Bakterie w biologii biotechnologii i medycynie

Okładka......Page 1
Spis treści......Page 5
Wykaz skrótów czasopism i książekcytowanych w tekście......Page 8
Przedmowa do wydania polskiego......Page 9
Przedmowa do wydania angielskiego......Page 11
1. 1. 1 Notka na temat stosowania terminu „bakterie"......Page 13
1. 2 Dlaczego badamy bakterie?......Page 15
1. 3 Klasyfikacja i nazewnictwo bakterii......Page 16
2. 1. 1 Kształt......Page 18
2. 1. 3 Układy tworzone przez komórki bakteryjne......Page 21
2. 2 Komórka bakteryjna — bliższe spojrzenie......Page 22
2. 2. 1 Nukleoid......Page 23
2. 2. 3 Rybosomy......Page 24
2. 2. 4. 1 Poli-β-hydroksymaślan......Page 25
2. 2. 5 Wakuole gazowe......Page 26
2. 2. 8 Błona cytoplazmatyczna......Page 27
2. 2. 9 Ściana komórkowa......Page 30
2. 2. 9. 1 Ściana bakterii gramdodatnich......Page 31
2. 2. 9. 2 Ściana bakterii gramujemnych......Page 32
2. 2. 9. 5 Bakterie pozbawione ściany......Page 35
2. 2. 11 Otoczki i warstwy śluzowe......Page 37
2. 2. 14. 1 Rzęski......Page 38
2. 2. 14. 2 Fimbrie......Page 41
2. 2. 15. 1 Ruch......Page 44
2. 2. 15. 2 Chemotaksja......Page 45
2. 3 Formy nitkowate i cenocyty......Page 46
2. 3. 2 Cenocyty......Page 47
3. 1. 1 Substancje odżywcze......Page 48
3. 1. 4 Temperatura......Page 49
3. 1. 6 Tlen......Page 50
3. 1. 8 Odpowiedź na zmieniające się warunki — adaptacja......Page 51
3. 2. 1 Cykl życiowy......Page 53
3. 2. 1. 1 Model Helmstettera-Coopera......Page 59
3. 2. 1. 3 Kontrola cyklu komórkowego......Page 60
3. 3. 1 Wzrost na podłożu stałym......Page 61
3. 3. 2 Wzrost w pożywce płynnej......Page 62
3. 3. 2. 1 Hodowle okresowe......Page 63
3. 3. 2. 3 Hodowle ciągłe......Page 65
3. 3. 2. 4 Wzrost synchroniczny......Page 66
3. 5 Pomiar wzrostu......Page 67
4. 1 Cykl życiowy Caulobacter......Page 68
4. 2 Wzrost „rozpełzliwy" (ang. swarming)......Page 70
4. 3. 1 Endospory......Page 71
4. 3. 3 Bakteryjne cysty......Page 73
4. 4. 2 Heterocysty......Page 75
4. 4. 3 Hormogonia......Page 76
ROZDZIAŁ5 Metabolizm I - energia......Page 78
5. 1. 1. 1 Fermentacja......Page 79
5. 1. 1. 2 Oddychanie......Page 85
5. 1. 2. 1 Fermentacja nieorganiczna......Page 91
5. 2. 1 Fotosynteza......Page 92
5. 2. 1. 1 Fotosynteza oksygenowa (z wytworzeniem tlenu) u bakterii......Page 93
5. 2. 1. 2 Fotosynteza anoksygenowa......Page 94
5. 3. 1 Wydajność tworzenia ATP......Page 95
5. 3. 4 Utlenianie pozacytoplazmatyczne......Page 96
5. 3. 6 Siła sodowomotoryczna......Page 97
5. 4 Systemy transportu......Page 98
5. 4. 1 Transportery ABC......Page 99
5. 4. 1. 2 Eksportery ABC......Page 100
5. 4. 2 System fosfotransferazowy zależny od fosfoenolopirogronianu......Page 101
5. 4. 3 Szlak sekrecji ogólnej (szlak zależny od sec,system sekrecji typu II) u bakterii gramujemnych......Page 102
5. 4. 4 Systemy typu III sekrecji białek u bakterii gramujemnych......Page 103
5. 4. 5 Systemy typu IV sekrecji białek (autotransportery)u bakterii gramujemnych......Page 104
5. 4. 7 Transport poprzez barierę peptydoglikanu......Page 106
