Mikrobiologia ogólna wykład 1

Historia rozwoju nauk mikrobiologicznych

Niedostrzegalni wrogowie i przyjaciele

• człowiek zetkną się z drobnoustrojami wiele tysięcy lat temu, zanim dowiedział się o ich istnieniu

• Opisy ospy można spotkać już w zapiskach chińskich historyków sprzed 4000 lat
  a o wściekliźnie wspomina kodeks Esznana
  w Babilonii przed okresem Hammurabiego

• Człowiek Renesansu Girolamo Fracastoro (1478 - 1553)
  w swym dziele
  O zakażeniu (De contagione) próbował wyjaśnić co to są zarazki i proces zakażania się

• 1590r. Jan i Zachariasz Jensenowie skonstruowali pierwowzór mikroskopu

• Robert Hooke
  (1635 - 1703), dzięki skonstruowanemu mikroskopowi ujrzał
  i opisał komórki roślinne

Mikroskop Hooke'aBył to mikroskop złożony, zbudowany z dwóch soczewek, okularowej i obiektywowej, ale powiększenia za jego pomocą były niewielkie

Antoni van Leeuwenhoek(1632 - 1723)

• skonstruował prototyp dzisiejszego mikroskopu dającego powiększenia do 300 razy

Dalszy rozwój mikrobiologii wiąże się z udoskonaleniem mikroskopu

• Połowa IXI w. - stworzenie przez Abbego
  i Zeissa mikroskopu ze specjalnym urządzeniem oświetlającym (rozpoznawanie przedmiotów wielkości 0,2 µm)

• Skonstruowanie mikroskopu ultrafioletowego

• Lata trzydzieste XX w. - Pierwszy mikroskop elektronowy skonstruował w 1931 roku Ernst Ruska razem z Maksem Knollem w Berlinie.

Mikroskop elektronowy

• pozwala na dostrzeganie obiektów nawet milion razy cieńszych niż ludzki włos (0,1 nm)

Ludwik Pasteur (1822 - 1895)

• Zbudował podwaliny pod współczesną mikrobiologię ogólną, lekarską, przemysłową a także immunologię

• Obalił teorię samorództwa (abiogenezy)

• Wykazał, że proces fermentacji wywołują drobnoustroje

Zasługi Pasteura:

• Wprowadził tzw. proces pasteryzacji, mający na celu zabicie chorobotwórczych drobnoustrojów (krótkotrwałe podgrzewanie wina do temp. 60°C na pewnym etapie produkcji)

• Zapoczątkował hodowlę drobnoustrojów na podłożach sztucznych

• Wytworzył pierwszą szczepionkę ochronną przeciwko wąglikowi, cholerze drobiu
  i wściekliźnie

Robert Koch (1843 - 1910)

• Wprowadził do hodowli bakteryjnej podłoża stałe (ziemniak, żelatyna, agar-agar, surowica ścięta), co pozwoliło na izolowanie pojedynczych kolonii bakteryjnych

• Odkrył on prątek gruźlicy, przecinkowiec cholery

Udział polskich uczonych w rozwoju mikrobiologii

• Leon Cieńkowski (1822 - 1887), badania nad uodpornieniem zwierząt przeciwko chorobom zakaźnym

• Adam Prażmowski (1853 - 1920), odkrywca bakterii brodawkowych

• Odo Bujwid (1857 - 1942), organizator pierwszej w Polsce Wytwórni Surowic i Szczepionek

• Ludwik Hirszfeld (1884 - 1954), współtwórca nauki o grupach krwi, odkrywca pałeczki duru rzekomego, stworzył Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej we Wrocławiu

Mikrobiologia jako nauk

• Mikrobiologia (od greckich słów: mikros - mały, bios - życie, logos - nauka) jest nauką zajmującą się drobnymi istotami żyjącymi, dostrzegalnymi jedynie uzbrojonym okiem.

• Przedmiotem jej badań są zagadnienia budowy drobnoustrojów, warunków ich życia oraz roli, jaką pełnią w przyrodzie

Drobnoustroje (mikroorganizmy) to bardzo zróżnicowana grupa organizmów. Obejmuje ona:

Typy mikroorganizmów, ich rozmiary i budowa komórki

• Wirusy

• Bakterie

• Grzyby

• Protisty

Podział nauk mikrobiologicznych

• Mikrobiologia lekarska - bada drobnoustroje chorobotwórcze, komensale i symbiotyczne, dla ludzi oraz zwierząt

• Mikrobiologia przemysłowa - zajmuje się wykorzystaniem drobnoustrojów w przemyśle (np.. Mleczarskim, piekarniczym, spirytusowym, piwowarskim, winiarskim, farmaceutycznym
  i spożywczym)

• Mikrobiologia rolnicza - obejmuje mikrobiologię gleby, wody, nawozów organicznych, pasz, żywności. Zajmuję się szkodliwymi jak i pożytecznymi drobnoustrojami występujących w w/w środowiskach.

Podział nauk mikrobiologicznych ze względu na przedmiot zainteresowania

• Bakteriologia

• Wirusologia

• Protozoologia

• Mykologia

Zasady systematyki

• Nomenklatura - podobnie jak w systematyce zwierząt i roślin obowiązuje binominalne nazewnictwo: nazwa rodzajowa i gatunkowa

• Klasyfikacja - uporządkowanie jednostek
  w grupy wyższego rzędu. Obejmują one wiele szczebli taksonomicznych. Jednostką podstawową jest szczep czyli „czysta kultura” bakterii, szczepy grupuje się w gatunki (species), gatunki w rodzaje (genus), rodzaje w rodziny.

• Klasyfikacja opiera się na opisie odpowiednich cech poszczególnych szczepów i porównaniu właściwości różnych grup

Dwa rodzaje klasyfikacji

Naturalna - Celem jej jest połączenie spokrewnionych ze sobą form, tzn. tych, które mają wspólnych przodków i uporządkowanie ich w jedno wspólne drzewo filogenetyczne

Sztuczna - Jej celem jest grupowanie organizmów zgodnie z ich podobieństwem. Najpełniejszym dziełem w którym opisano bakterie jest „Bergey's Manual of Systematic Bacteriology”

Bergey's Manual of Systematic Bacteriology

• Jest to dzieło zawierające najpełniejsze opisy bakterii.

• Zawiera ono nazwy, opisy cech morfologicznych i fizjologicznych, właściwości serologiczne oraz skład DNA.

• Zawiera klucze do oznaczania nowo izolowanych bakterii

• W w/w systematyce zasadnicze kryteria podziału obejmują: morfologię, stosunek do tlenu, zdolność barwienia metodą Grama, przetrwalnikowanie

Bakterie łączy się obecnie w grupę Procaryota

Cechy, które odróżniają komórki procaryotyczne od eukariotycznych:

• Brak błony jądrowej

• Brak mitochondriów i chloroplastów

• Główne rusztowanie ściany komórkowej stanowi peptydoglukan (mureina)

• Rybosomy prokariotyczne są mniejsze
  i mają stałą sedymentacji 70S

Kształty komórek bakteryjnych

Wyróżnia się 3 zasadnicze kształty komórki bakteryjnej:

1. Kulisty

1. Cylindryczne

1. Spiralny

Bakterie kuliste

W zależności od płaszczyzn podziału ziarenkowców rozróżniamy:

1. Paciorkowce (Streptococcus)

(podział wzdłuż płaszczyzny)

b. Gronkowce (Staphylococcus)

(brak stałej płaszczyzny podziału)

c. Dwoinki (Diplococcus)

d. Pakietowce (Sarcina)

