópurinn Mjóir gram- stafir. 1 ættbálkur Campylobacterales, 3 fjölskyldur Campylobacteraceae,

Helicobacteraceae og Nautiliaceae. Tvær tegundir sýkja: Campylobacter: septicemia allt til enteritis,

Helicobacter: gastritis, peptic ulcer disease Fjölbreyttari en áður var haldið

Kafli 23 Gram + , með lága G+C mól%

Mollicutes Vegglausar bakteríur = viðkvæmar, alls konar lögun, mjög litlar Geta ekki myndað peptidoglycan – penicillin virkar ekki Finnast í umhverfi, skordýrum og dýrum Geta ekki alltaf myndað sérstök efni, sumar mynda ATP með Embden-

Meyerhof og lactic acid gerjun Ýmsir sýklar, Mycoplasma genitalium – kynsjúkdóma Lágt G+C mol% 5 ættbálkar (Mycoplasmatales, Entomoplasmatales, Anaeroplasmatales) 6.

Fjölskyldur

Clostridia 3 ættbálkar, 11 fjölskyldur Tegund Clostridium: loftfirrðar, gerjunar, gram+, mynda gró Skemma oft mat – sýkingar C.botulinum – lamar fólk Geta gerjað amínósýrur til að mynda ATP með Stickland hvarfi Sýklar, eitra – C.perfringens – gas gangrene, matareitrun; C.tetani – tetanus


44

C.acetobutylicum notað til að framleiða butanol í sumum löndum Tegund Desulfotomaculum: loftfirrð, gró-myndandi, afoxar sulfate og sulfite í

hydrogen sulfide, litast gram – en er gram+, Tegund Heliobacterium: loftfirrð, ljóstillifandi m. Bacteriochlorophyll g.

Litast gram- en eru gram+, sumar mynda gró. Tegund Veillonella: litast gram-, chemoheterotrophic, kúlur í pörum, snýklar Lifa í munn, þörmum, þvagrásum, legi

Bacilli 2 ættbálkar (Bacillales, Lactobacillales) , 17 fjölskyldur, yfir 70 tegundir Bacillales

Gram +, gró-myndandi, chemoheterotrophic, stafir, hreyfanlegir með dreifðum svipum

Loftháð, stundum facultative, catalase positive Bacillus subtilis – einn mest skoðaði stofninn Sumar mynda mótefni (bacitracin, gramicidin, polymyxin) Sumar sýkja: B.anthracis –anthrax Sumar notaðar sem skordýraeitur: B.thuringiensis – drepa t.d.

moths með því að lama þær með því að hleypa basíska magavökva þeirra inn í líkaman.

Tegund Thermoactinomyces: thermophilic (45-60°C), myndar gró, finnst í heyi, moldarhrúgum og stöðum með hátt hitastig.

Tegund Staphylococcus: loftfirrðar, óhreyfanlegar, óreglulegir klasar, catalase positive, oxidase negative, gerja glúkósa og hafa techoic sýru í veggjum

Staphylococcus geta valdið sjúkdómum – MRSA (meticillin-resistant Staphylococcus aureus) ; toxic shock syndrome, lugnabólgu o.fl.

Staphylococcus notar ensímið coagulase sem lætur blóð kekkjast - α-hemolysin, β-hemolysin

Lactobacillales Mynda lactic acid við gerjun Mynda ekki gró, óhreyfanleg Fá orku úr sykur gerjun, hafa ekki cytochromes (rafeinda

flutnings prótín) Mynda ATP með substrate-level-phosphorylation Facultative anaerobes Tegund Lactobacillus: stafir, stundum coccobacilli,

microaerophilic, mynda lactic acid, pH 4.5-6.4, finnst á plöntum, mjókurvörum, kjöti, vatni, skolpi o.fl. Lifa einnig í fólki

Notað við mjólkurvörugerð Tegund Leuconostoc: gram+, facultative, kúlur, heterolactic

gerjun – breyta glucosa í lactete og etanol/acetic acid. Finnast í plöntum, mjólk. Notað í víngerð og gerjun grænmetis.

Fjölskyldur Enterococcaceae og Streptococcaceae: mikilvægar, chemoheterotrophic, mesophilic, mynda ekki gró, gram+, kúlur


45

Tegund Streptococcus : facultative loftfirrð, catalase negative, pör eða keðjur, gerja sykur með lactic acid án gas.

• Pyogenic streptococci – oftast snýklar, mynda β-hemolysis, mynda keðjur S.pyogenes (hálssýking)

• Oral streptococci - búa í munn, α-hemolyses, getur myndað lugnabólgu, S.mutans (tannskemmdir)

• Other streptococci β-hemolysis (glært svæði umhverfis í blóð agar), α-hemolyses

(grænt svæði umhverfis í blóða agar) Lancefield grouping system = fjölsykrur og teichoic sýru

mótefnisvakar fundnir í frumuvegg – notað til að greina bakteríurnar

Tegund Enterococcus – getur myndað sýkingar í þörmum, býr í þörmum, getur lifað í 6.5% NaCl.

Kafli 24 Gram +, há G+C mól% - Actinomycetes!

