Mikrobiologia II rok Towaroznawstwo i Dietetyka. Ćwiczenie 8

Transkrypt

1 Część teoretyczna: Ćwiczenie 8 I. MIKROFLORA POWIETRZA Drobnoustroje w powietrzu rzadko występują w postaci wolnej, zwykle jako bioaerozole. Bioaerozol to układ dwu- lub trójfazowy, składający się z fazy rozpraszającej (powietrza) i rozproszonej (drobne cząsteczki płynu lub substancji stałych zawierające pyłki roślin, zarodniki grzybów, komórki bakterii, drożdży i wirusy). Drobnoustroje, przyczepione do cząstek kurzu i pyłu lub mikrokropelek płynów, mogą przebywać w powietrzu bardzo długo. Saprofityczną mikroflorę powietrza stanowią: ziarniaki z rodzaju Micrococcus i Sarcina wytwarzające barwniki, gronkowce białe, pałeczki Alcaligenes, tlenowe laseczki przetrwalnikujące z rodzaju Bacillus. W pomieszczeniach zamkniętych oraz w powietrzu atmosferycznym występują zarodniki grzybów strzępkowych z rodzaju Cladosporium, Penicillium, Aspergillus, Alternaria, Botrytis, czy Rhizopus i Mucor oraz drożdże Rhodotorula, Torulopsis i Candida. Liczba zarodników pleśni i komórek bakterii w powietrzu atmosferycznym zależy od sezonu, warunków pogodowych, wysokości nad poziomem morza. Bakterie chorobotwórcze, tj. gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus), pałeczka ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosą), a także paciorkowce z rodzaju Enterococcus i Streptococcus przedostają się do powietrza z jamy nosowo-gardłowej, zakażonych ran czy bielizny szpitalnej. Oznaczanie stopnia zakażenia powietrza Analiza powietrza prowadzona jest w oparciu o obecność tzw. wskaźników bakteriologicznego zanieczyszczenia powietrza. Są to gatunki lub rodzaje wytypowane jako przedstawiciele mikroflory pochodzącej z określonych zanieczyszczeń gleby, wód powierzchniowych, od ludzi i zwierząt. Wskaźniki bakteriologicznego zanieczyszczenia powietrza: - z przewodów oddechowych człowieka gronkowce i paciorkowce hemolizujące Staphylococcus albus, Streptococcus salivarius, Streptococcus viridans, - cząstkami gleby promieniowce, - cząstkami wód powierzchniowych Pseudomonas fluorescens. Dezynfekcja i wyjaławianie powietrza może być prowadzona następującymi metodami: mechanicznie filtrowanie przez filtry włókniste bawełniane, z włókien szklanych lub przez roztwory kwasów i ługów, fizycznie ogrzewanie powietrza poprzez sprężanie go do wysokich ciśnień, odpylanie elektrostatyczne oraz z zastosowaniem promieniowania UV, promieniowania jonizującego, wysokoenergetycznych promieni katodowych, gamma lub ultradźwięków, 1

2 chemicznie stosowanie substancji bakteriobójczych, w tym preparatów na bazie kwasu nadoctowego, nadtlenku wodoru, podchlorynu sodu, kwasu mlekowego, glikolu propylenowego i jego pochodnych. Ogólna liczba bakterii jtk/m 3 Liczba drożdży i pleśni jtk/m 3 Promieniowce jtk/m 3 Stopień zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego Poniżej Niezanieczyszczone Średnio zanieczyszczone Powyżej 3000 Powyżej 100 Powyżej Silnie zanieczyszczone Zasadniczo wyróżnia się dwie grupy metod pobierania prób oparte na: 1) osiadaniu zawiesin drobnoustrojów, 2) filtracji powietrza przez filtry. Metoda sedymentacyjna Kocha Najczęściej stosowaną metodą badawczą badania stopnia zanieczyszczenia mikrobiologicznego powietrza jest metoda sedymentacyjna. Oparta jest na swobodnym osiadaniu pod wpływem sił grawitacji pyłków i kropelek niosących mikroorganizmy. Pobranie próby polega na otwarciu przez ściśle określony czas płytki Petriego z wylaną uprzednio pożywką. Wynik ostateczny, tj. ilość drobnoustrojów w 1 m 3 powietrza oblicza się ze wzoru Omeliańskiego: L=A /P k Gdzie: L- ilość drobnoustrojów (jtk/m 3 ) A średnia ilość kolonii na płytkach Petriego, P powierzchnia płytki (cm 2 ), k współczynnik zależny od czasu ekspozycji k=1 dla 5 minut, k=2 dla 10 minut, k=3 dla 15 minut. Metody zderzeniowe Wyróżniamy w nich dwa sposoby przepuszczania powietrza tzn. wirowanie powietrza wciąganego przez przyrząd (mikroorganizmy osadzają się na cylindrze) lub zderzanie strumienia zassanego powietrza z pożywką. 2