ROZDZIAŁ6 Metabolizm II - węgiel......Page 107
6. 1. 3 Karboksydobakterie......Page 108
6. 2 Asymilacja węgla u heterotrofów......Page 109
6. 3. 1 Synteza związków węgla......Page 110
6. 3. 2 Wzajemne przemiany związków węgla......Page 113
6. 3. 3 Polimeryzacja związków węgla......Page 114
6. 3. 3. 1 Synteza peptydoglikanu......Page 115
6. 4 Metylotrofia u bakterii......Page 116
7. 1 Chromosomy i plazmidy......Page 118
7. 2 Kwasy nukleinowe - struktura......Page 119
7. 2. 1 Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)......Page 120
7. 3 Replikacja DNA......Page 124
7. 3. 1 Replikacja DNA plazmidowego......Page 128
7. 4 Modyfikacja i restrykcja DNA......Page 130
7. 5 Synteza RNA - transkrypcja......Page 132
7. 6 Synteza białka......Page 133
7. 6. 1 Losy mRNA......Page 139
7. 6. 2 Białka wewnątrz białek - inteiny......Page 140
7. 6. 3 Rybosomy a szybkość wzrostu......Page 141
7. 7 Kontrolowanie i naprawa DNA......Page 142
7. 7. 1. 2 Naprawa przez wycięcie nukleotydów (naprawa przez system UvrABC)......Page 143
7. 7. 3 Wybiórcza naprawa genów aktywnie transkrybowanych......Page 144
7. 8 Regulacja ekspresji genów......Page 145
7. 8. 1. 1 Operony, w których kontrolowany jest promotor......Page 146
7. 8. 1. 2 Operony, w których kontrolowany jest atenuator......Page 147
7. 8. 2. 1 Represja kataboliczna......Page 148
7. 8. 2. 2 System SOS Ε. coli......Page 150
7. 8. 2. 3 Odpowiedź na szok cieplny......Page 152
7. 8. 2. 4 Odpowiedź na szok zimna......Page 153
7. 8. 2. 5 Odpowiedź ścisła......Page 154
7. 8. 2. 7 Składanie bakteryjnej rzęski......Page 155
7. 8. 4 Regulacja wyrażania się genówzwiązana z szybkością rozpadu mRNA......Page 157
7. 8. 5 Regulacyjna rola translacyjnej atenuacjiw wyrażaniu się genów......Page 158
7. 8. 6 Regulacja wyrażenia się genów przez przekazanie sygnału......Page 159
7. 8. 7 Regulacja wyrażania się genów przez zmianę ramki odczytu......Page 160
7. 8. 8 Metylacja DNA jako mechanizm kontrolny......Page 161
7. 8. 9 Regulacja wyrażania się genów przez czynniki σ......Page 162
7. 8. 11 Termoregulacja wyrażania się genów......Page 166
7. 9 Bakteryjny RNA......Page 167
8. 1 Mutacje......Page 169
8. 1. 1. 1 Loci, geny i zmutowane geny - nomenklatura......Page 171
8. 1. 2 Izolacja mutantów......Page 172
8. 1. 3 Test Amesa wykrywający czynniki rakotwórcze......Page 173
8. 2. 1 Rekombinacja homologiczna (ogólna)......Page 174
8. 3 Transpozycja......Page 175
8. 4. 1 Transformacja......Page 179
8. 4. 1. 2 Elektroporacja......Page 180
8. 4. 2. 1 Koniugacja u bakterii gramdodatnich......Page 181
8. 4. 2. 2 Koniugacja u bakterii gramujemnych......Page 182
8. 4. 2. 3 Koniugacyjna transpozycja (koniugacja niezależna od plazmidu)......Page 186
8. 5 Inżynieria genetyczna/technologia rekombinowanego DNAi podobne techniki związane z analizą DNA......Page 187
8. 5. 1 Klonowanie (klonowanie genu, klonowanie molekularne)— przegląd......Page 188
8. 5. 1. 1 Klonowanie genu bakteryjnego......Page 190
8. 5. 1. 2 Klonowanie genów eukariotycznych w bakteriach......Page 191
