1. DABASZINĀTŅU STUDENTIEM
Indriķis Muižnieks
BIOLOĢIJAS PAMATI
DABASZINĀTŅU STUDENTIEM
MIKROBIOLOĢIJA
2015. gads

2. MIKROBIOLOĢIJA BAKTĒRIJU DAUDZVEIDĪBA MIKROORGANISMU LOMA EVOLŪCIJĀ
LEKCIJU SARAKSTS
BAKTĒRIJU DAUDZVEIDĪBA
MIKROORGANISMU LOMA EVOLŪCIJĀ
PIELIETOJAMĀ MIKROBIOLOĢIJA
VĪRUSI

3. MIKROBIOLOĢIJA LEKCIJU MATERIĀLI
Četri īsie kontroldarbi katras lekcijas laikā, atzīme par kursa daļu:
vidējā no trim labākajiem kontroldarbiem
Kontroldarbu rakstīšanas iespējas ārpus lekciju laika: Dabaszinātņu Akadēmiskajā centrā, 543. telpa

4. BAKTĒRIJU DAUDZVEIDĪBA
BIOLOĢISKĀ KLASIFIKĀCIJA DABAS DAUDZVEIDĪBA, VALSTIS UN DOMĒNI, KLASIFIKĀCIJAS KATEGORIJAS
PROKARIOTU ŠŪNAS UZBŪVE
PROKARIOTU KLASIFIKĀCIJA
IESKATS MIKROBIOLOĢIJAS VĒSTURĒ
BAKTĒRIJU DAUDZVEIDĪBA

7. ORGANISMU KLASIFIKĀCIJA – MĒĢINĀJUMS SAKĀRTOT BIOLOĢISKO DAUDZVEIDĪBU
Taksonomija – bioloģijas nozare, kas pēta organismu klasifikāciju. Taksonomija organismu daudzveidībā veido hierarhiskus grupējumus jeb taksonus.
Dabiskā taksonomija – atspoguļo organismu evolūciju
Mākslīgā taksonomija –
izmantojama noteiktiem praktiskiem mērķiem

8. KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Pirmā lekcija
KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Kā sakārtot ?

9. KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Pirmā lekcija
KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Mākslīgā taksonomija

10. KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Pirmā lekcija
KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Mākslīgā taksonomija

11. KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Pirmā lekcija
KLASIFIKĀCIJAS PRINCIPI
Dabiskā taksonomija

12. EVOLUCIONĀRĀ TAKSONOMIJA Čārlzs Darvins [Darwin]
Darvins, “Sugu izcelšanās”: … klasifikācija kļūs par ģenealoģiju
Čārlzs Darvins
[Darwin]
( )
On the Origin of Species by Means of Natural Selection (1859.)
The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (1871.)

13. EVOLUCIONĀRĀ TAKSONOMIJA
Darvins, “Sugu izcelšanās”: … klasifikācija kļūs par ģenealoģiju
FILOĢENĒTISKAIS KOKS

14. PIECAS vai SEŠAS (vai astoņas) DABAS VALSTIS
Aļģes un protozoji
Monēras
BEZŠŪNU DZĪVĪBAS FORMA - VĪRUSI

15. BEZŠŪNU DZĪVĪBAS FORMAS : VĪRUSI
AUGSTĀKĀS TAKSONOMISKĀS KATEGORIJAS – VALSTIS, DOMĒNI
BEZŠŪNU DZĪVĪBAS FORMAS : VĪRUSI

16. DABAS VALSTIS
Dzīvnieki: daudzšūnu fagotrofi ar kolagēnu saturošiem audiem un epitēliju, veido olšūnas, nespēj sintezēt lizīnu, fotosintezēt, bez plastīdām. Vairumā gadījumu ar nervu sistēmu un zarnu traktu.

17. DABAS VALSTIS
      Augi: daudzšūnu organismi, kam bieži novērojama fotosintēze un citosolā ir divkāršā membrānas apvalkā ietvertas plastīdas; vairumā gadījumu šūnām ir celulozi saturošs šūnapvalks, tās nespēj fagocitēt, veido lizīnu.

