A mikroorganizmusok fontosabb anyagcseretermékei – primer metabolitok

A mikroorganizmusok anyagcseréje során igen sokféle anyag keletkezik, melyek a sejt életére és a

környezetére is eltérően hatnak.

Vannak olyanok (aminosavak, alkoholok, szerves savak) anyagok, amelyeket a mikroba sejt a további

élete során még hasznosít. Ezeket primer metabolitoknak nevezzük.

Az anabolikus és katalitikus folyamatok során azonban olyan anyagok is keletkeznek – és ezeket

szekunder metabolitoknak hívjuk -, amelyek a baktérium sejt további élete, szaporodása és növekedése

számára nem fontosak, vagy nem használhatók fel.

Primer metabolitok

Aminosavak

Az aminosavak előállítása két úton történhet: ipar és mikrobiológiai úton. (Megjegyezzük, hogy az ipari

előállitás sokszor gazdaságosabb!)

Fermentációs (mikrobiológiai) úton az aminosavszintézis mutáns törzsek segítségével történik, melyek

így az aminosavak rendellenes túltermelésére válnak hajlamossá.

Mikrobiológiai úton állítják elő az L-glutaminsavat, mely a Corynebacterium glutamicum és a

Brevibacterium divaricatum fajok vad típusainak mutáltatása után keletkezik a mutáns sejtekben.

Az L-glutaminsavat az élelmiszeripar ízjavítóként használja.

A lizin-t kizárólag mikrobiológiailag állítják elő. A legelterjedtebb lizintermelő baktérium a

Corynebacterium glutamicum és a Brevibacterium flavum. A keletkezett lizint takarmányadalékként

hasznosítják.

A Corynebacterium glutamicum és a Bacillus subtilis alkalmasak az ipari melléktermékként keletkező

indol L-triptofánná alakítására.

Enzimek

A mikroorganizmusok által termelt enzimeket elsősorban az élelmiszergyártásban, a mosószergyártásban,

valamint a félszintetikus antibiotikumok előállítására használják.

Az -amilázok a keményítőt dextrinné, maltózzá és glükózzá bontják. Ezt az enzimet a Bacillus

amyloliquefaciens, a B. licheniformis, valamint az Aspergillus oryzae-val termeltetik.

Az enzimet nem csak dextrin, maltóz és glükóz előállítására használják, hanem alkalmazzák a

sörgyártásban az erjeszthetőség javítására, a papíriparban, a cukorgyártásban és a mosószeriparban is.

A -amilázokat az Aspergillus niger, A. oryzae, A. awamori, és a Rhizopus niveus, Rh. delemar, R.

japonicus termeli.

A glükóz-izomerázt a Bacillus coagulans, Actinoplanes missouriensis, Streptomyces albus és a Str.

olivaceus termeli. Ez az enzim a glükózt fruktózzá alakítja, mely a szacharóznál édesebb és jó ízhatású.

A fehérjéket bontják a proteázok. Ezt elsősorban a mosószergyártásban és a sajtgyártásban hasznosítják.

A mosószergyártásban a Bacillus licheniformis, a B. amyloliquefaciens, a B. firmus és a B. megaterium

fajokból nyert alkalikus proteázokat alkalmazzák.

A sajtgyártásban – a korábban a fiatal borjak oltógyomrának kivonata helyett – a Mucor pusillus, a M.

miehei és a Cryphonectria parasitica által termelt proteázokat használják.

Az ezek által termelt enzim, minden mellékhatás nélkül csapja ki a kazeint.

A pektinázok az üdítőgyártásban nélkülözhetelenek. Ezt az enzimet az Aspergillus niger-rel, és az A

wentii-vel termeltetik (az enzim a pektinmolekula különböző kötéseit bontja).

A lipázokat elsősorban a sajtgyártásban és a tejiparban hasznosítják Ezt a Micrococcus és Lactobacillus

törzsek termelik.

A laktázok a tejcukrot bontják glükózra és galaktózra. Ezt az Aspergillus oryzae, A. niger, Kluyveromyces

lactis, K. fragilis és a Torula cremonis termeli.

Diétás ételek készítésére és takarmánykiegészítőként használják.

A penicillin aciláz-ok a félszintetikus antibiotikumok előállítására használatosak.

Ezt az Escherichia coli egyik mutánsa termeli.

Vitaminok

A mikroorganizmusokat számos vitamin és provitamin előállítására használják fel. Megjegyezzük

azonban azt is, hogy számos vitamin előállítása más forrásokból, vagy kémiai szintézissel gazdaságosabb.

Ma igazából a B12- vitamint (kobalamint) (Propionibacterium freudenreichii, Pr. shermanii,

Pseudomonas denitrificans), valamint a B2-vitamint (riboflavin) (Ashbya gossypii) termeltetik a

mkroorganizmusokkal.

Mivel ezek a vitaminok intra, valamint intra és extracellulárisan termelődnek, a sejteket illetve a

micéliumot is roncsolni kell a vitamin kinyeréséhez.

A mikroorganizmusok fontosabb anyagcseretermékei – szekunder metabolitok

Szekunder metabolitok

Antibiotikumok

Már több mint 50 éve nagy erőkkel folynak az antibiotikum kutatások. Ennek eredményeként

Kb. 10.000 mikroba eredetű antibiotikum, vagy antibiotikus anyag ismeretes. Gyakorlatilag azonban

ebből a sokaságból csak kb.150 antibiotikumot használnak fel.

Ezeket az antibiotikumokat fertőző betegségek gyógyítására, leküzdésére, daganatos betegségek

visszaszorítására, az élelmiszerek tartósítására, takarmányozásban kiegészitő adalékként, valamint

növényvédelmi céllal használják.

Elsőként a penicillint említjük, melyet Fleming fedezett fel. Ennek az antibiotikumnak történelmi

jelentősége volt a betegségek terápiájában. Az anyag a Gram-pozitív baktériumok ellen hatásos, mivel a

sejtfalképződést, gyakorlatilag a murein (peptidoglükán) képződését gátolják. Eredetileg a Penicillium

chrysogenum-ot és a P. notatum-ot használták a természetes penicillin előállitására. Közülük azonban

csak a benzil-penicillint (penicillin G) használják a gyógyászatban. Ma inkább az aktívabb, de ugyancsak

a penicillin G-ből előállított félszintetikus készitményt használják.

A cikloszerineket a Streptomyces – fajok (Str. orchidaceus, a Str. lavendulae, a Str. gryphalus) termelik,

és ugyancsak sejtszintézis gátlók. Nagyon jó hatásúak a tuberkulózist okozó Mycobacterium tuberculosis

ellen.

Az actinomicinek nagyon toxikusak. A melegvérűekben súlyos vese és májkárosodást okoznak. Ezt az

antibiotikumot a Streptomyces antibioticus és a Str. chrysomallus termeli.

A polimixin-B a Gram-negatív baktériumokra hat, és a Bacillus polymyxa termeli. A szer erősen toxikus,

ezért csak külsőleg alkalmazzák.

A sztreptomicint a Streptomyces griseus termeli. Széles hatásspektrumú. A Gram-pozitív és Gram-

negatív baktériumokra egyaránt hat. Eredményesen használható a Mycobacteriumokra is.

A neomicint a Streptomyces fradiae termeli.

A gentamicin-t a Micromonospora purpurea termeli, és a hatékony a Gram-pozitív és Gram-negatív

baktériumokra egyaránt

A penicillin érzékenyek sokat köszönhetnek a tetraciklineknek. A tetraciklint a Streptomyces

aureofaciens szintetizálja. A Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumokra hatnak, miközben a

melegvérűekkel szemben alig mutatnak toxikus hatást. A mikoplazmák, leptospirák, rikettsiák és

spirochaeták ellen hatásosak.

A pimaricint, melyet a Streptomyces natalensis termel, elsősorban élelmiszererek konzerválására

használnak.

Itt feltétlenül meg kell jegyeznünk, hogy az antibiotikumok tartós használata sok veszéllyel jár. A kezelt

mikoorganizmus populációkban rezisztens változatok szelektálódnak. Ez pedig azzal jár, hogy bizonyos

mikroba populációk az eredeti hatásos koncentrációnál sokkal nagyobb koncentrációt képesek elviselni,

sőt esetleg olyan nagy az alkalmazkodásuk, hogy az adott antibiotikumra nem is reagálnak. Ma már ilyen

erősen rezisztens törzseket (pl. Staphylococcus aureus, Micobacterium törzsek) izoláltak a japán és

amerikai kórházakban. Ez igazi veszélyt jelent, mivel nincs a kezünkben olyan ellenszer, amellyel ezek

ellen védekezhetnénk. Ezért terjednek a gombák által előidézett mikózisok, de ennek következménye a

tuberkulózis ismételt megjelenése, és sajnos erőteljes terjedése is.

Ma már számos törekvés van arra vonatkozóan, hogy ezt a rezisztenciát valamilyen módon csökkentsék,

illetve megelőzzék.

A rezisztencia elkerülése miatt nem szabad például az élelmiszeriparban olyan antibiotikumokat

használni, amelyeket a humán és veteriner gyógyászatban felhasználnak.

Hormonhatású anyagok

A növénytermesztésben és a szesziparban használatosak hormonhatású gibberellinek. Legismertebbek a

GA3 és a GA7 néven ismert gibberellinsavak.

Ipari előállításukra a Fusarium moniliforme gomba rizsről származó törzseit, illetve mutánsait

alkalmazzák.

Ugyancsak hormonhatású a fuzikokcin, amely egy auxinszerű hatásokkal bíró glikozid vegyület. Ezt a

Fusicoccum amygdali gomba termeli. Csírázásserkentő anyag.

Alkaloidok

Kevés olyan alkaloid van melyet a mikroorganizmusok szintetizálnak. E kivételek közé tartozik a

Claviceps purpurea és más Claviceps fajok által termelt anyarozs alkaloida.

Legfontosabb közülük az ergotamin és a félszintetikus metil-ergobazin. Ezeket a szülészetben

használják, vajúdást elősegítő, méh összehúzó szerepe van.

A Claviceps paspali termeli a lizergsavat, melynek hírhedt félszintetikus származéka az LSD

(nem a „Lucy in the Sky with Diamonds”, hanem a lizergsav-dietil-amid).

Mikotoxinok

Ezek a vegyületek igen sok gondot okoznak az állattenyésztésben és a humán egészségügyben egyaránt.

Nagyon sok van belőlük, így ezek áttekintése esetünkben nem is cél. Csak a fontosabbakat említjük meg.

(Ha valaki a téma iránt nagyobb affinitást mutat, ajánlhatjuk fígyelmébe az MTA által 1998-ban kiadott

„Mikotoxinok a táplálékláncban” c. kiadvány tanulmányozását.)

Az aflatoxinokat az Aspergillus flavus és az A. parasiticus termeli. Súlyos májkárosodást és tumort

okozhat. Szerencsére éghajlatunk alatt nem termelődnek, de a trópusi országokból származó takarmányok

és élelmiszerek tartalmazhatják. (A gombafaj nálunk is fellelhető!)

A szterigmacisztinek kb. tizedannyira mérgezőek, mint az aflatoxinok. Az Aspergillus flavus, A.

versicolor, A nidulans, A. parasiticus termeli.

Az ochratoxinokat az Aspergillus ochraceus és a Penicillium verrucosum termeli. Vesekárosádást

okozhatnak és a prokariótákra erősen toxikusak.

A citrinin ugyancsak a vesét károsítja. A Penicillium verrucosum és más Penicillium fajok is termelik.

A patulint ugyancsak a Penicillium és Aspergillus fajok szintetizálják.

A zearalenon, melyet a Fusariumok termelnek, ösztrogén hatásúak és álivarzást okoznak.

A T-2 toxin halálos kimenetelű nekrózisokat okozhat az emésztőrendszerben.

Tipikus Fusarium-toxin.

Az Alternaria fajok által termelt alternariatoxinok főként zöldség és gyümölcsfélékben halmozódnak fel.

Keringési zavarokat idéznek elő és a kolinészterázt bénítják.

A mikotoxinok ellen legjobb védekezés a megelőzés (prevenció), hiszen a gombákkal fertőzött terményt

már nem lehet mentesíteni a termelt toxinoktól.

A toxinok termelése már a szántóföldön megindul, de a rossz tárolási és betakarítási körülmények a toxin

termelését fokozzák.

Bakteriotoxinok

A bakteriotoxinok alapvetően endo,- és exotoxinok lehetnek. Ezek a toxinok nemcsak az őket termelő,

előállitó fajok tekintetében, hanem a toxinok tulajdonságaiban is különböznek egymástól.

A legerősebb bakteriotoxinok közé tartozik a Corynebacterium diphtheriae, a Clostridium tetani és a

Clostridium botulinum exotoxinja. Az utóbbi két baktérium az idegrendszert károsítja (neurotoxin)

azáltal, hogy toxinjaik az acetilkolint inaktiválják.

A Cl. tetani tetanusz görcsöt és végül fulladásos halált okoz, a Cl. botulinum pedig toxinjával a

botulizmust váltja ki, amely kb. 65%-ban halálos kimenetelű.

Az exotoxinok kevés kivételtől eltekintve fehérjék, ezért hőre és más denaturáló szerekre érzékenyek. Jó

antigének.

Toxicitásukat állás, vagy formalinos kezelés hatására elvesztik, de immunogén hatásukat nem (anatoxin,

vagy toxoid). Az anatoxinokat oltóanyagként, aktív immunitás kiváltására használják.

Az endotoxinok a Gram-negatív baktériumok sejtfalában lévő lipopoliszacharid – komplexek. Ezek

azonosak a baktériumok O-antigénjeivel. Kevésbé mérgezőek, de a biológiai hatásuk azonos az

exotoxinokéval (endotoxikus sokk). Lázkeltőek.

Pigmenttermelés

A baktériumok egyes csoportjai színanyagokat, pigmenteket termelnek. Ezek vagy a baktériumsejtben

benne maradnak (intracellulárisak), vagy a sejtből kidiffundálnak, és ekkor a környezetüket is megfestik

(extracelluláris).

