20 11 ./20 12 . mācību gada 2. semestris

1. Bioloģijas laboratorijas eksperimenta veidošanas un demonstrēšanas metodika.Sadaļa: "Mikrobioloģija un biotehnoloģija". 2011./2012. mācību gada 2. semestris Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

2. Mikroorganismu un to dzīves vides daudzveidība. 1-2. lekcija Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

3. Literatūra • Lekciju konspekti -http://priede.bf.lu.lv/grozs/Mikrobiologijas/Maris/Biol_lab_eksperimenta_veid_un_demonstr_metodika/ • Jebkura mikrobioloģijas / biotehnoloģijas grāmata, • e - resursi. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

4.  Mikrobioloģija Zinātnes nozare, kas apraksta un pēta mikroorganismus. Apzīmējums veidots no grieķu valodas vārdiem: mikros – mazs bios – dzīve logos – mācība Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

5.  Mikrobioloģija Vīrusi Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

6.  Mikrobioloģija Galvenie pētījumu objekti: - baktērijas (bakterioloģija), - rauga un pelējuma sēnes (mikoloģija), - vīrusi (virusoloģija). Mikrobioloģija nenodarbojas ar: - eikariotiem piederošām mikroskopiskām aļģēm un vienšūnas dzīvniekiem (amēbas u.c.), - mikroskopiskām ērcēm u.c. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

7.  Biotehnoloģija Zinātnes nozare, kas izmanto dzīvības procesus, lai iegūtu noteiktus produktus, savienojumus vai to pārvērtības. Apzīmējums veidots no grieķu valodas vārdiem: bios – dzīve techne – māksla, meistarība logos– mācība Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

8. Fizioloģija Citoloģija Molekulārā Ģenētika Selekcija Histoloģija bioloģija Biotehnoloģija Vakcīnas Pārtika Ķimikālijas Medikamenti Mājlopi Enzīmi Diagnostika Kultūraugi Vides attīrīšana Biomasa Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

9.  Biotehnoloģija Galvenie pētījumu un darbības objekti: - rūgšanas procesi, - pārtikas produktu pārveidošana ar mikroorganismu (arī enzīmu) palīdzību, - vides biotehnoloģija, - biomasas iegūšana, - noteiktu savienojumu izdalīšana no biomasas, dzīvās un nedzīvās dabas objektiem vai produktiem, - kaitēkļu un slimību apkarošana. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

10.  Biotehnoloģija Pēdējā laikā pieskaita arī: - dažādas molekulārās diagnosticēšanas metodes, un tām nepieciešamo reaģentu ieguvi, - organismu ģenētisko modificēšanu un ar to saistītās metodes kā arī tehnoloģijas, kurās izmanto ģenētiski modificētos organismus. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

11. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

12. Mikroorganismu morfoloģija gr. morphe– forma, veids. Apraksta organismu uzbūvi no ārpuses. Mikroorganismu galvenās morfoloģiskās pazīmes ir šūnu forma un savstarpējais novietojums. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

13. Mikroorganismu morfoloģija Baktēriju izmēri: - parasti 1µm - 10 µm (0,001 mm - 0,01 mm); - mazākie pārstāvji - sākot no 0,2µm, - lielākie - līdz 1000 µm (1,0 mm) lielākā zināmā baktērija Thiomargarita namibiensis http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Thiomargarita Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

14. Mikroorganismu morfoloģija Baktērijas - parasti 1µm - 10 µm Eikariotu šūnas ir aptuveni 10x lielākas to vidējais izmērs ~ 25 (10 - 100) µm lielākas ir augu šūnas - līdz 100 µm šūnas kodola diametrs ~ 5 µm cilvēka eritrocīta diametrs - 6 - 8 µm Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

15. Mikroorganismu morfoloģija Baktērijas - parasti 1µm - 10 µm - maizes rauga (Saccharomyces cerevisiae) šūnas izmēri parasti 5 - 10 µm - mikroskopisko daudzšūnu sēņu hifu diametrs 2 - 10 µm, garums nereti - vairāki centimetri, bet tās uzskatamas par daudzšūnu veidojumu. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

16. Mikroorganismu morfoloģija Vairumam baktēriju šūnu ir sfēriska, cilindriska vai spirāles forma. Šūnas var - atrasties atsevišķi pa vienai vai arī būt - sakopotas pa vairākām - noteikta veida grupās vai pavedienos. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

17. Mikroorganismu morfoloģija Pēc morfoloģiskajām pazīmēm tiek izdalīti vairāki baktēriju veidi: koki, nūjiņas, spirillas, vibrioni. Daži autori papildus vēl izdala: toroīdus, baktērijas ar izaugumiem (prostēkām), tārpveida baktērijas, sešstūrainas zvaigznes formas baktērijas. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

