Mikrobiologia jest nauką o drobnoustrojach (mikroorganizmach). Zajmuje się cechami morfologicznymi, właściwościami biochemicznymi, rolą w środowisku naturalnym, właściwościami chorobotwórczymi, jak również zastosowaniem drobnoustrojów w przemyśle. Podstawowy schemat badania drobnoustrojów obejmuje: wstępną obserwację makroskopową i mikroskopową, wyosobnienie interesującego nas ustroju w postaci czystej hodowli, określenie jego cech morfologicznych, typu wzrostu na podłożach stałych i płynnych, zbadanie jego właściwości biochemicznych i fizjologicznych oraz ustalenie ewentualnej roli wyizolowanego mikroorganizmu w środowisku naturalnym, w przebiegu choroby lub możliwości wykorzystania w procesie przemysłowym. Zwalczanie drobnoustrojów jest także jedną z dziedzin mikrobiologii ogólnej we wszystkich przypadkach, w których obecność niektórych z nich jest wręcz szkodliwa. Istnieje też możliwość zakażenia mikrobiologicznego, dlatego pracownicy laboratoriów mają najwyższe kwalifikacje zawodowe i duże doświadczenie, wykonują swoją pracę posługując się wyłącznie sprzętem zmechanizowanym i korzystają z pełnego zabezpieczenia osobistego. Książka zawiera przegląd zagadnień mikrobiologii ogólnej, łączących się tematycznie z problematyką ćwiczeń odbywanych przez studentów specjalności: mikrobiologicznej, biochemicznej i biofizycznej, fizjologicznej oraz biologii środowiskowej. W związku z niepełnym opracowaniem niektórych tematów, podana została literatura pomocnicza i uzupełniająca.

CZĘŚĆ I - TEORETYCZNA Od autorów 9 Wykaz skrótów 10 1. Wprowadzenie 11 1.1. Prokaryota i Eukaryota – cechy wspólne i różnice 14 2. Laboratorium mikrobiologiczne – organizacja, wyposażenie, zaplecze 16 3. Podłoża mikrobiologiczne 18 4. Sterylizacja (wyjaławianie) 23 4.1. Metody fizyczne 23 4.1.1. Sterylizacja cieplna – sucha 23 4.1.1.1. Wyjaławianie przez wyżarzanie 23 4.1.1.2. Wyjaławianie przez opalanie 24 4.1.1.3. Wyjaławianie gorącym suchym powietrzem 24 4.1.2. Sterylizacja cieplna – mokra (parą wodną) 24 4.1.2.1. Dekoktacja – wyjaławianie przez gotowanie 24 4.1.2.2. Pasteryzacja 25 4.1.2.3. Tyndalizacja – sterylizacja w aparacie Kocha 26 4.1.2.4. Wyjaławianie za pomocą pary wodnej pod zwiększonym ciśnieniem 26 4.1.3. Sterylizacja przez sączenie (filtrowanie) 29 4.1.4. Sterylizacja za pomocą promieniowania elektromagnetycznego 30 4.1.4.1. Wyjaławianie za pomocą promieniowania ultrafioletowego (UV) 30 4.1.4.2. Sterylizacja radiacyjna 31 4.2. Sterylizacja gazowa (metoda chemiczna) 32 4.3. Kontrola sterylizacji 33 5. Dezynfekcja 34 5.1. Chemiczne środki dezynfekcyjne 35 5.1.1. Kwasy i zasady 36 5.1.2. Środki utleniające 37 5.1.3. Alkohole 37 5.1.4. Aldehydy 38 5.1.5. Związki fenolu i ich pochodne 38 5.1.6. Związki powierzchniowo czynne 38 5.1.7. Jodofory 39 5.1.8. Chloroheksydyna 39 5.1.9. Sole metali ciężkich 39 5.2. Metody badania środków dezynfekcyjnych 40 5.3. Kontrola skażenia powierzchni drobnoustrojami 41 5.4. Metody kontroli skażenia bakteryjnego powietrza 42 6. Mikroskopia 44 6.1. Mikroskop świetlny prosty – lupa 44 6.2. Mikroskop świetlny złożony 45 6.2.1. Budowa mikroskopu świetlnego 48 6.3. Mikroskop z ciemnym polem widzenia 49 6.4. Mikroskop kontrastowo-fazowy 51 6.5. Mikroskop ultrafioletowy 51 6.6. Mikroskop fluorescencyjny (luminescencyjny) 52 6.7. Mikroskop