UNIVERZITET U BEOGRADU, BIOLOŠKI FAKULTET,

INSTITUT ZA BOTANIKU I

BOTANIČKA BAŠTA "JEVREMOVAC"

KATEDRA ZA MIKROBIOLOGIJU

STUDENTSKI TRG 16, 11000 BEOGRAD

Tel/fax: +381 11 263 73 64

Kurs: Mikrobiologija

VI semestar, 3+2 (7 ESPB)

dr Jelena Knežević-Vukčević, redovni profesor

dr Branka Vuković-Gačić, redovni profesor, Šef katedre

dr Slaviša Stanković, vanredni profesor

dr Tanja Berić, docent

dr Biljana Nikolić, docent

dr Dragana Mitić-Ćulafić, naučni saradnik

dr Stoimir Kolarević, istraživač saradnik

Ivica Dimkić, istraživač saradnik

Karolina Sunjog, istraživač saradnik

Bojana Jovanović, istraživač pripravnik

Ivan Nikolić, istraživač pripravnik

Jovana Kostić, istraživač pripravnik

Predavanja: Doc dr Tanja Berić (tanjab@bio.bg.ac.rs)

Doc dr Biljana Nikolić (biljanan@bio.bg.ac.rs)

Velika sala Instituta za zoologiju, četvrtak 08:15 – 10h

Vežbe: dr Stoimir Kolarević (stoimirk@bio.bg.ac.rs)

Ivica Dimkić (ivicad@bio.bg.ac.rs)

Bojana Jovanović

Ivan Nikolić Karolina Sunjog

Jovana Kostić

Fizički fakultet, sala 53, utorak 8 – 20:30h

Simić, D. (1988) Mikrobiologija 1, Naučna knjiga, Beograd. Knežević-Vukčević, Ј., Simić, D. (2006), Metode u

mikrobiologiji 1, Biološki fakultet, Beograd.

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

Madigan M.T., Martinko M.J.(2006), Brock Biology of

Microorganisms, 11th ed., Pearson Education, Inc., NY.

Madigan M.T., Martinko M.J., Dunlap P.V., Clark D.P. (2009), Brock Biology of Microorganisms, 12th ed., Pearson Benjamin Cummings, San Francisco.

Predispitne obaveze (70):

Praktična nastava: 30

Kolokvijumi: 40 (2 kolokvijuma)

Usmeni ispit: 30

MIKROBIOLOGIJA školska 2014/15

Predavanja Vežbe

5. III I predavanje

Predmet izučavanja i značaj mikrobiologije.

Metode studiranja, veličina i oblici mikroorganizama.

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

10. III I vežba Posmatranje mikroskopskih preparata Pogl. 2

- trajni preparati

19. III III predavanje Kultivisanje i rast mikroorganizama.

Uticaj fizičkih i hemijskih faktora na rast.

Mehanizmi adaptacije ekstremofila.

17. III II vežba Metode bojenje mikroorganizama Pogl. 3

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

- posmatranje obojenih mikroskopskih preparata

Određivanje broja bakterija direktnom metodom (7.1)

26. III IV predavanje Metabolički tipovi mikroorganizama.

24. III III vežba Overa praktikuma i mikroskop test

2. IV V predavanje Uporedni pregled replikacije, transkripcije i translacije kod

prokariota i eukariota.

Pregled mehanizama regulacije ekspresije gena.

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

- tehnika sterilnog rada, - vežbanje sterilnog rada

- zasejavanje prekonoćne kulture mikroorganizama

Gajenje mikroorganizama Pogl. 5 (5.1-5.6)

9. IV VI predavanje Pregled DNK reparacije. Mutacije i mutageneza. Vrste

mutanata i njihova selekcija. Plazmidi i transpozoni

7. IV V vežba Rezultati i overa prethodne vežbe

16. IV VII predavanje

Virusi: opšte osobine, struktura, metode

izučavanja. Replikacija virusa. DNK i RNK

bakteriofagi.

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

- izolovanje čiste kulture metodom išarane ploče

- izolovanje čiste kulture metodom razređenja

Određivanje broja bakterija indirektnom metodom (7.2)

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

21. IV VII vežba Rezultati i overa prethodne vežbe

28. IV Kolokvijum I

30. IV IX predavanje Rekombinacija kod prokariota: transformacija,

konjugacija, transdukcija.

Mikrobiološke osnove genetičkog inženjerstva.

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

- selektivne, neselektivne i diferencijalne

7. V X predavanje Sistematika prokariota i reprezentativne grupe.

12. V IX vežba Rezultati i overa prethodne vežbe

14. V XI predavanje Patogenost bakterija i mehanizmi odbrane

domaćina. Antimikrobni agensi.

