Podtřída | Biologie , exaktní vědy |
---|---|
Cvičeno | Mikrobiolog |
Pole |
Bakteriologie virologie protistologie |
Mikrobiologie je obor aplikované vědě , že cíle pro mikroorganismy a činnosti, které je charakterizují. Přesněji řečeno, mikrobiologie se věnuje identifikaci a charakterizaci mikroorganismů; ke studiu jejich původu a vývoje; definovat jejich vlastnosti, produkty jejich činností a jejich potřeby; a porozumět vztahům, které udržují navzájem a se svým přirozeným nebo umělým prostředím.
Mikroorganismy patřící do tří království, které vykazují eukaryotickou nebo prokaryotickou buněčnou strukturu nebo které jsou eukaryotické a pro které je charakteristická jednobuněčnost, mikroskopická nebo ultramikroskopická velikost, metabolický a reprodukční potenciál, všudypřítomnost a hojnost. Mikroorganismy jsou rozděleny do pěti skupin: řasy , prvoky , houby , bakterie , viry a priony . Bakterie jsou zařazeny mezi monery . Jednobuněčné řasy jsou součástí prokaryotických a eukaryotických protistů . Jednobuněčné houby, lišejníky a prvoky jsou eukaryotické protisty. Viry a priony jsou akaroty (tj. Bez buněčné organizace).
Nyní hovoříme také o „ molekulární mikrobiologii “, zejména v oblasti biotechnologií .
Od starověku se předpokládala existence infekčních agens přenosných neviditelným pouhým okem.
Prokaryotes Prokaryota nebo Prokarya), z řeckého pro (dříve) a karyon (jádro) , jsou organismy, jejichž buňka nemá buněčné jádro nebo jiné organely, patří alespoň k dvěma odlišným taxonům:
Tyto mikroorganismy mají mechanismy, které těmto podmínkám odolávají.
Eukaryotes mají vnitřní membránový systém, který obklopuje organely ( jádro , plastidů , mitochondrií , atd ); mají vnitřní cytoskeleton (aktin, tubulin) nepřítomný v prokaryotech, což je činí často většími než prokaryoty.
Předpokládá se, že každá skupina eukaryot měla předka mezi prokaryoty (archeobakterie nebo eubakterie) a že mitochondrie (a možná i jiné organely jako chloroplasty ) přítomné v cytoplazmě současných eukaryot měly také při minus zřetelného prokaryotického předka, který by kolonizoval tuto starodávnou bakterii, aby s ní žila v symbióze ( endosymbióze ) a vytvořila všechny eukaryoty, které již bez nich nemohou žít.
Ve skutečnosti najdeme v mitochondriích specifický vnitřní cytoskelet, komplexní strukturu vnější membrány, specifický vnitřní genetický materiál uložený v plazmatické zóně zvané proto-jádro (bez membrány, ale stále strukturované), i když se mitochondrie nemohou množit na jejich vlastní bez pomoci hostitelské buňky (mitochondrie by ztratily své reprodukční schopnosti, které pro ně již nejsou nutné, protože hostitelská buňka jim poskytuje prakticky veškerý materiál nezbytný pro jejich růst a dělení).
ŘasyNa rozdíl od hub a prvoků mají řasy chlorofylové pigmenty, které jim umožňují fotosyntézu.
Jsou to tedy živé organismy, které jsou nehybné a autotrofní .
Tyto řasy jsou přítomny v půdě, rostliny, čerstvé vody a mořské vody.
Slovo „řasa“ nedává smysl z fylogenetického hlediska, to znamená, že předkem společným pro všechny řasy je eukaryota.
HoubyTyto houby jsou přítomné v půdě, rostliny, rostlinné zbytky, lišejník , lidských parazitů, zvířat a rostlin.