Bakterie cylindryczne

1. Pałeczki (Bacterium) - tu zaliczane są bakterie nie tworzące przetrwalników, zazwyczaj Gram ujemne

1. Laseczki (Bacillus) - są to drobnoustroje wytwarzające przetrwalniki

Bakterie spiralne

W zależności od wymiarów podłużnych komórki wyróżniamy:

a. Przecinkowce (Vibrio)

b. Śrubowce (Spirillum) - o kilku nieregularnych skrętach średniej wielkości

c. Krętki (Spirochaeta) - komórka długa, w postaci sprężyny o regularnych skrętach

Skład chemiczny komórki bakteryjnej

Zawiera 80% wody i 20% suchej masy

Zawartość suchej masy:

• 50% białek

• 10% tłuszczów

• 10-20% RNA

• 3-4% DNA

• Pierwiastki (węgiel, tlen, azot, wodór i fosfor)

Otoczki bakteryjne

• Są najbardziej zewnętrzną warstwą komórki bakteryjnej

• Występują tylko u niektórych bakterii

• Zbudowane są głównie z polimeru jednego cukru (glukoza) lub kilku cukrów (glukan, mannan)

Rola otoczek

• Chronią bakterie przed szkodliwym działaniem środowiska

• Warunkują zjadliwość (patogenność bakterii)

• Warunkują charakter serologiczny

• Substancje otoczkowe wydzielane do środowiska w postaci śluzu są niekorzystne w mikrobiologii technicznej

Ściana komórkowa

• W jej skład wchodzą inne związki niż te, które budują ścianę komórkową roślin i grzybów

• Jej główna funkcja polega na nadawaniu kształtu komórce (funkcja mechaniczna)

• Przez ścianę komórkową mogą bez przeszkód przenikać substancje drobnocząsteczkowe - ich selekcja następuje dopiero dzięki obecności błony komórkowej

• Grubość jej u bakterii Gram-dodatnich wynosi ok.20 nm, a u Gram-ujemnych 10 nm.

Bakterie Gram „+” i Gram „-”

• Różnią się budową ściany komórkowej

• G+ barwią się na niebiesko w barwieniu metodą Grama

• G- barwią się na czerwono metoda Grama

Ściana komórkowa G - jest cieńsza (mniej peptydoglikanu)

Mureina - szkielet ściany komórkowej bakterii

• Mureina jest peptydoglikanem

• Ten heteropolimer złożony jest z łańcuchów, w których występują na przemian cząsteczki
  N - acetyloglukozoaminy (GlcNAc) i kwasu N - acetylomuraminowego (MurNAc), połączone wiązaniami β - 1,4 - glikozydowymi

• Podjednostki kwasu muraminowego mają przyłączony do reszty mleczanowej, za pomocą wiązania peptydowego krótki peptyd

Aminokwasy występujące w tym peptydzie: L- alanina, kwas D - glutaminowy, kwas mezo - diaminopimelinowy (A2pm) lub L-lizyna i D - alanina

4 Istotne znaczenie mają aminokwasy diaminowe tj. L- lizyna i kwas m - diaminopimelinowy, ponieważ biorą udział w tworzeniu wiązań peptydowych, czyli łączą ze sobą dwa hetroplimeryczne łańcuchy

Struktura mureiny E.coli Heteropolimeryczne łańcuchy(GlcNAc i MurNac)

Ściana komórkowa bakterii G - dodatnich

• Mureina stanowi 30-70% suchej masy i składa się z około 40 warstw

• Polisacharydy występujące w ścianie komórkowej są z nią związane kowalencyjnie

• Zawartośc białek jest nieznaczna (np.. Białka A, białko M)

• Charakterystyczna jest obecność kwasów tejchojowych, tejchouronowych i lipotejchojowych

Specyficzne cechy ściany komórkowej bakterii G+

• Kwasy tejchojowe - polimery fosforanu glicerolu lub fosforanu rybitolu

• Kwasy tejchouronowe - polimery kwasu uronowego i innego cukru

• Kwasy lipotejchojowe - polimery fosforanu glicerolu zawierającego kwasy tłuszczowe

Funkcje kwasów tejchojowych

1 nadają swoistość immunologiczną bakteriom G+

• aktywują komórki układu immunologicznego

• są toksyczne dla nerek, indukują artretyzm

Ściana komórkowa bakterii G - dodatnich

Ściana komórkowa bakterii G-

• Sieć mureiny jest jednowarstwowa i stanowi mniej niż 10% suchej masy ściany komórkowej

• Mureina nie zawiera lizyny lecz kwas m-diaminopimelinowy

• Warstwa mureiny jest otoczona strukturą zewnętrzną zwaną błoną zewnętrzną (podobną do błony cytoplazmatycznej)

Błona zewnętrzna

• Ma założoną budowę a w jej skład wchodzą: fosfolipidy, białka i lipopolisacharydy

• Białka błony zewnętrznej: strukturalne (występują w całej objętości błony zewnętrznej) i funkcjonalne (tzw. białka porynowe, tworzące kanały dyfuzyjne)

Lipopolisacharyd (LPS)

• Są endotoksynami bakterii G-

• Cześć wielocukrowa LPS nadaje mu swoistość antygenową (znaczenie w diagnostyce bakteriologicznej)

• Warunkuje właściwości pasożytnicze i chorobotwórcze

• Warunkuje wrażliwość komórki na antybiotyki i liczne czynniki chemiczne

Działanie lizozymu i penicyliny

• Lizozym - enzym odkryty przez Aleksandra Fleminga, występuje we łzach, ślinie. Rozszczepia w mureinie wiązania glikozydowe powodując jej rozpad na dwusacharydy GlcNAc-MurNAc (jest N - acatylo - muramidazą.

• Penicylina - niszczy głównie komórki bakteryjne gram +, działa bakteriobójczo na komórki rosnące, gdyż zaburza syntezę ściany komórkowej, poprzez zahamowanie tworzenia poprzecznych wiązań peptydowych między łańcuchami cukrowymi

Porównanie ściany komórkowej bakterii

Gruby peptydoglikan

Kwasy tejchojowe

Przepływ jonów

Ochrona

Specyficzność antygenowa

Cienki peptydoglikan

Bark kwasów tejchojowych

Błona zewnętrzna (enodotoksyna LPS, poryny, ochrona)

Przestrzeń periplazmatyczna

• Przestrzeń pomiędzy błonę zewnętrzną a wewnętrzną (15 nm)

• Występuje tu znaczna ilość enzymów (rozkładają białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe, inne biopolimery)

Błona komórkowa

* Grubość warstwy 2-8 nm

* Zbudowana z białek (50-70%) i lipidów (20-35%)

* Zamiast cholesterolu występuje cholina

* W błonie wyróżnia się 2 strony: P - strona cytoplazmatyczna wewnętrzna, E - zwrócona do ściany komórkowej lub środowiska zewnętrznego

Białka błony komórkowej

• Powierzchniowe - zasocjowane na zewnątrz błony

• Integralne - zasocjowane przynajmniej częściowo w hydrofobowym wnętrzu

• Transmembranowe

Urzęsienie i ruch

• U większości ruch wywoływany jest rotacją rzęsek

• Bakterie śluzowe, sinice, krętki mogą poruszać się ruchem ślizgowym

• Rzęski są to twory o budowie białkowej wyrastające z ciałka podstawowego wbudowanego w błonę cytoplazmatyczną

• Rzęski to wyrostki o średnicy 12-18 nm i długości do 20 µm

• Prędkość poruszania bakterii wynosi 3-12 mm/min

Typy urzęsienia

1. Monotrichalne (jednorzęskowe)

B. Lofotrichalne

C. Amfitrichalne

D. Peritrichalne (okołorzęskowe)

Działanie rzęsek

• W przypadku urzęsienia biegunowego rzęska działa „jak śruba okrętowa”

• Rzęska składa się ze spiralnie skręconych włókien

• Ciało bakterii obraca się w kierunku odwrotnym do ruchu rzęsek (3 x wolniej niż rzęska)

• Rzęski mogą zmieniać kierunek ruchu spontanicznie bądź w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne

• Urzęsione bakterie mogą poruszać się bardzo szybko - w ciągu minuty pokonują odległość 300-3000 razy większą niż długość ciała

Ultrastruktura rzęsek

• Składają się z helikalnie zwiniętych łańcuchów białkowych

• Włókienka rzęsek są złożone z jednego typu białka flagelliny

• Składają się z 3 części: włókna, ciałka podstawowego oraz haka

Fimbrie i pili

1 Oprócz rzęsek niektóre bakterie gram ujemne mogą wytwarzać nitkowate, zakotwiczone w cytoplazmie wyrostki - fimbrie.

Są to długie, cienkie nici o średnicy 3-25 nm, długości do 12 µm. Zbudowane są z bialka zwanego piliną. Cienkie fimbrie ułatwiają przyczepiane się komórek do podłoża oraz między sobą

2 Grubsze wyrostki zwane też pilami płciowymi (pilami typu F), służą podczas koniugacji do przenoszenia materiału DNA.

Są to proste rurki białkowe o długości do 10 µm.

