J. Trček

Question 1

V čem je razlika med cianobakterijami in škrlatnimi/zelenimi fototrofnimi bakterijami?

Answer 1

Cianobakterije so skupina fototrofnih bakterij, ki za razliko od škrlatnih/zelenih bakterij vodijo oksigeno fotosintezo.
Cianobakterije so prvi oksigeni fototrofni organizmi na Zemlji, odgovorni za pretvorbo anoksigene v oksigeno atmosfero.

Voda predstavlja vir elektronov (oksidacija vode) v primeru nastajanja kisika.

Pri anoksigeni fotosintezi pa H2S predstavlja vir elektronov in ne voda.

Question 2

Kakšne oblike lahko zavzamejo cianobakterije?

Answer 2

Poznamo enocelične in filamentozne oblike.
Razdelimo jih v 5 morfoloških skupin:
- GLEOTHECE: enocelične, binarna fizija, obdajanje z ovoji po delitvi - večja odpornost in možnost boljše razširjenosti
- DERMOCARPA: enocelične, multipla fizija
- OSCILLATORIA: filamentozna bakterija, ni zmožna diferenciacije v heterociste
- ANABAENA: sinteza heterocist, filamentozna bakterija
- FISCHERELLA: filamentozna z razvejanimi filamenti, diferenciacija v heterociste

Question 3

Kateri skupini so cianobakterije po zgradbi celične stene bolj podobne G+ ali G-?

Answer 3

G+, saj imajo debelo celično steno (debela plast peptidoglikana), po barvanju po Gramu ostanejo vijolično obarvane. Vsebujejo teihonsko kislino - lahko se razteza do citoplazme.

Question 4

Katero obliko klorofila imajo cianobakterije? Kateri pigment še najdemo v njih?

Answer 4

Cianobakterije imajo klorofil a.

Od fikobilinov imajo fikocianin (modre barve) ali fikoeritrin (rdeče barve).

Lahko so torej modro-zelene (klorofil a in fikocianin) ali rdeče barve.

Question 5

Kaj so plinski vezikli?

Answer 5

So strukture, ki jih tvorijo cianobakterije in omogočajo spremembo gostote, kar omogoči premikanje proti ugodnemu položaju glede na svetlobo.

Question 6

Kaj so heterociste? Ali lahko fiksirajo CO2? Zakaj so heterociste obdane z debelo celično steno? Ali imajo vse bakterije heterociste?

Answer 6

Heterociste so strukture, ki nastanejo iz vegetativne celice vzdolž filamenta. Prisotnost heterocist (v njih poteka fiksacija dušika, ne pa fiksacija ogljikovega dioksida, obdane so z debelo celično steno iz glikolipidov, ki upočasni transport kisika v celico.

Kadar se znajdejo v anaerobni atmosferi, vodijo fiksacijo dušika vegetativnih celic, če imajo gen nif.

Heterocisto imajo samo določene cianobakterije.

Question 7

Kaj je cianoficin?

Answer 7

Je polimer Arg in Asp in predstavlja rezervo dušika, hkrati pa je vir energije v cianobakterijah.

Arg iz cianoficina hidrolizira arginin dihidrolaza do ornitina s sočasno produkcijo ATP.

Question 8

Kaj je hormogonij?

Answer 8

Hormogoniji so majhni delčki, ki nastanejo pri fragmentaciji filamentov.

Question 9

Kaj so akinete?

Answer 9

So posebne spore, ki jih tvorijo nekatere vrste cianobakterij in jim omogočajo preživetje pri ekstremnih pogojih (suša, mraz, tema).

Question 10

Kakšen način premikanja najpogosteje uporabljajo cianobakterije?

Answer 10

Premikajo se s pomočjo polzenja (filamentozne, stik s podlago), lahko pa se tudi upogibajo in rotirajo.

V jezerih uporablja premikanje ob prisotnosti plinskih veziklov. Premikanje v vertikalni smeri. Tekom dneva se spreminja osvetljenost, zato se premika proti viru svetlobe.

Question 11

Katera lastnost loči proklorofite od cianobakterij?

Answer 11

Cianobakterije imajo od klorofilov samo klorofil a, od fikobilinov pa fikocianin in fikoeritrin. Proklorofiti pa imajo klorofil a in b, fikobilinov pa nimajo.

Question 12

Kje rastejo cianobakterije?

Answer 12

Večina cianobakterij je striktnih fototrofov (ne more rasti v temi na organskih snoveh). Nekatere vrste so foroheterotrofi (lahko asimilirajo enostavne organske snovi, tudi če je svetloba prisotna), in le redke vrste lahko rastejo v temi na glukozi ali saharozi.

Question 13

Kaj izločajo cianobakterije?

Answer 13

Mnoge cianobakterije proizvajajo nevrotoksine, med cvetenjem voda se akumulirajo večje količine. Kadar so jezera bogata s hranilnimi snovmi se močno namnožijo (cvetenje).

Mnoge cianobakterije izločajo snovi z neprijetnim vonjem in okusom (npr. geosmin).

Question 14

Kje najdemo cianobakterije?

Answer 14

Večina cianobakterij je bolj odpornih proti ekstremnim pogojem rasti v okolju kot alge in zato so dominantni organizmi v termalnih vrelcih, slanih jezerih…

Pogosto jih najdemo na površini skal, zemlje in celo v skalah in tudi na površini zemlje v puščavah, kjer so zelo visoke temperature.

Question 15

Katere vrste cianobakterij so simbionti?

Answer 15

Nekatere vrste so simbionti (praproti, sagovke in lišaji); npr. Anabaena, Azolla.

Question 16

Proklorofiti.

Answer 16

• Glavni rodovi so Prochloron, Prochlorothrix in Prochlorococcus
• So oksigeni fototrofi
• Vsebujejo klorofil a in b, ne pa fikobilinov (zato so podobni cianobakterijam, rastlinam in algam)

Question 17

Prochloron.

Answer 17

Nahaja se kot simbiont morskih nevretenčarjev. Ima značilen sistem tilakoidnih membran.

Question 18

Prochlorothrix.

Answer 18

Je filamentozen proklorofit, in prvi v tej skupini, ki je bil uspešno gojen v čisti kulturi.

Question 19

Prochlorococcus.

Answer 19

• po vsej verjetnosti je najbolj razširjen in morebiti tudi najmanjši fotosintetičen organizem na Zemlji
• kot ostali proklorofiti ima klorofil b
• namesto prave oblike klorofila a ima modificirano obliko klorofila a, t.j. divinil klorofila a
• ima alfa-karotene namesto beta-karotenov, pigment, ki prej ni bil poznan med bakterijami
• najdemo ga v oligotrofnih (revnih s hranili) odprtih oceanih zmernih in tropskih podnebij v konc. 10na5/ml.

Question 20

Klamidije.

Answer 20

Glavni rodovi: Chlamydia, Chlamydophila.

So obligatni paraziti, s slabo razvitimi metabolnimi kapacitetami.

Biosintetske kapacitete klamidij so bistveno bolj omejene kot rikecij.

Imajo majhen genom in imajo med bakterijami najbolj preproste biokemijske lastnosti.

Prenašajo se z zrakom in napadajo dihalni sistem.

Question 21

Katera vrsta klamidije je povezana s trahomom?

Answer 21

Chlamydia trachomatis.

Povzroča trahom (poškodba roženice pri človeku), sicer pa tudi povzroča spolno prenosljivo bolezen.

Question 22

Zakaj lahko klamidije živijo s slabo razvitimi metabolnimi potmi?

Answer 22

Zato, ker so obligatni paraziti in so odvisni od gostitelja.
Živijo znotraj celice in se tam razmnožujejo.

Question 23

V katerih dveh oblikah se v življenjskem ciklu pojavljajo klamidije? Katera služi za razširjanje in katera za razmnoževanje?

Answer 23

Imajo značilen življenjski cikel (ELEMENTARNO TELESCE, ki je namenjeno razširjanju in RETIKULARNO TELESCE, ki je neinfekcijska oblika in se pomnožuje, tako da nastane velik inokulum za razširjanje). Retikularno telesce se pretvori v elementarno in se sprosti iz celice. Celoten cikel traja približno 48h.

Question 24

Infekcijski cikel.

Answer 24

Elementarno telesce napade celico - infekcija s fagocitozo - pretvorba v retikularno telesce - namnožitev retikularnega telesca - pretvorba v elementarno telesce - sprostitev elementarnega telesca.

Question 25

Plankomicete.

Answer 25

So fakultativni aerobni kemoorganotrofi.

Imajo obširen sistem membran in tudi kromosom obdan z membrano.

Ta skupina torej ne sledi teoriji, ki postavlja razlike med prokarionti in evkarionti na osnovi strukturnih razlik zgradbe njihove celice.

Question 26

Primerjaj rod Planctomyces in rod Caulobacter.

Answer 26

Najbolj raziskan rod je Planctomyces, ki tvori izrastke/priveske.

Za razliko od rodu Caulobacter, rod Planctomyces v privesku vsebuje proteine brez celične stene in citoplazme. Služi za pritrjevanje, v primerjavi s prosteko pri Caulobacter pa je privesek ožji in finejših struktur.

Question 27

Kaj je primarni habitat skupine Planktomycetes?

Answer 27

Primarni habitat so sladke in slane vode, najdemo ji lahko tudi v termalnih vrelcih - filamentozne. S priseski se pritrdijo na skale, rastline…

Question 28

Bakteriodota.

Answer 28

• med njimi so striktni aerobi in striktni anaerobi
• glavna rodova sta Bacteroides in Flavobacterium

Question 29

Opiši rod Bacteroides.

Answer 29

Bacteriodota.

• Rod Bacteroides oblikujejo striktni anaerobi, ne tvorijo spor, vršijo proces fermentacije (do produktov, ki jih celica lahko izkoristi).
  Primarni produkt fermentacije sladkorjev in proteinov sta acetat in sukcinat.
• komenzalizem - komensalistična mikroflora v prebavnem traktu ljudi in živali, in prevladujoča mikroflora v debelem črevesu.
• Posebnost je sinteza sfingolipidov, ki so sicer pogosti v tkivih sesalcev, posebno v možganih in živčnih tkivih.
• lahko so patogene bakterije

Question 30

Opiši rod Flavobacterium.

Answer 30

Bacteriodota.

• Vrste rodu Flavobacterium so primarno prisotne v sladki in slani vodi, pogosto v živilih in rastlinah, ki se uporabljajo za njihovo proizvodnjo.
• So aerobi z zelo omejenim prehranjevalnim režimom, kot vir C uporabljajo glukozo in še zelo malo drugih virov C. Med njimi so tudi psihofilini in psihorotolerantni rodovi, Polaribacter in Psychroflexus.
• rumene bakterije.

Question 31

Deblo Citofaga.

Answer 31

• Glavni rodovi: Cytophaga (dolge palčke), Flexibacter, Rhodothermus, Salinibacter, Sporocytophaga (mikrociste)
• razširjeni v zemlji in vodi.
• Mnoge vrste razgrajujejo polisaharide (celulozo, agar, hitin)
• ne proizvajajo topnih, ekstracelularnih celulaz, ampak ostanejo pritrjeni na ovojnico celice.
• rodova Sporocytophaga in Cytophaga sta striktna aeroba in sta prevladujoča organizma, ki razgrajuejta celulozo v oksičnih razmerah v naravi.

Question 32

Rod Flexibacter.

Answer 32

Citofaga

Rod Flexibacter ni celulolitičen, značilna pa je pleumorfija: sprememba morfologije celic od dolgih polzečih filamentov, do kratkih negibljivih palčk.

Mnoge vrste so pigmentirane zaradi karotenoidov v celični membrani.

Vrste tega rodu so pogoste v zemlji, v sladkih vodah kot saprofiti.

Question 33

Rod Salinibacter.

Answer 33

Citofaga.

Živi v visoki koncentraciji soli.
Rod Salinibacter je ekstremno halofilen, koncentracijo soli v svoji okolici tolerira z akumulacijo K+, kar je sicer v domeni bakterij redko, večina akumulira v svoji notranjosti organske snovi.

C celici se akumulirajo kompatibilni topljenci.

Mehanizmi preživetja v visokih koncentracijah soli:
- regulacija fluidnosti membrane
- permeabilnost ionskih kanalov

Question 34

Rod Rhodotermus.

Answer 34

Citofaga.

