microbiologie_2015

7/25/2019 Microbiologie_2015

1/172

9

Prof.dr. Eugen ULEA

Universitatea de tiine Agricole i Medicin Veterinar

Ion Ionescu de la Brad Iai

MICROBIOLOGIE(SUPORT DE STUDIU I.D)

Iai - 2015


2/172

10

CUPRINSINTRODUCERE

U.I. 1 - CARACTERELE GENERALE I POZIIA MICROORGANISMELORN LUMEA VIE ......................... ........................... .............................. ..... 21

1.1. Poziia microorganismelor n lumea vie ............... ..................... 24

1.2. Prionii ......................... ........................... .............................. ..... 261.3. Virusurile ........................... ......................... ........................... ... 28

1.3.1. Morfologia virusurilor ......................... ........................... ... 281.3.2. Structura virusurilor ........................ .............................. ..... 291.3.3. Virusurile plantelor ......................... .............................. ..... 301.3.4. Bacteriofagii ...................... ........................... ..................... 311.3.5. Fagii filamentoi ......................... ........................... ............ 361.3.6. Cianofagii ..................... ........................... .......................... 361.3.7. Micovirusurile ............................ ........................... ............ 361.3.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea virusurilor ........ 37

U.I. 2 - CARACTERELE GENERALE I POZIIA MICROORGANISMELORN LUMEA VIE ............................................................................................40

2.4. Bacteriile ........................ ........................... .......................... 412.4.1. Morfologia bacteriilor.......................... ........................... ... 422.4.2. Structura celulei bacteriene ...................... .......................... 462.4.3. Compoziia chimic a bacteriilor .................................. ..... 542.4.4. Creterea i multiplicarea bacteriilor ...................... ............ 552.4.5. Nutriia bacteriilor ........................ ......................... ............ 572.4.6. Respiraia microorganismelor ........................... ................. 582.4.7. Grupe particulare de bacterii ........................... ................... 58

2.4.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea bacteriilor ......... 612.4.9. Rolul bacteriilor n natur ........................ .......................... 62

2.5. Cyanobacteriile (algele albastre-verzi) ...................................... 632.5.1. Morfologia cyanobacteriilor ........................... ................... 632.5.2. Structura cyanobacteriilor ........................ .......................... 632.5.3. Sistematica cyanobacteriilor ........................... ................... 642.5.4. Rolul cyanobacteriilor n natur ........................ ................. 65

U.I. 3 - CARACTERELE GENERALE I POZIIA MICROORGANISMELORN LUMEA VIE .............................................................................................67

3.1. Protozoarele ......................... ........................... .......................... 68

3.1.1. Morfologia i fiziologia protozoarelor ............................... 683.1.2. Structura protozoarelor .......................... ......................... ... 683.1.3. Reproducerea protozoarelor ..................... .......................... 693.1.4. Nutriia protozoarelor ..................... .............................. ..... 703.1.5. Sistematica protozoarelor ........................ .......................... 703.1.6. Rolul protozoarelor n natur ........................ ..................... 71

3.2. Diatomeele ........................... ........................... .......................... 713.2.1. Morfologia diatomeelor ........................... .......................... 713.2.2. Structura diatomeelor ..................... .............................. ..... 72


3/172

11

3.2.3. Reproducerea diatomeelor ....................... .......................... 733.2.4. Sistematica diatomeelor ........................... .......................... 753.2.5. Rolul diatomeelor n natur .......................................... ..... 77

3.3. Ciupercile ................................................................................. 773.3.1. Morfologia ciupercilor ......................... ........................... ... 773.3.2. Structura celular a ciupercilor ..................................... ..... 78

3.3.3. Organele de fixare i de absorbie ale ciupercilor ............... 803.3.4. Formele de rezisten ale ciupercilor ...................... ............ 823.3.5. nmulirea ciupercilor ..................... .............................. ..... 833.3.6. Alternana de faze la ciuperci ........................ ..................... 893.3.7. Nutriia ciupercilor ......................... .............................. ..... 893.3.8. Originea i evoluia parazitismului la ciuperci ....... ............ 903.3.9. Cerine fa de mediu ...................... .............................. ..... 913.3.10. Sistematica ciupercilor............................................. ........ 91

U.I .4 - INFLUENA FACTORILOR ECOLOGICI ASUPRA

MICROORGANISMELOR ...................... ........................... ..................... 944.1. Influena pH-ului ...................................................................... 954.2. Influena temperaturii ......................... ........................... ............ 954.3. Influena apei .............................. ......................... ..................... 974.4. Influena energiei radiante ...................... .............................. ..... 974.5. Activitatea microbian a diferitelor soluri ................ ................. 994.6. Profilul microbian al solului .......................... ......................... ... 99

U.I. 5 - INTERRELAIILE ECOLOGICE NTRE ORGANISME........................................................................................................... 101

5.1. Interrelaiile dintre populaiile de microorganisme .................. 1025.2. Interrelaiile dintre plantele superioare i microorganismele

din sol ......................... ........................... .............................. ... 1055.2.1. Influena sistemului radicular al plantelor asupra

microflorei solului ........................... .............................. ... 1055.2.2. Natura secreiilor radicelare i influena lor

asupra structuriilor taxonomice a microflorei solului ........ 1075.2.3. Vrsta plantelor i efectul de rizosfer .......................... ... 1075.2.4. Micorizele ........................... ......................... ................... 1075.2.5. Interrelaiile ntre ciuperci i plante n cazul micorizelor .. 109

U.I. 6 - SOLUL CA MEDIU DE EXISTEN PENTRUMICROORGANISME................................................................................111

6.1. Alctuirea general a solului ........................... ........................ 1126.2. Reacia solului ........................................................................ 1146.3. Formarea solului ......................... ......................... ................... 114

6.3.1. Compoziia chimic a solului ........................ ................... 1156.3.2. Rolul microorganismelor n formarea i evoluia

materiei organice ......................... ........................... .......... 116


4/172

12

6.3.3. Teoria microbiologic a formrii humusului .................... 1166.4. Populaia solului ..................................................................... 118

U.I. 7 - ROLUL MICROORGANISMELOR N CIRCUITUL MATERIEI NNATUR ..................... ............................ ........................... ................... 121

7.1. Circuitul azotului .................................................................... 122

7.1.1. Fixarea azotului molecular ....................... ........................ 1247.1.2. Amonificarea ......................... ........................... ............... 1327.1.3. Nitrificarea .......................... ......................... ................... 1347.1.4. Denitrificarea .................................................................. 135

7.2. Circuitul carbonului ...................... ........................... ............... 1357.2.1. Metabolismul carbonului mineral .................................... 1367.2.2. Metabolismul carbonului organic ........................... .......... 137

7.3. Circuitul sulfului ......................... ......................... ................... 1447.4. Circuitul fierului ..................................................................... 1467.5. Circuitul fosforului ................................................................. 147

7.6. Circuitul potasiului ................................................................. 1497.7. Transformrile microbiene ale calciului .................................. 1497.8. Transformrile microbiene ale magneziului .......................... ... 1497.9. Transformrile microbiene ale microelementelor ............... ..... 149

7.9.1. Manganul ........................................................................ 1507.9.2. Seleniul ........................................................................... 1507.9.3. Zincul ........................... ........................... ........................ 1507.9.4. Cuprul ............................................................................. 151

U.I. 8 - MICROBIOLOGIA FERMENTAIILOR .............................. ... 154

8.1. Fermentaia alcoolic ......................... ........................... .......... 1568.1.1. Utilizarea microorganismelor n vinificaie ..................... . 1578.1.2. Utilizarea microorganismelor n industria berii ................ 158

8.2. Fermentaia lactic ........................ ........................... ............... 1688.2.1. Rolul microrganismelor n obinerea produselor

lactate .............................................................................. 1708.2.2. Rolul microorganismelor lactice n conservarea

alimentelor murate .......................................................... 1718.2.3. Rolul microorganismelor n producerea furajelor

nsilozate .............................. ......................... ................... 172

8.3. Fermentaia acetic ................................................................. 172

BIBLIOGRAFIE SELECTIV .............................................................. 178


5/172

13

INTRODUCERE

Microbiologia este tiina care se ocup cu studiul microorganismelor.Microorganismele constituie un grup foarte mare de organisme, diferite ca natur,form i activitate biologic, cu o organizare unicelular i o structur internrelativ simpl, avnd ns caractere comune dimensiunile microscopice, care le

fac invizibile cu ochiul liber.Din grupul microorganismelor fac parte bacteriile, ciupercile microscopice

(mucegaiurile i levurile), algele unicelulare i protozoarele. Lumiimicroorganismelor i-au fost alturate i virusurile, care sunt entiti infecioase,alctuite din componentele chimice eseniale ale organismelor vii, proteine i acizinucleici cu o organizare acelular, care le fac inapte de a se multiplica n afaraunei celule vii, fapt ce le oblig la un parazitism intracelular absolut.

Dei Microbiologia este o tiin relativ tnr, datorit domeniului destudiu foarte vast, n cadrul ei s-au difereniat o serie de discipline microbiologiceindependente. Acestea pot fi grupate dup mai multe criterii:

A. Dup grupul taxonomic studiat:

Virologia (virusologia) este tiina ce se ocup cu studiul virusurilor iaciunea lor asupra organismelor vii.

Bacteriologiase ocup cu studierea, identificarea i cultivarea bacteriilor,precum i cu aplicaiile lor n medicin, agricultur, industrie ibiotehnologie. Micologia (gr. mykes - ciuperc) studiaz morfologia,genetica, taxonomia, proprietile biochimice i ecologia ciupercilor.

Algologia (ficologia)este tiina ce se ocup cu studiul algelor. Protozoologia este ramura microbiologiei care studiaz morfologia,

genetica i taxonomia protozoarelor.

B. Dup activitatea microorganismelor n raport cu mediul n care triesc: Microbiologia acvaticse ocup cu studiul microorganismelor care triesc

n mediu acvatic i care particip la transformarea substanelor organice ianorganice din mri i oceane.

Microbiologia soluluistudiaz activitatea microbiotei solului i rolul ei nnutriia mineral a plantelor, fertilitatea solului, geneza i formareastructurii solului.

C. Dup natura problemelor studiate:

Fiziologia microorganismelor studiaz procesele vitale alemicroorganismelor (respiraie, nutriie etc).

Ecologia microorganismelor studiaz legitile generale de evoluie iinteraciunea microorganismelor n natur, interaciunile i interrelaiiledintre micro i macroorganisme.

Genetica microorganismelor se ocup cu studiul ereditii i variabilitii

microorganismelor precum i cu mecanismele de transfer al materialuluigenetic.


6/172

14

D. Dup aplicaiile practice:

Microbiologia medical uman i veterinar studiaz microorganismelepatogene i relaiile ecologice care se stabilesc cu organismele infectate.

Imunologia studiaz starea de rezisten sau de imunitate fa de ageniiinfecioi precum i diferite funcii i proprieti ale celulelor i esuturilor

organismelor animale i vegetale care determin prezena i apariia saumodificarea acestei stri.