Cytoplazma

• wodny roztwór związków wielkocząsteczkowych, soli mineralnych, cukrów prostych aminokwasów, kwasów tłuszczowych i związków wysokoenergetycznych

• ma charakter koloidu w którym zawieszone są biologicznie czynne struktury: nukleoid, plazmidy, rybosomy, materiał zapasowy (ziarnistości, wtręty kryształki, kropelki)

Nukleoid

• obszar komórki prokariotycznej będący odpowiednikiem jądra komórkowego u Eucaryota

• w przeciwieństwie do jądra komórek eucaryotycznych obszar ten nie jest oddzielony od cytoplazmy otoczką jądrową

• Zawiera genofor (chromosom bakteryjny), czyli pojedynczą, kolistą cząsteczkę, dwuniciowego DNA o długości do 200 nm (0,6 - 13 mln par zasad)

• genofor nie zawiera histonów

• Cząsteczka DNA zawiera geny ułożone w zespoły, które regulują określony szlak metaboliczny (np.. operon laktozowy), konkretną właściwość organizmu lub proces komórkowy

Plazmidy

• Są to małe, koliście zamknięte, samoreplikujące się cząsteczki DNA pozachromosowego

• Kodują niektóre cechy organizmu np.. odporność na antybiotyki, synteza bakteriocyn

• Nukleoid wraz z plazmidami zawiera pełną informację komórki

Rybosomy

• Rybosomy u Procaryota są mniejsze niż u Eucaryota, mają niższą masę cząsteczkową i stałą sedymentacji Svedberga 70S (eucaryota 80S)

• Różnice między rybosomami zasadniczo wpływają na leczenie infekcji, gdyż niektóre antybiotyki wybiórczo hamują syntezę białek na rybosomach 70S, nie wpływając na działanie rybosomów 80S

Rybosomy budowa

• Budowa rybosomu bakteryjnego - podjednostki rybosomów występują w cytoplazmie oddzielnie, łączą się ze sobą tylko po połączeniu z mRNA w czasie syntezy białek. Tworzą wtedy polirybosomy (polisomy) - skupienia rybosomów połączonych nicią mRNA

Substancje zapasowe bakterii

• Liczne mikroorganizmy, w określonych warunkach środowiska, odkładają wewnątrz komórki substancje, które można uważać za zapasowe. Są to: wielocukry, tłuszcze, polifosforany i siarka.

• Znajdują się one w postaci osmotycznie nieczynnej i nierozpuszczalnej w wodzie

• Do odkładania substancji zapasowych konieczne jest, aby w podłożu były obecne składniki potrzebne do ich syntezy a jednocześnie wzrost komórki musi być zahamowany.

Polisacharydy

• W komórkach E.coli, Salmonella, Bacillus, Micrococcus luteus znaleziono ziarna glikogenu

• Skrobię zawierają Acetobacter pasteurianus i wiele gatunków z rodzaju Neisseria

• Bakterie z rodzaju Clostridium gromadzą substancję zwaną granulozą

Substancje tłuszczowe

• Substancje tłuszczowe występują u mikroorganizmów w postaci kropelek. Można je rozpoznać w mikroskopie optycznym dzięki silnemu załamywaniu światła lub wybarwić je barwnikami lipofilowymi (sudan III, czerwień sudanowa)

• U wielu bakterii te kropelki zawierają kwas poli-β-hydroksymasłowy (PBH), poliester rozpuszczalny w chloroformie a nierozpuszczalny w eterze

• Poliester składa się z około 60 reszt kwasu β-hydroksymasłowego. Może on stanowić nawet 90% suchej masy komórki. Gromadzą go bakterie tlenowe, sinice i beztlenowe bakterie fototroficzne. Produkowany jest w warunkach ograniczonego dostępu do tlenu, jako produkt fermentacji. Po przywróceniu warunków tlenowych PBH może zostać wykorzystany jako źródło węgla i energii w metabolizmie oksydacyjnym

Polifosforany

Wiele bakterii gromadzi w komórkach kwas fosforowy pod postacią ziaren polifosforanów, zwanych ziarnami wolutyny (po raz pierwszy opisano je u Spirillum volutans). Fosforany zmagazynowane w ten sposób mogą być wykorzystywane w przypadku ich braku w podłożu, umożliwiające komórce nawet kilkakrotne podziały lub wytworzenie przetrwalnika.

Siarka

• Siarkę w postaci silnie załamujących światło kuleczek gromadzą bakterie utleniające siarkowodór i siarczki do siarczanów

• Ilość nagromadzonej siarki zależy od stężania siarkowodoru. Przy jego braku nagromadzona siarka jest utleniana do siarczanu. Dla bakterii tlenowych siarka może być źródłem energii, dla beztlenowych donorem elektronów

Wakuole gazowe

• Występują przede wszystkim u bakterii występujących w wodzie. Umożliwiają one zmianę gęstości i unoszenie się bakterii
  w wodzie

• Wakuola gazowa składa się z kilku pęcherzyków, jest to twór białkowy. Powierzchnia hydrofobowa białka skierowana jest do środka pęcherzyka,
  a powierzchnia hydrofilowa na zewnątrz

Mezosomy

• Tworzą je wgłębienia błony komórkowej do cytoplazmy komórki

• Występują głównie u bakterii G -

• Funkcje: stanowią centra energetyczne komórki, biorą udział w tworzeniu błon poprzecznych w czasie podziału komórki

Rozmnażanie bakterii

• Jest to rozmnażanie bezpłciowe

• Bakterie rozmnażają się przez prosty podział komórki (rozszczepianie)

• Z jednej komórki macierzystej powstają, po wytworzeniu błony poprzecznej, dwie komórki potomne

• Istotny jest brak wrzeciona kariokinetycznego, jakie podczas mitozy tworzy się u Eucaryota

• Podział komórki bakteryjnej jest pod tym względem znacznie prostszy

Rozmnażanie bakterii

• Pierwszy etap to podział substancji jądrowej. Występuje on w fazie intensywnego wzrostu komórki (replikacja chromosomu)

• Właściwy podział komórki bakteryjnej, tworzy się przegroda poprzeczna (septum), rosnąca od zewnątrz do środka komórki. Stanowi ona później ścianę komórkową.

