1. Prokarióták Dr. Kredics László SZTE TTIK Mikrobiológiai Tanszék kredics@bio.u-szeged.hu

2. Valószínűleg a legősibb életforma képviselői Alapkutatás fontos tárgyai Ipari alkalmazások (biotechnológia, pl. inzulintermelés, bioremediáció) Orvosi alkalmazások (antibiotikumok) Mezőgazdasági jelentőség (nitrogénkötés) Szerepet játszanak a szén, nitrogén és kén körforgásában (lebontó szervezet) Növények, állatok és emberek kórokozói A prokarióták jelentősége

4. bacillus Fő morfológiai típusok kokkusz vibrio spirillum Átlagméret: 0.2 -1.0 µm  2 - 8 µm

5. Morfológia kokkusz pálcika, vagy bacilliform Csavart formák Neisseria: kávébab alak Diplokokkusz Vibrio: csavart pálca kokkobacillus Sarcina: (8, 16, 32, 64 kokkusz) Tetrádok (4 kokkusz) Mycobacterium coryneform Spirillum Micrococcus és Staphylococcus Streptococcus: füzérszerű Spóraképző pálcikák Streptomyces: gombaszerű Spirocheta

6. Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák SEJTFAL cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

7. Baktérium sejtfal • külső, elasztikus váz • nincs minden baktériumnál (pl. Mycoplasma fajok) • változatos összetétel és szerkezet • Gram-festés(Hans Christian Gram, 1892) kétféle baktérium sejtfaltípusmegkülönböztetésére alkalmas • Festés ibolyaszínű festékkel (kristályibolya + jódoldat), alkoholos mosás (etanol), majd kontrasztfestés piros festékkel (szafranin) • A festéskimutatja, hogy az adott baktérium Gram-pozitív (lila) vagy Gram-negatív (piros)

8. Gram-pozitív sejtfal Gram-negatív sejtfal sejtfal peptidoglukán plazmamembrán külső membrán peptidoglukán plazmamembrán sejtfal periplazmatikus tér

9. Gram-festés Gram-pozitív baktériumok: A membránban lévő peptidoglukán megköti a festéket. Magas peptidoglukán tartalom = sötétibolya szín Gram-negatív baktériumok: A külső membrán ellenáll a festésnek. A sejtek megkötik a kontrasztfestéket, rózsaszínek lesznek.

10. Gram-pozitívsejtfal szerkezete teichonsav lipoteichonsav peptidoglukán (murein) (felületi antigének) periplazmatikus tér Periplazmatikus tér plazmamembrán

11. Gram-negatívsejtfal szerkezete Porin Lipoprotein O-antigén (felismerés) Lipopoliszaharid (gyakran toxikus) Külső membrán (védő szerep) Periplazmatikus tér és peptidoglukán (murein) Plazma- membrán Peptidoglukán Foszfolipid Transz- membrán fehérje

12. Gram-pozitív peptidoglükán háló keresztkötésekkel N-acetil-muraminsav N-acetil-glükózamin peptidlánc penicillin: gátolja a keresztkötések kialakulását pentaglicin híd

13. Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid TOK mezoszóma pílusok

14. Tok • nincs minden baktériumnál • védelmi funkciót tölt be • leggyakrabban poliszacharid, néha polipeptid • kórokozóknál virulenciafaktor (megtapadás, fagocitózissal szembeni védelem) • Néhány jellegzetes tokanyag: • 1/ polipeptid • - Bacillus anthracis (anthrax, lépfene): D-glutaminsavból álló homopolimer, rendkívül ellenálló • 2/ dextrán (D-glükóz monomerek (1-6) kötéssel) • - infúziós készítmények alapoldata • 3/ cellulóz (homopoliszacharid, D-glükóz monomerek β(1-4) kötéssel) • - cellulóz membránok, pl. Sony • 4/ keményítő (D-glükóz monomerek α(1-4) kötéssel) • 5/ xantán (heteropoliszacharid) • - Xanthomonas fajokban,fúrófejek kenőanyaga, ivólevek, krémek, gélek • 6/ alginát (heteropoliszacharid) • - enzim- és sejtrögzítésre alkalmazzák

15. Tok Negatív festés kolloid tussal

16. Baktériumsejt szerkezete FLAGELLUM zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

17. Flagellum • Fontos mikromorfológiai bélyeg • Folyadékban a baktériumsejt mozgását biztosítja • kémiai ingerek hatására 360º-os szögben forog az óramutató járásával ellentétesen • a baktérium az óramutató járásával egyező irányban forogva halad előre a flagellum irányába

18. A flagellum elhelyezkedése monotrich amphitrich lophotrich peritrich

19. Gram-negatív és Gram-pozitív flagellum filament kampó L gyűrű külső membrán peptidoglukán réteg P gyűrű pálca periplaz-matikus tér S gyűrű plazma-membrán M gyűrű Gram-negatív (4 gyűrű) Gram-pozitív (2 gyűrű)

20. Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma PÍLUSOK

21. Pílus (fimbria) Fehérjéből felépülő sejfelszíni csőszerű képlet, nem mozog F-pílus (szexpílus): DNS-átvitelt tesz lehetővé egy másik sejtbe (konjugáció) Közönséges pílusok F+ típusú baktérium által képzett szexpílus F- F+

22. Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma CITOPLAZMA- MEMBRÁN nukleoid tok mezoszóma pílusok

23. A prokarióták citoplazmamembrán-szerkezete glikolipid oligoszaccharid integ-ráns fehérje integráns fehérje hidrofób -hélix hopanoid foszfolipid felszíni fehérje • - Foszfolipid-kettősréteg: hidrofil felszín, hidrofób belső részek. • Szterolok nincsenek, helyette hopanoidok

24. A prokarióták citoplazmamembrán-szerkezete Hopanoidok: szterol analóg triterpén származékok Koleszterol (szteroid) Bakteriohopántetrol (hopanoid)

25. Normális lipid glicerol észterkötés sztearinsav Valódi baktériumok (Bacteria) lipid-szerkezete Archea glicerolipid éterkötés phytanol Ősbaktériumok (Archaea) lipid-szerkezete phytanilglicerol-diéter dibiphytanilglicerol-tetraéter tetraéter bipentaciklikus C40 biphytanil láncokkal

26. Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal CITO-PLAZMA citoplazma- membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

27. Baktériumok citoplazmája - Nincsenek belső membránok, csak a citoplazmamembrán betűrődései, felületükön zajlanak az élettani folyamatok baktérium (Nitrosomonas) intracelluláris membránbetűrődései

28. Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok RIBOSZÓMÁK sejtfal cito-plazma citoplazma- membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

29. Számuk: 5-50 ezer • Az összRNS kb. 80-85%-a rRNS. • Poliszóma (poliriboszóma): mRNS-hez kapcsolódva, fehérjeszintézis már a transzkripció alattmegkezdődik Riboszómák

30. Baktériumsejt szerkezete flagellum zárványok riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma- membrán NUKLEOID tok mezoszóma pílusok

31. A baktériumok örökítőanyaga • Prokarióták: nincs körülhatárolt sejtmag, nukleoid régió (80% DNS, 10% RNS, 10% fehérje). • Örökítőanyag: mindig kettősszálú DNS • Genom: nem tagolt, egyetlen óriásmolekula (kromoszóma) • Erősen felcsavarodott állapot • Gyakran cirkuláris, néha lineáris (pl. Borrelia burgdorferi) • Egyéb genetikai elemek: plazmidok (a genomnál kisebb cirkuláris DNS-molekulák), szerep: antibiotikumrezisztencia, ritkán előforduló tápanyagok hasznosítása, konjugáció

32. Endospóra • Viszonylag kevés faj képez pl. Bacillus, Clostridium • Kitartó képlet egy kópia genetikai állománnyal • Képződés indukciója: pl. C-, N-források kimerülése • Általában a tartaléktápanyagok terhére képződik • Ellenálló a környezeti hatásokkal (magas hőmérséklet, sugárzás, kiszáradás, vegyszerek) szemben

33. endospóra mag kortex spóraköpeny

34. Baktériumsejt szerkezete flagellum ZÁRVÁNYOK riboszómák sejtfal cito-plazma citoplazma-membrán nukleoid tok mezoszóma pílusok

35. Prokarióták anyagcseréje • fototróf: a fényből nyeri az energiát • kemotróf: kémiai vegyületek átalakításából nyeri az energiát • autotróf: szervetlen CO2-ot igényel szénforrásként • heterotróf: szerves anyagra (pl. glükóz) van szüksége saját szerves anyagai felépítéséhez • 4 fő csoport: • Fotoautotróf (Cyanobacteria) • Kemoautotróf (energianyerés: szervetlen anyagok, pl. H2S, NH3, Fe2+ oxidálása) • Fotoheterotróf (bizonyos tengeri prokarióták) • Kemoheterotróf (leggyakoribb)

36. Oxigénhez és nitrogénhez való viszony • Oxigénhez való viszony: • obligát aerob: szüksége van oxigénre, nélküle nem képes fennmaradni • fakultatív anaerob: oxigént használ, de anaerob környezetben is képes fennmaradni (erjesztés) • obligát anaerob: oxigén jelenlétében elpusztul, az elektrontranszportránc elektronakceptora nem O2, hanem pl. NO3-, SO42- • Nitrogénhez való viszony: • - Esszenciális elem (aminosavak, nukleinsavak) • - nitrogénkötés: N2 átalakítása NH3-á (Cyanobacteria, pl. Anabaena)

