Mikrobiologia : antybiotyki

1. Czynniki zewnętrzne

1. Wpływ czynników zewnętrznych na mikroorganizmy jest uzależniony od :

0. bardzo duża powierzchnia stykania się z podłożem, w stosunku do masy

1. elastyczność wewnętrznych układów regulacji metabolizmu

2. zdolność do wytwarzania form przetrwalnych

3. możliwość przemieszczania się w odpowiedzi na bodziec

2. Rodzaje oddziaływania :

a) bakteriostatyczne - hamujące namnażanie się drobnoustrojów

b) bakteriobójcze - nieodwracalne, prowadzące do utraty zdolności wzrostu i namnażania się, i w konsekwencji do śmierci

3. Woda (wpływ wysychania) :

Wilgotność poniżj 30% w środowisku hamuje wzrost bakterii. Najbardziej wrażliwe na wysuszanie są krętki, zarazki rzeżączki; najbardziej oporne na wysuszenie są Mycobacterium, ponieważ wytwarzają dużo lipidów w ścianie. Bakterie Gram- są bardziej wrażliwe niż Gram+.

Drobnoustroje namnażające się w obniżonej aktywności wodnej to kserofile(osmofile). Wysuszanie znalazło zastosowani w przechowalnictwie drobnoustrojów.

Wysychanie prowadzi do denaturacji białek. Aktywność wodną możemy obniżyć stosując roztwory sacharozy, NaCl, glukozy, glicerolu.

aktywność wodna - odpowiednik wilgotności wzgldnej(dla gazów), jest to dostępność wody

liofilizacja - proces wysuszania ze stanu zamrożenia,

4. Temperatura :

Stosunek drobnoustrojów określają 3 wartości kardynalne(minimum, optimum i maksimum)

a) psychrofile - zakres wzrosu 0-20 C, częściej występują wśród Gram- np. Psudomonas, Baccilus, Aerobacter. Przystosowanie : ich enzymy działają w niskich temperaturach(do 30C), transport przez błonę jest najbardziej wydajny w niskich temperaturach oraz posiadają znacznie większą ilość nienasyconych kwasów tłuszczowych w błonie cytoplazmatycznej. Zastosowanie w przemyśle chłodniczym.

b) mezofile - 10-45 C, a ich optimum wynosi 20-40 C. Głównie bakterei chorobotwórcze.

c) termofile - 25-80 C, a ich optimum 45-50 C. Większość bakterii to Gram+. stenotermofile - rosną powyżej 60 C; euritermofile - mogą rosnąć również w 30 C. Przykładami są Baccilus, Clostridium, bakterie m,lekowe. Termofile wytwarzają na swojej powierzchni warstwę S - zbudowaną z białek, głównie z aminokwasów kwaśnych i hydrofobowych. W błonie termofili występują lipidy o wyższej twmperaturze topninia oraz znaczna ilość tłuszczów nasyconych, ponadto posiadają fosfolipidy i karotenoidy. Ich oporność na wysoką temperaturę mogą warunkować obecne w nich enzymy ciepłooporne np. katalaza.

d) działanie bójcze : w wysokiej temperaturze dochodzi do denaturacji białek, a poniżej 0 komóri uszkadzane mechaniczni, przez powstające kryształki lodu. Punkt śmierci cieplnej - temperatura zabijająca drobnousroje w ciągu 10min; czas śmierci cieplnej - okres niezbędny do zabicia drobnoustrojów w określonej tempraturze, na określonym podłożu.

5. Ciśnienie osmotyczne :

Optymalne warunki osmotyczne zachodzą w 0,85% NaCl. Stężenie substancji na zewnątrz jest mniejsze niż wewnątrz komórki, dzięki czemu woda łatwiej przechodzi przez ścianę. Oprócz halofili w podwyższonym stężeniu NaCl rosną S. aureus, niektóre bakterie mlekowe.

6. Ciśnienie mechaniczne :

Zarówno Gram+ jak i Gram- są oporne na ciśnienie do 5000 atm; a przetrwalniki do 20 000atm. Równiż enzymy produkowane przez t bakterie wykazują taką zdolność, co zostało wukorzystane w badaniach cytologicznych oraz biochemicznych drobnoustrojów.

