BSCI 223 Exam Study Notes

40 Pages
Unlock Document

Biological Sciences Program
BSCI 223
All Professors

BSCI223 Lecture #2 02/25/2014 Microscopy & Morphology, History of Microbio, Classification of Bacteria, Case I Introduction Textbook Chapters: 1 & 4 Brief History of Microbiology Development of microscopy Microscopy started it all Light microscope – v important. Helps distinguish characteristics of some unknown microbes Microscopy and Size: Scale Matters Everything is relative Amoeba, paramecium, human egg, skin cell, sperm, red blood cell (8 microns), human chromosome, yeast  (3­4 microns), organelles from cells, bacteria Human skill cell is much larger than bacteria which is much larger than a virus Phase­contrast: takes light and moves it in and out of phase. Gives you contrast. Allows you to a see a lot  more than bright and dark field. Depth is visible, so you can distinguish shape better. The stronger the energy of light the more resolution you can get Electron Microscopy 1000x – a whole order more than light microscopy electrons instead of lamp being used to shine light resolution is much higher b/c electrons have lower lambda value (stronger wavelength) so greater resolution Microscopy Today Scanning Electron Microscopy gives you a much larger resolution than phase contrast. You can start to see  the stuff on the bacteria Staining – allows organism to stand out at the same resolution many different types of stains. Differential stains – color it turns tells you what kind of bacteria it is fluorescence – laser excites fluorescence and allows you to see colors Brief History of Microbiology Late 1800s – when field actually began to be studied more Golden Age Accomplishments 1857­1910 People didn’t really know what microbes were and what they did in our world L. Pasteur – put function to what bacteria can do Took various phenotypes and tried to figure out whether microbes had a role and what their role was Spontaneous generation – life can just appear (no) Fermentation Pasteurization – heating something up to where it doesn’t denature the proteins, but kills the microbes you  don’t want Then you add the yeast Germ Theory (w/ Robert Koch) Single organism leads to a single disease Disease Causation & Prevention Many crazy ideas of how diseases came along and things to prevent them prior to understanding of  microbiology Witches, banishment, healing by prayer Germ Theory of Disease Koch’s Postulates there’s a single bacteria that should be present every time someone has a certain disease has to be isolated and cultured in a lab has to be reproducible when a pure culture agent is inoculated into another organism and same disease is  seen Golden Age Accomplishments Sanitation Hand washing prevents passing of many diseases and microbes Antibiotics – produced by microbes to kill other microbes  Classification of Microbes Morphology, staining properties, metabolic ability, habitat, some cause disease Morphology = size, shape, clustering Morphology of Prokaryotic Cells Bascillus – rod Coccus – circle Spirochete – spiral Spirilum – spiral Stalk, hypha, budding/appendage, filamentous Compare rRNA sequences – evolutionary relatedness of two microbes or a group of microbes Carl Woese BSCI223 Lecture #3 02/25/2014 Cell Structure and Function, Gram Staining BSCI223 Lecture #3 02/25/2014 Chapter 1 Which type of microscopy has the highest resolution and would allow the most info TBD? Phase contrast Electron Light Fluorescence Architecture of Prokaryotic Cell Euk is about 10­20 fold larger on average than bacteria Euk will have large number of organelles and plasma membrane Prok has no nucleus and very few walled/separated organelles Bacterial cells – there’s no barriers b/c all components are right there Simpler Can do things much faster Bacterial cells have structure, they just don’t wall them off into organelles Cilia are only found in euk cells Peptidoglycan – unique to bacteria Circular chromosomes and no histones Bacteria can create spores  BSCI223 Lecture #3 02/25/2014 Make themselves resistant to most things  Bacterial Cell Structure Cytoplasmic membrane (some bacteria) Innermost membrane Cell wall Peptidoglycan Gives shape and structure Outer membrane Slime layer, glycocalyx, capsule Made up of sugars. Sugar cell For most bacteria it’s made of carbohydrates Can be made up of protein as well Protection – can prevent dehydration Flagella are for motility and pili/fimbrae are for adhesion The Gram Stain Gram negative will be pink and gram positive will be dark purple How to perform: Rinse slide with crystal violet then with water BSCI223 Lecture #3 02/25/2014 Stains all bacteria purple Flood slide with iodine for 1 minute then rinse with water Traps crystal violet in some bacteria Flood with alcohol and acetone