Indriis Muinieks BIOLOIJAS PAMATI DABASZINTU STUDENTIEM MIKROBIOLOIJA 2015
Indriķis Muižnieks BIOLOĢIJAS PAMATI DABASZINĀTŅU STUDENTIEM MIKROBIOLOĢIJA 2015. gads
MIKROBIOLOĢIJA LEKCIJU SARAKSTS BAKTĒRIJU DAUDZVEIDĪBA MIKROORGANISMU LOMA EVOLŪCIJĀ PIELIETOJAMĀ MIKROBIOLOĢIJA VĪRUSI
MIKROBIOLOĢIJA LEKCIJU MATERIĀLI http: //priede. bf. lu. lv/grozs/Biologija_nebiologiem/Biologhija_ (Biol 1001)/Lekcijas/05_Mikrobiol_dabaszin_studentiem/ Četri īsie kontroldarbi katras lekcijas laikā, atzīme par kursa daļu: vidējā no trim labākajiem kontroldarbiem Kontroldarbu rakstīšanas iespējas ārpus lekciju laika: dzintra. zala@lu. lv; Dabaszinātņu Akadēmiskajā centrā, 543. telpa
BIOLOĢISKĀ KLASIFIKĀCIJA DABAS DAUDZVEIDĪBA, VALSTIS UN DOMĒNI, KLASIFIKĀCIJAS KATEGORIJAS BAKTĒRIJU DAUDZVEIDĪBA PROKARIOTU ŠŪNAS UZBŪVE PROKARIOTU KLASIFIKĀCIJA IESKATS MIKROBIOLOĢIJAS VĒSTURĒ
www. vub. ac. be/. . . /courses/TCB/biodiversity. jpg
ORGANISMU KLASIFIKĀCIJA – MĒĢINĀJUMS SAKĀRTOT BIOLOĢISKO DAUDZVEIDĪBU Taksonomija – bioloģijas nozare, kas pēta organismu klasifikāciju. Taksonomija organismu daudzveidībā veido hierarhiskus grupējumus jeb taksonus. Dabiskā taksonomija – atspoguļo organismu evolūciju Mākslīgā taksonomija – izmantojama noteiktiem praktiskiem mērķiem
Pirmā lekcija KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI Kā sakārtot ?
Pirmā lekcija KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI Mākslīgā taksonomija
Pirmā lekcija KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI Mākslīgā taksonomija
Pirmā lekcija KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI Dabiskā taksonomija
EVOLUCIONĀRĀ TAKSONOMIJA Darvins, “Sugu izcelšanās”: … klasifikācija kļūs par ģenealoģiju Čārlzs Darvins [Darwin] (1809. - 1882. ) On the Origin of Species by Means of Natural Selection (1859. ) The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (1871. )
EVOLUCIONĀRĀ TAKSONOMIJA Darvins, “Sugu izcelšanās”: … klasifikācija kļūs par ģenealoģiju FILOĢENĒTISKAIS KOKS
PIECAS vai SEŠAS (vai astoņas) DABAS VALSTIS Aļģes un protozoji Monēras BEZŠŪNU DZĪVĪBAS FORMA - VĪRUSI
AUGSTĀKĀS TAKSONOMISKĀS KATEGORIJAS – VALSTIS, DOMĒNI BEZŠŪNU DZĪVĪBAS FORMAS : VĪRUSI
DABAS VALSTIS Dzīvnieki: daudzšūnu fagotrofi ar kolagēnu saturošiem audiem un epitēliju, veido olšūnas, nespēj sintezēt lizīnu, fotosintezēt, bez plastīdām. Vairumā gadījumu ar nervu sistēmu un zarnu traktu.
DABAS VALSTIS Augi: daudzšūnu organismi, kam bieži novērojama fotosintēze un citosolā ir divkāršā membrānas apvalkā ietvertas plastīdas; vairumā gadījumu šūnām ir celulozi saturošs šūnapvalks, tās nespēj fagocitēt, veido lizīnu.
