Základy mikrobiologie Martin Krsek A 25/337 Mikrobi a člověk jsou dvě extremní formy jedné živé hmoty. Život na této planetě se obejde bez lidí, nikoliv však bez mikrobů. Adolf Branald rmatla01 Ronald M. Atlas Professor of Biology Co-director of the Center for the Deterrence of Biowarfare and Bioterrorism at the University of Louisville. He is chair of NASA's Planetary Protection Subcommittee, co-chair of the American Society for Microbiology, Task Force on Biodefense, and a member of the FBI Scientific Working Group on Microbial Genetics and Forensics. He also served as president of ASM and was a member of the NIH Recombinant Advisory Committee. Author of nearly 300 manuscripts and 20 books 1st edition 1970 Thomas D. Brock (1926) He graduated with a degree in botany in 1949 antibiotics research Yellowstone National Park (1967 - discovery of hyperthermofils) Brock isolated and named the bacterium Thermus aquaticus 14th Edition 2014 Price: $183.88 Rent - Price$16.12 - $16.14 45 New from $149.00 131 used & new from $93.00 13th ed. 2010 Rent Price: $20 146 used & new from $11.72 0132324601 12th Edition 2008 106 used & new from $2.42 http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/brock/ Professor of Microbiology at the State University of New York at Farmingdale zemřel 2002 Introductory Microbiology 1995 Paperback $99.00 Get it by Tuesday, Feb 17 More Buying Choices $2.99used & new(10 offers) skenovat0001 Discover the World of Microbes: Bacteria, Archaea, Viruses Paperback – December 19, 2011 37 new from £26.65 6 used from £23.59 Microbiology in Action 1999 by J. Heritage and E.G.V. Evans Paperback $55.83$74.99 Only 1 left in stock - order soon. More Buying Choices $4.88used & new(46 offers) Power Unseen How Microbes Rule the World 1994 by Bernard DIXON Hardcover $0.01used & new(31 offers) Paperback $0.01used & new(46 offers) Lékařská mikrobiologie obecná. 1. vyd. Brno : Neptun, 2001 780,00 Kč Nakladatel: Academia Rok vydání: 2008 cca 200Kč silhankova SNP, Praha 1981 rosypal Brno 2015 Cena: 270,- Kč https://is.muni.cz/do/rect/nakladatelstvi/publikace/210-7923/210-7923-Ob-V.jpg Předložený text poskytuje dostatečnou sumu informací pro studenty obecné a systematické biologie i biochemie. V textu je popsána struktura buňky bakterií archaeí, kvasinek a mikroskopických vláknitých hub. Další kapitoly jsou věnovány vlivu vnějších podmínek na mikroorganizmy, jejich metabolizmu, přenosu genetické informace a jejich ekologii. Poslední kapitola se zabývá klasifikací vybraných taxonů mikroorganizmů. The Microbe Zoo is part of the DLC-ME project which was developed by the Comm Tech Lab and the Center for Microbial Ecology at Michigan State University. Springer Elsevier SGM Rusko a mezinárodni věda sejmout0009 1 Robert Hooke (1635-1703) První pozorování buňky Popis rostlinné buňky, oka mouchy, rytiny hmyzu – veš (vše založené na mikroskopu), popis planet, vlnová teorie světla, organický původ zkamenělin, filozofické úvahy In 1837, Matthias Schleiden and Theodor Schwann were dining together in Berlin when Schleiden mentioned a recent discovery by the Scottish botanist Robert Brown: the nucleus. Brown had shown that it was present in a variety of plant cells. Schwann, an animal physiologist, and Schleiden, a botanist, were students of Johannes Peter Müller at Berlin’s Humboldt University. When Schwann heard about the nucleus, he realized that he had seen a similar structure in the vertebrate notochord—a rodlike structure in the embryo that develops into the spinal column. Sure enough, when the duo got together to examine notochords under the microscope, they saw cells containing nuclei just like those seen in plants. Such observations might seem ho-hum today, but they were