introduktion till mikrobiologi

INTRODUKTION TILL
MIKROBIOLOGI
Bilder
Karin Carlson
Claës Linder
Nästa bild – Enter
Avsluta Esc
1
Vad är mikrobiologi?
Archaea
Bacteria
Spirochaetes
Chlamydia
Bacteroidetes
CRENARCHAEOTA
Proteoβ α
bacteria γ
svavelarkéer
Pyrococcus
Chloroflexii
Chlorobii
ζ
THAUMARCHAEOTA
EURYARCHAEOTA
Cyanobacteria
ε
Actinobacteria
δ
marina euryarkéer
KORARCHAEOTA
halofiler
Firmicutes
Deinococcales
Thermoplasma
metanogener
Thermotogales
Aquificales
NANOARCHAEOTA
Planctomycetes
Opisthokonta
grönalger
Plantae
landväxter
Unikonta
svampar
mikrosporidier
Amoebozoa
rödalger
djur
Excavata
euglenioder
(Euglena)
Chromoalveolata
flagellater
(Trypanosoma)
Alveolata
Rhizaria
Stramenopila
diplomonader
(Giardia)
radiolarier
foraminiferer
slemsvampar
Entamoeba
pansaralger
ciliater
Apicomplexa (spordjur)
kiselalger, brunalger,
guldalger
oomyceter
Eukarya
Figur 1.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
2
Mikrobiologisk arbetsmetodik
A
B
1,2E+09
10
8
bakteriehalt log celler/mL
bakteriehalt celler/mL
1,0E+09
8,0E+08
6,0E+08
4,0E+08
2,0E+08
6
4
2
0
0
5
15
20
15
20
-2
0,0E+00
-4
0
5
10
15
20
tid
tid
C
10
D
10
10
6
4
2
0
0
5
10
15
20
bakteriehalt log celler/mL
bakteriehalt log celler/mL
8
8
6
4
2
-2
0
-4
tid
0
5
10
tid
Figur 2.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
3
Bakterieceller
encelliga
stav (bacill)
≥ 1,5 × så lång
som bred
kock
< 1,5 × så lång
som bred
spirill
böjd eller
spiralvriden stav
”flercelliga”
filament (tvärväggarna ofullständiga eller saknas helt)
cyanobakterie
differentierade
heterocysta
myxobakterie
streptomycet
Figur 3.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
β(1,4)glykosidbindning, känslig
för lysozym
NAG
NAM
CH2OH
O
CH2OH
O
O
O
OH
NH
NH
C=O
C=O
CH3
tetrapeptidkedja
O
L-Ala
N-acetylgrupp
CH3
D-Glu
diaminosyra
D-Ala
Figur 3.4
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
väggteikoinsyra
väggprotein
lipoteikoinsyra
N-acetylmuraminsyra
peptidoglykan
N-acetylglukosamin
cellmembran
membranprotein
B
O-
O-
D-glukos
D-alanin
D-alanin
H H H H H
O P O C C C C C O P O
O
O
H
H
C
H H
HO C C C OO R1 R2
Figur 3.5
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
lipopolysackarid
porin
lipid A
protein
yttermembran
NAM
periplasmatiskt
utrymme
peptidoglykan
NAG
cellmembran
membranprotein
B
KDO
NAG
Glu
n
O-sackarid
Gal
Gal
Hep
Glu
Hep
P
P
Hep
P
KDO NAG
KDO
NAG
P
P
kärnsackarid
lipid A
Figur 3.6A–B
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
L
P
Mot
MS
C
Fli
Figur 3.7Figur 3.7
Introduktion
till mikrobiologi
Introduktion
till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder
Linderoch
ochStudentlitteratur
Studentlitteratur2012
2008
B
A
C
Figur 3.8
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
B
D
C
PG
YM
PG
CM
CM
Figur 3.9A–D
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
vegetativ cell
VII
germinering
spor
exosporium
cortex
IV
II
inre spormembran
III
cellmembran
yttre spormembran
Figur 3.10
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
4
Metabolism och tillväxt
glukos-6-fosfat
fruktos-6-fosfat
pentos-5-fosfat
erytros-4-fosfat
triosfosfat
3-fosfoglycerat
fosfoenolpyruvat
pyruvat
acetyl-CoA
α-ketoglutarat
succinyl-CoA
oxaloacetat
PO43-
Energikälla
kolkälla
källa till
reduktionskraft
SO42NH3
övriga grundämnen
fetter
fettsyror (≈8)
lipopolysackarid
socker (≈25)
glykogen
aminosyror (≈ 25)
nukleotider (≈8)
peptidoglykan
protein
RNA
DNA
Katabolism
Anabolism
Figur 4.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
1/2 glukos
NAD
ADP
ATP
NADH
laktat
pyruvat
yttermembran
cellmembran
peptidoglykan
B
HA
NAD
NADH
e-
elektronbärare H+
A-
A
H+
H+
ATP
ADP
H+
ATPas
Figur 4.2
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
1/2 glukos
2,3-butylenglykol:
Enterobacter, en del Bacillus