Bakterie rozmnażają się w postępie geometrycznym

gdzie n oznacza liczbę podziałów

• U bakterii nie stwierdzono rozmnażania płciowego, wykryto natomiast procesy płciowe umożliwiające pełną wymianę materiału genetycznego między różnymi komórkami bakteryjnymi

Koniugacja

• Wykazano, że określone szczepy, jednego gatunku bakterii łączą się w pary, zróżnicowane płciowo

• Przenoszenie dziedzicznych cech szczepu dawcy na szczep biorcy przez bezpośredni kontakt w parach określa się mianem koniugacji

Rekombinacja pokoniugacyjna dwóch różnych mutantów Escherichia coli

Koniugacja bakterii

Połączenie się dwóch bakterii zachodzi przez mostek cytoplazmatyczny utworzony przez pili płciowe. Koniugują tylko bakterie F+ (dawca zawiera czynnik płciowy F
i może wytwarzać pili płciowe) z bakterią F- (biorca nie ma czynnika F). Podczas koniugacji biorca może uzyskać czynnik i zacznie wytwarzać pili płciowe, stanie się dawcą.

Transformacja

• Przekazanie cech genetycznych szczepom biorcy, z pominięciem łączenia w pary, za pomocą wolnego, rozpuszczalnego DNA uzyskanego od dawcy

Doświadczenie Griffitha przeprowadzone na dwoinkach zapalenia płuc

• Podanie myszom żywych bakterii R (nieotoczkowe, łagodne) nie powodowało śmierci myszy. Podobnie, podanie martwych bakterii S (zjadliwych).

• Podanie wymieszanych martwych, zjadliwych bakterii S
  i żywych nieotoczkowych, łagodnych bakterii R powodowało śmierć myszy

• Wniosek: nastąpiło przeniesienie fragmentu DNA
  z jednego nukleoidu do drugiego, lub przeniesienie plazmidu z jednej komórki do drugiej. To obce DNA zostało pobrane z otoczenia, gdzie znalazło się np. po rozpadzie martwych komórek

Transdukcja

Jest to proces przenoszenia fragmentu DNA z jednej komórki do drugiej przez bakteriofaga łagodnego (w czasie cyklu lizogenicznego). Fag taki wbudowuje cześć bakteryjnego DNA w swój własny kwas nukleinowy i przenosi go jako trwałą cechę na szczep biorcy

Endospory i formy przetrwalne

Formy przetrwalne są formami rozwoju umożliwiającymi przeżycie warunków, które mogłyby być zabójcze dla normalnych postaci wegetatywnych.

Zdolność do wytwarzania endospor (przetrwalników) mają: bezwzględne lub względne tlenowce z rodzaju Bacillus, Sporosarcina oraz bezwzględne beztlenowce z rodzaju Clostridium

Oporność przetrwalników

• Wysoka temperatura - bakterie giną po 10 min. ogrzewaniu w 80°C, endospory mogą wytrzymywać nawet wielogodzinne gotowanie, ciepłooporność jest proporcjonalna do zawartości kwasu dipikolinowego

• Niska temp. - są odporne na zamarzanie, głównie dzięki grubej ścianie i minimalnej zawartości wody

• Promieniowanie - są odorne na promienie UV, dzięki dużej licznie mostków disiarczkowych
  w zewnętrznych osłonach białkowych

• Wysuszenie - mogą przetrwać latami a nawet wiekami bez wody

• Czynniki chemiczne - oporne na wysokie i niskie pH, duże stężenie NaCl

Skład chemiczny przetrwalników

• Przetrwalniki zawierają ok.40% więcej białka i prawie czterokrotnie mniej węglowodanów niż komórki wegetatywne

• Charakterystycznym związkiem dla endospor jest kwas dipikolinowy (kwas pirydyno-2,6-dikarboksylowy, DPA). Odgrywa on ważną rolę w ciepłooporności przetrwalników

Przetrwalniki

• Komórka bakterii w wyniku sporulacji staje się sporangium, w którym przetrwalnik w zależności od gatunku zajmuje pozycję środkową albo mniej lub bardziej biegunową

• Często dojrzałe sporangia przyjmują kształt maczugi lub wrzeciona

Sporulacja - proces tworzenia endospory

• Stadium pierwsze

Błona cytoplazmatyczna wpukla się do środka tworząc przegrodę

• Stadium drugie

DNA dzieli się dwie części dając genofor sporangium
i genofor prespory, zlokalizowany bliżej bieguna komórki

• Stadium trzecie

DNA wraz z częścią cytoplazmy zostaje oddzielone,
a następnie jest otaczane dwiema błonami cytoplazmatycznymi

Sporulacja - proces tworzenia endospory

• Stadium czwarte

Wewnętrzna błona tworzy ścianę komórkową przetrwalnika. Błona zewnętrzna daje do środka korteks. Zaczynają powstawać osłony białkowe wytwarzane przez komórkę macierzystą

• Stadium piąte

Zakończeniu ulega wytwarzanie korteksu oraz osłon białkowych. Materiał jądrowy ulega uporządkowaniu w pobliżu błony przetrwalnika

• Stadium szóste

Przetrwalnik dojrzewa. Osłonki stają się nieprzepuszczalne i ciepłooporne. Wejście w stan anabiozy.

• Stadium siódme

Uwolnienie endospory na skutek lizy sporangium

Budowa przetrwalnika

• Rdzeń

Cytoplazma otoczona błoną cytoplazmatyczną, czyli protoplast przetrwalnika

Zawiera chromosom i wszystkie struktury potrzebne do syntezy białek oraz wytwarzania energii na drodze glikolizy

Budowa przetrwalnika

• Ściana przetrwalnika

Warstwa znajdująca się najbliżej na zewnątrz błony cytoplazmatycznej. Jest zbudowana z mureiny i po wykiełkowaniu endospory w komórkę wegetatywną staje się ścianą komórkową.

• Korteks - Najgrubsza warstwa osłony przetrwalnika zbudowana z mureiny, o mniejszej liczbie mostków poprzecznych niż ściana komórkowa (mniejszy stopień usieciowania). Zawiera kwas dipikolinowy. Jest bardzo wrażliwy na działanie lizozymu, a jego autoliza odgrywa rolę przy kiełkowaniu

• Płaszcz -Zbudowany jest z białka keratynopodobnego, z wieloma mostkami disiarczkowymi. Jest nieprzepuszczalny zapewniając duża oporność na antybiotyki i środki dezynfekcyjne. Osłony te mogą stanowić do 50% objętości i 60% suchej masy endospory.

• Egzosporium - występuje tylko u niektórych gatunków bakterii Bacillus, zbudowane
  z lipoproteidów

Kiełkowanie przetrwalników

• Jest to proces bardzo szybki, trwający kilka sekund (proces przemiany w pełnosprawną komórkę zdolną do rozmnażania trwa ok. godziny)

• Proces kiełkowania poprzedza pobieranie wody z podłoża i pęcznienie. Następuje aktywacja enzymów i szybki wzrost przemiany materii, utrata ciapłooporności, wzrasta intensywność oddychania.

• Aktywacja następuje przez czynniki, które niszczą płaszcz, np.: ciepło, wzrost kwasowości, związki z wolnymi grupami sulfhydrylowymi
  Zapoczątkowanie kiełkowania

W korzystnych warunkach, w obecności związków odżywczych receptory endospory rozpoznają obecność niektórych związków np.. L-lizyny. Połączenie tych związków z receptorem aktywuje autolizynę, która rozkłada korteks, następuje pobieranie wody, uwolnienie dipikolinianu wapnia i hydroliza licznych składników endospory

Kiełkowanie przetrwalników

• Rozrost komórki - Po rozpadzie korteksu pojawia się komórka wegetatywna, która zaczyna rosnąć, syntetyzować różne związki, aż w końcu dzieli się

Inne formy przetrwalne

• Egzospory - stwierdzono jedynie u bakterii wykorzystującej metan, Methylosinus trichosporium. Utworzone w wyniku pączkowania egzospory, mają takie same właściwości jak endospory z rodzaju Bacillus

• Cysty - są to przekształcone, całe grubościenne komórki wegetatywne, a nie ich części jak w przypadku endospor. Są odporne na wysychanie, promieniowanie, mechaniczne naprężenia, ale nie na ciepło. Występują u Azotobacter i Methylocystis