• optimalna temperatura rasti je 60C
• proizvaja biotehnološko pomembne encime (amilaze, celulaze, ksilanaze).

Question 35

Mnoge bakterije iz skupine citofaga razgrajujejo polisaharide.

Answer 35

Ob prisotnosti kisika razgrajujejo celulozo.
Celulozitični encimi ostajajo pritrjeni na celico - posebnost.

Če želimo bakterijo izolirat, damo na agar celulozni material in se bodo bakterije namnožile.

Question 36

Deblo Spirohete.

Answer 36

• So po Gramu –, gibljive, helikalno zavite bakterije.
• Glavni rodovi: Spirochaeta, Treponema, Cristispira, Leptospira, Borrelia
• Razširjene v vodnem okolju in v živalih. Nekatere povzročajo bolezni (sifilis, borelioza).
• pomembna mikroflora v prebavilih termitov, pri razgradnji celuloze nastaja H2 in CO2, ki ju T.primita konvertira v acetat.
• spirohete so tudi v prebavilih goveda, nekatere so odgovorne za razgradnjo polisaharidov (pektin, škrob…) do hlapnih maščobnih kislin, ki jih govedo lahko uporabi kot vir energije.

Question 37

Opiši celico spirohete.

Answer 37

• Celica spirohete je protoplast v obliki cilindra, obdan s celično steno in zunanjo membrano.
• Bički so na polih (eden ali več), in se za razliko od klasičnih bičkov krčijo v smeri od pola proti protoplastu in jih zato imenujejo endoflagele (za premikanje, znotraj celice, trzajoče gibanje, biček se ne vrti).
• Flagele in protoplast so obdane z večslojno in fleksibilno membrano, t. j. zunanjim izvojem
• Endoflagela je na enem polu pritrjena, vendar se razteza v dolžino približno 2/3 celice.
• Če se dve flageli gibata v enako smer, se cilinder protoplasta giblje v nasprotno smer, kar povzroči torzijo na celico, in spiroheta se začne gibati z utripi. Torej kljub temu, da se endoflagele ne raztezajo iz celice, omogočajo gibanje celici, čeprav je gibanje nepravilno in sunkovito.

Question 38

Rod Treponema.

Answer 38

Spirohete.

• Je anaerobna, lahko je komenzalistična ali parazitska za človeka.
• T. palladum povzroča sifilis
• ni bila še uspešno gojena v čisti kulturi
• T. denticola je glavna treponema v ustni votlini in fermentira aminokisline, pri čemer nastaja kot glavni produkt acetat

Question 39

Rod Borellia.

Answer 39

Spirohete.

Večina vrst znotraj tega rodu je živalskih patogenov ali pa je patogena za človeka.

B. burgdorferi povzroča limsko boreliozo, in inficira živali in človeka.

Ima linearni kromosom.

Question 40

Rod Leptospira.

Answer 40

Spirohete.

Nekatere so prostoživeče, mnoge pa so parazitske. Naravni rezervoar so glodavci, pomembni prenašalci so psi in svinje. Tudi pri človeku se lahko razvije leptospiroza.

Question 41

Deblo Deinokoki in termofilne bakterije.

Answer 41

• Glavna rodova: Deinococcus in Thermus
• Deinokoki se obarvajo kot po Gramu pozitivne bakterije, v sestavi peptidoglikana imajo namesto diaminopimelične kisline ornitin.
• v rodu Deinococcus je najbolj znana vrsta D. radiodurans. Ima celično steno iz več plasti in tudi zunanjo membrano, ki je običajno prisotna pri po Gramu negatvnih bakterijah, vendar v membrani nima lipidov.
• Primarni habitat je zemlja, lahko pa jo izoliramo tudi iz delčkov prahu
• Rdeče barve zaradi karotenoidov, delno absorbirajo radiacijo (ta ponavadi uniči DNA in se bakterija ne more dalje razmnoževat)
• Visoka odpornost proti UV-žarčenju in izsušitvi. Odpornost večja kot pri bakterijskih endosporah. Preživi obsevanje v dozi, ki bi naše kromosome raztrgalo
• Ima zelo učinkovite mehanizme za popravljanje DNA napak (encimi za popravljanje velikih napak). Prednost pri popravljanju napak je tudi pojavljanje celic v parih ali tetradah, saj je popravljanje napak olajšano s fuzijo nukleotidov in izvedbo homolognih rekombinacij.
  Tekom replikacije se napake popravijo.
• V rodu Thermus najbolj znana vrsta T. aquaticus iz katere je bila izolirana Taq-polimeraza.

Question 42

Kaj so endospore?

Answer 42

Posebna oblika, ki nastane z diferenciacijo vegetativne celice, med ekstremnimi razmerami.
Omogoča jim preživetje pri visokih/nizkih temperaturah, v sušnih razmerah, v prisotnosti povišanih koncentracij nekaterih kemikalij in žarčenja. Endospora predstavlja dormantno fazo v življenju celice.

Endospore so lahko tudi idealna oblika za razširjanje organizma z vetrom, vodo ali preko prebavnega trakta živali.

Endospore so nepropustne za večino barvil. Običajno jih barvamo z malahit zelenim s segrevanjem.

Question 43

Kako bi preverili, če lahko bakterija sporogira?

Answer 43

Lahko bi jo izpostavili ekstremnim razmeram, kot so visoka temperatura, nizka temperatura, kemikalije, žarčenje. Če je negativni rezultat, ne pomeni nujno, da ne more sporogirat.

Question 44

Bakterijske endospore.

Answer 44

Lahko so na polih, na sredini ali pa nekje med polom in sredino.

Endospora nastane pri nekaterih paličastih bakterijah (deblo Firmicutes).

Najbolj proučena produkcija spor je v vrsti Bacillus subtilis, ki tvori eno sporo z značilno velikostjo 2x1mikrometer. Največje spore oblikujejo bakterije Epulopiscium sp. (700x11 mikrometrov).

Le manjši delež bakterij, ki tvori spore je tudi nevaren za človeka in živali.
Najverjetneje so predstavniki iz debla Firmicutes razvili sposobnost za tvorbo spor zgodaj v svojem razvoju, šele kasneje pa je en delež njih postal patogen za človeka in živali.

Question 45

Oblika endospor.

Answer 45

Ovalne in sferične spore in clinidrične spore.

Question 46

Razvoj poliendospor.

Answer 46

Spora vzklije v dve celici ali pa takoj po vzklitju preide v sporulacijo.

Nekatere bakterije (npr. Metabacterium polyspora) uporabljajo sporulacijo kot strategijo za razmnoževanje. To naj bi predstavljajo prednost pred razmnoževanjem z binarno fizijo vegetativnih celic pri striktno anaerobnih bakterijah, zaradi zelo kratkega časa zadrževanja v prebavilih gostitelja (morski prašiček).

Z nastankom več endospor, bo nastalo več bakterij.

Nastane v stresnih situacijah in služi tudi razmnoževanju.

Question 47

Kje najdemo informacijo za tvorbo spor?

Answer 47

• Informacija za tvorbo spor je zapisana v približno 60 genih, mutacija samo v enem izmed njih lahko privede do nastanka nesporogene celice.
  Sposobnost za tvorbo spor je lahko izgubljena, zato imajo predstavniki iste vrste lahko tako sporogene kot tudi nesporogene predstavnike.
• Nekatere skupine bakterij sploh ne vsebujejo sporogenih predstavnikov, kar si lahko razložimo s tem, da je bila sposobnost za tvorbo spor izgubljena že zelo zgodaj v evoluciji te dotične skupine bakterij ali pa sploh ni bila prisotna v izvornem organizmu.
• Informacija o tem, da nek organizme ne tvori spor, ni nujno pravilna, saj je tvorba spor pogojena s specifičnimi razmerami gojenja dotičnega organizma (sestava gojišča, zunanji pogoji…). Nekatere bakterije tvorijo spore samo v svojem naravnem okolju.
• Skupina bakterij, ki tvori spore je zelo raznolika v svojih biokemijskih, fizioloških in ekoloških lastnostih in ima predstavnike med striktnimi paraziti, prostoživečimi fototrofnimi, heterotrofnimi in kemolitotrofnimi bakterijami.
• Kljub raznovrstnosti imajo bakterije podoben komplet genov za sporulacijo, ki po vsej verjetnosti izvira iz skupnega prednika vseh bakterij iz debla Firmicutes.
• Primerjava genomov med sevi znotraj iste vrste, ki so sposobni tvoriti spore in tistimi, ki tega niso sposobni, je odkrila nekatere značilne razlike: večina bakterij, ki tvori endospore ima velikost genoma > 3 Mbp.

Question 48

Opiši zgradbo endospor.

Answer 48

Zgradba:
- sredica (ko se endospora najde v slabih razmerah, hitro vzklije. DNA in aminokisline)
- notranja membrana (receptorji, ki se odzivajo na molekule iz okolja - vzklije endospora)
- peptidoglikan (zagotovi celično steno, ko endospora vzklije)
- korteks (daje trdnost, preprečuje izgubo oblike)
- plašč (iz velikega števila proteinov. Zgradba se razlikuje glede na vrsto)
- eksosporium (ni prisoten pri vseh vrstah; je idealen za pritrjevanje, zaradi struktur, ki spominjajo na laske)

Med tvorbo spore je prisotna še zunanja membrana, ki pa je v zreli spori odsotna.

Question 49

Sredica endospore.

Answer 49

• Notranjost spore vsebuje DNA, nanjo pa so tesno vezani majhni peptidi, t.j. majhni, v kislini topni proteini (SASP: small acid-soluble proteins).
• V notranjosti spore je tudi dipikolinska kislina, ki je v razmerju 1:1 povezana s Ca2+. Ta kompleks predstavlja 10% suhe mase spore in reducira količino razpoložljive vode v celici na 10-25% vrednosti vegetativne oblike. Funkcija tega kompleksa je vzdrževanje dormantnega stanja v spori in odpornost proti dejavnikom, ki povzročajo poškodbe DNA. Ta del obdaja notranja membrana, ki preprečuje difuzijo vode.

Question 50

Notranja membrana endospore.

Answer 50

Na notranji membrani so receptorji za vzklitje spore, ki so pomembni za prenos signala, ki aktivira metabolizem v celici.

Receptorji so vezani na specifičnih majhnih molekulah, ki so po svoji sestavi sladkorji, aminokisline, ribonukleozidi ali druge majhne molekule, odvisno od vrste spore. Pri nekaterih sporah (npr. pri C. difficile) so receptorji povezani s plaščem in/ali korteksom.

Molekula, ki se veže na receptor mora do njega pripotovati iz zunanjega okolja, zato so zgornji ovoji porozni, da lahko te molekule skozi njih lahko difundirajo.

Question 51

Sloj peptidoglikana endospore.

Answer 51

Membrano spore pokriva sloj peptidoglikana, ki je sestavljen iz dveh slojev: korteksa in celične stene.

Celična stena je predvidena kot stena vegetativne celice, ko se začne njena rast.

Korteks obkroža celično steno in ta del se biokemijsko razlikuje od peptidoglikana pri vegetativni celici. Glavna naloga korteksa je, da vzdržuje relativno suho stanje notranjosti spore. To je zagotovljeno s tem, da omejuje volumen sredice. Ob odsotnosti korteksa se namreč sredica takoj začne širiti in rehidrirati.

Korteks spore pokriva proteinski plašč, ki med vrstami variira po svoji sestavi in morfologiji.
Pri nekaterih vrstah je plašč spore tudi zunanji sloj spore (npr. pri B. subtilis, C. difficile, ne pa pri B. anthracis).

Plašč je sestavljen iz ca. 70 vrst proteinov in je organiziran v več slojev (npr. pri B. anthracis je iz manj slojev kot pri C. difficile). Plašč ima večjo površino kot korteks, je relativno fleksibilen in se lahko zvije ali odvije kot odgovor na spremembe v vsebnosti vode v spori. Plašč ne omogoča prehoda velikih molekul, zato se vsebnost spore tudi ne more razgraditi s pomočjo encimov (npr. z lizocimom, ki bi sicer enostavno razgradil korteks), ki se nahajajo v zemlji in drugem okolju, kjer najdemo spore.

Plašč zavaruje sporo tudi pred drugimi kemikalijami iz okolja (mehanizme še ni poznan), in daje odpornost spori pred razgradnjo z evkariontskimi mikroorganizmi oz.encimi gostiteljske celice med okužbo.