DABAS VALSTIS
Pirmā lekcija DABAS VALSTIS PROTISTI · Protozoa (protozoji): pārsvarā vienšūnas fagotrofi, visbiežāk nefotosintezējoši, dažreiz ar membrānās ietvertām plastīdām, parasti nesatur šūnapvalku. · Chromista (aļģes): parasti fotosintezējoši vienšūnas organismi ar membrānā ietvertām plastīdām raupjā endoplazmātiskā tīkla telpā; veido lizīnu; sastopami arī absorbējoši heterotrofi bez plastīdām, vairumā gadījumu ar celulozi saturošu šūnapvalku, reti arī fagocitējošas šūnas.
PROKARIOTI - MONĒRAS Baktērijas un arheji: pārsvarā absorbējoši heterotrofi, daži arī hemoautotrofi vai fotoautotrofi vienšūnas organismi ar gredzenveida, pie šūnas membrānas piestiprinātu DNS molekulu, bieži ar peptidoglikānu šūnapvalkā un ar rotējošu flagellu. P. Chatton, ~1930
Šūnas mehānisko izturību stiprina: lipīdi – steroīdi (holesterīns) šūnas citoplazmatiskajā membrānā dzīvniekiem; celulozi saturošs šūnapvalks (siena) augiem un aļģēm; hitīnu saturošs šūnapvalks (siena) sēnēm; peptidoglikānu saturošs šūnapvalks (siena) baktērijām; proteīna veidots šūnapvalks (siena) arhebaktērijām.
DZĪVNIEKU SUGA Reāli vai iespējami savstarpēji krustojošās dabiskas populācijas, kas ir reproduktīvi izolētas no citām līdzīgām grupām PROKARIOTU SUGA Šūnas ar līdzīgām īpašībām Ģenētiskā apmaiņa nav sugu robežas kritērijs Analoģija ar fosīlo sugu definēšanu: Fosīlijām nav iespējams noteikt, kurš ar kuru spēja krustoties. Tādejādi fosīlās sugas, tāpat kā baktērijas, tiek definētas tikai pēc pazīmju līdzības.
BIOLOĢISKĀS NOMENKLATŪRA = TAKSONU NOSAUKŠANAS NOTEIKUMI (NOMENKLATŪRAS KODI) Binārā nomenklatūra: <Genus><species><Autors> International Code of Zoological Nomenclature, 4 -th ed. (1999) International Code of Botanical Nomenclature (2000) International Code of Nomenclature for Cultivated Plants (2004) International Code of Nomenclature of Bacteria (1990, 1998) International Code of Virus Classification and Nomenclature (2000) Draft Bio. Code (1997). http: //www. iczn. org/iczn/index. jsp http: //www. bgbm. org/iapt/nomenclature/code/Saint. Louis/0000 St. Luistitle. htm http: //www. ishs. org/sci/icracpco. htm http: //www. ncbi. nlm. nih. gov/books/bv. fcgi? indexed=google&rid=icnb. TOC http: //www. ictvdb. rothamsted. ac. uk/ICTVWeb/rules. html http: //www. bgbm. org/iapt/biocode/
Hierarhiskās kategorijas taksonomijā Tipu lieto lielākoties zooloģijas, nodalījumu – botānikas objektu klasifikācijā Retāk lietotas kategorijas: zars, triba, leģions, kohorta, alianse Galvenajām taksonomiskajām kategorijām var veidot augstāka un zemāka līmeņa atvasinātās kategorijas: ar priedēkli “virs-” [“super”-] vai “liel-” [“magn- ” ] (kārta) ar priedēkli “apakš-” [“sub”-] vai “infra- ”, “mikro-”, “parvo-”
BIOLOĢISKĀ NOMENKLATŪRA Taksonomijas kategorijas ir sakārtotās stingri noteiktā hierarhiskā sistēmā, tām nosaukumus piešķir atbilstoši nomenklatūras kodeksiem.
