Budowa komórki bakteryjnej


Budowa komórki bakteryjnej

Cytoplazma - (protoplazma) - skład : woda, nieorganiczne jony, metabolity niskocząsteczkowe, wysokocząsteczkowe polimery kwasów nukleinowych, białka, rybosomy, substancje zapasowe. Nukleoid - w komórkach bakterii brak jądra komórkowego i jąderek. W genomie (materiał genetyczny) w postaci DNA nie występują chromosomy, nie osłania go błona. Nukleoid (DNA) nazywamy chromosomem bakteryjnym inaczejmateriałem chromosomowym. Jest w nim zawarta informacja genetyczna dotycząca funkcji życiowych komórki (chromosomalne czynniki dziedziczenia).

Plazmidy - koliste cząsteczki DNA (ulegają w cytoplazmie autonomicznej replikacji) determinują cechy zwiększające możliwość przeżycia komórek bakteryjnych w określonych warunkach środowiska.

Transpozony - fragmenty DNA podatne na przemieszczenia (transeokację) z jednego locus w inne. W stanie nie zmienionym zostaje wbudowany w nowe miejsce w DNA. Transpozony zawierać mogą różne geny także determinujące oporność na chemioterapeutyki.

Rybosomy - w komórce może być ponad 10.000 rybosomów. Mogą łączyć się ze sobą - tworzyć agregaty (polirybosomy) w rybosomach zachodzi synteza białek.

Błona cytoplazmatyczna - otacza cytoplazmę wszystkich bakterii, przez błonę zachodzi komunikacja komórek ze środowiskiem zewnętrznym.

Funkcje błony cytoplazmatycznej:

Budowa błony: 70% białka, 30% fosfolipidy, niewielka ilość węglowodanów

Mezosomy - to wpuklenia błony cytoplazmatycznej do wnętrza komórki.

Funkcje : mezosomy ścienne - miejsce przyczepienia nukleoidu do błony cytoplazmatycznej. Znajdują się w nich enzymy potrzebne do syntezy składników ściany komórkowej.

Ściana komórkowa - występuje tu peptydoglikan (mureina); kwasy tejchojowe

peptydoglikan ma kwas muraminowy, u niektórych bakterii jest zamiast niego kwas talosaminouronowy, wtedy peptydoglikan nazywa się pseudomureiną.

Peptydoglikanu brak u : Tenericutes (mykoplazmy), Mendosicutes, Halobacterium (sololubne).

Cząsteczka peptydoglikanu zbudowana jest z długich łańcuchów polisacharydowych połączonych w sieci poprzez mostki peptydowe.

Ze względu na różnice w budowie ściany komórkowej (ma to związek z barwieniem

metodzie Grama), bakterie podzielone są na : Gram-dodatnie i Gram-ujemne.

U bakterii Gram-dodatnich- grubość ściany - (20 - 80 nm)

skład ściany - (60 - 100% z peptydoglikanu tworzącego trójwymiarową sieć).

U wszystkich Gram-dodatnich występują polimery N-acetyloglukozoaminy i kwasu N-acetylomuraminowego, mogą różnić się długością mostków peptydowych i składem aminokwasowym

Peptydoglikan - u bakterii Gram-dodatnich może być hydrolizowany przez lizozym (obecny w płynach ustrojowych: łzy, ślina) także jest w białku jaja kurzego. Hydrolizuje on (lizozym) glikozydowe wiązania między kwasem N-acetylomuraminowym, a N-acetyloglikozo-aminą. Zachodzi wtedy liza komórki bakteryjnej. Mureina tworzy siatkę trójwymiarową.

Kwasy tejchojowe - to polimery w długiej cząsteczce. W jej skład wchodzi rybitol tzn. alkohol z 3-węglowym cukrem. Polimery są połączone ze sobą fosfodwuestrowymi wiązaniami.

Kwasy tejchojowe (2 postacie): ribitolowy, glicerolowy

Kwas tejchojowy - rybitolowy jest zwykle związany z grupą 6-hydroksylową kwasu-N-acetylomuraminowego (nazywany jest inaczej kwasem tejchojowym ściany komórkowej)

Kwas tejchojowy - glicerolowy - zawsze połączony z glikolipidami błony (nazywamy inaczej lipotejchojowy).