8. 5. 1. 3 Precyzyjne cięcie DNA......Page 196
8. 5. 1. 4 Izolacja i oczyszczanie kwasów nukleinowych......Page 197
8. 5. 1. 5 Wektory......Page 201
8. 5. 1. 6 Linkery, adaptory, dodawanie tzw. „ogonów", ligowanie......Page 207
8. 5. 2 Fuzja genów i białka fuzyjne......Page 208
8. 5. 3 Sondy......Page 210
8. 5. 4 Łańcuchowa reakcja polimeryzacji (PCR)......Page 211
8. 5. 4. 1 Przykłady zastosowań PCR......Page 214
8. 5. 4. 2 Pewne (spośród wielu) odmiany technik PCR......Page 215
8. 5. 4. 3 Problem obecności obcego DNA w reakcji PCR; proponowane rozwiązania......Page 218
8. 5. 4. 5 Przygotowywanie jednoniciowego DNA z produktów reakcji PCR......Page 219
8. 5. 4. 7 PCR — oznaczenia ilościowe......Page 220
8. 5. 5. 2 Tworzenie mutacji specyficznych......Page 221
8. 5. 5. 3 Mutageneza transpozonowa......Page 223
8. 5. 6 Sekwencjonowanie DNA......Page 227
8. 5. 8 Funkcjonalna analiza DNA genomowego......Page 230
8. 5. 9. 2 Amplifikacja oparta na sekwencji kwasów nukleinowych(NASBA, ang. nucleic acid sequence-based amplification)......Page 231
8. 5. 10 Rekombinacyjna streptokinaza —przykład technologii rekombinowania DNA......Page 233
8. 5. 11 Nadprodukcja białek rekombinacyjnych w Escherichia coli —strategie optymalizacji ekspresji genu......Page 234
8. 5. 11. 3 Problem ciałek wtrętowych......Page 236
8. 5. 11. 5 Odpowiedź komórki na nadprodukcję......Page 237
8. 5. 12. 1 Metoda „Southwestem blotting"......Page 239
8. 5. 13 Prezentowanie heterologicznych („obcych") białek......Page 240
8. 5. 15 Technologia „DNA-chip"......Page 241
ROZDZIAŁ9 Bakteriofagi......Page 243
9.1.1 Cykl lityczny faga T4 w Escherichia coli......Page 244
9.1.2 Cykl lityczny innych fagów......Page 248
9.1.4 Pakowanie DNA......Page 250
9.2.1 Lizogenia/liza na przykładzie faga λ i Escherichia coli......Page 251
9.3 Fagi męskie......Page 252
9.5.1 Transdukcja ogólna......Page 253
9.5.2 Transdukcja ograniczona......Page 254
9.6 W jaki sposób fag unikarestrykcyjnego systemu gospodarza?......Page 255
10.1 Zespoły mikroorganizmów......Page 256
10.1.1 Zespoły przejściowe......Page 257
10.1.2 Wyczuwanie liczebności — „quorum sensing"......Page 258
10.2.2 Drapieżniki......Page 259
10.2.4 Symbionty......Page 260
10.3.1 Obieg węgla......Page 261
10.3.2 Obieg azotu......Page 263
10.3.2.1 Wiązanie azotu......Page 265
10.3.2.2 Rolnictwo i obieg azotu......Page 266
10.3.3 Obieg siarki......Page 267
10.5.1 Komory z filtrem membranowym......Page 269
10.5.2 Koniugacja in situ......Page 270
10.6 Efekt cieplarniany......Page 271
10.8 Bakterie nie wyhodowane/niehodowalne......Page 272
10.8.1 „Żyjące, ale niehodowalne" bakterie......Page 273
11.1 Bakterie jako patogeny......Page 274
11.2 Drogi infekcji......Page 275
11.2.1 Adhezja jako czynnik w infekcji......Page 276
11.2.2 Bakteryjna inwazja komórek ssaczych......Page 279
11.2.2.1 Inwazja nabłonka jelitowego......Page 280
11.2.2.2 Inwazja makrofagów......Page 283
11.2.2.4 Transcytoza......Page 285
11.3 Patogeneza — mechanizm rozwoju choroby......Page 286
11.3.1.1. Cholera......Page 287