Kémiai természetük szerint a pigmentek igen különbözőek lehetnek. Vannak vízoldékony fenazinok, és

vizoldhatatlan karotinoidok.

Biológiai szerepük még nem igazán tisztázott, talán a baktériumsejt fénytől való védelmét szolgálja, de

részt vesz bizonyos redoxifolyamatokban is.

A pigmenttermelés sokszor genetikai sajátosság, és így segítséget nyújtanak a baktériumok

identifikálásában.

A patogének közül pl. a Staphylococcus aureus aranysárga színű pimentet termel, de vannak citromsárga

és fehér törzsei is. A Mycobacteriumok egy része sárga-vörös pigmenteket termel. A Pseudomonas

aeruginosa festékanyaga a kékszínű piocianin, és a sárga színű fluoreszcein. A tenyészet így zöld színű.

A Serratia marcescens vörös-rózsaszín, a Chromobacterium genusz tagjai kék és ibolyaszínű pigmentet

termelnek.

Ha visszatekintünk a korábbiakban leírtakra, a halofil baktériumok vörös pigmentet termeltek.

Gázok

A mikroorganizmusok tevékenysége során H2, N2, CO2, H2S, NH3 és CH4 képzéssel találkozunk.

Mikroorganizmusok genetikája

A genetika a különböző tulajdonságok öröklődésével, a tulajdonságoknak a szülőről az utódra való

átvitelével, az örökítő anyag szerkezetével, működésével, illetve megváltozásával, változékonyságával

foglalkozó tudomány.

Attól függően, hogy ez milyen szinten történik, beszélhetünk sejtgenetikáról, kromoszómális

genetikáról, és molekuláris genetikáról.

Talán érdemes előzetesen néhány fontosabb alapfogalom tisztázása.

A genom a sejtben jelenlévő összes genetikai anyag. A genom nagyrészét a kromoszómákban lévő

genetikai anyag adja.

A sejtes szerveződésű mikroorganizmusoknak a genomja kizárólag a DNS, a vírusoknál, mint láttuk ez

DNS vagy RNS lehet.

A kromoszóma tulajdonképpen a sejten belül egy határozott struktúrájú, megfelelően burkolt DNS darab.

Az eukarióta sejtben a hiszton biztosítja ezt a meghatározott formát, és a kromoszómák a sejtmagban

tömörülnek. Általában lineárisok, de párosan is előfordulhatnak.

A baktériumoknak egyetlen kromoszómájuk (genofor) van.

A gének a kromoszómák információs alapegységei. A gének a DNS olyan szakaszai, amelyek a valamely

fehérje,- vagy RNS-molekula előállitásához szükséges kódot tartalmazzák.

A genetikai anyag szerkezete és replikációja, fehérjeszintézis

A baktériumok genitikai anyaga egy duplaszálú DNS. A DNS két polinukleotid szálból áll. A két szál egy

2 nm átmérőjü kettős spirálba (általában jobbra csavarodóan) rendeződik. Egy-egy csavarmenet tiz

bázispárból áll.

A cukor-foszfát láncból álló létra fokait a heterociklikus bázisok, a purin (adenin, guanin) és a pirimidin

(timin, citozin) bázisok között kialakult H-hidak alkotják. (Fontos, hogy az adenin mindig a timinnel, a

guanin mindig a citozin-nal alkot párt!)

A DNS bázissorrendje tartalmazza azt az információt, amely az adott élőlény szaporodása szempontjából

fontosak. Itt mind az információ tartalomnak, mind a szaporodásnak biztosítani kell egy nagyfokú

állandóságot.

A baktérium kromoszóma megkettőződése, ugyanúgy, mint az eukarióta sejtben szemikonzervativ módon

történik. A megkettőződéshez közel 30 különböző enzim összehangolt működésére, és természetesen

ATP-re van szükség.

A DNS megkettőződése a replikációs origóban kezdődik. A helikáz nevü enzim hatására kettős spirál

szétválik, a girázok hatására pedig szétcsavarodik, a H-hidak a bázis párok között felszakadnak, majd a

DNS polimerázok segítségével mindkét irányban megindul a komplementer szálak szintézise.

Így az újonnan képződött két duplaszálú DNS molekula mindegyike egy-egy szülői és egy – egy újonnan

szintetizált (komplementer) szálat tartalmaz.

A DNS tartalmazza a lényegi információkat, de ez a molekula nem vesz részt közvetlenül a

fehérjeszintézisben.

Ez az információ tartalom más molekulákon keresztül jut kifejezésre!

A transzkripció során, a DNS átíródik, és az RNS-polimeráz enzim hatására mRNS, tRNS és rRNS

szintetizálódik.

(A mRNS a DNS mintahű változata, ez viszi a fehérjeszintézishez szükséges információt a

riboszómákhoz. A riboszómákról való leválásuk után enzimatikusan gyorsan elbomlanak.)

A tRNS az aktívált aminosavakat szállítja a riboszómákhoz. A tRNS-ek a komplementer bázisok között

kialakult H-hidak miatt lóhere alakban feltekerednek. A lóhere egyik hurkához kötődik az aktívált

aminosav, a másikon keresztül kötődik a tRNS a riboszómához, a harmadik hurok az antikodont

hordozza.

A rRNS pedig a fehérjeszintézis helyéül szolgáló riboszómák fő komponense. Ennek kódfunkciója nincs.

A fehérjékhez kapcsolódva a baktériumok riboszómáiban találhatók

Az RNS-ekben vésett üzenet a transzláció során kerül megfejtésre, melynek végeredménye a kész

fehérje megjelenése.

A fehérjeszintézis a riboszómák mRNS-el való találkozásával indul meg, ugyanis a mRNS-nek van egy

úgynevezett start kodon-ja, amely a transzlációt beindítja.

A peptidláncok szintézise a stop tripletek (nonszensz kódok) leolvasásával ér véget. Ezeket ezért stop-

kodonoknak is szokás nevezni (UAA, UAG, UGA).

Mivel az eukarióta sejtben a mRNS a setjmagban képződik, ennek át kell jutni a sejtmag hártyán, ahhoz,

hogy a riboszómákhoz juthasson. Tehát az eukariótákban a transzkripció és a transzláció nem következik

be szimultán módon.

A DNS transzkripció és transzláció a baktérium sejtben folyamatosan történik, így a folyamatot segítő

enzimek egy része kisebb, vagy nagyobb koncentrációban mindíg jelen van (konstitutív enzimek).

A genotípus változása - mutáció

A mikroszervezetek morfológiai, biokémiai, genetikai tulajdonságai az egyes fajokra jellemzőek és

állandóak. Bizonyos körülmények hatására azonban a szaporodás során olyan utódok is megjelenhetnek,

amelyek a szülősejtektől eltérő tulajdonsággal bírnak. Ezek a változások érinthetik a mikroszervezetek

genetikai felépitését (a genotípust), de előfordul, hogy ez a külső jegyekben (a fenotípusban) jut

kifejezésre.

A genotípus megváltozását okozza a mutáció.

Ez nem mindig tükröződik a fenotípus megváltozásában.

A mutáció nem jelent mást, mint a genomban (a DNS bázisszekvenciájában) bekövetkezett kisebb, vagy

nagyobb mértékű változást. Ez bekövetkezhet a bázisok kiesése (deléció), beépülése (inzerció),

kicserélődése (szubsztitució), vagy két, illetve több bázis kivágódásával, és fordított irányú

visszahelyeződése (inversió) révén.

A mutáció érinthet hosszabb, vagy rövidebb DNS szakaszokat. Van olyan eset, hogy valamely DNS

szegmentum megcseréli irányultságát (inversió), áthelyeződik a kromoszómán belül más helyre

(transzlokáció), vagy előfordulhat, hogy megkettőződik (duplikáció).

A mutáció lehet spontán, vagy indukált.

A spontán mutáció a DNS bázisszekvenciában történt véletlenszerű változás. Ez vagy a DNS replikáció

hibája, vagy a kozmikus sugárzás következménye lehet. Ennek mértéke 10-5 - 10-10.

Az indukált mutációt valamilyen mutagénnel lehet kiváltani.

Ilyen pl. az ultraibolya sugárzás, röntgensugárzás, az akridinfestékek, metilálóanyagok, antibiotikumok,

stb. hatására bekövetkező genetikai változások.

Ismeretes a visszamutálás (reversió) jelensége is, amikor a korábban mutációt szenvedett szervezetek

(sejtek) egy újabb mutációval visszanyerhetik eredeti genotípusukat.

A mutáció érintheti a sejtszerkezetet. (Pl.az SR mutánsok, vagy a sejtfalukat elvesztett L-formák.), az

anyagcserét (pl. az auxotróf mutánsok), illetve az antibakteriális szerekkel szembeni rezisztenciát (pl.

sztreptomicin-, penicillin rezisztencia).

A genetikai anyag (információ) átvitele - rekombináció

A mikroorganizmusok megfelelő körülmények között képesek arra, hogy fajon belül, vagy fajon kívül

rövidebb, vagy hosszabb tulajdonságokat hordozó DNS szakaszokat felvegyenek. Ez lehet a

kromoszómában foglalt DNS is, de lehet az extrakromoszómális örökletes anyag is.

Ezzel új tulajdonságokkal bővűl az eredeti génkészlet, és úgynevezett genetikai rekombinánsok jönnek

létre.

1. Transzformáció

Azt az esetet, amikor a genetikai információ átvitele a baktériumokat körülvevő tápfolyadékban levő,

oldott, duplaszálú DNS felvételével történik, transzformációnak nevezzük.

A recipiens törzsek csak növekedésüknek csupán egy bizonyos szakaszában válnak képessé az új DNS-

molekulák felvételére. Ez gyakran a recipiens sejteknek csak néhány százalékát érinti.

A transzformáció nem csak egy fajon belül, hanem különböző fajok (pl.: Staphylococcus aureus és

Streptococcus pyogenes között is) létrehozható. Ezt heterológ transzformációnak nevezzük. Ennek

gyakorisága nyilvánvalóan még kisebb, mint a homológ traszformációnak.

2. Transzdukció

Ebben az esetben nagy szerepe van a bakteriofágoknak, ugyanis a transzdukció során a baktériumok

DNS – darabjának (szakaszának) átvitele a bakteriofágok segítségével történik meg egyik sejtből a

másikba. A vírusok (bakteriofágok) ekkor, mint vektorok játszanak szerepet a gén átvitelében.

A transzdukció létrejöhet elvileg rendszertanilag távol eső fajok között is, és ez így különleges evolúciós

ugrásokat tesz lehetővé (baktériumok- növények, vagy rovarok és magasabbrendű állatok között).

3. Fágkonverzió

Sokszor nemcsak más baktériumokból származó DNS szakasz kerülhet be a befogadó szervezetbe, hanem

a fág saját genomjának egy szakasza által kódolt sajátság is megjelenhet a fenoíípusban. Ezt nevezzük

fágkonverziónak. A bejutott fág ugyanis temperált fággá alakul, és a kromoszómához csatlakozva, vagy

abba beépülve, a következő nemzedékben megjelenik (lizogén baktériumok).

4. Konjugáció

A konjugáció során speciális kapcsolatok ún. szexpilusok létesülnek a donor (átadó, hím) és recipiens

(befogadó, nőstény) sejtek között (szexfimbriákon keresztül!). Ezeken keresztül történik meg a

plazmidok, illetve a kromoszómarészek átadása. Ez a típusú génkicserélődés elsősorban a Gram-negatív

baktériumokban játszódik le. A konjugáció egyirányú génátadással jár.

A mikroorganizmusok ökológiája – nedvesség hatása a mikroorganizmusokra

A mikroorganizmusok életfolyamatait, szaporodását biotikus és abiotikus tényezők befolyásolják.

Abiotikus tényezők hatása a mikroorganizmusokra

Az abiotikus tényezők közé az olyan fizikai és kémiai ökológiai faktorokat soroljuk (nedvesség,

hőmérséklet, nyomás, rázás vagy vibráció, fény, pH, sótartalom), amelyek a környezet fizikai, kémiai

valóságából erednek, és amelyek a mikroorganizmusokra közvetlenül (per se), saját (belső

érzékenységük) toleranciájukon keresztül hatnak.

Az optimálistól eltérő abiotikus tényezők hatásához a mikrobák vagy alkalmazkodnak, vagy hatására

elpusztulnak, vagy metabiotikus állapotba kerülnek (spóraképzés), de lehetséges, hogy új

tulajdonságokkal rendelkező egyedek jelennek meg (pl. a Saccharomyces fajok aerob körülmények között

gyorsan szaporodnak, anaerob módon inkább erjesztenek, emiatt szaporodásuk lelassul.)

A károsodás mértéke lehet sztatikus (reverzibilis) vagy cid (irreverzibilis) hatású.

A kettő közötti átmenet sokszor elmosódik!

Nedvesség

A baktérium sejtek víztartalma gyakran 75-85 %.

A víz ezért, valamint általános oldószerként való hatása miatt fontos a mikroorganizmusok életében is.

A mikroorganizmusok számára hozzáférhető víztartalmat a vízaktivitással (av) fejezzük ki.

Vízaktivitást az oldattal egyensúlyban lévő légtér parciális vízgőz nyomása és a tiszta víz azonos

hőmérsékleten mért gőznyomása hányadosaként defíniálják. Függ a közeg nedvességtartalmától, kémiai

összetételétől, és a hőmérséklettől.

Azonos hőmérsékleten az oldat gőznyomása (p) mindig kisebb, mint a tiszta oldószeré (p0).

av = p/p0

Ugyanezt a viszonyt fejezi ki %-ban az egyensúlyi relatív páratartalom (ERP) is:

ERP = 100 x av

A vízaktivitást 1.0 és 0.0 közötti értékekkel szokás megadni. (a deszt.vízé 1, - a szabad vizet nem

tartalmazó rendszeré 0 /0.0/).

