VISPĀRĪGĀ BIOLOĢIJA MONERA PROKARIOTU VALSTS ORGANISMU DAUDZVEIDĪBA Indriķis Muižnieks VISPĀRĪGĀ BIOLOĢIJA ORGANISMU DAUDZVEIDĪBA MONERA PROKARIOTU VALSTS

MIKROBIOLOĢIJAS PAMATI MONERA PROKARIOTU VALSTS MIKROBIOLOĢIJAS PAMATI Prokarioti un mikroorganismi. Mikrobioloģijas pētījumu objekti, metodes, vēsture

MIKROORGANISMI – MIKROBIOLOĢIJAS PĒTĪJUMU OBJEKTI; TO SADALĪJUMS PA DABAS VALSTĪM makro-micētes MUSHROOMS ŠŪNU KULTŪRASD ŠŪNU KULTŪRAS mikro-micētes FUNGI

V I R U S I Prioni Viroīdi

“MIKROBIOLOĢIJA” - Pastērs, 1882. g Eksperiments

MIKROBIOLOĢIJA IR EKSPERIMENTĀLA ZINĀTNE EKSPERIMENTS: kontrolējamos apstākļos pēc noteiktas metodes veikta darbība, lai pierādītu objektīvi eksistējošu likumību, pārbaudītu hipotēzi vai noskaidrotu ietekmi. ierobežots ietekmes faktoru daudzums (+) / (-) kontroles varianti atkārtojamība precizitāte universālums

UZ NOVĒROJUMIEM BALSTĪTA ZINĀTNE NOVĒROJUMS: pēc noteiktas metodes veikta darbība, lai pierādītu objektīvi eksistējošu likumību, pārbaudītu hipotēzi vai noskaidrotu ietekmi. nezināms ietekmes faktoru daudzums salīdzināšanas metodes, rezultātu apstrāde ierobežota atkārtojamība aptuvenība unikālums

Sterilitāte Eksperiments

Darba virsmai jābūt sterilai http://en.wikipedia.org/wiki/HEPA HEPA (high efficiency particulate air) filtrs Laminārās gaisa plūsmas bokss

Darba virsmai jābūt sterilai http://www.labsource.com/ProdImg/51/51821.jpg http://fragoimpex.com/equipments/uv_sterilizer.jpg Ultravioletā (l=220-300 nm) gaisma nogalina mikroorganismus, sabojājot DNS

Instrumentiem jābūt steriliem Apdedzināšana (flambēšana) Kultūras parauga paņemšana no šķidrās barotnes ar bakterioloģiskās cilpas palībzību

Traukiem, instrumentiem, barotnēm jābūt steriliem Autoklāvs - sterilizēšana tvaikā, pie 0.5 - 1.5 atm. virsspiediena, 112– 131 oC temperatūrā, 15 – 30 min.

Traukiem un instrumentiem jābūt steriliem Sausā sterilizācija 160 - 180 oC temperatūrā, vismaz 2-3 h

Termiski nestabilus savienojumus saturošām barotnēm jābūt sterilām Aukstā sterilizācija ar filtrēšanas palīdzību Biežāk lietoto filtru poru diametrs - 0.45 vai 0.22 mikrometri

Laboratorijas plastmasai jābūt sterilai Aukstā sterilizācija ar radiācijas palīdzību: elektronu vai gamma starojums http://rad07.com/index_e.php?page=oborud_e&q=1

Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

GAISA MIKROFLORĀ SASTOPAMI DAUDZVEIDĪGI ORGANISMI

BAKTĒRIJU TĪRKULTRAS IEGŪŠANA

BAROTNES Konsistence: ŠĶIDRAS CIETAS (AGARIZĒTAS) Īpašības: SELEKTĪVAS (viens) DIAGNOSTISKAS Sastāvs: SINTĒTISKAS KOMPLEKSAS PUSSINTĒTISKAS

Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

PROKARIOTI: P. Chatton, ~1930 DABAS VALSTS MONĒRAS        Baktērijas: pārsvarā absorbējoši heterotrofi, daži arī hemoautotrofi vai fotoautotrofi vienšūnas organismi ar gredzenveida, pie šūnas membrānas piestiprinātu DNS molekulu, ar ribosomām, peptidoglikānu šūnas sienā, bieži ar rotējošu flagellu. R.Y. Stanier & C.B. Van Niel, The Concept of a Bacterium, (1962) Baktērijas: horizontālās gēnu pārneses neierobežotas iespējas N. Goldenfeld & C. Woese, Biology's next revolution (2007) PROKARIOTI: P. Chatton, ~1930