Pri nekaterih vrstah bakterij plašč oblikuje dolge izrastke, pri drugih strukture, ki spominjajo na propeler. Morfologija plašča je med sporami zelo raznolika, kar je verjetno posledica selektivnih pritiskov iz okolja

Question 52

Eksosporium endospor.

Answer 52

• Pri mnogih sporah je najbolj zunanji sloj spore eksosporium. Medprostor med plaščem in slojem eksosporium ni enotnega premera, zato uvihki eksosporiuma ne sledijo uvihkom plašča.
• Eksosporium je bil preiskan le pri nekaj vrstah (npr. B. cereus in B. anthracis).
• Zagotavlja odpornost proti specifičnim kemikalijam, npr. etanolu, toluenu, kloroformu, fenolu, NO.
• Prisotnost eksosporiuma ni nujno povezana s patogenostjo, saj nekatere spore brez njega povzročajo bolezni.
• Pri nekaterih vrstah je bilo ugotovljeno, da se protein Bcla na površini eksosporiuma pri vrsti B. anthracis veže na receptorje makrofagov in omogoči povezavo z epitelnimi celicami in proteini zunajceličnega matriksa.
• Dejstvo, da je plašč tisti, ki varuje sporo pred obrambnim mehanizmom gostitelja, je odsotnost neke esencialne vloge eksosporiuma pri razvoju bolezni, ima pa npr. vlogo pri interakciji spore s površino v okolju.

Question 53

Tvorba spor in njihovo vzklitje.

Answer 53

Do sporulacije ne pride v času aktivne rasti, ampak le, ko celici zmanjka dostop do esencialnih hranil.

Spora lahko ostane v dormantni obliki leta in se v ugodnih razmerah hitro transformira v vegetativno obliko. Ta proces je sestavljen iz treh stopenj:

• aktivacija (receptorji se aktivirajo - notranja membrana)
• kalitev (sloji, ki obdajajo sredico se razgradijo)
• rast

Question 54

Opiši sedem faz sporulacije.

Answer 54

1. Celica se deli (v ugodnih razmerah z binarno fuzijo, v neugodnih pa nesimetrično)
2. Nastane prespora z delom DNA, obkroži jo membrana matične celice.
3. Prespora vstopi v materno celico
4. Zori in dobiva sloje
5. Dobi plašč
6. in 7. Endospora dozori in se potem sprosti v ozračje.

Question 55

Sporulacija.

Answer 55

• Sporulacija: nastanek spore v celici. Pri nekaterih bakterijah je sporulacija strategija za razmnoževanje bakterij.
• Le manjši delež bakterij, ki tvori spore je tudi nevaren za človeka in živali.
• Najverjetneje so predstavniki iz debla Firmicutes razvili sposobnost za tvorbo spor zgodaj v svojem razvoju, šele kasneje pa je en delež njih postal patogen za človeka in živali.
• Pri arhejah niso bili najdeni predstavniki, ki bi tvorili spore

Question 56

Kaj sproži sporulacijo?

Answer 56

• Faktorji, ki sprožijo sporulacijo še niso natančno poznani. Ve pa se, da je sporulacija stimulirana s pomanjkanjem hranil in drugih molekul za rast.
• Te spremembe v okolju detektira zaporedje senzorskih kinaz, ki aktivirajo fosforilacijo. Ta kaskadna reakcija je glavni regulatorni odziv, ki vpliva na obnašanje celice. Ena izmed možnosti do katere pripeljejo te reakcije je sporulacija.
• Povezava med aktivacijo senzorskih kinaz in odločitvijo za sporulacijo je različna med vrstami in je odvisna od prilagoditve na njeno specifično nišo.
• Bakterija B. anthracis tako npr. med okužbo ne sporulira, do sporulacije pride šele ko žival umre za antraksom, in ko so vegetativne celice, ki so se namnožile v krvi, izpostavljene zunanjim razmeram. S tem, ko ostanejo v vegetativni obliki, je število bakterij in količina toksina, ki nastane v gostitelju, maksimalna. S takšnim mehanizmom je maksimizirano tudi število kasneje nastalih spor in možnost razširjanja bolezni. To naj bi omogočila specifična konfiguracija fosforilacijske kaskade, ki tako omeji sporulacijo med samo okužbo.
• Pri bakteriji C. difficile spore nastajajo med aktivno okužbo, ko je bakterija kolonizirala prebavni trakt.

Question 57

Naštej primere sporulacije.

Answer 57

• Pri vrsti C. perfringens sočasno s sporulacijo nastaja enterotoksin, pri vrsti B. thuringiensis pa insekticid.
• Pri vrsti C. perfringens vegetativne celice vstopajo v telo z zaužitjem pokvarjenih živil, ki so hranjena anaerobno (npr. v konzervi). V prebavilih nato sporulirajo, kar privede do tvorbe toksina. Toksin nastane v predelu materine celice in ko ovoj te celice lizira, se toksin sprosti v prebavni trakt. Posledica delovanja tega toksina je driska, ki omogoči razširjanje spor in naslednji krog okužbe.
• V primeru vrste B. thuringiensis nastane insekticid kot kristal, ki je v tesni povezavi s sporo in je lahko pod ali nad eksosporiumom. Insekticid ubije gostitelja, bakterija se nato v kadavru namnožuje, zatem pa sledi sporulacija.
• Pri vrsti C. perfringens in B. thuringiensis asociacija toksina s sporo omogoči razvoj bolezni in razširjanje spor po okužbi, čeprav je mehanizem razširjanja različen.

Question 58

Revitalizacija spore.

Answer 58

• Sočasno z morfološkimi spremembami spor potekajo številno molekulski procesi, ki so med seboj natančno usklajeni. Le 5 min po indukciji za klitje spor nastaja v spori endogeni ATP, encimi glikolize, porablja pa se malat.
• Germinacijo lahko inducirajo germinanti, ki niso hranila, zato morajo biti v spori poleg virov C na razpolago tudi aminokisline. V ta namen so v spori t.i. majhni v kislini topni proteini, ki predstavljajo 10-20% celokupnih proteinov spore. Razgradnja teh proteinov poteče v prvih minutah revitalizacije spore. Nastale aminokisline omogočijo sintezo proteinov v prvi stopnji germinacije spore.
• Spore torej vsebujejo vse potrebne vire za začetek sinteze proteinov (aminokisline, ribosome in vir energije). Hitro aktivacijo ribosomov omogočata s svojo vezavo na ribosome proteina RpmE in Tig. Tako se sintetizirajo gradbeni elementi za celico in ta začne rasti.
• Proteom (skupek vseh proteinov) spore je sestavljen iz 154 proteinov, od katerih je kar 110 specifičnih za sporo.

Question 59

Germanizacijski receptorji.

Answer 59

• Aktivacija germinacije je lahko vzpodbujena na 2 načina:
• s hranili,
• brez hranil.
• V prvem primeru celica zazna signale iz okolja-hranila. Takšna pot je bolj verjetna za spore, ki vzklijejo v gostitelju. V drugem primeru pride do vzklitja spor zaradi poškodbe ali razgradnje plašča, korteksa ali notranje membrane spore. Ti procesi se med sporami ne odvijajo sočasno, zato je populacija spor heterogena.
• Signal ali molekulo iz okolja spora zazna tako, da pride do reakcije z receptorjem. Germinanti so pri različnih sporah različni. Lahko so to aminokisline, purinski ribonukleotidi. Včasih je potrebno več kogerminantov za vzklitje, od tega koliko jih je, je odvisno, kakšna koncentracija posameznega germinanta je potrebna.
• Pri vrsti Bacillus se receptorji nahajajo na notranji membrani in so sestavljeni iz 3-4 podenot, njihova koncentracija pa je zelo nizka. V notranji membrani so združeni v eni točki, takšen skupek se imenuje germinosom. Penetracija germinanta do receptorjev je zelo hitra.
• Do germinacije lahko pride tudi zaradi sprostitve fragmentov peptidoglikana sosednjih celic. V tem primeru naj bi spore spoznale prisotnost aktivnih bakterij v okolju kot signal za dobre razmere za rast.
• Pri vrsti C. difficile spore vzklijejo kot odgovor na žolčne kisline in njihove derivate, kogerminanti so nekatere aminokisline.

Question 60

Kdaj pride do vzklitja?

Answer 60

• Faza, ko je germinant pomešan s sporami in začetkom germinacije se imenuje faza lag. Ta je dolga od nekaj minut do več ur. Spore z zelo dolgo fazo lag se imenujejo superdormantne spore. Te predstavljajo le manjši del populacije spor. Ta pojav se povezuje z zelo nizko koncentracijo receptorjev v notranji membrani.
• V prvi stopnji germinacije se biokemijske lastnosti spore močno spremenijo. Hitro se sprosti kompleks Ca2+-DPA, v sredico pa vstopi H2O. V drugi stopnji se volumen sredice povečuje, dokler vsebnost vode ne doseže enako vsebnost kot je v vegetatitvni celici ( t.j. 80%). Poleg tega encimi razgradijo peptidoglikan. Zaradi povečanja vsebnosti H2O se lahko vzpostavi metabolizem v celici.
• Ko spora vzklije, poteka rast v več korakih. Najprej pride do odstranitve korteksa spore, nato pa se začne sinteza komponent, ki so potrebne za oblikovanje vegetativne celice.
• Pri vrstah iz rodov Bacillus in Clostridium je uspešnost okužbe odvisna od vzklitja spore v točno določenem trenutku med okužbo, sicer bi lahko sporo uničil obrambni mehanizem gostitelja preden bi ta prišla na lokacijo, kjer lahko uspešno vzklije.

Question 61

Vzklitje spor v gostitelju.

Answer 61

• Pri vrsti C. difficile je vzklitje spor povezano z metabolizmom mikrobiote prebavil gostitelja. Ta lahko transformira žolčne kisline v sekundarne žolčne kisline, te pa inhibirajo vzklitje spor C. difficile. Če naravno mikrobioto uničimo z antibiotiki, ne pride do te transformacije, zaradi česar spore vzklijejo, vegetatitvne celice pa proizvedejo toksin, ki povzroči infekcijo. Naravno mikrobioto lahko regenerira fekalna transplatacija.
• Med rodovoma Clostridium in Bacillus obstaja razlika v tem, v kakšni obliki bakterija zapušča sesalca.
• Vrsti C. difficile in C. perfringens sporulirata v prebavilih med okužbo, bakterije torej izstopajo v okolje v dormantni obliki. Spore bakterije C. difficile so odporne tudi proti antibiotikom in imunskemu sistemu gostitelja, po izločitvi v okolje lete niso inaktivirane z dezinficienti,ki ne vsebujejo belil. Takšen cikel je pomembne zato, ker so klostridiji striktno anaerobni in izven anaerobnega okolja ne morejo preživeti. Od enega do drugega gostitelja se po fekalno-oralni poti prenašajo v obliki spor.
• Bakterija B. anthracis pa se iz gostitelja ne izloča do njegove smrti, za tem pa se vegetativne celice razširjajo z odtekanjem krvi, pa tudi zaradi ugrizov mesojedih živali; šele ko je vegetativna celica B. anthracis izpostavljena okolju, le-ta sporulira.

Question 62

Spore omogočajo preživetje bakterij pri prenosu med različnimi gostitelji.

Answer 62

• Za nekatere bakterije so spore pomembne za preživetje bakterij pri prenosu med različnimi gostitelji. V tem primeru spore predstavljajo visoko infektivno obliko bakterije. Pri takšnih bakterijah posebni signali v gostiteljski celici inducirajo germinacijo spore, kar omogoči tvorbo metabolno aktivnih bakterij in razvoj bolezni.
• Primeri takšnih bakterij so iz rodov Bacillus in Clostridium:
• Bacillus: Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Bacillus mycoides, Bacillus pseudomycoides, Bacilluis weihenstephanensis in Bacillus cytotoxicus.
• Clostridium: Clostridium difficile, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Clostridium tetani in Clostridium sordellii.
• Pri živalih, okuženih z antraksom je v krvi tudi do 109/ml vegetativnih celic. Produkti takšnih živali, npr. usnje in volna, lahko nosi veliko št. spor in človek se preko teh produktov lahko tudi okuži.
• V zemlji ostanejo spore viabilne desetletja, še posebno, če se naložijo 15 cm pod zgornjim slojem zemlje (niso izpostavljene morebitnemu sevanju).
• Rastlinojede živali so izpostavljene sporam med pašo, do infekcije pa pride z inhalacijo ali zaužitjem.
• Vrsta Bacillus cereus je bila najdena v številnih živilskih izdelkih, najpogosteje mlečnih in rižu. Po vsej verjetnosti spore preživijo pasterizacijo in segrevanje, obstojne pa so tudi proti gama-žarčenju. Površina spore je hidrofobna, zato se zlahka prilepi na površino. Tako nastajajo tudi biofilmi, npr. B. cereus v tankih plasteh mleka v mlekarnah.
• Med sporami in vegetativnimi celicami so možne interakcije, kar omogoča tvorbo biofilmov. Možno je tudi, da sta tudi v gostiteljski celici med okužbo prisotni obe vrsti celic in da je to pomembno za preživetje bakterij.

Question 63

Mehanizmi odpornosti spor proti stresnim dejavnikom.

Answer 63

Visoka odpornost spor proti različnim faktorjem iz okolja je povezana:

• z debelim proteinskim plaščem spore, ki detoksificira reaktivne kemikalije,
• relativno nepropustno notranjo membrano spore, ki omeji vstop toksičnih kemikalij v sredico spore (v njej DNA in večina encimov),
• nizko vsebnost vode, visoko koncentracijo dipikolinske kisline v sredici spore in saturacijo DNA s posebnimi skupinami proteinskih molekul, ki varujejo makromolekule pred učinki toplote in izsušitve.

Kljub tem varovalnim dejavnikom spore, je le-to mogoče uničiti, npr. s poškodovanjem DNA, ključnih proteinov spore, notranje membrane spore in ene ali več komponent, ki so vključene v germinacijo spor.

Question 64

Odpornost spor proti radiaciji.

Answer 64

• Spore so 20-50-krat bolj odporne proti UV-radiaciji kot vegetativne celice. Najbolj je učinkovito sevanje pri 254 nm, saj se pri tej vrednosti DNA najbolj poškoduje. Pri višjih in nižjih vrednostih je potreben daljši čas izpostavitve.
• Odpornost je povezana:
• z vezavo UV-žarčenja na proteine SASP (majhni v kislini topni proteini),
• popravljanjem DNA med revitalizacijo spore (povezano s prisotnostjo encimov v spori),
• nekatere spore imajo v zunanjih ovojih pigmente, ki zavarujejo spore pred poškodbami z UV
• UV-radiacija pri 254 nm v celicah ki rastejo, proizvede fotoprodukte, ki so za vegetativno celico letalni. Po UV-radiaciji spor nastane malo teh produktov, ali pa sploh ne, oz. nastanejo produkti, ki so bistveno manj letalni od prejšnjih. Tako npr. v spori nastaja produkt SP in ne CPD, kot posledica nasičenosti DNA v spori s proteinom SASP, ki spremeni DNA iz konformacije B v strukturo med A in B, to pa ima za posledico spremenjene fotokemijske lastnosti DNA. Tudi sporulacijsko gojišče lahko vpliva na odpornost spor proti radiaciji, npr. posebno povečana vsebnost Cys.
• Pomembna je tudi prisotnost encimov, ki popravijo napake v DNA, kot posledica obsevanja.

Question 65

Odpornost spor proti kemikalijam.

Answer 65

• Spore so bolj odporne proti toksičnim kemikalijam (aldehidom, oksidantom, kislinam in bazam) v primerjavi z vegetativnimi celicami.
• Mehanizmi odpornosti proti tem kemikalijam vključujejo:
• prisotnost encimov v plašču spore, ki kemikalijo detoksificira,
• nespecifično detoksifikacijo s komponentami plašča spore,
• slabo propustnost toksične kemikalije skozi ovoje,
• zaščito DNA s proteini SASP proti poškodbam,
• popravljalni mehanizem za poškodovano DNA med germinacijo spore.

Question 66

Odpornost spor proti toploti.

Answer 66

• Spore so bistveno bolj odporne proti visokim temperaturam v primerjavi s celicami, ki rastejo. V vodi so spore odporne proti 40 C višjim temperaturam v primerjavi z rastočimi celicami iste vrste in proti 30 C višjim temperaturam v primeru uporabe suhe toplote. Pri uporabi mokre toplote je glavni mehanizem odpornosti povezan z zaščito proteinov v spori, pri suhi toploti pa DNA.
• Pri suhi toploti je DNA zaščitena z nasičenostjo s proteini SASP, a ta zaščita ne zadostuje, saj pri uporabi suhe toplote nastopi tudi depurinacija DNA (odcepitev purinskih baz iz DNA). Napake depurinacije popravijo mehanizmi za popravljanje DNA (sodelujoči protein RecA).
• Spore termofilnih bakterij so bolj odporne proti mokri toploti kot spore mezofilnih bakterij, te pa bolj kot psihrofilnih bakterij. Mehanizem odpornosti je povezan z odpornostjo proteinov proti toploti, ki je največja pri termofilnih bakterijah.
• Bakterije sporulirajo pri različnih temperaturah. Ugotovljeno je bilo, da tiste vrste, pri katerih nastopi sporulacija pri višjih temperaturah, imajo tudi spore, odporne proti višjim temperaturam. Glavni dejavnik pri tem je vsebnost vode v sporah: nižja vsebnost vode je značilna za spore, ki nastanejo pri višjih temperaturah. Gre torej za inverzno povezavo: večja kot je vsebnost vode, proti nižjim temperaturam je spora odporna. V sredici spore je 30-50% mokre teže vode. Kadar je vsebnost vode nižja, je reducirana mobilnost proteinov sredice spore, s tem pa povečana odpornost proteinov proti toplotni inaktivaciji. Mobilnost proteinov v dormantni fazi je ektremno nizka, poskusi so pokazali, da so le-ti imobilizirani. Ko spora vzklije, se faktor difuzije poveča 4-krat.
• Na odpornost spore proti mokri toploti vpliva tudi dodatek aditivov, npr. takšnih, ki znižajo vrednost pH pod 6. Aditivi, ki povečajo vrednost pH nad 8, zmanjšajo odpornost spore proti mokri toploti.
• V populaciji spor pa je tudi manjši delež spor (1-2%), ki ima višjo odpornost proti mokri toploti v primerjavi z ostalimi sporami v populaciji. Te superdodporne spore imajo manjšo vsebnost vode v sredici kot ostale spore v populaciji.

Question 67

Opiši planktonsko rast in biofilm.

Answer 67

Zvrsti rasti:
* planktonska (niso v skupkah, v tekočini, lab sevi )
* biofilm (v okolju bolj pogosto, zato, ker ima neko prednost, sestavljeni iz raznovrstnih bakterij, se med seboj dopolnjujejo, niso statične (mrzlo, toplo; jesen, zima) akt.se spreminja ; populacije lahko preidejo iz biofilma v plank, potrebuje površino (žive površine - rastline, živali; neživa površina - streha)

Question 68

Biofilm na algah.

Answer 68

Interakcije bakterij z algo so lahko pozitivne ali negative.

• Pozitivne interakcije: bakterija proizvaja algi encime, vitamine, fiksira zračni N2, zagotavlja minerale, antibiotike, ki preprečujejo kolonizacijo alge z drugimi bakterijami, tudi patogenimi. Bakterije dobijo v zameno organske snovi in O2.
• Negativne interakcije: bakterije izločajo encime za razgradnjo alg in prispevajo h kroženju ogljika (alga Porphyra (nori) - bakterija Zobellia galactanivorans, ki izloča encime, ki razžrejo algo).

Bakterije na površini, a tudi v celicah alg, v citoplazmi ali vakuolah (Roseobacter).

Velika bakterijska diverziteta, značilna za posamezne vrste alg, a se tudi spreminja med letnimi časi in spreminjanjem zunanjih razmer.

Question 69

Biofilm na rastlinah.

Answer 69

Bakterija Bacillus amyloliquefaciens se uporablja kot biostimulator in biokontrolno sredstvo v agronomiji. Aktivna komponenta je bakteriocin (biostimulator), ki v rastlini inducira obrambni mehanizem, ki se kaže v sintezi komponent, ki zavirajo rast fitopatogenih bakterij, gliv in praživali.

Question 70

Morski sneg.

Answer 70

• Je neke vrste biofilm.
• Opis delcev, ki potujejo v vodnem stolpu(hitin), ki jih mikroorganizem ne prebavi,
• naselijo se bakterije
• iz zgornjih slojev se na dno prenaša ogljik.

Question 71

Bakterije Myxococcus sp.

Answer 71

Drsijo po površini, začnejo agregirati v kopice in se difereciirajo v plodilna telesa z miksosporami.
Miksospore so:
- odporne proti izsušitvi
- UV-radiaciji
- toploti (bistveno manj kot endospore)
- so pogosto pigmentirane (fotozaščita)

Bakterija mora vzpostaviti stik s površino, najprej drsi, označi območje, kjer se začne delati biofilm s proteini.

Question 72

Biofilm v vodnih vrelcih.

Answer 72

Kemolitotrofne bakterije, oksidirajo železo, ki se nalaga izven celic.

Bakterije, ki oksidirajo železo, so prisotne v biofilmu, ki pokriva oksidiran sulfidni mineral, odvzet iz globin morja.

Question 73

Biofilm na področjih konstantnega toka vode preko površine.

Answer 73

Površina običajno predstavlja boljšo verjetnost, da se bodo tja odlagale tudi hranilne snovi.

Question 74

Biofilmi na zobeh.

Answer 74

Na zobnem kamnu se začnejo pritrjati bakterije. Nekatere bakterije postanejo primarni kolonizatorji. Nastanejo mikrokolonije. Nastane kompleksni biofilm.

Question 75

Interakcija bakterije Vibrio - hitin.

Answer 75

• Hitin je najbolj razširjen bio-polimer v morju in je glavna komponenta morskega snega.
• Hitin je netopen, njegovi razgradnji produkti pa predstavljajovir C, N in energije za mikrobne združbe.
• Hitin predstavlja pomemben vir pri globalnem kroženju C in N.
• Hitin predstavlja površino na katero se v morju pritrjujejo predvsem bakterije iz rodu Vibrio pri različnih okoljskih razmerah, vključen pa je tudi v regulacijo izražanja številnih genov, ki nadzorujejo gibanje, kemotaksijo, produkcijo zunajceličnih polisaharidov, proteinskega dela matriksa biofilmov, oblikovanja matriksa in kompetenco vibrijev zaizmenjavo genetskega materiala.
• Pričvrščevanje bakterij na hitin ima tudi druge funkcije, npr. usedanje ličink, s prisotnostjo bakterij iz rodu Vibrio pa je stimulirana proizvodnja oksinov (npr. indol-3-ocetna kislina), ki stimulirajo aktivnost morskih alg in zato tvorbo združb z algami,
  inducirana je tvorba signalov in produktov, ki povečajo odpornost biofilma proti degradaciji.

Question 76

Površine kot mikrobni habitat.

Answer 76

• So pomemben mikrobni habitat (ponujajo vir hranilnih snovi in omogočajo MO, da ostanejo v udobnem habitatu, ne da bi jih odplavilo).
• Tok preko površin, ki so kolonizirane z MO, poveča transport hranilnih snovi na površine. Površine v naravi so zato običajno boljši vir hranilnih snovi kot tekoči substrati, v katerih MO prosto plavajo (planktonska rast). Praktično vse površine (naravne in umetne) so pokrite z MO.
• MO lahko tvorijo mikrokolonije, ki jih ne moremo videti s prostim očesom, lahko pa se celice akumulirajo toliko časa, da so nastali skupki vidni tudi s prosim očesom.
• Še posebej očitno je kopičenje MO v ekstremnih okoljih (npr. gejzirji), saj so ekstremni MO edini organizmi, ki se tam namnožujejo in tvorijo strukture – mikrobne preproge, v katerih so kompleksne, a stabilne mikrobne združbe avtotrofnih in heterotrofnih MO.

Question 77

Biofilmi.

Answer 77

• Biofilmi so združbe bakterijskih celic, ki so pritrjene na površino in združene v adhezivni matriks, ki nastane z izločki celic in odmrlimi deli celic.
• V matriksu so polisaharidi, proteini in nukleinske kisline, ki celice med seboj povežejo.
• Biofilmi zadržijo hranila za rast MO in preprečujejo, da bi se celice odlepile od površine.
• Biofilmi običajno vsebujejo več plasti, ki so vpete v porozni material matriksa in so sestavljene iz več vrst MO
  (npr. biofilmi na zobeh vsebujejo 100‐200 filotipoviz skupine bakterij in arhej).
• Rast in diverziteta MO v biofilmih je običajno večja v primerjavi s planktonskimi bakterijami.
• Ker so biofilmi združba zelo različnih skupin MO, se kot celota lahko hitro prilagodijo na spremenjene okoljske razmere (npr. ko zmanjka O2 se močno namnožijo fakultativno aerobni in striktno anaerobni MO).
• V biofilmih so bakterije bolj odporne proti antibiotikom (problem v bolnicah).

Question 78

Faktorji, ki vplivajo na pritrjevanje bakterij na trdne površine.

Answer 78

Za vzpostavitev kontakta s površino morajo bakterije najprej premagati hidrodinamične ovire in odbijajoče sile površine.

Pri nekaterih celicah lahko pride tudi do reverzibilne pritrditve, npr. v primeru da se celica pritrdi samo z enim polom, kar lahko privede do vrtenja in povrnite v planktonsko fazo rasti.

Ireverzibilna pritrditev je značilna za celice, ki se pritrdijo na površino vzdolž svoje dolžine, kar ovira vrtenje bička in poveča produkcijo polisaharidov, ki prilepijo celico na površino. Po vsej verjetnosti pa so ključnega pomena za ireverzibilno pritrditev celic na površino adhezini, ki jih celice izločajo.

Question 79

Različni mehanizmi disperzije pri oblikovanju biofilmov z bakterijami.

Answer 79

• Pseudomonas aeruginosa: biofilm se razširi zaradi plavanja bakterij
• Staphylococcus aereus: tvorjenje skupkov ali agregatov
• Mycobacterium fortuitum: tvorjenje skupkov zaradi drsenja po površini

Skoraj vsaka trdna površina, ki se potopi v morsko vodo je primerna za absorpcijo molekul na katere se začnejo pritrjevati mikrobne celice.

Proteini in glikoproteini so običajno tiste molekule, ki predstavljajo vezivo med površino in biofilmom, lahko pa so prisotni tudi lipidi, nukleinske kisline…

Ta površina hranil pogojuje fizikalno‐kemijske lastnosti in odloča o tem, kateri MO se bodo pritrdili, površina je namreč lahko stimulirajoča ali inhibirajoča za adhezijo specifičnih mikroorganizmov.

Question 80

Nastajanje biofilma.

Answer 80

Biofilm se začne s pritrditvijo nekaj celic, ki nato rastejo in komunicirajo z drugimi celicami. Tvori se biofilm, ki postaja močnejši z rastjo, občasno se v njem posamezne celice izločajo/migrirajo.

Naključno trčenje celic MO s površino sproži začetek pritrjevanja celic z adhezijo, ki je omogočena z interakcijami ene ali več celičnih struktur na površino. Pritrjevanje je vzpodbujeno s proteinskimi strukturami kot so pili, bički in drugimi proteini na površini celice.

Pritrditev celic na površino je signal za izražanje genov, specifičnih za oblikovanje biofilma. Ključni so geni, ki kodirajo sintezo molekul, vključenih v medcelično signalizacijo in produkcijo izvenceličnih polisaharidov, ki vzpodbudijo tvorbo matriksa.

Celice, ki bodo oblikovale biofilm, in ki so bile prej planktonske, sedaj izgubijo bičke in postanejo negibljive. Vendar biofilm ni statična enota, celice se lahko kasneje izločijo iz matriksa biofilma in se s pomočjo aktivnega procesa razpršijo.

Ključna molekula za preklop iz planktonske v statično obliko je c‐di‐GMP (ciklični digvanozin monofosfat), ki deluje na več nivojih: zmanjša aktivnost motorja v bičkih in vpliva na proteine, potrebne za biosintezo izvenceličnih polisaharidov, ki sestavljajo biofilm.

Question 81

Medcelična komunikacija.

Answer 81

Za nastanek in vzdrževanje bakterijskih biofilmov je najprej potrebna medcelična komunikacija.

Pri bakteriji Pseudomonas aeruginosa so odločilne signalne molekule za medcelično komunikacijo acil homoserin laktoni. Le‐te se akumulirajo in signalizirajo bližnjim celicam, da se je populacija povečala (signal “quorum sensing”), hkrati pa laktoni nadzorujejo izražanje genov, ki prispevajo k tvorbi biofilmov.

Celice bakterij P. aeruginosa tako po določenem času v okolju bogatem s hrano oblikujejo strukture, ki spominjajo na obliko gob in so visoke preko 0,1 mm. O obliki biofilma odloča predvsem vir hranil in spreminjajoče se lokalno okolje.

Čeprav je bil sistem “quorum sensing” primarno spoznan za tistega, ki inducira tvorbo biofilma, pa v primeru bakterije Staphylococcus aureusta sistem vpliva na razširjanje bakterij.

V tvorbo biofilma so torej pri različnih bakterijah vključeni različni molekulski sistemi, zato je nadzor nad tvorbo biofilma pri različnih bakterijah tako kompliciran.

Question 82

Zakaj bakterije tvorijo biofilme?

Answer 82

A. Biofilmi so samoobramba bakterij, izboljšajo preživetvene sposobnosti (odpornost proti fizikalnim silam, fagocitozi).
B. Biofilmi omogočijo bakterijam, da ostanejo v zaželeni niši.
C. Biofilmi omogočijo bakterijam, da živijo v tesni asociaciji ene celice z drugo.
Zaradi vsega tega so biofilmi primarna oblika v kateri se bakterije v naravi nahajajo. Planktonska rast v okolju pa je bolj vezana na adaptacijo bakterij za rast pri nizkih koncentracijah hranil.

Question 83

Nadzorovanje rasti biofilmov.

Answer 83

Nadzorovanje rasti biofilmov je velikega pomena za industrijo, zaradi negativnih posledic, ki jih lahko imajo:
‐ Na površinah v bolnicah (medicinski vsadki), površine zob in ustne votline
‐ V industrijskih sistemih: nastanek biofilmov v pipah, v potopljenih napravah na črpališčih nafte, v morju itd.
V biofilmih so večinoma nenevarni MO, če pa se namnožijo patogene bakterije, se lahko zgodi, da le‐te ne bomo uspešno uničili s kloriranjem. Industrija razvija kemikalije/zdravila, ki bi lahko penetrirala v biofilme. Primer takšne kemikalije, ki se je pokazala uspešno za uničevanje biofilmov na neživih površinah je furan.

Question 84

Kaj so mikrobne preproge?

Answer 84

So vrsta vidnih oblik biofilmov na dnu jezer, potokov, oceanov, ki so lahko debeli nekaj cm.

V različnih globinah mikrobne preproge so različni MO, njihova aktivnost je pogojena z dostopnostjo svetlobe in hranilnih snovi. Zaradi različnih metabolitov, ki pri tem nastajajo nastajajo, so v različnih globinah mikrobnih preprog edinstvene mikrobne niše.

Najbolj razširjeni fototrofni predstavniki mikrobnih preprog so filamentozne cianobakterije, ki lahko živijo pri ekstremnih razmerah (npr. pri 73°C ali pri 0°C, nekatere tolerirajo slanost do 12 % in vrednost pH 10).

Cianobakterije so v mikrobnih preprogah primarni producenti, ki živijo skupaj s konzumenti in tako v mikrobnih preprogah potekajo ključni metabolni ciklusi, ki omogočajo kroženje hranil.

Question 85

Prednosti mikrobnih preprog.

Answer 85

• Mikrobne preproge so pogoste v vodnih okoljih, najpogosteje kjer so izpostavljeni specifičnimi stresnimi faktorjem (zelo slano, termalni izviri).
• Boljša dostopnost do hrane zaradi hidrofobnih in elektrostatskih lastnosti površin.
• Matriks, ki nastane, vzdržuje strukturo in aktivnost zunajceličnih encimov.
• Okolje, kjer so vzdrževane konstantne razmere je tudi za MO boljše.
• V biofilmu so MO blizu en drugemu, to pa izboljšuje metabolno izmenjavo med njimi, kot tudi povečuje verjetnost izmenjave genetskega materiala. V biofilmu so strukture (pore in kanali), ki izboljšujejo izmenjavo raztopin in MO.
• V biofilmu je visoka gostota MO, ki pa je sestavljena iz niš s specializiranimi populacijami, kar v končni fazi omogoča boljšo organizacijo celotne mikrobne združbe.

Question 86

Slabosti mikrobnih preprog.

Answer 86

• Visoka gostota MO v biofilmih pomeni za MO visoko kompeticijo za hranila in hkrati postopno spremembo razmer zaradi primanjkovanja hranil in akumulacije ostankov metabolizma. To pomeni za nekatere MO, da preidejo v neaktivno obliko ali pa da umrejo.
• Morski delci na površini akumulirajo viruse in verjetnost infekcije z virusi v biofilmih je zato povečana.
• Površine in biofilmi absorbirajo težke kovine in toksične organske snovi.
• MO, ki oblikujejo biofilme običajno ne izražajo genov, katerih produkti so potrebni za premikanje bakterij. To pa lahko postane nevarno, kadar morajo bakterije pobegniti iz biofilma zaradi poslabšanih razmer.
  Kljub vsem naštetim pastem predstavlja sobivanje MO v obliki biofilmov prevladujočo obliko življenja MO v naravi zaradi naslednjih dveh prednosti: boljše dostopnosti hranil in olajšane celične komunikacije
• Večina mikrobnih preprog se torej pojavlja v ekstremnim okoljih, ki so raziskovalcem težko dostopna, izjema pa so npr. mikrobne preproge cianobakterij, ki kolonizirajo iztočne kanale iz gejzirjev nacionalnega parka Yellowstone.
• Aktivnost mikrobnih preprog se lahko v 24 urah močno spremeni. S pomočjo mikrosenzorjev je mogoče te spremembe spremljati na majhnih razdaljah. Tako npr. ponoči postane mikrobna preproga anoksična in akumulira H2S. Nastane kemijski gradient in omogoči metabolno aktivnost specifične skupine mikroorganizmov ( fototrofne S‐oksidirajoče filamentozne bakterije Chloroflexusin Roseiflexus).
• V kemolitotrofnih mikrobnih preprogah sta značilna organizma Beggiatoa in Thioploca, ki rasteta na vmesni coni med O2, ki prihaja iz zgornjih con in H2S iz spodnjih con. Thiploca se z drsenjem pomika med obema conama: v zgornji slojih se kopičijo visoke konc. NO3‐, ki ga uporablja kot akceptor elektronov pri anaerobni respiraciji v kombinaciji z oksidacijo H2S.

Question 87

Primerjava MO v biofilmih z planktonskimi MO.

Answer 87

• V primerjavi s prosto plavajočimi MO, imajo biofilmi drugačno sestavo, npr. večjo diverziteto v globini biofilma in specifično na površini.
• V biofilmih imajo celice drugačno obliko (običajno so večje).
• V biofilmu se spreminja mikrobna sestava (večje razlike med letnimi časi, tudi iz dneva v dan in iz ure v uro).
• V biofilmih je večja konc. zunajceličnih encimov.
• MO v biofilmih lahko postanejo bolj aktivni ponoči, planktonski pa podnevi: razmere v biofilmih so namreč mikroaerofilne ali anaerobne in zaradi odsotnosti fotosinteze v planktonski frakciji podnevi, je koncentracija O2 nižja ponoči.
  Pri spremembi zunanjih pogojev pa lahko MO spremenijo življensko obliko iz biofilma v planktonsko, npr. kadar okolje postane bogato z virom ogljika.

Question 88

Sodelovanje in tekmovanje ima vpliv na sestavo, dinamiko in funkcijo različnih vrst, ki oblikujejo biofilme.

Answer 88

Biofilme oblikujejo različne mikrobne vrste, oblikujejo ga s specifičnimi strukturami in odigrajo v njem različne funkcije.

Biofilm je vglavnem sestavljen iz visoko hidratiranega matriksa iz ekstracelularnih polisaharidov, v katerega so vključeni MO in njihovi ekstracelularni produkti.

Na mikrookolje v biofilmu vplivajo tudi druge strukturne komponente matriksa, kot so proteini, nukleinske kisline, lipidi in drugi polimeri, ki skupaj odločajo o fizikalno-kemijskih lastnostih biofilma (gostota, poroznost, vsebnost H2O, naboj, sposobnost sorpcije, mehanska stabilnost, fluidnost …).

V matriksu so tudi encimi, signalne molekule, toksini in ekstracelularni membranski vezikli, ki pripomorejo k interakcijam med MO.

Question 89

Ekstracelularni membranski vezikli kot mehanizem za kooperacijo in tekmovanje.

Answer 89

V matriksu so tudi encimi, signalne molekule, toksini in ekstracelularni membranski vezikli, ki pripomorejo k interakcijam med MO.

Mnogi prosto živeči MO v morju, (npr. cianobakteriji Prochlorococcus in Synechococcus) in mnoge heterotrofne bakterije proizvajajo in izločajo membranske vezikle, ki vsebujejo proteine, lipide, DNA in RNA.

Prednosti tega okoljskega pojava:
- Izboljšano zaznavanje MO za hrano
- Vzpodbujanje rasti MO v okolici, njihove produkcije encimov, vitaminov in drugih snovi, ki jih MO, ki tvorijo vezikle, ne morejo proizvajati.
- Boljša komunikacija med MO
- Preprečevanje napada s fagi na ta način, da vezikli predstavljajo vabo.

Question 90

Opiši zgodovino odkritja virusov.

Answer 90

• Leta 1892 je Ivanovsky prvi odkril, da povzročitelj bolezni tobačnega mozaika lahko preide sterilizacijske filtre. Ta lastnost je postala glavna lastnost pri opisu teh infekcijskih delcev.
• Ime virus je vpeljal leta 1898 Beijerinck, leta 1939 pa so ga prvič opazovali s pomočjo elektronskega mikroskopa.
• Leta 1957 je Lwoff prvi predlagal kriterije za razlikovanje bakterij od virusov. Kriteriji so bili v naslednjih letih dodelani, opisujejo pa naslednje lastnosti:
• Virusi imajo kot genom DNA ali RNA in se za razliko od celic ne delijo.
• Virusi nimajo zapisa za translacijo informacij v proteine.
• Virusi ne sintetizirajo ATP, ki ga potrebujejo za svojo sintezo.
• Majhnost virusov ni bila ena izmed lastnosti, ki jih opisujejo Lwoffovi kriteriji, a je sposobnost prehoda virusa preko sterilizacijskega filtra z velikostjo por 0,2-0,3 mikrometra ostala ključna lastnost vseh postopkov osamitve virusov iz okolja.

Question 91

Opiši osnovne definicije virusov.

Answer 91

• So genetski elementi, ki se ne morejo pomnoževati neodvisno od gostiteljske celice, zaradi česar pravimo, da so obligatni (striktni) znotrajcelični (intracelularni) paraziti
• Tvorijo zunajcelične oblike, ki jim omogočajo preživetje izven celice, hkrati pa tudi prenos iz ene celice v drugo. Zunajcelična oblika, imenovana tudi virion, je sestavljena iz nukleinskih kislin obdanih s proteini in drugimi makromolekulami. Virion je inerten, ker v njem ne more potekati presnova.
• Le z vstopom v gostiteljsko celico pa se lahko razmnožujejo. V celici se sintetizirajo vse komponente virusa (npr. virusni plašč), ki omogočajo zunajcelično preživetje virusa. V gostiteljsko celico pri tem lahko vnašajo nove lastnosti, ki se ob delitvi celice prenašajo na potomce. Lahko pa se v gostiteljski celici razmnožujejo na način, ki je za celico uničevalen, zaradi česar nekateri virusi povzročajo bolezni.
• Virusi za svoje razmnoževanje izkoriščajo metabolne poti gostiteljske celice
• Velikost virusnega genoma je majhna. V njem so zapisane tiste lastnosti in informacije, katerih virus ne more uporabiti od gostiteljske celice.

Question 92

Klasifikacija virusov glede na gostiteljsko celico.

Answer 92

• Bakterijski virusi (bakteriofagi)
• Rastlinski virusi (virus tobačnega mozaika, virus lahko tudi poveča temperaturno odpornost rastline)
• Živalski virusi (ošpice, polina virus je vključen v razmnoževanje žuželk)
• Virusi, ki inficirajo druge evkariontske celice (virus, ki inficira algo – preprečuje cvetenje alg)

Question 93

Klasifikacija virusov glede na vrsto genoma.

Answer 93

• Genom virusa je lahko linearen ali krožen (bolj pogost je linearen).
• Genom lahko sestavlja DNA ali RNA. Ena skupina virusov pa ima lahko DNA ali RNA, odvisno od faze razmnoževalnega ciklusa.

Question 94

Opiši izvor virusa.

Answer 94

Imamo več teorij:
1) Reduktivni izvor:
- v celici se pojavi intracelularni parazit
- parazit je z evolucijo izgubljal gene – degeneracija
- parazit se ne more več sam replicirat
2) Intracelularni izvor:
- funkcionalni del celice (del RNA) se osvoji nadzora gostiteljske celice in postane retrovirus
3) Neodvisni razvoj:
- viroidi: RNA zavzame sekundarno strukturo in pridobi sposobnost infekcije različnih gostiteljskih celic

Question 95

Opiši strukturo viriona.

Answer 95

• Nukleinske kisline so obdane s proteinskim plaščem, imenovanim tudi kapsida. Ta je sestavljena iz zaporedja ponavljajočih enot kapsomer.
• Kapsida + Nukleinske kisline = Nukleokapsida
• Kapsomere so simetrično oblikovane v kapsido in določajo obliko virusa. Najpogostejši obliki sta paličasta in sferična. Paličasta oblika ima kapsido v obliki vijačnice, sferična pa v obliki ikozaedra.

Question 96

Replikacijski cikel bakterijskega virusa.

Answer 96

1. Pritrditev virusa (adsorbcija)
2. Penetracija v celico
3. Sinteza nukleinskih kislin in proteinov
4. Sestavljanje kapsid, ovojnic in pakiranje DNA
5. Sproščanje zrelih virusov iz celice

Question 97

Opiši endogeni retrovirus.

Answer 97

• Genom človeka vsebuje 8% zaporedij, ki izvirajo iz genomov retrovirusov.
• Endogeni virusi so inficirali naše prednike pred milijoni let. Ko se je RNA prepisala v DNA, se je le-ta ujela v genom človeka, celo v zarodne celice, od koder se je prenašala na kasnejše generacije. Tekom teh dogodkov je genom retrovirusa tudi mutiral.
• Nekatere izmed sekvenc v genomu človeka, ki izvirajo iz retrovirusov, so se razvile v gene, ki izražajo esencialne proteine za človeka. Npr. virusni proteini varujejo embrio pred infekcijami z eksogenimi virusi.

Question 98

Bakteriofag lambda.

Answer 98

• eden najpogostejših virusov v človeških prebavilih
• lizogenija: vključitev v genom gostiteljske celice
• virus prepozna AK na katere se bo vezal v prebavilih človeka
• ima dvoverižno linearno DNA, ki cirkulira, lahko gre v litični ali lizogeni ciklus razmnoževanja
• CRO in CII sta kontrolna proteina za izbiro
• CII je represorska molekula, ki preprečuje aktivacijo genov, vključenih v litični ciklus
• CRO>CII.: litični ciklus, na voljo je veliko hranil zato je protenaza aktivna in razgrajuje CII.
• CRO<CII.: lizogeni ciklus, ko v prebavilih ni na voljo veliko hranil. Virus se integrira v gostiteljski genom.

Question 99

Virus influence.

Answer 99

• enoverižni RNA virus, patogen za človeka
• z mutacijami povzroča pandemije
• genom je sestavljen iz 9 linearnih segmentov, vsak segment ima proteinski plašč in svojo RNA polimerazo (ne more uporabljat gostiteljske)
• lipidni ovoj (hemaglutinin, nevraminidaza), značilen za viruse, ki inficirajo evkariotske celice

Question 100

Orjaški virusi.

Answer 100

Splošno uporabljen metodološki pristop, ki je temeljil na tem, da delček, ki ostane na sterilizacijskem filtru, ali ki je viden pod svetlobnim mikroskopom, ne bi mogel biti virus, je predstavljal oviro za odkritje orjaških virusov vse do leta 2003, to je 10 let za tem, ko je bil prvi orjaški virus iz skupine mimivirusov v resnici že tudi osamljen.

Orjaški virusi so danes definirani kot virusni delci, ki jih lahko opazujemo s svetlobnim mikroskopom (imajo velikost > 0,3 μm) in so razvrščeni v 4 družine:

• Mimiviridae (poznani so številni izolati)
• Pandoraviridae (danes znani 3 predstavniki)
• Pithoviridae (znana verjetno 2 izolata)
• Potencialno nova družina s predstavnikom Mollivirus

Vsi danes poznani orjaški virusi inficirajo ameboiden rod praživali Acanthamoeba, eno izmed najbolj pogostih praživali v zemlji, ki je močno razširjena tudi v naravnih vodnih okoljih in sedimentih in tudi v vodnih sistemih, ki jih naredi človek (hišne vodne napeljave, hladilni sistemi in čistilne naprave).

Question 101

Opiši obliko in zgradbo mimivirusa.

Answer 101

• Ima obliko psevdo-ikozaedra in kosmato površino.
• Njegova proteinska kapsida je 440 nm v premeru, kar omogoča opazovanje pod svetlobnim mikroskopom brez barvanja. Kapsida je pokrita s tankim fibrilnim ovojem, debeline 150 nm, katerega sestava je podobna peptidoglikanu.
• S fagocitozo vstopa v amebo na stičišču
• Genom velik 1,26 Mbp, enači se z najmanjšimi bakterijami
• Ikozaedrična simetrija je prekinjena z zvezdno strukturo s petimi kraki in oblikuje tako imenovani zvezdni vhod. To je predel virusa, ki omogoča fuzijo s fagosomalno membrano gostitelja, pri čemer pride do vstopa virusa v citoplazmo gostitelja.
• Nukleoid je sferičen, velikosti 320 nm in je vezan na membrano, vsebuje linearno dvojno vijačnico DNA, velikosti 1,26 Mbp in proteine, ki so potrebni v začetni fazi infekcije, npr. za transkripcijo.
• Genom ni povsem kompaktno zavit.
• Razvoj mimivirusa je bil natančno raziskan; te analize so pokazale, da lipidne membrane izhajajo iz endoplazmatskega retikuluma

Question 102

Opiši odkritje mimivirusa.

Answer 102

Odkrit je bil leta 1992 v Bradfordu, ko so raziskovali izbruh pljučnice. Vzorec vode iz hladilnega bloka so gojili sočasno s praživaljo Acanthamoeba in pri tem opazili delček, ki je pod svetlobnim mikroskopom izgledal kot po Gramu pozitivna bakterija kokoidne oblike, a ga niso uspeli gojiti. Tudi molekulski pristopi (uporaba univerzalnih začetnih oligonukleotidov za pomnoževanje bakterijskih genov za 16SrRNA) ni dala pozitivnih rezultatov. 10 let kasneje je opazovanje delčka z elektronskim mikroskopom pokazalo, da gre za virus. Poimenovali so ga mimivirus, kar naj bi bila okrajšava za MIcrobe MImicking Virus.

Question 103

Opiši obliko in zgradbo pandoravirusov.

Answer 103

• So delčki v obliki amfor.
• Ta skupina je bila odkrita z enakim postopkom kot mimivirusi, ko so v praživali Acanthamoeba sistematično iskali nove mimiviruse.
• Tako kot v primeru mimivirusov, so bili odkriti v vzorcih z močno litično aktivnostjo.
• Dve vrsti sta bili natančno opisani:
• Pandoravirus salinus, izoliran iz površine morskega sedimenta, odvzetega iz obale v centralnem Čilu in
• Pandoravirus dulcis, ki je bil odvzet iz dna sladkovodnega ribnika v Melbournu.
• Obe do sedaj znani vrsti imata jajčasto obliko, dolžine 0,8-1,2 mikrometra in premera 0,5 mikrometra.
• Na površini imajo posebne strukture, izgledajo kot prazne cevi, dolžine 70 nm in so sestavljene iz 3 slojev.
• Na zunanji strani je apikalna pora, ki se lahko odpre in preko katere se lahko vsebina delčka prenese v citoplazmo gostitelja, omogoči pa tudi da pride do fuzije med notranjo membrano virusa in vakuolo gostitelja.
• Za razliko od mimivirusa po opazovanju z elektronskim mikroskopom ni vidnega gostega centra, ki bi označeval položaj kompaktnega genoma.
• DNA je linearna dvojna vijačnica DNA, velikosti 2,77 Mbp za vrsto P. salinus, 1,93 za vrsto P. dulcis in 2,24 za vrsto P. inopinatum.
• Tako kot v primeru mimivirusa, tudi pandoravirus v času njegovega odkritja, pred nekaj leti, na očesu pacienta s keratitisom, niso prepoznali kot virusa.