Actinomycetes Flest sýklalyf búin til af actinomycetes Búa einnig til efni sem eru notuð á móti krabbameini og til að hindra

ónæmiskerfið í sjúklingum sem fá líffæri Hyphae – þráðlaga frumum, greinótt kerfi, vex bæði á yfirborði og undir

yfirborði Substrate mycelium = motta af hyphae Aerial mycelium = greinar sem vaxa upp af yfirborðinu – hérna myndast

hentug efni til lækninga Efnin – secondary metabolites Aerial hyphae mynda gró (sporangiospores = ef gróin eru í sporangium) Gróin ekki hita þolin, en viðstanda geislun 3 tegundir af veggjum; peptidoglycan með aminosýru í tetrapeptið

hliðarkeðju, peptidoglycan með glycine í interpeptíð brúm, og peptidoglycan sykru magn.

Lifa aðallega í mold 5 undirhópar, 6 ættbálkar, 14 undir-ættbálkar og 44 fjölskyldur

Undirhópur Actinomycineae 1 fjölskylda, 5 tegundir óregluleg lögun, mynda ekki gró, gram+, stafir, loftháð eða facultative Tegund Actinomyces: beinir eða beygðir stafir, myndar þræði með greinum,

loftfirrð eða facultative, þurfa CO2. Frumuveggur með lysine (ekki diaminopimelic acid eða glycine)

Lifa í slímvefum í mönnum og dýrum, munnsvæði Geta myndað sjúkdóma – A.israelii


46

Undirhópur Micrococcineae 14 fjölskyldur Tegund Micrococcus: loftháðir, catalase positive, kúlur í pörum, fjórar saman

eða óreglulegum klösum, venjulega óhreyfanlegar. Kolóníur eru oft gular, appelsínugular eða rauðar. Finnat í mold, vatni eða á húð.

Tegund Arthrobacter: loftháðir, catalase positive, stafir, efnaskipti með öndun, lysine í frumuvegg, eru stafir við fjölgun en verða kúlulaga í stationary phase. Finnast í fiskum, skolpi og plöntur, mold.

Hafa tvöfaldann vegg, við skiptingu vex aðeins einn inn og skiptir frumunni, þrýstingur þegar báðar frumurnar eru tilbúnar brjóta ytri vegginn.(<- snapping division)

Tegund Dermatophilus: myndar gró með svipur, facultative loftfirrt, skin sýking – streptothricosis

Undirhópur Corynebacterineae 7 fjölskyldur Tegund Corynebacterium: loftháð og facultative, catalase-positive, stafir, nota

snapping division, veggur með meso-diaminopimelic sýru. Geta verið sýklar, C.diphtheriae – barnaveiki

Tegund Mycobacterium: stafir, mynda greinar, loftháðar, catalase-positive, vaxa mjög hægt, veggir með mikið lípíð. Geta verið sýklar – M.bovis – tuberculosis í kúm, M.tuberculosis – tuberculosis í mönnum, M.leprae – leprosy

Tegund Nocardia og Rhodococcus: mynda aerial mycelium, loftháðar, veggur með meso-diaminopimelic sýru og engin peptíð brú, finnst í mold og vatni, geta brotið niður margs konar efni.

Undirhópur Micromonosporineae 1 fjölskylda Micromonosporaceae – oft kölluð actinoplanetes Substrate myacilium. Hyphea litríkt Gró mynduð í sporangium Mold allt frá skógi Brýtur niður chitin og cellulose, og myndar sýklalyf s.s. gentamicin

Undirhópur Propionibacterineae 2 fjölskyldur, 14 tegundir Tegund Propionibacterium: pleomorphic, óhreyfanlegar, mynda ekki gró,

stafir, kylfulaga. Facultatively anaerobic eða aerotolerant. Lactate og sykrur eru gerjaðar til að mynda propionic sýru og CO2. Catalase-positive

Vex á húð, meltingarfærum dýra, og í mjólkurvörum P. acnes – gerir líkamslykt og bólur.

Undirhópur Streptomycineae 1 fjölskylda, 3 tegundir hafa aerial hyphae sem skiptast 3-50 keðjur af óhreyfanlegum gróum, Þræðir vaxa með ílengingu frekar en fragmentation Oft kallað Streptomycetes


47

Tegund Streptomyces: loftháð, finnast aðallega í mold, mynda efni geosmin – moldarlykt.

S. griseus –myndar streptomycin (læknar tuberculosis) Fullt af sýklalyfjum koma frá Streptomyces, t.d. erythromycin, neomycin og

tetracycline. Tegund Streptomyces coelicolor – býr til fjögur sýklalyf, mikið notað í

rannsóknum. Einhverjir sýklar : S.scabies – sjúkdóm í kartöflum, S.somaliensis –

actinomycetoma í mönnum

Undirhópur Streptosporangineae 3 fjölskyldur, 16 tegundir Maduromycetes – með madurose í vegg Hafa aerial hyphae, mynda stundum sporangia Acitinomadura – actinomycetoma í mönnum

Undirhópur Frankineae Inniheldur tegundirnar Frankia og Geodermatophilus Mynda multilocular(margra fruma) sporangia Geodermatophilus: hreyfanleg gró, loftháð moldar lífvera Frankia: óhreyfanleg gró, samlíf við plöntur, microaerophile sem getur bundið

N2

Undirhópur Bifidobacteriales 1 fjölskylda, Bifidobacteriaceae, 10 tegundir best rannsökuð er: Bifidobacterium: er loftfælin, gerjun, gram + , ekki

hreyfanleg, ekki grómyndun Lögun: mjög breytileg Staðir: munnur, þarmar t.d. b.bifidus, skólp, skordýr Sýkingar sjaldgæfa.

