Jaká je definice bakteriálního druhu ? Základní taxonomická jednotka: v bakteriální druh - je souborem bakteriálních kmenů sdílející stálé shodné vlastnosti (fenotypové i gentoypové – sekvence genů pro 16S rRNA, DNA‑DNA hybridizace) a lišící se jimi od kmenů jiných validně popsaných druhů Varianty uvnitř druhu se liší v: - antigenních strukturách (pak jsou jednotlivé menší jednotky než druh tzv. sérovary) - v biochemických vlastnostech (biovary), - v rostlinné virulenci (patovary) - dále podle citlivosti k fágům (fagotypy). Ø Druh se od fylogeneticky nejblíže příbuzného (stanoveno genotypizačními metodami) musí lišit i fenotypově (fyziologické znaky – biochem.testy, chemotaxonomie) Ø Typové kultury druhu musí být kultivovatelné a jsou uloženy alespoň ve 2 sbírkách Ø Nekultivovatelné mikroorganismy jsou popisovány jako tzv. candidatus Ø Koncilium International Commitee for the Systematics of Prokaryotes definuje druh jako „organismus charakterizovaný souborem popisů a charakteristik hlavně analýz genomu. Jeden druh je tvořen koherentní skupinou individuálních izolátů s vysokým stupněm podobnosti v mnoha nezávislých vlastnostech testovaných za standardizovaných podmínek. Druh je taxonem, který je analyzován metodami 16S rDNA a DNA‑DNA hybridizaci (DNA - typizačními metodami), dále pulzní gelovou ELFO, MS“... Nové druhy jsou tedy analyzovány pomocí těchto metod a pomocí vhodných statistických programů. To je rozdílem pojetí druhu např. u 1. a 2. vydání Bergey´s Manual. Ø Sbírkové kmeny druhu jsou uloženy ve významných světových sbírkách a reprezentují fylogenetické jednotky. V Approved List of Bacterial Names jsou abecedně a chronologicky vyjmenovány oficiální validovaná jména druhů (V IJSB). V r.1996 bylo zahrnuto 5 569 taxonů. Ke každému taxonu jsou uvedeny reference, nomenklatura, publikace (pokud jsou k dispozici jen validační listy), přesun do jiného rodu (značeno šipkou), synonyma (značeno=). Ø (Bacterial Nomenclature Up-to-Date, dostupná na http://www.dsmz.de/bactnom/bactname.htm). Ø Identifikací druhu prakticky dokážeme jeho klasifikaci. Přeřazením druhu se mění pouze jeho jméno rodové, druhové zůstává. Druhové jméno se většinou dává dle charakteru vlastností. Práce s bakteriemi v laboratoři: Podle WHO – 4 třídy podle patogenity: 1) druhy nejsou známé jako původci onemocnění 2) druhy způsobující běžná onemocnění + potenciální patogeny; bezproblémová léčba 3) druhy způsobující vážná nemocnění, léčba není 100% 4) druhy, u nichž je léčba neznámá Escherichia coli - Enterobacteriaceae - gramnegativní tyčky se zaoblenými konci, 2-3 x 0,6 µm, někdy kokobacily, barví se homogenně. Na povrchu mají různé typy fimbrií (jedny zastoupeny ve velkém počtu na povrchu: umožňují adhezi na hostitelskou buňku, další - sex pili, jsou v menším počtu a umožňují vazbu mezi donorem a recipientem při konjugaci (viz snímek konjugace níže). Některé typy E. coli tvoří pouzdra a jejich kolonie mají hlenovitý charakter. - běžný komenzál tlustého střeva, pomáhá udržovat rovnováhu mikroflory – působí proti škodlivým bakteriím, syntetizuje vitaminy A, B, K - mimo střevo větš.patogen (nebezpečí při perforaci střeva) - fekálním znečištěním se dostává do vody, kde může přežít řadu týdnů (je to tedy nejběžnější indikátor fekální kontaminace pitné vody) - určité ze stovek kmenů (nikoli z našeho cvičení) však mohou způsobovat onemocnění a to střevní i mimostřevní (komenzální sérotypy vyvolávají onemocnění močových cest po adherenci, septická onemocnění, infekce ran, hnisavé procesy): - : - antigenní struktury na povrchu buňky (polysacharidy, proteiny membrán, bičík...): podle nich se dělí na sérotypy, kterých je celých 240 (kombinace antigennů) - Escherichia coli K1 – způsobuje meningitidu a septikémii (septikemie je těžká infekce provázená systémovými projevy zánětu; z infekčního ložiska v těle se občas či trvale uvolňují choroboplodné zárodky do krve = bakteriémie) - některé kmeny způsobují cestovatelské průjmy - enterotoxigenní (ETEC) – u hostitele druhově specifické fimbrie pro adhezi; endemický výskyt v teplých oblastech - průjmy novorozenců - enteropatogenní E. coli (EPEC) – alterace epitelií střeva - enteroinvazivní (EIEC) - enterohemorrhagická E. coli (EHEC) - způsobuje hemorrhagie (krvácení do orgánů trávicího traktu), v USA „hamburger disease“ – spojená se sekaným masem v bulce (pouze 10 bakteriálních buněk stačí ke kontaminaci jídla; kmen E coli O157:H7 je komenzálem dobytka, kuřat, vysoké zvěře, ovcí, koz a prasat; zvířecí přenašeči jsou rezervoárem, nejeví známky onemocnění. Lidé: krvavé průjmy (poprvé v r.1982) - onemocnění bylo popsáno rovněž z kontaminace nepasterizovaného jablečného a pomerančového džusu, mléka a vody, 10 – 72h po strávení kontaminované potravy může propuknout infekce; mezilidský přenos se vyskytuje zejména v prostředí nemocnic, sanatorií, jeslí; mortalita je u starších osob až nad 50% - E. coli, jakožto model genového inženýrství (známý genom), je však i užitečným bakteriálním druhem: dnešní elegantní metoda vloží lidský gen pro tvorbu inzulínu do bakterie Escherichia coli, které se kultivují ve velkokapacitních fermentorech a jsou schopny vytvořit tuny lidského inzulinu schopného uspokojit rostoucí počet pacientů s diabetem konjugace E. coli Pseudomonas putida - jeden ze zástupců druhově bohaté rodiny rodu Pseudomonas; uvnitř tohoto rodu je přibližně 160 druhů (!), z toho 100 druhů sensu stricto - při bioremediacích se využívá její schopnosti degradovat toluen! Remediace půd znečištěných naftalenem; dokáže konvertovat styren na odbouratelné polyhydroxyalkanoáty (recyklace polystyrenu) - úspěšně působí jako biokontrolní agens proti houbám Fusarium a Pythium Fusarium Pythium - projekt sekvenování genomu: kmen Pseudomonas putida strain KT2440 se rovněž zařadil mezi skupiny organismu se známým genomem P. putida - rod Pseudomonas je geneticky a metabolicky velice heterogenní - velmi rozmanitá a ekologicky významná skupina bakterií; zástupci rodu osídlují všechna prostředí: jako saprofyti izolováni z mnoha přírodních zdrojů (říční vody, půdy, sladké i slané vody, z kalu, piva, javorového sirupu, mléčných výrobků, obilnin) - díky širokého spektra metabolických drah se tato přizpůsobivá skupina bakterií podílí na geochemických cyklech a biodegradacích. Rod Pseudomonas se významně uplatňuje při bioremediacích (zejména Pseudomonas putida a P. sp.) nebo jako biokontrolní agens - Pseudomonas Genome Project - gramnegativní rovné nebo mírně zakřivené tyčinky 1,5 – 5 µm x 0,5 – 1 µm - buňky zástupců rodu Pseudomonas vykazují schopnost pohybu jedním nebo více polárními bičíky; charakteristickým znakem je dále tvorba fenazinových exopigmentů pyocyaninu a fluorescinu (pyoveridinu), které způsobují žluté až modrozelené zabarvení kultivační půdy. - kolonie na živném agaru jsou pravidelné, okrouhlé, hladké i drsné (P. balearica) Jednotlivé znaky se obvykle hodnotí mezi 18-24h kultivace CHROMagar Pseudomonas Pro izolaci typických modrozelených kolonií Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida a Pseudomonas fragilis (jiné druhy inhibovány nebo bezbarvé) - projevují se jako významné