Homesienten aiheuttamat

http://www.tkk.fi/Yksikot/Biokemia/Kurssit/KE302110/Kurssi2110_2.ppt

--------------------------------------------------------------------------------


8. Mikrobeja


8.1 Luokittelu


I PROKARIOOTIT

II EUKARIOOTIT

sienet, alkueläimet, levät*

III VIRUKSET

IV PRIONIT


* ei käsitellä luennoilla


PROKARIOOTIT
(Luentoaiheet numeroituina 9-12)


9. Gram-negatiiviset*) bakteerit

10. Gram-positiiviset bakteerit

Syanobakteerit
Arkit


Luennoilla keskitytään valikoituihin bakteereihin, joilla on

A) kliinistä tai

B) teollista ja ekologista merkitystä


*) Brock = Proteobakteerit



9 Gram-negatiiviset bakteerit



9.A.1 Escherichia–, 9.A.2 Salmonella–, 9.A.3 Shigella–suvut
= enteeriset bakteerit

9.A.4 Yersinia-suku

9.A.5 Vibrio-suku

9.A.6 Campylobacter-suku

9.A.7 Helicobacter-suku

9.A.8 Neisseria-suku

9.A.9 Pseudomonas- suku

9.A.10 Spirokeetat


A. Kliinisesti merkittäviä



9.A.1 Escherichia-suku


tyyppiorganismi E. coli
mikrobiologiassa eniten tutkittu bakteeri
suolistobakteeri
syntetisoi K-vitamiinia
jotkut kannat patogeenejä;
kuten pelätty ripulitaudin aiheuttaja EHEC


EHEC


EHEC = enterohemorraagiset E. coli –kannat
kuuluisin serotyyppi: O157:H7
eroavat muista E. coli –kannoista:
ei kasvua > 44,5ºC
sorbitoli negatiivisia
sietävät alhaista pH:ta
lisääntynyt antibioottiresistenssi
Lähteet:
nautakarja, vasikat huonosti kypsennetty jauheliha; pastöroimaton maito – kanat & kananmunat ?




EHEC....


Taudinkuva:

riskiryhmä: lapset ja vanhukset
lapsilla voi esiintyä ns. HUS – oireyhtymä
(hemolyyttinen ureemia)
tarttuu pienestä solumäärästä < 100 solua E. colia


Koliformit hygienian indikaattoreina


suoliston mikrobit kuolevat vesistöissä vähitellen riippuen jäteveden lämpötilasta, auringonvalon voimakkuudesta ja ravinteiden määrästä
vaatimuksia indikaattoriorganismille:
sopii monien eri tyyppisten vesien seurantaan
läsnä, kun enteerisiä patogeenejä esiintyy
kasvaa, kun patogeenit ovat jo kuolleet (pärjää paremmin)
erottuu selvästi muista mikrobeista laboratorioseurannassa
esiintymistiheys on verrannollinen suolistomikrobi-kuormitukseen


9.2 Gram – negatiivisen bakteerin soluseinärakenteet


Monimutkainen ulkomembraani
Ulkomembraanissa fosfolipidejä, proteiineja, lipopolysakkarideja
Lipidi A
Polysakkaridi eli ydinosa
O-sivuketju
1 2 3 = LPS = Lipopolysakkaridi

LPS vahvistaa solun neg. varausta

Stabiloi, suojaa, on antigeeni, endotoksiini (myrkky)




Solun sisäpuoli


Solun ulkopuoli



9.A.2 Salmonella-suku


suku, jossa paljon merkittäviä patogeenejä
salmonelloosi = salmonella gastroenteriitti
LPS tärkeä virulenssitekijä & entsyymit
lähde: eläinten suolisto
ihmiseen kontaminoidun lihan, kanan, kananmunien & -tuotteiden, veden välityksellä
inkubaatioaika tartunnasta 8 - 48h
bakteerit valtaavat limakalvojen soluja valtava nesteiden menetys

Kaksi lajia: Salmonella enterica ja Salmonella bongori


S. enterica
Jaetaan kuuteen alaryhmään, joissa lähes kaikki merkittävimmät patogeenit
O, H, antigeenit – 2400 serotyyppiä
Vi – antigeeni
Toksiineja tuottavia kantoja
H-antigeenit (flagellat) – auttavat bakteeria liikkumaan


9.A.2 Salmonella-suku


yleisinfektioita aiheuttavat serotyypit (typhi, paratyphi) – ihmisille spesifisiä
enteriittioireita aiheuttavat infektoivat sekä ihmisiä että monia eläinlajeja (merkittävin näistä typhimurium)


Lavantauti (typhoid fever) vakava ihmisen yleisinfektio

serotyyppi typhi
bakteerit tunkeutuvat suoliston paikallisiin imusolmukkeisiin ja lisääntyvät puolustusolujen sisällä
bakteerit ilmestyvät 1-2 viikon kuluttua vereen

kulkeutuvat kudoksiin – meningiitti (aivokalvontulehdus,
pyelonefriitti (munuaistulehdus) , jne.
oireita: korkealle nouseva kuume, kova päänsärky ja sekavuus; yleistilan heikkeneminen ja ripuli
bakteerit maksaan ja sappirakkoon – hoidotta kuolleisuus 10%
ongelmana ovat oireettomat kantajat
hoito: antibiootit


Elintarvikkeiden turvallisuuden parantaminen


Aseptiikka kontaminaation välttäminen, suodatus
Alhainen lämpötila jäädytys, pakastus
Korkea lämpötila pastörointi, säilykkeet
Veden poisto kuivaus: pakkas-, sumutus-, rumpu-,…
Vapaan veden määrän pienentäminen suola/sokeri
Kemiallinen säilöntä inhibiittorit, org. hapot, nitraatit
yms.
Säteilytys UV (ionisoiva), gamma-säteet (ei-ionisoiva)


9.A.3. Shigella-suku


Gram-negatiivinen
Ihmispatogeeni, ei koskaan normaaliflooraa
Dysenteria (’’punatauti’’)
– salmonelloosia muistuttava suolistotulehdus
S. dysenteriae, S. boydii, S. flexneri, S. sonnei
iso virulenssiplasmidi (n. 210kb)
– auttaa bakteeria tarttumaan epiteelisoluun

– koodaa superoksididismutaasia (joka suojaa bakteeria epiteelisolun lysosomin toiminnalta)

S.dysenteriae serotyyppi I
– vakavimmat shigelloosit

– tuottaa paljon Shiga-toksiinia



Infektiot

tunkeutuu suolistoon
limakalvon haavautuminen
ei pysyviä kantajia
rokotteet eivät tehoa
Tartunta

ihmisestä – tarttuu helposti (ihmistiheys, hygienia, myös kosketustartunta)
Suomessa > 90% tapauksista tulee ulkomailta
myös Sh. sonnei & Sh. flexneri merkittäviä


9.A.3 Shigella-suku



9.A.4 Yersinia-suku


Gram-negatiivinen, fakultatiivinen, sauva
kuuluu enteeristen bakteerien ryhmään
joissakin eläimissä suoliston normaaliflooraa
virulenssiplasmidi tärkeä patogeenille
Y. enterocolitica

suolistotulehdukset, imurauhastulehdukset
paraneminen usein spontaania
niveltulehdus jälkitautina
tartunta : kontaminoitunut ravinto (esim. raaka sianliha)


Y. tuberculosis: Kerava ja Tuusula -06; porkkana



IS: Tuusulan ja Keravan vatsatauti varmistui porkkanasta saaduksi


3.10.2006 12:44

Tuusulan ja Keravan vatsatautiepidemian aiheuttajaksi ovat varmistuneet porkkanat. Porkkanoista ja potilaista on saatu samanlaiset bakteerinäytteet.