Wymagania pokarmowe i wzrost drobnoustrojów

Odżywianie zasadniczy element metabolizmu polegający na pobieraniu przez mikroorganizm z otaczającego go środowiska substancji pokarmowych, a w określonych przypadkach także promieniowana słonecznego

Pobrane składniki zapewniają budowę substancji komórkowych oraz energię niezbędną do procesów życiowych

Metabolizm

Anabolizm - Oparty na reakcjach syntezy, wymaga dostarczenia energii, prowadzi do wytworzenia ze związków prostych związków bardziej złożonych

Katabolizm - Rozszczepianie substancji złożonych na prostsze (dysymilacja) z wyzwoleniem energii zużytkowanej następnie do czynności życiowych

Skład chemiczny mikroorganizmów

W komórkach drobnoustrojów stwierdza się występowanie co najmniej 28 pierwiastków. 6 podstawowych (C, N, O, S, P) buduje wszystkie związki organiczne w komórce: aminokwasy, lipidy, cukry, kwasy nukleinowe, białka

Podstawowe typy pokarmowe mikroorganizmów

• fotolitoautotrofy (fotolitotrofy) - źródłem energii jest dla nich promieniowanie słoneczne, dostarczycielem elektronów
  i węgla są związki nieorganiczne, np.. Sinice

• Fotoorganoheterotrofy (fotoorganotrofy) - dostarczycielem energii jest promieniowanie słoneczne, a źródłem elektronów - związki organiczne

• chemolitoautotrofy - energię, elektrony
  i węgiel czerpią z substancji nieorganicznych, zliczamy tu bakterie nitryfikacyjne, siarkowe, wodorowe, żelazowe

• chemoorganoheterotrofy - źródłem energii, elektronów i węgla są związki organiczne; należą tu pleśnie, drożdże, liczne bakterie

Podział heterotrofów

• prototrofy - wymagają do wzrostu oprócz substancji mineralnych tylko jednego organicznego źródła węgla

• auksotrofy - wymagają do wzrostu oprócz podstawowego, organicznego substratu węglowego co najmniej jednego, dodatkowego związku organicznego pełniącego rolę czynnika wzrostowego (np.. witaminy)

Podział heterotrofów według innych kryteriów

• saprofity - wykorzystują martwą materię organiczną

• pasożyty - rozwijają się „na” organizmie żywym ze szkodą dla tego organizmu

• komensale - rozwijają się „na” organizmie żywym, nie przynosząc mu ani korzyści ani szkody

• symbionty - rozwijają się w zespole z innym organizmem żywym, przy czym dla obu organizmów jest to układ korzystny

Wzrost bakterii w hodowlach okresowych

W hodowli okresowej:

• Substraty odżywcze dostarczane są jednorazowo

• Ze środowiska hodowli nie usuwa się biomasy ani metabolitów (wyjątek mogą stanowić produkty gazowe)

Fazy wzrostu hodowli okresowej

1. Faza zastoju (lag faza, faza przygotowawcza) rozpoczyna się w momencie wprowadzenia drobnoustrojów do środowiska a kończy z pierwszym podziałem lub paczkowaniem komórek.

Liczba komórek nie wzrasta.

Następuję aktywacja przemiany materii

Czas trwania zależy od wieku komórek i rodzaju podłoża z jakiego go przeszczepiono

2. Faza wykładnicza (logarytmiczna)

Wzrost populacji ma charakter nieograniczonego wzrostu wykładniczego

Czas generacji (podwojenia biomasy) jest minimalny

Właściwa szybkość wzrostu jest maksymalna

3. Faza stacjonarna (zastoju)

Tempo przyrostu komórek jest równoważone szybkością ich zamierania (równowaga dynamiczna)

Wzrost populacji ulega zahamowaniu

Stężanie biomasy zachowuje wartość maksymalną

Wyznaczany jest maksymalny plon biomasy

Wyznaczenie maksymalnego plonu biomasy

Różnica między maksymalnym stężeniem biomasy

oznaczonym w tej fazie, a stężeniem początkowym

4. Faza zamierania (letalna)

Więcej komórek zamiera niż powstaje w wyniku podziałów. Komórki ulegają lizie i hodowla staje się mniej gęsta

Hodowla ciągła

• Przeprowadzana jest w tzw. chemostatach. Są to systemy przepływowe, do których w sposób ciągły wprowadza się świeże podłoże. W ten sposób bakterie utrzymywane są
  w logarytmicznej fazie wzrostu

• Czynnik czasu został wyeliminowany, a warunki środowiska dla hodowanych organizmów są stałe.

Uproszczony schemat systemu hodowli ciągłej

Wzrost drobnoustrojów

• Przyrost biomasy
  i objętości organizmu jedno- lub wielokomórkowego,
  w wyniku biosyntezy substancji komórkowych (białka, kwasy nukleinowe, itp..)

• Wzrost populacji tzn. zwiększenie biomasy populacji drobnoustrojów rozumianej jako zbiór organizmów danego gatunku (szczepu) znajdujących się w danym środowisku np.. w hodowli

Tempo wzrostu drobnoustrojów zależy od:

• Składu pożywki - stężenia składników odżywczych, zawartości szkodliwych produktów przemiany materii

• Parametrów fizykochemicznych środowiska wzrostu - temperatury, pH, aktywności wody, potencjału redoks

Wzrost populacji organizmów wielokomórkowych i wielojądrowych komórczaków

Wzrost populacji mikroorganizmów w hodowlach po czasie Δt może być mierzony przyrostem biomasy ΔX pojmowanym jako różnica pomiędzy końcowym (X) a początkowym (Xo) stężeniem biomasy wyrażonym np.. w g/l

Wzrost populacji organizmów jednokomórkowych

W przypadku organizmów jednokomórkowych wzrost populacji może być wyrażony przyrostem gęstości komórek ΔN (tzn. różnicą pomiędzy końcową i początkową liczbą komórek) po czasie Δt.

Wpływ temperatury środowiska na mikroorganizmy

• Drobnoustroje psychrofilne (chłodolubne), znoszące niską temperaturę. Temp. min. 0-5°C, temp. optymalna 15-20°C, temperatura maksymalna 25-30°C

• Drobnoustroje mezofilne - temp. min.
  10-25°C, temp. optymalna 30-40°C, temp. max. 40-45°C

• Drobnoustroje termofilne - żyją w nawozie, glebie, gorących źródłach. Temp. min. 25-45°C, temp. optymalna 50-60 °C, temp. max. 70-80°C

Bakteriologia szczegółowa

Podstawowe pojęcia

• Epidemia - jest to występowanie zwiększonej ponad określoną liczbę zachorowań na chorobę zakaźną w określonym czasie i na określonym terenie.

• Pandemia jest to epidemia obejmująca rozległe obszary, np. cały kontynent lub nawet świat; epidemia danej choroby zakaźnej, występująca w tym samym czasie w różnych krajach i na różnych kontynentach.

• endemią nazywa się stałe występowanie zachorowań na określoną chorobę
  (np. chorobę zakaźną) na danym obszarze w liczbie utrzymującej się przez wiele lat na podobnym poziomie.

• Epizootia (pomór, zaraza) jest to występowanie zachorowań na daną chorobę zakaźną, wśród zwierząt na danym terenie, w zdecydowanie większej liczbie niż w poprzednich latach

• Epifitoza - rodzaj epidemii, choroba pewnej populacji roślinnej powszechnie występująca na danym terenie i w określonym czasie, której masowe rozprzestrzenienie ułatwił układ sprzyjających warunków dla rozwoju wywołującego chorobę patogenu.