Microbiologia industrial (microbiologia tehnic sau a fermentaiilor)studiaz rolul microorganismelor n obinerea pe cale fermentativ a unorsubstane chimice utile ca: alcoolul etilic, alcoolul butiric, acetona, acidul acetic,glicerina, antibioticele. n industria alimentar, microorganismele au rol n

panificaie, la conservarea alimentelor i furajelor, precum i n proceseindustriale ca topitul inului i cnepei pe cale biologic, tbcirea pieilor etc.

Microbiologia solului (agricol)se ocup de microflora natural din sol ide rolul acesteia n circuitul elementelor n natur, n asigurarea fertilitii solului,

n geneza i formarea structurii solului, precum i de relaiile microorganismelorcu plantele. Cunoaterea microflorei solului i a activitii ei biologice permitedirijarea unor procese naturale din sol i folosirea lor n scopul sporirii producieiagricole.

Microbiologia insectelor studiaz microflora normal a insectelor i, n

general, a artropodelor, relaiile sale cu organismele gazd, mecanismele detransmitere a unor ageni patogeni la om, animale i plante, precum imicroorganismele ce sunt patogene insectelor duntoare agriculturii i omului.

Microbiologia geologic se ocup cu studiul rolului unor organisme nformarea unor depozite geologice (fier, mangan, sulf) n geneza rocilor calcaroase,a hidrocarburilor, a zcmintelor de petrol, crbuni, gaze naturale i coroziunearocilor; ea studiaz, de asemenea, folosirea bacteriilor n detectarea depozitelor de

petrol etc. Microbiologia marin (pelagic) studiaz rolul microorganismelor n

transformarea substanelor organice i anorganice din mri, influena lor asupraproductivitii biologice a mrilor i n formarea diferitelor roci biogene i aminereurilor organogene n mri.

Microbiologia cosmiceste ramura cea mai nou a microbiologiei aplicatece studiaz probleme legate de influena spaiului cosmic asupra viabilitii i

variabilitii microorganismelor, precum i de posibilitatea exportului iimportului de microorganisme.

Patologia vegetal (Fitopatologia)se ocup cu studiul microorganismelorce produc boli la plante, stabilind simptomatologia, cile de transmitere, relaiileimunologice ale gazdelor, precum i profilaxia i tratamentul infeciilor produse

plantelor cultivate i celor din flora spontan.

Date selective privind istoricul Microbiologiei


7/172

15

Microbiologia este o tiina relativ tnr, datorit faptului c, din lipsamijloacelor de investigaie, oamenii de tiin s-au ocupat, n primul rnd, devieuitoarele vizibile. Existena microorganismelor ca ageni etiologici ai unor boliera ns bnuit nc din antichitate.

Hipocrat (460-370 .H.), ntemeietorul medicinei, considera doi factoriresponsabili de aceste boli: unul intrinsec, reprezentat de contribuia bolnavului, i

altul extrinsec, constnd dintr-o alterare necunoscut aaerului, care devine nociv.

Aceast prim ipotez asupra etiologiei bolilorinfecioase a persistat mult vreme sub forma teorieimiasmelor (gr. miasma= emanaie putred, murdrie).

Varon (100 .H.) considera c alterarea aerului(gr. malaria = aer ru) este determinat de animalefoarte mici, invizibile, care ptrund n organism pringur i prin nri.

Fracastor (1488-1553) intuiete foarte corect

una dintre caracteristicile eseniale ale bolilor produse de microorganisme ianume contagiozitatea lor. El arat c "infecia este aceeai pentru cel care a

primit-o i pentru cel care a dat-o" i c ea esteprodus de "particule mici i imperceptibile", caretrec de la un organism bolnav la altul sntos ("DeContagione", 1546).

Antony van Leeuwenhoek (1632-1723)reuete descoperirea microorganismelor, folosind camicroscop un sistem de lentile biconvexe deconstrucie proprie, cu o putere de mrire de 40-275x.

El observ protozoare, alge, nematozi, levuri ibacterii, pe care le descrie i le deseneaz n lucrareasa "Arcana naturae ope microscopiorum detecta" (Tainele naturii descoperite cuajutorul microscoapelor, 1675). Dei, descoperirile lui Leeuwenhoek au strnitadmiraia i interesul oamenilor de tiin, studiul microorganismelor a rmas ncontinuare empiric, constituind doar o preocupare a amatorilor de curioziti alenaturii. n felul acesta se acumuleaz numai date disparate cu privire la forma,structura, mrimea i distribuia n natur a acestor microorganisme.

Fig. 1 Hipocrat

Fig. 2 Fracastoro


8/172

16

Karl Linnaeus, celebru botanist, n opera sa "Systema naturae" (1735)ncearc o sistematizare a vieuitoarelor cunoscute, reunind toatemicroorganismele ntr-un grup, denumit semnificativ

"Chaos".

Terehovski, folosind pentru prima datmetode experimentale, public, n anul 1775,lucrarea "De Chao infusorii Linnaei", n caredemonstreaz c fiinele foarte mici, observaten diferite infuzii bogate n substane organice,cresc, se divid i se mic datorit unor foreinterne proprii, ajungnd la concluzia c aceste

organisme sunt adevrate animale n miniatur.Louis Pasteur (1822-1895), savantfrancez, prin lucrrile sale stabilete principiilecare stau i azi la baza acestei tiine.

Primele cercetri ale lui Pasteur au fostlegate de fenomenul asimetriei moleculare. Laacidul tartric racemic, compus inactiv pentrulumina polarizat, demonstreaz c este unamestec echimolecular de acid dextrogir i acid levogir, ale crui cristale sunt deforme asimetrice i enantiomorfe. De asemenea, a observat c, dac n amestecul

Fig. 4 Karl Linnaeus (1707 - 1778) i lucrarea "Systema naturae".

Fig. 3 Antony van Leeuwenhoek. (a) Microscop cu lentil (1), dispozitiv de fixare (2) iuruburi de reglaj (3, 4). (b) Tipuri morfologice de bacterii desenate de Leeuwenhoeck.

Fig. 5 Louis Pasteur


9/172

17

racemic, inactiv din punct de vedere optic, se dezvolt un mucegai (Penicilliumglaucum), soluia devine optic activ, deviind, de ast dat, spre stnga planulluminii polarizate. Mucegaiul degradeaz izomerul dextrogir, lsndu-l intact pecel levogir, care, astfel, poate fi izolat n stare pur. Aceast descoperire, pe lngfaptul c furniza un procedeu simplu de separare a izomerilor optici, a demonstrati intervenia unei caracteristici fizice, ca disimetria molecular n fenomenele

chimice ale vieii, dar, mai ales a atras atenia lui Pasteur asupra unui fenomenspre care se va ndrepta n continuare curiozitatea sa de cercettor:microorganismele produc transformri ale substanelor organice printr-oactivitate selectiv foarte specific.

Cercetrile lui Pasteur asupra fermentaiei vinului i berii l-au condus laurmtoarele concluzii fundamentale:

fermentaiile sunt procese biologice, determinate de aciunea unor

microorganisme anaerobe, deci fermentaia este via fr aer;

fiecare fermentaie este produs de un anumit tip de microorganism, care estespecific, n sensul c determin o anumit transformare a mediului pe care crete;

dezvoltarea unui microorganism strin n mediul unde acioneaz unmicroorganism cu aciune fermentativ specific deviaz cursul normal alfermentaiei n dauna calitii (prin apariia compuilor nedorii) i arandamentului ei n produs util, determinnd o aa-numit "boal" a fermentaiei;

microorganismele strine care produc bolile vinului i ale berii suntconsecina contaminrilor din aer, de pe vasele sau din ingredientele folosite n

producie, iar multiplicarea lor poate fi prevenit prin nclzire, procedeu utilizatsub denumirea depasteurizare.

Pn la Pasteur, ideea participrii microorganismelor la determinarea unorboli era respins, ca nefiind probat pe cale experimental. Pasteur extinde

noiunea de specificitate din domeniul fermentaiilor n acela al patologiei omuluii animalelor, n sensul c orice boal infecioas este rezultatul activitii vitale aunui anumit microorganism specific, care se dezvolt ca parazit n organismulanimal respectiv. Ulterior, cercetrile acestuia au demonstrat principiul vaccinriii stabilirea bazelor tiinifice ale preparrii vaccinului, contribuind, n acelaitimp, la descoperirea fenomenului de imunitate.

Studiind boala "holera ginilor", Pasteur observ c agentul ei patogen ipierde complet, prin nvechirea culturii, capacitatea sa specific de a produceaceast boal, adic devine avirulent. Inoculat la psri sntoase, culturaavirulent le confer ns rezistena fa de holer, n sensul c ele nu se maimbolnvesc nici dac sunt infectate cu o cultur proaspt, virulent, psrile"vaccinate" devenind "imune".

Pe acelai principiu, Pasteur a mai preparat i utilizat cu succes vaccinulanticrbunos (1881), apoi vaccinul antirabic (1885).

L. Pasteurrezolv i problema generaiei spontane (Fig. 5). Ignorarea unorprincipii eseniale care, mai trziu, au stat la baza microbiologiei experimentale, nceea ce privete sterilizarea i asepsia, a fcut posibil concluzia fals cmicroorganismele pot lua natere prin organizarea spontan a substanelororganice din produsele supuse fermentaiei sau putrefaciei. Folosind baloane


10/172

18

speciale cu "gt de lebd", Pasteur demonstreaz c un mediu de cultursterilizat, n spe bulionul de carne, poate rmne steril timp ndelungat, dac seevit contaminarea sa cu germeni din aer. Dac prin nclinarea unui asemenea

balon, mediul "spal" poriunile incurbate ale gtului rmas descoperit, poriunilen care s-au depus bacteriile din aer, bulionul se infecteaz. Faptul c n baloanelecu mediu steril, nchise ermetic, nu apar niciodat microorganisme, n timp ce

acelai mediu se infecteaz, dac este lsat n contact cu aerul, dovedete cmicroorganismele nu iau natere spontan din materia organic inanimat, ci numaise nmulesc n ea, pornind de la organisme similare, provenite din mediulnconjurtor.

L. Pasteur a adoptat pentrudenumirea organismelor microscopicetermenul de "microb" (trad. via scurt),creat de medicul francez Sedillot, iarnoua tiin, care studiaz microbii, a

rmas cu numele de microbiologie.Robert Koch (1843-1910) a adus

n dezvoltarea microbiologiei ca tiin,contribuii de ordin tehnic i teoreticdeosebit de valoroase, ntre careconceptul de "cultur pur", respectiv deorganism cultivat ntr-un mediu lipsit dealte organisme. Realizarea culturilor pureeste facilitat prin introducerea n tehnicamicrobiologiei de ctre Koch, a mediilor

de cultur solidificate (cu gelatin sau agar).Pe lng faptul c a descoperit mai multe specii de bacterii patogene, ntre

care bacilul tuberculozei (Mycobacterium tuberculosis) i vibrionul holerei, Kochdemonstreaz, fr echivoc, c bacteria carbonoas (Bacillus anthracis) esteagentul patogen al bolii denumit antrax sau crbune, pe care l cultiv "in vitro"n ser sanguin, studiind formarea de spori termorezisteni, alternana de sporularei germinare, precum i faptul c infecia natural a animalelor provine din sol

prin iarba contaminat.

