Course : ΓΕΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ [open]

Στην ενότητα αυτή αρχικά αναφέρονται κάποια ιστορικά στοιχεία σχετικά με τις σημαντικότερες ανακαλύψεις που οδήγησαν στην εγκαθίδρυση της μικροβιολογίας ως επιστήμης. Στη συνέχεια δίνεται ο ορισμός των μικροοργανισμών και αναφέρονται οι κατηγορίες αυτών (αρχαία, βακτήρια, μύκητες, φύκη, πρωτόζωα, έλμινθες και ιοί) καθώς και οι εξελικτικές τους σχέσεις. Παρουσιάζονται τα συστήματα ονοματολογίας και ταξινόμησης των μικροοργανισμών, τα βασικά χαρακτηριστικά ενός μικροβιακού κυττάρου, καθώς και τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά της μικροβιακής ζωής (μεταβολισμός, αναπαραγωγή, διαφοροποίηση, επικοινωνία, κίνηση, εξέλιξη).  Αναφέρονται οι όροι ενδιαίτημα και οικοσύστημα, καθώς και η διαφοροποίηση των πλαγκτονικών από τις βιο-υμενικές μικροβιακές κοινότητες. Αναλύεται η επίδραση των μικροοργανισμών στη ζώη (καθημερινότητα) του σύγχρονου ανθρώπου, και πιο συγκεκριμένα στους τομείς της γεωργίας, της βιομηχανίας τροφίμων, της ενέργειας, του περιβάλλοντος και της βιοτεχνολογίας. Τέλος παρουσιάζονται οι κυριότεροι κλάδοι (επιστημονικές περιοχές) της σύγχρονης επιστήμης της μικροβιολογίας και το αντικείμενο αυτών.     

Στην ενότητα αυτή παρουσίαζονται τα βασικά (ιδιαίτερα) χαρακτηριστικά των μικροβιακών κυττάρων και των ιών, καθώς και οι  διαφορές των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων. Όσον αφορά τα βακτήρια, αναφέρονται τα τρία πιθανά τους σχήματα (σφαιρικά, ραβδόμορφα, σπειροειδή), περιληπτικά στοιχεία σχετικά με τον κυτταρικό φάκελο αυτών (κυτταρική μεμβράνη και κυτταρικό τοίχωμα) και η διαφοροποίηση αυτών σε θετικά και αρνητικά κατά Gram. Παρουσιάζεται η μικροβιακή ποικιλομορφία και πιο συγκεκριμένα όσον αφορά τον τρόπο πρόληψης της ενέργειας (από οργανικές, ανόργανες ενώσεις και το φως), την πηγή άνθρακα (αυτότροφοι, ετερότροφοι μικροοργανισμοί), τις απαιτήσεις σε μοριακό (αέριο) οξυγόνο και την ικανότητα επιβίωσης σε αντίξοες συνθήκες. Τέλος παρουσιάζονται οι τρείς κύριες κατηγορίες αρχαιοβακτηρίων (μεθανιογόνα, ακραία αλόφιλα, υπερθερμόφιλα) καθως και οι λειχήνες, οι τελευταίοι ως αντιπροσωπευτικό παράδειγμα μικροβιακής συμβίωσης.

Στην ενότητα αυτή αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά του κυτταρικού φακέλου (κυτταροπλασματικής μεμβράνης και κυτταρικού τοιχώματος) των προκαρυωτικών κυττάρων. Όσον αφορά τις κυτταροπλασματικές μεμβράνες, αναφέρονται οι κύριες διαφορές που εντοπίζονται σ’ αυτές ανάμεσα σ’ ένα βακτήριο και σ’ ένα αρχαίο, οι τρεις κύριες λειτουργίες αυτών (φραγμός διαπερατότητας, θέση δέσμευσης πρωτεϊνών και διατήρηρης ενέργειας) και τέλος παρουσιάζονται τα μεμβρανικά συστήματα μεταφοράς ουσιών στους μικροοργανισμούς. Στη συνέχεια αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά του κυτταρικού τοιχώματος των προκαρυωτικών κυττάρων και η διαφοροποίηση των θετικών από τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια, όσον αφορά τη δομή του κυτταρικού τους φακέλου. Παρουσιάζονται τα συστήματα μετακίνησης των μικροοργανισμών, οι βασικές διαμορφώσεις των μαστιγίων των βακτηριακών κυττάρων, και οι περιβαλλοντικές αποκρίσεις / συστήματα τακτισμού των μικροοργανισμών (χημειοτακτισμός, φωτοτακτισμός, αεροτακτισμός, ωσμωτακτισμός). Τέλος παρουσιάζονται οι κύριες επιφανειακές (κροσσοί και τριχίδια, κάψουλες και βλεννοστοιβάδες) και ενδοκυττάριες δομές (κοκκία, έγκλειστα, κυστίδια) των προκαρυωτικών κυττάρων, καθώς και ο μηχανισμός σχηματισμού των ενδοσπορίων (σποριοποίηση) στα βακτήρια. 