then rinse with water Smear is decolorized – positive remain purple and negative will be colorless Flood with safranin then water Positive remain purple and negative turn pink Shape doesn’t tell you whether it’s positive or negative, the actual stain is what will tell you Gram + have thick peptidoglycan wall and one membrane Thickness is what causes violet to be trapped Gram – have both membranes and thin peptidoglycan wall Doesn’t trap crystal violet Peptidoglycan Cell Wall Network of interlocking components Protein and carbs/sugars NAM and NAG is backbone back and forth  Interconnected by peptides (small amino acid bridges) Gram+ Cell Wall Multiple layers of peptidoglycan BSCI223 Lecture #3 02/25/2014 Techoic acid (TA), liptechoic acids (LTA) no lipopolysaccharide (LPS) Gram­ Cell Wall Few layers of peptidoglycan 2 membranes LPS present b/c found in outer membrane Porins present Proteins in outer membrane that allow molecules and nutrients to flow in and out of cell Peptidoglycan and Drug Action Necessary for structure – w/o it will lyse and die Lysozyme – will cut between NAM and NAG Penicillin – blocks peptides cross bridge Effective b/c breaks protective layer and lets bacteria lyse Only works if bacteria are actively growing External Structure of Prokaryotic Cells Flagella – external  Used for motility  Going towards nutrient or moving away from something bad Polar – come off one end Peritrichous – everywhere around side Tumble­run movement Run when moving, and tumble when not moving BSCI223 Lecture #4 02/25/2014 PAK 1.1 Discussion, Cell Structure and Function 2, Motility BSCI223 Lecture #4 02/25/2014 Chapter 5 Which of the following is a way to distinguish G­ and G+ bacteria? Thickness of peptidoglycan layer Presence/absence of outer membrane Presence/absence of LTA Presence/absence of LPS Presence/absence of periplasmic space Difference in resistance to penicillin Works well to kill + when they’re actively growing because there is no outer membrane All of the above Which is not a major difference b/w a prokaryotic and eukaryotic cell? Overall size Presence of nucleus Motility and use of flagella Production of endospores Presence of membranous organelles How do we know that peptidoglycan provides support to cell? BSCI223 Lecture #4 02/25/2014 Prevents lysis of cell Stops it from bursting Penicillin will weaken layer and cell will burst Integrity of the Prokaryotic Cell Cell wall Rigidity and shape Cell Membrane Barrier, controls transport Bacterial Cytoplasmic Membranes Passive, active and group translocation Active requires energy  Transport coincides with something happening to what was transported Like adding a phosphate (phosphorylation) External Appendages of Prokaryotic Cells Attachment – fimbriae (short, hair like), pili (longer, fewer) Stick out, attach and adhere Can stick to a surface or stick to another bacteria Motility – flagella (rotating propeller), some pili (attach & retract) BSCI223 Lecture #4 02/25/2014 How Do Bacteria Move? Random – no structure needed Swimming – taxis, flagella Used most of the time Twitch – IV Pili Not very effective Pushing/propelling – host cell actin Use actin to propel bacteria thru cytoplasm of euk cell Gliding – polysaccharide Pump out slime surrounding bacteria and glide along path Chemotaxis – movement to or from a chemical Signal that bacteria wants (like food source) or wants to get away from You can look at path and see if the majority of its runs and tumbles are either towards or away from the  attractant source If it wants to go away from something, it will tumble more Spirochetes Have endoflagella Flagella is in periplasmic space BSCI223 Lecture #4 02/25/2014 Moves in a corkscrew so it can go through very viscous materials Pili’s main function is to attach Type IV Pili enable cell movements via a process called twitching motility Pilus extends, attaches, and then retracts, pulling the cell Not long, gliding movement you see with flagella Actin Polymerization Some bacteria survive and replicate inside mammalian host cells Some of these pathogens can move around inside of the cell Grow actin off back of bacteria, causing it to get longer and longer Moves bacteria away from actin filament causing it to propel and push through membrane of euk cell and  into cytoplasm of another cell BSCI223 Lecture #5 02/25/2014 Microbial Growth Chapter 4 Which of the following statements best describes chemotaxis? Flagella­based motility of bacteria combining runs and tumbles depending on direction of motor Movement of bacteria towards an attractant or gradient of attractant (chemoattractant) Movement of bacteria away from a repellent or a gradient of repellent (chemorepellent) 1 and 2 only All of the above Microbial Replication Binary fission Primary mode of bacterial