Vízigény alapján a mikroorganizmusok lehetnek:

Higrofil 100-95 ERP %

Xerotolerans 95-90 ERP %

Xerofil 90-85 ERP %

Ozmofil 85 ERP % alatt

A mikroorganizmusok ökológiája – hőmérséklet hatása a mikroorganizmusokra

Hőmérséklet

Itt is nagy eltérések vannak, hiszen Földünkön az Arktikus környezetben (–10 0C), illetve a feltörő magas

hőmérsékletű (akár 110 0C-os) vizekben is lehet kimutatni szaporodó mikroorganizmusokat. Mindez attól

függ, hogy a bizonyos mikroorganizmusok fehérjéi, illetve enzimreakciói hogyan függnek a

hőmérséklettől.

Az adott mikroba számára optimális hőmérséklettartományt az eltérő hőmérsékleten mért generációs idők

összehasonlitásával lehet meghatározni.

Ennek alapján vannak:

Opt. Min. Max.

Pszichrofil 10 0 20

Pszichrotolerans 20 5 30

Mezofil 25-40 20 45

Termotolerans 42 35 45

Termofil 55 45 65

Extrém termofilek >65 >40 >0

Hiper termofilek >80 >90-110

Fény hatása a mikroorganizmusokra

Mivel a legtöbb mikroba kemoszintetikus anyagcseréjű, ezért fényt nem igényelnek, sőt a fényre igen

érzékenyek, különösen az ultraibolyafénnyel (UV) szemben (250-260 nm) hiszen ez a tartomány erősen

baktericid (a nukleinsav abszorpciós maximuma ebbe a tartományba esik).

Hg-lámpák (germicid lámpa) sugarának 90 %-át a 253.7 nm hullámhosszúságú sugarak képezik. Ebbe a

tartományba az abszorbeáló molekula energiája megnő (gerjesztett állapot), és ez kémiai változásokat (a

DNS szál feltördelődédét) idéz elő!

Általában a fény károsan hat a mikroorganizmusokra. A fotoszintetikus kénbaktériumoknak szüksége van

fényre.

A szórt fény oxigén jelenlétében bekövetkező bakteriosztatikus hatását, fotodinamikus hatásnak

nevezzük. Ha az oxigén hiányzik a környezetből ez a hatás mérsékeltebb.

A nem fotoszintetizáló mikrobákban jellemző pigmenteket, a karotinoidokat találjuk, melyek a fény káros

hatását csökkentik.

A karotinoidok a klorofill mellett is jelen vannak a fototrófokban (pl. a Rhodopseudomonas sphaeroides

nevű bíborbaktériumban.)

Kísérletileg is bizonyitották, hogy a spórások a fénnyel szemben ellenállóbbak, mint a vegetatív sejtek.

Ionizáló sugarak (röntgen, neutron, alfarészecskék) baktericid hatásának magyarázata direkt vagy indirekt

lehet.

Nyomás hatása a mikroorganizmusokra

A mikrobák általában ellenállóak a nyomással szemben. Ismertek olyan baktériumok, amelyek a tengerek,

óceánok mélyén élnek és el kell viselniük akár az 1000 bar nyomást is (tengerek, óceánok mélyén 9 km

mélységben is élnek baktériumok!).

Természetesen ilyen nagy nyomáson a legtöbb mikroorganizmus nem tud szaporodni. Az olyan

szervezeteket, amelyek a nagy nyomáson nagyobb a szaporodási rátájuak, mint a normál 1 bar nyomáson,

barofil szervezetenek nevezzük (laborban 6 bar).

Ilyen típusú szervezeteket mutattak ki a mélytengeri árkokból (10.000 méter mélységben).

A hirtelen nyomásváltozás károsan hat a mikrobákra.

A nyomás és a hőmérséklet hatása szorosan összefügg (pl. sterilizálás).

Egyébként a nyomás általában a kémiai reakciók sebességére hasonlóan hat, mint a hőmérséklet-

emelkedés. Az élő sejtben azonban a szol-gél állapotú citoplazma szol állpotba kerül, ami a metabolizmus

drasztikus csökkenéséhez vezet.

Rázás (vibráció) hatása a mikroorganizmusokra

Az erős és gyors vibráció károsítja a szervezeteket, hiszen ekkor a sejtfaluk mechanikailag is sérülhet az

egymással való ütközés révén. Az enyhe, kiméletes rázás (vibráció) serkenti a mikrobák szaporodását,

mivel ekkor a mikroba sejt körül áramlik (frissül) a tápközeg, és ilyenkor a keletkezett anyagcsere

termékek is eltávoznak a sejt közeléből. De ezek hígulása is nagyobb a kialakult turbulencia miatt.

A tapasztalat szerint a víz mozgása, rázása fokozza a klórozás hatásosságát. (Ezt az eljárást alkalmazták a

franciák 1917-ben Verdun ostrománál /verdunizació/.)

Ozmózis hatása a mikroorganizmusokra

A közeg hipo,- izo és hipertóniás lehet.

A hipotóniás oldatokból a baktériumok vizet vesznek fel, ezzel együtt nő a sejtben az intracelluláris

nyomás. Ennek hatására a CM és a sejtfal megrepedhet, és a protoplazma kilökődik. Ezt plazmoptízis -

nek nevezzük

A hipertóniás oldatok vizet vonnak el a baktériumsejtből, ennek hatására a sejt protoplazmája elválik a

sejtfaltól. Ezt plazmolízis - nek nevezzük.

A sejtfal részleges vagy teljes eltávolítása után az érzékenység megnő!

Az ozmózissal szembeni viselkedés alapján:

Ozmotoleráns-ak - hipertóniás közegben életben maradnak, de nem növekednek és nem szaporodnak.

Fakultatív ozmofil -ek - hipotóniás közegben van növekedési maximumuk, de hipertóniás közegben is

növekednek és szaporodnak.

Obligát ozmofil -ek kizárólag hipertóniás közegben növekednek.

Vannak olyan ozmofil élesztősejtek, melyek csak magas koncentrációjú cukoroldatban élnek meg, de

nem tűrik el a magas sókoncentrációt, vagy más eredetű magas ozmotikus nyomást.

Tehát a halofilia nem azonos az ozmofiliával.

Az élesztők nökekedését 3%-os NaCl gátolja, de nőnek 70 bar ozmotikus nyomáson, ha azt cukrok tartják

fenn.

Halofilia (sótolerancia)

Az alacsony vízaktivitás speciális esete a nagy sókoncentráció. Azokat a mikroorganizmusokat, amelyek

szaporodásukhoz NaCl-ot igényelnek halofilek-nek nevezzük

A mikroorganizmusokat a NaCl toleranciájuk alapján a következőképpen csoportosithajuk.

Halotoleráns - elviselik a magas NaCl koncentrációt, de nem növekednek.

Fakultatív halofil - magasabb NaCl koncentráció mellett is növekednek.

Obligát halofil - magas NaCl koncentrációt igényelhetnek, deszt. vízben rögtön elpusztulnak. Általában a

magas ozmotikus nyomás a mikroorganizmusokat elpusztítja!

Nem halofilek (ezek a talajlakó mikrobák)

Tengeri mikroorganizmusok (0.2-5% sóigény)

Mérsékelten halofilek (5-20%)

Extrém halofilek (20-36% NaCl igény).

A kórokozó mikrobafajok általában 1-2% NaCl koncentráció mellett fejlődnek optimálisan. Az ennél

nagyobb sókoncentráció kifejezetten gátló hatású.

A Staphylococcus aureus és a Bacillus cereus élelmiszer-rontó fajok sótűrők, de a Vibrio

parahaemolyticus 10-15% sótartalmat is elvisel.

Az extrém halofilek a Holt-tenger sóbepárlóiból kerültek elő (Halobacterium salinarium, Halococcus

morrhuae). Ezek az élelmiszer, illetve a bőriparban okozhatnak problémát, ha sózott halakon, vagy sózott

nyersbőrön jelennek meg (piros pigmentet termelnek).

Fontos azt tudni, hogy nem minden baktérium számára elfogadható a magasabbrendűek „fiziológiás”

sóoldata (0.9% os NaCl oldat –pl. a Staphylococcusok akár 5%-os NaCl-os oldatban is megélnek).

Hidrogén-ion koncentráció (pH) hatása a mikroorganizmusokra

Hatása igen erős, és differenciált!

A hidrogén ion koncentráció (pH) elsősorban a plazmahártyát alkotó fehérjék elektromos töltésére hat,

ezzel együtt megváltozik a plazmamembrán átjárhatósága is.

Élesztők, penészgombák a gyengén savanyú (5-6 pH) közegben szaporodnak legintenzívebben, mások

gyengén lúgos vagy semleges közeget igényelnek.

Legtöbb baktérium a 7-8 pH közötti tartományt kedveli.

A mikrobák pH-igényük alapján acidofil, neutrofil és alkalofil csoportba sorolhatók.

Az acidofilek 1-5.5 pH-érték között szaporodnak.

Vannak erősen savanyú közeget igénylők vagy elviselők (Acetobacter-ecetsav baktériumok,

Lactobacillus-tejsavaserjesztő genusz tagjai). A Thiobacillus ferrooxidans még 0.9 pH-nál is növekedik.

A nitrifikálók 6.8-7.9, a denitrifikálók 9-10, a rothasztók 5.5-7.5 pH-át igényelnek.

Ureabontók 8 pH alatt nem növekednek, és NH3 – oldatban is jól érzik magukat.

A pH érzékenység befolyásolja a növekedést, a szaporodást is (ez a táptalajok összeállításánál fontos).

Azokat a szervezeteket, melyek a pH 6-10 tartományban élnek, de pH - optimumuk 7 körüli

alkalotoleránsoknak nevezzük.

A baktériumok szaporodása, növekedése, toxintermelése általában a savas tartományban gátlást szenved.

Ezt már Krőnig és Paul (1897) is kimutatta. Ennek különösen az élelmiszeriparban van nagy jelentősége,

a Clostridium botulinum baktériummal szembeni védekezés eredményességét illetően.

Oxigén hatása a mikroorganizmusokra

A baktériumok egy jelentős csoportja igényli az oxigént,- ezek az aerob szervezetek.

Más baktériumok (mikroszervezetek) viszont nem tudják az oxigént hasznosítani, vagy az oxigén gátolja

a szaporodásukat -ezek az anaerobok.

A fakultatív anaerobok fel tudják használni az oxigént, ha az rendelkezésre áll, de annak hiányában is

képesek például szaporodni.

Az obligát anaerobok számára az oxigén toxikus, míg az aerotolerans anaerobok túlélik az oxigén

jelenlétét.

Azokat a szervezeteket, amelyek igen alacsony oxigéntenzió mellett is megélnek mikroaerofileknek

nevezzük.

Biotikus tényezők hatása a mikroorganizmusokra - szimbiózis

A természetben (talajokban, vízben) a mikroorganizmusok nem egymástól elszigetelten, hanem más

élőlényekkel együtt, kevert társulásokban (lokális ökotípusokban) élnek.

Az együtt előforduló élőlények között kialakult kapcsolatok minősége igen különböző lehet.

Ha partnerek semmilyen hatással nincsenek egymásra neutralizmusról (közömbösség) beszélünk. Ez

valójában egymás jelenlétében a kölcsönösség hiányát jelenti.

Ha a kialakult kapcsolat tartós egymásmelletti közelségben (szorosan), permanens, vagy hosszan tartó, és

ez egymásra nézve akár kedvező, akár káros, szimbiózisról beszélünk. Ebbe a tágabb értelemben a

szimbiózis fogalmába a mutualizmus, a kommenzalizmus, de a parazitizmus is beletartozik.

A mutualizmus kifejezést olyan szoros interspecifikus együttműködés megjelölésére használják, amikor a

kapcsolat mindkét félre nézve előnyös, és a két fél egymástól obligát módon függ. A szimbiózis kifejezést

a továbbiakban mi ebben a szoros értelemben használjuk!

Szimbiózis

Eredeti megfogalmazás de, Bary - tól (1879) származik, aki a származástanilag távol álló fajokhoz tartozó

organizmusok egymástól függő, kölcsönösen segítő, fiziológiai és morfológiai, de legtöbbször

anyagcsere-életteni szempontból előnyös kapcsolatát nevezte így.

A szimbiózis funkciója lehet a védelem biztosítása, a felismerés elősegítése és a táplálék szolgáltatása.

A szimbiózis lehet ektoszimbiózis és endoszimbiózis. Az előbbi esetben a mikroba kívül marad a

gazdasszervezet sejtjein, az utóbbiban azonban a sejt befogadást nyer a gazdasejtbe.

A téma újabb megközelítését jelenti az obligát és fakultatív szimbiózis elnevezés, amely azt jelenti, hogy

az egyik esetben a szimbionta mikroba képtelen a saját aktív életre, míg a másik esetben a szimbionta sejt,

ha a kölcsönösség megszűnik, képes szaprotrófként is tovább élni.

A szimbiózis kialakulására több lehetőség kínálkozik A szimbiózis létrejöhet mikrobák

(mikroszimbionták), valamint mikrobák és növények, illetve állatok között (makroszimbionták).

Lássunk néhány példát.

Baktérium és baktérium között

Pl. az aerob cellulózbontók és denitrifikálók, illetve az aerob cellulózbontó és aerob N2-kötő baktériumok

közötti kacsolat. A cellulózbontók organikus szénvegyületeket (szénhidrátot) biztosítanak a denitrifikálók

és a N-kötők részére, cserébe pedig N-forrást kap. Ez tulajdonképpen egy energetikai (szintróf) kapcsolat.

Baktérium és gomba között

A farontó gombák élettevékenységének beindításához szükséges bizonyos organikus anyagokat a

baktérium, a C-forrást a gomba szolgáltatja a baktérium számára.

Gomba és alga társulás

Ez a mindenki számára ismert együttélés, melynek eredményeként egy rendszertanilag is új típusú

élőlény, a zuzmó jön létre

Ha a társulás felbomlik, többnyire a szimbionták külön-külön is megélnek.