3 Metody filtracji Polegają na przepuszczaniu określonej objętości powietrza przez odpowiedni jałowy filtr. Po przefiltrowaniu powietrza, wypłukuje się zatrzymane drobnoustroje ze stałego materiału filtracyjnego znaną objętością cieczy, która następnie posiewa się na pożywki stałe. II. ANALIZA ILOŚCIOWA MIKROORGANIZMÓW METODY HODOWLANE - znajomość ilości mikroorganizmów potrzebna jest dla oceny wzrostu drobnoustrojów w warunkach hodowli laboratoryjnych, dla oceny prawidłowego przebiegu procesów biotechnologicznych, dla określenia stopnia zanieczyszczenia produktów żywnościowych lub farmaceutycznych - metody określania ilości drobnoustrojów oparte są na metodach bezpośrednich mikroskopowych, pośrednich hodowlanych, wagowych, optycznych - metody hodowlane pośrednie oparte są na zdolności drobnoustrojów do rozmnażania, dzięki czemu oznacza się tylko żywe komórki zdolne do wzrostu: w pożywkach płynnych (metoda rozcieńczeń) w pożywkach stałych (metoda płytkowa) A) Metoda rozcieńczeń - metoda seryjnych rozcieńczeń Listera należy do klasycznych technik stosowanych do określania liczby drobnoustrojów oraz do izolowania czystych hodowli ze środowiska płynnego - zasada tej metody polega na wieloetapowym rozcieńczaniu badanej zawiesiny, tak aby w 1 cm 3 znajdowała się jedna komórka - z kolejnych rozcieńczeń wykonuje się posiewy po 1 cm 3 do pożywek płynnych co najmniej w dwóch powtórzeniach - po inkubacji określa się ilość prób dodatnich takich w których rosną drobnoustroje - korzystając z tablic McCrady ego ujmujących statystycznie ilość prób ze wzrostem drobnoustrojów, rozcieńczeniem i ilością powtórzeń wylicza się w oparciu o rachunek prawdopodobieństwa NPL, czyli najbardziej prawdopodobną liczbę drobnoustrojów w 1 cm 3 badanej próby - dokładność metody zależy od przygotowania właściwych rozcieńczeń i od ilości równoległych prób - warunkiem jest przygotowanie takiego szeregu rozcieńczeń, aby w ostatnim nie były już obecne mikroorganizmy - jest to jednak metoda czasochłonna, pracochłonna, wymagająca dużej ilości szkła i jest rzadko stosowana B) Metoda płytkowa 3

