Morfologia bakterii

Bakterie dzieli się na:

1. Kuliste

a. ziarniaki
b. dwoinki
c. czworaczki
d. sześcianki
e. paciorkowce
f. gronkowce

2. Cylindryczne

a. pałeczki
b. laseczki

3. Spiralne

a. krętki
b. śrubowce
c. przecinkowce

Bakterie pleomorficzne – bakterie, których populacja składa się z różnokształtnych komórek – może ten fakt wynikać
z odchyleń pomiędzy optymalnymi warunkami środowiska, a rzeczywistymi.

Jeżeli nie zostały przekroczone granice fizjologii – mówimy o atypowych kształtach bakterii. Jeżeli zostały
przekroczone – mówimy o formach inwolucyjnych/degeneracyjnych. Formy te mogą przybrać normalny wygląd po
przejściu do bardziej odpowiedniego środowiska.

Formy L (przesączalne) – bardzo drobne formy bakterii, z których mogą odtwarzać się normalne komórki.

Elementy komórek bakteryjnych

1. Ściana komórkowa – ma skomplikowaną budowę i stanowi podstawę podziału systematycznego. Utrzymuje

kształt komórki i pełni funkcje mechaniczne. Najważniejsze elementy składowe:

a. Kwasy diaminowe

i. kwas diaminopimelinowy (DAP) i jego pochodne:

1. meso-DD
2. LL
3. 3(OH)

ii. L-lizyna

iii. L-ornityna
iv. L-homoseryna

v. kwas L-diaminomasłowy (L-DABA)

b. Pochodne D-glukozy

i. kwas N-acetylomuraminowy (MUR.NAc)

ii. N-acetyloglukozoamina (G.NAc)

c. Peptydoglikan (mureina) – ogromna makrocząsteczka zbudowana z wymienionych wyżej

pochodnych D-glukozy oraz tetrapeptydów sieciujących:

L-alanina

D-glutaminian

L-diaminian

D-alanina

d. Kwas teichojowy i teichouronowy (charakterystyczne dla Gram+!)
e. Białka
f. Polisacharydy
g. Glikolipidy
h. Mikozydy
i. Antygen 0 (charakterystyczny dla Gram-!)

GRAM DODATNIE

GRAM UJEMNE

20 nm

5-15 nm

jednolita

dwuwarstwowa

do 30% aminocukrów

do 10% aminocukrów

do 2% lipidów

do 20% lipidów

do 4% aminokwasów

do 18% aminokwasów

kwasy tejchojowy i tejchouronowy

antygen 0

białka

lipoproteiny

Ścianę można izolować różnymi sposobami, otrzymując:

Ścianę pełną – komórka bakteryjna po usunięciu cytoplazmy i kwasów nukleinowych

Ścianę strukturalną – pełna ściana bez lipoprotein i lipopolisacharydów

Ścianę gładką – rusztowanie pełnej ściany, po pozbawieniu jej protein przez enzymy

2. Błona komórkowa – znajduje się bezpośrednio pod ścianą. Jeżeli pozbawimy bakterię ściany, to uzyskamy

kulisty twór otoczony samą błoną – protoplast. Jeżeli jesteśmy tępi i nie usuniemy ściany do końca –

mamy sferoplast.

3. Cytoplazma – zero filozofii, zawiera rybosomy, wakuole, plazmidy, aparat genetyczny i inny syf, o jakim nie

ma co się rozpisywać.

4. „Jądro” komórki bakteryjnej – pierdoły, bo bakterie są prokariontami... Po prostu zgrupowanie chromatyny

w cytoplazmie

5. Fimbrie – nieruchome wypustki komórki, biorą udział w adhezji, odżywianiu i procesach koniugacji

6. Rzęski – długie, ruchome wypustki, biorą udział w procesie ruchu. Bakterie mogą być jedno-, dwu-, czubo-

lub okołorzęse.

7. Otoczki – na zewnątrz od ściany komórkowej, zbudowane z polisacharydów (poza B. anthracis, która ma

otoczkę z kwasu D-glutaminowego).