Fig. 5 Experimentul lui Pasteur prin care combate teoria generaiei spontane. A:mediul nutritiv este introdus ntr-un balon; B. curbarea gtului balonului (gt delebd"); C. sterilizarea mediului nutritiv; D. mediul nutritiv rmne steril fiind protejatde ptrunderea microorganismelor din atmosfer prin forma gtului.

Fig. 6 Robert Koch (1843-1910)


11/172

19

Pe baza acestor cercetri, R. Kochstabilete criteriile indispensabile pentruca un microorganism izolat dintr-un organism afectat de o anumit boal s poatfi considerat n mod justificat ca agentul cauzal al bolii respective. Aceste criterii,cunoscute sub numele de postulatele luiKoch, sunt urmtoarele:

microorganismul incriminat s poat fi pus ntotdeauna n eviden n toatecazurile bolii respective, iar distribuia lui s corespund leziunilor caracteristice

bolii;

s poat fi utilizat n cultur pur, pe mediiartificiale;

dup ce este cultivat "in vitro", mai multe generaii sreproduc boala i leziunile specifice la animalelesensibile, de la care s poat fi reizolat.

Postulatele lui Koch au reprezentat i reprezintnc un principiu eficace de lucru, a crui respectare

previne interpretrile eronate, n materie de diagnosticbacteriologic sau de identificare a unor ageni

infecioi.Ilia Metchnikoff (1845-1916), biolog rus,

studiind digestia intracelular la echinoderme, demonstreaz capacitatea anumitorcelule de a capta i ngloba diferite particulecu care vin n contact i emite ipoteza ccelulele cu funcii asemntoare, denumite deel "fagocite", ar putea exista i n organismulaltor animale.

Ulterior (1884), studiind infeciacrustaceului Daphnia magna cu ciuperca

Monospora (Metschnikowia) bicuspidata,observ c sporii aciculari ai levurii ptrundodat cu hrana n tubul digestiv al dafniei, deunde, strpungnd peretele acestuia, trec ncavitatea general, unde sunt atacai de celulemobile. Cnd infecia este moderat,amoebocitele nglobeaz i diger toi sporiiciupercii i, astfel, crustaceul supravieuiete.Cnd ns infecia este masiv, sporii rmai nefagocitai germineaz i daunatere formei vegetative a ciupercii, care, prin multiplicare, invadeaz tot

organismul dafniei, determinndu-i moartea.Metchnikoffextinde rezultatele acestor observaii la animalele superioare i

la om, demonstrnd prezena i importana celulelor cu proprieti fagocitare nreaciile de aprare ale organismului fa de bacteriile patogene, stabilind, astfel,

bazele imunitii celulare.Dimitri Ivanovski (1864-1920) demonstreaz c mozaicul tutunului este

produs de un agent patogen invizibil la microscop, care traverseaz filtrelebacteriene i poate fi transmis de la o plant bolnav la una sntoas prinintermediul filtratului acelular al trituratului de frunze, cu leziuni.

Fig. 7 Ilia Metchnikoff

Fig. 8 Dimitri Ivanovski


12/172

20

MartinusBeijerinck(1851-1931) confirm n 1898 filtrabilitatea agentuluipatogen i intuiete natura deosebit a agentului patogen, pe care l considera ca

agent contagios viu(contagium vivum fluidum).Aceast intuiie a fcut dinBeijerinck adevratul

intemeietor al virologiei catiin.

Frederick Twort(1877-1950) i Felixd'Herelle (1873-1949)

descoper, n perioada 1915-1917, bacteriofagii (trad.mnctor de bacterii) i fenomenul bacteriofagic.

Sergei Winogradsky (1856-1953), lucrnd laInstitutul Pasteur din Paris, a descris procesul deasimilare la organismele chimiosintetizante ifenomenul de fixare a azotului atmosferic de ctremicroorganisme. n acelai timp el a elaborat metodespeciale pentru cercetarea activitiimicroorganismelor din sol, fiind consideratintemeietorulMicrobiologiei solului.

Alexander Fleming(1881-1955), observ n anul 1929 c unele culturi dePenicillium

, elaboreaz o substan cu proprieti microbiene specifice penicilina. Acest prim antibiotic a fost mai trziu purificat de Florey i Chain(1940). Prin lucrrile sale, Fleming deschide era antibioticelor, de o importanexcepional n medicin i biologie.

Stanley Prusiner (1942- ), neurolog ibiochimist american, laureat al Premiului Nobel n1997. A descoperit c encefalopatia spongiformla bovine i boala Creutzfeldt-Jakob la om sunt

produse de particule infecioase de natur proteic,

pe care le-a numit prioni.

Fi . 9Martinus Bei erinck

Fig. 10Alexander Fleming

Fig. 11 Stanley Prusiner


13/172

21

coala romneasc de Microbiologie

Victor Babe(1854-1926), fondatorul colii romneti de microbiologie, adesfurat o prodigioas activitate de cercettor, studiind numeroase boli aleomului, printre care lepra, tuberculoza, holera, febra tifoid i, mai ales, turbarea.

n colaborare cu Cornil, este autorul

primei lucrri de sintez n bacteriologiei anatomie patologic din lume, aprutn 1885: Bacteriile i rolul lor netiologia, anatomia i histologia

patologic a bolilor infecioase.A studiat, de asemenea, asociaiile

microbiene, fiind primul cercettor care,dup Pasteur, i-a dat seama deimportana terapeutic a antagonismuluimicrobian.

Ioan Cantacuzino (1863-1934)este creatorul Institutului deMicrobiologie, care i poart numele, i al colii contemporane de microbiologiedin ara noastr. Cele mai importante lucrri sunt referitoare la aparatele ifunciile fagocitare n regnul animal i problema imunitii la nevertebrate.

Cantacuzino a studiat, de asemenea, diferite boli caholera, febra tifoid, scarlatina, tuberculoza, crendi organiznd condiiile produciei de seruri ivaccinuri n ara noastr.

Constantin Ionescu-Mihieti(1883-1962) a

adus contribuii tiinifice valoroase n domeniulvirologiei, imunologiei i microbiologiei generale.

Dumitru Combiescu (1887-1961) adesfurat o ampl activitate n domeniulrickettsiozelor i zoonozelor.

Mihai Ciuc (1883-1969) este autorul unorlucrri deosebit de importante n domeniul

bacteriofagilor, paludismului, salmonelozelor,difteriei.

tefan Nicolau(1896-1967) este creatorul colii romneti de virologie i

fondatorul institutului respectiv. A publicat numeroase lucrri originale ndomeniul herpesului, turbrii, febrei aftoase, febrei galbene, hepatitelor virale.

Traian Svulescu (1889-1963) este creatorul i ndrumtorul coliiromneti de fitopatologie. Este autorul unor lucrri de sintez ca Monografiauredinalelor, Monografia ustilaginalelor i al unor lucrri originale nfitopatologie i n domeniul imunitii plantelor fa de bolile bacteriene.

Fig. 13 Ioan Cantacuzino

Fig. 12 Victor Babe


14/172

22

Unitatea de nvare nr. 1:

CARACTERELE GENERALE I POZIIAMICROORGANISMELOR N LUMEA VIE

Cuprins (U.I. 1)

Obiectivele i competenele profesionale specifice (U.I. 1)...22Instruciuni (U.I. 1).231.1. Poziia microorganismelor n lumea vie ..241.2. Prionii.........................................................................................................26

1.3. Virusurile..281.3.1. Morfologia virusurilor.......................................................................281.3.2. Structura virusurilor...........................................................................291.3.3. Virusurile plantelor.............................................................................30

1.3.4. Bacteriofagii ......................................................................................311.3.5. Fagii filamentoi.................................................................................361.3.6. Cianofagii...........................................................................................361.3.7. Micovirusurile.....................................................................................361.3.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea virusurilor .................37

Test de autoevaluare38Rezumat (U.I. 1) ...39Lucrare de verificare nr. 1 .... ..39Bibliografie (U.I. 1) ..39

Obiectivele i competenele profesionale specifice (U.I. 1)

Obiectivele specifice acestei uniti de nvare constau n familiarizarea

studenilor cu noiunile referitoare poziia microorganismelor n lumea vieprecum i a celor referitoare la prioni i virusuri. Dup finalizarea studiuluiacestei uniti de nvare, vei dispune de competene pentru:

- descrierea microorganismelor precum: prionii, virusurile, bacteriofagii, fagiifilamentoi, cianofagii i micovirusurile.

- descrierea sistematicii, nomenclaturii i identificarea virusurilorInstruciuni (U.I. 1)

Aceast unitate U.I. necesit cca. 4 ore de studiu individual (S.I.), la carese adaug alte 4 ore de activiti asistate (A.A.). n cuprinsul acestei uniti denvare este inserat un test de autoevaluare, cu scopul de a v ajuta lamemorarea i nelegerea noiunilor legate de prioni i virusuri (rspunsurilecorecte sunt date la finalul testului ) i o lucrare de verificare. Aceasta din urmse va transmite pe adresa disciplinei, n format electronic sau prin pot, pnla sfritul celei de-a IV-a sptmni din sem. I.


15/172

23


Microorganismele, cu excepia celor cu structur acelular (virusurile), auca unitate elementar de baz celula. Celula la microorganisme, asemntoare, ngeneral, cu celula vegetal i animal, prezint unele particulariti n funcie degrupul de microorganisme considerat.

Aceste particulariti structurale i funcionale au determinat mprireamicroorganismelor n dou grupe (Chatton, 1932 i Stanier, 1970). ntremicroorganismele procariote i eucariote exist diferene eseniale, structurale,funcionale i de compoziie.

Diferenele dintre celula procariot i celula ecucariot

CaracterulProcariote EucarioteBacterii

CyanobacteriiAlge, Fungi, Protozoare,

Plante, Animale

Nucleul Fr membran proprie Cu membran proprie

Dispunerea ADNO singur molecul deADN dublu catenar,nelegat de histone

Unul sau mai mulicromozomi. ADN dublucatenar, legat de histone

Compoziia chimic amembranei citoplasmatice

Lipsit de steroli(cu excepiamicoplasmelor)

Conine steroli

Sistemul respiratorFace parte din membranacitoplasmatic saumezozomi

Mitocondrii

Aparatul fotosintetizantAbsent sau asociatmembranei citoplasmatice

Cloroplaste

Ribozomii Tip 70 S Tip 80 SCurenii citoplasmatici Abseni Prezeni

Peretele celularConine peptidoglicani(murein)

Cnd este prezent conineceluloz, chitin, silice

Reticulul endoplasmatic Absent PrezentTipul de diviziune Direct (sciziparitatea) Mitoz


16/172

24

1.1. Poziia microorganismelor n lumea vie

Dup acumularea a numeroase cunotine asupra microorganismelor a fostnecesar introducerea acestora ntr-un grup taxonomic. Iniial microorganismeleau fost incluse n regnul Plantae, iar ulterior au fost incluse n diferite sisteme declasificare.