Στην ενότητα αυτή αρχικά δίνεται ο ορισμός της μικροβιακής θρέψης, ο διαχωρισμός των μακροτροφικών από τις μικροτροφικές θρεπτικές ουσίες, και παρουσιάζονται οι κύριες μακροτροφικές ουσίες (άνθρακας, άζωτο, φώσφορος, θείο, σίδηρος), τα ιχνόστοιχεια και αυξητικοί παράγοντες (βιταμίνες, αμινοξέα, πουρίνες, πυριμιδίνες). Σχετικά με το μικροβιακό μεταβολισμό, αναφέρονται οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις παραγωγής ενέργειας (ATP), η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής, οι ανηγμένοι φορείς ηλεκτρονίων (NADH, FADH₂) και οι τρεις τρόποι σύνθεσης ATP στα κύτταρα (άμεση φωσφορυλίωση, οξειδωτική φωσφορυλίωση, φωτοφωσφορυλίωση). Παρουσίαζονται τα βασικά χαρακτηριστικά καθώς και οι διαφορές ανάμεσα στις τρεις καταβολικές διαδικασίες παραγωγής (απελευθέρωσης) ενέργειας στα μικροβιακά κύτταρα (αερόβια αναπνοή, αναερόβια αναπνοή, ζύμωση). Σχετικά με την κυτταρική αναπνοή, παρουσίαζεται η γλυκολυτική οδός Embden-Meyerhof, ο κύκλος του κιτρικού οξέος (Krebs), η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και ο μηχανισμός της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Σχετικά με τη ζύμωση, παρουσιάζεται η γαλακτική και αλκοολική ζύμωση, ενώ επίσης αναφέρονται και τα άλλα ειδικά μονοπάτια ζύμωσης που συναντώνται στους μικροοργανισμούς (π.χ. ζύμωση μεικτών οξέων, προπιονική, βουτανεδιολική). Τέλος περιληπτικά αναφέρεται ο καταβολισμός των λιπιδίων και των πρωτεϊνών στα μικροβιακά κύτταρα και παρουσιάζονται δύο εναλλακτικές καταβολικοί οδοί, η χημειολιθοτροφία και η φωτοτροφία.

Στην ενότητα αυτή αρχικά παρουσιάζεται ο πολλαπλασιασμός (αφυλετική αναπαραγωγή) των βακτηρίων, οι πρωτεϊνές Fts που σχηματίζουν το διαιρισίσωμα των προκαρυωτικών κυττάρων, και η σύνθεση νέου κυτταρικού τοιχώματος κατά την κυτταρική διαίρεση. Στη συνέχεια αναφέρονται ο ρυθμός αύξησης και ο χρόνος γενεάς (διπλασιασμού) των μικροοργανισμών, δίνεται ο ορισμός της κλειστής μικροβιακής καλλιέργειας και ακολούθως παρουσιάζονται οι τέσσερις φάσεις ανάπτυξης ενός βακτηριακού πληθυσμού σ’ ένα οποιοδήποτε κλειστό σύστημα καλλιέργειας (προσαρμογής, εκθετική φάση ανάπτυξης, στάσιμη φάση, φάση θανάτου). Σχετικά με την εκθετική αύξηση των βακτηρίων, αναφέρονται οι κύριες μαθηματικές παράμετροι που την περιγράφουν, δίνεται ο ορισμός του ειδικού ρυθμού αύξησης και οι παράγοντες που τον επηρεάζουν. Περιγράφονται οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τρόποι μέτρησης του μικροβιακού πληθυσμού (υπολογισμού της κυτταρικής συγκέντρωσης) ενός δείγματος (διαδοχικές δεκαδικές αραιώσεις και καταμέτρηση των αποικιών σε τρυβλία, μετρήσεις θολερότητας, άμεση μικροσκοπική καταμέτρηση, μέθοδος της διήθησης). Στο τέλος της ενότητας παρουσιάζονται οι τέσσερις κύριοι περιβαλλοντικοί παράγοντες (θερμοκρασία, pH, ενεργότητα νερού και διαθεσιμότητα οξυγόνου) που επηρεάζουν τη μικροβιακή αύξηση, ο βασικός μηχανισμός επιρροής του κάθε παράγοντα και οι διάφορες κατηγορίες των μικροοργανισμών ανάλογα με τις απαιτήσεις τους σε καθένα απ’ αυτούς τους παράγοντες (π.χ. μεσόφιλοι, οξεοανθεκτικοί, υποχρεωτικά αναερόβιοι).  

