Bakterier och arkeer

arkeer

Arkéer är kända för att leva i många extrema miljöer dvs extremofiler (pH, tryck,strålning, salt, temperatur)

Till exempel halofiler som lever i extremt salta miljöer

Men det finns också arkéer i mer "normala" miljöer som sjöar och hav, även om bakterier dominerar där

fenotypisk klassificering av bakterier

Morfologi: Form, storlek

Motilitet: Simmar med hjälp av flageller, glidande med pili, flyter med gasvesiklar...

Cellens uppbyggnad: Pigment, sporer, cellvägg(gramfärgning), kapsel

Övrigt: Antibiotikaresistens, patogenicitet

Metabolism: Energikälla, aerob, anaerob, temperatur-pH-salt tolerans, kolkälla, svavelkälla, tillväxtfaktorer.

the great plate count anomaly

<< 1 % av bakteriecellerna växer vanligtvis på en agarplattaBeskrivning av nya arter kräver dock odling i laboratorier

16S rRNA

Indikator för evolutionärt avstånd mellan organismer

Finns i alla organismer

Liknande funktion

Evolutionärt neutral

Överförs ej mellan bakterier (kanske inte helt sant...)

Används för identifiering

Heter 18S för eukaryoter (ellerSSU rRNA)

artkonceptet i praktiken

OTU = Operational Taxonomic Unit, t ex 97 eller 99% likhet

ASV=Amplicon sequence variant, identisk gen

Både ASVs och OTUs är grovauppdelningar

cyanobakterier

Utför oxygen fotosyntes d v s syrgas bildas

Utvecklingen av syrgas i atmosfären på den tidiga Jorden

Vissa är vanliga i övergödda sjöar, ger då algblomningar Ursprunget till kloroplasten, dvs att växter kan utföra fotosyntes

Kallades tidigare för blågröna alger

Behöver inte vara mikroskopiska, utan kan bilda stora strukturer

Kan leva i symbios, tex lavar

Kan vara kvävefixerare (dvs ta upp N2 från luften)

ex: sjöplommon

proteobakterier

Mycket divers grupp med ganska lite gemensamt, stor funktionell mångfald

Ursprunget till mitokondrierna (eukaryota cellens "kraftstation")ursprung som alfaproteobakterie

Vanliga bakterier i sjöar och hav - alfa och beta

aktinobakterier

ger jorden lukt genom att bilda doftrika organiska ämnen

Mycket vanliga i jord och sötvatten

Växtsättet kan påminna om svampar dvs mycel, men alla växer inte så

Många producerar antibiotika

Mycobakterier ger tuberkulos och lepra

De flesta är grampositiva

Firmicutes (Bacillota)

Några exempel:Streptokocker, Lactobacillus, Bacillus, Clostridium

De flesta är grampositiva

Kan bilda sporer --> långsiktig överlevnad

FBC-gruppen

Fibrobacterota, Chlorobiota (Gröna svavelbakterier utför fotosyntes, Men en annan sort än cyanobakterierna), Bacteroidota (Mkt vanliga tarmbakterier, Proportionerna mellan Bacteroidetes and Firmicutes i tarmen verkar vara kopplat till hälsa t ex fetma)

mycket divers grupp

chloroflexi

Igen en divers grupp

Ett exempel är Chloroflexales

Också känd som "green non sulphurbacteria"

Troligtvis den äldsta fotosyntetiseraren

Kan bilda filament, glider på ytor

Några bildar mattor i heta källor

Candidate phyla radiation CPR

Jättestor grupp vi vet väldigt lite om

Också kända som Patescibacteria

Väldigt få odlade representanter

Väldigt små (<0,2 μm), små genom

Kanske parasiter eller symbionter

Förekommer i bl a sötvatten

"Candidate" betyder att renkulturerinte finns - kan inte ge ett formellttaxonomiskt namn

Chlamydiota

Intracellulära parasiter,flera kända sjukdomarIntracellulär = förökar siginom värdcellen

Spiroketer

Till exempel: Borrelia, Treponema(syfilis), men också ickepatogena ibland annat vattenVäldigt speciellt utseende

2 stora grupper av arkeer

Eftersom det ofta är svårt att odla arkéer kommer kunskap om diversiteten ofta frånDNA extraherat från olika miljöer - ej från odlade celler

Crenarchaeota:

All kända är termofiler/hypertermofiler (växer bäst vid höga temperaturer)

många acidofiler

Euryarchaeota:

Halofiler (saltälskande)

(Hyper) termofiler

Arkéer som växer vid låg temperatur i jord och vatten

metanogener

metanogener

varierande syrefria miljöer

producerar metan

genererar biogas

bidrar till växthuseffekten

används som reningssteg i reningsverk

halofier och termofiler ingår i gruppen

metanogener och komagar

cellulosa -> glukos -> fermentation (bakterier, eukaryoter) -> propionat, smösyra, acetat -> ut i blodomloppet -> energi

H2 producerat av bakterier och eukaryoter,används av arkéer för att reducera CO2 till CH4 .Nödvändigt för att minska det partiella trycket i våmmen.