18. Koki gr. kokkos – grauds. Sfēriskas formas mikroorganismi. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

19. Koki Atsevišķu koku šūnu diametrs ir aptuveni 1µm. Ja sfēriskās šūnas ārpus dalīšanās (vairošanās) procesa sastopamas pa vienai, baktērijas sauc par mikrokokiem (monokokiem). Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

20. Koki Ir koki, kuru šūnu dalīšanās notiek vienā plaknē. Ja pēc šādas dalīšanās šūnas paliek kopā, veidojas šūnu pāri vai šūnu virknes. Pa pāriem esošus kokus sauc par diplokokiem. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

21. Koki Ja koki veido garākas šūnu virknes, tos sauc par streptokokiem. gr. streptos – ķēdīte. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

22. Koki Ja koku šūnas vienmērīgi dalās trijās plaknēs un pēc dalīšanās paliek kopā, veidojas regulāras formas vai sfēriski šūnu kopojumi. Šādus veidojumus sauc par sarcīnām. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

23. Koki Ja koku dalīšanās notiek trijās plaknēs, taču nevienmērīgi, tad rodas neregulāras formas šūnu sakopojumi, kurus sauc par stafilokokiem. gr. staphyle – vīnogu ķekars. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

24. Nūjiņas Daudzām baktērijām ir cilindriska forma. Šādas baktērijas sauc par nūjiņām. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

25. Nūjiņas Nūjiņu garuma un platuma attiecība var stipri variēt, īsās nūjiņas dažkārt ir grūti atšķirt no kokiem. Mainība bieži atkarīga no vides, augšanas apstākļiem un šūnas vecuma. Nūjiņu izmēri aptuveni 0,5 x 10 µm. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

26. Garās nūjiņas Garās nūjiņveida baktēriju šūnas nereti ir saliekušās vai sagriezušās spirālē. Spirālē sagrieztos mikroorganismus var raksturot ar vijumu skaitu spirālē. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

27. Spirillas Ja spirālei ir viens vai vairāki vijumi, baktērijas sauc par spirillām. Spirillu šūnu platums līdzīgs nūjiņām, bet garums var sasniegt pat 100 µm. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

28. Vibrioni Ja spirālei ir ne- pilns vijums, bak- tērijas sauc par vibrioniem un tie izskatās pēc saliektām nūjiņām. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

29. Toroīdi Atsevišķām baktērijām raksturīga vaļēja vai slēgta gredzena forma. Šādas šūnas sauc par toroīdiem. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

30. Sporulējošās baktērijas Zināmas baktērijas, kuras nelabvēlīgu apstākļu pārciešanai veido sporas (sporulējošās baktērijas). Sporu veidošanas laikā parastā baktē- rijas forma var būt izmainīta. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

31. Baktērijas Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc: • šūnas ultrastruktūrām, • šūnai raksturīgām metabolisma pazīmēm, • šūnas ķīmiskā sastāva (DNS, lipīdi, pigmenti), • šūnas antigēnu rakstura (imunoloģiski noteiktie serotipi). Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

32. Baktērijas Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc: • šūnas ultrastruktūrām, - membrānu veidojumi, ieslēgumi, - šūnapvalka uzbūves īpatnībām, piemēram, gram-pozitīvās, gram-negatīvās baktērijas, izmantojot specifisku, zinātnieka Kristiana Grama (1843-1938) izveidotu baktēriju iekrāsošanas metodi. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

33. Krāsošana ar Grama metodi Grama metodei pamatā ir ārsta Paula Erliha ieviestā mikroorganismu krāsošana ar anilīna grupas krāsvielu - genciānvioleto (kristālvioleto). Grams pamanīja, ka: - šī krāsviela kopā ar joda - kālija jodīta šķīdumu ūdenī kļūst nešķīstoša. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

34. Krāsošana ar Grama metodi Grams pamanīja, ka: ir baktērijas, kuras pēc tam ar etanolu - var atkrāsot (gram-negatīvās), un ir tādas, kuras - nevar atkrāsot. (gram-pozitīvās). Mūsdienās šī metode uzlabota, lietojot gram negatīvo baktēriju papildus iekrāsošanu ar citu krāsvielu (safranīnu-O, fuksīnu). Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

35. Krāsošana ar Grama metodi Gram-pozitīvas un Gram-negatīvas baktērijas Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

36. Krāsošana ar Grama metodi Gram negatīvo un Gram pozi- tīvo baktēriju maisījums. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

37. Krāsošana ar Grama metodi Gram pozitīvo baktēriju šunapvalkā ietilpst biezs peptidoglikānu slānis, kas neļauj violeto krāsvielu atmazgāt. Lipopolisaharīdi Peptidoglikāni Lipoproteīni Plazmatiskā membrāna Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

38. Baktērijas Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc: šūnai raksturīgām metabolisma pazīmēm: • mikroorganismus audzējot dažādus savienojumus saturošās barotnēs: - glikozi saturošā, - laktozi saturošā, - maltozi saturošā utt. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

