chp3 Μικροβιακή αύξηση Flashcards
define αύξηση/ανάπτυξη ενός μικροβιακού πληθυσμού
= η αύξηση του αριθμού των μικροβιακών κυττάρων
how does microbial increase occur
Συμβαίνει μέσο της διαδικασίας της διχοτόμησης (= the division of a single bacterial cell into two cell)
describe the process of bifurcation
- Διπλασιασμός του DNA
- Επιμήκυνση των κυττάρων μέχρι να αποκτήσουν διπλάσιο μέγεθος
- Σχηματίζουν το διάφραγμα που διαιρεί το κύτταρο σε 2
define γενεά
= το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί για την παραγωγή δυο κυττάρων από ένα
how does each γενεα differ and why
Ο χρόνος γενεάς είναι χαρακτηριστικός για κάθε είδος
μικροοργανισμού και επηρεάζεται από τις συνθήκες αύξησης του μικροβιακού κυττάρου
Name 2 ways we can show the microbial increase
- Με γραμμική κλίμακα (normal line which becomes bent)
- Με λογαριθμική κλίμακα (log10) (preferred because it shows a straight line)
define Εκθετική/Λογαριθμική αύξηση + formula
= οταν ο αριθμός των κυττάρων διπλασιάζεται με ένα σταθερό ρυθμό
N(t)= Ν0 x 2^n
N(t) —> final/total population
N0 —> initial population at the start of each γενεα
n —> nb of γενεα (nb of cell divisions
how can microbes be studied in labs?
Στο εργαστήριο, οι προκαρυώτες συνήθως απομονώνονται και καλλιεργούνται σε αμιγή καλλιέργεια
what is a αμιγής καλλιέργεια + why is it used
= ένας πληθυσμός που προέρχεται από ένα μεμονωμένο κύτταρο και επομένως διαχωρισμένη από άλλα μικροβιακά είδη
—> μπορούμε να εντοπίσουμε και να μελετήσουμε τα χαρακτηριστικά ενός μόνο μικροβιακού είδους
—> BUT the συμπεριφορά των μεμονωμένων ειδών μπορεί να είναι διαφορετική από αυτή στο τους φυσικό περιβάλλον
what is a Μικροβιακή καλλιέργεια made of + describe each component
= Δοχείο καλλιέργειας + Θρεπτικό υπόστρωμα + Εμβόλιο
- Δοχείο καλλιέργειας μπορεί να είναι:
- γυάλινη κωνική φιάλη
- ένα τρυβλίο Petri
- ένας δοκιμαστικός σωλήνας - Εμβόλιο μικροοργανισμού μπορεί να είναι μικρή ποσότητα:
- κυττάρων
- σπορίων ενός μικροοργανισμού
- μικρή ποσότητα εναιωρήματος μείγματος μικροοργανισμών
—> μπορεί να μεταφερθεί με κάποια μέθοδο εμβολιασμού σε ένα αποστειρωμένο θρεπτικό υπόστρωμα
Μέθοδος εμβολιασμού:
= είναι η διαδικασία ασηπτικής μεταφοράς του εμβολίου σε καθαρό, αποστειρωμένο υγρό ή στερεό θρεπτικό υπόστρωμα
- Θρεπτικό υπόστρωμα:
- χρησιμοποιείται για την εργαστηριακή ανάπτυξη ενός μικροοργανισμού.
- Αποτελεί ουσιαστικά τροφή για τον μικροοργανισμό.