Poznámka : Kvasnice , jednobuněčný eukaryot, je houba. Existuje mnoho druhů kvasinek, jako jsou Saccharomyces cerevisiae (pekařské droždí), rodina Candida (zodpovědná za kandidózu), Rhodotorula (někdy se vyskytuje v zelí, které barví červeně), Schizosaccharomyces atd.Houby jsou „absorbotrofní“: živí se absorpcí. Vylučují enzymy, které štěpí polymery ve vnějším prostředí, tento chemický mechanismus například transformuje sacharidy na monomery (malé molekuly), které se tak vstřebávají.
Houby jsou bifyletická skupina, protože část z nich, eumycety, patří do opistocontes a další, oomycetes, do heterocontes.
Jak bylo uvedeno na začátku, mikroorganismy jsou velmi malé (odtud jejich název):
Poměr plochy k objemu je přímo ovlivněn velikostí: vezmeme-li v úvahu jednoduchý tvar, jako je koule , je plocha úměrná čtverci velikosti ( s poloměrem koule), zatímco objem je úměrný krychli velikosti ( ) je tedy poměr povrch / objem nepřímo úměrný ( ).
To podmíňuje rychlost, kterou se mikroorganismus živí: potrava prochází plazmatickou membránou, takže rychlost absorpce je úměrná povrchu, ale množství, které má být krmeno, je úměrné objemu. Rychlost vstupu a výstupu živin a odpadu je proto nepřímo úměrná velikosti. Čím menší jsou bakterie, tím více se bude moci krmit vysokou rychlostí. Kompenzuje svou malou velikost vynásobením velmi vysokou rychlostí (velmi rychlou rychlostí růstu).
Mikroorganismy potřebují:
Existují dva druhy kulturních médií:
a mezi těmito dvěma typy médií existují selektivní média (která umožní vybrat typ mikroorganismů, které se tam budou moci množit). Je tedy možné zvolit, aby se umožnil vývoj pouze daného typu bakterií (např. MFC médium pro fekální koliformní bakterie nebo krevní agar pro určité patogeny), nebo naopak, podporovat vývoj kvasinkových forem přidáním antibiotika k střední. Teplota, při které bude inokulované médium inkubováno, také tvoří faktor výběru, jak je uvedeno výše.
Kultivační média mohou obsahovat kvasinkové extrakty (dehydratované a lyžované kvasinkové buňky), které poskytují zdroj aminokyselin, vitamínů a dusíku, sladové extrakty poskytují zdroj uhlíku, peptony (živočišné bílkoviny, ryby, mléčný kasein) zdroj organického dusíku, který je zajímavý pro heterotrofní Jednotlivci.
Tato média jsou buď kapalná, nebo pevná. Ztuhnout médium se často používá agar nebo agar-agar , cukr polymer odvozený z červené řasy, který má tu vlastnost, že tvoří s vodou se pevný gel při teplotě nižší než 60 ° C .
Zkušební test je metoda, umožňující prokázat antimikrobiální ( bakteriostatický nebo baktericidní ) účinnost dané látky (farmaceutické, kosmetické nebo zemědělsko-potravinářských produktech, například).
Tato technika sestává z naočkování známé množství různých mikrobiálních zárodků ( bakterií , kvasinek , plísní , atd ) v látce, které mají být testovány, pak počítání tyto bakterie v různých dobách.
Tento test se používá zejména k ověření data spotřeby (DLC) nebo optimálního data spotřeby (DLUO) produktu.
Sterilizace je proces odstranění mikroorganismů z objektu a udržitelným způsobem. V mikrobiologii je cílem sterilizace na jedné straně kontrola mikroorganismů zaváděných do studijního prostředí a na druhé straně zabránění kontaminaci vnějšího prostředí a lidí (viz také článek o hygieně ).
Existují tři způsoby, jak sterilizovat kultivační médium. Destrukce teplem, metodou filtrace nebo použitím záření a chemického činidla (plynu).
TeploRozlišuje se mezi „suchým“ a „mokrým“ tepelným procesem.