39. Baktērijas Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc: šūnai raksturīgām metabolisma pazīmēm: • mikroorganismu kultūrā pārbaudot noteiktu enzīmu klātbūtni: - katalāzi, - koagulāzi, - ureāzi u.c. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

40. Baktērijas Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc: šūnas ķīmiskā sastāva: - noteiktu ķīmisko elementu daudzums, attiecības šūnās, - šūnām raksturīgā lipīdu, taukskābju spektra, - noteiktu pigmentu klātbūtnes šūnās, - pēc DNS: - G+C saturs, - 16S ribosomālās RNS (rRNS) gēna nukleotīdu secības. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

41. Baktērijas Papildus morfoloģiskajām pazīmēm baktērijas klasificē pēc: šūnām raksturīgo antigēnu klātbūtnes - imunoloģiskie serotipi, kurus nosaka ar noteiktu antivielu palīdzību un tie ļauj atšķirt arī vienas baktēriju sugas dažādas līnijas, raksturot to iespējamo patogenitāti. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

42. 3 dzīvās dabas domēni Prokarioti Eikarioti (Eukaryota) Īstās Baktērijas (eibaktērijas) (Bacteria) Arheji (arhebaktērijas) (Archaea) Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

43. 3 dzīvās dabas domēni Lai uzsvērtu, ka starp prokariotiem ir divas visai atšķirīgas organismu grupas, tagad visi dzīvie organismi tiek grupēti 3 domēnos: - baktērijas, - arheji un - eikarioti. Taču nereti vēl sastopams arī agrākās sistēmas lietojums, kurā visi prokarioti tiek apzīmēti par baktērijām. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

44. 3 dzīvās dabas domēni Pamatojumi prokariotu dalīšanai divās grupās radās 1977. gadā, kad, pētot un salīdzinot mikroorganismu 16S rRNS gēnu DNS sekvences, tās grupējās divās visai atšķirīgās grupās. 16S rRNS ir RNS molekula, kas piedalās ribosomas struktūras veidošanā. Tā kā ribosomu RNS gēni ir pārstāvēti visos dzīvajos organismos un tiem visiem saglabājusies diezgan liela līdzība, tie tiek plaši lietoti organismu un to radniecības raksturošanai. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

45. Ribosomas Ribosomas ir RNS un proteīnu veidojumi, kas organizē un katalizē proteīnu biosintēzi (translācijas procesu). Katru ribosomu veido divas subvienības - lielā un mazā. Pēc uzbūves un darbības principa prokariotu un eikariotu ribosomas ir visai līdzīgas, taču pēc izmēriem tās atšķiras. Prokariotu ribosomas ir mazākas. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

46. Ribosomas Prokariotu ribosomas apjoms ir 70S un to veido viena 30S (mazā) un viena 50S (lielā) subvienība. (S - Svedberga vienība, ko izmanto molekulāro struktūru izmēru raksturošanai ar ultracentrifugācijas palīdzību). Prokariotu ribosomas mazo (30S) subvienību veido 16S rRNS molekula un 21 proteīnu molekula. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

47. Ribosomas Eikariotu šūnu citoplazmā atrodamās ribosomas ir lielākas (80S), tāpat kā abas to veidojošās subvienības - 40S un 60S. Eikariotu ribosomu mazo subvienību veido 18S rRNS un 33 proteīnu molekulas. Eikariotu šūnu organellās (hloroplastos, mitohondrijās) arī atrodamas ribosomas, taču tās pēc saviem izmēriem (70S) un struktūras vairāk līdzīgas prokariotu ribosomām. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

48. Daudzveidība Īstās Baktērijas Arheji Patlaban oficiāli atzīts ap 9 300 sugu Prognozē, ka patiesais sugu skaits varētu būt 107 - 109 sugu. Sistemātiku apgrūtina baktēriju salīdzinoši lielā mainība un spēja apmainīties ar DNS. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

49. Daudzskaitlība Aptuvenas aplēses rāda, ka: - 1 g augsnes ir ap 40 000 000 baktēriju, - 1 ml saldūdens ir ap 1 000 000 baktēriju, - cilvēku apdzīvo 10 reizes vairāk baktēriju, nekā pašam cilvēkam organismā šūnu, - uz zemes baktēriju veidotā biomasa ir lielāka nekā visu augu un dzīvnieku kopīgi veidotā biomasa. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš

50. Izplatība Prokariotu pārstāvji spējuši pielāgoties praktiski visiem vides apstākļiem, kādi vien uz Zemes sastopami un, kuros pieejams ūdens šķidrā agregātstāvoklī, neatkarīgi no: - skābekļa pieejamības, - sāļu koncentrācijas, - vides temperatūras u.c. parametriem. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš