Tvary bakteriálních buněk Morfologie kolonií Barvení buněk Obrazová dokumentace a zpracování obrazu Morfologická diverzita prokaryot • tvar buňky • shlukování buněk • buněčné povrchy • pohyb • buněčné dělení • adaptace k environmentálním extrémům • diverzita vývojových cyklů • diverzita metabolismu Tvary bakteriálních buněk optimální hydrodynamické vlastnosti využití přístupných živin Koky Geneticky kódováno dělení v rovinách a odloučení samostatné buňky. Spojení buněčnou stěnou –Van Der Waalsovy síly • oploštělé zašpičatělé v závislosti na rovině dělení : • diplokoky - jedno dělení v jedné rovině i shluky (dle náboje buňky a živin) • streptokoky - dělení jen v jedné rovině a dělí se každá buňkam v řetízku. Jednotlivě, dvojice nebo řetízky (Streptococcus, Lactococcus) • tetrády dělení ve dvou rovinách, málo časté, většinou přerůstají v balíčky (Micrococcus luteus) • pakety, sarciny dělení ve 3 na sebe kolmých rovinách po dělení zůstávají ve skupinách po 8 • stafylokoky nepravidelné dělení shluky, hrozníčky typ shluku charakteristický pro každý druh, v prostředí bohatém živinami se tvoří více shluků Charakter shluků závisí na způsobu dělení bakteriálních buněk • příčiny tvorby jednotlivých typů shluků u jednotlivých skupin bakterií nejsou jasné • myxobakterie – produkce extracelulárních enzymů a lyze nerozpustných makromolekul • studium vztahů mezi strukturou a funkcí Tyčinky, tyčky Dělení jen v 1 rovině, vždy jen příčně. U bacilů poměr délka/šířka větší než 0,5. rovné (většina bakterií,E.Coli, r.Salmonella…) krátké (kokobacily viz níže) dlouhé - vlákna (Erysipelothrix,Actinomyces) štíhlé ( Mycobacterium tuberculosisi, Clostridium tetani) robustní (r. Lactobacillus, Clostridium perfringens) rozštěpené (r. Bifidobacterium) větvící se (rr. Nocardia, Actinomyces) zakřivené (vibria-rr.Vibrio, Campylobacter) Vibria – různě prohnuté na jednu stranu, divoké kmeny více než sbírkové.Mikroskopie: vždy jednotlivě, dvojice jen na konci buněčného cyklu. s rovnými až konkávními konci (Bacillus anthracis) vřetenovité (r. Fusobacterium) kyjovité (r.Corynebacterium) pleomorfní (viz níže) Tyčinky Dělí se typicky jen podél své krátké osy a zůstávají většinou odděleně; • Diplobacily: • tyčky ve dvojicích s kratšími konci u sebe (např. rod Moraxella) • Streptobacily: • Tyčky, které zůstávají v řetízku po dělení (např. Streptobacillus moniliformis, Erysipelothrix rhusiopatiae, Bacillus, Lactobacillus, ) Palisádovité uspořádání, v podobě klád či římských číslic (např. rod Corynebacterium, Mykobacterium a tzv. nokardioformní bakterie – Nocardia asteroides, Arcanobacterium haemolyticum, Rhodococcus equi) Palisády – vznikají rozpadem řetízku u buněk produkujících palisádový enzym, buňky pak sekundárně spojeny nábojem. Palisády existují v prostředí vždy krátce ( výskyt proteáz). Kokobacily kokobacily a kokotyčky dvojice nebo shluky, nikdy řetízky • Bordetella pertusis, Kingella, Acinetobacter Další tvary tyčinek Spirilly – určitý počet závitů a vždy stejné stoupání počet závitů konstantní – max 5-7. Pohyb a udržování počtu závitů vždy dle osového vlákna, závity jen v 1 rovině,relativně tenké buňky. Spirochety – více závitů, tlustší buňky, závity ve dvou či třech rovinách. Bičíky v horním periplazmatickém