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

Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego

Rok wydania: 2014

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.

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

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