Koulussa sairastuneet ovat myös kertoneet syöneensä porkkanoita. Porkkanat ovat välittäneet samanlaisia yersinia-epidemioita myös 2003 ja 2004.

Kyseisten porkkanoiden toimittajan tuotteita ei Tuusulassa enää käytetä. Vastedes ei myöskään käytetä valmisraasteita vaan juurekset raastetaan omissa keskuskeittiöissä, kunta lupaa tiedotteessaan.

Tuusulassa ja Keravalla vatsataudin sai elo-syyskuussa 400 ihmistä. Suuri osa sairastuneista oli lapsia paristakymmenestä eri koulusta ja viidestä päiväkodista. (STT)


Y. pestis (musta surma, rutto)

Tartunta:

rotta/orava (kirppu) purema ihminen
ihminen ihminen hengitysteitse
Paiserutto

Keuhkokuume verenmyrkytys (sepsis)


Hoito: tetrasykliini (suuret annokset)

Maailmanlaajuisesti päänsärky lihaskipu

- hoitamattomana enkefaliitti & artriitti & munuaisvauriot


Hoito: kefalosporiinit, amoksisilliini, tetrasykliinit

Detektointi: Elisa–testi, DNA-koetin PCR tekniikka


9.A.10 Spirokeetat



9.B.1 Juurinystyräbakteerit

9.B.2 Agrobacterium-lajit

9.B.3 Etikkahappobakteerit



(esimerkkejä)


B Ekologisesti merkittäviä ja bioteknisesti hyödyllisiä


9 Gram-negatiiviset bakteerit



Rhizobium- ja Bradyrhizobium-suku

Gram-
pleomorfisia, sauvoja
typensitojia
sitovat ilmakehän typpeä
– nitrogenaasin toimintaan tarvittava ATP kasvilta

– sidottu typpi ammoniakkina kasville


9.B.1 Juurinystyräbakteerit



- Gram-

- sauvoja

yleisiä mullassa, eivät sido typpeä
aiheuttavat nystyröitä kasvien juuriin
Ti-plasmidi kasvin soluun genomiin opiinien ja
kasvuhormonien tuotto
- Ti-plasmidi on tärkeä kloonausvektori kasvibiotekniikassa


9.B.2 Agrobacterium-lajit


Acetobacter–suku
Etikkahapon hapetus hiilidioksidiksi – täydellinen sitruunahappokierto = ylihapettaja

b) Gluconobacter–suku

Tuottaa etanolista vain etikkahappoa (ei hiilidioksidia ) – epätäydellinen sitruunahappokierto = alihapettaja


etikkahappobakteerit ovat myös oluen pilaajia, infektoivat käymistankkeja, suodatus-, pullotus- ja paineentasauslaitteistoa
voivat infektoida hedelmiä vaurioituneista kohdista


9.B.3 Etikkahappobakteerit




Hiivat tuottavat etanolia, josta etikkahappobakteerit voivat tuottaa etikkahappoa

lähtömateriaali: viinit, siiderit



10.A.1 Staphylococcus-suku

10.A.2 Streptococcus-suku

10.A.3 Listeria-suku

10.A.4 Gram itiöivät bakteerit

10.A.4.1 Bacillus-suku

10.A.4.2 Clostridium-suku

10.A.5 Corynebacterium-suku

10.A.6 Mycobacterium-suku


10 Gram–positiivisia bakteereita


A Kliinisesti merkittäviä



10.A.1 Staphylococcus-suku


- fakultatiivisia kokkeja

kuuluvat normaaliflooraan, opportunisteja patogeeneja
eivät itiöi
Staphylococcus aureus
märkäiset tulehdukset, paiseet
koagulaasi , hyydyttää plasmaa
tuottaa hemolysiinejä, eksfoliatiivisiä toksiineja, enterotoksiinia

S. aureus – 90% penisilliiniresistenttejä kantoja
50 % väestöstä kantajia (nenä/kädet)


Tartunta:

suoran kontaktin, vaatteiden, pölyn tms. kautta

Potilaan vastustuskyvyn paikallinen heikkeneminen – esim. haava, virusinfektion jälkitila, vieraan esineen aiheuttama kudostuho
Vastasyntyneet, diabeetikot, immunosupressiiviset lääkkeet
Bakteerin virulenssi


10.A.1 Staphylococcus-suku



Sairaalaepidemiat


Moniresistentit S. aureus –kannat yleistyneet
Yli 90% kannoista tuottaa penisillinaasia
MRSA = metisilliiniresistentit S.aureus
MRSA perustuu kromosomaaliseen mecA–geeniin: soluseinään tuottuu muuntunutta penisilliiniä sitovaa proteiinia
MRSA–kannat myös resistenttejä muille kuin penisilliinityyppisille antibiooteille


Antibioottiresistenssin mekanismeista


Kohteen suojaus
Ulkomembraanin läpäisemättömyys
Suurimolekyyliset antibiootit eivät pääse diffundoitumaan Gram-negatiivisten ulkomembraanin läpi –kulku poriinien kautta on estynyt


b) Sytoplasminen membraani esteenä ? Ei kovin tehokas resistenssimekanismi



2. Antibiootin entsymaattinen inaktivointi


Entsyymi, jota bakteerit tuottavat, hajottaa antibiootin


Esimerkkinä ß-laktaamaasi

- Gram- erittävät periplasmiseen tilaan ja vähentävät poriinien avulla antibiootin pitoisuutta korkeampi resistenssi kuin vastaavasti Gram

- Voidaan kumota resistenssi lisäämällä ß-laktaamaasi-inhibiittori



3. Antibiootin pumppaus ulos bakteerisolusta



Solulimasta poistetaan esim. proteiinisynteesin toimintaa häiritsevät antibiootit
Transportteri–proteiinit (kuljetusproteiinit)
Usein bakteerilla muita mekanismeja toimii samanaikaisesti

fakultatiivinen kokki
monet lajit tärkeitä maitohapon tuottajia
monet patogeenejä
laaja ja heterogeeninen suku
Streptococcus pyogenes

- A-ryhmän (ß-hemolyyttinen) streptokokki

virulenssitekijöitä:
kapseli, M-proteiini ja C-polysakkaridi
tuottaa myös eksoentsyymejä.
esim. DNA:ta hajottavat streptodormaasit
myös hyaluronidaasia
erytrogeenistä toksiinia (tulirokon ihottuma)


10.A.2 Streptococcus-suku



Infektiot:
tonsillitti (= angiina), tulirokko, ihoinfektiot

Streptococcus pneumoniae

esiintyy usein normaalisti ylähengitystiehyeissä keuhko- & aivokalvontulehdukset
muita streptokokkeja:

- suun normaaliflooraa: Str. sanguis, Str. mitis, Str. salivarius, Str. mutans (osallistuvat myös karieksen kehittymiseen)


10.2. Streptococcus -suku



10.A.3 Listeria-suku


Gram , ei-itiöiviä, sauvoja, aerobeja ja fakultatiivisiä anaerobeja
ympäristöbakteeri; luonnosta/tuotantotiloista elintarvikkeisiin
ei vaaraa terveelle aikuiselle/YOPI–riskiryhmät
pehmeät juustot, tyhjiöpakatut savukalat, pateet, kestomakkarat, pastöroimaton maito!
Suomessa siipikarjanlihassa n. 30% ; lihavalmisteissa 1-2%
lisääntyy jääkaapissa infektioita edeltää pitkäaikainen säilytys
L. monocytogenes ihmispatogeeni


10.A.4 Itiöivät bakteerit


Jaottelu perustuu:
- morfologiaan

- hapen käyttöön

- energiametaboliaan

Merkittävimmät suvut

1) Bacillus (katalaasi , superoksididismutaasi

= ehdottomia aerobeja

2) Clostridium (katalaasi-, superoksididismutaasi( )

= ehdottomia anaerobeja



Gram tai /-
sauvoja
monet liikkuvia
itiöiden sijainti tärkeää luokittelussa
geneettisesti heterogeenisiä
ekologisesti sukulaisia
monet Bacillus–lajit tuottavat antibiootteja
(basitrasiini, polymyksiini, gramitsidiini)


10.4.B.1 Bacillus



Bacillus anthracis

aiheuttaa pernaruttoa (Anthrax)
tauti aiheutuu anthrax-toksiinista
infektiotauti: tunnetaan nautakarjan, lampaiden, vuohien ja kasvissyöjäeläinten sairautena
bakteeri muodostaa itiöitä
säilyvät vuosia/vuosikymmeniä maaperässä

ihmisen sairastuminen harvinaista
ei tartu ihmisestä toiseen


10.4.B.1 Bacillus



Miten pernarutto tarttuu ?