prostoru, axiální bičíky vidíme až na řezu (jeden až několik desítek). Undulující membrána – bílkovina + sacharid v 1rovině, výlučně u vodních. U spiril i spirochet bičíky vždy na koncích, jednotlivě či ve svazku.Pokud spojení tak háčkem, ne plochou. Pro pozorování se využívá mikroskopie v zástinu. Mikroskopie: buňky vždy jednotlivě. Bakterie monomorfní existence jedné morfologické formy nezávisle na podmínkách růstu Bakterie pleomorfní (mnohotvaré, pleiomorfní) existence odlišných morfologických forem u téhož druhu či kmene ( vlivem různých podmínek pro růst, často starší kultury) příklady:Corynebacterium diphteriae, Mycoplasma pneumoniae, Rickettsia prowazeki, Rickettsia rickettsia 1. mykobakterie 2. corynebacterium –plectridium (ztluštění terminálně) či clostridium (ztluštění centrálně), corynebacterium mikroskopie: jednotlivě, dvojice nebo shluk. 3. aktinomycety – mikroskopie: jednotlivě, dvojice nebo shluky. U streptomycet např. čím delší kutivace tím větší pleomorfismus. Morfolologie kolonií Charakteristická pro daný bakteriální druh • Kolonie – tvorba a stavba, uspořádání (organizace) a dorozumívání ( komunikace). • Mezikoloniální vztahy a vlivy – komunikace mezi jednotlivými koloniemi. • Závislost na době kultivace, teplotě a výživě. • Kolonie bakteriální = společenství buněk vzniklé obvykle na povrchu pevné kultivační půdy z třeba i jediné životaschopné buňky. Colony morphology of an exopolysaccharide-overproducing mutant of P. fluorescens CHA0. Proteus vulgaris Barvení buněk • Proces fyzikální barvivo adsorbováno na povrch Van der Waalsovými silami, dipólovými reakcemi nebo H můstky • nebo chemický na základě reakce mezi substrátem a barvivem, ionty barviva vázány elektrony kovalentní vazby (jako u solí), produkt má nižší disociační konstantu • Při neutrálním pH – buněčné bílkoviny většinou na alkalické straně izoelektrického bodu Proto barvíme bazickými barvivy – methylenová modř, krystalová a genciánová violeť, fuchsin, safranin. Barviva soutěží o ionty na buněč. povrchu. • Bazická barviva – barvicí složka v kationtu (methylenová modř – tetramethylthionin hydrochlorid). Reakce = výměna iontů, bazické barvivo nahradí kation adsorbovaný na buňce • Kyselá – v aniontu (eosin – sodná sůl tetrabromfluorescinu) • Buněčná suspenze – amfoterní, tvoří vazby s bazickými barvivy – nad izoelektr. bodem s kyselými – pod izoel. bodem Obrazová dokumentace a zpracování obrazu LUCIA G Rozdělení obrazu Makrofoto (z binokulární lupy, např. kolonie) do Z = 30:1 Mikrofoto ( z mikroskopu) Z nad 30:1 Zařízení konvenční a digitální fotoaparáty, video- a digitální kamery o konvenční - snímaný prvek je políčko filmu, princip chemické reakce o digitální - snímaný prvek je CCD čip, CMOS, princip el. výboj Jednotka rozlišení je pixel (bod výsledného obrázku; kvalitní fotoaparát 3 – 6MP) • Kamery RGB (red, green, blue) – nejčastěji tříčipová kamera, alternativa binokulární lupy Doplňkové zařízení – stativ, osvětlení, počítač Světlocitlivé snímací čipy • CCD / CMOS čip - snímá obraz za objektivem digitálního fotoaparátu • Liší se ve 1) velikosti světločivné oblasti (palce, 1/2", 1/1.8", 1/2.7" a 1/3.6„) • 2) v rozlišení - skládají se až z miliónů jednotlivých buněk (pixelů, které registrují světlo