37. Baktériumok mesterséges rendszere (Bergey) Főbb osztályozási szempontok: • Morfológia alapján • kokkusz • pálca • csavart • Sejtfal típusa alapján • Gram-pozitív • Gram-negatív • Oxigénigény alapján • obligát aerob • fakultatív anaerob • obligát anaerob • Energianyerés alapján • autrotróf • fotoautotróf • kemoautotróf • Heterotróf • fotoheterotróf • kemoheterotróf • Életmód alapján • mozgás (van/nincs) • szaprofita/sejtparazita • endospóra (van/nincs)

38. A baktériumok filogenetikai rendszere a riboszómális kis aegység RNS-ét kódoló gén szekvenciája alapján (Woese)

39. Bacteria: Proteobacteria: Alpha Proteobacteria - A mitokondriumok ősei (endoszimbiózis) Agrobacterium kromoszómális DNS kromoszóma T-DNS T-DNS Ti plazmid tumor Agrobacterium tumefaciens transzformált növényi sejt - A T-DNSbelép a növényi sejtbe, integrálódik a növény DNS-ébe, növényi hormonok túltermelése, tumorok - Opinok (pl. nopalin, oktopin) termelése, tápanyag a baktériumnak

40. Bacteria: Proteobacteria: Alpha Proteobacteria borsó Rhizobium gyökér-szőrök gyökér gümők megtapadás rhizobiumok megnagyobbodott gyökérsejtek gümőt képeznek infekciós fonál bakteroidok baktériumok bakteroiddá alakulnak infekciós fonál képződik, melyen át a baktériumok bejutnak a gyökérsejtekbe

41. Bacteria: Proteobacteria • Beta Proteobacteria • Nitrosomonas: talajbaktérium, az ammóniumot nitritté oxidálja • Gamma Proteobacteria • Chromatium: fotoszintézis, energianyerés a kénhidrogén oxidálása útján • Legionella: légiós betegség • Salmonella: ételmérgezések (endotoxin) • Vibrio cholerae: kolera (exotoxin) • Escherichia coli: bélmikrobióta tagja Nitrosomonas Chromatium Legionella Escherichia coli Vibrio Salmonella

42. Bacteria: Proteobacteria Chondromyces crocatus Bdellovibrio • Delta Proteobacteria • Myxobaktériumok: kedvezőtlen körülmények között termőtestet képeznek spórákkal • Bdellovibrio: ragadozó baktériumok gazdasejt (zsákmány) sejtfal plazma-membrán

43. Bacteria: Proteobacteria Helicobacter pylori mukózus réteg • Epsilon Proteobacteria • Campylobacter: bélgyulladás • Helicobacter pylori: gyomorfekély epitélium alap-membrán kötő-szövet nyáktermelő sejt vörösvértest hajszálér gyomorsav elpusztítja az epitéliumot Helicobacter pylori Campylobacter neutrofil plazmasejt limfocita kitágult fekély hajszálér gyulladásra adott celluláris válasz

44. Bacteria: Chlamidiák • Intracelluláris paraziták • C. trachomatis • szemgyulladás (trachoma) • a vakság egyik leggyakoribb okozója • - az ókor óta ismert • kontakt úton terjed • - Észak-Afrika Chlamydia

45. Bacteria: Spirochaeták • Treponema pallidum: szifilisz (vérbaj), nemi betegség • Borrelia burgdorferi: Lyme-kór (kullancs terjeszti) Treponema pallidum Borrelia burgdorferi Lyme-kór szifilisz

46. Bacteria: Gram-pozitív baktériumok • Streptomyces: talajlakó, antibiotikumok forrása • Bacillus anthracis: lépfene (bioterrorizmus) • Clostridium botulinum: botulizmus (exotoxin) • Staphylococcus • Streptococcus: skarlát • Mycoplasma: nincs sejtfal Streptomyces Bacillus anthracis Staphylococcus Streptococcus Clostridium botulinum

47. Bacteria: Cyanobacteria • fotoautotrófok • a kloroplasztisz feltételezett ősei (endoszimbiózis) • Oscillatoria • Anabaena (nitrogénkötés) Oscillatoria fajok Anabaena

48. Archaea • Extrém termofilek • Extrém halofilek • Metanogének

49. ArchaeaExtrém termofilek • az élet kialakulása idején létezett körülményekhez hasonló, extrém viszonyokhoz alkalmazkodtak • optimális hőmérséklet 800C felett • nagy hőstabilitású enzimeiket gyakorlati célokra alkalmazzák • mosodai detergensek (hőstabil lipázok, proteázok) • DNS-polimerázok molekuláris technikákhoz (pl. PCR) Pyrolobus fumarii (élőhely: mélytengeri hidrotermális hasadék, növekedési optimum:105 ºC)

50. Extrém termofil Archaeák élőhelyei Neutrális pH-jú hőforrás (Yellowstone Nemzeti Park) Kénben gazdag hőforrás –Sulfolobus acidocaldarius Szolfatára (kénes gázfeltörés), Yellowstone Nemzeti Park, hidrogén-szulfidban gazdag gáz, magas hőmérséklet, savas környezet