18. DABAS VALSTIS
         Sēnes: absorbējoši heterotrofi ar b-glikānu un hitīnu saturošiem šūnapvalkiem, kā arī ar hitīnu saturošām sporām, bieži veido daudzkodolu hifas; šūnas bez plastīdām, nespēj fagocitēt vai fotosintezēt, veido lizīnu.

19. PROTISTI DABAS VALSTIS
Pirmā lekcija
DABAS VALSTIS
PROTISTI
·         Protozoa (protozoji): pārsvarā vienšūnas fagotrofi, visbiežāk nefotosintezējoši, dažreiz ar membrānās ietvertām plastīdām, parasti nesatur šūnapvalku.
·         Chromista (aļģes): parasti fotosintezējoši vienšūnas organismi ar membrānā ietvertām plastīdām raupjā endoplazmātiskā tīkla telpā; veido lizīnu; sastopami arī absorbējoši heterotrofi bez plastīdām, vairumā gadījumu ar celulozi saturošu šūnapvalku, reti arī fagocitējošas šūnas.

20. PROKARIOTI - MONĒRAS
      Baktērijas un arheji: pārsvarā absorbējoši heterotrofi, daži arī hemoautotrofi vai fotoautotrofi vienšūnas organismi ar gredzenveida, pie šūnas membrānas piestiprinātu DNS molekulu, bieži ar peptidoglikānu šūnapvalkā un ar rotējošu flagellu.
P. Chatton, ~1930

21. Šūnas mehānisko izturību stiprina:
lipīdi – steroīdi (holesterīns) šūnas citoplazmatiskajā membrānā dzīvniekiem;
celulozi saturošs šūnapvalks (siena) augiem un aļģēm;
hitīnu saturošs šūnapvalks (siena) sēnēm;
peptidoglikānu saturošs šūnapvalks (siena) baktērijām;
proteīna veidots šūnapvalks (siena) arhebaktērijām.

22. DZĪVNIEKU SUGA PROKARIOTU SUGA
Reāli vai iespējami savstarpēji krustojošās dabiskas populācijas, kas ir reproduktīvi izolētas no citām līdzīgām grupām
PROKARIOTU SUGA
Šūnas ar līdzīgām īpašībām
Ģenētiskā apmaiņa nav sugu robežas kritērijs
Analoģija ar fosīlo sugu definēšanu:
Fosīlijām nav iespējams noteikt, kurš ar kuru spēja krustoties. Tādejādi fosīlās sugas, tāpat kā baktērijas, tiek definētas tikai pēc pazīmju līdzības.

23. BIOLOĢISKĀS NOMENKLATŪRA = TAKSONU NOSAUKŠANAS NOTEIKUMI (NOMENKLATŪRAS KODI)
Binārā nomenklatūra: <Genus><species><Autors>
International Code of Zoological Nomenclature, 4-th ed. (1999)
International Code of Botanical Nomenclature (2000)
International Code of Nomenclature for Cultivated Plants (2004)
International Code of Nomenclature of Bacteria (1990, 1998)
International Code of Virus Classification and Nomenclature (2000)
Draft BioCode (1997).

24. Hierarhiskās kategorijas taksonomijā
Tipu lieto lielākoties zooloģijas, nodalījumu – botānikas objektu klasifikācijā
Retāk lietotas kategorijas: zars, triba, leģions, kohorta, alianse
Galvenajām taksonomiskajām kategorijām var veidot augstāka un zemāka līmeņa atvasinātās kategorijas:
ar priedēkli “virs-” [“super”-] vai “liel-” [“magn- ” ] (kārta)
ar priedēkli “apakš-” [“sub”-] vai “infra- ”, “mikro-”, “parvo-”

25. BIOLOĢISKĀ NOMENKLATŪRA
Taksonomijas kategorijas ir sakārtotās stingri noteiktā hierarhiskā sistēmā, tām nosaukumus piešķir atbilstoši nomenklatūras kodeksiem.