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

- litčki i lizogeni ciklus, određivanje ukupnog broja

bakteriofaga indirektnom metodom, - morfologija plaka

Određivanje otpornosti bakterija na antibiotike Pogl. 13

21. V XII predavanje Osnovi ekološke mikrobiologije.

26. V XI vežba

Rezultati i overa prethodne vežbe

28. V XIII predavanje Primena mikroorganizama u biotehnologiji i

zaštiti životne sredine.

2. VI Kolokvijum II

IV godina izborni kursevi

Mikrobiološki praktikum ESPB (5)

Osnovi ekologije mikroorganizama ESPB (5)

Mikrobiologija voda ESPB (5)

Mikrobiologija zemljišta ESPB (5)

Osnovi genotoksikologije (Izborni blok 5)

MASTER studije

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

Genetika bakterija i bakteriofaga

Diverzitet i evolucija mikroorganizama

Metode u mikrobiologiji

Izborni blok 1 Ekologija mikroorganizma, Ekogenotoksikologija

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

Doktorske studije Modula Mikrobiologija (tri godine, šest semestara)

Nastava koju realizuje Katedra za mikrobiologiju

raznovrsnost mikrobiološkog sveta i njegovu evoluciju

životne cikluse različitih mikroorganizama

biohemiju, genetiku, fiziologiju mikroorganizama

složene odnose zajednica mikroorganizama u ekosistemima

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

MIKROBIOLOGIJA IMA PRIMENU

u fundamentalnim biološkim istraživanjima

u primenjenim naukama

MIKROBIOLOGIJA PROUČAVA

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

- prokarioti: Bacteria i Archaea

- eukarioti: alge, gljive i protozoa

- acelularni: virusi

Karakteriše ih: - brz rast i reprodukcija

- promenljivost i brza adaptacija

- kosmopolitska rasprostranjenost

- ogromna metabolička raznovrsnost koja im omogućava naseljavanje najrazličitijih staništa

Zbog čega se tako nesrodni organizmi izučavaju u okviru mikrobiologije?

- jedinstvena metodologija izučavanja

- odsustvo diferenciranih ćelija i tkiva

- ukupno 5 1030 ćelija mikroorganizama na Zemlji, najveći

udeo u biomasi živog sveta čine prokarioti

- ključni rezervoar esencijalnih nutrijenata

C prisutan u bakterijama jednak je količini u višim biljkama,

dok je sadržaj N i P 10 x veći

Evolucija mikroorganizama trajala milijardama godina duže

od evolucije viših organizama → raznovrsnost

mikrorganizama značajno prevazilazi raznovrsnost biljnog i

životinjskog sveta

Mikrobiologija kao fundamentalna biološka nauka ◦ Razumevanje hemijskih i fizičkih osnova života prvenstveno zasnovano

na proučavanju mikroorganizama

◦ Razumevanje osnovnih životnih procesa zasnovano na proučavanju mikroorganizama

◦ Mikroorgamizmi su dobar model sistem za genetička i molekularno-biološka istraživanja, razumevanje funkcije ćelije, hemijske i fiziološke osnove živih organizama

(univerzalnost živog sveta)

Mikrobiologija kao primenjena biološka nauka ◦ Savremena znanja iz mikrobiologije se široko primenjuju u poljoprivredi,

industriji, energetici, medicini, veterini, prečišćavanju otpada i zaštiti životne sredine, u genetičkom inženjerstvu i biotehnologiji

Značaj mikroorganizama u održavanju života na Zemlji

Centralna uloga u nastajanju i održavanju biosfere (kruženje materije u prirodi)

Escherichia coli 1x3m

Sulfolobus acidocaldarius

loptaste

štapićaste

spirohete

spiralne

filamentozne

sa pupoljcima

Koke u lancima Filamentozne cijanobakterije Spiroheta

Bakterijske ćelije sa izraštajima

Filamentozne fototrofne

zelene bakterije

Deinococcus radiodurans

Kolonijalna alga

Volvox

Gljiva

Protozoa

Značaj malih dimenzija ćelijskih organizama:

- transport supstanci zavisi od površine membrane i volumena ćelije

- odnos površina/zapremina veći → brži rast ćelija manjih dimenzija

Epulopiscium fishelsoni dužina~ 500 m stanovnik digestivnog trakta riba

veliki br. kopija genoma, neuobičajena deoba ćelija

Thiomargarita namibiensis ~ 750 m sumporna bakterija, hemolitotrof

velikim dimenzijama prevazilazi problem skladištenja sumpora

Predstavnici najvećih do sada otkrivenih prokariota

Metabolizam

Rast i razmnožavanje

Pokretljivost

Osnovne karakteristike živih sistema

Diferencijacija

Interakcija i komunikacija

Promenljivost nasledne informacije – evolucija

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

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

Zajednice mikroorganizama - populacije različitih mikroorganizama na određenom staništu

raznovrsnost populacija prisutnih u zajednicama određena je dostupnim izvorima hrane, kao i fizičkim faktorima koji vladaju u životnoj sredini (temperatura, pH, prisustvo kiseonika isl.)