unprecedented at the time. Robert Hooke had coined the word “cell”—short for cellula, or “small compartment” in Latin— in the mid-17th century, after he’d seen tiny rectangular shapes while studying slices of cork using a rudimentary microscope. But Hooke had not grasped the importance and ubiquity of cells in plants. And by Schwann and Schleiden’s time, though animal physiologists had observed structures that would later be recognized as cells, little evidence had arisen to suggest that these structures had much in common with plants’ boxy, walled compartments. Based on his microscopic observations of various animal tissues—from notochords and cartilage in tadpoles to the pith of birds’ feathers to the aorta of a pig fetus—Schwann proposed that all animal tissues are composed of cells, and that the cell was the fundamental structural and functional unit of all living organisms. “The real contribution of Schleiden and Schwann was to say [cells] were everywhere,” says Laura Otis, a professor of English at Emory University in Atlanta and author of Müller’s Lab, a book about Müller and his students. In his 1838 article “Contributions to Phytogenesis,” Schleiden had written that cells and their nuclei are the essential building blocks of plants, beginning in the embryo. Schwann published his theories a year later, in a book called Microscopical Researches into the Accordance in the Structure and Growth of Animals and Plants: “[I]t may be asserted that there is one universal principle of development for the elementary parts of organisms, however different, and that this principle is the formation of cells.” That proposition, he explained, “as well as the conclusions which may be drawn from this proposition, may be comprised under the term cell theory.” Müller’s influential lab was the perfect place from which to disseminate such ideas. Indeed, Müller included cell theory in his widely read Handbook of Human Physiology. “From the 1840s to the 1880s it was probably the most important physiology textbook in Europe,” says Otis. “Everyone read Müller.” Schwann and Schleiden had not understood that cells arise through a process of division, however. Schleiden argued that cells form around nuclei, with cell membranes growing out of nuclear structures. Schwann, meanwhile, thought that animal cells tended to “crystallize” out of the material between previously existing cells, which he called the cytoblastema. Soon after formulating cell theory, both Schwann and Schleiden took professorships in other cities. Their ideas continued to be refined by Müller’s students, such as Rudolf Virchow, who popularized the idea that all cells arise from cells. That was the final pillar of cell theory, a sketchy set of ideas that, once refined, eventually formed the edifice of modern biological research. File:Louse diagram, Micrographia, Robert Hooke, 1667.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Moon_Micrographia_Hooke.png File:HookeFlea01.jpg Hookův mikroskop Plíseň rostoucí na kůži hookemicro Některé z Hookových významných vědeckých objevů První hovoří o buňkách v živé hmotě - 1665 První studuje fosílie – jde o vyhynulé druhy První popisuje Jupiterovy červené skvrny – a dle jejich pozorování odvozuje rotaci J První popisuje rotaci Mars. Spočítal počet vibrací not/tónů Sleduje měsíční krátery. Publikuje první knihu o mikroskopii, Micrographia. První vysvětluje tvar krystalů na základě sestavení jejich komponentů. Jako jeden z prvních pozoruje binární hvězdy. Formuloval vlnovou teorii světla odmítnutou Newtonem a znovu vzkříšenou až 1820 Fresnelem. Obhajuje lékařské využítí konopí (Indian Hemp). Navrhl vztah obracenéhop čtverce pro gravitaci. Navrhl Newtonovi myšlenku, že pohyby planet jsou