Rola kwasów tejchojowych nie została dokładnie poznana. Przypuszczalnie biorą udział w regulacji przechodzenia jonów przez warstwę peptydoglikanu (maja bowiem ładunek ujemny).

W ścianie mogą także być kwasy mykolowe (wolne kwasy tłuszczowe) np. Corynebacterium,Mycobacterium. Różnica w ich strukturze (kw. mykolowych) jest kryterium do identyfikacji i klasyfikacji.

W ścianie są także białka związane kowalencyjne lub niekowalencyjne nie tworzące struktury błonowej.

Występują ponadto mutanty Bacillus subtilis i S. aureus nie mające kwasów tejchojowych, są one zdolne do życia jednak występuje u nich zaburzenie procesu podziału komórek. Podobną sytuację można obserwować w przypadku Streptococcus pneumoniae. U tego gatunku zamiast choliny (innegoskładnika kwasów tejchojowych) występuje etanoloamina. W związku z tym w podziale komórek nie tworzą się dwoinki ale długie łańcuchy.

Ściana bakterii Gram- ujemnych - ma bardziej złożoną budowę, skład : peptydoglikan (mureina) błona zewnętrzna : fosfolipidy, białka, glikilipid (lipopolisacharyd) (LPS)

Warstwa mureiny jest cieńsza w porównaniu z Gram-dodatnimi drobnoustrojami (5 - 10% masy ściany komórkowej) tworzy dwuwymiarową siatkę.

Jest bardziej elastyczna (jednak na tyle mocna aby utrzymać kształt komórki, jak również ochronić ją przed osmatyczną lizą). W mureinie brak mostków wiążących krzyżowo, dlatego mostki peptydowe łączące łańcuchy glikanu wiążą bezpośrednio grupę karboksylową D-alaniny jednego łańcucha z wolną grupą aminową kwasu dwuaminopimelinowego łańcucha przyległego.

W odróżnieniu od gram_dodatnich utowaobnych jest 50% tetrapeptydów zakończonych wolną D-alaniną.

Mureina z błoną cytoplazmatyczną jest połączona poprzez wiązania jonowe, natomiast z błoną zewnętrzną przez lipoproteinę (lipoproteina mureinowa). Funkcja lipoproteiny - to utrzymanie na miejscu innych białek błony zewnętrznej. Część białkowa kowalencyjnie jest związana z mureiną, a lipidowa znajduje się w błonie zewnętrznej przyczepiona przy pomocy hydrofobowych wiązań między lipoproteina, a fosfolipidami błony zewnętrznej.

Błona zewnętrzna - skład : fosfolipidy, lipopolisaeharyd (LPS), białka.

Fosfolipidy - dwie warstwy z których części hydrofobowe znajdują się naprzeciw siebie. Błona zewnętrzna nie przepuszcza składników hydrofobowych jest ponadto oporna na działanie detergentów dlatego też wiele bakterii Gram-ujemnych rośnie w ichTobecności. Zwiększenie przepuszczalności błony powodują związki chelatujące np. EDTA (staje się przepuszczalna dla antybiotyków i detergentów). Dla cząstek hydrofilowych błona zewnętrzna odznacza się duże przepuszczalnością.

Białka główne - (70% ogółu białek w błonie zewnętrznej) powiązane są z LPS, ze sobą jak i z lipoproteina mureinowa. W związku z powyższym tworzy się stabilna struktura.

Lipopolisacharydy (LPS - to długie heteropolimery zbudowane z trzech strukturalnie odmiennych regionów które są powiązane ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. Są nimi : lipid A (I), oligocukier rdzeniowy (II) i wielocukier o swoistości antygenowej 0, jest on antygenem somatycznym (III).

Oligosacharyd rdzeniowy - podobny jest u wszystkich bakterii Gram-ujemnych w związku z tym określony grupowo swoisty antygen (antygen wspólny) wykazany u Escherichia coli 014.

LPS bakterii Gram-ujemnych wykazuje właściwości toksyczne w stosunku do ssaków. Z uwagi na znajdujący się w LPS toksyczny czynnik (wielocukier i/lub lipid A) będący integralną częścią ściany komórkowej nazwano go endotoksyną inaczej toksyną lipopolisacharydową.