- Περιέχει:
* τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά για την ανάπτυξη του συγκεκριμένο είδος μικροοργανισμού
* Νερό
* κατάλληλο pH
* Εάν είναι στερεό περιέχει επίσης Άγαρ (πολυσακχαρίτης) που στερεοποιείται σε θερμοκρασία δωμάτιου
* Αποστειρώνεται πριν γίνει η καλλιέργεια
List all the κατηγορίες μικροβιολογικών θρεπτικών υποστρωμάτω
- Χημικώς ορισμένο θρεπτικό υπόστρωμα
- Σύνθετο θρεπτικό υπόστρωμα
- Εκλεκτικό θρεπτικό υπόστρωμα
- Διαφορικό θρεπτικό υπόστρωμα
- Αναγωγικό θρεπτικό υπόστρωμα
describe the χημικώς ορισμένο θρεπτικό υπόστρωμα
- Η χημική του σύσταση είναι πλήρως γνωστή
- Μπορούν να καλλιεργηθούν πολλά διαφορετικά είδη μικροοργανισμών
- Περιέχει:
- νερό
- Πηγή άνθρακα και ενέργειας (γλυκόζη, υδατάνθρακες, πρωτεΐνες κ.ά.)
- Πηγή αλάτων (ανόργανα ή/και οργανικά)
- Πηγή αζώτου, θείου, φωσφόρου
- Ιχνοστοιχεία (trace elements)
describe the σύνθετο θρεπτικό υπόστρωμα
- Η ακριβής χημική του σύσταση είναι άγνωστη
- Συνήθως πεπτόνες (υδρολυμένες πρωτεϊνες), εκχύλισμα κρέατος, ζύμης, φυτών κ.ά. —> different microbes can get different % of each
- Είναι πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά και συνήθως καλύπτει τις θρεπτικές απαιτήσειςπολλών διαφορετικών μικροοργανισμών
- Χρησιμοποιείται όταν δεν γνωρίζουμε τις θρεπτικές απαιτήσεις των μικροοργανισμών που μελετούνται ή για πολύ “ απαιτητικούς” μικροοργανισμούς
when are … used?
3. Εκλεκτικό θρεπτικό υπόστρωμα
4. Διαφορικό θρεπτικό υπόστρωμα
5. Αναγωγικό θρεπτικό υπόστρωμα
Those υποστρώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιλεκτική καλλιέργεια συγκεκριμένων μικροοργανισμών με βάση τα βιοχημικά τους χαρακτηριστικά
describe when εκλεκτικό θρεπτικό υπόστρωμα is used + components
- Ευνοεί την αύξηση συγκεκριμένων μικροοργανισμών και καταστέλλει την αύξηση κάποιων άλλων
- Μπορεί να περιέχει :
1. αντιβιοτικά
2. αυξητικούς παράγοντες
3. χολικά άλατα
4. κυτταρίνη
5. και άλλες ενώσεις κατάλληλες για την απομόνωση συγκεκριμένων ειδών μικροοργανισμών
what does the διαφορικό θρεπτικό υπόστρωμα allow us to do?
Καθιστούν δυνατό το διαχωρισμό διαφορετικών ομάδων ή ειδών μικροοργανισμών επιτρέπουν την στοιχειώδη ταυτοποίηση τους με βάση τα φυσιολογικά τους χαρακτηριστικά – μορφολογία αποικίας
give an example and describe a substrate that acts both as a Εκλεκτικό & Διαφορικό θρεπτικό υπόστρωμα
Άγαρ μαννιτόλης used for Staphylococcus spp:
—> Το άγαρ μαννιτόλης περιέχει 7.5% ΝaCl2, το οποίο καταστέλλει την ανάπτυξη ανταγωνιστικών μικροοργανισμών και ευνοεί την ανάπτυξη του Staphylococcus spp (εκλεκτικό)
—> περιέχει ένα δείκτη pH που αλλάζει χρώμα αν η μαννιτόλη ζυμωθεί σε οξύ από τον Staphylococcus aureus (διαφορικό)
what is cultured in αναγωγικό θρεπτικό υπόστρωμα + what is needed
- Καλλιέργεια αναερόβιων μικροοργανισμών
- they absorb the oxygen and don’t let it react with the microorganism we need to study so creating an anaerobic enviroment
- Απαιτούνται τα εξής:
- Xρήση αναγωγικών μέσων τα οποία απομακρύνουν το οξυγόνο από το θρεπτικό υπόστρωμα
- Χρήση ειδικών ανοξικων (περιέχουν ουσίες για τη δημιουργία Η(g) και CO2 που δεσμεύουν το Ο)
how can we get a pure culture?