polaryzacyjno-interferencyjny 52 6.8. Mikroskop elektronowy – transmisyjny 52 6.9. Mikroskop skaningowy 54 7. Barwienie drobnoustrojów 55 7.1. Barwniki stosowane w barwieniu drobnoustrojów 56 7.2. Przygotowanie preparatów 56 7.3. Barwienie metodą Grama 57 7.4. Barwienie metodą Ziehl-Neelsena (kwasooporność bakterii) 58 7.5. Barwienie Neissera 59 8. Hodowla drobnoustrojów 60 8.1. Metody otrzymywania czystych kultur 60 8.1.1. Metody bezpośrednie 60 8.1.2. Metody pośrednie 61 8.1.2.1. Metoda posiewu redukcyjnego płytek agarowych 61 8.1.2.2. Metoda posiewu powierzchniowego (płytki „mazane”) 62 8.1.2.3. Metoda posiewu wgłębnego (płytki „lane”) 62 8.1.2.4. Metoda seryjnych rozcieńczeń 64 8.1.2.5. Metoda replik (płytek odciskowych – Lederberga) 64 8.2. Gatunek, klon i szczep w mikrobiologii 64 8.3. Typy hodowli drobnoustrojów 65 8.4. Hodowle tlenowców i beztlenowców 69 8.4.1. Metody hodowli tlenowców 69 8.4.1.1. Hodowle powierzchniowe 69 8.4.1.2. Hodowla wgłębna 70 8.4.2. Hodowla beztlenowców 70 8.4.2.1. Metody fizyczne 70 8.4.2.2. Metody chemiczne 72 8.4.2.3. Metoda biologiczna 72 9. Zasady diagnostyki mikrobiologicznej 73 9.1. Morfologia mikroskopowa 75 9.2. Morfologia kolonii 75 9.3. Wzrost na skosie agarowym 76 9.4. Typy wzrostu na podłożu płynnym 76 10. Drożdże i grzyby strzępkowe 78 10.1. Drożdże 78 10.1.1. Brzeczka 80 10.1.2. Budowa komórki drożdżowej 81 10.1.3. Rozmnażanie się drożdży 83 10.1.4. Metabolizm drożdży i ich zastosowanie praktyczne 85 10.2. Grzyby strzępkowe 86 11. Morfologia mikroskopowa i cytologia bakterii 89 11.1. Morfologia mikroskopowa bakterii 89 11.2. Cytologia bakterii 92 11.2.1. Ściana komórkowa bakterii 94 11.2.1.1. Peptydoglikan 94 11.2.1.2. Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich 97 11.2.1.3. Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych 100 11.2.2. Błona cytoplazmatyczna 107 11.2.3. Protoplasty, sferoplasty 110 11.2.4. Otoczki, śluz powierzchniowy, pochewki, glikokaliks 111 11.2.5. Warstwa S 115 11.2.6. Rzęski 117 11.2.7. Fimbrie 120 11.2.8. Inne struktury zewnątrzkomórkowe bakterii 122 11.2.9. Cytoplazma komórek bakteryjnych. Materiały zapasowe 123 11.2.10. Zagadnienie jądra komórkowego u bakterii 124 11.2.11. Rybosomy 125 11.2.12. Przetrwalniki (spory) – zjawisko sporulacji 126 12. Mutacje S → R 130 12.1. Charakterystyka mutacji S → R 130 12.2. Genetyczna determinacja biosyntezy LPS 132 12.3. Testy różnicujące formy S i R 133 13. Promieniowce 135 13.1. Rodzaj Actinomyces 137 13.2. Rodzaj Streptomyces 137 14. Metabolizm drobnoustrojów 140 14.1. Podział drobnoustrojów ze względu na sposób odżywiania i zdobywania energii 140 14.2. Źródła węgla i energii wykorzystywane przez drobnoustroje 142 14.2.1. Szlaki metaboliczne rozkładu węglowodanów 143 14.3. Oddychanie tlenowe 146 14.3.1. Chemoorganotrofy 146 14.3.2. Chemolitotrofy 149 14.4. Fermentacja 149 14.5. Oddychanie beztlenowe 152 14.6. Tłuszcze jako substraty oddechowe 152 14.7. Źródła azotu 153 14.7.1. Azot atmosferyczny 154 14.7.2. Wykorzystanie azotu mineralnego 154 14.7.3. Rozkład białek i aminokwasów 154 14.8. Wykorzystywanie przez drobnoustroje pierwiastków w postaci mikro- i makroelementów 161 14.9. Czynniki wzrostowe 162 15. Badanie właściwości biochemicznych drobnoustrojów 163 15.1. Właściwości glikolityczne 164 15.1.1. Szereg cukrowy 