Zuzmóképző algáknak mintegy 30 nemzetsége ismert, míg a gombáknál ez száz körüli, tehát az ilyen

kapcsolat kialakulásának nagy az esélye

A zuzmók fő elterjedési területei közé a sarkvidéki régiók, alpesi tájak, sivatagi körzetek stb. tartoznak,

ahol a szimbionta partnerek külön-külön már nem is képesek megélni.

Mikroorganizmus és magasabbrendű növények szimbiózisa

A szimbiotikus kapcsolat egyik legjobban kutatott csoportját ezek a baktériumok adják. Ilyen fajokat a

Rhizobium, a Bradyrhizobium és a Frankia genuszokban találunk. Ezek a pillangósvirágúakkal, de más

növényekkel is szimbiózisban élnek.

Legtöbbet a Rhizobiumokról tudunk. Az ide tartozó baktériumok gazdaspecifikusak, és a gazdanövény

gyökerén gümőket hoznak létre (noduláció), melyek száma és nagysága egyenesen arányos a talajban

található szimbionta baktériumok egyedszámával. 104/gr fölötti számnál azonban már nem tapasztalható a

gümőképződés (noduláció) lineáris növekedése.

Gombák és magasabbrendűek között

A magasabbrendű növények gyökerein legtöbbször találhatók olyan gombák, amelyek szorosabb, vagy

lazább kapcsolatban vannak a növénnyel.

A legbensőségesebb kapcsolatot a vezikulo-arbuszkuláris mikorrhiza megtelepedése jelenti.

Néhány kivételtől eltekintve a mikorrhizás kapcsolat nem fajspecifikus.

A kölcsönös előnyök fígyelembe vételével a gomba glükózhoz jut, melynek a gyökérbe való áramlását az

általa kibocsájtott auxin felgyorsítja. A gombamicéliumokkal megnövelt gyökérfelület nagyobb

vízfelvételt, és tápanyag forgalmat biztosít a növény számára.

Mikroorganizmus és állati szervezet között

Ilyen szimbiotikus kapcsolatokkal a Protozoonok, különösen a Ciliophora és Rhizopoda csoport fajai

rendelkeznek.

A Chlorophyta divizióba tartozó zöldalga fajok vesznek részt elsősorban ilyen endoszimbiózisban (pl.

Paramecium bursaria-ban) (a tengerekben a barna és sárga moszatok). Az endoszimbionta algákat nem

emészti meg az egysejtű szervezet, hiszen ezek nem a táplálék vakuólumokban helyezkednek el, hanem a

citoplazmában, így elkerülik a lizoszómák emésztő enzimeit.

Szimbionta kapcsolattal találkozunk a cellulózt fogyasztó rovarok bélcsatornájában élő cellulózbontók és

rovar között (pl. termeszeknél) is.

Ilyen a kapcsolat az Escherichia coli valamint a hideg és melegvérű állatok között. Ez a faj az állatok

bélcsatornájában él, és képes bizonyos vitaminok szintézisére (K, B6, B12), valamint a lebontási

folyamatok elősegítésére is.

A kérődzők bendőjében élő cellulózbontó baktériumok és a velük táplálkozó protozoák

(Entodiniomorpha sp.) pusztulásával az állat bendőjében a fehérjedúsúlás mintegy 3-5 %.

Biotikus tényezők hatása a mikroorganizmusokra - parazitizmus

Parazitizmus

Tágabb értelemben a szimbiózis kategóriájába tartozik, de egyesek az antagonizmus egyik

megnyílvánulását látják benne.

Általános az a vélemény, hogy a parazita szervezeteknek számos létfontosságú anyag szintézisére nem

képesek mivel enzimrendszerük csökevényes, ezért kénytelenek más szervezetekre utaltan élni. Ennek

eredménye, hogy egyik faj a másik rovására él, amely sokszor olyan mérvű, hogy a parazitált szervezet el

is pusztul (ui. a gazda szervezet sejtjeiből, szöveteiből vagy testfolyadékaiból táplálkozik).

Megkülönböztetünk (anélkül, hogy külön magyaráznánk) exo - és endoparazitizmust valamint obligát, és

fakultatív parazitizmust.

Úgy tűnik, hogy a törzsfejlődés során a szabadonélő szervezetekből alakultak ki a paraziták. Valószinűleg

előbb a tágabb, majd később az egyre specializáltabb gazdával rendelkező formák jelentek meg.

Az előbbi csoportba tartozókat pleofágok-nak (nem válogatók), az utóbbi csoportot differenciált

parazitáknak nevezzük.

A legtöbb parazitára a fokozott mérvű reprodukciós képesség is jellemző.

Az obligát paraziták legfontosabb típusai:

1./ Baktériumok, sugárgombák, cianobaktériumok, magasabbrendű növények és állatok vírusai.

2./ A Rikettsiales rend tagjai (állati sejtekben szaporodnak).

3./ A protozoonok sejtjeiben élő, valamint bizonyos algák kárára szaporodó baktériumok.

4./ Bdellovibrio bacteriovorus baktériumparazita, mely sejtmentes közegben általában nem szaporodik.

5./ Emberre és állatra patogén protozoonok, mint pl. a Plazmodium és a Toxoplasma fajok.

6./ Zoopagaleshez hasonló gombák, melyek protozoonok sejtjeibe hatolnak be, vagy a Rhizophydium

planctonicum, mely algaepidémiákat idéz elő.

7./ Gombák, melyek más, számukra nem rokon gombák parazitái.

8./ Nagyszámú, jelentős mezőgazdasági károkat okozó növényparazita gomba.

9./ Mycobacterium leprae, a lepra kórokozója.

Patogenitás fogalma; virulencia fogalma, jellemzői, tényezői

A mikroorganizmusok és a magasabbrendű szervezetek kapcsolatának egyik speciális formáját a patogén

(kórokozó) mikrobák jelentik. A patogén kifejezést a mikrobiológusok, növénypatológusok, állat és

humánorvosok használják gyakrabban, de ez tulajdonképpen a parazitizmus egyik megnyilvánulása.

A patogenitás fogalmát elsősorban minőségi kifejezésként használhatjuk, vagyis azt jelöljük vele, hogy

bizonyos mikroorganizmus fajok, vagy azok egyedei, betegséget képesek okozni egy másik faj

(mikroorganizmus, növény, állat, ember) egyedein. Ennek megfelelően megkülönböztetünk patogén és

apatogén (nem patogén) fajokat.

A parazita szervezetek egyszersmind kórokozók, a patogének azonban nem feltétlenül paraziták. Pl.: a

botulizmus vagy a tetanusz (szaprotróf) esetében (intoxikáció).

A patogén szervezetek, a szaprotrófokhoz viszonyítottan, viszonylag kis számban fordulnak elő.

A patogén szervezetek a külvilágban hosszabb-rövidebb ideig életképesek maradnak, sőt egyes fajok

(szalmonellák, vibriók, listeriák) szaporodni is képesek.

Virulencia tulajdonképpen mennyiségi kifejezés, a kórokozó mikroorganizmus támadóképességének, a

patogenitás mértékének és kiterjedésének jellemzője.

Virulens az a kórokozó, amely az általában ellenálló fajt, vagy fajokat is képes megbetegíteni.

Avirulenciáról ezzel szemben akkor beszélünk, ha a támadóképesség már nem ilyen intenzív, így a

fertőzés csak bizonyos körülmények között, és nem minden esetben jön létre, (még ugyanannál a fajnál

sem). Ez gyakran a támadóképesség teljes elvesztését is jelentheti!

A virulencia és a patogenitás nem azonos fogalmak! Minden virulens mikroba patogén is, de a patogének

között a virulenciában jelentős különbségek vannak.

A virulencia függ: a szervezetben való szaporodás és szóródás (invazivitás) mértékétől, és a méreghatás

fokától (toxicitás mértéke).

Lokális szaporodás esetén általában igen hatékony a méregtermelés (Cl. tetani, Cl. botulinum).

Kevésbé toxikus kórokozók virulenciájának feltétele a gyors szaporodás (vérfertőzés -szeptikémia -

okozói pl: Bacillus anthracis).

Virulencia jellemzői:

- genetikailag determinált tulajdonság, a géntérképen bizonyos lokuszokhoz kötötten van jelen.

- nem állandó, hanem változó, illetve megváltoztatható tulajdonság (fokozható és csökkenthető - pl.:

passzázzsal - sorozatos átoltással).

- mérhető tulajdonság (biológiai módszerekkel) MLD, LD50.

MLD = az a legkisebb baktérium mennyiség, amely a beoltott valamennyi kisérleti állatot még megöli.

Az LD50 a kisérleti állatok 50%-át pusztitja el. Ezt általában állat (egérrel) végzett kisérletekkel

szokták megállapítani.

A virulenciának vannak nem toxikus és toxikus tényezői.

A nem toxikus tényezők közé a felületi faktorok (antifagocita hatású sejtfalkomponensek, a sejtfalban,

valamint a sejt felületén található egyes poliszacharid és fehérjeantigéneket, tokanyagokat, fimbriákat), és

a baktériumok által termelt extracelluláris enzimek (koaguláz, kollagenáz, lecitináz stb.) tartoznak.

A toxikus tényezők közé az exo,- és endotoxinok tartoznak. Ezek tevékenységüket elsősorban az invázió

és a betegség kialakulása, a toxicitás idején, és megfelelő tünetek kíséretében fejtik ki.

A fertőzés (infekció) forrása, kapuja, formái, mechanizmusa, terjedése

Ha a kórokozó bejut a szervezetbe, akkor fertőzés jön létre.

Két formája van: aktív és passzív

Aktív: a kórokozó mozgásszerve (pl. Trichomonas vaginalis) segítségével jut be a szervezetbe.

Passzív: a kórokozó sebeken, légutakon, tápcsatornán keresztül, tehát nem aktív mozgással kerül be a

szervezetbe.

Betegség csak akkor következik be, ha a mikroorganizmus ellenáll a szervezet védekező erőinek, és a

behatolás helyén olyan mértékben szaporodik el, hogy anyagcseretermékeivel, mérgező anyagaival a

szervezet normális működését megzavarja.

A fertőzés forrása sokféle lehet (ember, állat, talaj, víz, levegő, élelmiszer, stb.). (Hastífusz - szájon,

influenza - légutakon, Mycobacteriumok - szájon, bőrön, légutakon keresztül fertőz).

A fertőzés kapuja: a test bármely része lehet (bőr sérülései, légző, és emésztőszervek, urogenitális

traktus, sőt a placenta is. Többnyire egy-egy kórokozó egyirányból támad, de pl. a Corynebacterium

diphtheriae a garaton és bőrön keresztül is fertőzhet.

Nagyon fontos a patogének számára, hogy legyen bizonyos savtűrésük.

A fertőzés formái:

Szimptomás: ha az infekciót klinikai tünetek kísérik. Ez lehet lokalizált (a kórokozó időnként a

vérben megjelenik), és szeptikémia (a kórokozó a vérpályát is elárasztja).

Látens: ha a fertőzést klinikai tünetek nem kisérik.

Szuperinfekció: ha a már megfertőzött szervezetet egy másik kórokozó is megfertőz.

Recidivia: a gyógyuló beteg állapota ismét rosszabbra fordul.

Reinfekció: újrafertőződést jelent.

A betegség létrejötte függ - a virulenciától - a kórokozó képességtől,

- a szervezet ellenállásától, fogékonyságától (diszpozíció)

Ahhoz, hogy a fertőzés létrejöjjön először a kórokozónak kapcsolatba kell kerülnie a gazda szervezettel

(adszorpció). Ezt a folyamatot nagyon sokszor a kemotaxis, az ostorok (rajzócsillók) gyors kialakulása, a

különböző receptorok, illetve a különböző enzimek is befolyásolhatják.

Itt fontos még a megtapadásra való képesség is. Ebben a glikokalix (tok) ragadós poliszacharidjai,

valamint a pilusok és a fimbriák, valamint a baktériumok extracelluláris enzimjei is fontos szerepet

játszanak. Így a mucináz, mely a sejtek nyálkás burkát bontja, a kollagenáz pedig a kötőszöveti rostokat

roncsolja.

A betegség csak akkor alakulhat ki, ha a mikroorganizmus, vagy annak toxinja behatol a szervezetbe

(penetráció).

Ekkor a kórokozóknak le kell küzdeniük a szervezet nem specifikus védekező rendszerét, amelynek

első védelmi vonalát a kültakaró és az állatoknál a nyálkahártyák jelentik. A tökéletesen ép bőrön az

áthatolás tulajdonképpen lehetetlen, de a szőrtüszők, az izzadság és faggyumirígyek járatai már a fertőzés

kapujaként szolgálhatnak.

A nyálkahártyákon aktív a védelem az állandó nedv és nyálkatermelés, a megfelelő baktériumközösség

(száj, szem, vagina), a csillóshám, illetve bizonyos enzimek (szemben a lizozim enzim van) termelődése

miatt. A gyomorban a savanyú pH biztosít kedvezőtlen feltételeket a behatoló mikroorganizmusok ellen.

A szervezet specifikus védekező rendszerét a szervezetben működő speciális immunfolyamatok

jelentik, melyek a szervezetbe bekerült kórokozók elleni védekezést jelentik, és a betegség kialakulása

ellen dolgoznak.

A szervezetbe bejutó kórokozóknak, ha sikerült ezeken az előbb emlitett védelmi „bástyákon” keresztül

jutniuk, akkor megkezdődik a kórokozók elszaporodása (invázió).

Dilatációs hely az a hely ahol a patogének elszaporodnak. (A Corynebacterium diphtheriae - torok, a

Salmonella typhi - vékonybélben, Shigella fajoknak, a gyermekbénulás vírusoknak - a vastagbélben).

Sokszor a kórokozó a véráramban is szaporodni képes (szeptikémia).

Az invázió mértékét a kórokozó virulenciája, generációs ideje, és a szervezet ellenállóképessége

határozza meg, ugyanis egy erős, egészséges, immunis szervezet, még az erősen virulens törzsek ellen is

eredményesen veszi fel a harcot.

A fertőzés terjedése lehet: Közvetlen kontaktus révén (nemi betegségek, veszettség)

Közvetett módon (víz, levegő, élelmiszer, stb.)