A. Sistemul tradiional:

Ribozom

Capsul

Perete celular

Membran

citoplasmatic

Incluziune

Citoplasm Material nuclear

(ADN)

Fimbrii

Plasmid

Flageli

Fig. 15 Structura celulei procariote

Membrannuclear

Ribozomi(ataai)

Riboszomi(liberi)

Reticul endoplasmatic neted

Nucleu

Reticul endoplasmatic rugos

Nucleol

Aparat Golgi

Mitocondrie

Peretecelular

Membran

celular

Cloroplast

Vacuol

Fig. 16 Structura celulei eucariote


17/172

25

1. RegnulPlantae;2. RegnulAnimalia.

B. Sistemul lui Hogg i Haeckel (1866):1. RegnulMonera;2. RegnulPlantae;

3. RegnulAnimalia.

C. Sistemul lui Copeland (1938):1. RegnulProcaryotae(Monera);2. RegnulProtista;3. RegnulPlantae;4. RegnulAnimalia.

D. Sistemul lui Whittaker (1969):1. RegnulProcaryotae(Monera)

(bacterii, cianobacterii = alge albastre-verzi);2. RegnulProtista(protozoare, diatomee);3. RegnulFungi(ciuperci);4. RegnulPlantae(alge verzi, brune, roii, brofite, traheofite);5. RegnulAnimalia(animale multicelulare).

Astzi, majoritatea specialitilor din domeniul microbiologiei au acceptatsistemul de clasificare elaborat de Whittaeker (Fig. 17) n anul 1969, carecorespunde necesitilor actuale.


18/172

26

Din punct de vedere taxonomic, subdiviziunile regnului sunt: ncrengtura,

subncrengtura, clasa, ordinul, familia, genul, specia.Unitatea de lucru efectiv este specia, la care denumirea este n sistemul

binominal, numele organismului fiind derivat din latin sau greac.n sistemele de clasificare prezentate anterior sunt cuprinse numai

organismele care au ca unitate de baz, celula, eucariot sau procariot, nefiindintroduse entitile infecioase, cum sunt virusurile sau prionii, i care au fost"alturate" acestor sisteme de clasificare.

1.2. Prionii

Prionii sunt ageni infecioi neconvenionali de natur proteic, lipsii deorice tip de acid nucleic, care produc un grup de boli neurodegenerative,transmisibile la animale i om, numite boli prionice. Procesul care declaneaz

boala este reprezentat de conversia unei proteine normale, sintetizat n modnatural n creierul tuturor mamiferelor (PrPc), ntr-una mutant, patogen (PrPSc).

Prima semnalare a unei boli de natur prionic a fost fcut n Anglia, nanul 1732, la ovine.

Astzi, sunt cunoscute ca boli certe, produse de prioni, urmtoarele:

LUMEA VIE

Organismeprocariote

Organismeeucariote

Fig. 17 mprirea lumii vii n cinci regnuri (dup Whittaker, 1969)
http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Boli_prionice&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Boli_prionice&action=edit&redlink=1


19/172

27

- la animale:1. encefalopatia spongiform la ovine, denumit popular scrapie (engl.);

tramblanta (fr.). n Romnia mai este utilizat, impropriu, termenul de "cpiala"oilor, dar aceasta este o boal bine cunoscut i este produs de un parazit animal.Medicii veterinari avizai folosesc termenul francez de tramblanta oilor.

2. encefalopatia spongiform bovin (BSE sau "boala vacii nebune");

3. encefalopatia spongiform lafeline;

4. encefalopatia spongiform lanurci;

5. encefalopatia spongiform lahamsteri.

- la om:1. Boala "Kuru". Aceasta este

prima semnalat i cel mai binestudiat. A fost depistat la un trib

local n Papua - Noua Guinee. Dupinterzicerea consumului de carne nstare proaspt, aceast boal a fosteradicat.

2. Boala Creutzfeldt-Jacob (CJD);3. Sindromul Alpers (la copii);4. Sindromul Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS);5. Insomnia fatal familial (FFI).

Agentul infecios

n prezent, se consider c agentul infecios este o molecul proteic, cugreutatea molecular de 28 kilodaltoni, alctuit dintr-un lan de 208-220 deaminoacizi, n funcie de specie, i care prezint o configuraie spaial,asemntoare unui metru de tmplrie, parial destins. Prezint un capt NH 2-terminal, o regiune central i un capt COOH-terminal.

Aceast protein a fost izolat din creierul tuturor cazurilor bolnave studiate.Surpriza a sosit n momentul studierii n paralel (la oi) a creierului la animalesntoase i care prezint o protein celular similar. Lanul de aminoacizi esteidentic cu excepia unui singur aminoacid (schimbat).

Proteina celular normal (PrPc) prezint o configuraie spaialasemntoare unui resort. Specialitii din biochimie consider c, prin schimbareaunui singur aminoacid din lan, nu se poate modifica configuraia spaial. nacelai timp, proteina infecioas (PrPSc) rezist la atacul proteazelor celulare.

Se consider c procesul infecios se desfoar astfel: celula preparproteina celular normal care se acumuleaz n lizozomi, acetia o transport laexteriorul celulei i n momentul n care aceast protein ptrunde din nou ncelul este degradat de proteaze.

Fig. 18 Proteina prionic (huPrP)responsabil pentru o serie de boli prionice laom (www.itqb.unl.pt).


20/172

28

n cazul proteinei infecioase, aceasta se acumuleaz n lizozomi n modcontinuu, pn cnd acetia "crap". Enzimele din interiorul lor degradeazcomponentele celulare i, n final, ntreaga celul nervoas. n locul acesteiarmne un orificiu. Din acest motiv, dup un timp, creierul atacat arat ca un

burete (cu numeroase orificii). n stadiul final al bolii, creierul degenereazcomplet, avnd dimensiunea unei nuci.

Studiile cele mai ample sunt efectuate la animale, la om ele fiind extrem depuine, deoarece boala poate fi studiat numai dup moartea individului.

Prionii pot rezista la aciunea multor factori fizico-chimici, dintre careamintim: formol 10% (timp de 28 de luni), caldur (rezist la fierbere timp de 3ore), factori inhibitori ai acizilor nucleici, precum i la aciunea radiaiilor UV.

1.3. Virusurile

Virusurile (lat. virus otrav, infecie, lichid otrvitor) reprezint ocategorie specific de ageni infecioi, structural i fiziologic fundamental diferii

de oricare dintre microorganismele cunoscute (Zarnea, 1983).

1.3.1. Morfologia virusurilor

Din punct de vedere morfologic (Fig. 19), virusurile pot aparineurmtoarelor tipuri principale: form cilindric-alungit sau de bastona (virusulmozaicului tutunului - Tobamovirus); form sferic (izometric), sferoidal(virusul gripal - Myxovirus), form paralelipipedic (virusul variolei -

Parapoxvirus), form de cartu sau obuz (virusul piticirii galbene la cartof -Nucleorhabdovirus), form de mormoloc, spermatozoid sau cirea cu coad (unii

bacteriofagi).Dimensiunile virusurilor: 17 - 2500 nanometri (1 nm = 10-9 m).


21/172

29

1.3.2. Structura virusurilor

Dei diferitele virusuri se deosebesc mult ca form i dimensiuni, ele suntconstituite dup principii comune. Particula viral matur (virionul) este alctuitdin dou componente eseniale (Fig. 20): genomul virali capsida, precum i unconstituent accesoriu,nveliul extern (peplos).

Genomul viraleste reprezentat, n mod obinuit, printr-o molecul de acidnucleic (ADN sau ARN, niciodat ambele). Virusurile cu genom ADN sunt

numite dezoxiribovirusuri, iar cele cu genom ARN ribovirusuri. Genomul viralpoart informaia genetic necesar replicrii n sensul sintezei constituenilorvirali i a precursorilor acestora.

Capsida viral (gr. kapsa cutie) acoper genomul, fiind alctuit dinsubuniti proteice, denumite capsomere. Capsomerele sunt constituite dinmolecule proteice, aezate n mod regulat, formnd, n ansamblu, structuraspecific a virusului. Capsida protejeaz materialul genetic.

Capsida i genomul viral formeaz nucleocapsida.

Fig. 19 Tipuri morfologice de virusuri: (a) form cilindric (Tobamovirus); (b)form izometric (Myxovirus); (c) form paralelipipedic (Parapoxvirus); (d) form decartu (Nucleorhabdovirus); (e) form de cirea cu coad (bacteriofagul T4).


22/172

30

La unele virusuri, nucleocapsida este acoperit de o structur trilamelar,numit nveli extern sau peplos (gr. peplos manta), ce poate prezenta laexterior nite proeminene de suprafa, denumitespicule.

1.3.3. Virusurile plantelor

Virusurile plantelor au o mare importan ca ageni patogeni, datorit mariilor rspndiri i faptului c acelai virus poate infecta plante, care aparin dediferite familii botanice.

Bolile produse de virusuri la plante sunt denumite viroze. Pn n prezentsunt cunoscute cteva sute de boli virale, produse de virusuri, care aparin la 25genuri distincte. Majoritatea virusurilor plantelor au genom ARN monocatenar.

Din punct de vedere morfologic, virusurile plantelor aparin la dou grupuri:grupul virusurilor izometrice (izodiametrice) sau sferice i grupul virusurilor

alungite.n general, virusurile plantelor au o structur chimic mai simpl dectvirusurile animale i bacteriofagii.

Mecanismul de transmitereVirusurile se pot transmite de la planta bolnav la planta sntoas pe mai

multe ci:A - transmitere mecanic: prin contact ntre frunze; anastomoze radiculare;

unelte de lucru; altoire.B - transmiterea prin vectori se realizeaz prin intermediul insectelor

(cca..400 specii): afide i cicade. Relaia dintre virus - insect vectoare estevariabil i corespunde urmtoarelor trei situaii:Virusuri nepersistente pot fi transmise pn la circa 4 ore de la achiziie.

Virusuri semipersistente au capacitatea de infectare variabil de la 10-100 orede la achiziie.Virusuri persistente cu o capacitate de infectare de peste 100 ore (uneori chiar

toat durata de via a vectorului).n funcie de rspndirea i comportarea virusurilor n corpul vectorului,

acestea se mpart n trei categorii:

Capsid

nveli extern(peplos)

Spicule

Acid nucleic(ADN sau ARN)

Fig. 20 Structura unor virusuri i denumirea constituenilor virali


23/172

31

Virusuri localizate pe stilet (virusuri nepersistente).

Virusuri circulante (virusuri persistente) pot fi transmise timp ndelungatajungnd n hemolimfa insectei.

Virusuri propagative (virusuri persistente) se multiplic n corpul vectoruluifiind transmise toat viaa insectei.

C - transmiterea prin intermediul ciupercilor fitopatogene din sol, (ex.

Polymyxa betaetransmite virusul rizomaniei la sfecla pentru zahr).D - transmiterea prin intermediul nematozilor.E- transmiterea prin semine(cca.. 1/3 din virusuri).Circulaia virusurilor n interiorul plantelor se realizeaz prin parenchim

(plasmodesme), prin floem i prin xilem.

1.3.4. Bacteriofagii

Bacteriofagii (gr. bakterion bastona; gr. phago ein a mnca) suntvirusuri adaptate la viaa parazitar n celulele bacteriene i, care, prin

multiplicare, produc liza acestora.n anul 1915, Twort descoper fenomenul de liz transmisibil, dar nu poate

explica cu exactitate cauza acesteia. D'Herelle (1917) demonstreaz naturaparticular a fagului i l consider ca virus, determinndu-l bacteriofag (mnctorde bacterii). n anul 1940, ia fiin un grup de cercettori, denumit "grupul fag",condus de Delbrck, sistemul bacterie-bacteriofag fiind folosit ca modelexperimental pentru cele mai importante studii de genetic molecular.