Serotyp odmiana mikroorganizmu, którą można określić za pomocą reakcji serologicznych, czyli reakcji z użyciem przeciwciał lub dopełniacza. Różnice pomiędzy serotypami zależą od antygenów znajdujących się na powierzchni komórek drobnoustroju. Często są to białka o kluczowym znaczeniu dla patogenezy lub też substancje odpowiedzialne za mniejszą lub większą wrażliwość mikroorganizmu na czynniki odpornościowe

Toksyny bakteryjne

1. Endotoksyny - są częścią komórki bakteryjnej, np. lipid A, który jest częścią LPS-u bakterii Gram-. Wywołują szok septyczny, indukując, gdy znajdzie się we krwi układ odpornościowy gospodarza.

2. Egzotoksyna - są to zewnątrzkomórkowe białka bakteryjne, które działają toksycznie na komórki gospodarza

Podział egzotoksyn

1. Toksyny uszkadzające błony - mogą tworzyć pory w błonie (streptolizyna O) lub wykazują aktywność enzymatyczną (np. fosfolipazy, sfingomieliznazy, itp.)

2. Toksyny o działaniu wewnątrzkomórkowym

Są to najgroźniejsze toksyny, np.. Jad kiełbasiany ( toksyna botulinowa), toksyna cholery, toksyna błonicza

Egzotoksyny (toksyny o działaniu wewnątrzkomórkowym)

Zbudowane są z dwóch jednostek - A i B. podjednostka B odpowiada za wiązanie ze swoistymi receptorami w błonie komórkowej gospodarza, podjednostka A posiada toksyczną aktywność enz Ziarniaki

• Kształt kulisty, komórki mogą układać się w łańcuszki, pary, grona.

• Niektóre gatunki tworzą otoczki

• Są nieruchome i zazwyczaj nie wytwarzają przetrwalników

• Barwią się G+ i G-

Streptococcus pyogenes (paciorkowiec ropny)

• Kształt kulisty lub owalny, komórki układają się w długie łańcuchy

• Na agarze z krwią rosną w postaci szarobiałych kolonii, dookoła których tworzy się pierścień przejaśnienia, tzw. hemoliza β

• G+

Chorobotwórczość - wytwarzają kilka różnych substancji toksycznych i enzymatycznych - streptolizynę O (odczyn ASO) i S, streptokinazę, hialuronidazę i toksyny erytrogenne

Rezerwuar i źródło zakażenia - jest nim człowiek chory lub nosiciel. Materiał zakaźny stanowi wydzielina z nosa, gardła, odzież

Streptococcus pyogenes (paciorkowiec ropny)

• Drogi i wrota zakażania - bezpośredni kontakt z nosicielem, lub pośredni kontakt z przedmiotami, pokarmami, itp. Wrota zakażenia stanowi skóra, błona śluzowa nosa i gardła, rana pooperacyjna, drogi rodne

• Charakterystyka choroby - płonica (zapalenie gardła i charakterystyczna wysypka), angina, zapalenie ucha środkowego, zatok, opon mózgowo-rdzeniowych, płuc, zakażenie skóry, liszajec, ropnie

Streprococcus viridans (paciorkowiec jamy ustnej)

• Ziarenkowiec G+, wchodzi w skład flory fizjologicznej górnych dróg oddechowych oraz występuje w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt

• Niektóre szczepy grupy viridans maja właściwości chorobotwórcze - niekiedy mogą być przyczyną powolnego zapalenia wsierdzia, dróg moczowych lub gruczołu sutkowego

Streprococcus viridans(paciorkowiec jamy ustnej)

• Na agarze z krwią rosną w postaci małych przeźroczystych, błyszczących kolonii , dających hemolizę α (alfa) lub hemolizę γ(brak hemoliz)

Enterococcus faecalis (paciorkowiec kałowy)

• Należą do grupy D, na agarze z krwią mogą powodować hemolizę α,β,γ.

• Stanowią naturalną mikroflorę przewodu pokarmowego człowieka i zwierząt

• Niektóre mogą być przyczyną zatruć pokarmowych i chorób dróg moczowych oraz zakażeń szpitalnych. Do ważniejszych należą: Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Enterococcus durans, które stanowią 95% rodzajów Enterococcus.

Streptococcus pneumoniae ( paciorkowiec zapalenia płuc)

• Są to tzw. pneumokoki, mają kształt lancetowatych ziarenek, występujących zawsze parami (dwoinki) i otoczonych wspólną otoczką

Streptococcus pneumoniae ( paciorkowiec zapalenia płuc)

• Na agarze z krwią rosną zwykle w postaci małych, płaskich kolonii, z zagłębieniami w środku, kolnie dają hemolizę α

• O chorobotwórczości decyduje otoczka, szczepy pozbawione otoczki nie są chorobotwórcze

• Rezerwuar i źródło zakażenia podobnie jak u paciorkowca ropnego

Streptococcus pneumoniae ( paciorkowiec zapalenia płuc)

• Charakterystyka choroby

Zapalenie płuc, ropnie płuc, zapalnie ucha środkowego, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, zapalenie zatok, zakażenie krwi z zapaleniem osierdzia, zapalenie spojówek

Pneumokoki - zabójcy dzieci

• Na zakażenia pneumokokami umiera rocznie ponad milion dzieci poniżej piątego roku życia

• Istnieje aż 90 serotypów (odmian) pneumokoków

• Szczepionka zawierająca 23 serotypy przeznaczona jest dla ludzi dorosłych i starszych dzieci

Gronkowce (Staphylococcus)

• Ziarniaki Gram +, należą do rodziny Micrococcaceae

• Nie wykazują ruchu, fermentują glukozę w odróżnieniu od mikrokoków, które utleniają glukozę

• Za chorobotwórcze uważa się gronkowce wytwarzające koagulazę, mannitolododatnie i produkujące żółty barwnik

• W preparatach z hodowli płynnych i stałych wykazują układ nieregularny

Staphylococcus (gronkowce) podział

• Gronkowce koagulazo - ujemne NiechorobotwórczemNp. Staphylococcus epidermidis, S. hominis

• Gronkowce koagulazo-dodatnie Chorobotwórcze Np. Staphylococcus ureus

Staphylococcus aureus (gronkowiec złocisty)

• Rosną dobrze na zwykłych podłożach stałych i płynnych, w warunkach tlenowych, najlepiej w temperaturze 37°C

Staphylococcus aureus (gronkowiec złocisty)

• na podłożu agarowym rosną w postaci kolonii gładkich, wypukłych, brzeg kolonii równy

• Mogą wytwarzać żółty barwnik

• Kolonie na podłożu agarowym otoczone są strefą hemolizy całkowitej typu β

Zakażenia gronkowcowe

• Choroby skórne - ropnie, czyraki, trądzik, zastrzał, zakażone rany

• Choroby układu oddechowego - zapalenia gardła, migdałków, oskrzeli, opłucnej, zatok

• Choroby przewodu pokarmowego - zatrucia pokarmowe, zapalenie jelit

• Posocznice, zapalenie stawów, zapalenie sutków, kości i szpiku, opon mózgowo-rdzeniowych, zespół oparzonej skóry

Właściwości wybranych enzymów i toksyn S. aureus.

