Wykład 1. Morfologia i fizjologia drobnoustrojów

Dlaczego uczymy się mikrobiologii? micros – mały bios – życie logos - nauka

* drobnoustroje = mikroorganizmy, mikroby

• wirusy – wirusologia

• bakterie – bakteriologia

• grzyby – mikologia

• pierwotniaki – parazytologia

* szeroko rozpowszechnione w przyrodzie:

• woda, gleba, ścieki, powietrze – hydromikrobiologia, mikrobiologia sanitarna, przemysłowa, rolna, spożywcza…

• kolonizują rośliny, ptaki, zwierzęta..., ludzi !!! - komensale, saprofity

• niektóre gatunki są chorobotwórcze!!! - patogeny

mikrobiologia lekarska, weterynaryjna

• źródłem zakażenia może być człowiek, zwierzę, środowisko...

Co należy wiedzieć?

• jakie drobnoustroje kolonizują człowieka i gdzie (flora fizjologiczna)

• które są chorobotwórcze - kiedy, dlaczego, objawy zakażenia, odczyn obronny, mechanizmy odpornościowe - wypadkowa interakcji: mikrorganizm-gospodarz

• jak wykryć czynnik etiologiczny – jaki materiał i jak pobrać, jak wyizolować drobnoustrój (różne wymagania), jak zidentyfikować (różne testy)...

• jak leczyć – który lek jest optymalny (skuteczny, tani, bez objawów ubocznych, nie zwiększa oporności drobnoustrojów na leki – antybiogram-ścisłe zasady)

• epidemiologia zakażeń – jak często, jaki typ: epidemiczne, endemiczne, sporadyczne; szpitalne, pozaszpitalne; źródła zakażenia; drogi przenoszenia, wrota zakażenia...

• metody zapobiegania – szczepienia profilaktyczne, dezynfekcja, sterylizacja, dezynsekcja, deratyzacja, izolacja chorego, kwarantanna...

Drobnoustroje - bardzo zróżnicowane grupy morfologicznie i fizjologicznie!!!

• priony – zakaźne cząsteczki białka

• wirusy – jeden kwas nukleinowy: DNA lub RNA,+ białko+/-osłonka, skomplikowany rozwój w żywej komórce, bezwzględny pasożyt wewnątrzkomórkowy

• Procaryota:

* bakterie typowe – ściana komórkowa z peptydoglikanem, chromosom (DNA) , RNA, podział poprzeczny, rosną na podłożach sztucznych..., gł. pasożyty zewnątrzkomórkowe

* mykoplazmy – brak ściany komórkowej

* chlamydie, riketsje, erlichie – specjalny cykl rozwojowy w żywej komórce, pasożyty wewnątrzkomórkowe,

• Eucaryota: jądro z błoną jądrową, chromosomy, podział mitotyczny..

* grzyby – drożdże, grzyby nitkowate, grzyby dimorficzne

* pierwotniaki – szczegóły w ramach biologii

Budowa komórki bakteryjnej

• struktury powierzchniowe: adherencja do podłoża, komórek

* otoczka, śluz (slime) – wielocukrowa, rzadko białkowa (laseczka wąglika)

* rzęski – białka, narząd ruchu

* fimbrie – białka, zwykłe – przyleganie, płciowe - koniugacja

• ściana komórkowa – sztywna, kształt, b. złożona, różna u Gram(+) i Gram(-), całkowite usunięcie – protoplasty,

częściowe – sferoplasty

po antybiotyku - formy L,

• błona cytoplazmatyczna – półprzepuszczalna, transport elektronów, mezosomy

• cytoplazma:

DNA chromosomalne - nukleoid (chromosom, chromatyna)

DNA pozachromosomalne – plazmidy, transpozony, integrony

rybosomy – synteza białek

substancje zapasowe, ciałka wtrętowe - skrobia, wolutyna

• przetrwalniki - tylko laseczki

Morfologia - preparaty

• Mikroskopy:

* świetlny (powiększenie 1000-1500x),

* fluorescencyjny – najczęściej używane

* ciemne pole widzenia

* elektronowy

* skanningowy

• preparaty – świeże (mokre), barwione

• metody barwienia

* pozytywne – tylko drobnoustroje - Grama!!!, Loeflera, Ziehl -Neelsena..