4 - tradycyjna metoda mikrobiologiczna stosowana powszechnie - wprowadzona w 1881 roku przez Roberta Kocha - zastosowanie: określanie liczby drobnoustrojów, izolacja czystych kultur, obserwacja morfologiczna, - zasada polega na wysiewie odpowiednio rozcieńczonej zawiesiny drobnoustrojów na pożywkę stałą, inkubacje i liczenie wyrosłych kolonii - wady: wyrosłe kolonie mogą łączyć się w łańcuszki, zlewać się itp., a więc mogą powstawać z więcej niż jednej komórki, wyrosłe kolonie są to tylko te które wyrosły z komórki zdolnej do rozmnażania - technika: rozcieńczenia zawiesiny (0.85 % NaCl jałowy rozpuszczalnik, w objętości 9, 90 lub 99 cm 3 uzupełnia się odpowiednio 1, 10 i 1 cm 3 zawiesiny drobnoustrojów, uzyskując żądane rozcieńczenia, roztwór dokładnie zamieszać, do każdego rozcieńczenia osobne pipety) posiewy na płytki Petriego metoda wgłębna lub powierzchniowa inkubacja czas godzin, w temperaturze optymalnej dla danego gatunku drobnoustrojów, płytki z agarem odwrócone do góry nogami, z żelatyną normalnie liczenie liczymy wyrosłe kolonie, odrzucamy te gdzie kolonii jest więcej niż 300. III. MIKROFLORA GLEBY O rozwoju mikroorganizmów w glebie decydują części stałe, zawierające związki mineralne i substancje organiczne (ok. 50% gleby), powietrze glebowe (ok. 35%) oraz roztwór glebowy (ok. 15%). Mikroflora gleby jest bardzo bogata i stanowi najszybciej rosnący i reagujący na zmiany parametrów środowiska składnik jej biocenozy. Drobnoustroje odgrywają w glebie dwojaką rolę: - rozmnażają się i metabolizują materię organiczną, tworząc biomasę własnych komórek oraz nagromadzają substancje, które tworzą próchnicę, - rozkładają i mineralizują związki organiczne, przez co wprowadzają w ponowny obieg pierwiastki niezbędne do produkcji roślinnej. Drobnoustroje Jtk w 1 g gleby Bakterie Promieniowce Grzyby Glony Pierwotniaki Do najpospolitszych i najczęściej występujących drobnoustrojów w glebach i na roślinach należą organotroficzne bakterie z rodzajów Alcaligenes, Bacillus, Enterobacter, Flavobacterium, Micrococcus oraz wirusy. Istotną rolę odgrywają bakterie wiążące azot atmosferyczny i prowadzące przemiany azotu mineralnego oraz organicznego, m.in. z rodzajów Azotobacter, Arthrobacter, Nitrosomonas, Nitrobacter, Pseudomonas, Serratia oraz beztlenowce Clostridium. Pod względem zawartości w glebie drugą grupę po bakteriach właściwych stanowią organotroficzne promieniowce, których przedstawiciele z rodzajów 4

5 Nocardia i Streptomyces wykazują uzdolnienia do rozkładu celulozy, lignin oraz różnych połączeń aromatycznych. Szeroko rozpowszechnione w glebach uprawnych są grzyby organotroficzne, przedstawiciele klas grzybów niedoskonałych, glonowców, workowców oraz drożdże z rodziny Sąccharomycetaceae i Cryptococcaceae. Podział mikroorganizmów glebowych 1. Mikroflora autochtoniczna obejmuje mikroorganizmy, które zawsze występują i rozwijają się w danym środowisku, w tym przypadku gleba jest dla nich najwłaściwszym środowiskiem, żyją w niej dzięki rozkładowi próchnicy czerpiąc z niej energię oraz mineralizując jej węgiel i azot % mikroorganizmów gleby stanowią bakterie saprofityczne, glebotwórcze. Możemy wyróżnić: fotolitotrofy drobnoustroje przeprowadzające fotosyntezę: glony, bakterie zielone Chlorobium, bakterie purpurowe siarkowe Thiobacillus, bakterie purpurowe bezsiarkowe Desulfovibrio, sinice (Nostoc, Anabaena), chemoorganotrofy na przykład bakterie: Alcaligenes, Bacteroides, Bacillus, Enterobacter, Escherichia, Flavobacterium, Micrococcus, Leuconostoc lub grzyby (workowce, drożdże, grzyby niedoskonałe), promieniowce, pierwotniaki i mezofauna. Do tej grupy należą mikroorganizmy przeprowadzające różne procesy: bakterie uczestniczące w przemianach związków azotu (bakterie nitryfikacyjne, denitryfikacyjne i wiążące azot) jak Nitrosomonas, Nitrobacter, Pseudomonas, Serratia, Clostridium, Bradyrhizobium, Azotobacter, Arthrobacter, Rhizobium, bakterie uczestniczące w przemianach związków siarki, np. Thiobacillus, Desulfovibrio, bakterie uczestniczące w przemianach związków fosforu, np. Serratia, Pseudomonas, Corynebacterium oraz grzyby Penicillium, Rhodotorula grzyby: Zygomycota, Ascomycota, Fungi imperfecti, drożdże: Sąccharomycetes, Cryptococcus, Rhodotorula, Candida, oraz promieniowce: Nocardia, Streptomyces, które syntetyzują bądź rozkładają różne związki, oraz wpływają na strukturę gleby. 2. Mikroflora zymogenna to drobnoustroje bytujące okresowo (saprofity i patogeny), dostają się do gleby niejako z zewnątrz, są aktywne w okresie dobrych warunków (np. po dostaniu się do gleby reszek roślin lub zwierząt rozwijają się masowo), po wyczerpaniu się w glebie łatwo dostępnej substancji organicznej przechodzą w stan spoczynku, który trwa aż do następnej dostawy świeżej substancji organicznej. Bakterie autochtoniczne są natomiast aktywne cały czas. Źródła mikroflory zymogennej to resztki roślin i padlina zwierząt oraz odchody zwierząt i ludzi, zdrowych lub chorych, gryzonie i owady, nosiciele mikroflory patogennej, ścieki bytowo-gospodarcze z gospodarstw rolnych, nawozy naturalne (obornik, kompost roślinny), opady atmosferyczne zmywające obszary zamieszkałe przez ludzi oraz środowiska przemysłowe (mikroflora patogenna). 5