1. Ihokosketuksessa kudoksiin rikkoutuneen ihon läpi


2. Hengitysteiden kautta

- sairaan eläimen villoihin tai vuotiin jääneiden itiöiden
hengittäminen

- itiöt hengitysteiden limakalvojen kautta imusolmukkeisiin itävät bakteereiksi

3. Mahasuolikanavan kautta

- syötäessä sairaan eläimen huonosti kypsennettyä lihaa


Pernaruton hoito:

penisilliini, tetrasykliini, siprofloksasiini; mahdollisimman aikaisin




Mistä USA:n 2001 pernaruttobakteerit tulivat ?


Ames-kanta/Vollum 1B –kanta ?
USA:ssa kehitetty Ames–kannasta bioasetta 1990- luvun lopulta lähtien
Virallisesti USA lopettanut ohjelman 1969


kanta on Etelä-Afrikkalaisessa kantakokoelmassa
Myös kokoelmissa: Louisiana State University, Northern Arizona Univ.; US Army Medical Research Inst. For Infectious diseases; Chemical and Biological Defence Establishment, Porton Down, UK; Suffield Biodefence Lab., Canada


Bioaseen kieltosopimus ja sopimuksen valvontaongelma


1969 bioaseiden lopetus – USA:n aloite
1972 sopimus biologisen aseen ja toksiiniaseen
kieltämisestä
1990-91 Persianlahden sota – Irak uhkasi bioaseella – 1995 YK:n valvontakomissio totesi että Irakilla oli varsin laaja bioaseohjelma


Bioasemikrobit ja -toksiinit


Sopiva bioasemikrobi

- aiheuttaa tartunnan hyvin pienellä mikrobimäärällä

- säilyy hyvin

- aiheuttaa vaikeaa tautia

- aiheuttaa vähäistä kuolleisuutta: tavoitteena vastustajan saattaminen taistelukyvyttömäksi

- on usein bakteeri; myös virukset mahdollisia


miten tuotetaan ?



Bioasebakteereja


kohtalainen


kohtalainen


aerosoli


Jänisrutto
Francisella tularensis


ei


kohtalainen


vesi


Kolera
Vibrio cholera


ei


kohtalainen


aerosoli


Bruselloosi
Br. melitensis, suis, abortus, canis


kokeilussa


ei


vesi


Botulinum- toksiini
Cl. botulinum


kohtalainen


kohtalainen


aerosoli


Rutto
Yersinia pestis


kohtalainen


kohtalainen


aerosoli


Pernarutto

B. anthracis


Rokotus


Lääkehoito


Infektiotapa


Tauti/ toksiini



10.4.B.2. Clostridium-suku


Luonnon maabakteereja, myös ruoansulatuskanavassa
Kliinisesti merkittävät:
Cl. tetani

aiheuttaa jäykkäkouristusta
harvinainen, vakava
itiöt mullasta haavaan
itäminen vegetatiivinen (anaerobiset olosuhteet)
tuottaa neurotoksiinia = tetanopasmiini

tetanopasmiini
- proteiini

- sitoutuu hermosoluihin tiettyihin lipideihin

- estää lihasten rentoutumisen

- antitoksiini suojaa, myös PDT – kolmoisrokoite

- haavojen profylaksi tärkeää



Cl. botulinum


aiheuttaa botulismi-ruokamyrkytystä
esiintyy vedessä ja maassa itiöt raakoihin elintarvikkeisiin (myös teurastuksen yhteydessä)
tuottaa neurotoksiinia
vakava, jopa tappava ruokamyrkytys


Cl. perfringens


10.B.5 Corynebacterium-suku


Corynebacterium

kuuluisin C. diphtheriae (aiheuttaa kurkkumätää)
monet Corynebacterium–suvun jäsenet ovat myös ihon normaaliflooraa
Kurkkumätä (difteria)

kulkutauti, nyk. tehokas rokotusohjelma suojaa
bakteriofaagin koodaama toksiini vaikuttaa eukariottisolun proteiinisynteesiin
antitoksiini neutraloi


Infektio


membraani nieluun ja nielurisoihin hengitysteiden tukkeutuminen bakteerit limakalvoilla toksiini elimistöön
bakteeri herkkä antibiooteille


10.B.6. Mycobacterium-suku



haponkestäviä sauvoja
ehdottomia aerobeja, kasvu hidasta
atyyppiset mykobakteerit = opportunisteja


Mycobacterium tuberculosis

aiheuttaa tuberkuloosia (=keuhkotauti)
bakteerin soluseinässä mykolihappoja 60% kuivapainosta – hydrofobinen solu
hidas kasvu
kasvua makrofaagien sisällä
- viljely keuhkotuberkuloosin yskösnäytteistä



Tuberkuloosi


Vastustuskyky immuniteetti
- luontainen tai hankittu
- tuberkuliinikokeet
- ihotestiantigeeni = Mantoux – testi
- reaktio tartunnasta tai BCG–rokotteesta
Ennaltaehkäisy
- BCG–rokotus
- joukkotarkistukset
- riskiryhmien valvonta


BCG-rokote eli Calmette-rokote on eläviä, heikennettyjä tuberkuloosia

aiheuttavia bakteereja (nautatuberkuloosibakteeri, Mycobacterium bovis)


Mycobacterium leprae
aiheuttaa lepraa (=spitaali)
ei voida viljellä ravintoalustoilla – kudosviljelmät
nyk. n. 10-12 miljoonaa tapausta
Keski-Afrikka; Aasian eteläosat; Vietnam (ei Suomessa)
Hidas (vuosikymmeniä)
Hoito: kemoterapia, rekonstruktiivinen kirurgia


M. kansasii – keuhkoinfektiot,

M. marinum – ’’uima-allas granulooma’’ ihossa




10. Gram – positiiviset bakteerit
B Teollisesti merkittäviä


10.B.1 Maitohappobakteerit (elintarvikesovellukset)

10.B.2 Bacillus–suku (entsyymien tuotto; GMO–
sovelluksia)

10.B.3 Streptomyces– suku (antibioottien tuotto)




Mikrobien teollisia sovellutuksia - esimerkkejä



10.B.1 Maitohappobakteerit


Gram , eivät itiöi
katalaasi –
fermentatiivinen metabolia
sokeri maitohappo (päätuote)
aerotolerantteja anaerobeja
ei sitruunahappokiertoa – ATP:tä ei voida tuottaa hengittämällä

alhainen pH:n sieto eivät siedä alhaista pH:ta !
vaativat rikkaan ravintoalustan
eivät kasva ilman fermentoitavaa hiilihydraattia



Metabolia samankaltaista kuin muilla bakteereilla

kaupallista arvoa on
laktoosin fermentoinnilla,

sitraatti- ja typpimetabolialla sekä

omenahappometabolialla.