Question 104

Opiši obliko in zgradbo pitovirusa.

Answer 104

• Ko so odkrili dve novi skupini virusov, mimiviruse in pandoraviruse, je bilo jasno, da obstaja na tem področju še veliko
  neznanega. Tako je bila z enakim postopkom kot prejšnji dve skupini virusov, to je s sočasnim gojenjem praživali Acanthamoebaiz 30.000 let starega vzorca permafrosta iz Sibirije, odkrita nova skupina virusov, pitovirusi.
• Pitovirusi so obdani s 60 nm debelo ovojnico, pod katero je lipidna membrana. Na površini imajo apikalne odprtine, ki so zaprte z zamaškom. Ta se v začetni fazi infekcije izloči v vakuolo amebe, kar po fuziji notranje membrane viriona s fagosomomom omogoči prenos vsebnosti viriona v citoplazmo gostitelja.
• Genom pitovirusa je dvojna vijačnica DNA, velikosti 610 kbp.
• Enako kot pri mimivirusih in pandoravirusih, so ta virus prvič videli pred 15 leti in ga takrat narobe uvrstili med endosimbiotske arheje.

Question 105

Opiši obliko in zgradbo Mollivirusa.

Answer 105

• Odkrit je bil v enakem vzorcu kot Pithovirus sibericum, t.j. iz 30.000 let starega vzorca Sibirskega permafrosta.
• Delčki so premera 600 nm in imajo kosmat ovoj. Virioniso pokriti s 2-4 obročema debeline 20 nm. Na vrhu je lijak premera 160-200 nm.
• Ko molivirus vstopi v vakuole gostiteljske celice, izgubi sferično obliko in dobi obliko mehke velike školjke.
• Položaj genoma, ki je iz dvojne vijačnice DNA in velikosti 650 nm ni mogoče določiti na osnovi opazovanja goste strukture.

Question 106

Opiši replikacijski cikel orjaških virusov.

Answer 106

Kljub veliki razliki v zgradbi vseh 4 skupin do sedaj opisanih orjaških virusov, vsi uporabljajo fagocitozni vstop v gostiteljsko celico, ki jo inficirajo.

Ta način vstopa je neposredno povezan s heterotrofnim načinom prehranjevanja amebe Acanthamoeba, za katero orjaški virusi simulirajo bakterije, s katerimi se gostitelj naravno prehranjuje.

Znano je namreč, da mora biti delec, ki izzove fagocitozo, večji od 0,6 μm, v nasprotnem primeru mora pred internalizacijo več delcev med seboj agregirati. Zato obstaja evolucijska stimulacija za to, da imajo virusi, ki inficirajo amebo, velikost nad omenjeno mejno vrednostjo.

Ko se virus ujame v fagocitozno vakuolo, vsi štirje orjaški virusi uporabljajo enak mehanizme za to, da pridejo do citoplazme. Določen biokemijski signal, ki pa še ni poznan, povzroči razvitje notranje membrane in njeno fuzijo z membrano vakuole. Pri tem nastane tunel, preko katerega se vsebnost virusnega delca pretoči v citoplazmo gostitelja, kjer se začne replikacijski ciklus. Od tukaj naprej pa med vsemi 4 skupinami orjaških virusov obstajajo razlike.

Question 107

Shematska primerjava infekcijskega ciklusa med štirimi orjaškimi virusi.

Answer 107

Pri virusih iz skupine Mimivirus in Pithovirus poteka infekcijski ciklus v citoplazmi, pri virusih iz skupine Pandoravirus in Mollivirus pa tudi v jedru.

Medtem ko vsi ti virusi obdržijo svojo integriteto, delčki iz skupine Mollivirusov izgubijo svojo sferično obliko po vstopu v vakuolo.

Question 108

Vsebnost genov orjaških virusov.

Answer 108

• Vsi orjaški virusi imajo tudi največje genome med virusi, z velikostjo, ki presega 500 kb (to je tudi meja, ki se včasih uporablja v praksi za razmejitev orjaških virusov od ostalih velikih virusov, namesto velikosti virusnih delcev).
• Gostota genov v genomih orjaških virusov je primerljiva s tistimi pri običajnih virusih: v povprečju 1 gen, ki kodira protein z velikostjo 1 kb in kratko medgensko regijo, velikosti ca. 200 nt.
• Genomi vseh orjaških virusov imajo veliko število bralnih okvirjev brez podobnosti z geni v bazah z referenčnimi genomi. Ta delež je pri skupini Mimivirus 76 %, pri Pitovirusih 67 %, pri Pandoravirusih 84 % in pri Mollivirusih65 %. Geni, ki nimajo homolognih genov v bazah nukleotidnih sekvenc se imenujejo orfanski geni. Pri Pandoravirusih je tudi najbolj zastopan protein zakodiran z orfanskim genom.

Question 109

Zakaj razvijamo nove antibiotike?

Answer 109

Zaradi odpornosti bakterij proti že poznanim antibiotikom se iščejo novi antibiotiki.

Zemlja, kot dolgo uporabljen vir za izolacijo bakterij in gliv, ki proizvajajo antibiotike, je izčrpan.

Antibiotiki se iščejo v novih okoljskih nišah. Vir bi lahko bila vodna okolja, temperaturni ekstremi.

Question 110

Darwinolid.

Answer 110

Darwinolid je bil izoliran iz spužve na Antarktiki. Uniči meticilin-odporno vrsto Staphylococcus aureus (MRSA) v biofilmu, in to kar 4-krat bolj učinkovito kot kadar ta raste planktonsko.

Question 111

Izvor proti antibiotikom odpornih sevov.

Answer 111

• Bolnice predstavljajo enega izmed pogostih izvorov in kar 5-10% bolnikov sprejetih v bolnice, se med zdravljenjem okuži s sevi (bolnišnične okužbe). Kar 60-70% okužb s stafilokoki, pridobljenih v bolnicah, spada v skupino MRSA.
• Domovi: v kar 1⁄4 domov medicinskih sester najdemo tudi seve MRSA.
• V 1/5 nosnih brisov nehospitaliziranih ljudi najdemo seve MRSA.

Question 112

Kaj pomeni izraz antibiotik? Na kratko razloži zgodovino odkritja antibiotikov.

Answer 112

ANTIBIOTIKI (iz grške besede “against life”) so komponente, ki jih proizvajajo mikroorganizmi in ubijejo ali inhibirajo rast drugih mikroorganizmov.

Uporaba tega izraza pa se je uveljavila tudi za kemoterapevtike, ki so aktivni proti bakterijam.

Zlata doba antibiotikov se začne z odkritjem penicilina leta 1928, kar se pripisuje Alexandru Flemingu, čeprav je prvi odkril penicilin že leta 1896 francoski študent medicine Ernest Duchesne.

Ob odkritju se zdi, da je spojina nestabilna. Florey in Chain vzpostavita novo metodo čiščenja penicilina.

• protimikrobne komponente: proti bakterijam
• antimikotiki: proti glivam
• kemoterapevtiki: so kemično sintetizirani

Question 113

Spekter aktivnosti antibiotikov.

Answer 113

Antibiotike klasificiramo v dve skupini: s širokim spektrom in ozkim spektrom delovanja.

Naravni penicilin učinkuje le proti po Gramu pozitivnim bakterijam, ampicilin pa je modificirana oblika penicilina, ki lahko penetrira tudi v po Gram negativne bakterije.

Antibiotiki, ki bakterije ubijejo, so bakteriocidni, tisti, ki le inhibirajo njihovo rast pa so bakteriostatični.

Question 114

Naštej mehanizme delovanja antibiotikov.

Answer 114

1. Učinkuje na sintezo celične stene
2. Deluje na integriteto bakterijske membrane
3. Antibiotiki, ki učinkujejo na sintezo DNA in njeno integriteto
4. Inhibirajo sintezo RNA
5. Inhibirajo sintezo proteinov

Question 115

Kako antibiotiki učinkujejo na sintezo celične stene?

Answer 115

• Specifičnost delovanja je zagotovljena, ker se peptidoglikan nahaja samo pri bakterijah
• Ko se celica podaljšuje, encim endolizin cepi vezi in naredi luknjice v peptidoglikan
• Baktoprenol prenaša nove podenote peptidoglikana iz citoplazme preko membrane v celično steno
  (za prenos je potreben baktoprenol ker je v membrani hidrofilni sloj, peptidoglikan pa je hidrofobna molekula)
• Peptidoglikan je zgrajen iz 2 sladkornih enot (acetilglukozaminska in acetilmuraminska kislina) in na acetilmuraminsko je vezan kratek peptid, ki omogoča vezavo peptidoglikana z naslednjim preko peptidne vezi
• Podenote peptidoglikana se povežejo encimatsko in nastane glikozidna vez (horizontalno – transglikozilaza)
• Poveže se še peptid iz sosednjega, že obstoječega sloja peptidoglikana (vertikalno – transpeptidaza)
• Peptid iz 4 AK v osnovi nastane iz 5 AK (ena se v procesu transpeptidacije odstrani)
• CIKLOSERIN: inhibira encim transpeptidaza, ki dodaja/gradi peptid (inhibira dodajanje alanina na sladkorno enoto in ne pride do transpeptidacije)
• AMPICILIN: dovoli sintezo petih AK, te se prenesejo do N-acetilglukozamina in ta podenota se z baktoprenolom prenese izven celice v periplazmo (med celično steno in membrano) v luknjico, kjer transglikozilaza poveže sladkorne enote (horizontalna povezava), transpeptidaza pa sosednje peptidne repke (vertikalna povezava)
• Na transpeptidazo se veže ampicilin in transpeptidacija se ustavi, encim torej zamenja ampicilin za alaninski dipeptid
• BACITRACIN: inhibira sintezo peptidoglikana, veže se na baktoprenol in podenota se ne prenese preko membrane.
  Proizvaja ga bakterija Bacillus subtilis in Bacillus licheniformis.
• VANKOMICIN: se ne veže na encim, ampak na dialanin in transpeptidaza nima več dostopa.
  Proizvaja ga streptomiceta Amycolatopsis orientalis
• Antibiotik deluje specifično na encime bakterije in samo na rastoče celice, ki podaljšujejo celično steno

Question 116

Kako antibiotiki delujejo na integriteto bakterijske membrane?

Answer 116

• Povzročajo spremembe na membrani – jo preluknjajo
• POLIMIKSIN: deluje kot detergent, raztopi zunanjo in/ali notranjo membrano, veže se na lipid A¸, značilen le za G- bakterije
• proizvaja ga bakterija Bacillus polymyxa
• zgradba membrane je med evkariotsko in prokariotsko celico podobna (fosfolipidni dvosloj), zato se ti antibiotiki uporabljajo le za površinsko zdravljenje
• GRAMICIDIN: proizvaja ga bakterija Bacillus brevis

Question 117

Kako antibiotiki učinkujejo na sintezo DNA in njeno integriteto?

Answer 117

• Specifičnost se doseže pri sintezni poti, značilni le za bakterije
• Antibiotik odvzame kofaktor, potreben za sintezo DNA
• SULFANILAMID: inhibira sintezo folne kisline (vitamin B9), nujno potrebne za sintezo DNA
  
  • človek mora ta vitamin zaužit s hrano
  • antibiotik ima podobno zgradbo – je analog PABA
  • PABA je ena izmed treh sestavin folne kisline
  • encim zamenja PABA za sulfanilamid in ne nastane pravilen produkt
  • v celici ne more potekat normalna sinteza DNA
• NALIDIKSIN: inhibira topoizomerazo, ki zvija DNA in je specifična za bakterije
  
  • antibiotik ima zelo ozek spekter delovanja, s kemijsko modifikacijo osnovne strukture pa ga je mogoče izboljšati
• METRONIDAZOL: je primer antibiotika, ki se mora najprej modificirati s sprejetjem elektrona iz kofaktorja flavodoksin ali feredoksin, ki sta prisotna pri mikroaerofilnih in anaerobnih bakterijah. Ta antibiotik učinkuje tudi na praživali (Giardia, Trichomonas, Etnamoeba).