4-6 x 1030 baktēriju šūnu, tās satur ap Bakterijas un arheji Proc Natl Acad Sci U S A 1998 Jun 9;95(12):6578-83 Prokaryotes: the unseen majority. Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ Department of Microbiology, University of Georgia, Athens GA 30602, USA ZEMI APDZĪVO APMĒRAM 4-6 x 1030 baktēriju šūnu, tās satur ap 350 - 550 x 1012 kg organiskā oglekļa 85 -130 x 1012 kg organiskā slāpekļa 9 - 14 x 1012 kg organiskā fosfora. Baktērijas ir lielākais organisko savienojumu avots dabā. Identificēto sugu skaits 2013. g. – apm. 9 300 2007. gadā ~ 5 500, dažādu 16S RNS secību ~ 40 000, domājams, ka eksistē ap desmit miljonu dažādu baktēriju sugu

Virusi Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

Virusi Nature 1989 Aug 10;340(6233):467-8 High abundance of viruses found in aquatic environments. Bergh O, Borsheim KY, Bratbak G, Heldal M Department of Microbiology and Plant Physiology, University of Bergen, Norway Eitrofizētā upju un ezeru ūdens mililitrā atrodams līdz 2.5 x 108 vīrusveidīgu daļiņu

Senes Virusi Bakterijas Tīrkultūra Sterilitāte Eksperiments

Mikromicētes Makromicētes

Raugi Senes Virusi Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

http://mycor. nancy. inra http://mycor.nancy.inra.fr/blogGenomes/wp-content/uploads/2010/05/wheals21.gif http://medicine.emory.edu/id/labs/lyon/yeast.bmp

Raugi Virusi Bakterijas Tīrkultūra Sterilitāte Eksperiments Senes Protisti Virusi Bakterijas Tīrkultūra Sterilitāte Eksperiments

Biodīzeļa tehnoloģija Vienšūņi vides kvalitātes novērtēšanai Vienšūnas aļģu audzēšana Biodīzeļa tehnoloģija Aļģu biodīzelis http://electrictreehouse.com/wp-content/uploads/2011/01/biodiesel_fuel_algae_green_1.jpg http://www.csa.com/discoveryguides/biofuel/images/algae.jpg

Biotehnologija Ekoloģija Fizioloģija Ģenētika Bioķīmija Raugi Virusi Senes Protisti Virusi Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

Biotehnoloģija - kontrolēta un uz zinātnes atziņām balstīta dzīvu organismu izmantošana cilvēkam vajadzīgu produktu iegūšanai. Jaunā (modernā) biotehnoloģija - ar gēnu inženierijas metodēm modificētu organismu izmantošana šiem pašiem mērķiem Antibiotikas - mikromicētes, aktinomicētes, baktērijas Aminoskābes - baktērijas Fermenti - baktērijas, mikromicētes Vitamīni - baktērijas, raugi Spirti un organiskās skābes - baktērijas, raugi, mikromicētes

BIOINŽENIERIJA Fermentatori (bioreaktori) medicīnisko preparātu un lopbarības piedevu ražošanai

Medicina Tīrkultūra Eksperiments Raugi Virusi Bakterijas Sterilitāte Senes Protisti Virusi Bakterijas Tīrkultūra Sterilitāte Eksperiments

MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA Melnā nāve: viduslaiku mēra (Yersinia pestis) epidēmijas attēlojums

MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA http://ci.vbi.vt.edu/pathinfo/pathogens/V_cholerae_2.html http://news.bbc.co.uk/2/hi/in_depth/photo_gallery/3027714.stm Holeras (Vibrio cholerae) epidēmija pēc zemestrīces Haiti 2010. gada nogalē. Dažu mēnešu laikā 4700 mirušo. Jaunas un atkal parādījušās infekcijas apdraud cilvēku veselību.

MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA No 1917. līdz 1919. gadam “spāņu” gipas pandēmijā Eiropā un ASV mira apmēram 20 miljoni cilvēku, pasaulē – apm. 100 milj. Pirmajā pasaules karā, no 1914. līdz 1918. gadam gāja bojā ap 10 miljoniem cilvēku.

MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA Ebolas vīrusa infekcijas uzliesmojums 2014. gadā Rietumāfrikā. Jaunas (piem., SARS, MERS, “putnu gripa”) un atkal parādījušās infekcijas (piem., “cūku gripa”) apdraud cilvēku veselību.