10.B.1 Maitohappobakteerit


glukoosi käymissubstraattina päätuote maitohappo
Homofermentaatio (homolaktinen)

- sokerit muuntuvat 80-100%:sesti maitohapoksi

Heterofermentaatio

- ekvimolaarinen seos maitohappoa, etanolia, CO2 ja muita tuotteita (muurahais- & etikkahappo)


Metabolia



10.B.1 Maitohappobakteerien merkitys


määräytyy näiden organismien aineenvaihdunnan perusteella


Assosiaatio korkeampien kasvien kanssa
hyödyntävät kasvikudoksen hajoamistuotteita
elintarvikkeisiin hapatus
viinit, panimotuotteet


2) Assosiaatio maidon ja maitotuotteiden kanssa

- voi, juusto, piimä, jogurtti

3) Normaalia limakalvojen (myös suoliston) mikrobiflooraa

- probioottisuus ?

- tuoteitta markkinoilla


4) Jotkut patogeenejä – ei hyötykäyttöä


10.B.1 Maitohappobakteerien merkitys



10.B.1 Maitohappobakteerisukuja


1. Streptococcus, Lactococcus, Enterococcus

2. Leuconostoc

3. Pediococcus

4. Lactobacillus




10.B.1.1 Streptococcus, Lactococcus, Enterococcus -suvut

kuuluivat ennen kaikki samaan sukuun

kokkeja, eivät muodosta terttuja
homofermentatiivisia


Streptococcus

pyogeeniset 2) oraaliset 3) muut
elintarvikkeiden tuotannossa vain Str.thermophilus on merkittävä – jogurtit


b) Lactococcus

ainoa merkittävä tuottoprosesseissa on Lc. lactis, joista kahta alalajia hyödynnetään:
Lc.lactis subsp. lactis; Lc.lactis subsp. cremoris


c) Enterococcus

ei tuottoprosesseihin meijeripuolella
jopa patogeenejä
käyttö probiootteina ?


10.B.1.2 Leuconostoc-suku


heterofermentatiivinen kokki
tuottaa huomattavia määriä diasetyyliä sitraatista maidossa,
hyötykäyttö: Ln. mesentroides subsp. cremoris – meijeriteollisuus
tärkeitä kasvimateriaalin spontaanifermentaatioissa
Ln.oenos Oenococcus oeni – viinin/siiderin malolaktinen käyminen


10.B.1.3 Pediococcus-suku


kokkeja, muodostavat terttuja
homofermentatiivisia
merkitys: elintarviketeollisuudessa hyödyllisiä ja haitallisia
P. damnosus: – oluen pilaantuminen – tuottaa diasetyyliä
P. acidilactici & P. pentosaceus – makkarastarttereissa ja rehunsäilönnässä
myös juustojen kypsytyksessä


10.B.1.4 Lactobacillus-suku


suuri ja heterogeeninen ryhmä
32-53% mol G C = kaksi kertaa suurempi hajonta kuin normaalista monella suvulla
heterogeenisyys johtuu määritelmästä: sauvamaiset MHB:t


Obligatoriset homofermentatiivit
Fakultatiiviset heterofermentatiivit
Obligatoriset heterofermentatiivit


Lactobacillus – hyötykäyttö ja esiintyminen luonnossa


hyvin yleisiä luonnossa
eniten alhaista pH:ta sietäviä (vrt. muut MHB:t)
usein viimeistelevät spontaanit (tuorerehu/kasvis) fermentaatiot
myös suun, suoliston, yms. limakalvojen populaatiota
Lb. brevis, Lb.casei, Lb.plantarum – useita habitaatteja
hapanleivonta – Lb. sanfrancisco
jogurtti – Lb. delbrueckii/Lb. bulgaricus


Maitohappobakteerien toiminta maidossa


Laktoosin fermentointi maitohapoksi ja pH:n lasku
Proteiinien hydrolyysi
Aromiyhdisteiden muodostuminen
Solunulkoisten polysakkaridien muodostus
Inhiboivien yhdisteiden tuotto


Starttereiden teollinen käyttö ja tuotto


Startterit

mikrobivalmisteita joita lisätään raaka-aineeseen tai tuotteeseen
sovelluksia elintarvike- ja rehutuotannossa
voivat edesauttaa toiminnallaan haluttujen ominaisuuksien muodostumista raaka-aineessa tai tuotteessa
stattereilla voi olla myös spesifinen mikrobisidinen tai probioottinen vaikutus


MHB


Sitruunahappometabolia

jotkut MHB:t voivat metaboloida sitruuna- tai omenahappoa sokerimetabolian yhteydessä
sitruunahappoa on raakamaidossa ja hedelmissä
sitruunahappometabolian lopputuotteet:
asetaatti, diasetyyli, asetoiini, 2,3-butaanidioli, hiilidioksidi

diasetyyli tärkeä makukomponentti piimässä, voissa, smetanassa, rahkassa ja ranskankermassa
etikkahappo on myös flavorikomponentti
hiilidioksidi muodostaa reikiä juustoihin


MHB


Omenahappometabolia

jotkut MHB:t voivat muuntaa omenahappoa (esim. viineissä) maitohapoksi
tuotantoteknisesti on kyseessä terävän makuisen omenahapon muuntamisesta pehmeämmän makuiseksi maitohapoksi (= viinien malolaktinen käyminen)


Makkarastartterit


koostuvat MHB:sta ja/tai mikrokokeista
voidaan lisätä MHB:ta kestomakkaroiden, keittomakkaroiden ja savukinkun hygieenisen turvallisuuden, maun ja konsistenssin parantamiseen
- pH:n ja aw:n lasku parantaa säilyvyyttä,

- lihan proteiinien koaguloituminen rakennemuutokset siivutettavuus paranee

osa maku– ja aromiyhdisteistä myös mikrobiperäisiä


Vihannestartterit


suurin osa vihannessäilykkeistä ilman startteria; hyödynnetään luonnollista MHB–flooraa
esim. suolakurkut ja oliivit – siirrosteena edellisen erän fermentoitu suolaliemi
Starttereiden käytön edut:

- haittamikrobien hallinta

- kaikkien fermentoitavien sokerien poisto

- saadaan metaboliatuotteita, joita ei synny spontaanista

- voidaan myös fermentoida lämpökäsiteltyjä vihanneksia



Säilörehun valmistus


säilörehu ei saa sisältää terveydelle vaarallisia mikrobeja
käytetyt mikrobit eivät saa aiheuttaa maitoon maku- tai hajuvirheitä; eivät saa heikentää maidon jalostusmahdollisuuksia
niitetyssä ruohossa MHB:tä ja muita mikrobeja
MH-käyminen happamuus
käyminen lakkaa, kun pH 500 kb)
tuotto liittyy ehkä itiöiden ’’suojelemiseen’’


Antibioottien teollinen tuotto


edellytyksenä tuoton toimivuus suuren mittakaavan fermentoreissa
puhdistusmenetelmät, erotusmenetelmät:
konsentrointi, uutto tai adsorptio/ioninvaihto/kemialliset käsittelyt

tavoitteena puhdas, kiteytetty tuote
ongelmana mikrobien muut antibiootit
kannan valinta tärkeää
hyvä tuotto mutatointi/geenitekniikka/metaboliamuokkaus



Propionibakteerit

aerotolerantteja anaerobeja
lopputuotteet: propioni-, etikka, orgaaniset hapot CO2
Meijeriryhmä
- juustojen konsistenssi & flavorit

Ihon propionibakteerit


Bifidobakteerit

- suolistoflooraa

- probioottisia vaikutuksia


10.B.4 Muita hyödyllisiä Gram



11. Syanobakteerit


Fotosynteettisiä bakteereja on seuraavissa ryhmissä:

Syanobakteerit (oksygeenisiä)
Purppurabakteerit (anoksygeenisä)
- purppurarikkibakteerit

- purppura ei-rikkibakteerit

3. Vihreät bakteerit

- vihreät rikkibakteerit

- vihreät ei-rikkibakteerit



Fotosynteettinen laite



Valoenergiaa keräävät antennit
Reaktiokeskus
Elektroninsiirtoketju
tapahtuu membraanissa tai siihen sitoutuneena




1. Syanobakteerit (10./III, s. 41)

tylakoideissa, absorboivat valoa 550-700 nm välillä
2. Purppurabakteerit (8.1/I, s. 20)

membraanissa, absorboivat valoa 1000 nm lähellä
3. Vihreät bakteerit (12/V s. 42)

reaktiokeskus ja elektroninsiirtojärjestelmä membraanissa, antenniklorofyllit klorosomeissa
absorboivat valoa 700-800 nm välillä


Valoenergian muuttaminen kemialliseksi energiaksi


mikrobit keräävät valoa antenneilla (pigmentit)
antennit siirtävät valoenergian fotosynteettiselle reaktiokeskukselle
reaktiokeskuksessa proteiineihin sitoutuneita klorofyllimolekyylejä
valoenergia nostaa klorofyllin yhden p–elektronin nousun korkeammalle orbitaalille
klorofyllimolekyyli luovuttaa e:n elektroninsiirtoketjuun
elektroni luovuttaa energian, jolloin fotosynteettisen organismin kelmussa syntyy ATP:tä
valoenergia sähköjännitteeksi voidaan tehdä kemiallista työtä


Syanobakteerit ja niiden merkitys luonnossa


monia morfologisia ryhmiä, monet liikkuvia
kaukaista sukua Gram -bakteereille
vesistöissä, kuumissa lähteissä, suolajärvissä (myös aavikoilla ja kiviin kiinnittyneinä)
eroavat muista bakteereista membraanin rasvahappokoostumuksessa
väri tulee pyosyaniini–pigmentistä vihreä klorofylli , joillakin myös punainen pigmentti
kaasurakkulat auttavat kellumaan

yksinkertaiset
vitamiineja ei tarvita
nitraatti tai ammoniakki typenlähteenä
suurin osa ei voi käyttää org. yhdisteitä hiilenlähteenä
ei kasvua pimeässä
jotkut voivat assimiloida yksinkert. yhdisteitä (glukoosia), jos valoa on läsnä ATP:tä saadaan fotofosforylaatiossa
jotkut voivat kasvaa pimeässä hiilihydraateilla
anoksygeeninen fotosynteesi mahdollinen, jos sulfidia on läsnä


Syanobakteerien ravinnevaatimukset



Syanobakteerit tuottavat toksiineja


1) Hepatotoksiset peptidit

- vaikuttavat maksan toimintaan

- syklisiä heptapeptidejä ja pentapeptidejä


2) Neurotoksiinit

- hermokudoksen toimintahäiriöt


Syanobakteerit tuottavat myös haju- ja makuhaittoja



12. Arkit


eivät ole eubakteereja
sietävät hyvin vaativia olosuhteita
mm. paine, lämpötila (kylmä, kuuma), pH, anaerobioosi ja monet kaasut


tässä keskitytään arkkeihin ryhmänä, ei erillisiä sukuja – käsitellään merkitystä luonnossa & mahdollista hyödyntämistä



suolakerrostumissa, suolajärvissä
minimi 9% NaCl
erikoinen fotofosforylaatio (ATP:n tuottoon)
kasvu anaerobisissa olosuhteissa purppuramembraani
happi läsnä – membraani on punainen


12.1 Halofiilit



Halofiilien biotekniset hyödyntämismahdollisuudet


Biopolymeerit
Pinta-aktiiviset yhdisteet
Biomuovit
Orgaaniset osmolyytit
Erikoiskemikaalit
Yksisoluproteiinit
Entsyymit


12.2 Metanogeenit


tuottavat metaania (=biokaasu)
anaerobeja
substraattina vety, CO2, formiaatti, asetaatti, metanoli
anaerobisen ravintoketjun päässä; sedimenteissä, ruoansulatuskanavassa, lietteen hauduttamoissa


12.2.1 Metaanikäymisen olosuhteet


tarpeeksi hiilihydraatteja
oikeat ravinnesuhteet; C:N:P
alhainen redoxpotentiaali
pH 6,5-8,0
20 – 60 C°
vesi


Biokaasu


maatalouden jätteet
meijerijätevesi, puristehiivan jätevesi, paperijätevesi, panimojätteet, juurikasjätteet
muita: teurastamojätteet; yhdyskuntajätteet


Biokaasu: hyvät & huonot puolet


Hyvät

Energian lähde
Jätteiden org. kuormituksen vähentäminen
Ravinteiden kierto
Patogeenien tuhoutuminen
Huonot

Räjähdysvaara
Hinta ?
Vaatii huoltoa
Saastuttamislähde ?


12.3 Hypertermofiilit ja termoasidofiilit


eniten lämpöä sietäviä organismeja
lämmönkestävät makromolekyylit, tehokkaat korjausmekanismit
solunsisäisten osmolyyttien konsentraatio korkea


12.3.1 Elämää korkeissa lämpötiloissa


Proteiinit
termostabiilien proteiinien ydin hydrofobinen
enemmän ionisia interaktioita aminohappojen välillä proteiinien pinnoilla
erikoinen laskostuminen
chaperonin proteiineja paljon


2) DNA:n kestävyys


DNA:n kierteisyys erikoinen
proteiinit stabiloivat
– nostavat sulamislämpötilaa, muokkaavat konformaatiota


3) Lipidien stabiilius

kovalentisti kondensoitunut ’’yksikkö membraani’’ -monolayer


12.3.1 Elämää korkeissa lämpötiloissa



II EUKARIOOTIT


tärkeitä org. materiaalin hajottajia
valtaavat myös kasvien ja eläinten soluja
aiheuttavat viljakasvien & teollisten tuotteiden tuhoa
hyödyllisiä tuotteita: alkoholi, org. hapot, entsyymit, antibiootit, steroidit, psykodeliset ja eufooriset uutteet
tärkeitä tutkimusmalleja genetiikassa


II 1. Sienet



Sienten pääryhmät:

Fykomykeetit (sisältää luokat: Chytridiomycetes ja Oomycetes)
Zygomykeetit (yhtymäitiöiset)
Askomykeetit (kotelosienet)
Basiodiomykeetit (itiökantaiset)
Deuteromykeetit (vaillinaiset sienet)
Sienet ovat:

eukariootteja
heterotrofeja
monitumallisia
ei-fotosynteettisiä
suurin osa aerobeja


II 1.1 Sienten rakenne ja kasvu


yksi/monisoluisia
rihmat = hyyfit myseeli
koenosyyttiset väliseinät
soluseinässä (60% kuivapainosta) kitiiniä, myös selluloosaa
rasva–aineet: suojaavat vettymiseltä
melaniinipigmentit: tummia väriaineita


(jatkoa sienen rakenne)


thallus = vegetatiivinen osa:
a) yksi pyöreä solu

b) myseeli

Lisääntymisessä thallus toimii joko lisääntymisrakenteena tai alustana
sienet voivat olla heterokaryootteja tai homokaryootteja
suvullinen tai suvuton lisääntyminen