Kafli 26. Sveppir – nokkur frumsérkenni

Finnast alls staðar í umhverfinu, alls staðar þar sem vatn, lífrænt æti og rétt hitastig finnst

Þeir seyta ensímum út fyrir líkaman sem melta matinn og taka svo upp matinn Mikilvægir fyrir rotnun, brjóta niður lífræn efni, Lifa sem snýklar á dýrum, mönnum, og plöntum Mikið notaðir í iðnað og rannsóknum Bygging svepps eða líkami er kallaður thallus Sveppur getur verið hópaður saman í ger eða myglu eftir þróun thallus Heilkjarna, gró-myndandi, án chlorophyll, fjölgar sér m. kynlausri æxlun og

kynæxlun, frumuvegg m. chitin Ger er einfrumunga sveppur með einum kjarna, fjölga sér kynlaus með

budding eða kynæxlun með gróum.


48

Mygla eru langir, greinóttir þræðir, með hyphae sem mynda mycelium. Chemoorganoheterotrophs, loftháðir, sumt ger gerjast :) Kynlaus æxlun:

Fruma getur farið í gegnum mitosis og skipt sér í tvær dóttur frumur með myndun á nýjum vegg

Mitosis með budding til að mynda dóttur frumu Gró myndun,

• Arthrospores – hypha skiptist með fragmentation til að mynda frumur sem hegða sér eins og gró.

• Chlamydospores – frumurnar eru umkringdar þykkum vegg fyrir skiptingu

• Sporangiospores – gróin myndast í poka (sporangium) við enda hyphea

• Conidiospores – myndað á enda hyphea (ekki í poka) • Blastospores – gró mynduð frá virkri móður frumu

með budding.

Kafli 39 Mannasýkingar af völdum sveppa og ýmsar sýkjandi Protista

1. Loftbornar sýkingar (airborne) Blastomycosis

Blastomyces dermatitidis, vex sem budding ger í mönnum, finns í mold, finnst í 3.formi : 1.cutaneous, 2.pulmonary, 3.disseminated. Sár og gröftur getur myndast. Dauði 5%.

Coccidioidomycosis (valley fever) Coccidioides immitis, býr í basískri mold, vex sem þykk veggja ger með gróum. Líkist venjulegum öndunarsjúkdómum, læknast á nokkrum vikum

Cryptococcosis Cryptococcus neoformans, vex sem budding ger, sýking oftast frá þurrkuðum dúfu kúk :P, Finnst í um 15% af AIDs sjúklingum, fer inn í líkama með öndunarfærum. Getur myndað cryptococcal meningitis (heilahimnubólgu).

Histoplasmosis Histoplasma capsulatum, snýkill sem vex inn í frumum, budding ger, fer inn í líkamann í gegnum öndunarfæri. Smitast ekki á milli manna, vill vaxa á fuglakúk, sjúkdómurinn getur verið líkur og berklar.

2. Skordýra bornar sýkingar (arthropod-borne) Malaria

Plasmodium, fer inn í blóð eftir bit á sýktu kvenkyns mosquito, fer beint inn í lifur og fjölga sér með multiple fission mynda merozoites, svo losna þeir úr lifrinni og fara inn í frumur, inn í hýsil frumunni vaxa merozoites í ein kjarna frumur kallaðar trohozoites – þær skipta sér til að mynda schizont (6-24 kjarnar), schizont skiptir sér og myndar merozoites – hýsil fruman deyr -


49

>ferlið endurtekur sig á hverjum 48 klst. Einkenni: kuldahrollar, hiti og sviti.

Leishmaniasis

Leishmanias, nota kvenkyns sand flær sem hýslar, þegar þær drekka blóð úr okkur fer bakterían (promastigotes) inn í mannslíkamann og er étinn af stórætu. Þar fjölga sér með multiple fission og mynda amastigotes.

Mucocutaneous leishmaniasis = mynda skemmdir á vef munn,nef,háls og húð, geta afmyndað. Visceral leishmaniasis = hiti, stækkun á milti og lifri Cutaneous leishmaniasis = mynda húðþykkildi við bitinn – verða að sárum.

Trypanosomiasis Trypanosomes (protists), sleeping sickness, nota tsetse flugur í afríku en kissing bug í amríku, mismunandi tegundir sumar fjölga sér í blóði aðrar í vefjum. Valda skemmdum á taugakerfi.


50

3. Bein-snerting Superficial Mycosis

Piedraia hortei (black piedra), Trichosporon beigelii (white piedra), sýking í hári (piedra). Black piedra – svartar kúlur á hári, White piedra – ljóslita kúlur skeggi. Hægt að losna við þetta með að fjarlægja sýkt hár og húð.

Cutaneous Mycosis Epidermophyton, Microsporum, Trichophyton, oft kallað

ringworms, Tinea capitis – sýking í hárum á höfuðkúpu, Tinea barbae – sýking í skeggi. Einkenni hárlos, bólgnun og flögnun. Tinea corporis – á húð hvar sem er á líkama (einkenni – kringlótt rauð sár) Tinea cruris – sýking í klofi, Tinea pedis – athletes foot, sýking á fæti. Tinea unguium – sýking í nöglum.