a vyhodnocují jeho intenzitu) Jak čip rozeznává barvy? • světlo lze rozložit do 3 základních barev červené, zelené a modré + kombinace (255 + 255 a 0 = ) • nad každou světločivnou buňkou (pixelem) je malý barevný filtr, proto některé buňky registrují jen červenou, jiné jen modrou a ty poslední jenom zelenou. Celkem se všem těmto filtrům na CCD či CMOS čipu říká RGB filtr (Red, Green, Blue filtr). Počet pixelů - hlavní údaj CCD/CMOS čipu • Ale není nejdůležitější (neudává, kolik % z něj dokáže digitální fotoaparát využít) • Například CANON PowerShot Pro 90 IS má 3.34 Mpix CCD čip, ale používá z něj sotva 80% pixelů. CCD čip • nejčastěji používaný obrazový čip • nákladný • Výstup informací z CCD čipu není digitální, ale analogový - za CCD čipem musí následovat obvody pro digitalizaci obrazu (A/D převodník) = vyšší odběr elektrické energie a zpomalení toku dat • Obvody digitalizují obraz u CCD čipu pro všechny pixely postupně CMOS čip • konstrukčně složitý, ale levnější • obvody CCD čipů zde již součástí (každá světločivná buňka - pixel - má tyto obvody přímo u sebe • digitalizace obrazu se provádí pro všechny pixely zvlášť a najednou. To snižuje dobu pro přečtení obrazu z CMOS čipu a snižuje spotřebu energie • každá buňka dostane nad sebe kromě RGB filtru i miniaturní čočku (celkem miliony) – ta soustředí paprsky dopadající na plochu s digitalizačními obvody do místa citlivého na světlo. CMOS Faveon X3 čipy • U klasických CCD či CMOS čipů se detekují pouze tři základní barvy –RGB • Světločivná buňka na CCD či CMOS čipu rozpozná pouze intenzitu dopadajícího světla • Nad vlastní světločivnou buňku je filtr v inverzní barvě - pohltí všechny barvy kromě té na kterou je nastaven. (Tak nám tato buňka detekuje pouze intenzitu jedné barvy. Dohromady se detekují všechny barvy, které mohou vzniknout složením červené, zelené a modré). Rozlišení snímku • kolik bodů (pixelů) vodorovně a svisle je schopen fotoaparát rozeznat. • Tak můžeme potkat fotoaparáty oba s 3.34 Mpix, ale jeden dosáhne 2048x1536 pixelů rozlišení, a ten druhý jen 1856x1322 pixelů rozlišení. Digitální fotoaparáty • nastavování rozlišení snímku • k potlačení tónování barev (např.kvůli zářivkového osvětlení) při focení slouží vyvážení bílé barvy • nastavení citlivosti CCD nebo CMOS čipu (v jednotkách ASA) • barevná hloubka - v bitech nejčastější je 24 bitů - na každou barvu připadá 8 bitů Čím větší je toto číslo, tím více barev je možné rozeznat na výsledném snímku. Více než 32 bitů na barvu lidské oko nerozezná. Nikon Coolpix 4500 http://www.dpreview.com/reviews/nikoncp4500/page2.asp Software • snímání a analýza obrazu – LUCIA G / GF • zpracování digitálního obrazového materiálu – PhotoShop – IrfanView – Xnview – GIMP LUCIA G • možnosti software (snímání, akceptovatelné formáty …) • interaktivní měření (měření, délka) • automatické měření – binární obraz, prahování • editace obrazu – výřezy, zoom, jas, kontrast, doplňkové barvy … Komprimace (komprese) dat – snižuje datový objem Formáty obrázků – BMP –bezkompresní TIFF-bezztátová komprese JPG – lze volit míru komprese Ukládání obrazových dat –digitální fotoaparát smart media karty, kamery – obraz přímo,ale počítač musí mít digitalizační kameru – grabbor Děkuji za pozornost