8. Przetrwalniki – wytwarzają je tylko 3 rodzaje bakterii: Bacillus, Clostridium i Sporosarcina. Powstają

w niekorzystnych warunkach środowiska poprzez zagęszczenie protoplazmy i zahamowanie metabolizmu.

W korzystnych warunkach przekształcają się z powrotem w formy wegetatywne.

9. Substancje zapasowe – u bakterii chorobotwórczych dla człowieka tylko C. diphtheriae wytwarza takowe,

z białka wolutyny – są to ciałka Ernsta-Babesa, które można zabarwić metodą Neissera.

Fizjologia drobnoustrojów

Wymagania wzrostowe bakterii

Ze względu na wymagania można wydzielić kilka podgrup bakterii:

1. Bakterie o prostych wymaganiach – rozmnażają się dobrze na prostych podłożach, wystarczy zbuforować

i zapewnić sole mineralne, źródło węgla i azotu.

2. Bakterie o wysokich wymaganiach – potrzebują witamin, zasad azotowych, czynników wzrostowych lub

innych substancji – do ich hodowli konieczne są specjalne podłoża.

3. Bakterie o wymaganiach pośrednich – np. potrzebują tylko jednego składnika specjalnego.

Przy hodowli bakterii należy zwrócić uwagę na następujące parametry:

1. Woda – w kontekście odpowiedniego stężenia składników odżywczych

2. Sole mineralne – pożywka musi zawierać je w odpowiednim stężeniu. Niektóre bakterie, tzw. halofity, mogą

wzrastać w środowisku o podwyższonym stężeniu NaCl (do 15%) – stosuje się to w ich różnicowaniu.

3. pH – większość bakterii rośnie w pH 4,0-8,0. Tylko niektóre bakterie wymagają wyższego (V. cholerae – 8,2)

4. Aminokwasy – bakterie syntetyzują większość aminokwasów z amoniaku i glukozy, jednak niektóre gatunki

mają ograniczone zdolności w tym zakresie – i wymagają podaży określonych składników w pożywce.

5. Węglowodany – niektóre bakterie metabolizują mono-, di- i polisacharydy – można wykrywać produkty ich

rozkładu (CO

2

, H

2

) w odpowiednich pożywkach.

6. Tłuszcze – bakterie syntetyzują większość tłuszczy (można je wykrywać potem w środowisku), ale wiele

potrzebuje do wzrostu oleinianu sodu.

7. Witaminy – głównie witaminy B (od 1 do 9, bez 7)

8. Czynniki wzrostowe – określone związki, np. kwas p-aminobenzoesowy, hematyna.

9. Skład gazowy środowiska – niektóre bakterie wymagają zwiększonego stężenia CO

2

, ale najważniejszym

gazem jest tlen. Ze względu na jego tolerancję wyróżniamy:

a. Bezwzględne beztlenowce – nie tolerują tlenu powyżej 0,5% i muszą wzrastać na pożywkach

zredukowanych – wynika to z braku enzymów tj. katalaza, cytochromy. Np. laseczki tężca
i zgorzeli gazowej.

b. Względne beztlenowce – mogą normalnie funkcjonować przy stężeniu tlenu 2-8%, wytrzymują tlen

atmosferyczny do 1,5h. Np. Clostridium novi.

c. Mikroaerofile – mogą funkcjonować przy zawartości tlenu do 20%, zaliczamy tu liczne gatunki.

d. Bezwzględne tlenowce – funkcjonują optymalnie przy atmosferycznym stężeniu tlenu, oddychają

tlenowo, tutaj też zaliczamy liczne gatunki.

10. Temperatura – bakterie podzielono na 3 grupy ze względu na tolerancję temperatury:

a. Psychrofilne – 0-30 stopni, optimum 15 stopni

b. Mezofilne – 10-45 stopni, optimum 30-37 stopni (temperatura ciała ludzkiego!)

c. Termofilne – 40-70 stopni, optimum 52 stopnie

Cykle rozwojowe bakterii

Wyróżniamy dwa rodzaje cyklu rozwojowego bakterii:

1. Podział poprzeczny – bakterie dzielą się na dwie po powieleniu materiału genetycznego, bez filozofii.

2. Tworzenie form L – pod wpływem np. antybiotyku, z komórki wegetatywnej powstaje tzw. forma olbrzymia,

wewnątrz której tworzą się liczne formy karłowate – formy karłowate mogą ulegać rozsianiu i po trafieniu
w sprzyjające warunki, przekształcają się z powrotem w formy wegetatywne.

W procesie powstawania populacji bakteryjnej rozróżnia się kilka okresów:

1. Faza spoczynkowa – bakterie adaptują się do nowego środowiska i ich liczba pozostaje względnie stała

2. Faza intensywnych podziałów – bakterie dzielą się jak pokurwione, średnio co 30-90 minut

3. Faza niezmienna – bakterie zeżarły, co było, więc nie mogą się dalej dzielić – liczba jest na stałym poziomie

4. Faza spadkowa – nie mogą się dzielić, a się starzeją – więc liczba powoli spada

Bakterie różnie zachowują się po wysianiu na podłoża płynne. Mogą:

1. Tworzyć zmętnienie

2. Tworzyć skupiska na ścianach probówek (Streptococcus)

3. Tworzyć kożuszek na powierzchni płynu (bakterie tlenowe)

4. Namnażać się na dnie probówki (bakterie beztlenowe)

Po wysianiu na pożywkę stałą, bakterie tworzą kolonie, czyli wielomiliardowe klony pojedynczych komórek
widoczne makroskopowo. Przy ocenie kolonii bierze się pod uwagę:

1. Kształt

2. Wielkość w mm

3. Wzniesienie

4. Strukturę

5. Powierzchnię

6. Brzegi

7. Przezroczystość

8. Zawieszalność w płynach

9. Szybkość powstawania

10. Wydzielany zapach

Fizjologia bakterii

Ruch bakterii urzęsionych i spiralnych można obserwować na trzy sposoby:

W kropli wiszącej

W ciemnym polu widzenia

W specjalnej pożywce

Co do enzymów bakteryjnych, to bez zbędnego wdawania się w szczegóły – bakterie mają liczne enzymy, niektóre
na tyle charakterystyczne, że ich działanie może służyć do identyfikacji. Wydzielamy 3 grupy tychże enzymów:

Zewnątrzkomórkowe – rozkładają to, co poza komórką, czyli makrocząsteczki, elementy substancji

pozakomórkowej, hemoglobinę itd.

Wewnątrzkomórkowe – regulują procesy życiowe bakterii, czyli syntezę, rozkład, translokację przez błonę

(permeazy) itd.

Oksydoredukcyjne – odpowiadają za procesy energetyczne oraz tolerancję i wymagania wobec tlenu.

Enzymy można także podzielić na takie, które są cały czas (konstytutywne) oraz takie, które pojawiają się
w określonych warunkach (adaptacyjne). Enzymy adaptacyjne mogą być:

indukowane – czyli jak się coś pojawi, to pobudza syntezę enzymu

represorowane – czyli jak się coś pojawi, to hamuje syntezę enzymu (a z tego wynika, że jak coś zniknie, to

się enzym „odblokuje”)

Bakterie, jak to organizmy żywe, mogą albo wydalać katabolity, albo tworzyć anabolity – po związkach z każdej
z tych grup można je identyfikować. Katabolity są proste – albo gaz, albo coś nieorganicznego, albo organicznego –
zero filozofii. Anabolity z kolei można sobie podzielić:

1. Polisacharydy – w kilku formach:

a. śluz

b. otoczka

c. materiał zapasowy (glikogen lub skrobia)

2. Białka – wydzielane do środowiska (poza wolutyną u C. diphtheriae), tutaj wyróżniamy:

a. toksyny

b. enzymy pozakomórkowe

c. antybiotyki białkowe

3. Tłuszcze – raczej związane z komórką, czasem bardzo charakterystyczne (np. u Mycobacterium)

4. Barwniki

a. zewnątrzkomórkowe – np. pyocyjanina u P. aeruginosa

b. wewnątrzkomórkowe – związane z komórką

5. Witaminy – nie mają zastosowania w diagnostyce mikrobiologicznej

Bakterie są zakażane przez wirusy, tzw. bakteriofagi. Swoistość zakażenia stosuje się do określania podtypu bakterii,
tzw. typu fagowego. Bakteriofag może być zjadliwy, czyli powodować lizę zakażonej komórki, albo łagodny, czyli
doprowadzać do procesu lizogenii.