kombinací lineárního a kruhového pohybu. Vynalezl Hookovy zákona pružnosti a elasticity. Některé z Hookových stále využívaných vynálezů: První anemometer – měření rychlosti větru. První meteorologickou stanici se záznamem. Teploměr (více adeptů). Univerzální spojka - kardan. Vodováha. Použití tzv. rhumb lines pro navigaci na great circle route – nejkratší cesta mezi dvěma body na povrchu koule. První Gregorianský telescope. Vyvinul vzduchovou pumpu pro Boyle. Pružinou poháněné hodinky pružinový „neklid“. Kotvový chod hodin. Irisová clonka ve fotoaparátech. Telescope crosshair sight. The sash window. File:Hooke Microscope-03000276-FIG-4.jpg Proslavil se především jako „Surveyor“ (geodet/inspektor/znalec) města Londýna a hlavní asistent Christophera Wrena. Hooke pomáhal Wrenovi přestavět Londýn po Velkém požáru (Great Fire) v roce 1666, pracoval na designu Londýnského Monument to the fire, Royal Greenwich Observatory, Montagu House in Bloomsbury, a nechvalně známé nemocnice Bethlem Royal Hospital ('Bedlam'). Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) leeuwenhoeksmall leeuwmicrosm Replika jednoduchého mikroskopu k pozorování živých organizmů (zvětšení až 300x) První pozorování živých organizmů Leeuwenhoekovy kresby Kresby bakterií z roku 1683 Royal Society of London 1673 - Philosophical Transactions (plísně, včely, vši) 1676 – problém – jednobuněčné organismy Do Delftu odjíždí anglický vikář 1680- uznány jeho objevy a jmenován Fellow of the Royal Society 50 let - 560 dopisů Leeuwenhoekovy preparáty (1981) Řez očním nervem býka Bakterie Spirillum z vody Carl Linné (1707-1778) Nomenklatura organizmů File:Systema Naturae cover.jpg File:Carl von Linné.jpg Carl Linnaeus - Systema Naturae (18. stol.) linnaeussmall systema_Linnaeus Hierarchie Binomická nomenklatura Rostliny a živočichové Hierarchie Hierarchie Binomická nomenklatura Rostliny a živočichové Hierarchie Binomická nomenklatura Rostliny a živočichové Hierarchie Binomická nomenklatura Kingdom (Animalia) Phylum (Chordata) Class (Mammalia) Order (Primates) Family (Hominidae) Genus (Homo) Species (Homo sapiens) Linnaean Hierarchy První vydání Systema Naturae (1735) jen 11 stran. Linnaeus později publikoval nová vydání, přidával nové druhy rostlin a živočichů a měnil klasifikaci. Například v 10. vydání (1758) přesunul velryby z ryb do savců. Poslední 13. vydání z roku 1770 už mělo 3000 stran (4400 ž + 7700 r). File:Linne CoA.jpg 1757 říše = regnum kmen, oddělení = phyllum, divisio třída = classis řád = ordo čeleď = familia rod = genus druh = species Edward Jenner 1749 – 1823 - vakcinace proti pravým neštovicím (1798) - virové onemocnění - každý třetí nemocný umíral - 60% populace onemocnělo - 20% zemřelo - přeživší často znetvoření - ve 20. st. 500 mil. mrtvých - nebyl první http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/60/Reeve48135_smallpox.jpg Očkování proti pravým neštovicím 1721 - Mary Wortley Montagu – očkování proti pravým neštovicím – z Turecka - sušený hnis z puchýřů pravých neštovic – ale i takto oslabený materiál značně virulentní – znetvoření, smrt. Po roce 1770 nejméně 6 lidí v Anglii a Německu (Sevel, Jensen, Jesty 1774, Rendall, Plett 1791) úspěšně testovalo použití vakcíny z kravských neštovic na lidech. Ale teprve až po Jennerových pokusech došlo k všeobecnému pochopení očkování. Jenner si všiml, že mlékařky/dojičky většinou neonemocněly neštovicemi – hnis z puchýřů, které mlékařky získaly z kravských neštovic (podobná nemoc, ale méně virulentní), je ochránil od pravých neštovic. 