Mikrobiologia wykład 1 30.09.2013

Mikrobiologia – nauka o drobnoustrojach

• Bakteriologia – nauka o bakteriach

• Wirusologia – nauka o wirusach

• Mikologia – nauka o grzybach

• Protozoologia – nauka o pierwotniakach

• Algologia – nauka o glonach

Eukariota – organizmy zbudowane z komórek posiadających jądro komórkowe, odgraniczone od cytoplazmy podwójną błoną białkowo – lipidową, co jest jednym z elementów odróżniających je od prokariontów. Zaliczane są tu niektóre algi i grzyby wraz z drożdżakami /kom. roślinne/ oraz pierwotniaki /kom. zwierzęce/

Prokariota – w komórkach drobnoustrojów prokariotycznych brak takich struktur jak mitochondria, lizosomy, plastydy. Odpowiednikami jądra komórkowego jest nukleoid. W skład ściany komórkowej wchodzi peptydoglikan /mureina/. Zaliczane są tu bakterie i niektóre algi.

Porównanie komórki prokariotycznej i eukariotycznej (nie mogę rozczytać tabeli)

Archeony – pierwotnie uważano, że są ewolucyjnie starsze od bakterii właściwych (eubakterie), obecnie jednak wiadomo, ze grupy te ewoluowaly równolegle i są jednakowo stare. Badania genetyczne wykazały, że archeony są bliżej spokrewnione z eukariontami niż z bakteriami a być może są nawet grupą wyjściową dla eukariontów. Główne różnice:

• Odmienna budowa ściany komórkowej (brak mureiny)

• Obecność eterów rozgałęzionych nienasyconych kwasów tłuszczowych i glicerolu przy jednoczesnym braku fosfolipidów w błonie komórkowej

• Kwas DNA jest upakowany w nić nukleosomów, której rdzeń tworzą białka histonowe

• Materiał genetyczny archeobakterii jest nieciągły, tzn. przedzielony intronami

Wirusy – cząteczki zawierające DNA lub RNA oraz różnie zorganizowane białka, nie posiadają własnego metabolizmu. Pojedynczą, aktywną jednostką wirusa nazywamy wirionem. Każdy wirion wykazuje obecność określonych elementów, a są nimi kapsyd i kwas nukleinowy:

• Kapsyd – czyli płaszcz białkowy, okrywa kwas nukleinowy zbudowany jest z białkowych łańcuchów zwanych kapsomerami

• Kwas nukleinowy – niesie informację genetyczną niezbędną do replikacji oraz kodują białka strukturalne (kapsomery) i ewentualnie enzymy np. odwrotną transkryptazę

• Kwas nukleinowy wraz z kapsydem nazywamy nukleokapsydem

• Niektóre wirusy mogą być otoczone dodatkową osłonką lipidową

Istotną cechą systematyczną jest symetria wirionu. Wyróżnia się trzy jej rodzaje:

• Kubiczną, która charakteryzuje się tym, że wirion ma kształt bryły foremnej, zwykle jest to dwudziestościan foremny (ikosaedr) – symetria ikozaedralna

• Helikalną, którą obserwujemy u wirusów mających śrubowato zawinięty nukleokapsyd

• Złożoną, która opisuje wirusy nie dające się zaliczyć do dwóch poprzednich rodzajów symetrii

Priony – cząsteczki samoreplikującego się białka:

• Nie zawierają żadnego kwasu nukleinowego ani nie wykazują metabolizmu

• W 1982r. wykryto białko prionu (PrP) i stwierdzono korelację między ilością białka a infekcyjnością materiału zakaźnego

• Fizjologicznie białko kodowane przez gen PRNP jest niezbędne w różnych procesach u ludzi i zwierząt wyższych ( najprawdopodobniej reguluje stężenie wapnia w neurocytach, wpływa na cykl życiowy i sen, bierze udział w procesach uczenia się i zapamiętywania, chroni przed stresem oksydacyjnym (jest przeciwutleniaczem))