hyperhalofiler

hög salthalt

byter ut Na+ mot K+

stabiliserar genom cellvägg med negativa laddningar

låg/normalt salthalt -> vatten kommer in och cellen sprängs

flera unika system att omvandla ljus till energi

hypertermofiler

heta källor

termoacidofiler

cellen är anpassad

stabilare membran

heat shock proteiner skyddar

annan form på DNA

acidofiler och alkalofiler

växer vid lågt/högt pH

Acidofiler: överlever runt pH 0. Ingen cellvägg: cellmembranet måste motstå syran

Alkalofiler: pH>9. alkalofila proteaser som tillsats till tvättmedel och i papperbruksindustrin

kemotrofer

använder kemisk energi

kemoorganotrofer

oxidation av organiskt ämne ger energi

Organiskt ämne oxideras och frigjord energi lagras som ATP

NADH och liknande molekyler används i elektrontransportkedjan

En protongradient byggs upp över membran (hos oss övermitokondriens membran)

När protoner diffunderar tillbaka över membranet bildas ATP från ADP (membranfosforylering), energi lagras som ATP

Elektrontransporten kräver en elektronacceptor t ex syrgas somreduceras till vatten

Alltså, det är alltid både oxidation och reduktion inblandat

kemoorganotrofi i närvaro av syrgas

Organisk förening + O2 -> ATP + CO2 + H2O

Kol i en organisk förening oxideras till koldioxid

Syrgas reduceras till vatten i respirationen

Respiration= kemisk energi i näring omvandlas till ATP genom oxidation med syrgas eller annan elektronacceptor

kemoorganotrofi utan syrgas

Anaerob respiration

Elektronacceptor är organisk (t ex fumarat) eller oorganisk förening (tex NO3- , SO42- , CO2)

Specialiserade organismer

exempel på anaerob respiration:

Sulfatreduktion: SO42- -> H2S i marina system sk. "döda bottnar"

Järnreduktion: Fe3+ -> Fe2+ jord och sjösediment

Denitrifikation: NO3- -> N2

Metanogenes: metan bildas av arkéer

levnadssätt i förhållande till syrgas

Obligat aerob (måste ha syrgas)

Obligat anaerob (tål inte syrgas)

Aerotolerant (kan leva i närvaro av syrgas, men använder inte syrgas irespirationen)

Fakultativt anaerob (kan leva både med och utan syrgas)

Mikroaerofil (lever vid lägre syrgashalter)

fermentation

Sker under anaeroba förhållanden

Använder internt producerad organisk elektronacceptor, dvs inte syrgas eller någon annan extern electronacceptor (t ex NO 3- eller SO 42-... )

Substratnivåfosforylering ger ATP (ingen citronsyracykel eller elektrontransportkedja)

Lågt energiutbyte

Slutprodukten varierar men används ofta av oss i t ex matlagning t ex ättiksyra,etanol, mjölksyra

Utförs av bakterier och arkéer men också eukaryoter (jäst)

heterotrofi

kol från organisk förening

kemoorganoheterotrofi

både energi och kol kommer från en organisk förening

kemolitotrofer

oxidation av oorganiskt ämne ger energi

Stenätare

Energikälla: oxidation av t ex H2, H2S, S, Fe2+,NH3

Förekommer enbart hos bakterier och arkéer

Specialister

ATP bildas på liknande sätt som organotrofer dvs oxidation,elektrontransportkedja

autotrofi

kol från koldioxid

kemolitoautotrof

får både kol och energi från oorganiska föreningar

samma förening kan vara både start och slutpunkt

Metanogener: arkéer (oftast) bildar metan i anaerob respiration

Metanotrofer: bakterier och arkéer använder metan som energikällaoch kolkälla aerobt eller anaerobt

Nitrifikation: Kemolitotrofa bakterier och arkéer oxiderar NH3 till NO2-och vidare till NO3-

Denitrifikation: Bakterier och arkéer i anaerob respiration: NO3- ->NO2- -> NO -> N2O ->N2

Leder till biogeokemiska kretslopp, mer om det på senare kurser

syntrofi

En energimässigt ofördelaktig reaktion kan genomföras på grund avatt slutprodukten konsumeras av en annan

Till exempel i en komage:

1. Organiska föreningar fermenteras -> vätgas ackumuleras

2. Vätgas utnyttjas av metanogener och metan frigörs

fototrofi

energi från solen

Den vanligaste formen av fototrofi (växter och cyanobakterier):

Ljusenergi + CO2 + H2O -> organiska föreningar + O2

Solenergi blir kemisk energi samtidigt som vatten oxideras till syrgas

Kallas också oxygen fotosyntes (syrgas bildas)

Eftersom kolkällan är koldioxid så är detta fotoautotrofi

Klorofyll (den gröna färgen) fångar upp ljuset

Men detta är inte den enda formen av fototrofi

fotosyntes med annat än vatten

Istället för H2O oxideras t ex H2S, S, H2 eller organiska föreningar

Anoxygen fotosyntes (dvs syrgas bildas inte)

Till exempel purpurbakterier (gammaproteobakterier)

Ljusenergi + CO2 + H2S -> organiska föreningar + S

ex på anogygen fotosyntes

Gröna svavelbakterier Chlorobi

Använder H2, H2S eller S

Finns bland annat på stort djup i Svartahavet (där finns ingen syrgas)

Tillhör "FCB-gruppen" (Fibrobacter,Chlorobi, Bacteroidetes)