Proc Natl Acad Sci U S A 1998 Jun 9; 95(12): 6578 -83 Prokaryotes: the unseen majority. Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ Department of Microbiology, University of Georgia, Athens GA 30602, USA ZEMI APDZĪVO APMĒRAM 4 -6 x 1030 baktēriju šūnu, tās satur ap 350 - 550 x 1012 kg organiskā oglekļa 85 -130 x 1012 kg organiskā slāpekļa 9 - 14 x 1012 kg organiskā fosfora. Baktērijas ir lielākais organisko savienojumu avots dabā Identificēto sugu skaits 2014. gadā ~ 10 000 (13 537 atzīti sugu nosaukumi), dažādu 16 S RNS secību ~ 50 000, domājams, ka eksistē ap desmit miljonu dažādu baktēriju sugu
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
ŠŪNU UZBŪVE - EIKARIOTI
PROKARIOTU ŠŪNU ĪPATNĪBAS • nav ar membrānu norobežots kodols; • nav ar membrāmām norobežotu organellu • ir šūnu membrānas ieliekumi (invaginācijas) - mezosomas Atšķirības ribosomu uzbūvē
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI ŠŪNU IZMĒRI 1000 nm
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI ŠŪNU IZMĒRI Sīkākie prokarioti, ap 0. 3 mm Rickettsia sp. parazitē epitēlija šūnās
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI ŠŪNU IZMĒRI 1999. g. atklāts pagaidām lielākais pazīstamais prokariots , diametrs ~750 mm Sulfīdu oksidējoša Thiomargaritana namibiensis no Rietumāfrikas ezeru dūņām Schulz HN, Brinkhoff T, Ferdelman TG, Marine MH, Teske A, Jorgensen BB. Dense populations of a giant sulfur bacterium in Namibian shelf sediments. Science 1999 Apr 16; 284(5413): 493 -5
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI PROKARIOTU ŠŪNU FORMA Koki Nūjiņas Spirillas
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI Gr+ un Gr-(Gram-plus un mīnus) baktērijas būtiski atšķiras pēc šūnapvalka uzbūves KRĀSOŠANA PĒC GRAMA 1887. g. atklāta diferenciālās krāsošanas metode
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI GRAM(+) UN GRAM (-) BAKTĒRIJU ŠŪNU SIENU UZBŪVES ATŠĶIRĪBAS
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI GRAM(+) UN GRAM (-) BAKTĒRIJU ŠŪNU SIENU UZBŪVES ATŠĶIRĪBAS
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI PEPTIDOGLIKĀNA SLĀNIS Peptidoglikāns atrodams tikai prokariotu šūnapvalkā. Polisaharīda (glikāna) ķēdes veido N-acetilmuramskābe un N-acetilglikozamīns. Tās savstarpēji saista D –aminosk. saturoši peptīdi. Peptidoglikāna veidošanos kavē penicilīna grupas antibiotikas.
Baktēriju klasifikācija Četras galvenās grupas pēc šūnas apvalka īpatnībām Gr- Eubacteria īstās baktērijas ar šūnas apvalku (16 pakšgrupas); Gr+ Eubacteria ar šūnas apvalku ( 13 apakšgrupas, no tām 8 – aktinomicētes); Eubacteria bez šūnas apvalka (1 apakšgrupa); Archaeobacteria arhebaktērijas (5 apakšgrupas).
