UNIVERZITET U BEOGRADU, BIOLOŠKI...
Transcript of UNIVERZITET U BEOGRADU, BIOLOŠKI...
UNIVERZITET U BEOGRADU, BIOLOŠKI FAKULTET,
INSTITUT ZA BOTANIKU I
BOTANIČKA BAŠTA "JEVREMOVAC"
KATEDRA ZA MIKROBIOLOGIJU
STUDENTSKI TRG 16, 11000 BEOGRAD
Tel/fax: +381 11 263 73 64
Mikrobiologija
VI semestar, 3+2 (7 ESPB)
Mikrobiologija
Predavanja (Fizički fakultet, sala 60)
Utorak 1415-16h
Vežbe (Fizički fakultet sala 53)
Utorak
8-10, 10-12h, 12-14h,16-18h, 18-20h.
Nastavnici i saradnici
dr Jelena Knežević-Vukčević, redovni profesor
dr Branka Vuković-Gačić, redovni profesor, Šef katedre
dr Slaviša Stanković, vanredni profesor
dr Tanja Berić, docent
dr Biljana Nikolić, docent
dr Dragana Mitić-Ćulafić, naučni saradnik
Bojana Jovanović, istraživač pripravnik
Diana Šević, istraživač pripravnik
Stoimir Kolarević, istraživač saradnik
Ivica Dimkić, istraživač saradnik
Literatura
• Simić, D. (1988) Mikrobiologija 1, Naučna knjiga, Beograd;
• Knežević-Vukčević, Ј.,Vuković-Gačić, B., Simić, D. (2009), “Osnovi genetike prokariota”, Biološki fakultet, Beograd.
• Knežević-Vukčević, Ј.,Vuković-Gačić, B., Simić, D. (2006), Metode u mikrobiologiji 1, Biološki fakultet, Beograd.
• Brock Biology of Microorganisms, 12th Ed. M. T. Madigan, J. M. Martinko, P. V. Dunlap and D. P. Clark. Pearson International Edition, 2009.
Mikrobiologija
Predispitne obaveze (70):
• Praktična nastava: 30
• Kolokvijumi: 40 (2 kolokvijuma)
Usmeni ispit: 30
MIKROBIOLOGIJA školska 2012/13
Predavanja Vežbe
25. II I predavanje
Predmet izučavanja i značaj mikrobiologije.
Metode studiranja, veličina i oblici mikroorganizama.
4. III II predavanje Struktura i funkcija prokariotske ćelije. Deoba ćelije.
4. III I vežba Posmatranje mikroskopskih preparata Pogl. 2
- trajni preparati
11. III III predavanje Kultivisanje i rast mikroorganizama.
Uticaj fizičkih i hemijskih faktora na rast.
Mehanizmi adaptacije ekstremofila.
11. III II vežba Metode bojenje mikroorganizama Pogl. 3
- bojenje po Lefler-u, Gram-u i Šefer-Fulton-u
- posmatranje obojenih mikroskopskih preparata
Određivanje broja bakterija direktnom metodom (7.1)
18. III IV predavanje Metabolički tipovi mikroorganizama.
18. III III vežba Overa praktikuma i mikroskop test
25. III V predavanje Uporedni pregled replikacije, transkripcije i translacije
kod prokariota i eukariota.
Pregled mehanizama regulacije ekspresije gena.
25. IIII IV vežba Sterilizacija i tehnike sterilnog rada Pogl. 4.
- tehnika sterilnog rada, - vežbanje sterilnog rada
- zasejavanje prekonoćne kulture mikroorganizama
Gajenje mikroorganizama Pogl. 5 (5.1-5.6)
1. IV VI predavanje Mutacije. Pregled DNK reparacije. Mutageneza. Vrste
mutanata i njihova selekcija.
1. IV V vežba Rezultati i overa prethodne vežbe
8. IV VII predavanje
Plazmidi i transpozoni Virusi: opšte osobine,
struktura, metode izučavanja. Replikacija virusa.
DNK i RNK bakteriofagi.
8. IV VI vežba Izolovanje čiste kulture bakterija Pogl. 6
- izolovanje čiste kulture metodom išarane ploče
- izolovanje čiste kulture metodom razređenja
Određivanje broja bakterija indirektnom metodom (7.2)
15. IV VIII predavanje Pregled animalnih i biljnih virusa. Viroidi. Prioni.
15. IV VII vežba Rezultati i overa prethodne vežbe
22. IV Kolokvijum I
6. V IX predavanje Rekombinacija kod prokariota: transformacija,
konjugacija, transdukcija.
Mikrobiološke osnove genetičkog inženjerstva.
6. V VIII vežba Hranljive podloge Pogl. 5 (5.7)
- selektivne, neselektivne i diferencijalne
13. V X predavanje Sistematika prokariota i reprezentativne grupe.
13. V IX vežba Rezultati i overa prethodne vežbe
20. V XI predavanje Patogenost bakterija i mehanizmi odbrane
domaćina. Antimikrobni agensi.