(vodeni ekosistemi sa slobodno plivajućim vrstama ili vrste koje

formiraju biofilm na različitim podlogama)

Međusobna interakcija populacija - rezultati mogu biti štetni ili

korisni (kompeticija - korišćenje istih supstrata, ili kooperacija -

metabolička aktivnost jednih kao izvor nutrijenata drugih)

Interakcija i sa fizičkim i hemijskim okruženjem

Ekosistem – populacije svih živih organizama na nekom staništu,

zajednos a sveukupnošću svih abiotičkih faktora koji deluju

Mikrobijalne aktivnosti presudno utiču na svki ekosistem

(primer – biološka kontrola prisutnosti O2 određuje da li će neko

stanište biti naseljeno aerobnim ili anaerobnim mikroorganizmima)

vodeni ekosistemi (okeani,

jezera, rečni tokovi, topli

izvori)

kopneni ekosistemi (zemljište,

stene)

viši organizmi (biljke i

životinje, uključujući čoveka)

Osobine ekosistema veoma

često su određene aktivnošću mikroorganizama

purpurne bakterije cyanobacteria

purpurne bakterije u velikom broju

Tipični habitat Sulfolobus-a

Mnoge vrste mikroorganizama (najčešće Archaea) mogu se naći u ekstremnim

staništima (topli izvori)

Topli izvori Nacionalnog parka Yellowstone, USA, su bili

među prvim mestima u kojima su otkrivene Archaea.

Ovi bazeni imaju veoma male razlike u sadržaju minerala,

temperaturi, isl., i mogu sadržati različite zajednice

archaea i drugih mikroorganizama.

Biolozi potapaju mikroskopske pločice u topli izvor na

koje se mogu prihvatiti archaea.

Octopus Spring

Obsidian Pool

Intestinalni mikrorganizmi

DAPI – boja za identifikaciju mikroorganizama iz različitih

staništa.

Neke boje mogu napraviti razliku (diferencijalno bojenje)

između živih i mrtvih ćelija

Fluorescent Staining Using DAPI

Viability Staining

Fluorescentna antitela koja su specifična za jednu ili mali broj srodnih vrsta se mogu primenjivati u identifikaciji.

Zeleni fluorescentni protein koji omogućava ćelijama autofluorescenciju koristi se u praćenju ćelija koje su unete u neki ekosistem.

Za razliku od čistih kultura, u uzorcima iz prirode morfološki slične ćelije mogu biti potpuno genetički različite.

Fluorescentno obeležena antitela Filogenetsko fluorescentno bojenje

Mikroorganizmi – prve forme života na planeti

Sve ćelijske forme imaju zajedničkog pretka

Istorija:

1. nastanak planete pre 4,6 milijarde godina

2. pojava prvih ćelija (mikroorganizmi) pre 3,8-3,9 mil.

god.

3. Prve 2 mil. godina – anoksična atmosfera (anerobni

mikroorganizmi)

4. Prvi fototrofi su isključivo anaerobni

5. Pojava prvih cyanobacteria pre ~3 mil. godina

(lagana akumulacija O2 u atmosferi)

6. Pojava prvih eukariotskih ćelija pre ~2 mil. godina

Razvoj mikrobiologije - u direktnoj vezi sa konstrukcijom mikroskopa

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

Animalcules

1684. god

Crtež filamentozne sumporne bakterije Beggiatoa mirabilis (Ferdinand Cohn, 1866.) Kohn zaslužan za otkriće endospora

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

Eksperiment Pasteur-a

Značaj Pastera za razvoj prvih vakcina protiv

antraksa, kolere, boginja

mikrorganizam se mora izolovati iz zaražene individue

i odgajiti u čistoj kulturi;

čista kultura nakon inokulacije u zdrave životinje mora

izazvati simptome karakteristične za tu bolest;

mikroorganizam mora biti reizolovan iz veštački

zaražene životinje i ponovo kultivisan u laboratoriji -

dokaz da se radi o istoj vrsti organizma.

Koh je prvi odgajio bakterije na

čvstoj podlozi i dobio čistu

kulturu.

Velik doprinos – otkriće izazivača

tuberkuloze (Kohov bacil,

Mycobacterium tuberculosis):

- mikroskopija,

- bojenje tkiva,

- izolacija čiste kulture i

inokulacija u životinju.

Otkriće procesa hemolitotrofije, hemoautotrofije i fiksacije azota

Aerobna

bakterija koja

fiksira azot

(Azotobacter,

Martinus

Beijerinck, 1900.)

Purpurne sumporne

fototrofne bakterije

(Sergei Winogradsky,

oko 1887.)

Bacteria

Raznolikost u morfologiji i fiziologiji i filogenetska udaljenost