Για να πάρουμε μια αμιγή καλλιέργεια πρέπει πρώτα να πάρουμε μεμονωμένες αποικίες
define αποικίες
= ορατές μάζες κυττάρων που σχηματίζονται από διαδοχικές διαιρέσεις ενός κυττάρου
when picking a colony how do we know they’re all in the same colony?
Η μορφολογία (μέγεθος, σχήμα, υφή, χρώμα) της αποικίας παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην ταυτοποίηση των μικροοργανισμών
what’s the main way to get a pure culture
Ο ποιο κοινός τρόπος να γίνει αυτό είναι με την μέθοδο των παράλληλων γραμμών (Streak-plate)
depending on what kind of sample we have what do we need to do to get a pure sample
- Αν έχουμε ένα δείγμα (νερού, χώματος ή μια ανάμεικτη καλλιέργεια βακτηρίων ):
- μπορούμε να πάρουμε αμιγείς καλλιέργειες με την μέθοδος παράλληλων γραμμών
- Βασίζεται στο γεγονός ότι το δείγμα διασκορπίζεται πάνω σε στερεό θρεπτικό υπόστρωμα
- Μεμονωμένα κύτταρα θα μεγαλώσουν και θα παράξουν με μονωμένες αποικίες
- οι αποικίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή αμιγών καλλιεργειών με τον εμβολιασμό της αποικίας σε υγρό υπόστρωμα
name the διάφορες τεχνικές καταμέτρησης του αριθμού
των μικροβίων σε μια καλλιέργεια ή σε ένα φυσικό δείγμα
- Άμεση μικροσκοπική καταμέτρηση
- Φασματομετρία
- Δείκτης Βιωσιμότητας/Καταμέτρηση επί τρυβλίου
name the different samples and what we can do with them while doing the αμεση μικροσκοπική καταμέτρηση technique
α) Μπορεί να γίνει σε αποξηραμένα δείγματα ή σε υγρά δείγματα —> αποξεραμένα δείγματα μπορούν να τύχουν τεχνητής χρώσης και να παρατηρηθούν κάτω από ένα μικροσκόπιο
β) Υγρά δείγματα εξετάζονται με ειδικούς θαλάμους καταμέτρησης που έχουν ένα πλέγμα από με τετράγωνα γνωστού εμβαδού και όγκου. Ο αριθμός των κυττάρων σε κάθε τετράγωνο μπορεί να μετρηθεί και αφού ο όγκος είναι γνωστός, να υπολογιστεί ο αριθμός των κυττάρων στο αρχικό δείγμα ανά ml
describe the method of measuring turbidity (θολερότητας)
- Ένα κυτταρικό εναιώρημα φαίνεται θολερό γιατί τα κύτταρα σκεδαζούν (διασκορπίζουν) το φως που περνάει από μέσα από τον σωλήνα
—> Όσο πιο πολλά κύτταρα τόσο πιο πολύ θολερότητα
—> μετριέται με ένα φασματοφωτόμετρο. - Η μονάδα μέτρησης της θολερότητας είναι η οπτική πυκνότητα (Optical Density, OD) —> είναι ανάλογη ,μέσα σε κάποια όρια, προς τον αριθμό των κυττάρων.
- Άρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο μεθόδων μέτρησης του συνολικού πληθυσμού
how does a φασματοφωτόμετρο work
= όργανο που διοχετεύει φως μέσα από ένα εναιώρημα και μετρά το φως που μπορεί να περάσει μέσα από αυτό χωρίς να διασκορπιστεί
—> Χρησιμοποιεί ένα πρίσμα μέσα από το οποίο περνά αρχικά το φως για να δημιουργήσει ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος,συνήθως 600nm το οποίο μετα περνά μέσα από το δείγμα
describe the Δείκτης Βιωσιμότητας/Καταμέτρηση επί τρυβλίου method
- Απαιτούνται τρυβλία θρεπτικού υποστρώματος με άγαρ
- Είτε η καλλιέργεια επιστρώνεται/διασπείρεται στην επιφάνεια του τρύβλιου με άγαρ ή αναμιγνύεται με υγρό άγαρ και περιχύνεται μέσα σε ένα τρύβλιο
- Επωάζονται για 24 ώρες και παρατηρούνται για την ανάπτυξη αποικιών
define Αποικία βακτηρίων
= εκατομμύρια βακτήρια μαζί τα οποία προήλθαν από ένα βακτήριο
what needs to be done to the sample before using it when counting using the plate
Σχεδόν πάντα το δείγμα που τοποθετείται σε ένα τρύβλιο πρέπει να αραιωθεί προτού καταμετρηθεί λόγο του ότι οι αποικίες μπορεί να είναι πάρα πολλές για να καταμετρηθούν
—> Χρειάζονται πολλές διαδοχικές αραιώσεις έτσι ώστε να βρεθεί η κατάλληλη με τον ιδανικό αριθμό αποικιών (30-300) έτσι ώστε να είναι αξιόπιστη
—> Ο συντελεστής αραίωσης στις διαδοχικές αραιώσεις είναι συνήθως το 10 = κάθε επόμενη αραίωση είναι 10 φορές πιο αραιή από την προηγούμενη άρα περιέχει 10 φορές λιγότερα βακτήρια
—> Η μονάδα μέτρησης είναι μονάδες που δίνουν αποικίες (CFU) , OXI βακτήρια
list the παράγοντες που επηρεάζουν την αύξηση των
Μικροβίων
- Θερμοκρασία
- Οξυγόνο
- pH
- Συγκέντρωση αλάτων
- Διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών
describe how temperature affects microbes
- Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία ο ρυθμός στο ενζυματικών αντιδράσεων γίνεται ταχύτερος και η αύξηση επιταχύνεται
BUT πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία οι πρωτεΐνες και αλλά κυτταρικά συστατικά μπορούν να μετουσιωθούν οδηγώντας το κύτταρο στον θάνατο
name and describe the θεμελιώδεις θερμοκρασίες for each microbe
- Ελάχιστη θερμοκρασία (Minimum) = η χαμηλότερη θερμοκρασία κάτω από την οποια δεν παρατηρείται αύξηση
- Άριστη θερμοκρασία (Optimum) = η θερμοκρασία στην οποία παρατηρείται ο μέγιστος ρυθμός αύξησης
- Μέγιστη θερμοκρασία(Maximum) = η υψηλότερη θερμοκρασία στην οποία η ανάπτυξη είναι δυνατή
what are the different categories of microbes based on their θεμελιώδεις θερμοκρασίες + describe each one
- Ψυχρόφιλοι:
- range from 0-20 degrees Celsius - Μεσόφιλοι:
- 20-45 degrees
- eg streptococcus - Θερμόφιλοι:
- more than 45 degrees
- includes Βακτήρια και Αρχαιά - Υπερθερμόφιλοι
- more than 80 degrees
- σε θέρμες πηγές , κυρίως αρχαια
- Έχουν ειδικές προσαρμογές στις μεμβράνες και στις πρωτεΐνες τους που τους επιτρέπουν να επιβιώσουν σε αυτές τις συνθήκες
describe how oxygen affects the microbes growth
Για πολλούς μικροοργανισμούς το O2 είναι απαραίτητο θρεπτικό συστατικό και δεν μπορούν να επιβιώσουν χωρίς αυτό ενώ άλλοι πεθαίνουν στην παρουσία του
—> Το μοριακό O2 δεν είναι τοξικό αλλά μπορεί να μετατραπεί σε τοξικά παραπροϊόντα από τον μεταβολισμό τα οποία μπορούν να βλάψουν ή να σκοτώσουν τα κύτταρα
how are the toxic by products of oxygen removed?