20. V X vežba Virusi, opšte karakteristike bakteriofaga Pogl. 12
- litčki i lizogeni ciklus, određivanje ukupnog broja
bakteriofaga indirektnom metodom, - morfologija plaka
Određivanje otpornosti bakterija na antibiotike Pogl. 13
27. V XII i XIII predavanje Osnovi ekološke mikrobiologije.
Primena mikroorganizama u biotehnologiji i
zaštiti životne sredine.
27. V XI vežba
Rezultati i overa prethodne vežbe
3. VI Kolokvijum II
Mikrobiologija (III godina, VI semestar) Kol I (20) Kol II (20) Praktični (30) Usmeni (30) ESPB (6)
Osnovi genotoksikologije (Izborni blok 5)
IV godina izborni kursevi
Mikrobiološki praktikum Kol (30) Praktično (40) Usmeni (30) ESPB (5)
Osnovi ekologije mikroorganizama seminari 5
Mikrobiologija voda seminari 5
Mikrobiologija zemljišta seminari 5
MASTER studije
Modul – Biologija mikroorganizama (uslov: Mikrobiologija i Mikrobiološki praktikum)
Genetika bakterija i bakteriofaga
Diverzitet i evolucija mikroorganizama
Metode u mikrobiologiji
Izborni blok 1 Ekologija mikroorganizma, Ekogenotoksikologija
Specijalističke (akademske) studije MIKROBIOLOGIJA (godinu dana, dva semestra)
Doktorske studije Modula Mikrobiologija (tri godine, šest semestara)
Mikrobiologija proučava:
• životne cikluse različitih mikroorganizama,
• raznovrsnost mikrobiološkog sveta i njegovu evoluciju,
• uticaj mikroorganizama na biljne i životinjske vrste, uključujući i čoveka,
• ulogu mikroorganizama u fundamentalnim biološkim istraživanjima.
Univerzalno filogenetsko stablo
Mikroorganizmi: velika i raznorodna grupa organizama, svoj životni ciklus provode kao pojedinačne ćelije ili grupe ćelija
- prokarioti: bacteria i archaea
- eukarioti: alge, gljive i protozoa
- acelularni: virusi
Karakteriše ih: -brz rast i reprodukcija
- promenljivost i brza adaptacija
- kosmopolitska rasprostranjenost
Zbog čega se tako nesrodni organizmi izučavaju u okviru mikrobiologije? - Jedinstvena metodologija izučavanja
- Odsustvo diferenciranih ćelija i tkiva
Prokarioti: Bacteria i Archaea
Escherichia coli 1x3m
Sulfolobus acidocaldarius
Kolonijalna alga
Volvox
Eukarioti: alge, gljive i protozoa
Gliva
Protoza
Acelularni mikroorganizmi - Virusi
Veličina mikroorganizama
• Značaj malih dimenzija:
- transport supstanci zavisi od površine membrane i volumena ćelije
- veća površina omogućava ćelijama manjih dimenzija brži rast
Predstavnici najvećih do sada otkrivenih prokariota
Epulopiscium fishelsoni ~ 0.5mm Thiomargarita namibiensis 750 m
Jednoćelijski mikroorganizam
Metabolizam
Rast i razmnožavanje
Pokretljivost
Diferencijacija
Interakcija i komunikacija
Nasledna promenljivost
Mikrobiološke metode
Izolovanje i gajenje čistih kultura u kontrolisanim laboratorijskim uslovima
Ispitivanje morfoloških, biohemijskih i fizioloških osobina
Sterilan rad obezbeđuje odsustvo svih drugih
mikroorganizama osim ispitivanog
Čvrsta hranljiva podloga – imobilizacija
ćelija tako da se mogu formirati golim
okom vidljive kolonije.
Izolovanje čiste kulture mikroorganizma
• Kolonija nastaje deobom jedne ćelije – klon
• Zasejavanjem kolonije u hranljivi medijum dobijamo kulturu
koja sadrži veliki broj jedinki
Kolonije bakterija
Serratia marcescens
na MacConkey podlozi
Pseudomonas aeruginosa
na triptikoza-soja agru
Shigella flexneri
na MacConkey podlozi
Dimenzije prokariota variraju od 0.1- 50 m.
Oblici bakterija loptaste
štapićaste
spirohete
spiralne
filamentozne
sa pupoljcima
Koke u lancima Filamentozne cijanobakterije Spiroheta
Bakterijske ćelije sa izraštajima
Filamentozne fototrofne
zelene bakterije
Deinococcus radiodurans
Mikroorganizmi i njihova životna sredina
Populacija mikroorganizama - grupa srodnih ćelija, nastalih deobama od jedne, parentalne ćelije.
Habitat ili stanište - mesto u prirodi gde se nalazi neka populacija.
Zajednice mikroorganizama - populacije različitih mikroorganizama na određenom staništu
(vodeni ekosistemi sa slobodno plivajućim vrstama ili vrste koje formiraju biofilm na različitim podlogama).
