The lecture is intended for students of the bachelor's degree in biology.
The condition of the microbiology exam is a credit from the laboratory course for the lecture.
The lecture presupposes previous completion of lecture: Biochemistry (see "Prerequisites"). We also recommend attending lectures: Cell Biology, Molecular Biology.
Contact email: seydlova@natur.cuni.cz
Last update: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (18.09.2023)
Přednáška je určena pro posluchače bakalářského studia biologie.
Podmínkou zkoušky z mikrobiologie je zápočet z praktika k přednášce.
Přednáška předpokládá předchozí absolvování přednášek: Biochemie (viz "Prerekvizity"). Doporučujeme také absolvování přednášek: Biologie buňky, Molekulární biologie.
Kontaktní email seydlova@natur.cuni.cz
Last update: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (18.09.2023)
Madigan, Bender, Buckley, Sattley, Stahl: Brock Biology of Microorganisms, Pearson, Global Edition, 16th edition (2021), ISBN: 9781292404950
Last update: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (18.09.2023)
Requirements to the exam -
Students will be evaluated on the basis of a written test. Source: lectures, presentations, compulsory literature (Brock Biology of Microorganisms)
It is possible to enrol for the examination only after completing the credit from practical exercises.
Last update: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (18.09.2023)
Studenti jsou hodnoceni na základě písemného testu. Zdroj: přednášky a povinná literatura (Brock biology of Microorganisms)
Ke zkoušce se lze zapsat jen po splnění zápočtu z praktických cvičení.
Last update: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (18.09.2023)
Syllabus -
1. Microorganisms and microbiology.
Introduction, microorganisms, milestones of microbiology, observation of microorganisms, special properties of microorganisms, viruses.
2. Structure and function of bacterial cell.
Cell shape, size, cytoplasmic membrane, transport mechanisms, cell wall, other cell structures, mechanisms of motion.
3. Nutrition and metabolism of microorganisms.
Nutrition and composition of microorganisms, microbiological media, electron transporters, ATP, Glycolysis, Krebs cycle, aerobic respiration.
4. Growth of microorganisms
Individual cell growth, Exponential growth and growth curve phase. Temperature, pH, osmotic pressure and other physical factors affecting growth.
5. Molecular biology and genetics of bacteria and archea.
Escherichia coli chromosome, plasmids, DNA replication, transcription and sigma factors, horizontal transfer of genetic information - transformation, transduction and conjugation. Mobile DNA. Bacterial genomics.
6. Diversity of metabolisms. Industrial microbiology and biotechnology.
Phototrophy and chemolitotrophy, fermentation and anaerobic respiration. Products of microorganisms in industrial microbiology. Products of genetically modified microorganisms.
7. Evolution of microorganisms and their systematics.
Earth evolution, origin and diversification of life. Phylogeny of microorganisms. The concept of species, classification and nomenclature.
8. Diversity of bacteria.
Phototrophic bacteria, pseudomonads, enterobacteria, Vibrio and Photobacterium, morphologically characteristic proteobacteria, mycobacteria, staphylococci and streptococci, endospore-forming bacteria, mycoplasmas, streptomyces, cyanobacteria, green sulfur bacteria, spirochetes. Archea, evolution and life in high temperature.
9. Inhibition of growth of microorganisms.
Suppression of microorganisms growth by physical factors and chemical substances.
10. Microorganisms and man.
Beneficial relationships of the host with microorganisms. Virulence factors and pathogenicity of bacteria, infection and host response. Examples: airborne diseases, sexually transmitted diseases, animal vectors, food.
Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (25.10.2019)
1. Mikroorganizmy a mikrobiologie Definice a náplň mikrobiologie jako vědy. Vlastnosti buněk prokaryotních a eukaryotních mikroorganizmů. Úloha mikroorganizmů v evoluci, tři domény mikroorganizmů a genosystematika. Životní prostředí mikroorganizmů, vztah mikroorganizmů a člověka. Mikroorganizmy v systému organizmů, metabolizmus mikroorganizmů jako jejich nejdůležitější charakteristika. Historie mikrobiologie, nositelé nových koncepcí v mikrobiologii: A. Leuwenhoek, L. Pasteur, R. Koch, A. Fleming, S. Vinogradskij, J. Monod, C. Woese, C. Venter.
2. Struktura a funkce bakteriální buňky Techniky pozorování mikroorganismů, tvar a velikost buňky. Komponenty prokaryotní buňky: cytoplazmatická membrána a transport malých molekul přes membránu, buněčná stěna grampozitivních a gramnegativních bakterií a archea. Pouzdra, pili, zásobní látky, endospory. Pohyb bakterií: pohyb pomocí bičíku a chemotaxe, dalším typy pohybu. Stručný přehled struktury a funkce virů.