Antygen somatyczny - jest to najbardziej zewnętrzna część LPS będąca polimerem powtarzających się jednostek oligocukrów utworzonych przez 2 lub 8 reszt jednocukrowych.

Lipid A - zbudowany jest z dwucukru : D-glikozaminylowego. Lipid A hamuje dyfuzję związków hydrofobowych np. kwasów żółciowych, niektórych antybiotyków i detergentów przez błonę zewnętrzną.

Endotoksyna - wywołuje wiele objawów chorobotwórczych m.inn.: wstrząs endotoksyczny (wstrząs septyczny), miejscowe reakcje skórne, gorączka (pirogenność), leukocytoza, obniżenie ciśnienia krwi indukcja nieswoistej odporności na zakażenie, wiele innych.

Znikome tj. nanogramowe ilości endotoksyny będą w wyjałowionych roztworach do wlewów dożylnych mogą być powodem u pacjentów efektu pirogennego. Konieczne jest dlatego badanie płynów infuzyjnych pod względem obecności endotoksyny.

Do zewnętrznej powierzchni ściany komórkowej mogą przylegać wydzielone przez bakterie substancje o charakterze polimerów. W przypadku gdy substancje te tworzą grubą warstwę otaczającą pojedynczą komórkę lub parę komórek nazywa się ją otoczką. Otoczki są zbudowane z polisacharydów. Polisacharydy mają niskie powinowactwo do barwników i dlatego nie widać ich w metodach stosowanych rutynowo. Można wykazać ich obecność w metodzie tzw. negatywnej. Na ciemnym tle „halo" widać je niezabarwione. Można także wykazać ich obecność w metodach serologicznych np. -odczyny : pęcznienia otoczek, aglutynacji, immunofluorescencyjnej, a także aglutynacji lateksowej.

Funkcja otoczek - to ochrona komórki przed wysychaniem. Są z reguły dobrym antygenem, indukują wytwarzanie swoistych przeciwciał biorących udział w niszczeniu bakterii. Bakterie wytwarzające otoczki rosną na podłożach z zawartością np. cukru, surowicy, w atmosferze CO2 w postaci śluzowatych kolonii typu S, M. Ich odmiany bezotoczkowe tworzą kolonie R-szorstkie. Na powierzchni komórki mogą znajdować się inne substancje, które nie są warstwą komórkową. Nazywane są mikrootoczką, glikokaliksem, śluzem lub egzopolisacharydem.

Rzęski - narząd ruchu bakterii, są to długie, w środku puste, spiralnymi filamentami (nici). Ich długość jest kilka razy większa niż długość komórki, a średnica w granicach 12-20 nm. Rozmiary te są mniejsze od zdolności rozdzielczej, mikroskopu świetlnego dlatego nie mogą być widoczne w rutynowym barwieniu preparatów, jedynie przy użyciu odpowiedniej bejcy, które doprowadza do powiększania średnicy rzęsek. W mikroskopie świetlnym można obserwować ruch drobnoustrojów w tzw. kropli wiszącej. W mikroskopie elektronowym są łatwo dostrzegalne. Wzrost urzęsionych drobnoustrojów można obserwować na podłożach stałych w postaci „mgiełki - pełzanie", jak również wzrost w podłożu z dodatkiem TTC (chlorek trifenylotetrazoliowy) - wzrost poza linią wkłucia w całej objętości podłoża. Ich wytwarzanie jest cechą gatunkową zależną także od warunków środowiska np. Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica i Yersinia pseudotuberculoris nie wytwarzają w temperaturze 37°C, a są obecne w temperaturze niższych (22°C - 30°C). Ważną cechą taksonomiczną bakterii jest ich rozmieszczenie i liczba. Charakterystyczna dla rodzaju jest ich lokalizacja. Umiejscowienie rzęsek : dookoła komórki (wkołorzęse = peritricha) na jednym biegunie (czuorzęse = lophotricha) na obu biegunach po 1 rzęsce (dwurzęse = ditricha) jedna rzęska na biegunie (jednorzęse = monotricha).

Rzęski wychodzą z cytoplazmy komórki. Rzęska przymocowana jest za pomocą ciałka podstawnego (w postaci haczyka, pierścienia albo płytki). Różni się ono budową u bakterii Gram-ujemnych (2 pary pierścieni), i Gram-dodatnich (1 para pierścieni). Pierścienie te pełnia rolę tulejki, przez którą przechodzą nici rzęski (filamenty). Rzęski zbudowane są z białka tzw. flageliny (białko rzęskowe), która jest immunogenem (antygenem H).