1.1.1 Sieni-itiöt


sis. kaiken geneettisen materiaalin, jota tarvitaan uuden yksilön tuottamiseen
voivat olla dormantteja
kestävä seinämä – verkkomainen & monikerroksinen
vähäinen vesipitoisuus
germinaation stimulantteja:
n-nonanoli, vetyperoksidi, peroksidit, lämpö

germinaation estäjät:
RNA:n translaation esto; entsyymien aktivaation esto



Itiöt


Leviäminen


1. Aktiivinen

- hajoava itiöemä

- asteittainen erkaneminen

2. Passiivinen

kuivat itiöt (tuuli, ilmavirta)
märät itiöt ( limakerros)


1.2 Sienten kasvatuksesta


Alustat

käytetään miel. luonnonmateriaaleja
säilytetään kaura- tai maissijauhoalustoilla, Czapek-agar, mallasuute-agar


Identifiointi

suora mikroskopointi
natiivipreparaatit


Luennoilla esitetään esimerkkejä hiivoista ja rihmasienistä sekä niittyviä bioteknisiä hyödyntämismahdollisuuksia ja haittoja


1.3 Hiivat (ks. Ilkka Virkajärven luento 12.10.)

1.4 Rihmasienet:

1.4.1 Penicillium

1.4.2 Aspergillus

1.4.3 Fusarium



1.3. Hiivat (yleistä)


Lisääntyminen
1) kuroutumalla

2) suvullisesti

Fysiologia
oksidatiivisia tai fermentatiivisia; yksisoluisia
kasvu parasta kosteassa
korkeissa sokeri- & suolapitoisuuksissa
optimi 25-30oC : max n. 35-47oC
pH 4 - 4,5
aerobiset olosuhteet: kasvua
paras energianlähde: sokerit
anaerobiset olosuhteet: etanoli, CO2, muut käymistuotteet
Saccharomyces – suku merkittävä


II 1.4 Rihmasienet


1.4.1 Penicillium - suku

yleinen maassa, hajoavassa org. materiaalissa
itiöt yleisiä ilmassa
monet lajit tuottavat antibiootteja
P. notatum - Fleming 1929

nyk. teollisessa tuotannossa P. chrysogenum & muita lajeja
synteettinen penisilliini
- heikko teho

- semisynteettiset tehokkaampia


P. roqueforti
Roquefort, Stilton, Gorgozola - juustot
kasvatus - kuivaus - paketointi - lisäys juustomassaan


P. camemberti
Camembert-juusto
kasvatus perinteisesti keksipohjaisella alustalla
itiöt suihkutetaan kypsyvän juuston pinnalle
proteolyysi ja aromit


Esimerkki:

- Laktaami antibiootit (penisilliini ja johdannaiset)


Penisilliini–G:tä tuotetaan submerrsifermentoinnilla mittakavassa 40 000 -200 000 l
aerobinen prosessi
penisilliini on sekundäärimetaboliitti
maissinliotusvesi hyvä alusta
laktoosi hiilenlähteenä
penisilliini tuottuu ulos solusta solut erotetaan pH alas uutto orgaanisella liuottimella
konsentrointi alkaliseen vesiliuokseen konsentrointi kiteytys


Mykotoksiinit

luonnossa sienet tuottavat, jotta saisivat paremmin ravinteita
myrkyllisiä ihmiselle, eläimille, hyönteisille, kasveille, mikrobeille
toksisuus vaihtelee: tie elimistöön, vastustuskyky, kem. yhdiste, konsentraatio ?
mykotoksiinit ihmiseen: suun kautta, hengitysteitse, ihon läpi
kasvu ei välttämättä korreloi toksiinien tuoton kanssa
toksiinit vaikuttavat yleisimmin
a) maksaan ja munuaisiin
b) hermosoluihin


Penicillium – mykotoksiineja

a) okratoksiini

ohrasta ja viljakasveista
akkumuloituu myös eläimen rasvakudokseen - ihmiseen elintarvikkeen välityksellä
b) patuliini:

omenamehuissa
P. expansum - hedelmien patogeeni - tuottaa toksiinia mädätyksen yhteydessä
mätänevien omenien & päärynöiden käyttö mehuissa/siidereissä !

c) PR-toksiini

- P. roqueforti




II 1.4.2 Aspergillus-suku


maassa
usein pilaajia, taudinaiheuttajia, teollisesti hyödynnettyjä
homemaisia rihmasieniä, pesäkkeet vihertävänsävyisiä
kliinisyys:
opportunisteja
A. fumigatus, A. niger, A. glaucus
- homepölykeuhko, korvainfektiot ym.

A. flavus
- aflatoksiini


Pilaajina
pelätty aflatoksiini elintarvikkeissa
harvinainen,
voi esiintyä meijeri-, leipomotuotteissa, mehuissa, maapähkinöissä, rehuissa yms.
Teollinen hyödyntäminen
tuottavat entsyymejä
pektinaasi, amylaasi, katalaasi

sitruunahapon tuotto
itämaisissa elintarvikkeissa

Aspergillus ja toksiinit
suurin osa lajeista ovat elintarvikkeiden pilaajia ja tai luonnossa hajottajia
hyvin yleisiä jyvissä, pähkinöissä, mausteissa - trooppinen ilmasto suosii


Aflatoksiinit
toksisia nisäkkäille, kaloille, siipikarjalle
maksakirroosi, maksavauriot, karsinogeeni, immunosuppressiivinen vaikutus
reaktiiviset välituotteet sitoutuvat solujen DNA:han - transkriptio häiriintyy - mutageneesi & karsinogeneesi
alentavat myös solujen ATP:n tuottokykyä


II 1.4.3 Fusarium-suku


Monet lajit kasvipatogeenejä (viljat); myös saprofyyttejä
kontaminoivat maissia, vehnää, ohraa, kauraa & näistä tehtyjä tuotteita
tuottaa mykotoksiineja ja oluen ylikuohuntatekijöitä
mykotoksiinien vaikutukset usein eläimissä;
raja-arvot rehu/ihmis-ravinnoksi erilaiset

johtaa immuunipuolustuksen heikentymiseen - assosiaatio leukemian kanssa ?
F. poae - myös Suomessa
Suomessa mykotoksiinit eivät toistaiseksi ole ongelma


Pilaajasienet elintarvikkeissa & raaka-aineissa


Vaikuttavat tekijät: elintarvikkeen ominaisuudet & ulkoiset tekijät
Viljojen ja hedelmien pilaantuminen:
ravintoarvon heikkeneminen
kasvin energiahukka
itämättömyys
värin, maun muutokset (hapot, sivumaut)
epämiellyttävät hajut
toksiinit ja antibiootit


Pilaajasienet & rakennusmateriaalit


Rakenteet ja terveys
entsyymit ja hapot
- entsyymitoiminta aiheuttaa usein värin muutoksia

itiöt huoneilmaan
tärkein tekijä kosteus
Penicillium, Aspergillus, Cladosporium, Fusarium
- tuottavat kaasuja, alkoholeja, ketoneja, estereitä, hiilivetyjä

- myös allergeenejä



Sienten biotekninen hyödyntäminen


Lääketiede
antibiootit (penisilliini, kefalosporiinit, syklosporiini)
alkaloidit
- migreeeni, Parkinsonin tauti, seniilidementia, kolesterolin biosynteesin esto

ruoansulatusta edistävät entsyymipreparaatit
b) Entsyymit

- meijeriteollisuuden sovellukset:

flavorit/juustojen kypsytys, keltuaisten vatkattavuus

- pesuaineteollisuus



1) Sitruunahappo

tärkeä teollisesti hyödynnetty org. happo
pH:n säätö hyytelöissä ja hilloissa
sitruunahappo suojaa hapettumiselta, suojaa vit. C:n menetyksestä ja entsymaattiselta ruskeutumiselta


antioksidanttina ja pH säätöön kosmetiikka- ja lääketeollisuudessa
tuottajat: Penicillium glabrum, Aspergillus niger


c) Muita teollisia sovellutksia



2) Glukonihappo

Aspergillus, Penicillium
kelaattien muodostus, emäksiset olosuhteet
käyttö: puhdistusaineet, metallien kiillotus