• Porównanie cząsteczek białek PrP obecnych w tkankach w warunkach fizjologii i w patologiach dowiodło, że mają one identyczną strukturę pierwszorzędową, ale różnią się strukturą drugorzędową, co wiąże się z odmiennymi właściwościami fizykochemicznymi. Białko patogenne PrPSc wpływa na cząsteczki białka fizjologicznego PrPC zmieniając ich konformację i zaburzając procesy w których białka fizjologiczne biorą udział

Dzieje mikrobiologii:

1. Starożytność – Hipokrates uważał, że przyczyną epidemii chorób zakaźnych były miezmaty ( powietrze morowe)

2. Średniowiecze – uczeni brali pod uwagę rolę żywego czynnika zakaźnego w szerzeniu się epidemii drogą kontaktów międzyludzkich (brak dowodów)

3. Dżuma / czarna śmierć/:

• Czynnik etiologiczny: Yersinia pestis

• Szczególnie groźna w XIVw

• Zmarło wówczas na nią 1/2 – 1/3 stanu ludzi

• W Polsce w tym okresie na dżumę zmarło ok. ½ ludności

• Przysłowie staropolskie : „Wnet wyjść, daleko uchodzić, nierychło wracać”

• Obecnie dżuma istnieje w kilku rejonach endemicznych w Azji ( w latach dziewięćdziesiątych XX wieku wybuchy odnotowano w Wietnamie, Zambii, Indiach

Urządzenia optyczne

• Świat mikroorganizmów odkrył ok. 1672 roku Holender Antoni von Leeuwenhoek

• Odkrycie to wiązało się ze skonstruowaniem przez niego urządzenia optycznego – nazwanego obecnie mikroskopem

Wielkość drobnoustrojów

Ludwik Pasteur /1822-1893/ - twórca mikrobiologii jako nauki

• Zastosował metodę wyjaławiania (sterylizacji) i pasteryzacji

• Wykazał związek między bakterią a chorobą

• Użył do hodowli płynnej pożywki nazywanej bulionem

• Wprowadził:

  • W 1880r. szczepionkę przeciwko cholerze kur

  • W 1881r. szczepionkę przeciwko wąglikowi

  • W 1885r. szczepionkę przeciwko wściekliźnie

Robert Koch /1827 – 1919/ - twórca techniki mikrobiologicznej

• 1884 – opracowanie postulatów wyjaśniających związek drobnoustrojów i choroby

• Najważniejsze osiągnięcia:

  • Wprowadzenie stałych podłoży do hodowli bakterii

  • Opracowanie metod barwienia bakterii

  • Odkrył prątki gruźlicy, przecinkowca cholery azjatyckiej

Treść postulatów Roberta Kocha:

• Postulat 1 : Drobnoustrój musi być obecny u wszystkich osób mających daną chorobę i powinien mieć związek ze zmianami chorobotwórczymi

• Postulat 2 : Drobnoustrój musi być wyizolowany w czystej kulturze od osoby chorej.

• Postulat 3 :  Drobnoustrój, wyosobniony od chorej osoby, po wprowadzeniu do ludzi lub zwierząt musi wywołać tę samą chorobę.

• Postulat 4 – Drobnoustrój należy ponownie wyosobnić w czystej kulturze od eksperymentalnie zakażonego człowieka lub zwierzęcia w celu spełnienia trzeciego postulatu

Józef Lister – angielski chirurg wprowadził do chirurgii antyseptykę

Dmitrij Iwanowski – odkrywca wirusów /wir.roślinny wywołujący chorobę mozaikową tytoniu/

Ilia Miecznikow – odkrywca fagocytozy

Edward Jenner – ang. Lekarz stosował celowe działanie profilaktyczne przeciwospowe