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI GENOMS - NUKLEOĪDS
NUKLEOĪDA IZMĒRI (b. p. ) Daļēji no Genomes. Annu. Rev. Genet. 1998, 32: 339 -377 Eikarioti raugs. Saccharomyces cerevisiae mikrosporija Spraguea lophii Baktērijas Myxococcus xantus Escherichia coli Mycobacterium tuberculosis Bacillus subtilis Mycobacterium leprae Haemophilus influenzae Helicobacter pylori Methanococcus jannaschii Borrelia burgdorferi Mycoplasma pneumoniae Mycoplasma genetalium Nanoarchaeon equitans Carsonella ruddii Vīrusi Bakteriofāgs G Aļģu mimivīrusi 12, 067, 280 6, 200, 000 9, 200, 000 4, 639, 221 4, 397, 000 4, 170, 000 2, 800, 000 1, 830, 137 1, 667, 867 1, 664, 974 946, 000 816, 394 580, 000 490, 000 159, 662 670, 000 1 200 000 http: //www. dur. ac. uk/~dbl 0 www/Bioinformatics/dogs. htm
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI PLAZMĪDAS Patstāvīgi vairoties spējīga neliela ģenētiskās informācijas deva
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI VICAS - FLAGELLAS KUSTĪBA
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI VICAS - FLAGELLAS REPELENTI HEMOTAKSE ATRAKTANTI INDIFERENTI
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI VICAS -PILI DZIMUMFUNKCIJA TRANSMISIBILITĀTE
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI VICAS - FIMBRIJAS ŠŪNU SAĶERŠANĀS, PIESTIPRINĀŠANĀS BIOPLĒVES
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI IESLĒGUMI Aquaspirillum magnetīta daļiņas Azotobacter cistās, kas veidojas nelabvēlīgos augšanas apstākļos, tajās kā rezerves barības vielas tiek uzkrāti polihidroksisviestskābes (PHB) ieslēgumi
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI SPORAS IR PIELĀGOJUMI IZDZĪVOŠANAI NELABVĒLĪGOS VIDES APSTĀKĻOS Bacillus sporu veidošanās
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI DINOZAURU LAIMKETA SPORAS ? Dzintarā ieslēgta bite no dinozauru laikmeta No 65 milj. g. v. sporām izaugušas Bacillus sphaericus kolonijas 1991, R. Cano & M. Borucki no ~ 65 milj. g. vecas, dzintarā ieslēgtas bites vēderā atrastām sporām izaudzē Bacillus sphaericus Ambergene
Gram-pozitīvi Gram-negatīvi, ekstremofīli ? Gram-negatīvi Mycoplasma Bez šūnapvalka Īsto baktēriju (Eubacteria) evolūcijas koks
DABAS VALSTIS un DOMĒNI - PĀRSKATS DABAS DOMĒNI
ARHEBAKTĒRIJU ĪPATNĪBAS
ARHEBAKTĒRIJU ĪPATNĪBAS
ARHEBAKTĒRIJU ĪPATNĪBAS
IESKATS MIKROBIOLOĢIJAS VĒSTURĒ
Vēsture Antonijs van Lēvenhuks /Leewenhoek/ (1632. – 1723. ). Pirmie baktēriju novērojumi mikroskopā ap 1674. gadu. Pirmais baktēriju zīmējums publicēts Transactions of Royal Society (London) 1680. un 1683. gadā
Vēsture Ferdinands Kons /Cohn/ (1828. - 1898. ) Vācu botāniķis, Vroclavas (Breslavas) Universitātes profesors. 1872. g. publicēja trīssējumu darbu, kurā klasificēja baktērijas ģintīs un sugās. Bakterioloģijas zinātnes izveidotājs. Atbalstīja Roberta Koha pētījumus, deva viņam iespēju strādāt savā laboratorijā.
Vēsture Roberts Kohs /Koch/ (1843. – 1910. ) Liesas sērga, 1876. , tuberkuloze, 1882. , holera, 1884.
Vēsture Lui Pasters /Pasteur/ (1822. -1895. ) optiskie izomeri, rūgšanas pētījumi, imunizācija “MIKROBIOLOĢIJA” - Pastērs, 1882. g
Vēsture Pirmie latviešu zinātnieki - mikrobiologi Eižens Zemmers (1843. – 1906. ) Kristaps Helmanis (1848. – 1892. ) Otto Kalniņš (1856. – 1891. ) Liesas sērga, ļaundabīgie ienāši, lopu mēris, tuberkuloze. Maleīns, tuberkulīns
DABAS DAUDZVEIDĪBA Ernsts Meirs (Mayr), dzīvnieku taksonomijas klasiķis, apšauba dzīvās dabas iedalījumu trijos domēnos. PNAS, 95, 9720, 1998 Karls Vēse (Woese), arhebaktēriju atklājējs: “Zeme ir mikrobu planēta, uz kuras makroorganismi ir neseni atnācēji - ļoti interesanti un ārkārtīgi sarežģīti, ne tā kā vairums mikrobu, bet galu galā salīdzinoši nenozīmīgi globālajā kontekstā. ” PNAS, 95, 11043, 1998
- Slides: 60