Structura fagilor difer de la un grup la altul, n majoritate acetiancadrndu-se n dou tipuri de baz i anume: tipul icosaedric (poliedric);

tipul filamentos.Datele cele mai numeroase, cunoscute n prezent, sunt cele referitoare la

fagii din seria T, ndeosebi la fagi T-par (T2, T4, T6).

Anatomia fagilor T-parParticula viral matur a fagilor T-par cu g.m. 2,2x1010 este alctuit din

ADN i protein i, din punct de vedere anatomic, prezint urmtoarelecomponente: cap, guler, coad, plac bazal i fibrele cozii (Fig. 21).

Capul fagului, la microscop, prezint o form poliedric, iar n seciune areo form hexagonal, cu o lungime de 100 nm i o lime de 65 nm. Acesta esteconstituit din capsomere cu diametrul de 4 nm, dar nu este cunoscut, nc,numrul i modul de aezare al acestora.

n interiorul capului, se gsete genomul, alctuit dintr-o molecul de ADN

d.c., liniar, cu lungimea de 50 m, ce cuprinde 200 gene, fiind mpachetat foartestrns.

n partea bazal a capului, la locul de prindere al cozii, se afl un dopproteic, cu rol de articulare mecanic.

ntre acest dop i placa bazal se gsete un tub lung de 120 nm, reprezentatde cilindrul axial al cozii. El are un diametru de 7,5 nm i un canal central cu


24/172

32

diametrul de 2 nm, prin care trece ADN-ul n momentul introducerii n celulabacterian.

La exteriorul cilindrului axial se gsete teaca contractil a cozii, care nstare extins are o lungime de 80 nm, iar cnd se contract, teaca se scurteaz la, respectiv 35 nm. Teaca este constituit din 24 de inele suprapuse i, datoritaranjamentului capsomerelor, formeaz o helice.

Gulerul fagului este situat ntre dopul proteic i coada fagului i are formaunui disc hexagonal de 1,5 nm grosime cu de 3,6 nm.

Placa bazal este un disc hexagonal cu de 40 nm i este prevzut lapartea inferioar cu ase crlige (croetele cozii sau spicule), care sunt uniti

integrale de fixare a fagului pe bacterie.n momentul contraciei, placa bazal ia forma de stea cu diametrul mrit la

60 nm i este lipsit de dopul central.Fibrele cozii sunt structuri filamentoase, proteice, de 130 nm lungime, fixate

cu unul dintre capete pe placa bazal, iar cu cellalt capt pe gulerul fagului, ceade-a doua legtur fiind mai slab.

Aceste fibrile formeaz o reea, care mbrac teaca contractil a cozii i,care, n perioada premergtoare fixrii fagului, se desprind de pe guler i rmnlegate numai pe placa bazal, notnd libere n mediu, avnd aspectul unor

picioare de pianjen.

Structura genomuluiBacteriofagii prezint, n majoritate, un genom format dintr-o singur

molecul de acid nucleic (ADN m.c., ADN d.c. , ARN m.c.), cu o singurexcepie, fagul 6 de la Pseudomonas phaseolicola, care are un genom ARNsegmentat, format din trei segmente.

Genomul bacteriofagilor se deosebete de genomul virusurilor animale ivegetale prin prezena unor baze nucleice neobinuite, cum ar fi la bacteriofagii

CAPULFAGULUI

Capsida

Acid nucleic (ADN)

GULERCilindrul axial al cozii

Teaca contractil

PLACABAZAL

FIBRELE COZII

Croetele cozii

COADAFAGULUI

Fig. 21 Structura bacteriofagilor T4


25/172

33

T-par, n loc de citozin prezint 5-hidroximetilcitozin, iar la fagii de la Bacillussubtilis, 5-hidroximetilluracil i 5-4,5 hidroximetiluracil.

Legat de acest aspect s-a emis ipoteza c aceste baze nucleice ar avea rol deprotecie a acidului nucleic fagic mpotriva aciunii unor enzime virale (nucleaze)care atac numai acidul nucleic strin i, n felul acesta, poate degrada selectivcromozomul bacterian n cursul sintezei de virus.

Infecia celulei bacteriene. Replicareantre fagi i bacteriile infectate se pot stabili dou tipuri de relaii, funcie de

ciclul de via al bacteriofagilor.Dac bacteriofagii sunt viruleni, infectarea bacteriei duce la formarea de

noi virioni, care, n urma fenomenului de liz bacterian, sunt eliberai n mediu.Acest tip de relaie poart numele de ciclu litici faciliteaz formarea i eliberareaa 100-200 de virioni, n aproximativ 20 de minute.

n cazul n care bacteriofagii sunt temperai, genomul acestora se integreazn cromozomul bacterian, se replic concomitent cu acesta i se distribuie la

celulele fiice, fr a-i manifesta funciile virale. Aceast manifestare poartnumele de ciclu lizogenic, iar genomul fagic integrat n genomul celulei

bacteriene a fost numitprofag(provirus). Dup mai multe generaii, profagul sedesprinde de cromozomul bacterian i devine fag litic care lizeaz celula

bacterian i elibereaz n mediul nconjurtor virioni lizogeni.Ciclul de replicare vegetativ (ciclul litic) a fagului are urmtoarele etape:I. Adsorbia reprezint procesul de fixare a particulelor virale pe suprafaa

bacteriilor. Dup o serie de ciocniri ntmpltoare, fagul se fixeaz pe peretelecelular prin intermediul fibrelor cozii, realiznd faza de fixare iniial, care poatefi reversibil. Urmeaz faza de fixare ireversibil, realizat prin intermediul

croetelor, care este condiionat de prezena receptorilor de fag (Fig. 22). Acetiasunt reprezentai de orice structur existent la suprafaa celulei bacteriene sau pe

pilii i flagelii acesteia, iar sinteza lor este controlat de gene bacteriene.

II.Injectarea genomului viral n celula bacterian.Dup fixarea ireversibilpe peretele celular are loc o contracie a cozii fagului, axul central al acesteiaptrunznd n adncimea peretelui celular 12 nm, iar genomul este injectat prinintermediul cilindrului axial tubular (Fig. 23). Nu se cunosc nc forele care

Material nuclear bacterian

Fig. 22 Adsorbia particulelor virale pe suprafaa bacteriilor


26/172

34

proiecteaz genomul viral n interiorul celulei, injectarea fcndu-se rapid (15secunde la T4).

III. Replicarea bacteriofagilor. Dup ptrunderea genomului fagic ninteriorul celulei bacteriene au loc procese coordonate de cele 200 de gene, carei ncep activitatea ealonat n mai multe faze (Fig. 23-25):

1 -formarea proteinelor timpuriicu rol n:a - "astuparea" gurilor produse la intrare n peretele celular;

b - blocheaz transcrierea informaiei de ctre ARNm al celulei gazd, rolulfiind preluat de ARNm viral;

c - degradarea ADN gazd, de ctre unele proteine , fiind frmiat pn lanucleotide n segmente de ADN d.h. mici de 1/100 din cromozomul originar, caresunt degradate n continuare la nucleotide, formndu-se un stoc, din care cel puin1/3 sunt utilizate la formarea fagilor progeni.

2. replicarea genomului viral, care este semiconservativ, i nu prinefectuarea de copii identice, repetate ale genomului originar;

3.formarea proteinelor tardive. Sinteza acestora devine predominant cndADN viral a ajuns la rata maxim de replicare. Proteinele tardive sunt grupate ntrei categorii:

a - proteine structurale ale virusului;b - proteine active n procesul de morfogenez;

Fig. 24 Replicarea genomului viral

Fig. 23 Injectarea genomului viral n celula bacterian

Proteine virale

Fig. 23 Sinteza proteinelor virale


27/172

35

c - enzime necesare lizei celulei bacteriene.4. asamblarea i morfogeneza virusuluieste dirijat de 50 de gene din cele

200. Fagul este constituit din trei poriuni distincte, care se formeaz separat petrei linii principale, care duc independent la formarea capului, a cozii i a fibrelorcozii.

n treptele urmtoare, compuii finii se combin pentru a forma particula

viral.ncorporarea genomului are loc naintea unirii celor trei componente.,

ncorporarea este activat de unele proteine care asigur "aspirarea" ADN nprecap, formarea capului fagic nefiind definitiv.

ADN se ruleaz ca o bobin, al crui ax este perpendicular fa de cel alcozii. Bobinarea are loc de la exterior la interior, ultima spir fiind prima care iesen momentul infeciei virale.

Concomitent cu mpachetarea ADN, capul fagului crete n volum i devinematur. Urmeaz unirea celor trei componente, cap, coad, fibrele cozii,desvrindu-se fagul matur.

IV. Liza bacterian i eliberarea fagului.Liza bacterian se datoreazaciuniiunei enzime (endolizina), a crei sintez este indus de prezena fagului n celula

bacterian. La un moment dat, cnd coninutul n endolizin este maxim,metabolismul celular nceteaz brusc i are loc o distrugere masiv a pereteluicelular, cu un caracter exploziv, fagii fiind expulzai n exterior (Fig. 26).

Fig. 25 Asamblarea i morfogeneza virusului (dup Tortora i colab., 1992)


28/172

36

1.3.5. Fagii filamentoi

Fagii filamentoi (Fig. 27), care infecteaz E. coli, au forma unor bastonaeflexibile cu diametrul de 6 nm i o lungime de 1000-2000 nm.

Structura este aceea a unui cilindru proteic gol, deschis la capete (capsid),

n interior aflndu-se genomul fagic,format din ADN m.c., o moleculcircular.

Fagii filamentoi infecteaz numaibacteriile cu caracter mascul, ca i fagii cuARN, adsorbia fcndu-se pe receptorispeciali situai la extremitatea liber a

pililor de sex.Fagii maturi sunt eliminai, fr ca

bacteria s fie lizat, prin intermediul unor

pori, care se formeaz n membranacitoplasmatic. Bacteria continu s se divid pentru o perioad de timp, iarulterior coninutul celular al acesteia trece la exterior prin porii deschii de virioni.

1.3.6. Cianofagii

Cianofagii (sin.ficovirusuri, algofagi) sunt ageni virali, capabili s producinfecii la numeroase specii de cianobacterii (alge albastre-verzi), influennd,astfel, dinamica acestor populaii, n sensul meninerii unui echilibru n bazinele

acvatice naturale.Sunt similari ca structur i evoluie cu bacteriofagii T-impar, genomul fiind

reprezentat de ADN dublu catenar de 13,2 m.

1.3.7. Micovirusurile

Sunt virusuri care atac fungii, fiind cunoscute i sub denumirea demicofagi. Din cele peste 50 de genuri atacate menionm: Penicillium,

Aspergillus, Mucor, Fusarium, Saccharomyces, Candida etc.

Fig. 26 Liza bacterian

Fig. 27 Structura bacteriofaguluiM13


29/172

37

Structura micovirusurilor. Cel mai bine studiat este virusul care infecteazspecia Penicillium chrysogenum, care se prezint sub forma unor mici particule

poliedrice, cu de 33-41 nm. Genomul este reprezentat de o molecul de ARNd.c.