C.D. Mathers, T. Boerma, D. Ma Fat Global and regional causes of death British Medical Bulletin Advance Access published online on September 22, 2009 Sirds išēmiskās un un smadzeņu asinsvadu slimības ir nozīmīgākie nāves cēloņi, tiem seko apakšējo elpceļu infekcijas (plaušu karsoņi), hroniskās obstruktīvās plaušu slimības (bronhīti) un diarejas (caurejas). AIDS un tuberkuloze ir sestais un septītais biežāk sastopamais nāves cēlonis, zemākās vietās nekā bija vērtēts agrāk. Pusi no bērnu mirstības veido četras novēršamas un ārstējamas infekcijas slimības (plaušu karsoņi, caurejas, jaundzimušo infekcijas vai masalas, malārija). Pasaulē kopumā no 10 nāves gadījumiem apmēram sešus izraisa neinfekciozas slimības, trīs – infekcijas un vienu – ievainojumi.

2013. gadā uz Zemes dzīvoja ap 7,2 miljardi cilvēku. 2012 2013. gadā uz Zemes dzīvoja ap 7,2 miljardi cilvēku. 2012. gadā nomira ap 56 miljoni cilvēku.

MIKROORGANISMI PALĪDZ SLIMĪBU APKAROŠANĀ MIKROBIOLOĢIJA UN MEDICĪNA MIKROORGANISMI PALĪDZ SLIMĪBU APKAROŠANĀ ANTIBIOTIKAS VITAMĪNI (pantotēnskābe, karotīns) PROBIOTIĶI (mikroorganismi) PREBIOTIĶI (polisaharīdi) FERMENTI (aspargināze, nukleāzes, proteāzes, streptolizīns) IMUNSTIMULATORI, INTERFERONA INDUKTORI NO REKOMBINANTIEM MIKROORGANISMIEM IEGŪSTAMI MEDICĪNISKIE PREPARĀTI (vakcīnas, diagnostikumi, fizioloģiski aktīvi proteīni)

Lauksaimnieciba Raugi Virusi Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Senes Protisti Virusi Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

AUGSNES RAŽĪBAS PALIELINĀŠANA Slāpekļa fiksēšana Gumiņi uz tauriņziežu saknēm

AUGU KAITĒKĻU UN SLIMĪBU APKAROŠANA BAKTĒRIJAS Bacillus thuringiensis toksīns - pret vabolēm un plēvjspārņiem. VĪRUSI Kodolu un citoplazmatiskās poliedrozes un granulozes vīrusi (Baculoviridae) - pret zvīņspārņiem. SĒNES - Trichoderma - pret sēņu infekcijām, Beauveria - pret Koloraado vaboli, Verticillium un Entomophtora - pret plēvjspārņiem Bacillus thuringiensis toksīna kristāls Bakulovīruss elektronu mikroskopā

MIKROORGANISMI - AUGU SLIMĪBU IZRAISĪTĀJI Slimību dēļ ik gadus tiek zaudēti 20 - 30 % no iespējamās ražas Agrobacterium izraisīts audzējs Pseudomonas izraisīta kāpostu puve Phytophtora izraisīta kartupeļu puve (sēne, kas padarīja Kanediju par prezidentu)

Vides aizsardziba Raugi Virusi Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Senes Protisti Virusi Bakterijas Sterilitāte Tīrkultūra Eksperiments

MIKROORGANISMI IZVEIDOJA VIDI PĀREJĀS DZĪVĪBAS ATTĪSTĪBAI

MIKROORGANISMI IZVEIDOJA VIDI PĀREJO DZĪVĪBAS FORMU ATTĪSTĪBAI C Stromatolīti - cianobaktēriju masu pārakmeņojumi. A - vecākie pārakmeņojumi atrasti 3.5 miljardus vecās klintīs Rietumaustrālijā. B - Koniskas formas stromatolīti 1.6 miljardus gadu vecās dolomīta klintīs. C - Stromatolīti mūsu dienās, Rietumaustrālija Brock’s “Biology of Microorganisma”

MIKROORGANISMI IZVEIDOJA VIDI PĀREJO DZĪVĪBAS FORMU ATTĪSTĪBAI Ap miljardu gadu vecu prokariotisku, mūsdienu cianobaktērijām līdzīgu, šūnu pārakmeņojumi no Centrālās Austrālijas klintīm. Palielinājums: 2000 x Brock’s “Biology of Microorganisms”