Pasterizace je proces pro uchování potravin , v němž je potravina zahřívá na definovanou teplotu po definovanou dobu, než se rychle ochladí. Pasterace teploty se pohybují mezi 70 ° C a 85 ° C . Tato technika ničí pouze část bakteriální flóry. V žádném případě nejde o sterilizační techniku .
Tyndallization je série krátkém zahřátí na teplotu 70 ° C, v pravidelných intervalech (tři ohřívače hodin čtyřiadvacet hodin mezi topení), která umožňují Rezistentní tvoří schopnost klíčit zabít další topení. Například destrukce patogenních zárodků v mléce se provádí cyklem 63 ° C po dobu třiceti minut a následným 73 ° C po dobu patnácti minut.
Varu není způsob sterilizace. Tyto spor formy bakterií mohou přežít až osm třicet hodin při teplotě 100 ° C .
FiltraceFiltrace je technika, která zahrnuje průchod kapaliny přes filtr, jehož póry mají průměr 0,2 mikrometrů ; mikroorganismy jsou příliš velké na to, aby prošly, a jsou proto zadrženy filtrem. K protlačení této kapaliny přes filtr se používají dvě řešení:
Tato technika je zajímavá při použití termolabilních produktů (tj. Produktů, které nejsou tepelně odolné), jako jsou určité aromatické aminokyseliny, vitamíny, růstové hormony, nukleové kyseliny a velká část antibiotik. Filtry 0,2 μm se však rychle ucpávají. Tento problém lze obejít zvětšením povrchové plochy filtru nebo použitím procesu tangenciální filtrace .
V určitých případech může být filtr sloužící k zastavení mikroorganismů umístěn na pevné kultivační médium, aby se umožnilo množení zárodků, a to s cílem přistoupit k jejich výčtu a identifikaci.
Radiační a chemická látkaTyto techniky používají průmyslová odvětví, včetně potravinářských. Jsou velmi pronikavé, protože záření a některé plyny procházejí plasty a ničí mikroorganismy.
Ultrafialové paprsky však nejsou dobrou sterilizační technikou, protože nepronikují, takže neprocházejí materiály, jako jsou plasty a sklo. Některé mikroorganismy jsou navíc schopné napravit poškození způsobená ultrafialovými paprsky, pokud je produkt po aplikaci ultrafialového záření osvětlen; toto je takzvaný fenomén „foto-opravy“.
V určitých případech lze použít gama záření , které je mnohem pronikavější a výkonnější než ultrafialové paprsky .
Je založen na konceptu CFU (jednotka tvořící kolonii). Každá buněčná jednotka (buňka, skupina buněk nebo kousek hyf ) způsobí vznik kolonie.
Na kultivačním médiu dochází k hromadě bakterií nebo kvasinek určitého tvaru (kolonie). Tvar této mohyly je dán organizací kolonie, která je sama geneticky podmíněna. U hub se vyvine thallus, to znamená, co lze pozorovat například na džemech, které mají „plesnivý“. UFC se také používá pro stanovení počtu bakterií pomocí destičkových kultur ze zkumavek připravených kaskádovými ředěními původní bakteriální suspenze.
Makroskopické pozorování vzhledu kolonií umožňuje odlišit kolonie kontaminujících bakterií od těch, které mají být izolovány.
Tato technika se používá k hodnocení počtu mikroorganismů nalezených v kapalném médiu (voda ze studny, nápoje, voda z bazénu atd. ) Nebo v pevném médiu (půda, jídlo atd. ). Lze jej také použít k izolaci čistého kmene ze směsi.
Jedná se jednoduše o sérii ředění následovaných vzorkem alikvotu, který bude nanesen na kultivační médium, které může nebo nemusí být selektivní. Potom bude stačit spočítat počet kolonií a po znalosti objemu alikvotu (obvykle jeden mililitr na misce) odvodíme přibližné množství bakterií v médiu (předpokládá se, že CFU odpovídá bakterii) .
Identifikace bakterií se provádí podle dichotomického klíče, který se pohybuje od největších po nejdokonalejší znaky a končí u daného bakteriálního druhu.
