BI06 1-4 Flashcards
perustutkimus
tavoitteena on tuottaa uutta tietoa tarkasteltavasta asiasta
soveltava tutkimus
tutkimus, joka tuottaa käytännön sovellukseen johtavaa tietoa.
biotalous
uusiutuvien luonnonvarojen käyttö ravinnon, energian, tuotteiden ja palvelujen tuottamisessa
biotekniikka
tekniikka, jossa käytetään apuna eliöitä, soluja, solujen osia tai orgaanisia molekyylejä
solubiologia
tutkitaan solujen rakennetta ja toimintaa
mikrobiologia
tutkitaan mikrobien rakennetta, elintoimintoja ja niiden hyödyntämismahdollisuuksia. Mikrobeja ovat mikroskooppisen pienet eliöt, esimerkiksi bakteerit.
molekyylibiologia
tärkeimpiä tutkimuskohteita ovat DNA:n rakenne, geenien toiminta ja proteiinit.
genetiikka
tutkitaan geenien rakennetta, toimintaa, muuntelua ja periytymistä
synteettinen biologia
soveltavaa biologiaa, jossa suunnitellaan ja rakennetaan biologisia systeemejä, kuten eliöitä, soluja tai solun osia, joita ei esiinny luonnossa
geenitekniikka
kartoitetaan eliöiden perimää sekä tutkitaan, siirretään ja muokataan geenejä. Sen avulla voidaan esimerkiksi selvittää sairauksien geneettisiä taustoja ja saada tietoa eliöiden välisistä sukulaisuussuhteista.
geeni
DNA-molekyylin jakso, jotka sisältää informaatiota proteiinien tai RNA-molekyylien valmistamiseen
genomi
eliön koko perimä
DNA-sekvenssi
emäsjärjestys
bioinformatiikka
perustuu matematiikkaan, tietojenkäsittelyoppiin ja tilastotieteeseen.
bioteollisuus
kaikki teollisuuden alat, jotka käyttävät tuotteissaan tai niiden valmistuksessa biotekniikkaa.
bioreaktori
laite, jossa tuotanto-olosuhteita, kuten happipitoisuutta, lämpötilaa ja eri ravintoaineiden määriä, pystytään tehokkaasti säätelemään. Bioreaktori on steriloitu ja suljettu niin tiiviisti, ettei sinne pääse ulkopuolisia mikrobeja. Bioreaktoreissa mikrobit tuottavat entsyymejä tai muita proteiineja solujensa sisälle tai erittävät niitä kasvatusliuokseen. kasvatusliuos vettä ja siihen lisättyjä ravintoaineita
mikromuovi
alle 5mm kokoinen muovipartikkeli
mikrobi
yleisnimitys kaikille mikroskooppisen pienille eliöille ja viruksille. Mikrobeja ovat esimerkiksi bakteerit, arkeonit, hiiva- ja homesieniet sekä yksisoluiset levät
domeeni
Eliöt jaetaan geeni- ja molekyylibiologisten tutkimusten perusteella kahteen domeeniin. Yhden domeenin muodostavat bakteerit ja toiseen domeeniin kuuluvat arkeonit sekä arkeoneista kehittyneet tumalliset eliöt.
bakteerien ja arkeonien solurakenne
tumattomia eliöitä. Niillä ei ole tumakoteloa eikä kalvollisia soluelimiä, ja ne ovat kooltaan paljon pienempiä kuin tumallisten eliöiden solut.
syanobakteerien merkitys
ensimmäisiä eliöitä, jotka kykenivät fotosynteesiin. Yhteyttämisen tuloksena kaasukehään vapautunut happi reagoi myrkyllisten kaasujen, kuten metaanin, kanssa. Sen seurauksena kaasut hävisivät ja nykyisenkaltainen ilmakehä alkoi vähitellen kehittyä. Hapesta alkoi myös kehittyä yläilmakehään otsonikerros, mikä suojaa eliöitä haitalliselta UV-säteilyltä.
endosymbioosi
Ensin askardarkeoni nielaisi sisälleen bakteerin, ja siitä muodostui suurempi, tumallinen solu. Solujen yhdistyessä perintöaineksen, DNA:n, määrä kasvoi aiempaa suuremmaksi ja kromosomien ympärille muodostyi tumakotelo. Tumallisten solujen tuman DNA on peräisin arkeoneilta. Osa soluhengitykseen kykenevistä bakteereista jäi muodostuneeseen soluun kokonaisina, ja niistä kehittyivät mitokondriot. Endosymbioosin toisessa vaiheessa fotosynteesiin kykenevät syanobakteerit päätyivät osaksi muodostunutta solua, ja niistä kehittyivät viherhiukkaset.
bakteerien rakenne
- puuttuu solulimakalvosto ja muut kalvolliset soluelimet, kuten mitokondriot, viherhiukkaset ja Golgin laite.