MIKROORGANISMI IZVEIDOJA VIDI PĀREJO DZĪVĪBAS FORMU ATTĪSTĪBAI Mikroorganismi atrodami pat tādos ekstremālos apstākļos kā sulfurolās, vulkāniskajos, karstajos sēravotos; “melnajos skursteņos”, dziļūdens geizeros. http://www.amnhonline.org/expeditions/blacksmokers/black_smokers.html

NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA Vides aizsardziba ilgstpejigai attistibai NOTEKŪDEŅU ATTĪRĪŠANA

ilgstpejigai attistibai AUGSNES, GAISA UN ŪDENS ATTĪRĪŠANA Attīrīšanas komplekss piesārņojuma biodegradācijai augsnē ar baktēriju palīdzību Vides aizsardziba ilgstpejigai attistibai

Vides aizsardziba Medicina Lauksaimnieciba Biotehnologija Raugi Virusi Senes Protisti Virusi Bakterijas Tīrkultūra Sterilitāte Eksperiments

IESKATS MIKROBIOLOĢIJAS VĒSTURĒ

Antonijs van Lēvenhuks /Leewenhoek/ (1632. – 1723. ) Antonijs van Lēvenhuks /Leewenhoek/ (1632. – 1723.). Pirmie baktēriju novērojumi mikroskopā ap 1674. gadu. Pirmais baktēriju zīmējums publicēts Transactions of Royal Society (London) 1680. un 1683. gadā

Lēvenhuka mikroskops un tā uzbūves shēma

Kristians Gotfrīds Ērenbergs / Ehrenberg / (1795. –1876.) Boatāniķis, naturālists, Berlīnes universitātes profesors “Baktērija”, 1838.

Ferdinands Kons /Cohn/ (1828. - 1898.) Vācu botāniķis, Vroclavas (Breslavas) Universitātes profesors. Termins “bacilis” – 1853. 1872. g. publicēja trīssējumu darbu, kurā klasificēja baktērijas ģintīs un sugās. Bakterioloģijas zinātnes izveidotājs. Atbalstīja Roberta Koha pētījumus, deva viņam iespēju strādāt savā laboratorijā.

Liesas sērga, 1876., tuberkuloze,1882., holera, 1884. Roberts Kohs /Koch/ (1843. – 1910.) Liesas sērga, 1876., tuberkuloze,1882., holera, 1884.

Koha postulāti infekcijas slimības izraisītāja identificēšanai 1. Iespējamais izraisītājs vienmēr ir atrodams slimajā organismā. 2. Iespējamo izraisītāju jāizdala no organisma un jāiegūst tā tīrkultūra. 3. Jāpierāda, ka izdalītā, aizdomās turētā organisma tīrkultūra spēj atkārtoti izraisīt infekciju. 4. No eksperimentāli inficētā organisma atkārtoti jāizdala aizdomās turētā izraisītāja tīrkultūra.

Edvards Dženners /Jenner/ (1749. –1823.) Baku vakcīna, 1796. /Zāra Nelmes, Džons Pipss/

1802. g. karikatūra, kas izsmej vakcinēšanu “Govju bakas –vai – jaunās potes brīnišķīgā iedarbība !”

Džozefs Listers /Lister/ (1827. –1912.) Antiseptika, 1865. /Džeims Grīnlīss/

Listers operē karbola tvaikos Ignacs Semmelveiss /Semmelweis/ (1818. - 1865.) Vīne, 1842.g., nedēļnieču drudža izraisītās mirstības cēloņi.

Pauls Ērlihs /Ehrlich/ (1854. –1915.) pirmie specifiskie ķimioterapeitiskie pretmikrobu preparāti (Nr. 606, Salvarsans). Humorālās imunitātes teorija

Lui Pasters /Pasteur/ (1822.-1895.) optiskie izomeri, rūgšanas pētījumi, imunizācija

“MIKROBIOLOĢIJA” - Pastērs, 1882. g 1848. g. - pienskābes optiskie izomeri Rūgšanas: 1857. - pienskābā; 1858. - 1860. - spirta, 1861. - sviestskābā, 1861 -1864. - etiķsābā. 1865.- 1870. - zīdtauriņu infekcijas . Vakcīnas: 1880. - vistu holera, 1881. - liesas sērga, 1882. - sarkanguļa, 1884. - trakumsērga /Džozefs Meisters/ Pastēra Institūts - 1888. 1860. - 1861. g. pētījumi, kas pierāda mikroorganismu pašrašanās neiespējamību. 1865. g. - pasterizācija. “MIKROBIOLOĢIJA” - Pastērs, 1882. g