7. Ciśnienie hydrostatyczne :

Większość baktrii wodnych rozwija się przy 375atm. Barofile dzielimy na prawdziwe - rosnące tylko w podwyższonym ciśnieniu oraz drobnoustroje barotolerancyjne - które mogą rosnąć równiż w warunkach normalnych. Ich metabolizm zależy od wysokiego ciśnienia

8. Wpływ promieniowania

a) Światło widzialne - słabe działanie baktriobójcze, polga na fotodynamicznym uczuleniu komórek przez związki wewnątrz lub na zewnątrz komórki. Substancje te, pod wpływem śwaiatła zwiększają podatność komórki na światło widzialne, są to m. in. eozyna, błękit metylenowy czy safranina. Barwniki z grupy karotenoidów chronią komórkę przed nieodwracalną fotooksydacją ( dzięki dużemu potencjałowi red-oks), np. u bakt. fotosynt.

fotosensytyzacja - zwiększenie podatności komórki na światło widzialne

b) promienie UV - promienie te powodują tworzenie dimerów tyminy w tej samej nici DNA, co uniemożliwia replikację. Bakterie wykształciły 2 mechanizmy obronne : 1)fotoreaktywacja - rozszczepienie dimerów przez enzym fotolizazę 2) reperacja ciemna - polega na usunięciu dimerów i wstawieniu nowego odcinka DNA

9. Ultradżwięki :

Bakterie Gram- są bardziej podatne niż Gram+. Wysoce oporne są przetrwalniki. Ich działanie polega na rozrywaniu komórek od wewnątrz na skutek wytworznia się pęcherzyków gazu (kawityzacja). Szerokie zastosowanie laboratoryjne np. do izolowania enzymów z bakterii.

10. Napięcie powierzchniowe :

Możemy zwiększyć je przez dodanie chlorku wapnia lub węgla drzewnego, natomiast zmniejszyć alkoholem, glicerolem lub detergentami. Obniżone napięcie powierzchniowe prowadzi do powstania wydłużonych form oraz do zahamowania wzrostu. Substancje obniżające dzielimy na 3 grupy : 1)anionowe - działające bójczo na Gram-, 2)kationowe - działające na Gram+ oraz 3) niejonowe - stosowane w laboratoriach do uzyskania jednorodnego, rozproszonego wzrostu.

11. Potencjał red-oks :

Pod tym względem bakterie dzielimy na a) tlenowce(aeroby) - np. laseczki Baccilus, 2) tlenowce względne( mikroaerofile) - np. bakterie mlekowe, E. coli, 3) beztlenowce (anaeroby), które nie rosną w obecności tlenu, np. Clostridium.

12. pH :

Większość drobnoustrojów występuje w pH obojętnym. Pod względem pH dzielimy j na acidofile - np. bakterie siarkowe, neutrofile oraz alkalofile - np. Nitrosomas, Nitrobacter

13. Substancje chemiczne :

A Barwniki

a) trifenylometanowe - np. zieleń malachitowa, fiolet krystaliczny; działają na Gram+ . Ich działanie polega na reakcji z kwasami nukleionowymi.

b) akrydynowe - działają na Gram+ i Gram-; Ich działanie opiera się na hamowaniu syntezy DNA, przez wbudowywanie się(interkalacja) między sąsiednie nici DNA

B Wpływ kationów i anionów - metale ciężkie działają na błonę cytoplazmatyczną, a także wiążą i inaktywują enzymy drobnoustrojów.

2. Sulfonamidy

1. Sulfonamidy - są to chemioterapeutyki, działające bójczo na mikroorganizmy, ale neutralne dla makroorganizmu. Dzisiejsze sulfonamidy to pochodne sulfonamidu. Związki te działają bakteriostatycznie, ich mechanizm działania opiera się na tym że związki te konkurują z kwasem PABA o miejsce w kwasie foliowym (czyli są antymetabolitami). W miarę upływu czasu pojawiły się bakteri oporno wskutk mutacji.