lidské, zvířecí i rostlinné patogeny - jsou jednou z bakteriálních skupin způsobujících nozokomiální infekce; faktorem virulence je tvorba biofilmu s vysokým stupněm rezistence na povrchu tkání nebo předmětů; příkladem druhů se schopností tvorby biofilmu jsou P. aeruginosa nebo P. fluorescens; kolonizace je možná díky tvorby polysacharidu alginátu, který tvoří matrix biofilmu a chrání buňky vůči působení desinfekčních látek a v těle hostitele vůči působení protilátek a antibiotik infekce P. aeruginosa Pseudomonas fluorescens Serratia marcescens - Enterobacteriaceae - běžná G- rovná pohyblivá tyčinka, častá v prostředí – půda, voda, rostliny, střevní flora - tento druh se vyskytuje v humánním klinickém materiálu (enterobakterie), původce nosokomiálních infekcí, infekcí močového a dýchacího traktu, očí, ran, endokarditid, osteomyelitid, meningitid - rozmezí růstu 5 – 40°C - pigmentující – červenooranžový prodigiozin - součást zubního povlaku (pigmentace zubu) - tvoří růžový povlak ve vlhkém prostředí koupelen - výskyt rezistencí na antibiotika (informace pro rezistenci nesena doplňkovou genetickou informací = R – plazmidy, které si mohou buňky předávat) - „zázrak v Bolseně“ a reaction in medium Kocuria rosea - patří do čeledi Micrococcaceae - grampozitivní koky - v půdě, ve vodě, na kůži savců - kolonie pigmentující: růžově, červeně Micrococcus luteus - G+ kok, jednotlivě, dvojice nebo řetízky, dělení ve více než jedné rovině; dělění v rovinách geneticky kódováno - primární výskyt na lidské kůži, dále prostředí, půda, prach, voda, vzduch, potraviny, ústa, sliznice dýchacího traktu - rozkládá složky potu - zápach - žlutý nebo světle oranžový pigment - imunokompromitovaní jedinci – mohou utrpět septický šok Bacillus cereus - grampozitivní peritrichálně obrvené tyčky, dvojice, někdy řetízky - půda, otravy jídla, rýže, gastroenteritidy - v půdě nejednotné podmínky: tvoří velmi odolné endospory – zde oválné a centrální Endospora je dormantní („spící“), odolná, nereproduktivní struktura tvořená malým počtem převážně G+ bakterií rodů Bacillus (aerobní tyčky), Clostridum, Thermoactinomyces a Desulfotomaculum (anaerobní tyčky), Sporosarcina (aerobní koky), Sporolactobacillus, Oscillospira, Thermoactinomyces, ale také některými G - bakteriemi (Coxiella burnetii). Objevují se přibližně 6 – 8 hodin po ukončení logaritmické fáze růstu. Pro bakterii představuje spóra možnost přečkat podmínky nevhodné pro život i po tisíce let, jsou také prostředkem šíření bakterií i na značné vzdálenosti a v různém prostředí. Tvorba spory není odpovědí na prostředí, ale přípravou na nepříznivé podmínky. Makromolekuly ve spoře jsou stabilizovány přítomností specifických bílkovin, dále ztrátou vody a její náhradou vápníkem. Jsou odolné k působení UV záření, záření γ, k vysoušení, lysozymu, teplotním změnám, nedostatku živin a působení mnoha dezinfekčních prostředků. V ethanolu mohou přežívat několik měsíců. Sporicidní látky: ethylenoxid, beta-propionlakton, koncentrované louhy a kyseliny, formaldehyd při prodloužené expozici, kyselina peroctová – Persteril, jodové preparáty, chloramin. Morfologie Mikroskopie: spory jsou vysoce světlolomné útvary nepřijímající Gramovo barvivo. Tvar, velikost a uložení – charakteristický znak pro identifikaci. Spory bacilů = biopesticidy - Bt toxin transgen -Bacillus thuringiensis var. israelensis - rod Bacillus: velké množství cca 60ti druhů, jejichž diferenciace obtížná - několik druhů rodu jsou patogeny člověka či hmyzu - dalším významným druhem rodu Bacillus je Bacillus anthracis Bacillus cereus