- aerobisilla solukalvosta poimuttunut soluhengityskalvosto, omavaraisilla solukalvosta poimuttunut yhteyttämiskalvosto
- soluseinä mureiinia (mykoplasmoilla ei soluseinää)
- Joillakin bakteereilla on soluseinän ulkopuolella limamainen kapseli, joka suojaa bakteeria ja jonka avulla se pystyy kiinnittymään kohteeseensa.
- Bakteerilla voi olla ripsiä tai siimoja, jotka auttavat sen liikkumista ja alustaan kiinnittymistä.
bakteerin kromosomi
vain yksi kromosomi. Se on rengasmainen ja osittain kiinnittynyt solukalvoon. Kromosomin DNA ei ole pakkautunut läheskään niin tehokkaasti kuin tumallisen solun DNA-molekyylit, jotka ovat kietoutuneet histoniproteiinien ympärille. Bakteerin kromosomissa on kuitenkin DNA:n lisäksi pieniä määriä proteiineja, jotka auttavat kromosomin pakkautumisessa.
plasmidi
bakteerilla mahdollisesti olevia erillisiä, pieniä DNA-renkaita
bakteerien ryhmäviestintä
Viestinnän avulla bakteerit pystyvät muuttamaan geeniensä ilmentymistä eli geenien ohjaamien proteiinien tuotantoa sen mukaan, miten tiheä ympärillä oleva bakteeripopulaatio on. Ryhmäviestintä perustuu bakteerien erittämiin viestimolekyyleihin, jotka sitoutuvat viestin vastaanottavissa bakteereissa reseptoreina toimiviin proteiinimolekyyleihin. Ryhmäviestintää tapahtuu samaan bakteerilajiin kuuluvien bakteerien lisäksi eri bakteerilajien sekä bakteerien ja muiden eliöiden välillä. jos tiheys pieni -> kohdegeenin ilmentyminen ei käynnisty. jos tiheys suuri -> viestimolekyyli-reseptorikompleksi (toimii säätelytekijänä transkription aloituksessa) -> kohdegeenin ilmentyminen käynnistyy
biofilmi
alustassaan kiinni kasvava bakteeripopulaatio
bakteerien luokittelu
perustuu tietoon niiden geenien emäsjärjestyksestä. Tietojen perusteella voidaan rakentaa bakteerien fylogeneettinen sukupuu
millä eri tavoilla bakteereja voidaan luokitella?
eri ryhmiin muodon, kasvutavan ja biokemiallisten ominaisuuksien perusteella.
kokki
pyöreä bakteeri
basilli
sauvamainen bakteeri
vibrio
käyrämäinen bakteeri
spirokeetta
kierteinen bakteeri
miten bakteereja luokitellaan kasvutavan mukaan?
yksittäin, pareittain (diplokokki) ja ketjuissa (streptokokki) tai rykelmissä (stafylokokki) kasvaviin bakteereihin
bakteerien luokittelu biokemiallisten ominaisuuksien perusteella
Bakteerien luokittelussa usein käytetty biokemiallinen ominaisuus on soluseinän rakenne, joka selviää gramvärjäyksellä. Soluseinän rakenteen perusteella bakteerit jaetaan grampositiivisiin ja gramnegatiivisiin bakteereihin.
grampositiiviset bakteerit
Grampositiivisten bakteerien solulima värjäytyy tummanvioletiksi. Ne antibiootit, jotka estävät bakteerin soluseinän rakentumisen, tehoavat erityisesti grampositiivisiin bakteereihin.
gramnegatiiviset bakteerit
gramnegatiiviset bakteerit jäävät värjäyksen jälkeen vaaleanpunaisiksi, eli solulima ei värjäydy
puhdasviljelmä
kaikki bakteeripesäkkeet ovat samaa lajia
puhdasviljelmän teko
tutkittavasta kohteesta otetaan ensin bakteerinäyte, jota laimennetaan useita kertoja. Sitten bakteerinäyte levitetään kasvatusmaljalle, johon alkaa kasvaa erilaisia bakteeripesäkkeitä. Kun otetaan näyte yhdestä maljalle kasvaneesta bakteeripesäkkeestä ja siirretään se uudelle kasvatusmaljalle, saadaan aikaan puhdasviljelmä, jossa kasvaa ainoastaan yhtä bakteerilajia. Koska monet bakteerit eivät elä yksin ja useimpia bakteereja ei osata kasvattaa laboratorioissa, puhdasviljelmän tekeminen ei kuitenkaan aina onnistu.
