UNIVERZITET U BEOGRADU, BIOLOŠKI FAKULTET,

INSTITUT ZA BOTANIKU I

BOTANIČKA BAŠTA "JEVREMOVAC"

KATEDRA ZA MIKROBIOLOGIJU

STUDENTSKI TRG 16, 11000 BEOGRAD

Tel/fax: +381 11 263 73 64

Mikrobiologija

VI semestar, 3+2 (7 ESPB)

Mikrobiologija

Predavanja (Fizički fakultet, sala 60)

Utorak 1415-16h

Vežbe (Fizički fakultet sala 53)

Utorak

8-10, 10-12h, 12-14h,16-18h, 18-20h.

Nastavnici i saradnici

dr Jelena Knežević-Vukčević, redovni profesor

dr Branka Vuković-Gačić, redovni profesor, Šef katedre

dr Slaviša Stanković, vanredni profesor

dr Tanja Berić, docent

dr Biljana Nikolić, docent

dr Dragana Mitić-Ćulafić, naučni saradnik

Bojana Jovanović, istraživač pripravnik

Diana Šević, istraživač pripravnik

Stoimir Kolarević, istraživač saradnik

Ivica Dimkić, istraživač saradnik

Literatura

• Simić, D. (1988) Mikrobiologija 1, Naučna knjiga, Beograd;

• Knežević-Vukčević, Ј.,Vuković-Gačić, B., Simić, D. (2009), “Osnovi genetike prokariota”, Biološki fakultet, Beograd.

• Knežević-Vukčević, Ј.,Vuković-Gačić, B., Simić, D. (2006), Metode u mikrobiologiji 1, Biološki fakultet, Beograd.

• Brock Biology of Microorganisms, 12th Ed. M. T. Madigan, J. M. Martinko, P. V. Dunlap and D. P. Clark. Pearson International Edition, 2009.

Mikrobiologija

Predispitne obaveze (70):

• Praktična nastava: 30

• Kolokvijumi: 40 (2 kolokvijuma)

Usmeni ispit: 30

MIKROBIOLOGIJA školska 2012/13

Predavanja Vežbe

25. II I predavanje

Predmet izučavanja i značaj mikrobiologije.

Metode studiranja, veličina i oblici mikroorganizama.

4. III II predavanje Struktura i funkcija prokariotske ćelije. Deoba ćelije.

4. III I vežba Posmatranje mikroskopskih preparata Pogl. 2

- trajni preparati

11. III III predavanje Kultivisanje i rast mikroorganizama.

Uticaj fizičkih i hemijskih faktora na rast.

Mehanizmi adaptacije ekstremofila.

11. III II vežba Metode bojenje mikroorganizama Pogl. 3

- bojenje po Lefler-u, Gram-u i Šefer-Fulton-u

- posmatranje obojenih mikroskopskih preparata

Određivanje broja bakterija direktnom metodom (7.1)

18. III IV predavanje Metabolički tipovi mikroorganizama.

18. III III vežba Overa praktikuma i mikroskop test

25. III V predavanje Uporedni pregled replikacije, transkripcije i translacije

kod prokariota i eukariota.

Pregled mehanizama regulacije ekspresije gena.

25. IIII IV vežba Sterilizacija i tehnike sterilnog rada Pogl. 4.

- tehnika sterilnog rada, - vežbanje sterilnog rada

- zasejavanje prekonoćne kulture mikroorganizama

Gajenje mikroorganizama Pogl. 5 (5.1-5.6)

1. IV VI predavanje Mutacije. Pregled DNK reparacije. Mutageneza. Vrste

mutanata i njihova selekcija.

1. IV V vežba Rezultati i overa prethodne vežbe

8. IV VII predavanje

Plazmidi i transpozoni Virusi: opšte osobine,

struktura, metode izučavanja. Replikacija virusa.

DNK i RNK bakteriofagi.

8. IV VI vežba Izolovanje čiste kulture bakterija Pogl. 6

- izolovanje čiste kulture metodom išarane ploče

- izolovanje čiste kulture metodom razređenja

Određivanje broja bakterija indirektnom metodom (7.2)

15. IV VIII predavanje Pregled animalnih i biljnih virusa. Viroidi. Prioni.

15. IV VII vežba Rezultati i overa prethodne vežbe

22. IV Kolokvijum I

6. V IX predavanje Rekombinacija kod prokariota: transformacija,

konjugacija, transdukcija.

Mikrobiološke osnove genetičkog inženjerstva.

6. V VIII vežba Hranljive podloge Pogl. 5 (5.7)

- selektivne, neselektivne i diferencijalne

13. V X predavanje Sistematika prokariota i reprezentativne grupe.

13. V IX vežba Rezultati i overa prethodne vežbe

20. V XI predavanje Patogenost bakterija i mehanizmi odbrane

domaćina. Antimikrobni agensi.

20. V X vežba Virusi, opšte karakteristike bakteriofaga Pogl. 12

- litčki i lizogeni ciklus, određivanje ukupnog broja

bakteriofaga indirektnom metodom, - morfologija plaka

Određivanje otpornosti bakterija na antibiotike Pogl. 13

27. V XII i XIII predavanje Osnovi ekološke mikrobiologije.

Primena mikroorganizama u biotehnologiji i

zaštiti životne sredine.