3) Fumaarihappo

Rhizopus
lisää vahvuutta ja taipumattomuutta paperiin
hyytelöidyissä jälkiruoissa
rehun lisäaineena


4) Fermentoidut elintarvikkeet

maku, säilyvyys
terveysvaikutukset


5) Biopestisidien tuotto

insektisidit
herbisidit
helminthisidit


II. EUKARIOOTIT
2. Alkueläimet (Protosooat)


n. 70 000 nimettyä lajia
saprofyyttejä, parasiittejä, patogeenejä
yksisoluisia, ainakin yksi tuma
sytoplasma: endoplasma (sisempi) ja ektoplasma (ulompi)
endoplasmassa ravinnon käsittely ja ravintovarastot; kehittyneillä myös mitokondriot, Golgin laite jne.
ektoplasma - liikkuminen
trofosoiitit ja kystat



Vedessä
- maun, hajun, värin muutokset; pigmenttien tuotto, aromaattiset öljyt kalainen/kurkkumainen maku

’’luonnollinen’’ lannoite
monet ’’syövät’’ bakteereja luonnon tasapaino
reagoivat valoon, mekaanisiin ärsykkeisiin, kemiallisiin yhdisteisiin, happeen
lämpötilaoptimit vaihtelevat; suurin osa aerobeja


2.1 Alkueläinten luokittelusta


Juurijalkaiset
Siimaeläimet
Ripsieläimet
Itiöeläimet


jaottelu perustuu liikkumiseen
seuraavassa annetaan yleiskuva alkueläinten kliinisestä merkityksestä muutamilla esimerkeillä


2.1.1 Entamoeba histolytica - amebiaasi

ameeba-punatauti

kaikkialla maailmassa

varsinkin alhaisen vesihygienian maissa

juomaveden klooraus ei yksin tehoa


2.1.2 Trypanosoomat ja leishmaniat

tropiikissa

ihmisestä ihmiseen & eläimestä ihmiseen vertaimevien hyönteisten välityksellä

T. gambiense, T. rhodense

- afrikkalainen unitauti

- vektorina tse-tse – kärpänen



2.2.3 Toxoplasma gondii

kiertokulku luonnossa kissojen ja jyrsijöiden välillä; kissan kautta ihmiseen


2.2.4. Pneumocystis carinii

esiintyy laajalti luonnossa: jyrsijät/kissat/koiraat/lampaat/linnut
ihminen voi olla oireeton kantaja
leviäminen pisarateitse ja istukan kautta


2.2.5 Malaria

Plasmodium vivax, P. ovale, P. malariae, P. falciparum

vuosittain yli 150 milj. sairastuu ja yli 2 milj. menehtyy malariaan
Malarian kiertokulku luonnossa

hedelmöitynyt Plasmodium–muna kypsyy moskiiton suolen seinämässä sporosoiitti-muodot hyönteisen sylkirauhasiin pistos & ihmiseen syljen kautta
ihmisessä suvuton lisääntyminen gameetit takaisin hyönteiseen

Nukleiinihappoon
Muotoon
3) Isäntäsoluun

Viruksen elinkierrossa on :

ekstrasellulaarinen vaihe
- virioni; metabolisesti ei-aktiivinen

2) Intrasellulaarinen vaihe

- infektio, viruksen lisääntyminen


Virusten luokittelu perustuu:


III. VIRUKSET


Eivät ole soluja !



Virusten kasvatus laboratoriossa


Bakteriofaagit bakteeriviljelmissä
Eläin- ja kasvivirukset solu/kudos/solukko-viljelmissä
Virusten määrä voidaan laskea plakkitekniikalla


plakki =bakteeriviljelmään syntyvä reikä – tästä voidaan myös eristää puhdasta virusta




VIRUSTEN LISÄÄNTYMINEN


Tarttuminen
isäntäsolussa usein reseptoreita
kasvivirukset pääsevät sisään myös vahingoittuneesta kohdasta


2) Tunkeutuminen isäntäsoluun

solun pinnan ominaisuudet tärkeitä
esim. bakteriofaagi tunnistuskarvat reagoivat bakteerisolun seinän polysakkaridien kanssa tuppi painuu seinämään lysotsyymi nukleiinihappo soluun
eläinsoluihin myös fagosytoosin avulla


3) Viruksen genomin (nukleiinihapon) suojaaminen

isäntäsolu pyrkii pilkkomaan viruksen nukleiinihapon
virus suojaa genominsa metyyliryhmillä
4) Rakennekomponettien synteesi

virus alistaa isäntäsolun tuottamaan omaa nukleiinihappoaan ja virusproteiineja
5) Viruksen vapautuminen solusta tai integroituminen solun genomiin

lyyttinen
- virus vapautuu kuroutumalla tai entsyymien avulla

lysogeeninen
- viruksen genomi integroituu osaksi isännän genomia – pysyy latenttina (=provirus) – voi aktivoitua lyyttiseen kiertoon



Retrovirukset


ovat RNA-viruksia – käyttävät käänteistraskriptaasia
esim. HIV, Ebola
Infektio
Käänteinen transkriptio
RNA kopioidaan DNA:ksi
Integraatio
kopioitu virus-DNA liitetään isännän DNA:han
Transkriptio
DNA mRNA virusproteiinit
Integroitunut virus-DNA ohjaa uusien RNA-virusten RNA:n synteesin
Kapselointi
Kuroutuminen solusta


Viruslääkkeet


esimerkkejä:

Nukleiinihapposynteesin estäjät
’Uncoating’-vaiheen estäjät
Interferonit


Antibiootit eivät tehoa viruksiin
Ennaltaehkäisyssä rokotus tehokkainta
kehitys usein hankalaa/virukset hyvin muuntelukykyisiä


Virusryhmiä


Influenssavirukset
Ortomyksovirukset A ja B
riskiryhmille erittäin vaarallisia tartuntoja
2. Paramyksovirukset

esim. sikotautivirus, tuhkarokkovirus
Adeno-, Rino-, ja Koronavirukset
hengitystie-infektiot
Polio- ja Enterovirukset
- kuuluvat picornavirusten heimoon

- polio, aivokalvontulehdukset, sydänlihasten tulehtuminen

- tartunta suun tai hengitysteiden limakalvojen kautta, myös kontaminoitunut ruoka

- säilyvät infektiivisinä elimistön ulkopuolella esim. jätevesissä useita kuukausia



5. Herpesvirukset

esim. yskänrokko (HSV1), vesirokko (varicella-zoster), mononukleoosit (sytomegalovirus ja Epstein-Barr – virus)

6. Hepatiitti-virukset

’’keltatautia’’ – aiheuttavat virukset – vaikutukset maksassa

Rotavirus ja Kalikivirukset
aiheuttavat vastatauteja

Zoonosivirukset
Rabies (vesikauhu), Marburg-, Ebola-, Hantavirukset (verenvuotokuumeet)




9. Arbovirukset

- niveljalkaisen pureman kautta tarttuvia

10. Parvovirukset

tärkeitä nautakarjan, sian, kissan, koiran, minkin ja laboratoriojyrsijöiden patogeenejä

11. Ihmisen immuunikatovirukset

HI-virus eli HIV

vaipallinen RNA-virus; eristettiin v. 1983

infektoi pääasiassa valkosoluja

12. Kasvainvirukset

ns. onkogeeniset virukset eri ryhmistä



= protein infectious agent

ei ole virus
infektion aiheuttaa 27-30 kD proteiini
proteiinia koodaavaa geeniä sekä normaaleissa että infektoituneissa yksilöissä
onko kyseessä translaation jälkeinen virhe ?
ko. proteiinit ressitenttejä lämmölle
vasta–aineita ei löydy infektoituneessa yksilössä
ihmisessä: Kuru, Creutzfeld-Jakob:in tauti
eläimissä: BSE


IV PRIONIT



Prionit ja prionitaudit


Hermostoa rappeuduttavat taudit
Vain proteiinia (muuntunut normaali solukalvon prioniproteiini)
Isäntäorganismin normaali prioniproteiinituotanto on prionitaudin synnyn edellytys
Muutunut prioniproteiini pyrkii aggregoitumaan, ei hajoa täysin proteaasikäsittelyssä
Miten normaali proteiini muuttuu epänormaaliksi ?
Pakottavatko epänormaalit prioniproteiinit normaalit proteiinit muuttumaan ? Sitovat niitä itseensä ?