Cseppfertőzés segítségével (pl. influenza)

Rovarok (vektorok) révén - szúrás, csípés, rágás (szúnyogok, tetvek, legyek,

bolhák stb.)

A terjedés mértékét, annak veszélyességét a következő kifejezésekkel tudjuk jellemezni:

Morbiditás: a megbetegedések gyakoriságára utal, vagyis a kérdéses betegségben megbetegedettek száma

100 ezer lakosra vonatkoztatva,

Mortalitás: a halálesetek gyakorisága 100 ezer lakosra vetítve

Letalitás: ugyanazon betegségben megbetegedett 100 főből hányan haltak meg,

Kontagiozitási index: a fertőzésnek kitettek közül hányan betegedtek meg.

A fertőző betegségeg elterjedése kisebb, nagyobb populációkra, vagyis kisebb, vagy nagyobb területekre,

esetleg földrészekre is kiterjedhet. Az így kialakult járványoknak, az elterjedés nagyságát fígyelembe

véve 3 formája ismeretes:

Endémia: a betegség szórványos előfordulása

Epidémia: a fertőző betegség nagyobb területre terjed ki

Pandémia: egész földrészekre kiterjedő fertőzési hullám.

Azokat a betegségeket, fertőzéseket, amelyek valamilyen állatról az emberre is átterjedhetnek és ott

fertőzéseket (betegséget) okozhatnak, zoonózisoknak nevezzük.

Az emberben kialakult betegség sokszor tünetmentes (latens), de sokszor súlyos metegség is kialakulhat.

Fontosabb zoonózisok:

Vírusos zoonózis: a veszettség, a kulancsok által terjesztett agyhártyagyulladás, valamint eredetét tekintve

az influenza.

Bakteriális zoonózis: a lépfene, a szalmonellózis, a gümőkór, a brucellózis, a tularémia, leptospirózis stb.

Parazito-zoonózis: a toxoplazmózis, az ehinokkózis, a májmételykór, a trichinellózis, ebek

orsóférgessége.

Nyilvánvaló mindenki számára, hogy a járványtan, a közegészségügy célja a prevenció lehet. Ennek

érdekében a fertőzések megelőzésének lehetőségei széleskörűek, így ez történhet: szűrővizsgálatokkal,

karantén elrendelésével, köztesgazdák írtásával, közegészségügyi ellenőrzésekkel, védőoltásokkal,

fertőtlenítéssel stb.

Ennek eredményeként az egészséges környezetben a betegségekkel szemben ellenálló, egészséges

élőlénypopulációk alakulnak ki. Ennek elérése jelenti a mikrobiológusok, biológusok, orvosok,

genetikusok, növényvédők egyik legfontosabb célját.

Immunitás fogalma, kialakulása

A betegség kialakulásához, mint azt az előzőekben láttuk, a patogén szervezetnek be kell jutnia a

szervezetbe. A szervezetnek azonban több olyan védelmi rendszere van, amely megpróbálja

megakadályozni a kórokozó behatolását.

Ismétlésként megemlítjük, hogy a magasabbrendű állati szervezetnek van egy nem specifikus védekező

rendszere, amelyhez a bőr, a nyálkahártya átjárhatalansága, a csillószőrös hám tartozik, és van egy

specifikus védekező rendszere (immunitás) is, amelyhez a celluláris (limfocitákkal) és a humorális

(ellenanyagképzéssel) immunválaszok tartoznak.

Specifikus immunválasz: a szervezet legfontosabb védekező mechanizmusa.

A két féle immunitás nem független egymástól, általában komplex módon fejtik ki védőhatásukat a

kórokozókkal szemben.

Az immunitás fogalma az immunis latin szóból ered. (Jelentése: védett valamitől).

Az immunfolyamatok szerepe széleskörű. Védi a szervezetet a behatoló, vagy a szervezetben létrejövő, az

immunrendszer szempontjából idegen anyagokkal szemben.

„Mikrobiológiai értelemben az immunitás a szervezet védettségét, fokozott ellenálló képességét

jelenti valamilyen kórokozóval, vagy az azok által termelt toxikus anyagokkal szemben … és a

szervezet ezekre szigorúan meghatározott mechanizmuson keresztül, célzott immuválaszt ad.”

Ha az immunválaszadás során a vérsavóban megjelenő ellenanyagok (antitestek) a dominánsak

humorális immunválaszról, ha viszont a kórokozó (mint antigén) megsemmisitése érdekében bizonyos

sejtcsoportok (pl. limfociták) felszaporodása játsza a döntő szerepet celluláris immunválaszról beszélünk.

Az immunválaszadás lehet szisztémás (az egész szervezetre kiterjedő), vagy lokális (egy-egy szervre

kiterjedő).

„Antigénnek nevezünk minden olyan anyagot, amely az ép és fejlett immunrendszerrel bíró

szervezetben, a hatására képződött ellenanyagokkal, vagy a vele szemben elkötelezett immunsejtetekkel

specifikusan kötődni képes”.

Az antigének olyan nagymolekulájú anyagok (főleg fehérjék), amelyek az ellenanyagot termelő szervezet

nedvkeringésében normál viszonyok között nem fordulnak elő (fajidegen anyagok).

Bakteriológiai szempontból az antigének lehetnek az élő és elölt mikrobák, illetve azok toxinjai.

A baktériumsejtben gyakorlatilag az összes makromolekula antigén természetű lehet.

Az ostorok fehérjéje (a flagellin) nagyon jó antigén (H-antigén).

Sejtfal antigének (O-antigén): a sejtfal anyagai és az ezt kiegészítő lipoprotein és lipopoliszacharid

komlexek (endotoxinok). A Gram-pozitív baktériumoknál a sejtfalantigéneket a teikosavhoz kapcsolódó

cukormolekulák adják.

Tok antigének (K-antigének) poliszacharid-polipeptid komplexek, vagy tisztán polipeptidek.

Antigénként hat még a baktérium citoplazmahártyája, valamint az exotoxinok és az endotoxinok.

A vírusoknál antigénként hatnak a kapszidfehérjék, a lipo- és glükoproteinek és a nukleinsavak.

Az antigének, mint látható volt, kémiai természetük alapján lehetnek fehérjék, lipidek, poliszacharidok és

nukleinsavak. Ez a felsorolás, csökkenő mértékben, egyben az immunogén hatás erősségének változását

is jelzi.

Az antitestek (ellenanyagok) antigén inger hatására keletkező sajátos szerkezetű glükoproteinek

(immunglobulinok), melyek a termelődésüket kiváltó antigénekkel speciálisan kötődni képesek.

Az immunglobulinokat (Ig) a plazmasejtek termelik, és legnagyobb koncetrációban a vérsavóban vannak.

Az ellenanyagtermelés helye az aktív mezenchima, tágabb értelemben a RES (retikulo- endoteliális

rendszer).

A fertőzés után pár nappal megindul az ellenanyagtermelés, majd a szervezet szinte áthangolódik

(allergiássá válik) a kórokozóval szembeni viselkedésben.

A keletkezett ellenanyag egy része a termelő sejtekben marad, másik része a vérbe és a nyirokkeringésbe

jut.

A szervezetbe bejutó baktériumokkal szemben a szervezet számos nem specifikus (természetes) barrier

segítségével (bőr, nyálkahártya, fagocitózis), illetve a specifikus (humorális, celluláris)

immunreakciókkal, illetve ezek kombinácójának segítségével védekezik. Már itt megjegyezzük, hogy a

baktériumok elpusztítása és eliminációja jórészt a fagociták segítségével történik.

A vírus fertőzés esetén a vírusfehérjékkel szemben kialakult ellenanyagok semlegesíthetik a vírusokat,

amelyek akadályozzák a fogékony sejten való megkötődést, elősegítik a fagocitózist, a fertőzősejtek

pusztulását.

A vírussal fertőzött sejtek gyakran a celluláris védekezésnek (fagocitózissal) esnek áldozatul.

A gombás fertőzések kapcsán a szervezetben a humorális és celluláris immunitás védelmi reakciói

egyaránt aktiválódnak.

Minden valószínűség szerint a gombaantigéneket a thimus sejtek által aktivált makrofágok pusztítják el.

Immunitás felosztása és az egyes csoportok rövid jellemzése

Alapvetően két féle immunitást ismerünk: veleszülett és szerzett immunitás

Veleszületett immunitás

Az újszülöttek az anyától átvett és hosszabb vagy rövidebb ideig tartó immunitással rendelkeznek.

A faji immunitás abban nyilvánul meg, hogy egyes kórokozók csak bizonyos fajokat tudnak

megbetegíteni. (Növényi kórokozók általában nem károsítanak állatokat, míg a kolera, vörheny, lepra,

diftéria csak az embert betegíti meg.)

Örökölt immunitás egyrészt a placentán (maternalis), (pl.: diftéria antitoxin), másrészt az anyatejen

keresztül kerül be (alakul ki) az újszülöttben (kolosztrumos).

Szerzett (természetes) immunitás, természetes úton, valamilyen megbetegedés útján - emberi

beavatkozástól mentesen - alakul ki.

Egész életre szól: a himlő, a paralízis, a kolera, a sárgaláz, a pestis, a kiütéses tífusz által kiváltott

védettség. Tartós, de nem egész életre szól: a skarlát, a tetanusz, a kanyaró, a vörheny iránti immunitás.

Rövid ideig tartó védettséget ad: a nátha, az influenza, és a gennykeltők.

Látens: a betegség tünetmentesen megy végbe, a beteg nem jelentkezik az orvosnál („nem jegyzett”).

Manifeszt: a tünetek jelentkeznek, a beteg az orvosnál jelentkezik („jegyzett”).

A szerzett (mesterséges) immunitás tudatos emberi beavatkozás következménye.

Aktív immunizálás során a természetes folyamatot utánozzuk. Antigén bevitelével a szervezetet

serkentjük ellenanyag termelésre (ez vakcinával történik).

- Védőoltás élő mikroorganizmussal (a virulencia csökkentése történhet biológiai, kémiai és fizikai

úton).

- Védőoltás elölt mikroorganizmusokkal.

- Védőoltás mikroorganizmus termékkel (pl.: tisztított toxin, gyengített toxin).

Passzív immunizálás során más szervezetben termelt ellenanyagot (immunsavó, tisztított gammaglobulin)

készen juttatják be a megvédeni kívánt szervezetbe (szérum).

Szimultánozásról: a vakcina és a szérum együttes alkalmazása (aktív - passzív együtt) esetén beszélünk.

Az élesztőgombákat (Saccharomyces) hasznosító eljárások

Az élesztőgombákat az iparban (az etilalkohol szeszipari előállitásán túlmenően is) széleskörűen

felhasználják a különböző termékek előállítására.

Iparilag hasznosított élesztőgombák

Termék Felhasznált élesztő fajok

Pékélesztő

Táp- és takarmányélesztő

Bor-, sör-, szeszélesztő

Egysejtfehérje szénhidrogénekből

Zsírtermelés

Enzimek

Riboflavin

Aminosavak

Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae

Candida utilis

Candida tropicalis

Kluyveromyces fragilis

Saccharomyces cerevisiae

Candida tropicalis

Trichoderma japonicum

Candida utilis

Metschnikowia pulcherrima

Rhodotorula glutinis

Saccharomyces cerevisiae (invertáz)

Eremothecium ashbyi

Candida utilis (lizin)

Rhodotorula glutinis (cisztein, metionin)

Kenyérgyártás

A kenyér készítésének, mint az egyik legalapvetőbb élelmiszer előállitásának, müveleteit az ember már

régóta ismeri és gyakorolja.

A kenyér előállitásásának első művelete a tésztakészítés. A tésztakészítési eljárásnak két módja

lehetséges. A közvetett tésztakészitésnél a liszt egyrészéből kovászt (liszt + élesztő + só felhasználásával)

készítenek, ezt érlelik, majd liszt hozzáadásával tésztává gyúrják.

A közvetlen tésztakészítésnél nem használnak kovászt, hanem a liszt, az élesztő, valamint víz és só

hozzáadásával tésztát dagasztanak.

A liszt maga nem tartalmaz szabad cukrot, amely C-forrásként felhasználható lenne az élesztő gombák

számára. A lisztben található enzimek (-amiláz) a keményitőt elbontják, és ilyenkor maltóz keletkezik.

A malátacukrot a maltáz nevű enzim bontja egyszerű szőlőcukorrá (piruváttá) az élesztők számára.

A tészta érlelése során az élesztősejtek (Saccharomyces cerevisiae) tovább szaporodnak, és tésztában

zajló alkoholos erjedés során szén-dioxid keletkezik. Azt, hogy a keletkezett szén-dioxid a tésztában

marad, azt a lisztben lévő fehérjének, a sikérnek (glutén) köszönhető. A fehérjebontó enzimek hatására a

sikér hártyaképzővé válik, ez akadályozza meg, hogy a szén-dioxid a tésztából eltávozzon. Ennek

eredményeként a tészta megkel, vagyis a keletkező szén-dioxid apró buborékok formájában a tésztát

felfújja.

A beérett tésztát gépi, vagy kézi módszerrel begyúrják, majd kenyér nagyságúra szakajtják, és ismét

kelesztik.

Kelesztés után következik a sütés. A sütés első szakaszában (kb. 45 0C-ig) még a tésztaérés folytatódik.

A kenyér belsejében a hőmérséklet 98-99 0C-ra emelkedik, míg a kenyér héján akár 160-170 0C-t is lehet.

Ekkor a kenyér belsejében kb. 40% víz marad vissza.

Sütés során a lisztben található spórák egy része életben marad.

Az aerob spórások elszaporádását a kenyér savanyításával (pl. Lactobacillus lactis), illetve a

nedvességtartalom csökkentésével lehet befolyásolni.

Ellenkező esetben a kenyér az aerob spórások felszaporodása, és bontó tevékenysége miatt elnyúlósodik.