164 15.1.2. Rozkład cukrów na podłożu VL 165 15.1.3. Badanie rozkładu cukrów na podłożach stałych 165 15.1.4. Technika auksanograficzna 166 15.1.5. Próba na podłożu Hugh-Leifsona (H-L) 166 15.1.6. Wzrost bakterii na podłożu Kliglera 166 15.1.7. Próba Voges-Proskauera (VP) i Metyl Red (MR) 167 15.2. Właściwości proteolityczne 168 15.2.1. Hydroliza kazeiny 168 15.2.2. Upłynnianie żelatyny 168 15.2.3. Badanie wytwarzania amoniaku 169 15.2.4. Wytwarzanie siarkowodoru 169 15.2.5. Rozkład tryptofanu (próba na indol) 170 15.2.6. Deaminacja fenyloalaniny 170 15.2.7. Dekarboksylacja aminokwasów 170 15.2.8. Hydroliza mocznika 171 15.3. Właściwości lipolityczne 171 15.3.1. Podłoże z margaryną 171 15.3.2. Podłoże z dodatkiem Tween 80 172 15.4. Właściwości utleniająco-redukcyjne 172 15.4.1. Oksydaza cytochromowa 172 15.4.2. Katalaza 173 15.4.3. Peroksydaza 173 15.4.4. Reduktaza azotanowa 173 15.4.5. Redukcja chlorku 2,3,5-trifenylotetrazoliowego (TTC) 173 15.4.6. Redukcja błękitu metylenowego 174 15.5. Inne właściwości biochemiczne drobnoustrojów 174 15.5.1. Wzrost bakterii na podłożu Simmonsa z cytrynianem 174 15.5.2. Wykrywanie lecytynazy 175 15.5.3. Wykrywanie fosfatazy 175 15.5.4. Zmiany w mleku z lakmusem 175 15.6. Mikrometody, szybkie testy do badania właściwości biochemicznych drobnoustrojów 176 15.6.1. Enterotube (Roche) 176 15.6.2. Enterotest (Lachema – Czechy) 177 15.6.3. Enteroplast (Plastomed – Polska) 177 15.6.4. Mikrometoda API 177 15.7. Inne cechy drobnoustrojów brane pod uwagę w ich identyfikacji 178 15.7.1. Wytwarzanie barwników przez bakterie 178 15.7.2. Właściwości hemolityczne 179 16. Wpływ czynników fizycznych i chemicznych na drobnoustroje 180 16.1. Woda (wpływ wysychania) 180 16.2. Temperatura 181 16.2.1. Psychro-, mezo- i termofile 182 16.2.2. Bakteriostatyczne i bakteriobójcze działanie ciepła 184 16.3. Ciśnienie osmotyczne 185 16.4. Ciśnienie mechaniczne 186 16.5. Ciśnienie hydrostatyczne 186 16.6. Wpływ promieniowania elektromagnetycznego na drobnoustroje 187 16.6.1. Działanie światła widzialnego na drobnoustroje 187 16.6.2. Promieniowanie ultrafioletowe i jonizujące 187 16.7. Działanie ultradźwięków 188 16.8. Napięcie powierzchniowe 188 16.9. Potencjał red-oks 189 16.10. Wpływ wartości pH środowiska na drobnoustroje 190 16.11. Wpływ substancji chemicznych na drobnoustroje 190 16.11.1. Wpływ barwników na wzrost bakterii 190 16.11.2. Wpływ kationów i anionów na drobnoustroje 191 17. Sulfonamidy i związki tuberkulostatyczne 192 18. Antybiotyki 194 18.1. Antybiotyki β-laktamowe 194 18.2. Antybiotyki aminoglikozydowe (aminocyklitolowe) 196 18.3. Tetracykliny 196 18.4. Makrolidy 197 18.5. Antybiotyki peptydowe 197 18.6. Inne antybiotyki 199 18.7. Oporność drobnoustrojów na działanie antybiotyków 199 18.8. Wpływ fitoncydów na drobnoustroje 201 19. Bakteriocyny 202 20. Bakteriofagi 205 20.1. Budowa bakteriofagów 206 20.2. Namnażanie fagów 207 20.3. Zjawisko lizogenii 209 20.4. Zastosowanie bakteriofagów 210 21. Wzajemne stosunki pomiędzy drobnoustrojami 212 21.1. Oddziaływanie bezpośrednie 212 21.2. Oddziaływania pośrednie pomiędzy drobnoustrojami 213 21.2.1. Symbioza 213 21.2.2. Synergizm 214 21.2.3. Metabioza 216 21.2.4. Antagonizm 217 21.2.4.1. Antybioza 217 22. Bakterie fotosyntetyzujące 219 22.1. Organelle fotosyntezy 219 22.2. Centra