Rasprostranjenost mikroorganizama
• vodeni ekosistemi (okeani,
jezera, rečni tokovi, topli
izvori)
• kopneni ekosistemi (zemljište,
stene)
• viši organizmi (biljke i
životinje)
Osobine ekosistema veoma
često su određene aktivnošću
mikroorganizama
purpurne bakterije cyanobacteria
Purpurne bakterije u velikom broju
Tipični habitat Sulfolobus-a
Mnoge vrste Archaea mogu se naći u ekstremnim staništima (topli izvori)
Topli izvori Nacionalnog parka Yellowstone, USA, su bila
među prvim mestima u kojima su otkrivene Archaea.
Ovi bazeni imaju veoma male razlike u sadržaju minerala,
temperaturi, etc., i mogu sadržati različite zajednice archaean
i drugih mikroorganizama.Biolozi potapaju mikroscopske
pločice u topli izvor na koje se mogu prihvatiti archaea. Octopus Spring
Obsidian Pool
Odnosi u zajednicama
Međusobna interakcija - rezultati mogu biti
štetni ili korisni (kompeticija - korišćenje istih
supstrata, ili kooperacija - metabolička
aktivnost jednih kao izvor nutrijenata drugih)
Interakcija i sa fizičkim i hemijskim okruženjem
The Teeth and Dental Plaque
DAPI – boja za identifikaciju mikroorganizama iz različitih
staništa.
Neke boje mogu napraviti razliku (diferencijalno bojenje)
između živih i mrtvih ćelija
Fluorescent Staining Using DAPI Viability Staining
Fluorescentna antitela koja su specifična za jednu ili mali broj srodnih
vrsta se mogu primenjivati u identifikaciji. Zeleni fluorescentni protein koji omogućava ćelijama autofluorescenciju
koristi se u praćenju ćelija koje su unete u neki ekosistem. Za razliku od čistih kultura, u uzorcima iz prirode morfološki slične ćelije
mogu biti potpuno genetički različite.
Fluorescent Antibodies Filogenetsko fluorescentno bojenje
Biomasa mikroorganizama
- ukupno 5 1030 ćelija mikroorganizama na
Zemlji, najveći udeo prokariota u biomasi
- ključni rezervoar esencijalnih nutrijenata
C prisutan u bakterijama jednak je količini u
višim biljkama, dok je sadržaj N i P 10 x veći
Mikrobiologija kao fundamentalna nauka:
• Mikroorganizmi kao dobar model sistem za
razumevanje:
- funkcije ćelije
- hemijske i fiziološke osnove živih
organizama
• Pogodni za genetičke i molekularno-biološke
studije
Mikrobiologija kao primenjena nauka
rešava praktične probleme u mnogim
oblastima
Savremena znanja iz mikrobiologije se široko primenjuju u poljoprivredi, industriji, energetici, medicini, veterini, prečišćavanju otpada i zaštiti životne sredine, a u novije vreme u genetičkom inženjerstvu i biotehnologiji
Savremena bakteriologija proučava
• fiziologiju bakterija (uključujući strukturu, rast
i metabolizam),
• organizaciju bakterijskih genoma i regulaciju
ekspresije bakterijskih gena,
• mehanizme patogenosti i rezistencije na
antibiotike,
• diverzitet,
• ekologiju i evoluciju bakterija.
Istorijat mikrobiologije
• Razvoj mikrobiologije - u direktnoj vezi sa konstrukcijom mikroskopa
• Robert Hook - crtež mikroskopa (1664) uz pomoć koga je prvi opisao mikroorganizme (plesni) 1665.
Replika mikroskopa
Antoni van Levenhuk-a
(1632-1723) pomoću
koga je prvi opisao
bakterije 1684.god
Animalcules Crtež filamentozne sumpor-okosidišuće bakterije Beggiatoa mirabilis (Ferdinand Cohn, 1866.)
Veliki oponent spontane generacije, hipoteze da organizmi nastaju iz nežive prirode, francuski hemičar Louis Pasteur (1822-1895).
Eksperiment Pasteur-a
Mikroorganizmi kao uzrok nastanka bolesti Robert Koch (1843-1910)
Robert Koh (1843-1910)
• mikrorganizam se mora izolovati iz zaražene
individue i odgajiti u čistoj kulturi;
• čista kultura nakon inokulacije u zdrave
životinje mora izazvati simptome
karakteristične za tu bolest;
• mikroorganizam mora biti reizolovan iz
veštački zaražene životinje i ponovo kultivisan
u laboratoriji - dokaz da se radi o istoj vrsti
organizma.
• Koh je prvi odgajio
bakterije na čvstoj
podlozi i dobio čistu
kulturu.
• Velik doprinos je vezan
za tuberkulozu:
- mikroskopija,
- bojenje tkiva,
- izolacija čiste kulture i
inokulaciju u životinju.
Beijerinck i Winogradsky su razvili tehniku obogaćivanja kulture
Otkriće procesa hemolitotrofije, hemoautotrofije i fiksacije azot
Aerobna
bakterija koja
fiksira azot
(Azotobacter,
Martinus
Beijerinck, 1900.)
Purpurne sumporne
fototrofne bakterije
(Sergei Winogradsky,
oko 1887.)
Glavni događaji u istoriji mikrobiologije
Ispitivanje filogenetske srodnosti
Bacteria
Raznolikost u morfologiji i fiziologiji i filogenetska udaljenost
Univerzalno filogenetsko stablo