La fungi, virusurile sunt, n general, latente, celulele se dezvolt mai lent,dar nu lizeaz constant. Micovirusurile au fost evideniate i n sporii fungilor.

Transmiterea micovirusurilor, n general, se face n urma plasmogamiei(heterocarioza).

1.3.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea virusurilor

Prima clasificare a virusurilor poart numele de sistemul LHT i a fostrealizat n anul 1962 de ctre cercettorii Lowoff, Horn i Tournier. Sistemulofer o prim clasificare tiinific a virusurilor, bazat pe urmtoarele criterii:

1) natura materialului genetic;2) tipul de simetrie a capsidei;

3) prezena sau absena nveliului extern;4) dimensiunea virionului i a capsidei.n prezent, exist dou sisteme principale utilizate pentru clasificarea

virusurilor:1. Sistemul de clasificare ICTV . Centrul Internaional de Taxonomie a

Virusurilor (ICTV =International Comitee on Taxonomy of Viruses) a elaborat, lanceputul anilor 1990, un sistem de clasificare i nomenclatur a virusurilor. ICTVare sarcina de a actualiza i de a menine un sistem taxonomic universal.

Conform acestui sistem, la clasificarea virusurilor se ine cont deurmtoarele aspecte :

proprieti morfologice (mrimea i forma virionului, structura i simetriacapsidei, etc.);

proprieti fizico-chimice i fizice (greutatea molecular, coeficientul desedimentare);

genomul (tipul acidului nucleic, monocatenar sau bicatenar);

organizarea i replicarea genomului;

proprietile antigenice;

proprieti biologice (spectrul de gazde, modul de transmitere n natur, relaiilecu vectorii).

Unitile taxonomice pentru virusuri ncep la nivel de ordin i fiecare taxonprezint sufixul, scris cursiv ntre paranteze.

Ordin (-virales)Familie (-viridae)Subfamilie (-virinae)

Gen (-virus)Specie

Conform datelor publicate n 2010 de Centrul Internaional de Taxonomie aVirusurilor, n schema taxonomic sunt cuprinse: Sase ordine, 87 familii, 19subfamilii, 348 genuri i 2285 specii de virusuri. Cele ase ordine stabilite de


30/172

38

ICTV sunt: Caudovirales, Herpesvirales, Mononegavirales, Nidovirales,Picornavirales iTymovirales.

2. Sistemul de clasificare Baltimore. Clasificarea Baltimore, iniiat debiologul american David Baltimore (1971), separ virusurile n apte grupe. Are labaz mprirea n funcie de tipul genomului viral, sens, precum i metoda de

replicare. Aceasta clasificare este deseori preferat datorit uurinei deidentificare a diferitelor familii de virusuri:Tipul I: Virusuri cu genom ADN, dublucatenar: Fam. Herpesviridae, Fam.

Poxviridae, Fam.Adenoviridaei Fam.Papovaviridae

Tipul II: Virusuri cu genom ADN monocatenar. Familiile: Circoviridae i

Parvoviridae

Tipul III: Virusuri cu genom ARN dublucatenar. Familiile: Reoviridae iBirnaviridae

Tipul IV: Virusuri cu genom ARN(+), monocatenar. Familiile: Astroviridae,Caliciiridae, Coronaviridae, Flaviviridae, Picornaviridae, Arteriviridae i

TogaviridaeTipul V: Virusuri cu genom ARN monocatenar (-). Familiile:

Orthomyxoviridae, Arenaviridae, Paramyxoviridae, Bunyaviridae iRhabdoviridae.

Tipul VI: Virusuri diploide cu genom ARN monocatenar: Fam.Retroviridae.

Tipul VII: Virusuri cu genom ADN dublucatenar cu molecula de ARNmonocatenar ca intermediar: Fam.Hepadnaviridae.

Pentru identificarea virusurilor se utilizeaz metode moderne, bazate pestudiul componentelor genomului viral, pe clonri i hibridri nucleare ienzimatice de tip ELISA sau PCR.

TEST DE AUTOEVALUARE U.I. 1Alegei rspunsul corect (1-3 variante corecte pentru fiecare ntrebare)

1. Virusurile sunt:a) organisme acelulare

b) organisme procariotec) organisme eucariote

2. Genomul viral este format din:a) ADN i ARNb) ADN sau ARNc) ADN

3. Ptrunderea virusului n celula bacterian are loc:a) prin fore proprii

b) printr-un vector activc) prin "nglobare", de ctre celul


31/172

39

4. Pentru sinteza capsidei virale se utilizeaz:a) proteine existente n citoplasm

b) proteine sintetizate de ARN gazdc) proteine sintetizate de AN viral

Rezultatele corecte:

1 - a; 2 - b; 3 - a; 4 - b

Rezumat (U.I. 1)Poziia microorganismelor n lumea vie

1. Regnul Procaryotae(bacterii, cianobacterii= alge albastre-verzi);

2. Regnul Protista (protozoare, diatomee);3. Regnul Fungi (ciuperci);4. Regnul Plantae (alge verzi, brune, roii, brofite, traheofite);5. Regnul Animalia (animale multicelulare).

Prionii sunt molecule proteice cu greutatea molecular de 27 kilodaltoni, alctuite

dintr-un lan de cca. 240 de aminoacizi.Virusurilesunt entiti infecioase constituite din protein i un acid nucleic.

Morfologia virusurilor-form cilindric-alungit sau de bastona;-form sferic (izometric);-form paralelipipedic;-form de cartu sau obuz;-form de mormoloc, sau cirea cu coad;

Dimensiunile virusurilor = 17 nm - 2500 nm.Structura virusurilorGenomul viral (ADN sau ARN, niciodat ambele) i capsida viral

alctuit din subuniti proteice

Lucrare de verificare nr. 1(se va transmite pe adresa disciplinei, n format electronic sau prin pot,

pn la sfritul celei de-a IV-a sptmni din semestrul I)

1. Prezentai diferentele dintre celula eucariota si celula procariota (4puncte);

2. Descrieti morfologia i structura virusurilor (6 puncte).

BIBLIOGRAFIE (U.I. 1)

Baker H. F., Rosalind M. Ridley Prion diseases, Ed. Humana Press, NewJersey, USA, 1996

Baker S., Nicklin Jane, Khan N., Killington R. Microbiology, Ed. Taylor& Francis, Oxford, Marea Britanie, 2007

Kingsley R.S. Introductory-Plant biology,Ed. Wm. C. Brown Publishers,U.S.A, 1991


32/172

40

Madigan M. T., Martinko J. M., Parker J. Biology of microorganisms,Ed.Prentice Hall International Inc., SUA, 1997

Murray P.R., Ellen Jo Baron, Pfaller M.A., Tenover F.C., Yolken R.H. Manual of Clinical Microbiology, Ed. ASM Press, USA, 1995

Prusiner S. B. - Prion Biology and Diseases, CSHL Press, Danvers, USA,2004

Ross F. C. Introductory microbiology, Editura Charles E. MerrillPublishing Company, USA, 1983

Schlegel H.G. Allgemeine Mikrobiologie, Ed. Thieme, Germania, 1992Tortora G. J., Funke B. R., Case Christine Microbiology - an introduction,

Editura The Benjamin/Cummings Publishing Company, INC., SUA, 1992

Unitatea de nvare nr. 2:


Cuprins (U.I. 2)

Obiectivele i competenele profesionale specific (U.I. 2)41Instruciuni (U.I. 2) 412.1. Bacteriile............................................................................................41

2.1.1. Morfologia bacteriilor..............................................................422.1.2. Structura celulei bacteriene.......................................................462.1.4. Creterea i multiplicarea bacteriilor........................................552.1.5. Nutriia bacteriilor....................................................................572.1.6. Respiraia microorganismelor..................................................582.1.7. Grupe particulare de bacterii..................................................582.1.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea bacteriilor..............612.1.9. Rolul bacteriilor n natur.......................................................62

2.2. Cyanobacteriile (algele albastre-verzi).....................................632.2.1. Morfologia cyanobacteriilor.....................................................63

2.2.2. Structura cyanobacteriilor.........................................................632.2.3. Sistematica cyanobacteriilor.....................................................642.2.4. Rolul cyanobacteriilor n natur...............................................65

Test de autoevaluare65Rezumat (U.I. 2) ..66Lucrare de verificare nr. 2 .... 66

Bibliografie (U.I. 2) ....66


33/172

41

Obiectivele i competenele profesionale specific (U.I. 2)Obiectivele specifice acestei uniti de nvare constau n cunoaterea

microorganismelor precum bacteriile i a cyanobacteriile. Dup parcurgerea

acestei uniti de nvare vei dobndi competene pentru:- descrierea celulei bacteriene;- descrierea morfologiei bacteriilor i a cyanobacteriilor (alge albastre-verzi);

- descrierea sistematicii bacteriilor i cyanobacteriilor;- identificarea bacteriilor i a cyanobacteriilor.

Instruciuni (U.I. 2)

Aceast unitate U.I. necesit cca. 4 ore de studiu individual (S.I.), la carese adaugalte 4 ore de activiti asistate (A.A.). n cuprinsul acestei uniti denvare este inserat un test de autoevaluare, cu scopul de a v ajuta lamemorarea i nelegerea noiunilor legate de bacterii i cyanobacterii(rspunsurile corecte sunt date la finalul testului ) i o lucrare de verificare.

Aceasta din urm se va transmite pe adresa disciplinei, n format electronic sauprin pot, pn la sfritul celei de-a IV-a sptmni din sem. I.

2.1. BacteriileSunt organisme unicelulare, cu o structur complex, care au un metobolism

propriu, datorit unui aparat enzimatic complex, ce le asigur desfurareaproceselor vitale. n linii generale, bacteriile au o serie de caractere generale, cepot fi sistematizate astfel:

Nucleul celulei bacteriene este de tip procariot, adic lipsit de membran, iarafinitile tinctoriale nu sunt deosebite fa de citoplasm.

Bacteriile au un polimorfism accentuat, putnd mbrca mai multe aspectemorfologice, ca forme sferice, cilindrice, spiralate sau helicoidale, filamentoasei ptrate.

Micarea la speciile mobile este asigurat de organite speciale, numite cili sauflageli.

Bacteriile sunt lipsite de clorofil, dar unele grupe au pigmeni sintetizani i, caatare, pot folosi energia luminoas.

Altele i procur energia necesar sintezelor celulare i altor manifestri vitaledezintegrnd diverse substane chimice prin intermediul proceselor fermentative,fiind, din acest punct de vedere, organisme chimiosintetizante (Chemotrofe).

Se nmulesc prin sciziparitate, dar se cunosc la unele grupe i forme deconjugare de tip parasexuat, cu formare de celule sexuate de sens diferit; formade sciziparitate rmne ns forma esenial de reproducere.

Bacteriile pot forma spori, ce constituie un mijloc de conservare a speciei, launele grupe.