27. V XI vežba

Rezultati i overa prethodne vežbe

3. VI Kolokvijum II

Mikrobiologija (III godina, VI semestar) Kol I (20) Kol II (20) Praktični (30) Usmeni (30) ESPB (6)

Osnovi genotoksikologije (Izborni blok 5)

IV godina izborni kursevi

Mikrobiološki praktikum Kol (30) Praktično (40) Usmeni (30) ESPB (5)

Osnovi ekologije mikroorganizama seminari 5

Mikrobiologija voda seminari 5

Mikrobiologija zemljišta seminari 5

MASTER studije

Modul – Biologija mikroorganizama (uslov: Mikrobiologija i Mikrobiološki praktikum)

Genetika bakterija i bakteriofaga

Diverzitet i evolucija mikroorganizama

Metode u mikrobiologiji

Izborni blok 1 Ekologija mikroorganizma, Ekogenotoksikologija

Specijalističke (akademske) studije MIKROBIOLOGIJA (godinu dana, dva semestra)

Doktorske studije Modula Mikrobiologija (tri godine, šest semestara)

Mikrobiologija proučava:

• životne cikluse različitih mikroorganizama,

• raznovrsnost mikrobiološkog sveta i njegovu evoluciju,

• uticaj mikroorganizama na biljne i životinjske vrste, uključujući i čoveka,

• ulogu mikroorganizama u fundamentalnim biološkim istraživanjima.

Univerzalno filogenetsko stablo

Mikroorganizmi: velika i raznorodna grupa organizama, svoj životni ciklus provode kao pojedinačne ćelije ili grupe ćelija

- prokarioti: bacteria i archaea

- eukarioti: alge, gljive i protozoa

- acelularni: virusi

Karakteriše ih: -brz rast i reprodukcija

- promenljivost i brza adaptacija

- kosmopolitska rasprostranjenost

Zbog čega se tako nesrodni organizmi izučavaju u okviru mikrobiologije? - Jedinstvena metodologija izučavanja

- Odsustvo diferenciranih ćelija i tkiva

Prokarioti: Bacteria i Archaea

Escherichia coli 1x3m

Sulfolobus acidocaldarius

Kolonijalna alga

Volvox

Eukarioti: alge, gljive i protozoa

Gliva

Protoza

Acelularni mikroorganizmi - Virusi

Veličina mikroorganizama

• Značaj malih dimenzija:

- transport supstanci zavisi od površine membrane i volumena ćelije

- veća površina omogućava ćelijama manjih dimenzija brži rast

Predstavnici najvećih do sada otkrivenih prokariota

Epulopiscium fishelsoni ~ 0.5mm Thiomargarita namibiensis 750 m

Jednoćelijski mikroorganizam

Metabolizam

Rast i razmnožavanje

Pokretljivost

Diferencijacija

Interakcija i komunikacija

Nasledna promenljivost

Mikrobiološke metode

Izolovanje i gajenje čistih kultura u kontrolisanim laboratorijskim uslovima

Ispitivanje morfoloških, biohemijskih i fizioloških osobina

Sterilan rad obezbeđuje odsustvo svih drugih

mikroorganizama osim ispitivanog

Čvrsta hranljiva podloga – imobilizacija

ćelija tako da se mogu formirati golim

okom vidljive kolonije.

Izolovanje čiste kulture mikroorganizma

• Kolonija nastaje deobom jedne ćelije – klon

• Zasejavanjem kolonije u hranljivi medijum dobijamo kulturu

koja sadrži veliki broj jedinki

Kolonije bakterija

Serratia marcescens

na MacConkey podlozi

Pseudomonas aeruginosa

na triptikoza-soja agru

Shigella flexneri

na MacConkey podlozi

Dimenzije prokariota variraju od 0.1- 50 m.

Oblici bakterija loptaste

štapićaste

spirohete

spiralne

filamentozne

sa pupoljcima

Koke u lancima Filamentozne cijanobakterije Spiroheta

Bakterijske ćelije sa izraštajima

Filamentozne fototrofne

zelene bakterije

Deinococcus radiodurans

Mikroorganizmi i njihova životna sredina

Populacija mikroorganizama - grupa srodnih ćelija, nastalih deobama od jedne, parentalne ćelije.

Habitat ili stanište - mesto u prirodi gde se nalazi neka populacija.

Zajednice mikroorganizama - populacije različitih mikroorganizama na određenom staništu

(vodeni ekosistemi sa slobodno plivajućim vrstama ili vrste koje formiraju biofilm na različitim podlogama).

Rasprostranjenost mikroorganizama

• vodeni ekosistemi (okeani,

jezera, rečni tokovi, topli

izvori)

• kopneni ekosistemi (zemljište,

stene)

• viši organizmi (biljke i

životinje)

Osobine ekosistema veoma

često su određene aktivnošću

mikroorganizama

purpurne bakterije cyanobacteria

Purpurne bakterije u velikom broju

Tipični habitat Sulfolobus-a

Mnoge vrste Archaea mogu se naći u ekstremnim staništima (topli izvori)

Topli izvori Nacionalnog parka Yellowstone, USA, su bila

među prvim mestima u kojima su otkrivene Archaea.