elatusaine
Bakteereja kasvatetaan elatusainetta sisältävillä kasvatusmaljoilla. Elatusaineessa on kaikkia bakteerien kasvuunsa ja lisääntymiseensä tarvitsemia ravinteita ja hivenaineita. Kasvatusmaljalla näkyvät eriväriset bakteeripesäkkkeet edustavat eri bakteerilajeja.
bakteerien lisääntyminen
Ennen jakautumista bakteerin perintöaines – sekä kromosomin että plasmidien DNA – kahdentuu. Näin kumpikin uusista bakteereista saa saman perimän kuin emobakteerilla.
bakteerien kasvuun vaikuttavat ympäristötekijät
lämpötila, vesipitoisuus, happamuus ja happipitoisuus. Bakteerit ovat sopeutuneet elämään hyvin monenlaisissa ympäristöissä. Jos ympäristössä ei ole lainkaan käytettävissä olevaa vettä, bakteerit joko vaipuvat lepotilaan tai kuolevat. Osa bakteereista menestyy pH-arvon suhteen neutraaleissa olosuhteissa, mutta osa bakteereista vaatii menestyäkseen joko hyvin hapanta tai emäksistä ympäristöä. Jotkut puolestaan tarvitsevat suolaista ympäristöä, jotta ne toimisivat normaalisti.
happi ja bakteerit
Aerobisille bakteereille happi on elinehto, koska ne saavat tarvitsemansa energian soluhengitysreaktioista. Anaerobiset bakteerit elävät hapettomissa oloissa, ja ne saavat tarvitsemansa energian käymisreaktioista. Happi on niille myrkyllistä, ja ne kuolevat joutuessaan tekemisiin hapen kanssa. Osa bakteereista, kuten ihmisen suolistobakteereihin kuuluvat kolibakteerit, pystyvät elämään sekä hapellisissa että hapettomissa oloissa.
lepoitiö
Epäedullisissa oloissa, kuten kylmyydessä tai kuivuudessa, monet bakteerit voivat muuttua lepoitiöiksi, jolloin niiden aineenvaihdunta on erittäin vähäistä. Lepoitiövaihe voi kestää hyvinkin kauan.
bakteerien perinnöllinen muuntelu
Bakteereissa tapahtuu paljon perinnöllistä muuntelua, jota aiheuttavat geenimutaatiot ja rekombinaatio. Geenimutaatioiden seurauksena syntyy uusia ominaisuuksia, jotka joko säilyvät tai häviävät luonnonvalinnan seurauksena. Bakteereissa tapahtuu myös rekombinaatiota eli syntyy uusia ominaisuusyhdistelmiä, mikä lisää bakteerien perinnöllistä muuntelua ja sopeutumista muuttuvaan ympäristöön.
miksi geenimutaatiot ilmenevät bakteereissa heti?
Bakteereilla on yksi kromosomi, joten jokaista alleelia on vain yksi kappale: bakteerit ovat siis haploidisia. Alleeleilta puuttuvat vastinalleelit, minkä vuoksi kaikki geenimutaatiot ilmenevät heti. Geenimutaatioita tapahtuu sekä kromosomin että plasmidien geeneissä. Valinta suosii ympäristöön sopeutumista edistävää geenimutaatiota, joka yleistyy nopeasti bakteeripopulaatiossa bakteerien tehokkaan lisääntymisen vuoksi.
transformaatio
Kun bakteeri kuolee, sen soluseinä ja solukalvo hajoavat ja perintöaines vapautuu ympäristöön. Elävät bakteerit voivat ottaa sisäänsä joko kokonaisia plasmideja tai kromosomin paloja. Kromosomin pala liittyy elävän bakteerin kromosomiin ja voi korvata kromosomista vastaavan alkuperäisen osan. Transformaatiota hyödynnetään esimerkiksi bakteereihin tehtävissä geenisiirroissa.
konjugaatio
Kaksi bakteeria voi kiinnittyä toisiinsa hetkeksi ja siirtää perintöainesta niiden välillä olevan ulokkeen, piluksen, kautta. Konjugaatiossa toinen bakteereista toimii perintöaineksen luovuttajana ja toinen vastaanottajana. Ensin luovuttajan perintöaines, kromosomi tai plasmidi, kahdentuu. Sen jälkeen perintöaineksen kopio siirtyy uloketta pitkin vastaanottajaan.