acetoin
1/2 ATP
nNAD
1/2 glukos-6-fosfat
1/2 ATP
NAD
NADH
nH2, nCO2
2 ATP
NADH
CO2
ättiksyra,
propionsyra:
Propionobacterium
pyruvat
nNAD, nATP
NADH
NADH
NAD
NAD
nNADH, nPi
CO2
etanol:
jäst
CoA
nNADH
nNAD+CoA
smörsyra, butanol,
aceton, isopropanol, CO2:
Clostridium
ATP
Pi
acetyl-CoA
+
myrsyra
(HCOOH)
surt pH,
hydrogen
lyas
H2, CO2
Pi
laktat:
Streptococcus,
Lactobacillus
(homofermentation)
NADH
NAD
2 NADH
2 NAD
CoA
ATP
ättiksyra,
etanol
laktat
blandad syrajäsning: enterobakterier, en del Bacillus
(också succinat från fosfoenolpyruvat via oxalacetat)
Figur 4.3
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
CH4 CO2
NH3 NO2Fe2+ Fe3+
SO42S2H2
S2-
2H
nH+
Ndh
SO42nH+
oxidas
e-
oxidas
nH+
c1
e-
Q
utsida
c
e-
b
cellmembran
Sdh
reduktas
H+ + NADH NAD+
succinat fumarat
-320
o, d eller a+a3
NO2Fe2+
NO3Fe3+
0
H 2O
4H+ +O2
insida
+820
redoxpotential (mV)
Figur 4.4
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
+
H
+
H
+
H
utsida
insida
ADP + Pi
ATP
3A-
3HA
Figur 4.5
Figur 4.5till mikrobiologi
Introduktion
Introduktion till mikrobiologi
-91-44-04846-8_OHPRES.indd 13
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2008
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
2008-04-17 13
NADHdehydrogenas:
Ndh-1
Ndh-2
huvudsakligen
använt vid:
fumaratrespiration
respiration med
syre eller nitrat
antal protoner
som pumpas:
≤4 per 2 e-
0
kinon:
cytokromoxidas:
antal protoner
som pumpas:
MQ
DMQ
UQ
cyt bo
cyt bd
4 per 2 e-
2 per 2 e-
Figur 4.6
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
signal
utsida
membransensor
cellmembran
insida
ATP
ADP
P
cytoplasmatisk
regulator
P
Figur 4.8
Figur 4.7till mikrobiologi
Introduktion
Introduktion till mikrobiologi
-91-44-04846-8_OHPRES.indd 14
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2008
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
2008-04-17 13
aktivering eller
repression av genaktivitet
Figur 4.8
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
tillväxthastighet
psykrofil
mesofil
extremt termofil
10
-10
termofil
psykrotrof
30
50
70
90
110
temperatur (°C)
Figur 4.9
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
O2
e-
O2-
superoxid
superoxiddismutas
(eller liknande)
H2O2
e-, H+
OH
=
e-, H+
hydroxylradikal
väteperoxid
H 2O
H 2O
H2O2
+
O2
B
e-, 2H+
katalas
H 2O
e ller
peroxidas
+ O2
strålning
3O
2
triplettsyre
1O
2
singlettsyre
karotenpigment
Figur 4.10
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
fruktos-6-P
insida
UDP-NAG
UDP-NAM
UDP-NAM + UDP-NAG
+ aminosyror
C55-P
fettsyror
UDP-NAG(diFS)
UDP-NAG(diFS)+ UDP-NAG(diFS)
ATP
UDP+UMP+ADP
P-NAG(diFS)-NAG(diFS)-P
CMP-KDO, fettsyror
UMP
C55PP-NAM(pep)5-NAG
KDO-lipidA
socker
kärnsackarid-KDO-lipidA
C55PP-NAM(pep)5-NAG
transglykosylering
C55-PP
C55PP-NAM(pep)5-NAG-NAM(pep)5-NAG
transpeptidering
peptidoglykan
cellmembran
C55-PP-O-sackarid
C55-PP
utsida
lipopolysackarid
Figur 4.12
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
B
A
effektorer
euk. CM
YM
PG
CM
ADP + Pi
NH2
YM
ATP
ADP + Pi
ATP
COOH
Sec
PG
MTB
bakt. CM
effektorer
ADP + Pi
ATP
Figur 4.13A–B
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
3
log cfu/mL
9
4
2
6
5
1
3
0
1
3
8
20
tid (dagar)
Figur 4.16
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
biofilm
planktoniska
celler
kanal
adhesion
till yta
extracellulära
polymerer
utsöndras
Figur 4.17
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
5
Genetik
Val
Leu
Ala
Gly
Trp
Pro
Arg
...GTGCTGGCTGGCTGGCCCCGAT...
C
A
Val
B
Val
Leu
Ala
Leu
Ala Ser
Trp
Pro
Arg
...GTGCTGGCTAGCTGGCCCCGAT...
Gly stopp
...GTGCTGGCTGGCTGACCCCGAT...
Val
Leu
Ala
Gly
Trp
Pro
Arg
...GTGCTGGCCGGCTGGCCCCGAT...
Figur 5.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
Val
Leu
Ala
Gly
Trp
Pro
Arg Leu
...GTGCTGGCTGGCTGGCCCCGATTAT...