• Koagulaza - ścina osocze krwi ludzkiej i króliczej w obecności aktywatora koagulazy

• Czynnik CF (clumbing factor), kagulaza związana, ścina fibrynogen bez udziału aktywatora koagulazy

• Nukleazy

• Hemolizyny - α,β,γ - hemolizyna

• Hialuronidazy

• Eksfoliatyna

• Enterotoksyny gronkowcowe A-F

• Stafilokinaza

Rezerwuar i źródła zakażenia

• Jest nim człowiek chory lub nosiciel
  (u osób zdrowych nosicielstwo może dochodzić do 40%)

• Zbyt częste podawanie antybiotyków spowodowało, iż 90 % szczepów wykazuje oporność na penicylinę

Ziarenkowce (Neisseria)

• Są to Gram (-) ziarniaki, układającymi się w pary lub tworzącymi skupiska

• Dwa gatunki są chorobotwórcze dla człowieka: N. gonorrhoeae - gonokoki (dwoinka rzeżączki) i N. meningitidis - meningokoki (dwoinka zapalenia opon mózgowych)

• Pod względem morfologicznym przypominają ziarenka kawy

Ziarenkowce (Neisseria)

• Są tlenowcami lub względnymi beztlenowcami

• Nie poruszają się, nie wytwarzają przetrwalników

• Dorze rosną na podłożu czekoladowym i agarze z krwią, przy zwiększonej ilości CO2

• Rosną w wąskim zakresie temperatur 35-38°C

Neisseria gonorrhoeae (dwoinka rzeżączki)

• Na podłożu z krwią gonokoki tworzą kolonie małe, okrągłe, gładkie, szarobiałe, przypominające krople rosy

Chorobotwórczość

• Gonokoki są chorobotwórcze tylko dla człowieka

• Rezerwuarem i źródłem zakażenia jest chory człowiek. Materiał zakaźny stanowi wydzielina błon śluzowych osób zakażonych

• U osób dorosłych do zakażenia dochodzi najczęściej drogą płciową, rzadziej przez kontakt pośredni

Choroba wywoływana przez gonokoki to rzeżączka

• Ropne zapalenie błony śluzowej cewki moczowej, pochwy, szyjki macicy

• Powikłania: stany zapalne jajników, posocznica, zapalnie wsierdzia, zapalenie stawów, odbytnicy, nerek, spojówek

• DGI - rozsiane zakażenie gonokokowe, cechujące się gorączką, zmianami krwotocznymi skóry, zapaleniem stawów

Neisseria meningitidis (dwoinka zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych)

• Meningokoki właściwości morfologiczne mają jak gonokoki (G - , komórki przypominają ziarenka kawy)

• Dobrze rosną na agarze czekoladowym
  i agarze z krwią.

• Kolonie są niebieskoszare, gładkie, nie powodują hemolizy

• Meningokoki są czynnikiem etiologicznym zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych

• W Afryce notuje się stałe występowanie zachorowań określanych „afrykańskim psem meningokokowego zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych” (Sudan, Uganda Północna, Czad, Nigeria Północna)

• Naturalnym miejscem występowania meningokoków jest jamo nosowo-gardłowa i jama ustna.

• Do zakażenia dochodzi przez kontakt bezpośredni z chorym lub drogą kropelkową

• Wywołuje ropne meningokokowe zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, często skojarzone z zapaleniem ucha, gardła, wsierdzia i posocznicą (sepsą).

Pałeczki jelitowe Enterobacteriaceae

• Stanowią istotną część flory jelitowej człowieka i zwierząt

• Są to pałeczki G - , nieprzetrwalnikujące, ruchome lub nieruchome

• Mogą wytwarzać otoczki

• Względne beztlenowce, dobrze rosną na podłożach zwykłych w temp. 37°C
  (z wyjątkiem rodzaju Yersinia, rośnie
  w temp. 22-29°C)

• Występują one głównie w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt. Wiele z nich jest komensalami

W obrębie rodziny Enterobacteriaceae występuje kilka rodzajów bakterii

• Różnicowanie w ramach rodzajów opiera się na właściwościach biochemicznych

• Do rodziny pałeczek jelitowych zaliczamy:

Salmonella Proteus

Escherichia Yersinia

Shigella Enterobacter

Klebsiella i inne

Pałeczki Salmonella

• Rodzaj Salmonella podzielony jest na dwa gatunki: S. enterica oraz S. bongori.

• W grupie Salmonella wyróżni się 28 podgrup
  i przeszło 2500 typów serologicznych

• Podstawą do podziału jest zróżnicowanie antygenów somatycznych (antygen O)
  i rzęskowych (antygen H) - schemat Kauffmana-Whitea

• Wykazują zdolność do ruchu

• Pałeczki należące do serotypu S. typhi wywołują dur brzuszny, należące do serotypu S. paratyphi wywołują dury rzekome, a pozostałe serotypy - choroby zakaźne określone wspólną nazwą salmonellozy.

Objawy chorobowe

• Gastroenteritis - biegunka z gorączką i różnym stopniem wymiotów i/lub nudności.

• Bakteriemia lub posocznica charakteryzujące się wysoką gorączką

• Objawy chorobowe zlokalizowane pozajelitowo - zakażenia ukł. moczowego, oddechowego, skórne

• Stan nosicielstwa pochorobowego - pacjenci z wcześniejszymi zakażeniami mogą wydalać bakterie z kałem przez kilka miesięcy po remisji objawów

• Stan nosicielstwa - zakażenie bezobjawowe występuje u ok. 1% populacji.

Pałeczka czerwonki Shigella

• Gatunki:

S. dysenteriae

S. flexneri

S. boydii

S. sonnei

Gatunki mają dalsze podziały na serotypy. W Polsce najczęściej występuje S. sonnei i S. flexneri

• Cienkie, nieruchome pałeczki G - , bezrzęsne, o budowie delikatniejszej niż Salmonella

• mało aktywne biochemicznie

Chorobotwórczość dla ludzi

• Wywołują swoiste zakażenie jelit, określane jako czerwonka bakteryjna

• Wczesne objawy choroby: gorączka, biegunka sekrecyjna z bolesnością
  i ogólnym osłabieniem, utrata płynów
  i spadek elektrolitów

• Po 2-3 dniach biegunki zmniejszają się, ale występują objawy zakażenia jelit, tj. śluz i krew w kale

• Szczepy z rodzaju Shigella wykazują tropizm tylko do jelit i nigdy nie wnikają do układu limfatycznego oraz nie rozprzestrzeniają się do innych narządów lub do krwi

• Do zakażenia dochodzi zwykle drogą pokarmową za pośrednictwem brudnych rąk, przez wodę lub produkty spożywcze

Rodzaj Escherichia

• Do tego rodzaju należą aktywne biochemiczne pałeczki G -

• Gatunki:

E. coli

E. blattae (izolowany tylko z przewodu pokarmowego karaluchów)

E. fergusonii (ich znaczenie kliniczne jest przedmiotem badań)

E. hermannii (izolowane z ran)

E. vulneris (izolowane z ran)

Pałeczka okrężnicy E. Coli

• Występuje stale w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt

• Pełni rolę symbionta, uczestniczy w rozkładzie pokarmu i syntezie witamin z grupy B, K i C

• W zależności od budowy antygenów: somatycznego O, powierzchniowego K, rzęskowego H, wyróżniamy przeszło 171
  grup O, 80 antygenów K i ponad 50 antygenów H.

Czynniki chorobotwórczości

1. Adhezyny (fimbrie) - są to czynniki inwazyjności

2. Toksyny - odpowiedzialne bezpośrednio za toksyczność lub/i inwazyjność

• Toksyna polisacharydowa LPS

• Entrotoksyny ciepłochwiejne (LT = heat-labile)

• Enterotoksyny ciepłostałe (ST= heat stabile).

• Toksyny podobne do toksyny Shiga (SLT = Sgiha like toksyn) uczestniczą w hamowaniu syntezy białek

• Verotoksyny

• Inne nowe toksyny

Podział bakterii E. coli ze względu na objawy choroby

• Szczepy enterotoksygenne (ETEC), wytwarzają enterotoksyny LT lub/i ST, odpowiedzialnej za biegunkę sekrecyjną. Choroba występuje w każdym wieku, zwłaszcza dotyczy niemowląt i dzieci oraz osób podróżujących (biegunka podróżnych)

• Szczepy entropatogenne (EPEC) wywołują sporadyczne i epidemiczne zespoły biegunkowe u dzieci, głównie niemowląt.