Subcutaneous Mycosis Komast ekki inn í húð nema í gegnum sár. Flestar sýkingar á berfóta bóndum. Sjúkdómurinn gengur hægt, myndar bólur sem verða að sárum, Margar tegundir : Chromoblastomycosis – Phialophora verrucosa, Maduromycosis – Madurella mycetomatis. Sporotrichosis – algengast, Sporothrix schenckii,

Toxoplasmosis Toxoplasma gondii, finnst í næstum öllum dýrum, og flestum fuglum. Kettir eru upprunanlegu hýslarnir. Oocyst er í dýrakúknum sem fer inn í annan líkama í gegnum munn eða nef, snýkillinn kemur sér fyrir í þörmum. Einnig hægt að fá í gegnum hrátt kjöt, kynlíf, blóð gjöf eða vefja gjöf. Hefur vond áhrif á fóstur jafnvel dauða. Flest tilvik án einkenna en sum bólgna lymphs, hepatitis o.fl.

Trichomoniasis Trichomonas vaginalis, kynsjúkdómur, einn algengasti, líkaminn myndar leukocytes hjá sýkingu, útferð verður gul eða kremuð á litinn og lyktar illa, klæjar. Oftast engin einkenni hjá körlum.


51

4. Matar- og vatns- sýkingar

Amebiasis Entamoeba dispar og E.histolytica, heitu löndunum, cysts fara inn í líkamann frá feces menguðu vatni, mat eða höndum (við kynlíf), fjölgar sér í þörmum og geta skemmt hluta af þörmunum með cysteine protease. Geta farið í aðra vefi.

Amebic Meningoencephalitis Naegleria, Acanthamoeba, amoebae tegundir, finnast í ferskvatni og mold. Sumar sýkja auga (keratitis)

Cryptosporidiosis Cryptosporidium parvum, finnst í þörmum fugla og hryggdýra, oocysts úr kúk -> maður borðar mengaðan mat -> niðurgangur, magaverkir, ógleði, hiti og þreyta. Galli að cysts eru mjög lítil erfitt að fjarlægja frá mat, hafa mjög þykkan vegg – erfitt að drepa, þarf ekki margar til að sýkja.

Cyclospora Cyclospora cayetanensis, heitu löndunum, explosive niðurgangur! Krampar, útbólgnun, gas, ógleði, gubb og alls konar ógeð! Giardiasis

Giardia intestinalis, verst fyrir börn, cyst-mengað vatn, líklega kemur frá dýrum, niðurgangur, gas, krampar – getur verið einkenningslaust.

5. Tækifæris snýklar (oppurtunistic diseases)

Aspergillosis Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, flensu einkenni sem færast yfir í heila, lifur, bein eða skin. Oftast fer inn í gegnum öndunarfæri. Sveppur.

Candidiasis Candida albicans, lifa venjulega í þörmum okkar, öndunarfærum, munni og kynfærum. Mynda ekki sjúkdóm í hraustu fólki, fjölga sér of mikið -> sjúkdómur. Einkenni – skin, slímvef. Oral candidiasis – í nýfæddum börnum, hvítir blettir á tungu. Intertriginous candidiasis – á heitum, rökum skinsvæðum,

Microsporidia Sveppir úr flokknum Microspora, smitsjúkdómur, aðallega í HIV sjúklingum, mynda sterk gró, Hepatitis, lugnabólga, húðsár, niðurgangur, þyngdartap.

Pneumocystis Pneumonia Pneumocystis sveppur sem býr í lungum dýra. Láta alveoli fyllast af froðukenndu efni.


52

Kafli 38 Mannasýkingar af völdum baktería

1. Loftbornar sýkingar (airborne)

Barnaveiki (diphtheria) cortymebact.diphtheriae (G+), myndar sérstök forðakorn, sýkill, eiturefni; exotoxin-(prótin) (diphtheriae toxin), bacterían situr í hálsi – veldur skemmdir á vefjum (taugavef, hjarta –hættulegt!)

Hermannaveiki (legionellosis) legionella pneumophilo (G-), lugnabólga, ræktast á sérstöku æti,

Heilahimnubólga (meningitis) i. Neisseria meningitidis (G-) – oft inní mænuvökva :( ,(lekandi –

neisseria gonorrheae :P) hnakkastífleika –skýrasta einkennið, ii. Streptococcus pneumoniae (G+) - klassíska

lugnabólgubaktería, getur líka valdið heilahimnubólgu iii. Hemophilus influenzae (G-) – stuttir stafir, valdið ýmsum

lugnasýkingum og heilahimnubólgu. Kíghósti (pertussis)

Bordetella pertussis (G-), lengi ekki hægt að bólusetja gegn þessu, alvarleg sýking, margir deyja úr þessu á hverju ári :( . Faraldur. Notað breytt eiturefni sem hún gefur frá sér (ekki 100% öruggt).

Streptokokka sýkingar Streptococcus pyogenes – Ígerðir, nýrnasýking, liðagigt, skarlatsótt, hálsbólga, lugnabólga (sbr.pneumoniae). Pencillin notað til meðhöndlunar,

Berklar (Tuberculosis) Mycobacterium tuberculosis – tugir þúsundar veikjast á ári, talsvert af dauðsföllum. Hægt er að bera berkla án einkenna. Lugnaberklar algengast, en geta komið annars staðar t.d. beinum. Eftir að lyf fannst hafa stofnar komið fram sem eru ónæmir þeim.