11.3.1.4 Toksyna botulinowa i tetanospazmina: podobieństwa......Page 288
11.3.1.6 Toksyna Shiga i podobne toksyny (werotoksyny)......Page 289
11.3.2.1 Mukowiscydoza......Page 290
11.3.3.3 Gorączka Oroya......Page 291
11.3.5 Choroby układu pokarmowego przypisywane Helicobacter pylori......Page 292
11.4.1 Mechanizmy konstytutywne......Page 293
11.4.1.1 Dopełniacz......Page 295
11.4.1.2 Interferony......Page 298
11.4.1.4 Tlenek azotu......Page 299
11.4.2.1 Przeciwciała, produkcja przeciwciał i szczepienia......Page 301
11.4.2.2 Odpowiedź typu komórkowego......Page 307
11.5 Patogen — czynniki wirulencji......Page 308
11.5.1 Unikanie fagocytozy......Page 310
11.5.3 Zmienność antygenowa......Page 312
11.5.4.1 Superantygeny......Page 313
11.5.5 Patogenność i żelazo......Page 314
11.5.7 Wyspy patogenności......Page 316
11.6 Interakcje między patogenem a gospodarzem— nowa perspektywa......Page 317
11.7 Rozprzestrzenianie się choroby......Page 318
11.8.1 Wyhodowanie patogena i wykrycie toksyny......Page 319
11.8.1.1 Hodowle krwi......Page 320
11.8.3. Test wiązania dopełniacza......Page 321
11.8.5 Hybrydyzacja in situ (ISH) i hybrydyzacja fluorescencyjnain situ (FISH)......Page 323
11.9 Zapobieganie i kontrola chorób zakaźnych......Page 324
11.10 Kilka uwag dotyczących chemioterapii......Page 325
11.11 Niektóre schorzenia bakteryjne......Page 326
12.1.1 Przetwory mleczarskie......Page 332
12.1.3 Środki dodawane do żywności......Page 333
12.2.1.1 Pasteryzacja i procedura UHT......Page 334
12.2.1.2 Konserwy......Page 335
12.2.1.3 Chłodnictwo......Page 337
12.2.2.2 Środki ochronne......Page 338
12.3.1 Bakterie źródłem zatruć pokarmowych......Page 339
12.3.1.1 Wykrywanie patogenów i toksyn w żywności......Page 341
12.3.3 Higiena żywności — warunki przemysłowe......Page 343
12.3.3.1 System analizy krytycznych punktów zagrożenia (HACCP)......Page 344
13.1.1.1 Kiszonki......Page 346
13.1.2 Kontrola biologiczna — inne zastosowania bakterii......Page 347
13.2 Biokopalnictwo (bioługowanie)......Page 348
13.4 Oczyszczanie ścieków......Page 349
13.4.1 Tlenowe oczyszczanie ścieków......Page 350
13.4.2 Beztlenowe oczyszczanie ścieków......Page 353
13.5 Skąd pobieramy wodę?......Page 354
13.5.1.2 Uzdatnianie wód powierzchniowych......Page 355
13.5.1.3 Problemy związane z systemami rozprowadzania......Page 359
13.7 Tworzywa pochodzenia bakteryjnego - Biopol......Page 360
ROZDZIAŁ14 Nieco praktycznej bakteriologii......Page 361
14. 1 Bezpieczeństwo w laboratorium......Page 362
14. 2 Podłoża bakteriologiczne......Page 363
14. 2. 1 Rodzaje podłoży (pożywek)......Page 364
14. 2. 2 Przygotowanie podłoży......Page 366
14. 3 Techniki aseptyczne......Page 367
14. 4 Narzędzia bakteriologa......Page 369
14. 5. 2 Inokulacja podłoża stałego......Page 370
14. 6 Przygotowanie czystej kultury z mieszaniny organizmów......Page 371
14. 6. 1 Dynabeads® oraz rozdział immunomagnetyczny......Page 372
14. 7 Inkubacja w warunkach beztlenowych......Page 374
14. 8. 1 Całkowita liczba bakterii......Page 375