A kenyér penészesedésében szerepet játszanak a penészgombák, melyek jórész a lisztből (őrlés + mag)

származnak. Ezek nagyrésze ugyan a sütéskor elpusztul, de az üzem levegőjéből, és a porból a kenyér

héjára kerül. Ezek a kenyér megvágása után kerülnek rá a kenyérbélre. Ott pedig számukra már elegendő

a víztartalom.

Ilyen szempontból a fóliába csomagolás - a kenyereken, süteményeken a páralecsapódás miatt –

hamarabb megindul a penészesedés.

Borászat

A borkészitéshez mindenek előtt szőlő (vagy gyümölcs) szükséges. A bor, a szőlő levében (a mustban)

található glükóz és fruktóz fermentációja során alkohollá és szén-dioxiddá alakul. A préselés után

visszamaradó must savas kémhatású és a cukortartalma 10-25%. A must erjedését az ún. vadélesztők

(Hanseniospora, Candida és Pichia fajok) indítják be. Csak ezután kerülnek előtérbe a kultúr

Saccharomyces – fajok (S. cerevisiae, S. ellipsoides, S. oviformis). Ezek 8-12 tf% alkohol tartalomig

erjesztenek. Az erjesztés során jelentős mennyiségű szén-dioxid is keletkezik, mely nagyon sokszor

habzást okoz.

A nagyüzemi borászat azonban semmit sem bíz a véletlenre. Az erjesztési körülményeket befolyásolja és

szabályozza. A must természetes mikrobiotáját kénezéssel visszaszorítják, és a fajélesztővel való beoltás

(starter) után kezdődik meg az alkoholos erjesztés, a bor készítése. A fajélesztők különleges tulajdonságú

borélesztő törzsek, melyeket a borvidékeken izoláltak, és színtenyészetben tartanak fenn. Ezek

tulajdonképpen a Saccharomyces cerevisiae „változatai, törzsei”.

A fehérborok készítésénél csak a mustot erjesztik, míg a vörös boroknál a szőlőbogyó héjában lévő

színanyagok kioldódása miatt az erjesztést egy ideig együtt végzik a törköllyel.

Az erjesztés a fehérboroknál 10-18 Celsius-fokon 1-2 hétig, a vörös boroknál 20-30 Celsius-fokon 4-6

napig tart.

A must erjedése során melléktermékek, kozma olajok, íz és zamatanyagok is keletkeznek.

Az erjedés után a bor fokozatosan kitisztul, a seprő leülepszik. A seprő a must alakos elemeinek, az elhalt

élesztősejteknek, a kicsapódott szerves anyagoknak a kiülepedett tömege. A bor többszöri átfejtése,

kénezése után a megfelelő pinceműveletek után kerül a bor az asztalra a fogyasztóhoz.

A nagy savtartalmú vörösborok esetében szükséges a savtartalom tompítása, vagyis az almasav

átalakítása tejsavvá. Az almasav – tejsav fermentáció egy második spontán erjedés során a bor első

évében játszódik le. A fermentáció során az almasav tejsavra és szén-dioxidra bomlik (malo-laktikus

erjesztés). Ezzel csökken a bor savassága. Ez a folyamat a biológiai almasav bontásának nevezik, melyet

az alkoholtűrő, heterofermentativ tejsavbaktériumok végeznek el (Pediococcus, Leuconostoc,

Lactobacillus fajok).

A helytelenül kezelt és tárolt borban bizonyos baktériumok (pl. Lactobacillus trichoides) elszaporodnak,

és ez a bor romlásához vezet (egéríz).

Sokszor a bor tárolása miatt az ecetsavas baktériumok szaporodnak el, és ez a bor alkohol tartalmát

csökkenti, és a bor megsavanyodik

Sörgyártás

A sör készitésének két szakasza van: a malátázás, és magának a sörnek készítése.

A sör alapanyaga az árpa, illetve a maláta és a komlótoboz.

A malátához felhasznált árpát tisztítják, áztatják és csíráztatják, ugyanis az árpa keményítő tartalmát az

élesztőgombák közvetlenül nem tudják hasznosítani, ezért szükséges a keményítő hirolízise, melyet a

csíráztatott árpában keletkező - amilázok végeznek el. Az amilázok mellett a proteázoknak is fontos

szerep jut. A csíráztatás terméke a zöld maláta, amit szárítanak. A szárítóból kikerült malátát gépi úton

csirátlanítják és silókban tárolják.

A malátát megőrlik, és 50-52 0C-on cefrézik. A cefrézés célja a keményítő és a fehérjék hidrolízise.

Az így készült sörlét szűrik, komlót adnak hozzá és felfőzik. (A komlótoboz legértékesebb része a benne

levő világossárga színű komlóliszt, vagy a lupulin. A komló adja a sör világos színét és kesernyés ízét.)

Ezzel az enzimeket inaktíválják, a komló hatóanyagait kioldják, elősegítik az íz és zamatanyagok

képződését.

A főzéssel a sörlébe került mikroorganizmusokat is elpusztítják, majd szűrik (a komlótörkölyt így

távolítják el). A szűrt és lehűtött sörlét ezután az ún. anyaélesztővel beoltva az erjesztőpincében 4-5 0C-on

erjesztik.

A söriparban a Saccharomyces cerevisiae különleges törzseit használják.

6-12 napig tartó főerjedés után a sör utóérlelése (ászkolása) következik. Az erjesztést ászokpincékben

folytatják, melynek hőmérséklete 0-2 0C. A zárt tartályokban lassan, néhány hónapig tovább folytatódik

az erjedés, a sör szén-dioxiddal telítődik és feltisztul.

Az érett sört fejtik, szűrik és hordókba, palackokba adagolják.

Takarmányok fehérjetartalmának mikrobiológiai úton történő dúsítása,

SCP előállítás

Az állattenyésztők számára mindig nagy gond, hogy állataikat mivel táplálják, annak érdekében, hogy a

minél rövidebb idő alatt minél nagyobb hozamot, testsúlygyarapodást érjenek el.

Az SCP-termelésre használt fontosabb mikroorganizmusok és szubsztrátjaik

Mikroorganizmus Nemzetség, ill. faj Szubsztrát

Algák

Baktériumok

Élesztők

Fonalas gombák

Chlorella sp.

Scenedesmus sp.

Spirulina sp.

Alcaligenes sp.

Cellulomonas sp.

Methylococcus capsulatus

Pseudomonas sp.

Candida intermedia

Candida lipolytica

Candida tropicalis

Candida utilis

(Torula utilis)

Endomycopsis sp.

Torulopsis glabrata

Fusarium moniliforme

Penicillium roqueforti

CO2

CO2

CO2

Cellulóz

Cellulóz

Metán

Metán

n-alkánok

gázolaj

tejsavó, cellulóz

melasz, szulfitlúg

szennyvíz

etanol, metanol

metán

törköly

borseprő

A testgyarapodás feltétele, többek között az állatok megfelelő fehérjeigényének kielégítése.

Ennek érdekében alternatív megoldásokat is kerestek a kutatók. Így vetődött fel a fehérjetermelésben a

mikroorganizmusok ilyen irányú felhasználása. Mivel gyorsan növekednek, magas a fehérjetartalmuk, és

alacsony költséggel képesek hasznosítani a szerves alapanyagokat, a mikroorganizmusok értékes forrásai

lehetnek az állati takarmányozásnak.

Itt olyan mikroorganizmusok használhatók fel, amelyek nagy növekedési eréllyel bírnak, aminosav és

fehérjetartalmuk kedvező, egyszerű módszerekkel tenyészthetők, ne termeljenek toxint, kellemetlen íz és

szaganyagot.

Elsősorban az élesztők és a metilotrófok, valamint az algák jöhetnek számításba az ún. egysejtfehérje

(single cell protein, SCP) előállításában.

Az SCP-nek az állatok takarmányozásában van kiemelkedő szerepe, mivel helyettesítheti a szója- és

hallisztet.

Az élesztők közül a Saccharomyces cerevisiae, a Candida lipolytica alkalmaas fehérje termelésre.

Ezekben a sejtekben magas a B-vitamin is.

Van amikor a paraffin, van amikor a gázolaj a szénforrás (Toprina, Alkan élesztő G).

Silózás

A silózás lényege az, hogy a növénytermesztésben keletkező szénhidrátokban gazdag, lédús

takarmányokat megfelelő előkészités (apritás, szecskázás) után, anaerob körülmények között, a spontán

beinduló tejsavas erjesztés során keletkező tejsavval tartósítják, miközben annak tápértéke megmarad, és

íze az állatok számára is kedvező lesz.

Ennek eléréséhez fontos a silózási technológia pontos betartása, a takarmánynövény sajátosságainak

megfelelő módszer alkalmazása, valamint a tejsavas erjesztők számára a megfelelő feltételek biztosítása.

Itt nem kívánunk a különböző eljárások (hideg, meleg, savanyított) ismertetésébe belemenni, de

fontosnak tartjuk a siló erjedésének fontosabb lépéseit jellemezni.

1./ önmelegedés (autooxidációs) szakasz

Ez néhány órág, vagy néhány napig tart. Ennek során a növényi részek légzésének eredményeként

elsősorban a cukor bomlik. Ez szén-dioxid, víz és hőtermeléssel jár. A CO2 lassan szétterjed az egész

silóban, és jó zárás esetén biztosítja az anaerob feltételeket. Hatására a növényi sejtek működése leáll.

Megjegyezzük, hogy ha nem teljesen zárt a rendszer, akkor tovább folyik a légzés és ez a siló

hőmérséletének olyan mértékű növekedéséhez vezethet, hogy ez jelentős tápanyag (szénhidrát)

veszteséget eredményezhet.

A magas hőmérsélet hatására a tejsavas erjesztők és a patogén baktériumok elpusztulhatnak és a spórás

vajsavasok pedig elszaporodhatnak. Ez pedig egyértelműen káros.

2./ Az erjedés kezdeti (ecetsavas) szakasza

Ebben a szakaszban az autooxidáció befejeződik és a siló hőmérséklete fokozatosan csökken.

Megkezdődik a Coli-aerogenes csoport tagjainak a felszaporodása, melyek, mint heterotróf erjesztők az

indol és gáz mellett ecetsavat is termelnek. A keletkező gázok az anaerob körülményeket továbbra is

fenntartják, a keletkező ecetsav pedig fokozatosan visszaszorítja a Coli-aerogenes csoport tagjait.

A valódi ecetsavasok anaerob körülmények között nem szaporodnak.

Ez a szakasz néhány óra, vagy néhány nap.

3./ Fő szakasz (tejsavképződés)

Ebben a szakaszban a tejsavas erjesztés eredményeként, a tejsavképzés dominál. Először a Streptococcus

fajok, majd a Lactobacillus fajok (L. brevis) játszanak fontos szerepet.

Itt elsősorban a fruktozánok erjesztése, majd a glükóz erjesztésével kell számolnunk.

Ha nincs elég szénforrás (szénhidrát) a silóban a tejsavasok a fehérjéket is felhasználják, de ilyenkor NH 3

képzés következik be, mely a fehérjevesztésen túl, káros is.

4./ Az erjedés mérséklődése

Ekkor a tejsavas erjesztés lényegében megszűnik. A pH-érték állandó értéken marad (4.2).

Ez a 17-21. napon következik be

Ha tejsavképzés nem volt elég intenzív, akkor a vajsavas baktériumok működésbe lépnek.

5./ Utóerjedés, vajsavképződés

Ez a folyamat a rosszul kezelt silóban következik be és a silózás befejezése után 17-21 nappal indulhat

be.

Akkor következik be, ha a tejsavtermelés alacsonyszintű volt (esetleg a kevés szénhidrát miatt), ennek

következtében a pH-érték nem volt elég alacsony, vagy a szilázs magas fehérjetartalma miatt

fehérjebontás és ammóniaképződés indult be.

Az istállótrágya kezelése, érlelése

Az almos istállótrágya az állat szilárd és híg ürülékének alommal alkotott keveréke. Az istállótrágya

szerves és szervetlen anyagokban igen gazdag, ezért számos baktériumnak megfelelő táptalajul szolgál.

Az istállótrágyában ennek eredményeként fontos mikrobiológaiai (aerob, anaerob) folyamatok játszódnak

le.

1./ Aerob szakasz

A trágyaszarvasban először az aerob folyamatok eredményeként a mikrobák (fehérjebontók és

cellulózbontók) szaporodnak el. A megemelkedett hőmérséklet és az intenzív bontás eredményeként

felszabaduló szén-dioxid (a légzés során az oxigén felhasználás és a szén-dioxid keletkezése) miatt

kialakuló anaerob környezetben a trágya eredeti mikrobiotája teljesen kicserélődik (relatív sterilizálódás),

majd újra benépesűl. Ennek eredményeként az elpusztult mikrobák teste is gazdagítja a trágya

szervesanyag készletét.

A mikrobiális bontás során ebben a szakaszban a cellulózbontók szén-dioxidot, vizet, glükózt termelnek,

míg a fehérjebontók aminosavakat, valamint aminokat, ammóniát, N2-t szabadítanak fel. Ehhez

természetesen az ureabontók is hozzájárulnak. A baktériumszám ekkor 50-60 millió/ gr.

2./ Anaerob szakasz

Ebben a szakaszban az anaerob és fakultativ anaerob fehérje és cellulóbontók (mezofil, termofil), -

elsősorban a Clostridium-, Bacillus fajok, valamint a metánképzők tevékenykednek. Ebben a szakaszban

a baktériumszám átlagosan 20-22 millió/gr.

Ebben a szakaszban nemcsak lebontás, hanem szintézis is végbe megy.

A trágyában felszabadúló szerves savak miatt a trágya pH-ja gyengén savanyú lesz.

A helyesen kezelt istállótrágya a legjobb tápanyagutánpótlás a talajok számára. A trágyával sok

baktérium, sok a növények számára közvetlenül felvehető tápanyag, és a humuszképződést is elősegitő

szerves anyag kerül a talajba.

Tény az is, hogy a nitrifikáló és denitrifikáló szervezetek miatt jelentős lehet a N-veszteség.

A nitrogénen kivűl a trágyában elég intenzív a foszfor és kálium veszteség is.