6 Zaliczamy tu: mikroorganizmy pochodzące z nawozów naturalnych: pałeczki gramujemne Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Proteus, Azotobacter, szczególnie niebezpieczne dla człowieka bakterie Salmonella (dur brzuszny), Shigella, (czerwonka), Clostridium tetani (tężec), Clostridium botulinum (jad kiełbasiany), Escherichia coli (pałeczki fekalne), prątki gruźlicy oraz wirusy polio, ECHO, WZW, termofile: Bacillus stearothermophillus, Listeria monocytogenes, Yersinia, Aeromonas. IV. MIKROBIOLOGICZNY ROZKŁAD MATERIAŁÓW (BIODEGRADACJA) Część praktyczna: Wszystkie doświadczenia wykonujemy w warunkach jałowych! 1. Badanie stopnia zanieczyszczenia mikrobiologicznego powietrza metodą sedymentacyjną Kocha a) przygotowane szalki Petriego (dla każdej grupy po 2 sztuki; 1-sza z agarem odżywczym i 2-ga z agarem brzeczkowym) opisać b) eksponować szalki w dowolnym miejscu sali laboratoryjnej lub innym pomieszczeniu (otwarcie szalki) w taki sposób, aby uniemożliwiony był ruch powietrza wokół nich, przez 15 minut c) odłożyć szalki we wskazane miejsce do inkubacji 2. Badanie mikroflory gleby a) do wykonania ćwiczenia potrzebne będą sterylna woda (99,9 cm 3 ), gleba, waga, łyżeczka aluminiowa, dwie probówki z 9 cm3 sterylnej wody destylowanej, szalki Petriego z podłożem Pochona dla promieniowców i z podłożem Martina dla grzybów pleśniowych, dwie puste sterylne szalki Petriego (posiew metodą wgłębną), kolba z rozpuszczonym agarem odżywczym, głaszczka, łaźnia wodna wrząca, pipeta automatyczna i sterylne końcówki b) doświadczenie wykonać wg schematu 0.1 g gleby 1 cm 3 1 cm 3 1 cm 3 a) 1 cm 3 próby zalać agarem odżywczym Saprofity Ogólna Liczba Bakterii (OLB) 99.9 cm cm cm 3 9 cm cm 3 3a b) Całą probówkę wstawić do wrzącej łaźni wodnej na 10 min. 3b 1 cm 3 Posiew wglebny Podłoże Pochona Promieniowce Podłoże Martina Grzyby pleśniowe Posiew powierzchniowy b) 1 cm 3 z probówki z łaźni wodnej zalać agarem odżywczym Bacillus (Bakterie przetrwalnikujace) 6