Στην ενότητα αυτή αρχικά δίνεται ο ορισμός της αποστείρωσης και περιγράφονται οι διάφοροι φυσικοί τρόποι ελέγχου της μικροβιακής αύξησης (υψηλή θερμοκρασία, ψύξη, διήθηση, αποξήρανση, υψηλή ωσμωτική πίεση, ακτινοβόληση και επεξεργασία με υψηλή υδροστατική πίεση). Όσον αφορά τη θερμοκρασία, αναφέρονται οι κατηγορίες των μικροοργανισμών με βάση τις θεμελιώδεις θερμοκρασίες ανάπυξης (ελάχιστη, άριστη, μέγιστη), περιγράφεται η εκθετική θανάτωση των βακτηρίων όταν αυτά εκτίθενται σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από τη μέγιστη, δίνεται ο ορισμός του χρόνου δεκαδικής μείωσης, του τρόπου υπολογισμού του και τον παραγόντων που τον επηρεάζουν, αναφέρεται ο χρόνος θερμικού θανάτου και η τιμή Ζ. Στο δεύτερο μέρος της ενότητας, παρουσιάζονται οι τρεις κύριες κατηγορίες των χημικών αντιμικροβιακών παραγόντων (αντισηπτικά, απολυμαντικά και χημειοθεραπευτικοί παράγοντες) και αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά των χημειοθεραπευτικών παραγόντων που χορηγούνται in vivo (συνθετικοί παράγοντες, αντιβιοτικά). Τέλος, παρουσιάζονται οι βασικοί μηχανισμοί ανθεκτικότητας των μικροοργανισμών σε χημικούς αντιμικροβιακούς παράγοντες.

Στην ενότητα αυτή αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά των ιών και περιγράφεται ο τρόπος πολλαπλασιασμού αυτών με ιδιαίτερη αναφορά σε κάθενα από τα στάδια του κύκλου ζωής αυτών (προσκόλληση, διείσδυση, σύνθεση νουκλεϊκού οξέος και πρωτεϊνών, συγκρότηση και απελευθέρωση). Παρουσιάζονται οι επιθετικοί ιοί (π.χ. βακτηριοφάγοι Τ) και ο λυτικός κύκλος αυτών, οι ήπιοι ιοί (π.χ. βακτηριοφάγος λάμδα) και το φαινόμενο της λυσιγονίας.  Αναφέρονται οι ερπητοϊοί των ζωικών κυττάρων, τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ρετροϊών, των ιών των φυτών και των μυκήτων, τα ιοειδή και οι πρωτεΐνες πρίον.

Στην ενότητα αυτή αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά των ευκαρυωτικών μικροοργανισμών (μύκητες, φύκη, πρωτόζωα και έλμινθες). Όσον αφορά τους μύκητες, παρουσιάζονται οι τρεις κατηγορίες αυτών (υφομύκητες ή μούχλες, ζύμες, μανιτάρια), αναφέρεται η σημασία αυτών για το περιβάλλον, τη βιομηχανία τροφίμων και την παραγωγή χρήσιμων ενώσεων, ενώ αναφέρονται οι μυκητιάσεις και μυκοτοξινώσεις που μπορούν να προκαλούνται από παθογόνα στελέχη αυτών. Για κάθε μία από τις τρεις κατηγορίες μυκήτων, παρουσιάζονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά αυτής, ενώ γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στον τρόπο αναπαραγωγής της κάθε κατηγορίας (αφυλετικός, φυλετικός). Όσον αφορά τα πρωτόζωα, παρουσιάζονται οι τέσσερις ταξινομικές ομάδες (φύλα) αυτών (μαστιγοφορά, αμοιβάδες, βλεφαριδοφόρα , σπορόζωα), οι τρόποι αναπαραγωγής αυτών και ο μηχανισμός της εγκύστωσης. Στους έλμινθες αναφέρονται τα δύο κύρια φύλλα αυτών (πλατυέλμινθες, νηματέλμινθες) και περιληπτικά στοιχεία για τον πολύπλοκο κύκλο ζώης αυτών.  

Στην ενότητα αυτή περιγράφονται τα τρία είδη συμβιωτικών σχέσεων (ωφέλιμη συμβίωση, προσσιτισμός, παρασιτισμός) που μπορούν να παρατηρηθούν μεταξύ διαφορετικών μικροοργανισμών που απαντούν σ’ ένα συγκεκριμένο περιβάλλον, περιγράφεται η φυσική μικροχλωρίδα του γαστρεντερικού συστήματος, οι ωφέλιμες επιδράσεις αυτής για τον ξενιστή και οι παράγοντες που την επηρεάζουν. Όσον αφορά το φαινόμενο του παρασιτισμού και τις επιβλαβείς μικροβιακές αλληλεπιδράσεις, δίνεται ο ορισμός της λοίμωξης, των δυνητικά παθογόνων στελεχών, της παθογονικότητας, της μολυσματικότητας και των παραγόντων μολυσματικότητας, αναφέρονται οι (προδιαθεσικοί) παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή ενός ξενιστή, και οι μηχανισμοί παθογένειας των μικροοργανισμών (τοξικότητα, ικανότητα εισβολής). Αναφέρονται οι διάφορες επιφανειακές δομές που συνήθως συμμετέχουν στη διαδικασία προσκόλλησης των μικροοργανισμών σε κύτταρα του ξενιστή, αλλά και μπορούν να προφυλλάσουν αυτούς από τους αμυντικούς μηχανισμούς του ξενιστή (π.χ. φαγοκυττάρωση από τα μακροφάγα), οι εξωτοξίνες, οι κατηγορίες αυτών και ο τρόπος δράσης της κάθε κατηγορίας, οι εντεροτοξίνες ως παράδειγμα εξωτοξινών καθώς και οι ενδοτοξίνες των αρνητικών κατά Gram βακτηρίων.