34/172

42

2.1.1. Morfologia bacteriilor

Forma exterioar a bacteriilor (Fig. 28) este un caracter controlat genetic, iardin acest punct de vedere se disting cinci tipuri de baz, dup cum urmeaz:

bacterii sferice, denumite coci, cu genul principal Coccus;

bacterii cilindrice, denumite bacili, sub form de bastona drept sau uor curbat,

din care face parte genulBacillus;bacterii spiralate sau elicoidale, n care se cuprind trei categorii de germeni i

anume: vibrion, spiril i spirocheta;bacterii filamentoase, cu celule alungite, reprezentate de actinomicete;

bacterii ptrate, ntlnite n apele hipersaline.

Dup forma celulelor i modul de grupare n urma procesului de diviziune,bacteriile se mpart n urmtoarele tipuri i subtipuri morfologice:

1. Bacteriile sferice sau cocii (gr. kokkos- bob) au form sferic, ovoidal,elipsoidal sau reniform, cu cele dou diametre aproximativ egale. n funcie de

poziia celulelor fiice dup diviziune, cocii prezint urmtoarele moduri degrupare (Fig. 29-34):Cocul simplu, izolat, la care celulele rmn independente dup diviziune (ex.

Micrococcus ureae).

Diplococul, la care diviziunea se face dup planuri succesive paralele, celulelerezultate rmnnd grupate cte dou (ex.Diplococcus pneumoniae).

Fig. 29 Cocul simplu (Micrococcus ureae)

Fig. 28 Tipuri morfologice de bacterii: (a) sferice (coci); (b) cilindrice(bacili); (c) spiralate (elicoidale); (d) filamentoase; (e) ptrate.


35/172

43

Streptococul, la care diviziunea se face dup planuri succesive paralele, iarcelulele rezultate formeaz lanuri de lungimi variabile (ex. Streptococcus lactis).

Tetracoculsau tetrada, la care planurile de diviziune sunt perpendiculare unele

fa de altele, iar celulele rezultate sunt dispuse cte patru la un loc (ex. genulGafkia).

Sarcina, la care planurile de diviziune sunt orientate dup cele trei direcii ale

spaiului i reciproc perpendiculare unul pe altul, rezultnd o grupare de celule subform de cub (ex. Sporosarcina ureae).

Stafilococul, la care planurile succesive de diviziune sunt dispuse n mai multedirecii, iar celulele rezultate se grupeaz ca un ciorchine (ex. Staphyllococcusaureus).

Fig. 33 Sarcina (Sarcina lutea)

Fig. 32 Tetracocul (Gafkia tetragena)

Fig. 31 Streptococul (Streptococcus lactis)

Fig. 30 Diplococul (Diplococcus pneumoniae)


36/172

44

2. Bacteriile cilindrice, cunoscute sub denumirea de bacili (lat. bacillus -bastona), au form de bastonae, cu raportul ntre cele dou axe foarte diferit, dela forme cu aspect filamentos, pn la unele cu aspect aproape sferic (cocobacili,ex.Pasturella pestis). Bacilii sunt drepi sau uor curbai la mijloc sau la una dinextremiti, iar capetele lor pot fi tiate drept (Bacillus anthracis) sau rotunjite(Escherichia coli). Marginile laterale ale celulei sunt, de obicei, paralele, dar pot fii apropiate la extremiti, n form de suveic (Fusiformis fusiformis), sau

ndeprtate i rotunjite la una sau ambele extremiti, n form de mciuc sau depicot (Corynebacteriumsp.). Unele dintre bacteriile cilindrice au proprietatea dea forma spori.

Bacilii pot fi (Fig. 35):

izolai

grupai cte doi (diplobacili), n form de V, X, Y (Mycobacteriumsp.); n lanuri, cu lungimi variate (streptobacili);

n palisd, ca scndurile unui gard, celulele ramnnd apropiate i paralele n

sensul axului lung, aezarea fiind rezultatul unei micri de basculare a celulei-fiice, avnd ca punct de sprijin peretele transvers recent separat;

grupai n form de rozet sau de stea (Agrobacterium stellulatum, Ag.radiobacter, Phyllobacterium stappi).

Fig. 34 Stafilococul (Staphyllococcus aureus)


37/172

45

3. Bacteriile spiralate (elicoidale)cuprind trei subtipuri morfologice (Fig.36):Vibrionul, n form de virgul, cu un singur tur de spir (ex. Vibrio cholerae);

Spirilul, n form de spiral cu mai multe ture de spir, rigide ca un baston (ex.Spirillum voluntas);

Spirocheta, n form de spiral cu mai multe ture flexibile, care se poate strngei relaxa ( ex.Borrelia sp., Treponema sp. iLeptospirasp.).

4. Bacteriile filamentoasepot fi neramificate (Ord. Caryophanales), curamificaii false (Ord. Chlamydobacteriales) sau cu ramificaii adevrate (Ord.

Actinomycetales).Sunt microorganisme cu asemnri morfologice cu fungii, ce au

particularitatea de a forma hife, cu tendin de ramificare, de unde i aspectul lorde miceliu.

Fig. 36 Bacterii spiralate: (a) vibrion; (b) spiril; (c) spirochet.

Fig. 35 Bacterii cilindrice: (a) cocobacil; (b) bacil izolat; (c) diplobacil;(d) streptobacil; (e) bacili grupai n palisad.

Fig. 37 Sphaerotilus nutans


38/172

46

n unele cazuri, spre exemplu la Sphaerotilus nutans (Fig. 37), aspectulfilamentos este determinat de aezarea celulelor individuale n lanuri de celule,reunite printr-o teac delicat cu perete neted.

5.Bacteriile ptrate, evideniate n apele hipersalinedin peninsula Sinai, au

forma unor ptrate cu latura de 1,5-11 m i o grosime inegal (0,1 m sau chiar

mai mic n regiunea central i 0,2-0,5 m la periferie).Multiplicarea se face prin diviziune direct (ex. Quadra sp.). n unele

cazuri, fiecare bacterie ptrat crete pn ia form unui dreptunghi, care se dividen dou ptrate egale. Alteori, diviziunea se face n dou planuri, ce alternez nunghi drept, iar celulele rezultate din diviziune formeaz placarde de 8-16 celule(Fig. 38).

n afara acestor cinci tipuri morfologice de baz exist bacterii cu formeparticulare:

Bacterii stelate - bacterii sub form de stea; se nmulesc prin sciziparitate(Stellasp.);

Bacterii care formeaz trichoame - grupare de celule care n urma diviziunii seprezint sub forma unui filament multicelular, n care celulele adiacente au osuprafa relativ mare de contact i sunt meninute ntr-un nveli parietal comun(Beggiatoa sp., Caryophanon sp., Sphaerotilussp.);

Bacteriile prostecate (gr. prosteka adaos) prezint o complicaie morfologicsub forma unui apendice semirigid, situat n continuarea celulei procariote(Caulobacter sp). Diametrul acestui apendice este mai mic dect al celulei

bacteriene mature;

Bacteriile cu apendice acelulare prezint un aspect filamentos, datoritapendicelor acelulare (substane secretate sau excretate), nedelimitate de peretelecelular (Gallionella sp.).

Dimensiunile bacteriilor se exprim

n micrometri (1 m = 10-6 m) i, n

medie, au 0,5-1 x 3-6 m. Cele mai micibacterii aparin genului Mycoplasma(diametrul = 125-250 nm), iar cele mai mari

pot ajunge la 10-150 m lungime(Beggiatoa sp.). n cazul formelor

filamentoase, dimensiunile bacteriilor ajung n mod excepional la 500 m lungime(Saprospira grandis).

Sub raportul dimensiunilor, cele mai mici bacterii se suprapun virusurilor mari(Poxvirus), vizibile la microscopul fotonic, iar cele mai mari depesc mrimea celormai mici protiste eucariote.

2.1.2. Structura celulei bacteriene

Celula bacterian este o entitate morfologic i funcional echivalent cucelulele organismelor superioare, cu o structur complex, format din

Fig. 38 Bacterii ptrate


39/172

47

urmtoarele componente, de la exterior ctre interior, lund ca reper peretelecelular:

Structura extraparietal, format din: capsul; cilii sau flagelii; aparatulfimbrial i pilii de sex;

Peretele celular;

Structura intraparietal, compus din: membrana citoplasmatic, mezozomii,

citoplasm, aparatul nuclear, incluziunile, ribozomii, vacuolele, sporul bacterian.

I. Structura extraparietal:1. Capsula (Fig. 39) este o

secreie, care apare la exteriorul unorcelule bacteriene, i constituie unnveli n jurul acestora. n funcie deraportul fa de celula bacterian,capsula este de mai multe feluri:

microcapsula este un strat mucoid

mfoarte fin, cu grosimea de pn la 0,2i care poate fi pus n eviden prinmetode imunologice;

capsula propriu-zis are grosimea

cuprins ntre 0,2-2 m;

stratul mucos este caracterizat prin prezena unei mase amorfe, neorganizate njurul celulei;

zooglea se prezint ca un strat mucos, neorganizat, care nglobeaz mai multecelule microbiene.

Compoziia chimic a capsulei difer n funcie de specia bacterian la careapare i de condiiile de mediu, fiind format din 98 % ap i ali constitueni capolizaharidele i polipeptide.

Funciile biologice ale capsulei sunt urmtoarele:- funcia de protecie mpotriva fagocitelor la bacteriile patogene;- funcia de virulen;- funcia de protecie mpotriva desicaiei.

2. Cilii sauflagelii sunt formaiuni filamentoase, cilindrice, lungi, subiri,situate la suprafaa celulei bacteriene i reprezint organite de micare aleacesteia. Prezena cililor este caracteristic numai speciilor de bacterii mobile, iar

numrul acestora este variabil funcie de specie, de la unu pn la o sut.Dup modalitatea de inserie pe corpul bacteriei, cilii pot avea urmtoarelepoziii (Fig. 40):

monotrih, un cil la un singur pol (ex.Pseudomonas aeruginosa);

amfitrich, cu cte un cil la ambii poli ai celulei (ex. Spirillum volutans);

lofotrich, cu cili dispui la un pol sub form de mnunchi (ex. Escherichiacoli);

peritrich, cu cili dispui n jurul bacteriei (ex.Proteus vulgaris).

Fig. 39 Capsula bacterian


40/172

48

Cilii sunt organite lungi de 16-18 m, cu diametrul de 0,01-0,02 m pe toatlungimea, de obicei ondulai. Implantarea lor se face n citoplasm printr-un corp

bazal, situat ntre peretele celular i membrana citoplasmatic. La bacteriile Grampozitive, corpusculul bazal este format din dou discuri (inele), angrenatempreun sub forma butonilor de manet.

Lungimea cililor depete pe cea a celulei, n mod excepional pn la de10 ori. Cu ajutorul cililor, bacteriile se pot deplasa linear sau se pot rostogoli.Viteza de naintare este mare, parcurgnd ntr-o secund o distan de la 10 pnla 40 ori mai mare decat diametrul longitudinal al bacteriei.

3.Aparatul fimbrial

Fimbriile (lat. fimbra franjure) sunt formaiuni filamentoase scurte (1-20m), prezente n numr mare (100-400) pe suprafaa bacteriilor imobile saumobile. Ele au o poziie radial i nu servesc la micare, ci au rol de fixare pediferite substraturi solide sau pe hematii, pe care le aglutineaz. Fimbriile (Fig.41) sunt de natur intracelular, deoarece, dup ndeprtarea peretelui celular,rmn fixate pe protoplati.