A veszteségek elkerülése érdekében tehát a trágyakezelésnél fontos a tömörítés, hiszen akkor az aerob

szakasz rövidebb lesz. Az anaerob fázisban keletkező szerves savak pedig a trágyaszarvas pH-ját úgy

módosítják, hogy az ammónia és foszfor eltávozása mérséklődik.

Ennek eredményekeént a talaj mikrobiológiai aktivitását is növelő, tápanyagban gazdag szervestrágya

kerülhet ki a földekre.

Komposztálás

A komposztálás végeredménye a komposzt. Ez olyan szerves trágya, amely a szilárd és folyékony

hulladékokból, irányított szervesanyaglebontó és szintetikus mikrobiológiai folyamatok eredményeként

keletkezik, és alkalmas a talajerő visszapótlására. A jó komposzt egynemű, földszínű és földszagú,

morzsalékos szerkezetű, humuszanyagokban gazdag, stabil szerves anyagtartalmú, természetes, toxinokat

és más gátló anyagokat nem tartalmazó, környezetbarát anyag.

A komposztálás aerob, biotermikus folyamat. Ennek megfelelően a komposztanyagoknak morzsáltnak,

darabosnak és fellazított szerkezetűnek kell lennie, hogy a levegő oxigénje kellően átjárhassa. Ha

szükséges, benne mesterséges járatokat kell készíteni, és a halmokat 10-14 naponként át kell forgatni. Az

optimális levegőtér a komposztprizmában 32-34%.

Ha komposztálás zárt térben (reaktorokban) történik, pl. települési kevert hulladékok esetében, akkor a

folyamatosság érdekében a levegőztetést meg kell oldani.

Az egyik legfontosabb tényező a komposztprizma víztartalma. Ennek 30-65% között kell lennie.

A megfelelő oxigén és víztartalmon kívűl nagyon fontos a mikrobiális folyamat optimális sebességéhez

biztosítani szükséges a C : N arányt (30 : 1), és a P és K mennyiséget.

Az aerob mikrobiológiai folyamatok során (első aerob szakasz), először a mezofil baktériumok és

sugárgombák, valamint az élesztőgombák szaporodnak el, és bontják el a zsírokat, fehérjéket és a

vízoldható szénhidrátokat.

Közben a prizma hőmérséklete, a baktériumok tevékenysége révén, megemelkedik (52-55 0C fölé), amitől

a gombák elpusztulnak.

(A sugárgombák lassabban szaporodnak a friss keverékben, mint a termofil és az utóérés szakaszában.)

A komposztálás során a keverék pH-értéke törvényszerű változást mutat. A friss keverék pH-ja ugyanis

semleges körüli. Az első szakaszban gyors savanyodás (pH=4.0-4.5) következik be, a mikrobák

szervessav termelése miatt. Amikor a keverék maghőmérséklete 40-50 0C-ra megnő, a folyamatot

beindító mikroorganizmusok elpusztulnak, és helyükbe egy kevésbé divers termofil baktériumközösség

lép. (Ez akár néhány óra alatt is bekövetkezhet.)

Ezek tevékenysége révén a szervessavak mennyisége csökken, és ezért a pH-érték megemelkedik (pH

8.0-8.5). A hőmérséklet eléri 60-70 0C-ot (termofil szakasz). A termofilek a tápanyag kimerűlése után

tevékenységüket befejezik, így a hőtermelés befejeződik, és a komposzt kihűl.

Ez a második szakasz 3-5 napig tart.

A harmadik szakaszban (2-3 hónap) a komposzt érése befejeződik és a maradék tápanyagon, az elpusztult

baktériumsejteken, más mikroorganizmusok újra elszaporodnak.

A komposzt érése során a kationcserélő kapacitás növekszik, a redukáló kapacitás pedig csökken. A

humusz alkotók mennyisége nagyobb lesz, mint a fulvósavaké (humusz > fulvósav). Bekövetkezik a C :

N arány csökkenése (az érett komposztban a C : N < 12), nő a nitrogén és az NH3 tartalom (érett

komposztban NH4+: NO3

-< 0.16, NH4+ -N < 0.04%).

A komposztálási technológiában gyakran alkalmaznak szelektált baktérium törzseket, melyek a szalmát, a

kukoricaszárat, állati és növényi zsírokat, szénhidrogéneket gyorsan bontják.

Ilyenek a termofil spórás baktériumok (Bacillus és Thermoactinomyces fajok), az aerob termofil

aktinomiceták (Thermomonospora és Streptomyces fajok) valamint a termofil gombák (Thermoascus és

Thermomyces fajok).

A raktározott szemestermények betegségei

A szemes termények mikrobiológiai romlásánál a gombáknak (penészeknek) van gyakorlati szerepe. A

szemes terményekből kimutatható gombák, a fertőzés helye és nedvességigény alapján, szántóföldi és

raktári gombákra tagolhatók.

A szántóföldi gombák rendszerint még a betakarítás előtt megfertőzik a gabonaszemeket és a kórokozótól

függően, sekélyebb vagy mélyebb sztrómát kialakítva kerülnek be tárolótérbe. Minőségromlásra

elsősorban a magas nedvességtartalmú (20%) termények esetében kell számítani. A szántóföldi gombák

csoportjához tartozik például a Fusarium, az Alternaria és a Trichoderma genusz számos tagja.

A raktári gombák, bár ritkán és igen kis mértékben, kolonizálhatják az aratás előtt álló gabonát –

leginkább a megkésett betakarításnál, hűvös, csapadékos időjárás mellett -, de a termés leggyakrabban

ezekkel a gombákkal a tárolás során fertőződik.

A fajok többségénél a növekedés és a sporuláció már viszonylag alacsony nedvességtartalomnál is (

20%) megindul.

A fertőző gombák a raktári mikrobiota olyan általánosan jelenlévő elemeit alkotják, amelyekben gyakorta

fertőzik a raktári tárolóhelyiség légterét és eszközeit is.

Ennek a csoportnak a fő képviselői az Aspergillus, a Penicillium és a Mucor nemzetségből kerülnek ki

A raktári fertőző gombák közül a legeltejedtebbek a Fusarium genusz tagjai. A hazai kutatás eddig 15 fajt

izolált, de két faj, a F. graminearum és a F. culmorum abszolút fölényben van jelen a mintákban.

A Fusarium fajok polifág kórokozók. Számos lágy szárú és fás szárú termesztett és vadon termő növényt

megbetegítenek, de ezek közül talán a gabonafélék a legfontosabbak. Ezek kultúráit minden fejlődési

stádiumban megfertőzik.

A Fusarium fajok gyengültségi paraziták. A természetben leggyakrabban elhalt növényi maradványokon

kolonizálnak, szaprotrof módon maradnak fenn. Évekig fertőző képesek maradnak (klamidiospóra,

szklerócium). A szemes termények fertőződését, a járványos megbetegedést konídiumok okozzák.

A beteg gabonaszemek töppedtek és rózsaszinűek, vagy fehérek lehetnek (a micelium szine miatt).

A Fusarium gombák kozmopoliták, így szerte a világon előfordulnak. Az okozott kár a mennyiségi

veszteségen túl, amely epidémia esetén 30-70%-os, súlyos minőségromlásból áll.

Ez utóbbi az ún. sütőipari értékmérők (sikértartalom, terülékenység, farinagráfszám stb.) csökkenéséből,

illetve speciális kárformák (elszíneződés, dohosság, fülledtség és rothadás) megjelenéséből és az ezekhez

társuló íz és szaghibák kialakuló élvezeti érték elvesztéséből tevődik össze.

Másrészről számos Fusarium faj megfelelő környezeti feltételek mellett emberre, állatra egyaránt

veszélyes mikotoxininokat képez.

A szemes terményekben leggyakrabban előfordoló fuzariotoxinok az epoxitrichotecének, valamint a

zearalenon és ennek származékai.

Az epoxitrichotecének bioszintézisük alapján A, illetve B típusba sorolhatók.

Az A-típusba a T-2 toxin, a HT-2 toxin, a diacetoxiszcirpenol (DAS), és a neoszolaniol, a B- típusba a

deoxinivalenol (DON), a nivalenol (NIV) és a fuzarenon X tartozik.

Előfordulásukat tekintve a felsorolt toxinok közül első a DON és a NIV, majd ezeket követi a T-2, HT-2

toxin és a DAS.

A DON széles körben elterjedt, de szerencsére a legkevésbé toxikus. A legnagyobb toxikológiai

jelentősége a T-2 toxinnak van.

A trichocetének letális dózisban nem egyetlen szervet károsítanak, és a kiváltott toxikózis szimptómái

különbözőek. Szubletális dózisnál jellegzetes hatásuk van a központi idegrendszerre, amely hatást hányás

és az állatok táplálék visszautasítása jellemez. A sertés kimondottan érzékeny ezekre a toxinokra, és az

említett tünetek pl. a DON mérgezés esetén már alacsonyabb, mint 0.05 mg/l testtömeg-kg értéknél

megfigyelhetők.

A zearalenont (F-2 toxin) gabonaféléken kívűl számos más növényben, illetve terményben is kimutatták.

Bizonyított ösztrogén hatással bír, és úgy tűnik itt is a sertés a legérzékenyebb

(már 0.02 mg / testtömeg-kg mennyiség is válaszreakciót vált ki). Szubletális dózisnál hatással van a

reprodukcóra. A termékenységet csökkenti, a genitáliák megbetegedését és vetélést okoz.

A szemtermés fertőzöttsége mögött leggyakrabban a virágzáskori fertőzés áll, bár a gabonafélék a

kalászhányástól a betakarításig fertőződhetnek. A májusi-júliusi bőséges csapadék elősegíti a fertőződést.

Különösen a magas nedveségtartalommal betakarított gabonafélék esetében számíthatunk fusariumos

fertőzés kialakulására. Cél, hogy alacsony csiraszámú termény kerüljön a tárolókba, és ezt az illető

kultúra igényeit szem előtt tartó növénytermesztési,- növényvédelmi technológia alkalmazásával lehet

elérni.

A tárolás során bekövetkező további mikrobiális romlásért elsősorban az ún. aktív víztartalom a felelős. A

biztonságos, hosszú idejű tárolást pl. a búza és a kukorica esetében 13%, a szójánál és a rizsnél 12.5%,

illetve ez alatti nedvességtartalom tesz lehetővé. Megjegyzendő, hogy megfelelően alacsony

nedvességtartalommal betárolt termény esetében sem biztosítható a romlásmentes tárolás, ha a

víztartalom eloszlása a tárolt terményben nem egyenletes. Forró foltok alakulhatnak ki. A mikrobiális

aktívitás megnő, miközben hő, víz és szén-dioxid szabadul fel. Különösen veszélyes az ún. kondenzvíz

kicsapódása, mely forrása lehet a mikrobiális aktívitás megnövekedésének.

A szemes termények aspergilluszos és penicilliumos penészesedése hasonlón vezsélyes a tárolt

terményekre.

Az ilyen típusú fertőzés a szemes termények helytelen tárolása során jelentkezik.

A magvak felületén a penészek tenyésző és szaporítóképletei jelennek meg, mely zöldes, sárgásbarna

penészbevonet formájában észlelhető.

Az ilyen típusú gombák is általánosan jelenlévő elemei a raktári mikroflórának. Gyakran fertőzik a raktár

levegőjét és eszközeit. Az Aspergillus és Penicillium gombák számos faja termel mikotoxint. Ezek közül

a legjellemzőbbek az ochratoxinok, a penicillinsav, az aflatoxinok, a szterigmatocisztinek, a citrinin és a

patulin. Ezek közül talán a legveszélyesebb az ochratoxin. Szerencsére azonban akut megbetegedést

ritkán okoznak. Az ochratoxin erős vese és májkárosító. Az ochratoxikózis legismertebb humán

vonatkozása az ún. balkáni endémiás nephropátia, mely veseelváltozással, vesefunkció károsodással, de

sokszor halállal végződő betegség.

A takarmánygyártó és forgalmazó cégeknek alapvető érdeke, hogy az általuk gyártott és forgalmazott

keveréktakarmányok, illetve koncentrátumok esetleges mikotoxin tartalmára visszavezethető káros

hatások kialakulását megelőzzék. A takarmányok mikotoxikus hatása ugyanis nem marad rejtve, egyrészt

a jelentkező klinikai tünetek miatt, másrészt pedig az ilyenkor szokásos takarmányvizsgálatok miatt.

Ha bebizonyítható, hogy a felhasználónál keletkezett kár a takarmány hibájával összefüggésbe hozható, a

takarmány gyártójának meg kell téríteni a keletkezett kárt. Ez évente több 10 millió Ft nagyságot is

elérhet. Célszerű tehát a kárt megelőzni.

A fuzáriotoxikózisok elméletileg megelőzhetők

- a Fusariumokra rezisztens gabonafajták tenyészbevételébvel és elterjesztésével,

- megfelelő agrotechnika alkalmazásával,

- takarmánytárolási körülmények optimalizálásával. (tárolási hőmérséklet 10 0C körüli, nedvesség

13%).

Újabban próbálkoznak a szemterményeken levő penészgombák vegyszerrel történő elpusztításával, illetve

azok szaporodásának megakadályozásával (Toxi-check, propionsav stb.).

A már toxinnal szennyezett takarmány felhasználására több lehetőség kínálkozik:

- a szennyezett takarmányt hígítjuk toxinmentes takarmánnyal,

- olyan állatfajjal etetjük meg, amelyik nem érzékeny az adott toxinra,

- a szervezet ellenállóképességét növeljük a mikotoxinok hatásaival szemben (Provita, Ascogén

készítmények),

- adalék anyagok, takarmánykiegészítők alkalmazása, melyek szelektív módon semlegesítik

a toxinokat (hővel, biotechnológiai módszerekkel) vagy

- megkötik, illetve inaktiválják azokat (szilikát alapú ásványi anyagokkal, zeolittal, aktív szénnel,

homopolimerekkel, Antitox Plus-sal) vagy

- inaktiválják az emésztő csatornában (Detoxa 2000).