• 1796 – pierwsza szczepionka przeciwko ospie

Alexander Fleming – 1929 – odkrycie penicyliny /pierwszy antybiotyk/

Polscy uczeni:

• Tadeusz Browicz – odkrywca pałeczki duru brzusznego

• Odo Bujwid – uczeń Pasteura i Kocha, twórca polskiej mikrobiologii, wprowadził w Polsce produkcję surowic i szczepionek

• Rudolf Weigl – prowadził badania nad durem plamistym

• Ludwik Hirszfeld – odkrył pałeczkę duru rzekomego C / Salmonella hirszfeldi / w latach powojennych organizator Immunologii i Terapii Doświadczalnej

• Julian Nowak – zajmował się morfologią drobnoustrojów, stworzył atlas bakterii, grzybów i pierwotniaków, wprowadził nazwę Mycoplasma

• Jan Danysz – wyodrębnił i opisał gatunek Salmonella typhimurium

Mikrobiologia – ogólna, rolnicza, lekarska, sanitarna, przemysłowa, weterynaryjna

Mikrobiologia ogólna – zajmuje się charakterystyką ogólnych pojęc z dziedziny mikrobiologii:

• Budową i kształtem mikroorganizmów

• Czynnościami życiowymi

• Środowiskiem tych drobnoustrojów

• Wpływem drobnoustrojów na środowisko i inne organizmy

Mikrobiologia lekarska – zajmuje się mikroorganizmami chorobotwórczymi dla człowieka:

• Diagnostyką

• Profilaktyką

• Walką z drobnoustrojami chorobotwórczymi

• Zjawiskami zachodzącymi w ustroju po infekcji

Immunologia – zajmuje się mechanizmami obronnymi chroniącymi gospodarza przed inwazją chorobotwórczych drobnoustrojów

Epidemiologia – nauka o prawach powstawania i szerzenia się chorób oraz o metodach walki i ich zapobiegania

Pojęcia epidemiologiczne:

1. Endemia – stałe występowanie na określonym terenie zachorowań na daną chorobę w liczbie przypadków utrzymujących się przez wiele lat mniej więcej na tym samym poziomie

2. Epidemia – pojawienie się na określonym terenie i w określonym czasie zachorowań na daną chorobę w wyraźnie większej liczbie, niż można było oczekiwać na podstawie obserwacji z poprzednich lat

3. Pandemia – rozległa, szybko rozprzestrzeniająca się epidemia, która obejmuje duże obszary kraju, cały kraj, a także kilka krajów lub kontynentów

4. Rodzaje zakażeń:

• Pierwotne – gdy drobnoustrój wtargnął do ustroju po raz pierwszy

• Reinfekcja (zakażenie ponowne) – ponowne wtargnięcie tego samego zarazka do ustroju w którym zakażenie pierwotne już wygasło

• Mieszane – zakażenie kilkoma drobnoustrojami

• Wtórne – dołączenie się nowego drobnoustroju w czasie trwania zakażenia ( zakażenie wirusowe + zakażenie bakteryjne), często pogarsza przebieg choroby

• Utajone – po przebyciu choroby mikroorganizm nadal pozostaje w organizmie „zawiesza swoją działalność chorobotwórczą”

• Bezobjawowe – drobnoustrój znajduje się w ustroju, ale nie powoduje objawów chorobowych

• Endogenne – zakażenie własną florą fizjologiczną (obniżenie odporności, immunosupresja, choroby nowotworowe)

1. Źródło zakażenia – miejsce naturalnego bytowania i rozmnażania się zarazka

2. Kwarantanna – ograniczenie swobody poruszania się osób zdrowych, które były lub mogły być narażone na zakażenie określoną chorobą zakaźną przez okres czasu odpowiadający najdłuższemu okresowi wylęgania choroby

3. Zakażenie – wniknięcie drobnoustroju do ustroju człowieka (nie jest równoznaczne z rozwojem choroby). W odniesieniu do przedmiotów – kontaminacja