Hiiva, ohra ja oluen valmistuksesta



Lager-olut


4 g uutetta

5 g etanolia

4 g CO2

87 g vettä























2 g hiivaa
2,5 g flavoriyhdisteitä
46,9 g CO2

49,1 g etanolia





C6H12O6 ==> 2 CO2 2 C2H5OH
-56 kcal/mol


100 g sokeria
0,5 g aminohappoja



Suomessa juodaan vuodessa olutta…



Oluen valmistuskaavio


.


Maltaan rouhinta


Mäskäys


Oluen pääkäyminen


Vierteen

siivilöinti


Keitto ja

humalointi


Selkeytys


Jäähdytys

ja hiivaus


Pullotus

tai tölkitys


Suodatus


Varastokäyminen


Jakelu ja myynti



Keittohuone


Vaakasiilo


Mallasmylly


Mäskäyskattila


Raakaviljakattila


Juoksutusamme


Whirlpool


Keittokattila


Mallas


Humala


Ents.


Ents.


Raakavilja


Ca


Happo


Vesi


Zn


Happo


Ca


Väri


Sokeri



Mäskäys


Mallas muutetaan hiivan sopivaksi ravintoliemeksi
glukaanien, proteiinien (loppu)pilkkominen,


tärkkelyksen pilkkominen käymiskelpoisiksi sokereiksi


Ohran entsyymejä


Entsyymi/t


Pilkkoo





°C





pH


Glukanaasit





b-glukaanit





50





6,0


Peptidaasit


Valkuaisaineet





52





5,5


b-amylaasi





Tärkkelys (maltoosiksi ketjun päästä)





62





5,5


a-amylaasi





Tärkkelys (summittain, ei haarakohdista)





70





5,2





näistä reaktioista, optimeista ja tavoitteesta muodostuu MÄSKÄYSOHJELMA




Mäskikattilan sekoitin



Mäskin erotus


I Siiviläamme

II Mäskisuodatin

Kirkkaus, (liian kirkas ?), nopeus, varmuus


Keitto

”ravinneliuoksen ”sterilointi”
humalavalmisteet lisätään keiton aikana


Siiviläamme



Beer processsing


eli käymisen jälkeiset toimenpiteet


kylmäkäsittely eli stabilointi
suodatus (oluen kirkastaminen)
oluen kantavierteen säätäminen
hiilidioksidin lisääminen
tuotenormien täyttäminen
oluen pastörointi
pullotus/astiointi


Hiiva


Vierre


Sokerit
(maltoosi)


Typpi
(aminohapot)


Sivutuotteet
etanoli, CO2


Lämpö


Miksi hiiva tekee olutta?


Olut


Happi


Vitamiinit
ja

mineraalit


Flavori-
aineet


Lisää
hiivaa


Energia


Uusi solu



Käyminen


-


5


6





k


c


a


l


/


m


o


l


C6H12O6 ==> 2 C2H5OH 2 CO2

180,16 2*46,07 2*44,00

100 g 51,14 g 48,85 g


Käytännössä päästään noin 92% saantoon teoreettisesta eli

100 g glukoosia => 47,05 g EtOH

100 g maltoosia => 49,52 g EtOH

100 g maltotrioosia => 50,41 g EtOH



Hiilihydraatit


Käymiskelpoiset

glukoosi

fruktoosi

sakkaroosi

maltoosi

maltotrioosi

raffinoosi


Käymiskelvottomat

pentoosit

laktoosi

sellobioosi

dekstriinit

tärkkelys

selluloosa



Aromin muodostus



Aika


Hiiva


Uute


Pääkäyminen


lag


max nopeus


n. 50% sokerien käytöstä




Riittämätön hiivan kasvu


* epätasainen fermentaatioaika


* huono käymisnopeus


* muuttunut flavori


* huonolaatuinen kierrätyshiiva


Liiallinen hiivan kasvu


* biomassan ylituotanto


* muuttunut flavori


Hiivan kasvu



Erilaisia käymistankkeja


Heineken
“Apollo”


Kronenbourg


Unitank


25 m


20 m


8,5 m


5,6 m


10,5 m


8,5 m



























P=QCO2*r*g*Ha[ln(Ha ½Ha)/Ha)]



Sekoitus fermentorissa



Pää- ja jälkikäyminen


Hiivapoisto 1


Hiivan talteenotto


Hiivapoisto 2


-2


0


2


4


6


8


10


12


14


0


5


10


15


20


Aika [vrk]


Uutepitoisuus p-%


Hiiva 107/ml


Paine bar


Tsylinteri oC


Tkartio oC


Ruvan poisto



Diasetyyli


diasetyyli


Valiinisynteesi


-asetolaktaatti


-asetolaktaatti


diasetyyli


butaanidioli


butaanidioli


asetoiini



Immobilisoitu, jatkuvatoiminen jälkikäyminen


Kesto 1 - 2 tuntia


Olut painetankkiin


Nuorolut käymistankista


Hiivan erotus


Lämpökäsittely


80-90oC, 5 -10 min


Hiivakolonni



Hiiva


Saccharomyces cerevisiae
pohjahiiva (lager-olut)
ei käytä melibioosi-sokeria
S. carlsbergenisis
S. uvarum
S. pastorianus
Saccharomyces cerevisiae
pinta-hiiva
käyttää melibioosisokerin
ale, stout, porter, vehnäolut y.m.


Hiiva


A pohjahiiva B pinta-hiiva



Hiiva


Eroja kantojen välillä
ravintovaatimukset
ravinteiden hyväksikäyttö
happivaatimus
lämpötilaan reagoiminen
happamuuteen reagoiminen
aineenvaihdunnan tuotteet


Hiivan ravintovaatimukset


Happilähde vierteen ilmastus
Energialähde hiilihydraatit
Typpilähde aminohapot, ammoniumsuolat
Kivennäisaineet Mg-, P-, K-, Ca-, Zn- ionit, ...
Vitamiinilähde B-vitamiinit (biotiiniti, inositoli, tiamiini)
Hiililähde hiilihydraatit


Flavori


Flavori = tuoksu maku


Flavoriin vaikuttavia aineita oluessa
alkoholit
hapot
esterit
karbonyylit
rikkiyhdisteet



Hiivakanta

Vierre

Humalointi

Keitto

Käyminen

Mikrobiologinen puhtaus

Kemiallinen puhtaus

Pullotus/happi

Kuljetus ja varastointi/lämpö ja valo

niin en ymmärtänyt mihin homesienistä on hyötyä?!.kun meillä on läksynä biologiasta semmoinen tehtävä miss kysytän:missä homesienet ovat hyödyllisiä?ota selvää. niin että help.lähettäkää mulle viestii sähköpostii eli [email protected]!

T:elina lappalainen