7 c) opisane szalki Petriego odstawić do inkubacji. Mikrobiologia II rok Towaroznawstwo i Dietetyka 3. Rozkład celulozy a) na zestalony na płytce Petriego agar mineralny nałożyć za pomocą pęsety krążek bibuły filtracyjnej b) na powierzchni krążka umieścić kilka grudek ziemi kompostowej c) płytki nie odwrócone wstawić do cieplarki o temp. 30 o C na 2-3 tygodnie d) po inkubacji przeprowadzić obserwacje przy użyciu lupy lub mikroskopu stereoskopowego i opisać zmiany, jakie nastąpiły w krążku bibuły filtracyjnej (wytrawienia, zmiany barwy) e) ze zmienionych miejsc pobrać ezą materiał, wykonać preparaty bakteryjny barwiony fuksyną grzybowy w płynie Lugola f) oglądać pod mikroskopem, podać morfologię występujących bakterii i grzybów 4. Rozkład tkanin a) przygotować paski (2x3) wybranych tkanin o wymiarach 100 x 15 mm b) trzy różne paski tkaniny włożyć za pomocą szpatułki do pojemnika z glebą (zachować paski kontrolne) c) po 2-tygodniowej inkubacji w cieplarce w temp. 28 C wyjąć paski i oczyścić z gleby d) używając lupy lub mikroskopu stereoskopowego zaobserwować i opisać zmiany wyglądu tkanin e) sprawdzić wytrzymałość tkanin w porównaniu z kontrolą 5. Wpływ grzybów na skórę a) na płytce z podłożem Czapek-Doxa za pomocą jałowej pęsety umieścić dwa paski: jeden skóry naturalnej, drugi z materiału skóropodobnego (zachować paski kontrolne) b) jałową pipetą pobrać 1 cm 3 zawiesiny zarodników grzybów, zaszczepić przygotowane płytki i rozprowadzić ją głaszczką na powierzchni badanych próbek c) płytki z zaszczepionymi próbkami umieścić w cieplarce w temp. 30 C i wilgotności względnej 95% na ok. 28 dni. d) po okresie inkubacji badane próbki wyjąć z płytek, zmyć bieżącą wodą wodociągową, usunąć nadmiar wody przy użyciu bibuły. Paski pozostawić do wyschnięcia w temperaturze pokojowej e) wysuszone paski oglądać pod lupą lub mikroskopem stereoskopowym i zaobserwować zmiany w porównaniu z próbką kontrolną (próbka nie poddana działaniu grzyba) f) zanotować wyniki eksperymentu 6. Wpływ grzybów na tworzywa sztuczne a) do oznaczenia przygotować trzy próbki tworzyw sztucznych b) na płytce ze zmodyfikowanym podłożem Czapek-Doxa umieścić, używając jałowej pęsety próbkę tworzywa sztucznego (zachować paski kontrolne) c) jałową pipetą pobrać 0,2 cm 3 zawiesiny zarodników grzyba i przenieść na płytkę 7

8 d) rozprowadzić zawiesinę po powierzchni przy użyciu głaszczki e) płytki z zaszczepionymi próbkami umieścić w cieplarce w temp. 30 C i wilgotności względnej 95% na ok. 28 dni f) po okresie inkubacji ocenić wzrost grzyba nieuzbrojonym okiem lub za pomocą lupy czy mikroskopu Wizualną ocenę intensywności wzrostu grzyba przeprowadzić wg skali podanej w tabeli poniżej Skala oceny wizualnej Skala ocen Wyniki badań 0 Brak widocznego pod mikroskopem wzrostu grzybów na próbce 1 Wzrost grzybów na próbce słabo widoczny nieuzbrojonym okiem, ale dobrze widoczny pod mikroskopem 2 Wzrost grzybów na próbce widoczny nieuzbrojonym okiem, ale mniej niż 25% powierzchni pokryte grzybem 3 Wzrost grzybów na próbce widoczny nieuzbrojonym okiem i ponad 25% powierzchni pokryte grzybem 8