2. Skordýrabornar sýkingar (anthropod-borne) Borrelia sýking (lyme borreliosis)

Borrelia burgdorferi – berst með ákveðnum skordýrum t.d. lúsum, tics. Fólk fær hita, influensu einkenni. Ef gripið er í snemma hægt að lækna með ýmsum lyfjum. Gormlaga án harða veggja.

Svartidauði (plague – bubonic/pneumomic) Yersinia pestis – fer á milli með flugum. Þessar flugur lifa á rottum og nagdýrum. Rotturnar taldar hýsa þessa sýkla. Bubonic plague – fólk fær bólgur um líkaman, í eitlum. Pneumomic – í lungum, hættilegra en bubonic.

3. Bein snerting (direct contact)

Drep (gas gangrene) Clostridium perfringens (G+) – fer í sár, Lekandi (Gonorrhea)

Neisseria gonorrhoeae (G-) – kynsjúkdómur, baunlaga haldast í pörum. Sýkill berst með kynmökum. Stórir skammtar af penicillium drap þessa sýkla.


53

Komnir fram ónæmir stofnar (komu fyrst fram í víetnam stríðinu.) Líður smá tími frá smitun fram til einkenni kemur fram. Þvagrása sýkill, getur borist upp í nýru, borist upp í eggjastokka og valdið ófrjósemi. Getur smitast til barna í fæðingu valdið augnsýkingum. Áður fyrr var notað silfur nítrat jón til að drepa bakteríurnar.

Holdsveiki (leprosy, Hansens disease) Mycobacterium leprae – dreifir sér fyrst á köldum stöðum líkamans, fingur, tær, nef. Ekki ennþá tekist að rækta þessa bakteríu.

Magasár (peptic ulcer disease) (?) Helicobacter pylori – talið er líklegt að bacterían hafi ríkan þátt í að búa til sárin. Annað sjónarmið er að hún sækist í sárin eftir að þau hafi myndast. Finnst í maga 95% þeirra með magasár.

Staphylococcus sýkingar Staphylococcus aureus (G+) – toxic shock syndrome (TSS)- túrtappar sem hafa verið of lengi í leggöngum-æðislegt umhverfi fyrir bakteríuna, alvarlegar sýkingar, dauðsföll. Húðsýkningar o.fl. Tveir stofnar, einn ónæmur fyrir sumum sýklalyfjum annar ekki ónæmur.

Síflis (sárasótt) Treponema pallidum – Kynsjúkdómur, þ.e. smitast við kynmök. 4.stig af sýkingu –alvarlegasta getur valdið geðveiki.

Stífkrampi (tetanus) Clostridium tetani – Eitur: tetanospasmin, tetamolysin. Valda krampa, virkja taugaboð.

Leggangasýking (bacterial vaginosis) Gardnerella vaginalis Mycoplasma hominis Loftháðar bakteríur

Smitast með kynmökum, einhverjar frumur í leggöngum sem mynda lágt (súrt) pH í leggöngum. Autoinfection – sjálfsýking, berst innan sama einstaklings.

Chlamydia lugnabólga Chlamydia pneumonia - oftast væg sýking.

4. Fæðu- og vatnsbornar sýking Matarsýking: food infection Matareitrun : food intoxication (enterotoxin) sýkingin vaxið í matvælunum áður en þau eru neytt. Kólera (cholera)

Vibrio cholerae (G-) – vegna neyslu á megnuðu vatni. Kommulaga. Til eru fleiri vibrio tegundir sem mynda matarsýkingu. Myndar fullt af eiturefnum, trufla flæði eiginleika í slímhimnum þarmanna. Þunnfljótandi saur :P, fólk tapar vökva mjög fljótt. Hættulegt vegna vökvataps. Viðhelds í litlum krabbadýrum í náttúrunni.

Botulismi (botulism) Clostridium botulinum (G+) – baktería sem berst með matvælum, sjaldgæft. Þegar það myndast anaerobic umhverfi í matvælum vex hún og myndast EITRUÐUSTU efni sem Guðni veit!!!!!!!! Eiturefni tengist taugafrumum, blockera flutning á acetylcolini á milli taugaenda. Þá kemur fram lömum!! Til mismunandi týpur. Gró þessara baktería finnst allt í kringum okkur – líka í


54

vatni. Canned food!!!!! Ungabörn næm fyrir infant botulismi – fengið þetta með ekki nægilega vel framleiddum barnamat og hunangi.

Campylobacter sýkingar Campylobacter jejuni (G-) , oftast ástæða niðurgangs, algengast, 2-10 daga áður en fólk veikist. Niðurgangur, hár hiti, bólgnun í þörmum og blóðugur úrgangur.

Shigella sýkingar Shigella disenteriea o.s.frv. 4 tegundir – smitast í gegnum vatn oftast. Blóðugur niðurgangur.

Salmonella sýkingar (salmonellosis) Salmonella serotýpun (teg.) (G-) – vel þekktar. 2000-3000 tegundir. Staphlococcus matareitranir Mynda eiturefni í matvælunum. Ferðamannaniðurgangur (Travellers diarrhea)

E.coli (enterotoxigenig) – mismunandi tegundir af E.coli í öðrum löndum grænmeti.