Bakterie za pomocą rzęsek poruszają się dzięki ich ruchowi obrotowemu przypominającemu ruch śruby okrętowej. Występuje u bakterii zjawisko chemotaksji tzn. poruszanie się w kierunku substancji odżywczych lub uciekanie od substancji szkodliwych. Ruch komórki zależy od kierunku, w którym obraca i rzęska np. jeżeli odwrotny do kierunku wskazówek zegara - komórka porusza się po linii prostej, jeśli zgodnie to „koziołkuje" w miejscu. Jeśli płynie do substancji odżywczej ruchu po linii prostej są dłuższe, fazy koziołkowania są krótsze, jeśli oddala się od substancji wabiącej i zbliża się do szkodliwej wzmagają się fazy koziołkowania, aż do momentu ustalenia odpowiedniego kierunku.

Fimbrie - (pile) - nitkowate dodatki jedynie widoczne w mikroskopie elektronowym. Są proste i krótsze od rzęsek. Występują u bakterii Gram-ujemnych u Gram-dodatnich np. Streptococcus spp., Corynetobacterium spp. Zbudowane są z białka składającego się z podjednostek zwanych pillinami. Jako białko są swoistym immunogenem. Komórka może nie posiadać fimbrii jest wtedy nieufimbriowana, jeśli wytwarza je jest ufimbriowana. Typy fimbri : zwykłe i płciowe.

Zwykłe - występują u bakterii Gram-ujemnych z rodziny Enterobacteriaceae, rodzaju Pseudomonas i Haemophilus oraz u Neisseria gonorrhoae. Są wyznacznikiem chorobotwórczości bakterii. Ich wytwarzanie uwarunkowane jest najczęściej przez geny w chromosomie, rzadko przez plazmidowe. Płciowe - ich wytwarzanie zależne od genów w plazmidach (F, R, col). Fimbrie te maja kanał, przez który może przechodzić transpozonowy chromosomalny, plazmidowy lub bakteriofagowy DNA.

Przetrwalniki - (endospory) - wytwarzane przez rodzaj Bacillus spp. i Clostridium spp. np. B. subtilis, B. anthracis, C. botulinum, C. perfingens, S. tetanii. Rola przetrwalników - przetrwanie w niekorzystnych warunkach życia (brak składników odżywczych, wody). Dzięki nim mogą bakterie te przeżywać setki lat (anabioza). Proces tworzenia przetrwalnika - proces sporulacji w warunkach doświadczalnych początek jego następuje po skończeniu logarytmicznej fazy wzrostu, na początku fazy stacjonarnej wtedy kiedy brakuje źródeł węgla i azotu, a gromadzą się metabolity. Proces (sporulacja), przebiega w wielu etapach. Następuje zagęszczenie cytoplazmy wokół jednego nukleoidu, tworzy się błona cytoplazmatyczna i warstwa peptydoglikanu tzn. osłon które otaczają tworzący się przetrwalnik. W nim zatrzymany zostaje proces metaboliczny tzw. „pauza metaboliczna". Przetrwalnik jest oporny na działanie szkodliwych dla niego czynników zewnętrznych na brak wody, podwyższona temperatura, promienie UV, brak składników odżywczych, zmiany pH. Z uwagi na obecność kwasu dipikolinowego nie niszczy go po 1 godzinne gotowanie w temp. 100°C. Proces kiełkowania tzw. przejście w formę komórki wegetatywnej nazywany jest germinacją. Leki infuzyjne, produkty spożywcze np. konserwy nieprawidłowo wyjałowione (tz. w temperaturze mniejszej 121°C) mogą zawierać przetrwalniki. Po wykiełkowaniu w konserwie powodują one wystąpienie nie tzw. bombażu, a lek nie może być podawany pacjentowi. Lek można jałowic także w procesie filtracji. Wymiary ednospor mogą być mniejsze od poprzecznego wymiaru komórki macierzystej lub większe np. Clostridium spp. Umiejscowienie przetrwalników w komórce jest: centralne, subcentralne lub biegunowe, a komórki mają kształt buławy lub wrzeciona. Cechą taksonomiczną jest umiejscowienie przetrwalnika a także jego wielkość. Od chorego mogą być izolowane między innymi z ropy, plwociny, kału, rany. Przetrwalniki są widoczne w mikroskopie świetlnym po wybarwieniu metodą np. Schaeffer-Fultona. Wybarwiają się na kolor podgrzanego barwnika.