* negatywne – tylko tło, widać otoczki – tusz chiński, nigrozyna

* pozytywno-negatywne – widać otoczki i bakterie

Bakterie-Procaryota	Grzyby-Eucaryota
wielkość komórki: 0,5-10 um	5-100 um
brak błony jądrowej	obecna błona jądrowa, jąderka
jeden chromosom, kulisty	wiele chromosomów
jedna nić DNA	nić podwójna
rozmnażanie: podział poprzeczny	podział mitotyczny, seksualny i aseksualny
oddychanie: via mezosomy	via mitochondria
ściana kom. peptydoglikan *	chityna *, celuloza
błona cytoplazm. brak steroli	zawiera sterole *
rybosomy 70S (50S + 30S) *	80S (60S + 40S) *
oddychanie tlenowe i beztlenowe	tlenowe
mogą wiązać azot	nie mogą

* miejsce działania antybiotyku

Podstawowe grupy bakterii Gram-dodatnich

• ziarniaki, ziarenkowce – tlenowe, beztlenowe

katalazo-dodatnie, katalazo-ujemne

• laseczki – wytwarzają przetrwalniki, tlenowe, beztlenowe

• pałeczki - tlenowe, beztlenowe

nieprzetrwalnikujące, regularne; nieprzetrwalnikujące, nieregularne - maczugowce

• prątki - tlenowe

• nitkowate, promieniowce - tlenowe, beztlenowe

Ziarniaki, ziarenkowce

katalazo-dodatnie

• Staphylococcus – gronkowce,

• Micrococcus – mikrokoki,

• Peptococcus – ziarniaki beztlenowe

katalazo-ujemne

• Streptococcus – paciorkowce,

• Enterococcus – enterokoki, paciorkowce kałowe,

• Peptostreptococcus – paciorkowce beztlenowe

Laseczki – zawsze przetrwalniki

• tlenowe

• Bacillus

• B.anthracis – laseczka wąglika,

• laseczki niechorobotwórcze

• beztlenowe

• Clostridium,

• C. tetani – laseczka tężca,

• C. perfringens - laseczka zgorzeli gazowej

• C. botulinum – laseczka jadu kiełbasianego

Pałeczki Gram-dodatnie

• regularne

• Listeria – listerie, tlenowe

• L. monocytogenes

• Lactobacillus – beztlenowe, pałeczki kwasomlekowe

• nieregularne

• Corynebacterium – maczugowce

• Tlenowe: C. diphteriae – maczugowce błonicy, Propionibacterium - maczugowce

• Beztlenowe: P. acnes

Pałeczki Gram-dodatnie

• prątki

• Mycobacterium

• M. tuberculosis - prątki gruźlicy

• promieniowce

• tlenowe - Nocardia

• beztlenowe - Actinomyces

Podstawowe grupy bakterii Gram-ujemnych

• ziarniaki, ziarenkowce tlenowe beztlenowe

• pałeczki - różne grupy:

• jelitowe, duże, rodzina: Enterobacteriaceae ; niefermentujace; zakrzywione (przecinkowce);małe, kokopałeczki;beztlenowe; spiralne, krętki; riketsje, chlamydie, mykoplazmy

Ziarniaki Gram-ujemne

• tlenowe

• Neisseria,

• N. meningitidis – dwoinki zap. opon m-rdz

• N. gonorrhoeae – dwoinki rzeżączki

• Moraxella catarrhalis

• beztlenowe

• Veilonella

Pałeczki Gram-ujemne

• jelitowe, duże - rodzina: Enterobacteriaceae

E coli, Klebsiella, Salmonella, Shigella, Proteus, Enterobacter..

• niefermentujące Pseudomonas, Acinetobacter

• zakrzywione (przecinkowce) Vibrio, Campylobacter, Helicobacter

• małe, kokopałeczki Haemophilus, Bordetella, Brucella, Pasteurella, Francisella, Gardnerella, Legionella

• beztlenowe

Bacteroides, Fusobacterium

Metabolizm bakterii

• źródło węgla – CO₂, węglowodany, alkohole, kw.tłuszczowe, kw.dwukarboksylowe..