26. 4-6 x 1030 baktēriju šūnu, tās satur ap
Bakterijas un arheji
Proc Natl Acad Sci U S A 1998 Jun 9;95(12):
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 baktēriju šūnu, tās satur ap
x 1012 kg organiskā oglekļa
x 1012 kg organiskā slāpekļa
x 1012 kg organiskā fosfora.
Baktērijas ir lielākais organisko savienojumu avots dabā
Identificēto sugu skaits gadā ~ ( atzīti sugu nosaukumi), dažādu 16S RNS secību ~ , domājams, ka eksistē ap desmit miljonu dažādu baktēriju sugu

27. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI

28. ŠŪNU UZBŪVE - EIKARIOTI

29. PROKARIOTU ŠŪNU ĪPATNĪBAS
nav ar membrānu norobežots kodols;
nav ar membrāmām norobežotu organellu
ir šūnu membrānas ieliekumi (invaginācijas) - mezosomas
Atšķirības ribosomu uzbūvē

30. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
ŠŪNU IZMĒRI
1000 nm

31. Rickettsia sp. parazitē epitēlija šūnās
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
ŠŪNU IZMĒRI
Sīkākie prokarioti, ap 0.3 mm
Rickettsia sp. parazitē epitēlija šūnās

32. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
ŠŪNU IZMĒRI
1999. g. atklāts pagaidām lielākais pazīstamais prokariots , diametrs ~750 mm
Sulfīdu oksidējoša Thiomargaritana namibiensis no Rietumāfrikas ezeru dūņām
Schulz HN, Brinkhoff T, Ferdelman TG, Marine MH, Teske A, Jorgensen BB. Dense populations of a giant sulfur bacterium in Namibian shelf sediments.Science 1999 Apr 16;284(5413):493-5

33. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
PROKARIOTU ŠŪNU FORMA
Spirillas
Koki
Nūjiņas

34. 1887. g. atklāta diferenciālās krāsošanas metode
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
Gr+ un Gr-(Gram-plus un mīnus) baktērijas būtiski atšķiras pēc šūnapvalka uzbūves
KRĀSOŠANA PĒC GRAMA
1887. g. atklāta diferenciālās krāsošanas metode

35. GRAM(+) UN GRAM (-) BAKTĒRIJU ŠŪNU SIENU UZBŪVES ATŠĶIRĪBAS
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
GRAM(+) UN GRAM (-) BAKTĒRIJU ŠŪNU SIENU UZBŪVES ATŠĶIRĪBAS

36. GRAM(+) UN GRAM (-) BAKTĒRIJU ŠŪNU SIENU UZBŪVES ATŠĶIRĪBAS
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
GRAM(+) UN GRAM (-) BAKTĒRIJU ŠŪNU SIENU UZBŪVES ATŠĶIRĪBAS

37. PEPTIDOGLIKĀNA SLĀNIS
ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
PEPTIDOGLIKĀNA SLĀNIS
Peptidoglikāns atrodams tikai prokariotu šūnapvalkā.
Polisaharīda (glikāna) ķēdes veido N-acetilmuramskābe un N-acetilglikozamīns. Tās savstarpēji saista D –aminosk. saturoši peptīdi.
Peptidoglikāna veidošanos kavē penicilīna grupas antibiotikas.

38. Baktēriju klasifikācija
Četras galvenās grupas pēc šūnas apvalka īpatnībām
Gr- Eubacteria īstās baktērijas ar šūnas apvalku (16 pakšgrupas);
Gr+ Eubacteria ar šūnas apvalku ( 13 apakšgrupas, no tām 8 – aktinomicētes);
Eubacteria bez šūnas apvalka (1 apakšgrupa);
Archaeobacteria arhebaktērijas (5 apakšgrupas).

39. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
GENOMS - NUKLEOĪDS

40. NUKLEOĪDA IZMĒRI (b.p.)‏
Daļēji no Genomes. Annu.Rev.Genet. 1998, 32:
Eikarioti
raugsSaccharomyces cerevisiae 12,067,280
mikrosporija Spraguea lophii ,200,000
Baktērijas
Myxococcus xantus ,200,000
Escherichia coli ,639,221
Mycobacterium tuberculosis ,397,000
Bacillus subtilis ,170,000
Mycobacterium leprae ,800,000
Haemophilus influenzae ,830,137
Helicobacter pylori ,667,867
Methanococcus jannaschii ,664,974
Borrelia burgdorferi ,000
Mycoplasma pneumoniae ,394
Mycoplasma genetalium ,000
Nanoarchaeon equitans ,000
Carsonella ruddii ,662
Vīrusi Bakteriofāgs G ,000
Aļģu mimivīrusi

41. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI PLAZMĪDAS
Patstāvīgi vairoties spējīga neliela ģenētiskās informācijas deva

42. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
VICAS - FLAGELLAS
KUSTĪBA

43. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
VICAS - FLAGELLAS
HEMOTAKSE
REPELENTI
ATRAKTANTI
INDIFERENTI

44. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
VICAS -PILI
DZIMUMFUNKCIJA
TRANSMISIBILITĀTE

45. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
VICAS - FIMBRIJAS
ŠŪNU SAĶERŠANĀS, PIESTIPRINĀŠANĀS
BIOPLĒVES

46. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
IESLĒGUMI
Aquaspirillum magnetīta daļiņas
Azotobacter cistās, kas veidojas nelabvēlīgos augšanas apstākļos, tajās kā rezerves barības vielas tiek uzkrāti polihidroksisviestskābes (PHB) ieslēgumi

47. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
SPORAS IR PIELĀGOJUMI IZDZĪVOŠANAI NELABVĒLĪGOS VIDES APSTĀKĻOS
Bacillus sporu veidošanās

48. ŠŪNU UZBŪVE - PROKARIOTI
DINOZAURU LAIMKETA SPORAS ?
No 65 milj.g.v. sporām izaugušas Bacillus sphaericus kolonijas
Dzintarā ieslēgta bite no dinozauru laikmeta
1991, R.Cano & M.Borucki
no ~ 65 milj. g. vecas, dzintarā ieslēgtas bites vēderā atrastām sporām izaudzē Bacillus sphaericus Ambergene

49. ? Īsto baktēriju (Eubacteria) evolūcijas koks
Gram-pozitīvi
Gram-negatīvi, ekstremofīli ?
Mycoplasma Bez šūnapvalka
Gram-negatīvi
Īsto baktēriju (Eubacteria) evolūcijas koks

50. DABAS VALSTIS un DOMĒNI - PĀRSKATS
DABAS DOMĒNI

51. ARHEBAKTĒRIJU ĪPATNĪBAS

52. ARHEBAKTĒRIJU ĪPATNĪBAS

53. ARHEBAKTĒRIJU ĪPATNĪBAS

54. IESKATS MIKROBIOLOĢIJAS VĒSTURĒ

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

56. Vēsture
Ferdinands Kons
/Cohn/ ( )
Vācu botāniķis, Vroclavas (Breslavas) Universitātes profesors g. publicēja trīssējumu darbu, kurā klasificēja baktērijas ģintīs un sugās. Bakterioloģijas zinātnes izveidotājs. Atbalstīja Roberta Koha pētījumus, deva viņam iespēju strādāt savā laboratorijā.

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

58. “MIKROBIOLOĢIJA” - Pastērs, 1882. g
Vēsture
Lui Pasters /Pasteur/ ( )
optiskie izomeri,
rūgšanas pētījumi,
imunizācija
“MIKROBIOLOĢIJA” - Pastērs, g

59. Pirmie latviešu zinātnieki - mikrobiologi
Vēsture
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

60. DABAS DAUDZVEIDĪBA
Ernsts Meirs (Mayr), dzīvnieku taksonomijas klasiķis, apšauba dzīvās dabas iedalījumu trijos domēnos.
PNAS, 95, 9720, 1998
Karls Vēse (Woese), arhebaktēriju atklājējs:
“Zeme ir mikrobu planēta, uz kuras makroorganismi ir neseni atnācēji - ļoti interesanti un ārkārtīgi sarežģīti, ne tā kā vairums mikrobu, bet galu galā salīdzinoši nenozīmīgi globālajā kontekstā.”
PNAS, 95, 11043, 1998