E.coli sýkingar – helstu gerðir. 1. ETEC – enterotoxigenic E.coli 2. EIEC – enteroinvasive E.coli (fara inn í líkaman) 3. EPEC – enteropathogenic E.coli (sýkingjandi e.coli) 4. EHEC – enterohemorrhagic E.coli (veldur blæðingum) t.d. E.coli O157:H7 (o – veggantigen, H – svipuantigen) Taugaveiki (typhoid)

Salmonella typhi – alvarlegasta salmonella sýkingin. Þurfum minnsta magnið af bakteríunum til að fá sýkingu.

Listeríu sýkingar (listeriosis) Listeria (G+) , ekki stór alvarlegar sýkingar. Fiskivörum, og mjólkurvörur. Algengast í frakklandi – spes ostabúðir sem bjuggu til sína eigin ógerilsneydda osta. Fósturlát hjá óléttum konum

5. Blóðsýkingar (sepsis and septic shock) Hárfínt samspil eiginleika sýkils og hýsils Sepsis – áhrif sýkils, hiti yfir 38°C, hjartaslag yfir 90 beats per min o.s.frv. Septic shock – lágur blóð þrýstingur Gram – bakteríur svo sem E.coli, Klebsiella, Pseudomonas Aeruginosa Oftast seyting eiturefna í blóðstreymi hefur þessi áhrif.

6. Zoonosis – sýkingar þar sem dýr eru upptökin, berst á milli dýra og manna. Anthrax

Bacillus anthracis, myndar gró sem geta lifað í mold heil lengi! Mannasýkingar koma venjulega í gengum sár á húð, stundum í gegnum öndunarfæri. Oftast cutaneous – gró inn í sár, bóla -> stórt sár (ulcer) með miðju taugamiðju kölluð eschar, sem dettur af eftir 1-2 vikur. Ef andað að sér hiti, flensu einkenni -> septic shock, hypothermia -> dauði.

Brucellosis Brucella, mengaður matur úr dýrum eða sárum á húð. Oftast mjólkurvörur, Smitast ekki á milli manna. Flensu einkenni, anorexia, höfuðverkir og illt í baki.


55

Psittacosis Chlamydophilia psittaci, smitsjúkdómur frá fuglum, fjölga sér í lifri og milti og fara svo inn í lungu. Einkenni bólgnun, homorrhaging og lugnabólga.

Tularemia Francisella tularensis, getur komið frá skordýrum, bein snerting við sýkta vefi, eða andað inn eða úr menguðum mat eða vatni. Kallað Rabbit fever í ameríku. Sár myndast á sýkta svæði, lymph nodes bólgna og hár hiti.

7. Tannsýkingar

Dental plaque Streptococcus gordonii, S. oralis, S. mitis, festast við tennur og mynda umhverfi þar sem aðrar bakteríur geta sest að, -> seyta ensím sem festa bakteríurnar saman (plaque ecosystem) -> þá verður tönnin loftfirrð, fleiri bakteríur sem geta sest að. = skemmd í tönn! Dental decay

Sýrur frá gerjun fara í gegnum enamel svæðið og hvarfast við hydroxyapatite til að mynda kalk og fosfat jónir. Þær fara inn í tönnina og endurkristallast o.s.frv. á endanum mynda skemmd sem getur legið allt að rótum, í þesar skemmdir er létt fyrir bakteríur að setjast í.

Periodontal disease Porphyromonas gingivalis, festist léttilega við sameindir úr munnvatni og fl. Myndar nokkur protease sem brjóta niður vefinn og mynda bólgu í tanngóm.

Kafli 40 Vöxtur örvera í matvælum

Eðlislæg áhrif: matar samsetning: kolvetni – sveppir, prótein/fita – bakteríur Putrefaction – rotnun, loftfirrt niðurbrot proteina, kemur vond

lykt pH gildi matar: lágt pH – ger og mygla, neutral eða hátt pH –

bakteríur Vatn: örverur setjast frekar á mat með vatni. Bygging matvæla: ávextir með skel- verndaðir frá skemmdum,

meira yfirborð – líklegra að örverur setjast á. Antimicrobial efni: sumar matvörur hafa antimicrobial efni s.s.

coumarins í ávöxtum, lysozyme í eggjum. Umhverfis áhrif:

Hitastig og raki Modified atmosphere packaging(MAP) – passar upp á að CO2 í

innpökkun er 60% eða meira, því það minnkar örverugróður, eða hafa hátt súrefnis level þannig O2

- (superoxide) myndast.

Vöxtur örvera og matvælaskemmdir Mjólkurvörur og kjöt með miklu kolvetni, fitu og proteinum tilvalið fyrir

örverur. – skemmast við sýrumyndun Lactobacillus, þá koma ger og mygla


56

sem vilja vera í sýru umhverfi -> gera umhverfið basískt þá koma protein meltandi bakteríur -> vond líkt og bragð.

Ávextir og grænmeti eru með minna protein og fitu skemmast öðruvísi: bakteríur sem brjóta niður kolvetni mynda hydrolactic ensím, þá koma loftháðu bakteríurnar. Skemmdir byrja oftast með myglu sem veikir varnar kerfi matsins s.s. ytri húð.