1
Val
2
Leu
3
Ala
Gly
Pro Asp Tyr
...GTGCTGGCTGGCCCCGATTAT...
1
2
Figur 5.2
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
nästan samma DNA-sekvens
1
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
Replikation:
2
3
Rekombination:
A
4
A
5
B
C
D
E
B
C
D
E
Figur 5.3
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
induktion
lytisk växt
ny infektion
maturering
lys
Figur 5.4
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
Figur 5.5
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
Figur 5.6
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
konjugativ
plasmid
temperat
fag
transposon
genomö
mobiliserbar transposon
konjugativ genomö
integrativ konjugativ plasmid
konjugativ transposon
rekombinas
överföringsfunktioner
replikationsorigo
överföringsorigo
omvänd upprepning
integrationsställe
diverse gener
Figur 5.8
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
PR OP
operon
L
strukturgen 1
repressor
B
C
strukturgen 2 strukturgen 3
RNA-polymeras
D
transkriptionsriktning
mRNA
Figur 5.9
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
B
pep
mRNA
RBS
RBS
rpo
DNA
rib
UGGUGG
UGA
C
D
ingen acylerad
tRNATrp
2
UGGUGG
3
12
UGGUGG
4
UGA
3
UGA
E
med acylerad
tRNATrp
3
UGGUGG
UGA
4
stopp
Figur 5.10
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
7
Bakterier i naturliga miljöer
(CH2O)n
assimilering
CO2
luft
(CH2O)n
respiration
(CH2O)n
assimilering
respiration
kolhydrater, peptider mm
mark
CO2
aerobt
metanoxidation
fermentering
anaerobt
metanogenes
organiska syror,
CH4
alkoholer, H2, CO2
ej fermenterat organiskt material
Figur 7.2
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
proteiner
N2
luft
proteiner
nedbrytning
NH3
N2
mark
fixering
aerobt
nitrosofiering
nitrifiering
nitratrespiration
NO3denitrifiering
NO3-
N2
anaerobt
anammox
Figur 7.3
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
8
Bakterieinfektioner
tunntarm
ATP
cAMP
PKA
CFTR
ADP
CFTR-P
Cl-
Na+
HCO3H 2O
diarré
Figur 8.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
B
Figur 8.2
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
9
Antibiotika
tetracyklin
aminoglykosider
vankomycin
β-laktamer
makrolider
kloramfenikol
THF
kinoloner rifampicin
DHF
PABA
trimetoprim sulfa
Figur 9.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
10
Bakterier i människans tjänst
polylänk
lacZ
ori
kan
Figur 10.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
1 denaturering
2 primrarna binder
4. ny
denaturering
3 primrarna förlängs
Figur 10.2
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
B
EcoRI
5'---GAATTC---3'
3'---CTTAAG---5'
+
5'---G
+ AAATTC---3'
G---5'
3'---CTTAA
Figur 10.3
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
12
Eukaryota mikroorganismer
kärnor
Figur 12.2
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
sporangium
med
sporer
A
B
+ mycel
zygospor
- mycel
substratyta
mycel
C
D
konidium
med sporer
substratyta
substratyta
mycel
E
skiva med basidier
och basidiesporer
Figur 12.8
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
F
E
D
G
C
A
B
Figur12.9
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
13
Virus
Figur 13.1
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
MS2
Φ6
ΦX174
fd, M13
λ
T7
100 nm
T4
Figur 13.1
Figur 13.2
Introduktion
till mikrobiologi
Introduktion till mikrobiologi
-91-44-04846-8_OHPRES.indd 35
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2008
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
2008-04-17 13
infektion
DNA-penetration
lys
tidigt genuttryck
maturering
sent genuttryck
fag-DNA-replikation
Figur 13.3
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
infektion
etablering av
lysogeni
DNA-penetration
profag-DNA
lytisk växt
bakterietillväxt
induktion
lys
Figur 13.4
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
A
Parvovirus
Adenovirus
Papovavirus
B
Picornavirus
Herpesvirus
Hepadnavirus
Rhabdovirus
100 nm
Poxvirus
Togavirus
Retrovirus
Arenavirus
Reovirus
100 nm
Ortomyxovirus
Paramyxovirus
Coronavirus
Figur 13.4A–13.4B
Figur 13.5
Introduktion
till mikrobiologi
Introduktion till mikrobiologi
-91-44-04846-8_OHPRES.indd 38
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2008
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
2008-04-17 13
virion
8
cell
1
2
7
cellkärna
3
6
4
5
Figur 13.6
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012
enkeltrådigt DNA
syntes av den
komplementära tråden
dubbeltrådigt DNA
dubbeltrådig DNA-intermediat
omvänd transkription
transkription
mRNA (+)
kan användas
direkt
enkeltrådigt RNA (+)
hos retrovirus
syntes av +tråd
syntes av +tråd
enkeltrådigt RNA (+)
dubbdeltrådigt RNA
enkeltrådigt RNA (-)
Figur 13.7
Introduktion till mikrobiologi
© Karin Carlson, Claës Linder och Studentlitteratur 2012