2. Tuberkulostatyki - grupa sulfonamidów, działająca bakteriostatycznie na prątki są to np. kwas p-aminosalicylowy (PAS), który blokuje syntezę kwasu foliowego.

3. ANTYBIOTYKI :

1. Są to substancj niskocząsteczkowe, wytwarzane przez mikroorganizmy w czasie metabolizmu wtórnego, działające bakteriobójczo. Pierwszym antybiotykim była penicylina.

2. Antybiotyki β-laktamowe :

Są to antybiotyki wytwarzane przez grzyby z rodzaju Penicilium i Cephalosporium; głównym ich składnikiem jest kwas 6-amionopenicylowy. Penicyliny działają bójczo na Gram+, przemieszczając się przez warstwy peptydoglikanu wiążą się z białkami PBP, hamując ich aktywność enzymatyczną, co prowadzi do zahamowania odłączania reszt D-alaniny, co za tym idzie zahamowanie syntezy peptydoglikanu.

3. Antybiotyki aminoglikozydowe(aminocyklitolowe) :

Pierwszym wykrytym antybiotykiem była streptomycyna (od Streptomyces), działająca na prątki gruźlicy. Antybiotyki te działają na na Gram+ i Gram-. Mechanizm ich działania opiera się na tym, że przyłączają się do małej podjednostki rybosomu i hamują translację.

4. Tetracykliny :

Wytwarzają je promieniowce, działają na Gram-, Gram+, pierwotniaki oraz riketsje. Działają one na bakterie niszcząc wiązania aminoacylo-tRNA w rybosomie

5. Makrolidy :

Również wytwarzane przez promieniowce, dzielimy je na 2 grupy : 1)przeciwbakteryjne - np. erytromycyna, która hamuje syntezę białka, łącząc sie z dużą podjednostką rybosomu oraz 2)przeciwgrzybiczne i przeciwpierwotniakowe.

6. Antybiotyki peptydowe :

Wytwarzane przez promieniowce i lasczki Baccilus, są to m.in. wankomycyna. Antybiotyki te działają na błony zewnętrzną i cytoplazmatyczną, tworząc kanały przez które wypływa zawartość komórki

7. Odporność na antybiotyki :

a)Można wyróżnić odporność wrodzoną np. niewrażliwość pałczek Gram- na penicylinę; oraz nabytą, będącą fektem mutacji bakterii, wskutek stosowania dango antybiotyku. Wyróżniamy także odporość chromoomową i plazmidową - w zależności gdzie następuje mutacja, warunkująca opornośc na dany lek. Bakteria E. coli posiada na chromosomie geny kodujące oporność na m.in erytromycynę i chloramfenimol.

Bakterie posiadają również plazmidy R, na których są geny warunkujące oporność na antybiotyki. Mogą być one przenoszone do komórek potomnych poprzez koniugację lub na drodze transformacji/transukcji. W genomie bakterii wystepują również transpozony, czyli odcinki DNA kodujące oporność.

b) Odpornosć na antybiotyki β-laktamowe jest wynikiem wytwarzania przez bakterie enzymów hydrolizujących pierścień β-laktamowy, co prowadzi do jgo unieczynnienia. Oporność ta może być również spowodowana wytworzeniem białek zmienionych, które mają mnijsze powinowactwo do penicyliny lub ze zmianami w przepuszczalności błony, prowadząc do zmniejszenia transportu antybiotyku do wewnątrz.

c) Odpornośc na antybiotyki aminoglikozydowe - warunkowana jest zmianami w rybosomach, syntezą enzymów rozpuszczających antybiotyk lub zmianami w przepuszczalności.

8. Wpływ fitoncydów :

Są to związki lotne, pochodzenia roślinnego, o działaniu silnie bakteriobójczym. Czosnek działa na Gram-, Gram+, wirusy, grzyby(alliina). Cebula podrażniania błony śluzowe oraz wzmaga ruchy nabłonka rzęskowego. Chrzan zawiera sinigrynę działającą przeciwbakteryjnie.