14. května 1796 Jenner testoval svou teorii naočkováním James Phipps (1788-1853), osmiletého chlapce, materiálem z puchýřů z kravských neštovic z rukou Sarah Nelmes, která získala kravské neštovice z krávy Blossom, jejíž kůže visí na stěně knihovny St George's medical school (nyní v Tooting). Jenner inokuloval Phipps na obou pažích – dřívkem přenesl hnis z Nelmesových puchýřů. Phipps dostal horečku a nevolnost, ale vážně neonemocněl. Později píchl Phippsovi injekci pravých neštovic (tak by se v té době prováděla imunizace – sušený hnis z puchýřů pravých neštovic) a Phipps neonemocněl. Následovaly další pokusy se stejným výsledkem. Theodore Schwann (1837) Charles Cagniard-Latour (1838) kvasinky jsou živé organismy a kvašení je jejich životním projevem schwann Louis Pasteur (1822-1895) - asymetrie krystalů a polarizace světla - potírá teorie samoplození (Aristoteles – 4.st.př.n.l.) místo ní teorie mikrobiální - fermentace - pasteurizace - kniha o pivu - kniha o vínu Louis Pasteur - život bez kyslíku u mikroorganismů Pasteurův efekt – někteří mikrobi se mohou vyvíjet a žít bez kyslíku - aerace kultury kvasinek zvýší produkci biomasy, ale sníží produkci alkoholu - spotřeba glukosy u fakultativně anaerobních buněk je podstatně vyšší za anaerobních podmínek než za podmínek aerobních (38x2 ATP) - potlačení anaerobních metabolických dějů aerobní respirací u bakterií Louis Pasteur - mikroorganismy jsou zodpovědné za kvasné procesy, efektivita aerobního metabolismu (1857) Pasteurova baňka s labutím hrdlem (1) (1864) Pasteurova baňka s labutím hrdlem (2) Pasteur - imunologie a očkování Cholera u drůbeže Antrax u hospodářských zvířat Na rozdíl od neštovic, kde byl použit přirozeně se vyskytující oslabený mikroorganismus k očkování, Pasteur jej sám připravil – nazval je vakcíny Vzteklina – vakcína připravena z vysušené míchy nakažených králíků - vyzkoušena jen na 11 psech - aplikována na devítiletém Joseph Meister 6. července 1885 - Pasteur neměl lékařskou licenci..... This vaccine was first used on 9-year old Joseph Meister, on July 6, 1885, after the boy was badly mauled by a rabid dog.[8] This was done at some personal risk for Pasteur, since he was not a licensed physician and could have faced prosecution for treating the boy. After consulting with colleagues, Pasteur decided to go ahead with the treatment. Meister did not contract the disease. It is sometimes said that Pasteur saved the boy's life; but this cannot be maintained with certainty, since the risk of contracting rabies after such an exposure is estimated at around 15%.[13] Nonetheless, Pasteur was hailed as a hero and the legal matter was not pursued. The treatment's success laid the foundations for the manufacture of many other vaccines. The first of the Pasteur Institutes was also built on the basis of this achievement.[8] •1847: Ignaz Semmelweiss (1818-1865) – ve Vídeňské porodnici zavedl dezinfekci rukou mezi vyšetřeními (a po pitvách) – vymýcení horečky omladnic – poporodní sepse způsobené bakteriemi – neprokázal agens způsobující onemocnění, přestože si všiml shody příznaků u zemřelého lékaře a ženy po porodu, nikdy nenechal vzorky mikroskopovat –chlorinated lime solutions –ve své době nepochopen, –vyhozen z nemocnice –skončil v blázinci, kde po 14 dnech umírá –doceněn až po Pasteurově mikrobiální teorii nemocí Sherwin B. Nuland Špinavé ruce Mikrobi, horečka omladnic a podivuhodný příběh Ignáce Semmelweise nakladatelství Dokořán Překlad Marta Jakešová, cca 220 stran, asi 250 Kč, ISBN 80-7363-002-8 Joseph Lister (1827-1912) - antisepse v chirurgii 1867 použití carbolic acid (phenol) jako antiseptika - šlo o první široce používané antiseptikum v chirurgii (nemocnice – house of death) 1897 Baron Lister of Lyme Regis Robert Koch (1843-1910) Robert Koch: Etiologie anthraxu (1876) koch_anthracis Kochovy mikrofotografie kultur Bacillus anthracis - jako první popsal Bacillus anthraxis jako původce antraxu, popsal i jeho