14. 8. 2 Liczba bakterii żywych......Page 376
14. 9 Barwienie......Page 377
14. 9. 1 Barwienie Grama......Page 378
14. 9. 2 Barwienie Ziehl-Neelsena (barwienie kwasooporne)......Page 379
14. 10 Mikroskopia......Page 380
14. 10. 1 Oświetlenie Kohlera......Page 381
14. 10. 2 Mikroskopia kontrastowo-fazowa......Page 382
14. 10. 3 Mikroskopia immunofluorescencyjna/epifluorescencyjna......Page 383
15. 1. 1 Sterylizacja przez ogrzewanie......Page 384
15. 1. 1. 3 Sterylizacja gorącą parą wodną: autoklaw......Page 385
15. 1. 3. Sterylizacja przez filtrację......Page 387
15. 2. 1 Dezynfekcja środkami chemicznymi......Page 388
15. 2. 1. 1 Testowanie środków dezynfekujących......Page 389
15. 3 Antyseptyka......Page 390
15. 4 Antybiotyki......Page 391
15. 4. 1. 1 Penicyliny......Page 392
15. 4. 1. 2. β-Laktamazy......Page 393
15. 4. 2 Antybiotyki aminoglikozydowe......Page 394
15. 4. 4 Makrolidy, chloramfenikol i streptograminy......Page 395
15. 4. 6 Kwas nalidyksowy i chinolony; nowobiocyna......Page 396
15. 4. 9 Sulfonamidy, trimetoprim i kotrimoksazol......Page 397
15. 4. 10 Synergistyczne i antagonistyczne działanie antybiotyków......Page 398
15. 4. 11 Bakteryjna oporność na antybiotyki......Page 399
15. 4. 11. 1 Testy na antybiotykowrażliwość (tradycyjne)......Page 402
15. 4. 11. 2 Wykrywanie oporności na antybiotyki za pomocą technik DNA- „genotypowanie"......Page 404
15. 4. 12 Aktywność antybiotyków wewnątrz komórek eukariotycznych......Page 411
16. 1 Identyfikacja......Page 413
16. 1. 1. 3 Zdolność do ruchu......Page 414
16. 1. 1. 4 Tworzenie endospor......Page 415
16. 1. 2. 1 Test na obecność oksydazy......Page 416
16. 1. 2. 2 Test na obecność koagulazy (do wykrywania gronkowców)......Page 417
16. 1. 2. 4 Wytwarzanie kwasu/gazu z węglowodanów („cukrów")......Page 418
16. 1. 2. 5 Testy IMViC......Page 419
16. 1. 2. 7 Test na obecność ureazy......Page 420
16. 1. 2. 11 Test na obecność fosfatazy......Page 421
16. 1. 2. 14 Hydroliza eskuliny......Page 422
16. 1. 4. 1 Hemoliza......Page 423
16. 1. 5 Typowanie......Page 424
16. 1. 5. 2 Typowanie bakteriofagami („typowanie fagami")......Page 425
16. 1. 5. 3 Elektroforetyczna analiza izoenzymów (MEE, ang. multilocusenzyme electrophoresis)......Page 426
16. 1. 6. 1 Szybkie metody wykrywania/identyfikacji......Page 427
16. 1. 6. 2 Typowanie metodami opierającymi się na kwasach nukleinowych......Page 428
16. 2. 1 Zawartość GC (% GC) w DNA......Page 429
16. 2. 2. 1 Hybrydyzacja DNA-DNA......Page 430
16. 2. 2. 2 16S rRNA — zapis gatunków i królestw......Page 431
16. 2. 2. 3 Odcisk DNA (odcisk chromosomowy) i rybotypowanie......Page 435
16. 2. 2. 4 Metody wykorzystujące PCR z dowolnymi starterami......Page 436
16. 2. 2. 6 Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych(RFLP, ang. restriction fragment length polymorphism) i PCR-RFLP......Page 438
16. 2. 2. 7 Rybotypowanie z zastosowaniem PCR......Page 439
16. 2. 2. 8 Odcisk DNA z wykorzystaniem AFLP......Page 440
ANEKS - Krótkie opisy niektórych rodzajów, rodzin,......Page 442
Skorowidz......Page 454