Question 118

Kako antibiotiki inhibirajo sintezo RNA?

Answer 118

Ti antibiotiki inhibirajo transkripcijo, in delujejo bakteriocidno na rastoče bakterije. Npr. aktinomicin D (ni selektivno toksičen), rifampin (rifampicin) deluje selektivno na bakterijsko RNA polimerazo.

Question 119

Kako antibiotiki inhibirajo sintezo proteinov?

Answer 119

• evkariotska celica (18S rRNA, 40S, 60S –> 80S) ima drugačne ribosome od prokariotske (16S Rrna, 30S, 50S –> 70S)
• Delujejo na podenoto 30S ribosoma (aminoglikozidi in tetraciklini)
  
  • STREPTOMICIN, BAGINTAMICIN
  • antibiotik se veže na 16S rRNA in mRNA se napačno bere, v celici nastane razdejanje, kar ubije celico
  • ribosom se mora pravilno vezati in prevajati kodone v AK, ne veže se pravilno in ustavljena je pravilna sinteza
    proteinov
• Delujejo na podenoto 50S ribosoma (makrolidi, kloramfenikol…)
  
  • antibiotik se veže na mesto A (kjer vstopa nova AK)
  • TETRACIN
  • antibiotik inhibira translokacijo peptidne vezi (inhibira peptidil transferazo)

Question 120

Zakaj mikroorganizmi proizvajajo antibiotike?

Answer 120

• S sekrecijo antibiotikov v okolje mikroorganizimi lažje tekmujejo z drugimi mikroorganizmi.
• Med mikroorganizmom, ki proizvaja antibiotik in gostiteljsko celico se lahko razvijejo mutualistični odnosi.

Question 121

Naštej mehanizme odpornosti bakterij proti antibiotikom.

Answer 121

A. Modifikacija tarčne molekule
B. Uničenje antibiotika preden le-ta vstopi v celico
C. Modifikacija antibiotika z dodatkom skupin na kemijsko strukturo antibiotika
D. Črpanje antibiotika iz celice s specifičnimi transporterji in transportnimi kompleksi

Question 121

Kako sev, ki proizvaja antibiotik, sam sebe zaščiti pred njegovim delovanjem?

Answer 121

• Nima tarčne molekule, na katero antibiotik učinkuje
• Proizvaja antibiotik v neaktivni obliki
• Svojo tarčno molekulo zaščiti z modifikacijo (metilacija)
• Postavitev bariere, ki preprečuje vstop antibiotika v celico.
  Ti mehanizmi se lahko med bakterijami prenašajo s horizontalnim prenosom, tudi v patogene bakterije, kar povzroči njihovo odpornost proti antibiotikom.

Question 122

Kako delimo simbiotske organizme?

Answer 122

Mikroorganizmi lahko razvijejo s svojim gostiteljem (rastlina, žival itd.) različne simbiotske odnose.

Glede na učinek tega odnosa na gostiteljsko celico razdelimo simbiotske mikroorganizme na:
- parazitske: koristi na račun gostitelja
- patogene: povzročajo bolezen v gostitelju
- komenzalne: nimajo opaznega učinka na gostitelja
- mutualistične: so koristni za gostitelja (sintetizirajo vitamine, preprečujejo naselitev drugih patogenov, MO…)

Question 122

Kakšen je vpliv simbiotskega odnosa?

Answer 122

Mikroorganizmi v simbiotskem odnosu vplivajo na evolucijo in fiziologijo svojega gostitelja.

Če mutualističen odnos traja dolgo obdobje, to ugodno vpliva na fiziologijo obeh partnerjev (ko-evolucija). Tekom časa so te spremembe tako velike, da simbioza postane obligatna.

Question 123

Kaj je mutualističen odnos med MO?

Answer 123

Mikroorganizmi pogosto živijo v tesni asociaciji eden z drugim in oblikujejo mikrobne združbe (mnogokrat koristi vseh partnerjev v združbi niso poznane).
Primer mutualističnega odnosa, pri katerem so poznane koristi vsake od obeh skupin mikroorganizmov, ki živita v asociaciji, sta LIŠAJ in EPIBIONT Chlorochromatium aggregatum.

Question 124

Lišaji.

Answer 124

• značilni za niše, ki so za druge organizme neugodne (izspostavljene površine, skale, veter…)
• Mutualističen odnos med glivo in algo ali glivo in cianobakterijo.
• ALGA IN CIANOBAKTERIJA kot fotoavtotrofna organizma proizvajata organske snovi, ki jih lahko uporabi tudi gliva. Med cianobakterijami so pogosto tudi vrste, ki lahko fiksirajo N2 (Anabaena in Nostoc).
• GLIVA, ki sama ne more sintetizirati organskih snovi, pa algi oz. cianobakteriji omogoči pritrditev na površino in zaščito pred erozijo zaradi dežja in vetra. Poleg tega ima gliva hife, ki izločajo eksudate s kislinami, ki raztapljajo površino in sproščajo se anorganske snovi, ki jih lahko koristi fototrofni organizem. Gliva ima veliko površino in predstavlja zalogo vode
• Morfološko obliko lišaja določi gliva in mnoge glive imajo sposobnost oblikovati lišaj. Diverziteta fototrofnih mikroorganizmov znotraj lišajev je manjša, različne vrste lišajev imajo lahko enakega fototrofnega partnerja.

Question 125

Epibiont.

Answer 125

• V sladkih vodah mikroorganizmi pogosto živijo v obliki agregatov (konzorciji), ki jih sestavljajo negibljivi fototrofni mikroorganizmi (zelene žveplove bakterije) in gibljive nefototrofne bakterije.
• Osrednja celica je običkana in omogoča premikanje
• Obdajajo jo okoljske bakterije, ki vodijo fotosintezo, dajejo vir organskih snovi, najpogosteje so iz skupine zelenih žveplovih bakterij, jih je pa 13-69
• Osnova tega mutualističnega odnosa je sinteza organskih snovi s pomočjo zelenih žveplovih bakterij in gibljivost partnerskih organizmov.
• Najdemo jih v globinah, kjer še seže svetloba, iz globin pa vodikov sulfit
• Zračni vezikli omogočajo le navpično premikanje, ki je počasno ampak omogoča iskanje idealnega razmerja svetlobe in sulfita
• Bakterije imajo na površini kapsule ali polisaharide, ki omogočajo, da celice ostanejo povezane

Question 126

Mutualistični odnos med MO in rastlino.

Answer 126

• Rastline so v kontaktu z mikroorganizmi preko korenin, površine listov, tkiv.
• Večina mutualističnih odnosov med rastlino in mikroorganizmi temelji na povečani dostopnosti hranil za rastlino in obrambo pred patogenimi mikroorganizmi. Primer: asociacija med fiksatorji N2 in stročnicami (rizobiji), asociacija med koreninami rastlin in glivami (mikoriza).

Question 127

Mutualizem med rizobiji in rastlino.

Answer 127

• Rizobiji so bakterije, ki vežejo N2 in živijo v simbiotskem odnosu s stročnicami. Ta asociacija je ekonomsko zelo pomembna, saj med te rastline spadajo poljedelsko pomembne rastline, kot so fižol, grah, soja.
• Učinek tega simbiotskega odnosa je tudi okoljski zaradi zmanjšanega onesnaževanja (možnost odtekanja gnojil).
• Rizobiji so dobili svoje ime po najpogosteje zastopanem bakterijskem rodu, t.j. Rhizobium.
• Po infekciji rastline z rizobiji se na koreninah tvorijo noduli.
• Ključni encim za fiksacijo N2 je nitrogenaza, ki je pri visokih koncentracijah O2 inaktivirana. Nitrogenaza reducira zračni dušik v amoniak.
• V nodulih regulira koncentracijo O2 protein leghemoglobin, nahaja se v tkivu in omogoča anaerobno stanje tako, da lahko veže kisik (O2 kroži med Fe3+ in Fe2+).
• Mutualističen odnos med vrstami stročnic in rizobiji je vrstno specifičen (ne more vsaka vrsta rizobijev vzpostavit odnosa z rastlino, najpogosteje je rod Rhizobium + metuljnice)

Question 128

Opiši tvorbo nodijev.

Answer 128

• Rastlina v zemljo izloča eksudate (oligosaharide z različnimi radikali (faktor Nod) – sladkorji) in tako se ustvari ugodna niša za bakterije
• Izražati se začnejo geni Nod
• Ti geni nosijo informacijo za tvorbo oligosaharidov, ki inducirajo zvijanje koreninskih laskov in izzovejo delitev celic v rastlini, kar v končni fazi privede do tvorbe nodulov.
• Na oligosaharide so vezani različni radikali, ki delujejo kot signalne molekule, ki vzpodbudijo tvorbo nodulov.
• Bakterija se pomika po koreninskem lasku, pomnožuje in prodira vse globlje v notranjost.
• Nadaljevanje razmnoževanja rastlinske in bakterijske celice in tvorba koreninskega nodula – koreninski lasek se zvija.
• Tvorba modificiranih bakterijskih celic (bakteroidov) v rastlini ter prehod v fazo fiksacije N2
• Rizobiji za fiksacijo dušika potrebujejo elektrone iz rastline (N2 –> NH4+ – redukcija, proces zahteva ATP). V bakteroide se transportirajo vmesni produkti citratnega ciklusa (sukcinat, malat, fumarat), ki se uporabijo kot donorji elektronov za produkcijo ATP.
• Amoniak se vključi v asparagin ali glutamin in zagotavlja vir dušika rastlini.
• Bakterija ne prodira v celice, ampak se nahaja med membranami.

Question 129

Kako se fiksira N2 z drugimi organizmi?

Answer 129

• cianobakterija + vodna praprot Azolla
• preden poselijo riževa polja nasadijo praprot, potem pa jo riž preraste in sprosti se vezan dušik
• jelša + filamentozna bakterija Frankia

Question 130

Mutualistični odnos med glivo in rastlino - mikoriza.

Answer 130

• Gliva zagotavlja vir P in N, rastlina pa vir ogljikovih hidratov. Gliva poveča rastlini površino za absorbcijo hranil iz okolja. Velik učinek v agronomiji. Mikoriza ohranja diverziteto rastlin.
• Ektomikoriza: glive se razrastejo na površini korenin (gozdna drevesa)
• Endomikoriza: glive se razširijo globoko v korenini (hife ne vstopajo v celice in jih ne poškodujejo, spore se s hifopodiji pritrdijo na korenine in se širijo v notranjost)
• arbuskularna mikoriza: obligaten odnos

Question 131

Žuželke kot mikrobni habitat.

Answer 131

• Simbiotski odnos med žuželkami in mikroorganizmi pomembno prispeva k uspešnemu širjenju žuželk v okolju.
• Simbiont omogoča žuželki zaščito ali pa ji omogoča izkoriščanje določenih hranil.
• Ektosimbionti poseljujejo površino žuželk, endosimbionti so znotrajcelični in se nahajajo v organih žuželk.
• Odnos lahko postane obligaten, v organizmu se zmanjša nabor genov zaradi ugodnega okolja
• Obligatni simbionti potrebujejo gostitelja za svoje pomnoževanje:
  
  • primarni simbionti (so nujno potrebni tudi za reprodukcijo gostitelja),
  • sekundarni simbionti (niso nujno potrebni za reprodukcijo gostitelja).
• Termiti: prebavljajo celulozo s pomočjo simbiontov
• Razgradnja poteka v zadnjem delu prebavnega trakta žuželke (v enem mikrolitru)
  
  • višji termiti: simbionti so bakterije – rekecije
  • nižji termiti: simbionti so praživali

Question 132

Simbioza med vodnimi nevretenčarji in fototrofnimi mikroorganizmi.

Answer 132

Tvorba koralnih grebenov kot rezultat mutualističnega simbiotskega odnosa med enostavnimi morskimi živalmi in algami.

Značilna združba v tropskih vodah kjer je malo hranilnih snovi. Gostitelj lahko absorbira veliko svetlobe, ki jo uporabi fototrofni simbiont.

Najbolj pogosti gostitelji: spužve, morske vetrnice.

Najbolj pogosti simbionti: cianobakterije, rdeče ali zelene alge, dinoflagelati. Alga je endosimbiont in dobi od gostitelja anorganske snovi, sama pa priskrbi koralnjak z organskimi snovmi.