Ovi bazeni imaju veoma male razlike u sadržaju minerala,

temperaturi, etc., i mogu sadržati različite zajednice archaean

i drugih mikroorganizama.Biolozi potapaju mikroscopske

pločice u topli izvor na koje se mogu prihvatiti archaea. Octopus Spring

Obsidian Pool

Odnosi u zajednicama

Međusobna interakcija - rezultati mogu biti

štetni ili korisni (kompeticija - korišćenje istih

supstrata, ili kooperacija - metabolička

aktivnost jednih kao izvor nutrijenata drugih)

Interakcija i sa fizičkim i hemijskim okruženjem

The Teeth and Dental Plaque

DAPI – boja za identifikaciju mikroorganizama iz različitih

staništa.

Neke boje mogu napraviti razliku (diferencijalno bojenje)

između živih i mrtvih ćelija

Fluorescent Staining Using DAPI Viability Staining

Fluorescentna antitela koja su specifična za jednu ili mali broj srodnih

vrsta se mogu primenjivati u identifikaciji. Zeleni fluorescentni protein koji omogućava ćelijama autofluorescenciju

koristi se u praćenju ćelija koje su unete u neki ekosistem. Za razliku od čistih kultura, u uzorcima iz prirode morfološki slične ćelije

mogu biti potpuno genetički različite.

Fluorescent Antibodies Filogenetsko fluorescentno bojenje

Biomasa mikroorganizama

- ukupno 5 1030 ćelija mikroorganizama na

Zemlji, najveći udeo prokariota u biomasi

- ključni rezervoar esencijalnih nutrijenata

C prisutan u bakterijama jednak je količini u

višim biljkama, dok je sadržaj N i P 10 x veći

Mikrobiologija kao fundamentalna nauka:

• Mikroorganizmi kao dobar model sistem za

razumevanje:

- funkcije ćelije

- hemijske i fiziološke osnove živih

organizama

• Pogodni za genetičke i molekularno-biološke

studije

Mikrobiologija kao primenjena nauka

rešava praktične probleme u mnogim

oblastima

Savremena znanja iz mikrobiologije se široko primenjuju u poljoprivredi, industriji, energetici, medicini, veterini, prečišćavanju otpada i zaštiti životne sredine, a u novije vreme u genetičkom inženjerstvu i biotehnologiji

Savremena bakteriologija proučava

• fiziologiju bakterija (uključujući strukturu, rast

i metabolizam),

• organizaciju bakterijskih genoma i regulaciju

ekspresije bakterijskih gena,

• mehanizme patogenosti i rezistencije na

antibiotike,

• diverzitet,

• ekologiju i evoluciju bakterija.

Istorijat mikrobiologije

• Razvoj mikrobiologije - u direktnoj vezi sa konstrukcijom mikroskopa

• Robert Hook - crtež mikroskopa (1664) uz pomoć koga je prvi opisao mikroorganizme (plesni) 1665.

Replika mikroskopa

Antoni van Levenhuk-a

(1632-1723) pomoću

koga je prvi opisao

bakterije 1684.god

Animalcules Crtež filamentozne sumpor-okosidišuće bakterije Beggiatoa mirabilis (Ferdinand Cohn, 1866.)

Veliki oponent spontane generacije, hipoteze da organizmi nastaju iz nežive prirode, francuski hemičar Louis Pasteur (1822-1895).

Eksperiment Pasteur-a

Mikroorganizmi kao uzrok nastanka bolesti Robert Koch (1843-1910)

Robert Koh (1843-1910)

• mikrorganizam se mora izolovati iz zaražene

individue i odgajiti u čistoj kulturi;

• čista kultura nakon inokulacije u zdrave

životinje mora izazvati simptome

karakteristične za tu bolest;

• mikroorganizam mora biti reizolovan iz

veštački zaražene životinje i ponovo kultivisan

u laboratoriji - dokaz da se radi o istoj vrsti

organizma.

• Koh je prvi odgajio

bakterije na čvstoj

podlozi i dobio čistu

kulturu.

• Velik doprinos je vezan

za tuberkulozu:

- mikroskopija,

- bojenje tkiva,

- izolacija čiste kulture i

inokulaciju u životinju.

Beijerinck i Winogradsky su razvili tehniku obogaćivanja kulture

Otkriće procesa hemolitotrofije, hemoautotrofije i fiksacije azot

Aerobna

bakterija koja

fiksira azot

(Azotobacter,

Martinus

Beijerinck, 1900.)

Purpurne sumporne

fototrofne bakterije

(Sergei Winogradsky,

oko 1887.)

Glavni događaji u istoriji mikrobiologije

Ispitivanje filogenetske srodnosti

Bacteria

Raznolikost u morfologiji i fiziologiji i filogenetska udaljenost

Univerzalno filogenetsko stablo