replication Clones produced Mutation can cause change but otherwise they are essentially the same Budding Mode of yeast reproduction Produces clones Filamentous growth Mode of fungal growth Stay attached BSCI223 Lecture #5 02/25/2014 All of these are not sexual reproduction – main idea. Clonal Binary Fission Single organism Single circular chromosome replicated, divided, separated, formation of septum, septum pinched closed,  then formation of daughter cell Daughter cells can stay attached or detach if they stay attached further divisions can happen but they all stay attached Generation Time time required for a bacterial cell to grow and divide (doubling time) one cell to two cell = generation time = doubling time Lab Growth of Pure Cultures Liquid Media Contains all the essential nutrients and factors – don’t have to go anywhere or do anything Complex extracts (yeast)  Inoculation with small # of bacteria results in growth of clonal population over time Often a complex media – yeast extracts – take out carbs, proteins, etc Solid Media  Allows us to see colonies CFU – colony forming unit. Progenitor that forms clonal population of bacteria  BSCI223 Lecture #5 02/25/2014 Bacteria that leads to a colony If a bacteria produces a colony on a plate its said to be viable Measuring Microbial Growth Direct cell counts Manual counting under microscope Automadted (Coulter counter) Viable cell counts, culturing microbes Growing on agar plate Requires more time Measure biomass (indirect) Turbidity Cloudiness of medium The more cloudy it is, the more bacteria that is present Weight Measuring cell products/metabolism (indirect) Direct Cell Count Dilute bacterial culture, put it on grid, then grids can be counted and use formula that allows you to multiply  number of grids and give total volume of number of bacteria/mL Problem is that you can’t tell if its living or not living  If its motile, you know its living, but makes it hard to count BSCI223 Lecture #5 02/25/2014 Advantages: easy, fast Dis: not all are alive, not all will grow on growth medium, requires moderate conc. Of bacteria to get a count Viable Cell Counts Combo of plating and liquid growth Dilute mixture b/c if its too concentrated there will be way too much bacteria and complete coverage of plate  and you won’t see any colonies The more you dilute, the more spread out colonies are and less of them You can’t detect if there are too many to count  so you have to do a dilution series You only see the ones that are living because they grew on a certain media Advantage: accurate, tells you if cell is living Disadvantage: requires incubation and time, not all live microbes grow to colonies, colony can come from  multiple microbes, need to have an idea of the # of cells present to know proper plating scheme (dilution  stuff) Measuring Biomass: Turbidity Spectrophotometer – shine light and look at diffraction of light Tells you how cloudy solution is Cloudier = more diffraction = more bacteria Indirect mechanism but can be tested b/c you can take diff dilutions and look at spec, then plate to find  exactly how many bacteria Advantage: easy, fast Disadvantage: need to know relationship b/w bacterial weight/OD and cell count, some media can affect  measurements, need to have high conc. Of cells (>10^5)   BSCI223 Lecture #6 02/25/2014 Microbial Growth & Nutrition BSCI223 Lecture #6 02/25/2014 Chapter 6 Phases of Microbial Growth Lag phase  Log phase Bacteria growing at maximum possible speed and efficiency in conditions they are in Stationary phase Death rate = growth rate Build up of bad things or loss of good things Death (decline) phase Death > living bacteria growth Growth Requirements Physical conditions – environment should be just right Nutrients – chemical and energy requirements If any of these change, the profile of growth will change (enhance or slow it down) Physical conditions Temperature Oxygen requirement BSCI223 Lecture #6 02/25/2014 Aerobe(us), anaerobe, facultative anaerobe pH water availability solute concentration Effects of Temp on Growth Higher temps speed up chemical rxns – double rate for every 10 degrees in temperature Always a point where it is too hot – denaturing of proteins beings and loss of critical enzymatic activity Minimum temp – cant grow below this temp Optimal temp – where it grows best and fastest Maximum – can’t grow past this temperature Bell curve Growth rate vs. temperature  Temperature Ranges Psychrophiles – cold loving organisms – 10 degrees celcius optimum Polar ice caps, fridge, not our body Mesophiles – 15 to 45 Associated with being in us cause our temperature is 37 which is right around optimum Thermophiles – 65 optimum, dropoff to 80
More Less

Related notes for BSCI 223

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.