3. Molekulární mikrobiologie Bakteriální genom, replikace a transkripce chromozomu bakterií a archea, plazmidy, typy mutací, horizontální přenos genetické informace: transformace, transdukce a konjugace. Restrikční a modifikační enzymy, systém CRISPR/Cas. Mobilní a transponovatelné elementy v genomu. Genomika: velikosti genomů bakterií a archea, funkční genomika a metagenomika.
4. Výživa a metabolismus – část 1. Chemické složení buňky. Výživa mikroorganizmů: Biogenní prvky a živiny, růstové faktory. Typy pevných a tekutých kultivačních médií. Základní principy metabolizmu: katabolické a anabolické reakce, volné energie, redoxní reakce, univerzální přenašeče vodíku a elektronů v buňkách, ATP a jeho syntéza. Získávání energie u bakterií a archea – chemotrofie, fototrofie. Autotrofní a heterotrofní organizmy. Energetické metabolizmy ve vztahu ke kyslíku. Základní rysy a problémy chemoorganotrofie, chemolithotrofie, fototrofie.
4. Výživa a metabolismus – část 2. Chemoorganotrofní metabolizmus – základní katabolické dráhy: glykolýza, Krebsův cyklus, aerobní respirace, protonmotivní síla a tvorba ATP. Anaerobní respirace: respirace nitrátu, síranu, methanogeneze. Fermentace a její typy. Chemolithotrofie: vodíkové, železité, sirné a nitrifikační bakterie. Fixace vzdušného dusíku. Fototrofie: fotosyntetické pigmenty, anoxygenní a oxygenní fotosyntéza, „bakteriorodopsinová fotosyntéza“ u archea.
5. Růst mikroorganizmů Růst individuální bakteriální buňky a její dělení: Buněčný cyklus, segregace chromozómů, tvorba septa, cytoskelet, syntéza peptidoglykanu. Růst bakteriální populace, růstová křivka: Fáze růstové křivky a fyziologie buněk, matematické modelování růstu, specifická růstová rychlost, vyvážený, nevyvážený, limitovaný a nelimitovaný růst, růstový výtěžek. Kontinuální kultivace bakterií: Otevřený a uzavřený systém, zřeďovací rychlost, chemostat, turbidostat. Růst v biofilmu. Metody sledování růstu.
6. Bakterie a prostředí Vliv fyzikálních faktorů na růst mikroorganismů, extremofilové, adaptace k fyzikálním faktorům: teplota, pH, vodní aktivita, osmotický tlak, záření, kyslík. Inhibice růstu mikroorganismů – fyzikální a chemické metody. Sterilizace, dezinfekce, antisepse. Sterilizace teplem, filtrací, zářením. Antimikrobiální látky, citlivost mikroorganizmů k těmto látkám a její stanovení. Příklady látek, mechanizmus působení a jejich využití. Životní prostředí bakterií: půda, hlubinná prostředí, sladkovodní a mořská prostředí, lidská obydlí. Symbióza mezi mikroorganismy. Rostliny a savci jako přirozené prostředí mikroorganismů, střevní mikrobiota.
7. Evoluce mikroorganizmů a jejich systematika Hypotéza vzniku života v prostředí podmořských horkých pramenů, LUCA, první metabolizmy a jejich evoluce, tři domény organizmů, vztah archea a eukaryot. Faktory evoluce u mikroorganizmů, rekonstrukce fylogeneze mikroorganizmů a konzervativní geny. Metody evoluční analýzy, odlišnosti tří domén organizmů, další možnosti využití sekvencí 16S rRNA. Systematika a znaky u prokaryotních skupin, nomenklatura, determinace na základě fenotypu a genotypu. Definice druhu u bakterií a archea.
8. Diverzita bakterií a archea Funkční a fylogenetická diverzita, kmeny bakterií a archea, proteobakterie, fototrofní bakterie, chemolitotrofní bakterie, Pseudomonas, enterobakterie, Vibrio a Photobacterium, morfologicky neobvyklé proteobakterie, myxobakterie, grampozitivní bakterie, stafylokoky a streptokoky, bakterie tvořící endospory – Bacillus a Clostridium, Mycoplasma, Streptomyces, sinice, spirochety. Kmeny Archaea, halofilní, methanogenní a extrémně termofilní archea.