Υπάρχουν διάφορα ένζυμα τα οποία μπορούν να αδρανοποιήσουν αυτά τα παραπροϊόντα:
- καταλαση
- Δισμουτάση του υπερυπεροξειδίου (SOD)
—> Όσα λιγότερα τέτοια ένζυμα υπάρχουν σε ένα οργανισμό τόσο περισσότερο είναι επιρρεπείς ο οργανισμός στις τοξικές μορφές οξυγόνου
how can the presence of catalase be detected
Η άμεση εμφάνιση φυσαλιδων είναι ενδεικτική with H2O2
name the 5 κύριες κατηγορίες ανάλογα με την σχέση τους με το O2
- Αερόβιοι
- Μπορούν να αυξάνονται σε περιβάλλον με O2 στις συγκεντρώσεις του αέρα (21%) και το χρησιμοποιούν στον μεταβολισμό τους - Υποχρεωτικά Αναερόβιοι
- Πεθαίνουν στην παρουσία O2 - Προαιρετικώς/ Δυνητικοί Αναερόβιοι
- Μπορούν να αυξάνονται σε περιβάλλον με O2 αλλά και στην απουσία O2 και το χρησιμοποιούν στον μεταβολισμό τους - Μικροαερόφιλοι
- Μπορούν να αυξάνονται σε περιβάλλον με O2 αλλά σε συγκεντρώσεις του χαμηλότερες του αέρα (21%) και το χρησιμοποιούν στον μεταβολισμό τους - Αερανεκτικοί Αναερόβιοι
- Μπορούν να αυξάνονται σε περιβάλλον με O2 παρόν το γεγονός ότι δεν μπορούν να το χρησιμοποιήσουν στο μεταβολισμό τους
describe how the different pH needed for each microbe growth can affect it
- Κάθε οργανισμός έχει ένα εύρος pH συνήθως 2-3 μονάδες όπου η αύξηση είναι δυνατή, με μια συγκεκριμένη μονάδα να είναι το άριστο pH —> αναφέρεται στο εξωκυτταρικό περιβάλλον
- Το ενδοκυτταρικό περιβάλλον είναι ,με κάποιες εξαιρέσεις, ουδέτερο
categorize the microbes based on the pH they need
- Οξεόφιλοι <pH 5.5
- Ουδετερόφιλοι pH 5.5 -7.9
- Αλκαλεόφιλοι >pH 8
describe how the αλατότητα affects the microbes growth
- Κάθε οργανισμός έχει μια αρίστη τιμή αλατότητας όπου αναπτύσσεται με μεγάλη αποτελεσματικότητα
- Η συγκέντρωση αλάτων επηρεάζει την τονικότητα (= ικανότητα ενός διαλύματος να προκαλέσει απώλεια νερού)
categorize the microbes based on the salt concentration needed
- Μη αλόφιλοι
- Απαιτούν απειροελάχιστες ποσότητες NaCl <1% - Αλοανεκτικοί
- Ανέχονται μικρές ποσότητες NaCl αλλά επιβιώνουν καλύτερα στην απουσία τους - Αλόφιλοι
- NaCl 3-12% - Ακραίοι αλόφιλοι
- Απαιτούν ψηλά επίπεδα NaCl 15-30%
name some other factors that affect microbes growth that aren’t as important
- Άνθρακας
- Άζωτο
- Θείο
- Φώσφορο
- Ιχνοστοιχεία
- Αυξητικοί παράγοντες
describe the καμπύλη αύξησης σε μια κλειστή καλλιέργεια ενός βακτήριακου πληθυσμού (stages)
- Φάση υστέρησης/ Lag Phase
- Φάση εκθετικής (λογαριθμικής) αύξησης / Log Phase
- Φάση στασιμότητας / Stationary Phase
- Φάση θανάτου/ Death Phase
—> Η μέτρηση της θολερότητας γίνετε με την χρήση της φασματομετρίας
describe the lag phase
