Topic  1  Microbial  World  

Bacteria  Archaea  

Eukarya  

Historical  Figures  of  Microbiology  •  Robert  Hook    

–  early  microscopes  allowed  first  descrip=on  of  microbes:  frui=ng  structures  of  molds  

•  Antonie  van  Leeuwenhoek  –  improvements  in  lens  construc=on  allowed  

first  descrip=on  of  bacteria  •  Louis  Pasteur  

–  1)  discovered  that  living  organisms  discriminate  between  op=cal  isomers  

–  2)  discovered  biological  nature  of  alcoholic  fermenta=on      –  3)developed  vaccines  for  anthrax,  fowl  cholera  and  

rabies      –  4)  disproved  spontaneous  genera=on  and  developed  

methods  for  controlling  growth  of  microorganisms.  Also  developed  pasteuriza=on  and  sanita=on.  

–  5)  disproved  spontaneous  genera=on  

•  Robert  Koch  –  Kocks  postulates  

•  Example:  used  to  discover  microbe  (Helicobacter  pylori)  caused  stomach  ulcers    

•  Carle  Woese  –  was  primarily  responsible  for  iden=fying  the  domain  

Archaea  

Basics  for  life  

•  Metabolism    –  Goal  is  to  create  ATP  to  store  and  use  for  energy  

•  growth  •  reproduc=on  •  gene=c  varia=on/evolu=on  •  response/adapta=on  to  the  external  environment  

•  homeostasis  (maintaining  internal  organiza=on  and  order,  usually  by  expending  energy)  

Macromolecules  •  Polypep=des  (amino  acids)  

–  building  blocks  for  enzymes  and  other  proteins  –  50-­‐55%  dry  weight  of  cell  

•  Nucleic  acids  (Ribonucleo=des  2-­‐5%;  Deoxyribonucleo=des  15-­‐20%)  –  DNA/RNA  cri=cal  as  storehouses  of  gene=c  

informa=on  •  Lipids  

–  O\en  found  forming  membranes  to  separates  cell  interior  from  the  external  environment  •  o\en  embedded  with  polysaccharides  and  

polypep=des  

–  10%  dry  weight  of  cell  •  Polysacharides  

–  Sugars  that  are  used  for  structural  or  energy  storage  

–  7%  dry  weight  of  cell  

The  Domains,  Basics  

•  Viruses  Not  Included  –  Technically,  viruses  aren’t  considered  to  be  alive  –  don’t  replicate  outside  of  a  host  cell  –  lible  to  no  biochemical  ac=vity  outside  of  a  host  cell  –  inert  and  nonreac=ve  outside  of  a  host  cell  

Origin  of  Life  •  Lible  oxygen  in  the  atmosphere    

–  Cyanobacteria  began  to  oxygenate  atmosphere  at  3  billion  ybt  and  establised  an  oxygenated  enviro  at  2  billion  ybt  

•  Surface  of  the  planet  was  a  soup  of  chemicals  

•  Led  to  the  ini=al  synthesis  of  the  first  forms  of  macromolecules  

•  First  Microbial  Life  –  In  the  1950s,  a  grad  student  named  Stanley  

Miller  worked  with  his  mentor,  Harold  Urey,  to  simulate  the  “spark”  that  might  have  started  forming  organic  molecules  from  the  primordial  soup  

Figure 1.12"

Requirements  of  early  life  

•  gene=c  informa=on  storage  and  the  ability  to  catalyze  biochemical  reac=ons  –  Solved  by  Ribozymes  •  combina=on  of  RNA  and  enzymes    •  reac=on  catalyst  •  gene=c  informa=on  storage    •  self-­‐replica=ng  

•  a  way  of  separa=ng  the  cell  interior  from  the  external  environment  –  Use  of  Micelles  may  have  been  an  early  form  of  plasma  membrane    

•  Endosymbio=c  Theory  

Modern  Life  

•  Double  Stranded  DNA  –  provides  a  “backup  copy”  of  the  gene=c  informa=on  

–  more  stable  than  RNA  •  Central  Dogma  

–  DNA  is  transcribed  into  messenger  RNA  –  mRNA  is  translated  into  proteins    –  other  forms  of  RNA  (tRNA,  rRNA)  are  also  important,  showing  the  versa=lity  of  

RNA  molecules  for  life  processes  •  How  to  examine  Microbial  Genomes  

–  Examining  effects  of  single  muta=ons  in  DNA  individually  –  Studying  and  comparing  pieces  of  genomes  to  each  other  across  domains