• źródło azotu – azotany, aminokwasy, zw.amonowe, azot atmosferyczny (bakt.glebowe)

• źródło energii – światło (bakterie fotosyntetyzujące), zw.nieorganiczne, zw.organiczne

* autotrofy - samożywne, zw. nieorganiczne

* heterotrofy – cudzożywne, zw. organiczne

- saprofity, saprobionty – żyją na martwej materii

- pasożyty – żyją na lub w żywych tkankach

enzymy bakteryjne: peptydazy, proteazy, lipazy (lecytynaza), dezoksyrybonukleazy, rybonukleazy, hemolizyny, hialuronidazy, poliozydazy, amylazy, oksydazy (peroksydazy – b.tlenowe, dehydrogenazy – b.beztlenowe)

Warunki wzrostu - bakterie, grzyby

• składniki odżywcze – bardzo różne wymagania !!!

• pH 6,8-7,2 – większość 4,5 – Lactobacillus 8,6 – Vibrio cholerae

• temperatura

• atmosfera

• wilgotność 70-80%, wyższa Haemophilus, Legionella

Warunki wzrostu - temperatura

• psychrofilne 15^o – 20^o C woda, gleba

• mezofilne 30^o – 37^o C (20^o – 45^o ) człowiek!!, zwierzę

• termofilne 50^o – 80^o C - gorące źródła

Warunki wzrostu - atmosfera

* bezwzględne tlenowce – wolny tlen - Pseudomonas, Mycobacterium, grzyby

* względne beztlenowce – różna tolerancja tlenu większość bakterii !!!

* bezwzględne beztlenowce – brak tlenu < 0,5 O₂ – Bacteroides, Fusobacterium,

* mikroaerofile – 5-10% O₂ i 5-10% CO₂ Campylobacter, Helicobacter, Neisseria gonorrhoeae, N.meningitidis, Brucella

Warunki odżywcze

• woda – 50-90% podłoża

• sole mineralne – utrzymują izotonię i izojonię komórki

NA K Cu Zn Co Mo Va NH₄ CO₃ SO₄ PO₄

• aminokwasy – niektóre gatunki mogą syntetyzować z amoniaku i glukozy

• węglowodany – do wytworzenia energii glukoza, laktoza... polisacharydy, alkohole wielowęglowe

• tłuszcze – mogą rozkładać i syntetyzować kwas olejowy

• witaminy - B₁ -tiamina B₂ -ryboflawina B₃ –kw. pantotenowy B₄ -cholina

B₅ –kw. nikotynowy B₆ -pirydoksyna B₈ -inozytol B₉ -kw. foliowy

• czynniki wzrostu – kw. paraaminobenzoesowy, hematyna

Podłoża – podziały

• wzrostowe

* konsystencja

* skład

• transportowe – półpłynne, tylko do przechowania bakterii w czasie transportu

• transportowo-wzrostowe – np. - do posiewu krwi (Hemomedium), płynu mózgowo-rdz. (Meningomedium),

- moczu – dip-slide

Podłoża – konsystencja

• płynne – bulion, woda peptonowa zmętnienie, osad

• półpłynne – 0,5% agaru zmętnienie

• stałe – 2-3% agaru kolonie

Podłoża – skład

• proste, zwykłe – minimalne ilości białka, węglowodanów, soli mineralnych, rosną mało wymagające bakterie i grzyby -

płynne: bulion zwykły, woda peptonowa

stałe: agar zwykły, żelatyna

• wzbogacone – rośnie większość bakterii - agar z krwią!!!, surowicą, wyciągiem drożdżowym, bulion z surowicą

• wybiórcze, selektywne, wybiórczo-różnicujące – ułatwiają wzrost jednym, hamują inne, zawierają substrat (np..laktoza, glukoza..) i wskaźnik (czerwień fenolowa, czerwień obojętna, błękit bromotymolowey..)