4. Pilii (Fig. 42) sunt apendici filamentoi, tubulari, flexibili, care au uncanal prin care se face transferul cromozomului bacterian de la celula mascul(F+) la celula femel (F-). Mai sunt denumii i "pili de sex", iar procesul detransfer se numete conjugare bacterian.

Fig. 42 Pili de sex laE. coli

Fig. 40 Tipuri de ciliaie bacterian: (a) monotrich (Pseudomonas aeruginosa); (b)amfitrich (Spirillum volutans); (c) lofotrich (E. coli); (d) peritrich (Proteus vulgaris).

Fig. 41 Aparat fimbrial


41/172

49

5. Spinii sunt formaiuni extraparietale tubulare i rigide, prezente lasuprafaa unor bacterii Gram negative. Numrul lor variaz ntre 1 i 15 i au odistribuie ntmpltoare, perpendicular pe suprafaa celular. Prezint roltaxonomic.

II. Peretele celular este invizibil sau foarte greu vizibil la microscopul

fotonic i reprezint aproximativ 20% din greutatea uscat a celulei i 25% dinvolumul ei.

Peretele celular are rol:

de susinere mecanic;

asigur individualitatea morfologic;ofer protecie fa de ocul osmotic;particip la procesul de diviziune celular;conine receptori de virus;

mediaz schimbul de substane cu mediu.

Peretele celular este absent la genulMycoplasma.Peretele celular (Fig. 43) reprezint o structur macromolecular, format

dintr-un mucopeptid numitpeptidoglican (murein)i substane care formeaz unmatrix, n care este nglobat structura parietal bazal i prezint o compoziiechimic particular, n raport cu grupa de bacterii analizat.

Coloraia Gram are o importan deosebit n taxonomia bacterian i a fostdecoperit n 1844 de Hans Christian Gram. Aceast metod pornete de laobservaia c unele bacterii, colorate cu derivai bazici din grupul trifenilmetanului (violetul de geniana, violetul de metil, cristal violet) i mordansate cuiod, rezist la decolorarea cu anumii solveni organici (alcool sau aceton), ntimp ce altele nu rezist. De aici, necesitatea recolorrii frotiului cu o culoare decontrast (fucsin, safranin), care s recoloreze bacteriile, care nu au reinut

primul colorant.Coloraia Gram permite clasificarea bacteriilor n funcie de structura i

compoziia chimic a peretelelui celular n dou mari categorii: Gram pozitive(G+, violet) i Gram negative (G-, rou). ntre cele dou categorii exist diferenemari de compoziie chimic i anume:Peptidoglicanul (mureina) este prezent la majoritatea bacteriilor, fiind de maimulte tipuri moleculare. Reprezint 60-90% din greutatea uscat a pereteluicelular la bacteriile Gram pozitive, n timp ce la bacteriile Gram negativereprezint 10-20% i se afl n zona median a peretelui.

Acizii teichoici (gr. teichos - perete) sunt foarte abundeni la bacteriile Grampozitive i lipsesc la bacterille Gram negative. Aceti acizi sunt legai de straturilede peptidoglican sau de membrana citoplasmatic.Acizii lipoteichoici sunt ntlnii la bacteriile Gram pozitive, asociai la

membrana citoplasmatic, dar se gsesc i n peretele celular.

Acizii teichuronici sunt caracteristici bacteriilor Gram pozitive.Lipopolizaharidele caracterizeaz bacteriile Gram negative i sunt responsabile

de primul control al permeabilitii celulare. Bacteriile Gram negative sunt, n


42/172

50

general, mai rezistente la inhibitori(peniciline, colorani) dect celeGram pozitive.

Lipoproteinele sunt ntlnite labacteriile Gram negative subforma unui strat lax, format din

grupri lipidice i proteice. Suntsituate pe suprafaa superioar a

peptidoglicanului.Fosfolipidele sunt tipice pentru

bacteriile Gram negative.Acizii grai se gsesc sub forma unor

lanuri lungi la nivelul peretelui celular la actinomicete i la bacteriilecoryneforme.

III. Structura intraparietal:1.Membranacitoplasmatic, acoper citoplasma bacteriilor i o separ de

faa intern a peretelui celular (Fig. 44). Are o grosime de 8-10 nm, esteconstituit din dou straturi fosfolipidice i reprezint 10-20% din greutatea uscata celulei.

Analiza chimic a membranei evideniaz trei tipuri de molecule: lipide(fosfolipide), proteine i glucide (polizaharide legate cu proteine glicoproteinesau lipide - glicolipide). Membrana citoplasmatic este o barier osmotic de

permeabilitate, care regleaz ptrunderea n celul i eliminarea selectiv adiferitelor substane.

Ea menine n celul o concentraie ridicat de macromolecule, moleculemici i chiar ioni, mpedicndu-le difuzarea n mediu, dei concentraiaextracelular este mai mic. Conine permeazele care asigur transportul activ ninteriorul celulei a unor substane organice polare din mediu.

Membrana citoplasmatic are rol n creterea i diviziunea celular; lanivelul su ia natere semnalul care declaneaz iniierea replicrii cromozomului

bacterian.

Membranplasmatic

Peptidoglican

Acid teichoic

Acid lipoteichoic

Bacterie Gram pozitiv

Protein

Fosfolipide

Protein

Lipoproteine

Protein

Porine

Membranextern

Lipopolizaharide

Bacterie Gram negativ

Peptidoglican

Spaiu periplasmicMembran

plasmatic

Protein

(a) (b)

Fig. 43 Structura peretelui celular la bacterii: (a) Gram pozitive; (b) Gram negative.

Strat fosfolipidic

Canalicul

Glicolipde

Protein

Glicoproteine

Fig. 44 Seciune prin membran


43/172

51

n sfrit, membrana citoplasmatic este suportul enzimelor care particip lasinteza ATP (la eucariote aceste enzime se afl n mitocondrii).

2.Mezozomiisunt formaiuni care deriv din membrana citoplasmatic subforma unor invaginri, legate de ADN celular. Aceste organite celulare joac unrol important n diviziunea nucleului i n formarea septului, care separ cele doucelule fiice.

La bacteriile purpurii, mezozomii conin pigmeni clorofilieni. La bacteriilefixatoare de azot, nitrogenaza, care este inhibat de O2, este protejat demezozomi. Bacteriile nitrificatoare prezint numeroase invaginri ale membraneicitoplasmatice care mresc suprafaa de schimb enzimatic.

3. Citoplasma este un sistem coloidal, constituit din sruri minerale,compui solubili de natur lipoproteic, nucleoproteine, lipide i ap. Are un pHcuprins ntre 7 i 7,2.

Citoplasma poate fi caracterizat ca un complex de stri fizice ntr-ocontinu transformare, n funcie de starea fiziologic i vrsta celulei.

4. Ribozomii sunt formaiuni citoplasmatice, sferice. O celul bacterian

conine, n medie, 18.000 ribozomi de tip 70 S, cu un diametru de 10-30 nm.Fiecare ribozom se disociaz n dou subuniti, 30 S i 50 S (Fig. 45). Fiecaresubunitate 50 S este legat de o subunitate 30 S prin intermediul legturilor ARN -

protein i protein-protein. Ribozomii 70 S joac un rol precis n cursultraducerii lanurilor de ARN n proteine.

Conin 50% ap, iar substana lor uscat se compune din circa 60% ARN(ARN ribozomal) i circa 30% proteine. O parte din ribozomi sunt liberi ncitoplasm, iar ceilali sunt fixai de suprafaa intern a membranei citoplasmatice.

5. Materialul nuclear ("nucleul") este constituit dintr-un cromozom formatdintr-o bucl de ADN, aflat suspendat n citoplasm. Lungimea acestuia este

mare, ajungnd la Escherichia coli la 1 mm, ceea ce implic o rsucire foarteaccentuat. Din punct de vedere chimic, materialul nuclear conine 60% ADN,30% ARN i 10% proteine.

6. Plasmidele suntconsiderate material geneticextracromozomial, fiindindependente de nucleu.

Plasmidele nu suntindispensabile pentru viaacelular, dar pot aduce un avantaj selectiv. Ele poart informaia pentru

degradarea unor substraturi i pentru rezistena la antibiotice.Replicarea plasmidelor se produce n dou momente diferite: atunci cnd

celula se divide i atunci cnd se produce procesul de conjugare.Bacteriile pot conine mai multe plasmide. Escherichia coli, de exemplu,

posed pe cromozom unul sau dou plasmide conjugate i 10-15 plasmideneconjugate.

7. Vacuolelesunt formaiuni sferice, nconjurate la periferie de o membranlipoproteic, numit tonoplast, i care apar n citoplasm n faza de cretere activa celulelor bacteriene. Numrul lor variaz ntre 6 i 20, iar n interiorul lor se

+50S 30S 70S

Fig. 45 Structura ribozomilor bacterieni


44/172

52

gsete ap sau gaz (cianobacterii, bacterii fotosintetizante roii i verzi etc.). Celecu ap au rol n meninerea presiunii osmotice n raport cu mediul extern i ndepozitarea substanelor de rezerv, n timp ce vacuolele cu gaz au rol de flotaiesau rol protector (fa de intensitatea luminoas).

8. Incluziunile sunt formaiuni inerte, care apar n citoplasm la sfritulperiodei exponeniale de cretere a celulei. Ele pot fi formate din glicogen,

amidon, carbonat de calciu i fosfat anorganic.9. Sporul bacterian este o formaiune care deriv din celula vegetativ a

bacteriilor, n anumite condiii de via. Sporul este o form de conservare aspeciei la condiiile nefavorabile de mediu i concentreaz, ntr-un volum redus,toate componentele eseniale ale celulei din care provine. Bacteriile sporogene, cuexcepia genului Desulfotomaculum (Gram variabil), sunt Gram pozitive, iarforma sporului poate fi sferic sau oval.

Sporul apare ca o structur constant la bacteriile anaerobe, aparinndgenului Clostridium, n mod facultativ la bacteriile aerobe din genul Bacillus ifoarte rar la coci (Sporosarcina ureae).

Dispunerea sporului n celula vegetativ poate fi central (Bacillusanthracis), subterminal (Bacillus cereus), terminal (Clostridium tetani) saulateral (Fig. 46).

Dimensiunile sporilor variaz ntre 0,2 i 2 m, iar diametrul acestora poatefi mai mic (spor nedeformant saubacteridie) sau mai mare (spor deformant sauclostridie) dect diametrul transversal al celulei n care se formeaz.

Dup modul de formare, structur i rezisten la factorii de mediu, sporulbacterian poate fi de mai multe tipuri:

Endosporul (sporul propriu-zis) apare n interiorul unei celule vegetative,numit "sporangiu", i prezint o mare rezisten la condiiile nefavorabile demediu, n special la variaiile temperaturii. O celul vegetativ poate forma unsingur endospor. Bacteriile susceptibile de a produce endospori aparin genurilor:

Bacillus, Clostridium, Desulfatomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus,Thermoactinomyces.

Artrosporii se formeaz prin fragmentarea unor celule vegetative. Au o formneregulat i o

microbiologie_2015

Documents