Aflatoxins – krabbameinsvaldandi efni frá sveppum, myndast oftast í hnetu og korn framleiðsluvörum. Þessi efni hafa áhrif á kjarnsýrurnar í frumunum aðallega í lifrinni, 18 aflatoxins eru þekkt.

Fumonisins – krabbameinsvaldandi efni frá sveppum, mynda vélindiskrabbamein í mönnum. Skemma nýmyndun og efnaskipti af sphingolipids. Minnast kosti 10 fumonisins.

Algal toxins – menga fiska, oftast protists dinoflagellates. Sjúkdómar: minnisleysi, niðurgagnur og paralytic shellfish poisoning.

Varnaraðgerðir vegna matvælaskemmda Vörn rotvörn matvæla 1. brottnám övera – sáum, skiljun, asepsis 2. lágt hitastig – kæling, frysting 3. hátt hitastig – suða, pasteurhitun 4. þurrkun – úðaþurrkun, frostþurrkun 5. minnkun vatnsvirkni – sykrun, söltun 6. Rotverjandi efni – t.d. nítrat, lífrænar sýrur, SO2 7. Bacteriocin – t.d. nisin, náttúruleg bakreríudrepandi prótín. Pasteurhitun: matur hitaður á hitastig sem drepur sjúkdómsvaldandi bakteríur

og minnkar örverur sem skemma mat. Lág-hitastigs pasteurhitun – mjólk, bjór og safar, haldið við

62.8°C í 30 mín. Há-hitastigs pasteurhitun – 71°C í 15 sec. Ultra-há-hitastigs pasteurhitun – 141°C í 2 sec

Vatnsvirkni (aw): hlutfall raka lofts yfir tilraunalausn borið saman við afjónað vatn. Þurrkun – notað salt eða sykur, lyophilization – maturinn er frosinn og hitaður í lofttæmi.

Matvælasjúkdómar (Food-borne diseases) a) sýkingar b) eitranir – sjá sjúkdóma kafla 38 og 39

Leit að matvælasýklum og greining þeirra ræktanir eru oftast skilyrði þess að sýkill sé í einhverjum matvælum. ELISA próf – sjá kafla 35 , notað til að finna mótefnisvaka Greind með því að finna ákveðin DNA eða RNA raðir PCR


57

PulseNet – pulsed field gel electrophoresis notað til að ákvarða ákveðin DNA munstur í hverjum bakteríu snýkli.

FoodNet – forrit sem fylgist með 9 matarsýkinga sjúkdómum. Hægt að finna uppruna sýkingar.

Gerjaðar matvörur Mjólkurvörur

Laktósa gerjun – LAB (lactic acid bakteria) Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc og Streptococcus.

Mesophilic gerjun – sýra mynduð frá örveruvirkni brýtur niður protein. Byrjað með starter culture sem er síðan drepin með kælingu.

Thermophilic gerjun – vörurnar pasteurhitaðar kældar í 43°C þá sett starter culture Streptococcus thermopilus, Lactobacillus delbrueckii. Gerja allt lactose í lactic acid og gefa t.d. jógurti bragð með diacetyl og acetaldehyde.

Probiotics – Viðbætur á bakteríum til að gefa heilsu freebies. Bakteríur eins og Lactobacillus acidophilus – minnkar mjólkuróþol, minnkar cholestrol og hefur antikrabbameins áhrif. Bifidobacterium – jafnvægi í þörmum, minnka mjólkuróþol o.s.frv.

Ger-lactic gerjun – notað til að búa til Kefir, notað kefir korn sem innihalda ger, lactic acid baktería og acetic acid bakteríur.

Myglu-lactic gerjun – Finnsk mjólk, viili. Notaður sveppurinn Geotrichium candidum og lactic acid baktería.

Brauð, vín, bjór og ostur einnig myndað með gerjun.

Örverur sem fæðu og fæðubótaefni. single cell prótín (SCP), sveppir (ætisveppur). Cyanobakterían Spirulina

Kafli 41.

Vatnshreinsun og rannsóknir á gæðum vatns. • Gæði vatns mikilvæg • Sýklar geta borist með vatni • Útfellingar og síun (sandsíun) (mynd 41.1) – látið standa í uppistöðulónum

eða stórum tankum...sandurinn fellur til botns. Síðan blandað alum og lime út í og fært í aðra tanka til að láta meira efni falla út = coagulation (storknun) – þetta fært í rapid sand filters sem festa fín korn (99% af bakteríu)

• Eftirlit með gæðum neysluvatns. “indicator bakteria” – bendibakteríur: verður að virka fyrir alls

konar vatn, á að vera til staðar alltaf þegar þarmabakteríur eru til staðar, lifa lengur en harðasta bakterían í þarmasýklunum, á ekki að fjölga sér í öfgar, má ekki skaða menn.


58

MPN ákvörðun: vatnssýni þynnt í tilraunarglös með lactose seyði og litlu tilraunarglasi á hvolfi. Ef myndast loft eru coliforms – þau eru ræktuð frekar í grænu lactose bile seyði og ef myndast loft eru þau ennþá með coliforms – sett á agarskál, kolóníurnar sem vaxa frá því eru notuð til að setja í tilraunarglös með seyði annars vegar og nutrient agar slant hins vegar. Ef bakteríurnar eru gram-, og mynda gas í lactose er prófið jákvætt.