Chapmana – gronkowce,

Sabourauda – grzyby,

Mc Conkeya – pałeczki Gram(-),

SS agar – Salmonella, Shigella

podłoża selektywne

• specjalne – dla konkretnych bakterii:

Loewensteina –prątki, Loefflera – maczugowce, Mueller-Hintona – do antybiogramu

Końcowe produkty przemian

wykrywane w badaniach biochemicznych, przydatne w identyfikacji, warunkują toksyczność

• Katabolity

* gazowe – CO₂ H₂S H₂ N NH₃ NH₂

* nieorganiczne – azotany, azotyny, chlorki, fosforany, siarczany..

* organiczne - kwasy (mlekowy, mrówkowy, octowy, masłowy, bursztynowy, propionowy..)

alkohole (metylowy, etylowy, propylowy, glicerol..), aminy (histamina, kadaweryna, putrescyna), indol, mocznik

• Anabolity

* polisacharydy – skrobia, glikogen, * białka - toksyny bakteryjne, enzymy, antybiotyki, wolutyna * tłuszcze – woski

* barwniki –pyocjanina, putrescyna * witaminy – B K

Podstawowe zasady pobierania materiału na badanie bakteriologiczne/mikologiczne

• miejsce zmienione chorobowo – ropa, kał, mocz, plwocina, wymaz z gardła, ucha, krew, płyn mózgowo-rdzeniowy..

• czas pobrania - w ostrym okresie choroby, przed podaniem antybiotyku

• odpowiedni i odpowiednio przygotowany sprzęt (wymazówki, jałowe naczynia, podłoża transportowe)

• objętość próbki, oznakowanie próbki, skierowanie

Przesyłanie materiału na badanie bakteriologiczne/mikologiczne „na posiew”

• bezpośrednio po pobraniu, szybko

• zabezpieczyć przed zmianami temperatury - krew, płyn mózgowo-rdzeniowy, wymaz z gardła

• zabezpieczyć przed dostępem tlenu – badania w kierunku bakterii beztlenowych

Wyjątki:

• materiały na podłożu transportowym – 1-2 dni w temp. pokojowej

• materiały na podłożu transportowo-wzrostowym (Hemomedium, Meningomedium) - można włożyć do cieplarki

• mocz, kał – 1-2 godz. w lodówce

Skierowanie na badanie bakteriologiczne

dane pacjenta, oddział, data, godzina pobrania, rodzaj materiału, rozpoznanie, wymagane badanie, antybiotyki, podpis, pieczątka lekarza

Posiew, identyfikacja, antybiogram

• posiew – w zależności od materiału, spodziewanych drobnoustrojów, różne wymagania, różne podłoża

• preparat bezpośredni - kształt, wielkość, Gram(+), Gram (-)..., inne metody barwienia, bezpośrednie wykrycie antygenu

• hodowla – ocena morfologii kolonii, hemolizy, preparat z hodowli..

• typowanie biochemiczne – ustalenie rodzaju lub gatunku

• typowanie serologiczne – ustalenie gatunku lub typu serologicznego

• typowanie bakteriofagowe – bad.epidemiologiczne

• typowanie bakteriocynowe – bad. epidemiologiczne

• badania genetyczne – identyfikacja, bad. epidemiologiczne, wykrycie genu oporności...

• badanie zjadliwości drobnoustrojów - metody in vivo i in vitro

• antybiogram – oznaczenie wrażliwości na antybiotyki

• Pobranie i transport materiału

błędy przedlaboratoryjne

• Posiewy, identyfikacja, antybiogram, wypisanie wyniku + interpretacja kliniczna

błędy laboratoryjne

Zmienność bakterii

• genom, genotyp
  nukleoid, plazmidy, transpozony, bakteriofagi

• fenotyp

zmiany: dziedziczne – trwałe mutacje, rekombinacje odwracalne

Zmienność bakterii

* mutacja - spontaniczna zmiana w DNA nowa cecha;
* rekombinacja - wymiana materiału genetycznego pomiędzy komórkami;
# transformacja - wolny DNA;
# transdukcja - bakteriofagi;
# koniugacja - fimbrie płciowe;

Zmienność bakterii dotyczy: cechy morfologiczne i antygeny; zdolność do wytwarzania enzymów;wymagania żywieniowe;

oporność na antybiotyki, środki dezynfekcyjne, bakteriofagi, itd; chorobotwórczość;