Lizogenia – proces włączenia materiału genetycznego bakteriofaga do materiału genetycznego bakterii, gdzie
pozostaje on w formie uśpionej. Może ulec aktywacji pod wpływem określonych czynników (np. promieni UV)
i doprowadzić do lizy komórki.

Genetyka bakterii

Mutacja spontaniczna – czyli taka, która pojawia się niezależnie od środowiska zewnętrznego

Mutacja indukowana – czyli taka, która pojawia się pod wpływem jakiegoś czynnika (np. mutagenu albo
wprowadzenia obcego DNA). Zaliczamy tutaj:

Transformację – czyli przeniesienie cechy za pomocą „czystego”, wyizolowanego DNA

Transdukcję – czyli przeniesienie cechy za pośrednictwem wektora, najczęściej bakteriofaga

Rekombinację płciową – czyli mutację indukowaną po procesie koniugacji

Bakterie chorobotwórcze tworzą różne rodzaje kolonii i można wykrywać mutacje poprzez obserwację
zmiany morfologii kolonii:

Kolonie typu S – inaczej gładkie, najbardziej popularne wśród bakterii chorobotwórczych

Kolonie typu R – szorstkie, najczęściej powstają z kolonii S i oznaczają utratę chorobotwórczości (są wyjątki,

np. prątki gruźlicy mają na odwrót – chorobotwórcze tworzą R)

Kolonie typu M – śluzowe, mogą przechodzić w S lub R

Kolonie typu D – małe, karłowate

Kolonie typu L

Dziedziczenie pozachromosomowe

Biorą tutaj udział dwie grupy czynników:

1. Plazmidy – koliste makrocząsteczki DNA nie będące częścią chromosomu bakteryjnego, na podstawie

rozmiaru i sposobu podziału dzielimy ja na dwie słabo rozgraniczone grupy:

a. Duże plazmidy zakaźne – replikują się w sprzężeniu z chromosomem, dlatego jest ich mało

(1-2 na komórkę), są przekazywane na drodze koniugacji

b. Małe plazmidy niezakaźne – replikują się niezaleźnie, dlatego jest ich więcej (10-15 na komórkę),

są przekazywane np. na drodze transdukcji

Wyróżniamy także tzw. episomy, czyli plazmidy zdolne do odwracalnego łączenia się z chromosomem.

Ze względu na kodowane cechy, wydzielamy:

c. Plazmidy F (czynniki płciowe F) – przekazywane podczas koniugacji, kodują cechy związane

z koniugacją (np. wytwarzanie fimbrii)

d. Plazmidy R (plazmidy wielolekooporności) – kodują odporność np. na antybiotyki, środki odkażające

e. Plazmidy Col (czynniki kolicynogenne) – kodują kolicyny, czyli białka o charakterze antybiotyków,

można typować bakterie na podstawie wytwarzanych kolicyn (w badaniach epidemiologicznych).

2. Czynniki translokacyjne – są to elementy pozachromosomowe, które mogą się włączać w chromosom,

plazmidy albo bakteriofagi. Zaliczamy tutaj:

a. Episomy – czyli plazmidy łączące się odwracalnie z chromosomem, opisane powyżej

b. Translokony – małe elementy genetyczne posiadające sekwencję insercyjną i kilka genów.

Najczęściej kodują oporność na antybiotyki, jest też translokon kodujący zdolność rozkładu laktozy.
Sekwencja insercyjna koduje geny konieczne do integracji translokonu z miejscem docelowym.

Adaptacja biochemiczna – przejściowa zmiana morfologii lub metabolizmu bakterii pod wpływem środowiska,
polegająca na aktywacji takich a nie innych szlaków metabolicznych. Nie wpływa na genotyp, nie dziedziczy się
i po ustąpieniu działania bodźca komórka wraca do poprzedniego stanu. Może się przejawiać np. pleomorfią albo
utratą otoczek/rzęsek, co można zaobserwować.