4. Choroba zakaźna – spowodowana i rozwijająca się w następstwie zakażenia

5. Choroba zaraźliwa – może przenosić się bezpośrednio lub pośrednio z osoby zakażonej na osobę zdrową

6. Droga zakażenia – sposób szerzenia się drobnoustrojów od źródła zakażenia do osobników wrażliwych:

   • Kontaktowa – bezpośrednia styczność osoby chorej lub nosiciela z osobnikiem wrażliwym

   • Zakażone przedmioty

   • Kropelkowa

   • Powietrze

   • Woda

   • Pokarmowa

   • Gleba

   • Pośrednia (za pośrednictwem stawonogów, kleszcze, pchły, muchy, wszy, komary)

7. Wrota zakażenia:

   • Błona śluzowa przewodu pokarmowego, dróg oddechowych, narządów moczowo-płciowych

   • Skóra (uszkodzona)

   • Spojówki (najczęściej zakażenia laboratoryjne)

Czynniki warunkujące szerzenie się chorób zakaźnych : źródło zakażenia + osobnicy wrażliwi + drogi zakażenia

Mikrobiom (mikrobiota) – ogół mikroorganizmów (komensalnych, symbiotycznych, patogennych) występujących w danym siedlisku

Mimikra cząsteczkowa – jest strategią wykształconą przez patogeny umożliwiającą im:

• Wniknięcie do organizmu gospodarza,

• Dotarcie do komórki docelowej

• Manipulowanie procesami komórkowymi w celu wymknięcia się spod kontroli układu odpornościowego gospodarza

• Występowanie na powierzchni komórki bakteryjnej podobnych struktur do antygenów gospodarza

• Znaczne opóźnienie skutecznego działania układu odpornościowego zgodnie z zasadą tolerancji immunologicznej

• Wytworzenie autoprzeciwciał

• Reakcje krzyżowe -> choroba autoimmunologiczna

Kryteria klasfikacji:

• Morfologiczne

• Fizjologiczne

• Biochemiczne

• Filogenetycznych

• Od dwudziestu lat – genetyczne

Klasyfikacja – podział organizmów żywych na spokrewnione grupy, podziału dokonuje się na podstawie występowania podobnych cech

Nazewnictwo – jest to nadawanie nazw poszczególnym grupom taksonomicznym, zgodnie z międzynarodowymi zasadami:

• Drobnoustrój powinien posiadać jedną prawidłową nazwę

• Nazwy powinny być pisane po łacinie – pierwsze słowo oznaczające rodzaj – pisane jest dużą literą, drugie – oznaczające gatunek – pisane jest małą literą np. Staphylococcus aureus

• Nową nazwę wprowadza się przez publikację naukową /legalizowana przez międzynarodowe komitety taksonomiczne/

• Gatunek / species /- zbiór szczepów wykazujących wiele cech podobnych

• Szczepy / izolaty / - stanowią pochodne czystej hodowli uzyskanej z izolacji (np. z próbek wody, gleby, roślin, materiału klinicznego od ludzi, zwierząt). Typowy szczep jest przedstawicielem gatunku i nazywa się szczepem referencyjnym

• Gatunki tworzą rodzaje. Rodzaje tworzą tryby lub rodziny

• Nazwy rodzin mają końcówkę : -aceae np. Enterobacteriaceae

Biofilm - zwany także błoną biologiczną– złożona wielokomórkowa struktura bakterii (i innych organizmów) otoczona warstwą substancji organicznych i nieorganicznych, produkowanych przez te drobnoustroje, wykazująca adhezję zarówno do powierzchni biologicznych jak i abiotycznych. Błona biologiczna może odkładać się na granicy faz niezależnie od ich rodzaju. Zwarta struktura biofilmu jest bardzo trudna do usunięcia, dlatego też mycie i dezynfekcja są ważnymi czynnikami mającymi na celu zapobieganie akumulacji materii mikrobiologicznej.