spory Vibrio cholerae - 1883 V roce 1883 objevil Vibrio cholerae a prokázal jeho příčinnou souvislost s cholerou Kochovy postuláty – první (1876) Z onemocnění musí být mikrob opakovaně izolován 1. Kochovy postuláty - druhý Mikrob musí být izolován v čisté kultuře Kochovy postuláty - třetí Po naočkování čisté kultury vnímavému zvířeti se musí vyvinout typické onemocnění Kochovy postuláty - čtvrtý Z tohoto zvířete musí být izolován týž mikrob Robert Koch - objev původce tuberkulózy (1882) Bakterie ve sputu pacienta Řez plicním uzlíkem Mycobacterium tuberculosis Ale problémy s tuberkulinem – očkovací látkou (později jen diagnostické použití) Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium tuberculosis Koch a Hess - zavedení pevných půd pro kultivaci mikroorganizmů (1882) • Jeho asistent - Julius Richard Petri – Petriho misky Gram Hans Christian Joachim 1853 - 1938 Barvení bakterií dle Grama - 1884 Vinogradskij Sergej (1856-1953) Chemolitotrofní organismy (1892) - získávání energie oxidací anorganických látek - zatím je známa jen u bakterií. Vinogradského sloupec - východisko pro studium mikrobiální ekologie Winog column -Bahno -Celulóza -CaCO3 -CaSO4 Jednoduchý laboratorní pokus Winogradsky column – ukazuje, jak v něm různé mikroorganismy vykonávají vzájemně závislé role - aktivita jednoho organismu umožňuje růst druhého a naopak - sloupec je kompletní soběstačný/uzavřený systém poháněný pouze energií ze slunce/světla Vinogradského sloupec Paul Ehrlich zakladatel „moderní chemoterapie“ (Nobelova cena : 1907) ehrlich Treponema pallidum - původce syfilis Magic bullet • • Salvarsan Alexander Fleming objev penicilínu 1928, Nobelova cena: 1945 - první světová válka – odběr poškozených tkání - objev lysozymu v hlenech a slzách - penicilín- GB-USA – plesnivý meloun 1 Rebecca C. Lancefield streptokok strept Popis streptokokových antigenů (karbohydráty) – 1934 - sérologická klasifikace hemolytických streptokokových bakterií (1895 – 1981) Popis virové infekce bakterií - 1943 Salvatore Luria Max Delbruck Popis konjugace u bakterií - 1946 Joshua Lederberg 1925-2008 artificial intelligence, and space exploration (NASA) 1958 Nobel Prize in Physiology or Medicine Konjugace • James Watson a Francis Crick Struktura DNA – 1953 1962 Nobel Prize for Physiology or Medicine Jacques Lucien Monod Regulace proteosyntézy – 1957 (lac operon) - regulace na úrovni transkripce Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1965 Gerald M. Edelman Rodney R. Porter 1972 - Nobel Prize in Physiology or Medicine Za práci na imunitním systému – určení přesné chemické struktury protilátky Popis chemické struktury a funkce protilátek - 1962 Werner Arber Daniel Nathans Hamilton O. Smith Popis restrikčních nukleáz a jejich využití v biotechnologiích - 1978 1978 Nobel Prize in Physiology or Medicine Peter D. Mitchell Chemiosmotický mechanismus syntézy ATP 1978 Nobel Prize for Chemistry Aaron Klug Struktura viru tabákové mozaiky 1982 Nobel Prize in Chemistry - crystallographic electron microscopy - objasnění struktury biologicky významných komplexů nucleic acid-protein Barbara McClintock 1902 - 1992 Transpozóny a inzerce sekvencí - 1983 Nobel Prize in Physiology or Medicine Vyvinula techniku vizualizce chromozomů kukuřice a využila mikroskopickou analýzu k demonstraci mnoha genetických principů, včetně genetické rekombinace pomocí crossing-over během meiosy ANd9GcQ2k4Q3T1_5_B4UQFhVUsQ1u4VNyUnVC6P-iwMck58AzdjuuoNj Johann Deisenhofer Robert Huber Hartmunt Michel Pigmenty pro fotosyntetické bakterie - 1988 Stanley B. Prusiner Objev prionů Priony : Proteiny jako genetický agens ? Onemocnění - kuru, Creutzfeldt-Jacob nemoc, …. Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1997 Zjednodušené schéma domén