9. Mikroorganizmy a člověk Kolonizace člověka mikroorganizmy. Mikrobiom a mikrobiota člověka, jejich studium. Autochtonní mikroflóra člověka: Kůže, ústní dutina, gastroinnestinální, respirační a urogenitální trakt.Infekce mikroorganizmy a vlastnosti hostitele: mechanizmy vrozené a adaptivní imunitní odpovědi. PAMP, fagocytóza, komplement, prezentace antigenů, tvorba protilátek. Typy vakcín, imunizace. Antibakteriální látky, zásahová místa patogenu. Sulfonamidy, chinolony, betalaktamy, aminoglykosidy, makrolidy, tetracykliny, nová antibiotika. Mechanizmy rezistence. Diagnostika patogenů, odběr vzorku, mikroskopie, kultivace a biochemická identifikace, imunologické a sekvenační metody. Původce onemocnění a Kochovy postuláty. Infekce a vlastnosti patogena: patogenita a virulence, adherence, invazivita a toxigenita. Endo- a exotoxiny: LPS, rozdělení a mechanizmy funkce exotoxinů. Respirační onemocnění: Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Corynebacterium diphteriae, Bordetella pertusis, Legionella pneumophila. Onemocnění přenášená kontaktem: Staphylococcus aureus, Helicobacter pylori. Průjmová onemocnění: Vibrio cholerae, Salmonella enterica sérovar Typhi, Escherichiacoli, Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni, Clostridium botulinum. Onemocnění přenášené vektory: Rickettsia, Coxiella burnetii, Yersinia pestis, Borrelia burgdorferi. Sexuálně přenosná onemocnění: Chlamydia trachomatis, Treponema pallidum, Neisseria gonorrhoeae. Onemocnění způsobená půdními mikroorganizmy: Bacillus anthracis, Clostridium tetani, Clostridium perfringens.
Last update: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (23.07.2025)
Learning outcomes - Czech
Po úspěšném absolvování předmětu student:
Definuje mikrobiologii jako vědní disciplínu a vymezí její postavení v systému biologických věd.
Vyjmenuje a popíše základní vlastnosti mikroorganismů s prokaryotní a eukaryotní stavbou buňky a rozliší jejich buněčnou organizaci.
Identifikuje tři domény života a vysvětlí jejich evoluční vztahy na základě genosystematiky.
Uvede příklady klíčových osobností historie mikrobiologie a vysvětlí jejich přínos k rozvoji oboru.
Popíše strukturu bakteriální buňky a vysvětlí vztahy mezi jednotlivými buněčnými komponentami a jejich funkcemi.
Porovná a rozliší povrchové struktury grampozitivních a gramnegativních bakterií a archeí.
Vysvětlí principy pohybu bakterií a interpretuje význam chemotaxe pro přežití mikroorganismů.
Definuje a popíše základní rysy struktury a funkce virů.
Popíše a vysvětlí organizaci bakteriálního genomu, replikaci, transkripci a základní regulaci genové exprese.
Vyjmenuje, porovná a vysvětlí mechanismy horizontálního přenosu genetické informace a uvede jejich význampro mikroorganismy.
Identifikuje a vysvětlí funkci restrikčně-modifikačních systémů a systému CRISPR/Cas.
Popíše základní principy genomiky, funkční genomiky a metagenomiky a uvede příklady jejich využití.
Definuje a vysvětlí základní principy výživy a metabolismu mikroorganismů včetně energetických a redoxních procesů.
Porovná a klasifikuje mikroorganismy podle zdrojů energie, uhlíku a vztahu ke kyslíku.
Popíše a analyzuje hlavní katabolické a anabolické metabolické dráhy a vysvětlí jejich propojení.
Vysvětlí principy fermentace, aerobní a anaerobní respirace, chemolithotrofie a fototrofie a uvede příkladyorganismů, u kterých se tyto typy metabolismu vyskytují.
Popíše růst individuální bakteriální buňky i bakteriální populace a interpretuje růstové křivky a jejich parametry.
Aplikuje základní matematické modely růstu na popis bakteriálních kultur.
Vysvětlí vliv fyzikálních a chemických faktorů prostředí na růst mikroorganismů a uvede příklady adaptací extremofilů.
Porovná a rozliší metody inhibice růstu mikroorganismů, sterilizace a dezinfekce a zváží jejich výhody a nevýhody.
Popíše a interpretuje ekologické role mikroorganismů v různých typech prostředí včetně symbiotických vztahů.
Vysvětlí základní mechanismy evoluce mikroorganismů a analyzuje metody rekonstrukce jejich fylogeneze.
Klasifikuje a charakterizuje hlavní fylogenetické a funkční skupiny bakterií a archeí.
Popíše a vysvětlí vztahy mezi mikroorganismy a člověkem, včetně pojmů mikrobiota a mikrobiom.
Vysvětlí principy vrozené a adaptivní imunity ve vztahu k infekcím mikroorganismy.
Porovná hlavní skupiny antibakteriálních látek, vysvětlí jejich mechanismus účinku a analyzuje příčiny a následky vzniku rezistence.
Popíše základní diagnostické metody mikrobiálních patogenů a interpretuje jejich výsledky v kontextu Kochových postulátů.
Zhodnotí a zdůvodní význam mikroorganismů pro zdraví člověka, medicínu, životní prostředí a biotechnologie.
Popíše nejvýznamnější skupiny bakterií, jejich zástupce, způsob výživy a význam pro člověka.
Last update: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (07.01.2026)