• Szczepy entroinwazyjne (EIEC) są zdolne do penetracji komórek nabłonka jelitowego i wywołania biegunki zapalnej (podobnej do tej z rodzaju Shigella)

• Szczepy entrokrwotoczne (EHEC) wywołują dwa zespoły chorobowe: krwotoczne zapalenie jelita grubego oraz zespół HUS (zespół hemolityczno-mocznicowy).

Rezerwuar i źródło zakażenia

• Rezerwuarem bakterii jest człowiek
  i zwierzęta będące nosicielami szczepów chorobotwórczych

• Do zakażenia dochodzi jedząc zakażone niedosmażone mięso, mielone mięso wołowe, surowe mleko

E. coli O157:H7

• Jest jednym z najbardziej groźnych typów serologicznych

• Produkuje toksynę SLT

• Bakteria ta była powodem epidemii w USA w 1993 (500 osób zakażonych, 4 zmarło), a później w Japonii (10 tyś. Osób zarażonych, kilkanaście zamarło)

Proteus (Pałeczka odmieńca)

• Bakterie te wykazują duży polimorfizm (od form ziarenkowatych do nitkowatych)

• Poruszają się, są okołorzęse

• występują w glebie, wodzie, materiałach zanieczyszczonych kałem, mogą wchodzić w skład fory komensalnej przewodu pokarmowego człowieka i zwierząt

• Powodują zapalenie układu moczowo-płciowego, nieżyt żołądka i jelit

Rodzaj Yersinia

• Do rodzaju tego należy kilka gatunków,
  z których najważniejsze to:

Y. pestis (pałeczka dżumy)

Y. pseudotuberculosis (pałeczka rodencjozy)

Y. enterocolitica (pałeczka jersiniozy)

• Są to pałeczki Gram - , układają się zwykle pojedynczo lub w krótkie łańcuszki

• Na podłożach zwykłych rosną słabo, wymagają dodatek surowicy lub krwi do podłoża

• Temperatura optymalna wzrostu 28-29°C

Chorobotwórczość i charakterystyka choroby

Y. pestis wywołuje dżumę.

• Rezerwuarem są dzikie gryzonie (szczury), bezpośrednie źródło zakażenia dla człowieka stanowi pchła

• U ludzi występują 3 kliniczne postacie choroby: dymieniczna (węzłowa), płucna i posocznicowa

Y. pseudotuberculosis

Jest czynnikiem etiologicznym rodencjozy .
U zwierząt objawia się najczęściej w postaci martwiczych ziarniaków w wątrobie, śledzionie, węzłach chłonnych

U ludzi objawia się zazwyczaj zapaleniem węzłów chłonnych krezki jelitowej, zapaleniem jelit, ropnymi zakażeniami z różną lokalizacją, szkaraltynopodobną gorączka

Objawy choroby Y. Enterocolitica

1. Postać jelitowa - jest najczęstsza i występuje u ludzi w każdym wieku - od kilku tygodni dożycia do 85 lat. Objawy: biegunka, gorączka, bóle brzucha, wymioty.

2. Postać pseudowyrostkowa - w obrazie klinicznym nie różni się od postaci klinicznej rodencjozy (ropne zapalenie węzłów chłonnych, ostre zapalenie końcowej części jelita krętego)

3. Postacie posocznicowe - rejestrowane coraz częściej w ostatniej dekadzie. 20% przypadków kończy się śmiercią. U osób dorosłych posocznice dotyczą pacjentów
   z tzw. grupy ryzyka (np.. marskość wątroby, alkoholizm, cukrzyca, dializa, przetaczanie krwi)

4. Pozajelitowa lokalizacja jersiniozy: ropne zapalenie skóry, zapalenie szpiku, kości, wątroby i in.

Klebsiella

• Pałeczki tworzą śluzowe kolnie, nie wykazują ruchu

• Najczęściej izolowaną bakterią od chorych jest K. pneumoniae, które wywołują klasyczna postać zaplenia płuc

• Częstość nosicielstwa K. pneumoniae
  w jamie nosowo-gardłowej wynosi 1-6%,
  u osób hospitalizowanych nawet do 20%

Chorobotwórczość Klebsiella pneumoniae

• Zapalnie płuc, przebiegające często ze zmianami destrukcyjnymi, martwiczymi i krwotocznymi

• Zakażania pozapłucne układu pokarmowego, zapalenie opon mózgow-rdzeniowych u niemowlaków, dróg moczowych

Pałeczki Gram - ujemne małe

Bordetella pertussis

• Małe pałeczki, barwiące się biegunowo, posiadają otoczkę

• Rezerwuar i źródło zakażenia stanowi człowiek. Do zakażenia dochodzi drogą kropelkową lub przez kontakt bezpośredni z przedmiotami zakażonych osób chorych. Wrota zakażenia stanowią drogi oddechowe

• Bakteria to wywołuje krztusiec (pertussis), który jest ostrą chorobą zakaźną wieku dziecięcego. Krztusiec cechują zamiany zapalne tchawicy, oskrzeli i oskrzelików

• Przebycie choroby zapewnia trwałą odporność

Haemophilus influenzae (pałeczka grypy)

• Małe pałeczki G-ujemne, nieruchome

• Rosną w warunkach tlenowych

• Do swojego wzrostu wymagają obecność dwóch czynników wzrostowych: czynnika X (hemina, hematyna) i czynnika V (NAD, NADP)

• Zapotrzebowanie na te czynniki jest cechą diagnostyczną

Chorobotwórczość

• H. influenzae nie jest czynnikiem etiologicznym grypy

• Należą na flory filologicznej jamy ustnej
  i błon śluzowych górnych dróg oddechowych (stanowią 10% całej flory fizjologicznej)

• Są przyczyną wielu jednostek chorobowych, zwłaszcza: nieżytu górnych dróg oddechowych, nieżytu spojówek, zapalenia zatok, ropne zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych

Maczugowiec błonicy Corynebacterium diphtheriae

• Pałeczka cienka, prosta lub lekko zagięta, o biegunach zaokrąglonych, często maczugowatego kształtu.

• Na biegunach występują ziarnistości

• Są nieruchome, nie wytwarzają otoczki i przetrwalników

• Hodowla rośnie na podłożach z dodatkiem surowicy

• Odmienne właściwości biochemiczne wśród maczugowców pozwalają na odróżnianie gatunków chorobotwórczych od niechorobotwórczych

• Rezerwuarem i źródłem zakażenie jest chory człowiek lub nosiciel. Bakterie znajdują się w wydzielinie z błony śluzowej nosa i jamie nosowo-gardłowej chorych na błonice

• Do zakażenia najczęściej dochodzi droga kropelkową lub rzadziej przez przedmioty zakażone wydzieliną zawierająca maczugowce

Błonica

• Jest ostrą chorobą zakaźną, umiejscowioną najczęściej w gardle, krtani, nosie, rzadziej skórze. Którą cechują miejscowe błony rzekome

Listeria monocytogenes (Pałeczka listerii)

• Mała pałeczka tlenowa, wielokształtna, nie wytwarza otoczki, posiada rzęski

• Rośnie w warunkach tlenowych i beztlenowych, szczególnie dobrze na agarze z krwią

• Rezerwuarem i źródłem zakażenia są zwierzęta domowe, dzikie ssaki, ptaki, człowiek a ponadto mięso, sery i jaja

Listerioza

Za czynniki determinujące ich chorobotwórczość uznaje się:

• internalinę (białko błonowe ułatwiające wchłanianie bakterii przez np. makrofagi i komórki śródbłonkowe),

• listeriolizynę (odpowiedzialną za przerywanie błon fagolizosomów)

• fosfolipazy (umożliwiające infekowanie kolejnych komórek bez groźby zniszczenia przez komórki układu odpornościowego).

---