Όταν ένας μικροβιακός πληθυσμός/καλλιέργεια μεταφέρεται σε φρέσκο θρεπτικό μέσο (πχ μέσα σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα), η αύξηση του δεν ξεκινά αμέσως
—>τα κύτταρα δεν διαιρούνται αλλά προετοιμάζονται έτσι ώστε να μπορέσουν να μπουν στην φάση εκθετικής αύξησης
—> το κάνουν κύριος μέσω της σύνθεσης ενζύμων που είναι απαραίτητα για να μεγαλώσουν στο εν λόγο θρεπτικό μέσο
what different factors affect the length of the lag phase
- Το είδος του μικροοργανισμού
- Την κατάσταση του αρχικού πληθυσμού/καλλιέργειας
- Τις συνθήκες στο νέο θρεπτικό μέσο
- Την σύσταση του νέου θρεπτικού μέσου
what happens during the log phase
- κατά την διάρκεια της εκθετικής αύξησης , ο πληθυσμός των κυττάρων διπλασιάζεται κατά τακτά χρονικά διαστήματα
- Η διάρκεια αυτής της φάσης εξαρτάται ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους και άλλους παράγοντες
- Βρίσκονται στην πλέον υγιή κατάσταση
what does the rhythm of increase depend on in the log phase + which microbes increase faster?
- Θερμοκρασία
- pH
- Σύνθεση μέσου καλλιέργειας
—> οι πιο μικροί προκαρυώτες πολλαπλασιάζονται πιο γρηγορά από τους πιο μεγάλους ευκαρυώτες λόγο ποικίλων παραγόντων
what happens in the stationery phase + why does it occur
Ο αριθμός των ζωντανών κυττάρων δεν αλλάζει —> κάποια κύτταρα πολλαπλασιάζονται, αλλά κύτταρα πεθαίνουν
Why?
η εκθετική φάση δεν μπορεί να διατηρηθεί:
- εξάντληση των θρεπτικών συστατικών
- συσσώρευση τοξικών απόβλητων του μεταβολισμού
what happens in the death phase
Ο πληθυσμός εισέρχεται στην φάση θανάτου όπου ο ρυθμός με τον oποίο πεθαίνουν τα κύτταρα είναι μεγαλύτερος από αυτόν που προκύπτουν νέα κύτταρα
—> όλα τα κύτταρα θα πεθάνουν
compare the microbes αύξηση σε μια ανοικτή καλλιέργεια vs how it is in a close system
= είναι ένα σύστημα όπου το περιβάλλον μπορεί να μείνει σταθερό για μεγάλα χρονικά διαστήματα κάτω από εργαστηριακές συνθήκες
- Σε μια συσκευή συνεχούς καλλιέργειας όπως ένας χημειοστάτης, υπάρχει συνέχεις είσοδος φρέσκου θρεπτικού υλικού και έξοδος χρησιμοποιημένου υλικού καλλιέργειας
- Διατηρεί τα κύτταρα για μεγάλο χρονικό διάστημα στην εκθετική φάση (μέρες ή εβδομάδες ), την ιδανική φάση για την καλύτερη μελέτη τους
- Επίσης μπορεί να μιμηθεί τις χαμηλές συνθήκες θρεπτικών συστατικών στο φυσικό περιβάλλον των μικροοργανισμών
- Πιο ακριβής εικόνα
in the lab the conditions of microbes growth are controlled, in the natural environment that’s not the case. What surrounds them usually?
οι περισσότεροι προκαρυώτες ζουν σε κοινότητες αποτελούμενες από εκατομμύρια άτομα, προσκολλημένες σε επιφάνειες οι οποίες περικλείονται από πολυσακχαρίτες που λέγονται βιοφίλμ