Studium bakteriální morfologie je prvním činem prováděným diagnostickou laboratoří k identifikaci bakterie. Pozorování bakteriální morfologie umožňuje předběžnou orientaci diagnózy.
MakroskopickéPouhým okem můžeme rozlišit vlastnosti kolonie:
Existují tři hlavní typy kolonií:
Čerstvý stav bude proveden s koloniální suspenzí, která nebude fixována na sklíčku jako gramová skvrna, ale bude provedena kapkou suspenze mezi sklíčkem a krycím sklíčkem. Toto mikroskopické pozorování bude provedeno s objektivem x40 s malým množstvím světla, aby nedošlo k usmrcení bakterií, protože cílem tohoto pozorování je vidět jejich pohyblivost (vidíme také morfologii, ale to je lépe vidět na gramovém barvení).
Gramovo barveníBakterie jsou obecně téměř průhledné, začneme tím, že připravíme stěr (uděláme stěr) na podložním sklíčku mikroskopu, na který naneseme Gramovo barvení . Mikroskopické pozorování bude prováděno s objektivem x100 s imerzním olejem. Bakterie Gram-pozitivní budou vypadat fialově, zatímco bakterie s gram-negativními budou růžové. Existují i další zbarvení, například malachitová zeleň, které zvýrazňují sporulované formy. Gramovo barvení se používá k určení typu buněčné stěny.
FormulářForma je v bakteriálním světě extrémně různorodá. S výjimkou bakterií bez stěny ( Mycoplasmas ), které mohou být velmi polymorfní, je diverzita u bakterií lékařského a veterinárního zájmu relativně omezená. Mezi nimi rozlišujeme hlavně sférické ( koky ), válcovité ( bacil ), spirálové ( spirilla ), stočené (spirochete) formy s nadějnými nebo vláknitými přídavky.
Režim seskupováníMohou seskupují v řetězech ( Streptococcus , Enterococcus , Lactococcus , atd ), v asymetrické shluky nebo seskupení ( Staphylococcus ), v pravidelných krychlových klastrů (sarcines), v palisády nebo ve svazcích čepů ( Corynebacterium ), atd Režim seskupování, za předpokladu, že je hodnocen na mladé kultuře prováděné v kapalném médiu a je zohledněn převládající aspekt, je také důležitým prvkem pro vedení identifikace.
StřihNejmenší bakterie mají velikost 0,1 až 0,2 µm ( chlamydie ), zatímco některé mají průměr větší než 10 µm . Největší známé bakterie ( Thiomargarita namibiensis ) mohou dosáhnout průměru 750 µm .
Přítomnost sporNe všechny bakterie mají schopnost sporulace. Všechny bacily Gram + se při stresu sporulují. Chcete-li spory ukázat pod optickým mikroskopem, stačí je obarvit malachitově zeleným nebo indickým inkoustem. Můžeme je však odhadnout pomocí Gramova barvení (absence barvení). Spory jsou přítomny v Bacilli.
MobilitaBakterie mohou být vybaveny jedním nebo více bičíky, které jim umožňují pohyb. Dva nejběžnější typy mobility jsou mobilita peritoneální ciliaturou, pokud se bakterie pohybuje všemi směry, nebo polární ciliaturou, pokud se bakterie pohybuje pouze jedním směrem. Abychom definovali způsob pohybu bakterií, mluvíme o chemotaxi. Bakterie vyvíjející se v médiu se pohybují podle koncentračních gradientů, aby se přiblížily svému „jídlu“
Určitá pohyblivost závisí na mechanismu zahrnujícím typ IV pilus a několik polysacharidů jako v bakterii Myxococcus xanthus .
KapsleKapsle je vytvořena z polymerů (polysacharidy nebo proteiny), uspořádaných ve vrstvách na obvodu bakterií. To umožňuje bakteriím přilnout k povrchům (kolonizovat povrchy) a uniknout z imunitního systému, protože povrchové antigeny jsou pokryty kapslí, což je činí nezjistitelnými (patogenita).