Ziarna cytoplazmy - (ciałka wtrętowe) - mają funkcje zapasowe są źródłem energii, mogą być otoczone cienką błoną. Ziarnistości mogą być zbudowane z polimeru kwasu p-hydroksymasłowego albo zawierają nieorganiczne fosforany. Ziarnistości wolutynowe występują u Corynebacterium diphtheriae (jakc ciałka Emsta-Babesa). Oglądane są w mikroskopie świetlnym po wybarwieniu metodą Neissera. Ziarnistości wybarwione są na kolor ciemnobrązowy,' komórka wegetatywna na kolor żółty. Corynebacterium spp. - pałeczki Gram-dodatnie w preparacie układają się w postaci liter chińskich, I,Y,X,L Występują w wodzie, glebie, na skórze i błonach śluzowych. Corynebacterium diphtheriae izolowanych jest z gardła, pępka, rany.

Prątki - Mycobacterium spp. - należy 26 gatunków określonych jako wolnorosnące i 28 jako szybko rosnące. Są bakteriami wydłużonymi, pręcikowatymi, prostymi lekko zagiętymi. Są Gram-dodatnie, kwasooporne (w ścianie komórkowej są duże ilości lipidów tzw. wosków). Rosną na podłożach w warunkach tlenowych, tworzą bezbarwne lub barwne kolonie. Niektóre są saprofityczne (Myc. smegatis) jest w ziemi w wodzie, w wydzielinach łojotokowych skóry, w moczu, w mastce. Za postać gruźlicy płucnej odpowiedzialny jest Myc. tuberculosis (najczęściej u człowieka), Myc bovis i Myc bovis BCG (gruźlica odzwierzęca u ludzi). Myc africanum (gruźlica płucna w Afryce), Myc microti występuje u zwierząt.

Podział prątków niegruźliczych - Fotochromogenne (gr I) powolny wzrost od 2-10 tygodni, barwnik stymulowany przez światło (M. kansasii, M. simiae). - Skotochromogenne (gr II) powoduje wzrost, barwnik w obecności lub bez obecności światła (M. scrofulaceum, M. xenopi). - Niefotochronogenne (gr III) - powolny wzrost (M. avium, M. intracellulare). - Szybkorosnące (gr IV) - wzrost w ciągu 7 dni (M. fortuitum, M. smegmatis). Materiał do badań - plwocina, popłuczyny żołądkowe, płyny wysiękowe, płyn mózgowo-rdzeniowy,wymaz krtani, mocz. Metoda barwienia - met. Ziehl - Neelsena (prątki zabarwione czerwono, elementy morfotyczne na niebieskie)

Antybiotyki p-laktamowe hamują tworzenie peptydowych, krzyżowych mostków w mureinie u bakterii Gram-dodatnich. Podobne właściwości (hamowanie syntezy mureiny) wykazują : wankomycyna,

fosfomycyna, bacytracyna, ykloseryna. Także działanie liozymu powoduje rozerwanie połączeń

glukozoamina, a kwas acetylomuraminowy. Komórki takie - bez mureiny u bakterii Gram-dodatnie

nazywano protoplastami.Sferoplasty - wytwarzane podobnie komórki bez mureiny u bakterii Gram-ujemnych.

Protoplasty i steroplasty są: wrażliwe na działanie ciśnienia osmotycznego środowiska.

In vitro żyją w środowisku o wyższym ciśnieniu osmotycznym np. sole magnezu, albumina bydlęca,

żelatyna, 20% sacharoza.

Przeniesione do podłoża, które nie zawiera czynnika hamującego syntezę mureiny zmieniają swój

kształt do wyjściowego (normalnych komórek).Postacie -Ł-bakterii są to sferoplasty i protoplasty hodowane in vitro i in vivo. Na podłożach stałych tworzą kolonie wrastające w podłoża o kształcie zbliżonym do „sadzonego jaja"


Wyszukiwarka