reakcji fotosyntezy 220 22.3. Chemizm fotosyntezy u bakterii 223 22.4. Bakterie fotosyntetyzujące – charakterystyka 225 23. Halofile 228 24. Naturalne środowiska drobnoustrojów – gleba, woda i powietrze 233 24.1. Gleba jako środowisko drobnoustrojów 233 24.2. Woda i ścieki – środowisko wzrostu drobnoustrojów 241 24.2.1. Warunki rozwoju drobnoustrojów w środowisku wodnym 241 24.2.2. Drobnoustroje środowisk wodnych 243 24.2.3. Analiza sanitarna wody 245 24.2.4. Ścieki i ich oczyszczanie 246 24.3. Powietrze i jego znaczenie w przenoszeniu drobnoustrojów 249 25. Praktyczne zastosowanie drobnoustrojów – wybrane zagadnienia 252 25.1. Nadprodukcja enzymów 252 25.2. Wytwarzanie kwasu cytrynowego 252 25.3. Biosynteza aminokwasów 253 25.4. Reakcje biokonwersji związków chemicznych 254 25.5. Biotransformacje związków mineralnych 256 25.6. Inżynieria genetyczna 257 25.7. Inne sposoby wykorzystania drobnoustrojów 258 Literatura pomocnicza i uzupełniająca 259 CZĘŚĆ II - PRAKTYCZNA Zasady pracy z drobnoustrojami 5 Ćwiczenie 1. Temat: Mikroskopy. Mikrometry 8 Ćwiczenie 2. Temat: Metody hodowli drobnoustrojów 12 Ćwiczenie 3. Temat: Podstawy diagnostyki drożdży 14 Ćwiczenie 4. Temat: Cytologia komórki drożdżowej 16 Ćwiczenie 5. Temat: Diagnostyka bakterii – morfologia mikroskopowa i makroskopowa bakterii 19 Ćwiczenie 6. Temat: Cytologia komórki bakteryjnej. Morfologia mikroskopowa bakterii. Część I 21 Ćwiczenie 7. Temat: Cytologia komórki bakteryjnej. Część II 24 Ćwiczenie 8. Temat: Mutacja S → R 26 Ćwiczenie 9. Temat: Morfologia i cytologia promieniowców 28 Ćwiczenie 10. Temat: Metody liczenia drobnoustrojów 30 Ćwiczenie 11. Temat: Wpływ czynników fizycznych i chemicznych na drobnoustroje. Część I 35 Ćwiczenie 12. Temat: Wpływ czynników fizycznych i chemicznych na drobnoustroje. Część II 37 Ćwiczenie 13. Temat: Metabolizm bakterii. Część I. Źródła węgla i azotu wykorzystywane przez bakterie 41 Ćwiczenie 14. Temat: Metabolizm bakterii. Część II. Właściwości glikolityczne i lipolityczne bakterii 43 Ćwiczenie 15. Temat: Metabolizm bakterii. Część III. Właściwości proteolityczne i oksydoredukcyjne bakterii 45 Ćwiczenie 16. Temat: Metabolizm. Część IV. Mikrometody i szybkie testy do badania właściwości biochemicznych drobnoustrojów 47 Ćwiczenie 17. Temat: Bakterie fotosyntetyzujące 49 Ćwiczenie 18. Temat: Bakterie halofilne 51 Ćwiczenie 19. Temat: Wzajemne oddziaływania pomiędzy drobnoustrojami. Część I. Typy oddziaływania pośredniego 53 Ćwiczenie 20. Temat: Wzajemne oddziaływania pomiędzy drobnoustrojami. Część II. Praktyczne wykorzystanie zjawiska antybiozy 58 Ćwiczenie 21. Temat: Wzajemne oddziaływanie pomiędzy drobnoustrojami. Część III. Bakteriocyny 63 Ćwiczenie 22. Temat: Bakteriofagi jako przykład bezpośredniego oddziaływania pomiędzy drobnoustrojami 67 Ćwiczenie 23. Temat: Naturalne środowiska bytowania drobnoustrojów: woda, gleba i powietrze 71 Ćwiczenie 24. Temat: Przykłady praktycznego wykorzystania drobnoustrojów. Fermentacje: alkoholowa i mlekowa oraz biosynteza kwasu cytrynowego 74 Ćwiczenie 25. Temat: Praktyczne zastosowanie mikrobiologii. Badanie stopnia zanieczyszczenia kosmetyków drobnoustrojami 80 Literatura pomocnicza i uzupełniająca 83

Koszyk

Ćwiczenia z mikrobiologii ogólnej. Skrypt dla studentów biologii. Część teoretyczna i praktyczna