/Виноградский, Winogradsky/ Sergejs Vinogradskis /Виноградский, Winogradsky/ (1856. – 1953.) Elektīvās barotnes, hemolitotrofija, anaerobā slāpekļa fiksēšana, denitrifikācija

Mikroorganismu ekosistēma uz palodzes: Vinogradska kolonna Mikroorganismu specializācija gaismas spektra enerģijas izmantošanā Vinogradska klonnā

Martins Beijerinks /Beijerinck/ (1851.-1931.) Aerobā slāpekļa fiksēšana, gumiņbaktērijas, mikroorganismu ekoloģija, vīrusu atklāšana (paralēli D.Ivanovska darbiem)

Dimitrijs Ivanovskis /Ивановский/ (1864. - 1920.) Tabakas mozaīkas slimības vīruss 1892. gadā

MIKROBIOLOĢIJA LATVIJĀ

Pirmie latviešu zinātnieki - mikrobiologi Eižens Zemmers (1843. – 1906.) Kristaps Helmanis (1848. – 1892.) Otto Kalniņš (1856. –1891.) Liesas sērga, ļaundabīgie ienāši, lopu mēris, tuberkuloze. Maleīns, tuberkulīns

Augusts Kirhenšteins (1872. –1963.), baktēriju fizioloģija, imunoloģija. Pirmā LU aizstāvētā doktora disertācija 1924.g., 1923. g. dibinātā LU serumstacija, kurā 15 gados izstrādāja >100 diagnostikas un vakcinācijas preparātus. 1946. g. pārveidota par LPSR ZA Mikrobioloģijas institūtu – šobrīd LU MBI un RSU MVI priekšteci

Latvijas mikrobioloģijas lielais četrinieks Rita Kukaine (1922. – 2011.) Poliomielīta vakcīna, vīrusu epidemioloģija un imunoloģija Mārtiņš Beķers (1928. – 2014.) Tehniskā mikrobioloģija, rauga un lizīna ražošana, pārtikas mikrobioloģija, biodegviela Uldis Viesturs (1936. – 2010.) Bioinženierija un biotehnoloģija. Mikrobioloģiskās sintēzes procesu regulācija un vadība Romāns Kārkliņš (1928. – 2008.) Citronskābes mikrobioloģiskā ražošana, mikroorganismu selekcija

Latvijas Universitātes Bioloģijas fakultātes Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra, 2014 Aleksandrs Rapoports Jānis Ancāns Uldis Kalnenieks Anna Ramata-Stunda Inese Čakstiņa Vizma Nikolajeva Dzintra Zaļā Nataļja Matjuškova Māris Lazdiņš Dmitrijs Babarikins Indriķis Muižnieks Nils Rostoks Daina Eze Maija Ivaščenko

KUR LATVIJĀ STRĀDĀ MIKROBIOLOGI Akadēmiskās iestādes: LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas institūts LU Bioloģijas institūts RSU A.Kirhenšteina Mikrobioloģijas un virusoloģijas institūts Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrs Latvijas Hidroekoloģijas institūts Latvijas Organiskās sintēzes institūts Latvijas Koksnes ķīmijas institūts Mežsaimniecības zinātniskās pētniecības institūts “Silava”

KUR LATVIJĀ STRĀDĀ MIKROBIOLOGI Uzņēmumi un firmas: Pārtikas rūpniecība Farmācijas rūpniecība Ūdensapgāde un kanalizācija Vides biotehnoloģija Augu aizsardzība Kosmētikas ražošana

KUR LATVIJĀ STRĀDĀ MIKROBIOLOGI Kontroles un pārvaldes iestādes: Latvijas Nacionālais diagnostikas centrs, institūts BIOR Vides datu un sanitārās kontroles centri Ekoloģiskā monitoringa laboratorijas Ekonomikas, Labklājības, Zemkopības, Veselības, Vides un reģionālās attīstības ministrijas

Kārlis Otto Šteters /Stettter/ (1937.) Rēgensburgas (Vācija) un Kalifornijas (ASV) universitāšu profesors, viens no pasaules vadošajiem speciālistiem arhebaktēriju pētījumos