A környezetvédelem mikrobiológiai vonatkozásai

Szennyvíztisztítás

Az ipari és a kommunális létesítmények üzemelésekor többnyire jelentős mennyiségű szennyvíz

keletkezik. Ezek tisztítása, elhelyezése minden üzemelő számára nagy gondot jelent.

A kommunális eredetű szennyvizek tisztítása az esetek többségében nem jelent nagyobb gondot, mivel a

bennük lévő biológiailag hozzáférhető szervesanyag és a táplálékbőség lehetővé teszi biológiai

tisztításukat, lebontásukat.

Az ipari szennyvizek ártalmatlanítása és tisztítása már nem ilyen egyszerű feladat. A bizonytalan

összetétel, a sokszor magas szénhidrogén, fenol, nehézfém és összsótartalom a tisztítást nehézzé teszi.

Ezeket a szennyvizeket először egalizálni kell (pH, hígítás, előkelezés, vegyszeres kezelés, ülepítés), és

csak utána lehet gondolni a biológiai tisztításukra.

A biológiai tisztítás lényege, hogy a szennyvizet az élőlények metabolizmusának kihasználásával

(elsősorban a mikroorganizmusok segítségével) tiszítjuk meg, a bennük lévő szerves és szervetlen

anyagoktól, oly mértékig, hogy az a befogadó élővilágát ne veszélyeztesse, illetve az ember környezetét

ne károsítsa, és vízhasználatában ne korlátozza.

Ez tulajdonképpen a természetben lejátszódó folyamatok reprodukálását is jelenti (pl. a vizek

öntisztulása, a szaprobitás csökkenése).

Lényegében kétféle biológiai tisztítási módszer használatos: a csepegtetőtestes és az eleveniszapos

biológiai tisztítás.

A csepegtetőtestes biológiai tisztításnál a szennyvizet – megfelelő előkezelés után – bevezetjük a nagy

felületet biztosító kőzuzalékos, vagy műanyaggyertyás töltettel ellátott betonsilóba. A szennyvizet

permetszerűen a töltetre visszük, ahol a szennyvíz a gravitációval végigfolyik, leszivárog a töltet

felületén. A töltet felületén kialakult aktív biológiai hártya az élőbevonat (baktérium,- alga,- protozoa,

gomba biocönózis) szervesanyaglebontó tevékenységének hatására a szennyvíz mineralizálódik, és a

csepegtetőtestekről végűl többnyire egy kellően, biológiailag tisztított víz távozik.

Az eleveniszapos szennyvíztisztítás során a megfelelően előkezelt szennyvizet egy speciálisan kialakított

medencébe vezetik be. Itt az aktív levegőztetés (rotoros, mélylevegőztetés) hatására pelyhek képződnek,

melyek felületükön és belsejükben aktívan tevékenykedő baktériumokat tartalmaznak (eleveniszap).

Ezek, valamint az ezekkel közösséget alkotó szervezetek (gombák, protozoák, mezozooplankton tagok –

Rotatoria, Cladocera, Copepoda) tevékenységének eredményeként a szennyvíz szervesanyag és

tápanyag-tartalma lebomlik, illetve a szervezetek testébe beépül. Ennek eredményeként az oldott

szervesanyag formált szervesanyaggá transzformálódik, mely így a táplálékláncban résztvevő más

szervezetek (kisrákok, kerekesférgek) számára válik hozzáférhetővé. Az iszapot aztán az ülepítőkben

elválasztják a vizes fázistól. A megtisztított szennyvizet pedig vagy közvetlenül valamelyik befogadóba

vezetik be, vagy még további kezelés után (pl.oxidációs tórendszeren keresztül vezetve: – algástó,

halastó, nádastó) kerül át a befogadóba.

A tiszított szennyvizeket, illetve a visszamaradt eleveniszapot sok esetben – ha az iszap nem tartalmaz

toxikus anyagokat, és nehézfémeket - a mezőgazdaságban trágyaként is felhasználják.

Biogáz

Az egyre dráguló üzemanyagok, valamint a néhány évtized múlva kiürülő fosszilis szénkészletek újabban

ismét az érdeklődés homlokterébe állították a biogáz előállításának kérdését.

A biogáz a magas szervesanyag tartalmú mezőgazdasági, ipari és kommunális hulladékok

környezetvédelmi szempontú ártalmatlanítása során, anaerobikus, mezofil és termofil körülmények között

keletkező gázelegy, melynek metán tartalma kb. 60-70%. A biogáz tartalmaz még szén-dioxidot,

hidrogént és kénhidrogént is.

(Csak megemlítjük, hogy az anaerob termofilek gyorsabban bontanak, de működésükhöz a rendszert

melegíteni kell, ezért gazdasági okokból a mezofil lebontás előnyösebb!)

A biogáz előállítása során az anaerob lebontás két szakaszban megy végbe. Az első lépésben

szervessavak keletkeznek (savképző fázis), a második szakaszban a metánképző ősbaktériumok játszák a

fő szerepet, melyek az első fázisban keletkező termékek CO2-dá és CH4-ná való átalakításából nyerik

energiájukat.

C6H12O5 + H2O 3 CH3-COOH 3 CO2 + 3 CH4

I. szakasz II. szakasz

Vannak olyan vélemények is, hogy az első szakasz két fázisra bontható. Úgy mint:

Az első fázisban a mikroorganizmusok a szénhidrátokat, fehérjéket, lipideket propionsavvá, vajsavvá,

alkoholokká és H2-né, CO2-dá bontják.

A második fázisban a hidrogéntermelő acetogén baktériumok ecetsavat, szén-dioxidot és hidrogént

termelnek.

A második szakaszban a metánképző ősbaktériumok az első fázisban keletkező termékeket felhasználva

metánt és szén-dioxidot termelnek (Methanosarcina, Methanococcus).

(A metánképző baktériumok sejtjei pálcikák vagy kokkuszok. Obligát anaerobok, spórát nem képeznek.

Mezofilek vagy termofilek lehetnek. Sejtfaluk nem tartalmaz muraminsavat.)

A városi szemét lebontásakor a végtermékek aránya 50-50%. Állati trágya esetén ez 35-65%.

Szennyvíziszap bontásakor 30-70%. Megfelelő gáztisztítással a metán aránya növelhető. A biogáz

fűtőértéke 20-26 MJ/m3, amely mintegy 0.5 kg tüzelőolaj egyenértékű kalorikus energiának felel meg.

Növényvédőszerek mikrobiális bontása, átalakítása

Ma már a mezőgazdaságban használatos agrotechnikai eljárások szerves részét képezi a növényvédelem.

A növényvédelem két módszert alakalmazhat.

Az egyikhez a biológiai és biotechnológiai módszereket soroljuk, melyek során egyrészt géntechnológiai

módszerekkel előállított rezisztens növényeket alkalmaznak a termesztésben, másrészt olyan

szervezeteket használnak fel, amelyek bizonyos kár-, illetve kórokozókat megtámadnak, és azokat

elpusztítják.

Ezek a módszerek ugyan már ma is használatosak, de még igazából nem nagyon terjedtek el.

A növénytermesztésben ezért ma még a hagyományos növényvédőszerekkel történik az esetek

többségében a védekezés. A növényvédőszergyártók egymással versengve évről-évre újabb és újabb

termékekkel rukkolnak elő. Ennek eredménye az, hogy a künböző módszerekkel a talajba és a növények

felületére kijuttatott „szerek” a talajban kötnek ki, és ott kihatással lehetnek a talajok mikrobiológiai

aktivitására.

A laboratóriumi és a szabadföldi vizsgálatok egyaránt bizonyították, hogy a mikroorganizmusok a

használt növényvédő szerek közül többet, metabolizmusuk során, hasznosítani, átalakítani képesek.

Ennek a transzformációnak négy útja ismeretes:

A peszticidek szubsztrátként szolgáltatnak a mikroorganizmusok szaporodásához és

energiautánpótlásához.

A mikroba a peszticidet átalakítja, de szaporodásához abból energiát nem hasznosít.

A peszticidmolekula, vagy annak közti terméke a mikroba hatására valamilyen természetes vegyületté

konjugál.

A peszticid beépül és felhalmozódik a szervezetben.

Ezek az említett történések mindenképpen függenek a peszticidmolekulák vegyi összetételétől, illetve az

átalakításban résztvevő fajtól.

A peszticidet degradáló mikrobák nagy mennyiségben vannak jelen a talajban. Többnyire egy

peszticidmolekula bontásához két, vagy több mikroba faj, esetleg kevert tenyészetek szükségesek.

A peszticidek átalakítását ezért nem a résztvevő mikroorganizmusok, hanem a folyamatban résztvevő

enzimreakciók alapján csoportosíthatjuk, az alábbiak szerint: hidroxilezés, dealkilezés, éterkötés hasítása,

aromás gyűrű oxidációja, epoxidáció, szulfoxidáció, hidrolízis, dehalogénezés és szintetikus reakciók.

Néhány példa: a hidroxilezés mind az alifás, mind az aromás vegyületeknél észlelhető. A Fusarium

oxysporum például a p-klór-nitro-anilint, p-klór-fenil-hidroxil-aminná hidroxilezi, ez utólag p-klór-

nitrozo-benzollá, majd p-klór-nitro-benzollá metabolizálódik.

Fontos gyakorlati kérdés a DDT mikrobiológiai degradációja. Kiderült, hogy a Hydrogenomonasok

képesek a DDT analóg gyűrűit hasítani. A DDT dehalogénezésében az Enterobacter aerogenes vesz

részt.

A Rhodococcusok a tiokarbanáttal szennyezett talajokat mentesíthetik.

A Bacillus sphaericus és a Micrococcus candidus a monolinuron molekulákat közösen paraklóraminná

alakítja.

Műanyagok biodegradációja

Az elmúlt évtizedben uralkodó helytelen, fejlesztési, gazdálkodási és fogyasztási szemlélet következtében

világszerte a termelés, valamint a népesség növekedési ütemét meghaladó mértékben nőtt a hulladék

mennyisége.

Az egyre nagyobb mennyiségben felhalmozódó hulladék nemcsak lehangoló látványt nyújt, hanem

károsítja, mérgezi a talajt, a vizet, a levegőt, károsítja az ember környezetét.

A szemét és a hulladék jelentős részét, a tömegükhöz képest nagy térfogatú műanyagok teszik ki.

A világon naponta keletkező szilárd hulladék közel 8-9%-a műanyag.

A világszerte növekvő műanyaggyártással és műanyagfeldolgozással természetszerűen nő a műanyagok

mennyisége, és sajnos ez nagyrészt a környezetünket szennyező temékek formájában kerűl forgalomba.

A fő cél a műanyagok mennyiségének csökkentése.

Ennek három módja lehetséges:

A keletkező műanyagok mennyiségének, térfogatának csökkentése

A műanyaghulladék újrahasznosítása

Biológiailag lebontható műanyagok (BLM) alkalmazása.

A talajban élő mikrobák rendkívül sokfélék, de ezeknek csak kis része képes arra, hogy a hagyományos

műanyagokat valamilyen módon „megtámadja”. Kimutatták, hogy a nagy szervesanyagtartalmú

talajokban a Streptomycesek a polivinil-klorid, amilplaszt, fenoplast anyagokba üregeket bontanak.

A polivinil acetátáot az Arthrobacterek hasznosítják, úgy hogy a polimer acetil oldalláncát bontják. A

glicin és az aminokapronsav váltakozó kopolimerjét a talajból kitenyésztett Achromobacterek,

Brevibacteriumok és Bacillusok hasznosították.

A hagyományos műanyagokat a következők szerint tudjuk csoportosítani (Szabó I. M. 1986):

1./ Mikrobákkal szemben rendkívűl ellenállók: polietilén, polipropilén, polivinilklorid

2./ Mikrobákkal szemben erősen ellenállók: polivinil-alkohol, polivilidén-klorid, polisztirén, polivinil-

butiral, szilikon, fenol-formaldehid, urea-formaldehid.

3./ Mikrobákkal szemben közepes vagy gyenge ellenállásúak: polivinil-acetát, poliamid, plietilén-

tereftalát.

4./ Nem ellenállóak: cellulóznitrát, melanin formaldehid.

Új irányzatot képviselnek a Biológiailag Lebontható Műanyagok (BLM).

A szabvány szerint (DIN 54900), a biodegradálható műanyagok azok, amelyek teljesen lebomlanak vizzé,

szén-dioxiddá és biomasszává, komposztálhatók, és nem tartalmaznak semmilyen, a környezetre, emberre

veszélyes anyagokat (pl. nehéz fémeket).

Az ECOSTAR (Olszország) 60% PE-ből és 40 % keményítőből áll.

MATER Bi-ben kukoricakeményítő van nagy százalékban. A fizikai és mechanikai tulajdonságai a

hagyományos műanyagokéhoz hasonlóak, a biodegradáció mértéke a papíréhoz hasonló. Jól

komposztálható.

Hasonlóan vélekednek a gyártók a BIOPLAST, BIOMAX, BAK 1-95, BAK 2195 bioműanyagokról is.

Tény az, hogy a MATER Bi fólia darabok a csernozjom talajban, illetve az erdei homoktalajokban

nagyon jól, és nagyon gyorsan elbomlanak. Tapasztalatok szerint, három hónap után ezek a műanyagok

70%-ban, vagy 100%-ban olyan mértékben degradálódtak, hogy alakjukat teljesen elveszítették, vagy a

talajban nem voltak megtalálhatók.

A talajban elhelyezett fóliaminták mellett a cellulózbontó baktériumok (Cellfalcicula, Cellvibrio genusz

tagjai) a gombák közül az Aspergillus, Penicillium és Trichoderma genusz tagjai voltak jelen nagyobb

számban. A vizsgált fóliák közelében a protozoonok száma is emelkedett, illetve az edafon más tagjai (pl.

férgek) is igen aktívak voltak.

Megítélésünk szerint ilyen jellegű termékek bevezetésével jelentősen lehetne csökkenteni környezetünk

hulladékterhelését.