Bakterie je také identifikována pozorováním, zda používá konkrétní substrát. Přichází proto do kontaktu v kultivačním médiu s uhlohydrátem nebo peptidem nebo jinými složitějšími substráty - oxidační test například používá tetramethylparafenylenediamin . Použití tohoto substrátu lze odhalit změnou indikátoru pH, protože použitý uhlohydrát poskytuje kyselý produkt, peptid základní produkt atd.
Každá rodina bakterií má své vlastní vlastnosti, takže je můžeme snadno spojit se základními charakteristikami, jako je použití glukózy s kyslíkem nebo bez kyslíku, redukce dusičnanů atd. Pak máme biochemické identifikační galerie, které někdy prodávají specializované společnosti. Tyto testy jsou poměrně dlouhé, od jednoho do dvou dnů.
Můžeme citovat techniky genetického inženýrství, jako jsou:
Systematika umožňuje identifikovat neznámý bakteriální kmen díky různým vyšetřením a použití specifických kultivačních médií.
Skvrna Gram a testování katalázy a oxidázy určit rodinu. Specifické kulturní prostředí umožňuje dospět k rodu a druhu. V některých případech mohou být použity další testy, jako je séroskupina.
Gram pozitivní a kataláza pozitivní kokyGram negativní se skládá z tenkostěnných bakterií, které si nezachovávají hořce / křišťálově modrou. Objevují se pod světelným mikroskopem v růžové barvě po přidání fuchsinu (například rodu neisseria).
Grampozitivní bacilRodina Enterobacteriaceae :
Lze uvést následující agenty:
Použité chemické látky spadají do dvou kategorií: antiseptika a dezinfekční prostředky . Antiseptika se používají k odstraňování mikroorganismů z živé tkáně; dezinfekční prostředky se používají na inertní povrchy.
Antibiotika jsou chemikálie, které mají specifický účinek a jsou schopny omezit množení konkrétních bakterií. Nemají toxicitu pro jiné buňky (houby a jiné eukaryoty). Tyto molekuly mohou působit drasticky, to znamená baktericidně; jejich účinnost může být také omezena při prevenci vývoje bakterií (toto se označuje jako bakteriostatický účinek).
Je to síla nebo schopnost bakterií zvýšit jejich počet; záleží na typu bakterií (termofilů, mezofilů, psychrofilů, psychrotrofů atd.) Když jsou bakterie inkubovány ve vhodném kapalném médiu, obvykle se i nadále exponenciálně množí, dokud se faktor nezbytný pro jejich růst nepřiblíží vyčerpání a nestane se omezujícím nebo inhibičním nadměrně se hromadí produkty metabolitů (organické kyseliny, alkoholy, amoniak atd.). Tato kultura, prováděná bez přidávání živin nebo odstraňování odpadu během růstu, se nazývá šarže nebo šaržová kultura, která představuje uzavřený systém. Kultura tohoto typu se chová jako mnohobuněčný organismus s geneticky podmíněným omezením růstu.
Růst takové kultury lze graficky znázornit vynesením logaritmu počtu životaschopných buněk jako funkce času. Získanou křivku lze rozdělit do šesti fází:
V přítomnosti dvou zdrojů uhlíku vykazují bakterie dvoufázovou růstovou křivku. To je vysvětleno spotřebou nejsnadněji asimilovaného zdroje uhlíku, poté adaptací, během které jsou syntetizovány enzymy umožňující degradaci druhého zdroje uhlíku, potom spotřebou druhého zdroje uhlíku (to je například případ média Kligler-Hajna Na tomto médiu používá bakterie glukózu jako první zdroj uhlíku a poté laktózu jako druhý zdroj uhlíku, pokud již glukózy není více). Analýza tohoto chování umožnila Jacquesovi Monodovi definovat pojem operon ; nejznámější je laktózový operon.