Coliforms, fecal coliforms, fecal enterococci

Skólpvinnsla • Mælingar á vatnsgæðum ; TOC (total organic carbon = allt kolefni nothæft

eður ei fyrir örverur, lífræna efnið oxað við hátt hitastig og mæla CO2) , COD (chemical oxygen demand = lignin hvarfast ekki við oxunarefnið t.d. permanganate, annars eins og TOC), BOD (biochemical oxygen demand= mælir aðeins þann hluta kolefnis sem örverur geta oxað á fimm dögum)

• Aðferðir við skólphreinsun:

• 1.stig “primary treatment” útfelling, síun • 2.stig Secondary treatment ; líffræðileg

anaerobic digesters aerobic (mynd 41.6) ;

• activated sludge ; • trickling filter • lagoons

• 3.stig Tertiary treatment t.d. útfelling á fosfati og nítrati, fjarlæging ólífrænna efni

(líffræðilega og efnafræðilega), fjarlæging virusa.


59

• Heimakerfi t.d. rotþrær (mynd 41.8) og tilbúið votlendi (constructed wetland) (41.7) -

Alls konar plöntur notaðar til að fjarlægja efni s.s. N, P. Aukaefnin síast svo inn í moldina í gegnum gravel filters.

Val örvera til að nota í iðnaðarörverufræði og líftækni. 1. örverustofnar sem finnast í náttúrunni 2. erfðabreyttar örverustofnar ;

Mutagenesis – geislun, t.d. til að láta Penicillium chrysogenum búa til meira penicillin.

Protoplast fusion – vegglausar frumur eru ræktaðar í isotonic lausn með ensímum s.s cellulase og beta-galacturonidase. Þær fara þá að mynda veggi, þetta nýja protoplasm fusion myndefni er nú hægt að nota í frekari rannsóknum. Hægt er að láta protoplasts (vegglausar frumur) frá mismunandi tegundum sameinast. Aðallega notað með geri og myglu.

Gena flutningur Modification of Gene Expression Protein þróun – forced evolution, adaptive mutations, in vitro evolution.

3. geymsla örverustofn (tafla 41.10) , langtíma geymsla: frostþurrkun, fljótandi N2

Vöxtur örvera í stýrðu umhverfi. • Hugtakið fermentation:

Ferli sem inniheldur massa ræktun af örverum, loftháðum eða firrtum.

Líffræðileg ferli sem gerast án súrefnis Matarskemmdir Framleiðsla áfengis Notkun lífræns hvarfefnis sem rafeinda gjafi og þegi Noktun lífræns hvarfefnis sem rafeinda gjafi og sama lífræna

efni sem rafeinda þegi Vöxtur háður substrate-level phosphorylation

• Þróun æta, rætkunartankar í íðanaði Scale-up = uppskölun, ferli þróað í litlum flöskum er fært upp í

stóra tanka. Continuous feed = þegar æti er endurnýjað jafnt og úrgangsefni

fjarlægð. Primary metabolites = sameindir sem tengjast nýmyndun í

örverufrumum í jöfnum vexti s.s. amínósýrur, kjarnsýrur og


60

gerjunar myndefni s.s. etanól, lífrænar sýrur. Einnig nothæf ensím.

Secondary metabolites = myndast þegar ætið er takmarkað og úrgangsefni mikil, eftir active growth phase. Flest sýklalyf og mycotoxin eru secondary metabolites.

• Ræktunartankur:

Helsta örveruframleiðsla • Sýklalyf (antibiotics) • Penicillin – unnið úr sveppi • Streptomycin – unnið úr bakteríum • Amínó sýrur – glutamie s. Lysine • Lífrænar sýrur • Sérstök efni til lækninga Biopolymers, biosurfactants Bioconversion processes – microbial transformation, biotransformation

Örveruvöxtur í flóknu náttúrulegu umhverfi Dæmi: biodegradation – sundrun efna Bioremediation – umbætur í jarðvegi og vatni Biodegradation – sundrun með hjálp örvera

a) náttúruleg örveruflóra b) stimulated (hvött) örveruflóra með því að breyta umhverfinu

-metal bioleaching- málmvinnsla


61

-phytoremediation – plöntur notaðar

c) Viðbótarörveruflóra í flóknu umhverfi

Örverur notaðar í líftækni (biotechnology) Dæmi: heilar frumur, hlutar úr frumu, ensím örvera

a) bíosensors (lífnemar ,t.d. mæling glúkósa og önnur efni) b) Microarray (örflögutækni), genearray (genaflögur), nanotechnology,

microarray technology. c) Bioinsecticides – örverur sem skordýraeitur

a. Bakteríur t.d. bacillus thurigiensis, við grómyndun myndar það innanfrumu protein eitur kristalla = parasporal body, sem getur drepið skordýr. Við snertingu á basísku efnunum í maga skordýranna leysist upp til að mynda protoxin sem mynda göt í himnu – frumu lysis

b. Veirur – skordýraveirur NPV (nuclear polyhedrosis virus), GV(granulosis virus), CPV(cytoplasmic polyhedrosis virus)

c. Sveppir – yfir 500 tegundir

glósur eftir helgu guðrúnu Óskarsdóttur 2008 Örverufræði ... · john needham – sauð...

Documents