Bakteriologia i mikrobiologia Barbara Szuberla

4.10.2006

Drobnoustroje i cząstki zakaźne - najmniejsze cząstki powodujące choroby.

Wirusy polio 0,03 mikrometra

Wirus ospy prawdziwej 0,3 mikrometra (poxvirus)

Najmniejsze bakterie są porównywane z wirusem ospy prawdziwej

Pozaszpitalne zapalenie płuc Mycoplasma 0,4 mikrometra

Chlamydia - drobnoustroje wywołujące choroby dróg płciowych porównywalne z rzeżączką.

2 podstawowe kształty bakterii;

- okrągły

- podłużny

Mogą też być

- ziarenkowce np. 2 połączone komórki lub więcej (połączone są dwoinką) 1-2 mikrometra

- pałeczki 0,5*2-3 mikrometra

- laseczki - potrafią wytwarzać endospory (endospory służ do przetrwania w trudnych warunkach środowiska

Bakterie pod względem budowy należą do prokariotów są zbudowane z komórek. To co ma budowę komórkowe nazywamy organizmami żywymi.

Prokariota - bakterie

Eukariota - grzyby, człowiek, rośliny

Różnice między prokariota a Eukariota

• Eukariota - mają jądro komórkowe i wszelkie struktury związane z tym jądrem

• Prokariota - nie mają jądra komórkowego, materiał genetyczny jest ułożony bezpośrednio w cytoplazmie

• Eukariota - czasie podziałów komórkowych mają 2 procesy; mejoza i mitoza

• Prokariota nie maja ani mitozy ani mejozy

• Eukariota - procesy komórkowe zachodzą w cytoplazmie w oddzielnych przestrzeniach między sobą wskutek tego powstał system błon cytoplazmatycznych (retikulum cytoplazmatyczne)

• Prokariota - wszystkie procesy zachodzą obok siebie zawęża to ilość reakcji, rybosom składa się z 2 podjednostek 30s i 50s

• Eukariota - określa się jako 40s i 60s (podjednostek)

S - stała syntetyzacji Synberga (wartości stałe dla prokariotów i eukariontów są różne)

• Prokariota nie mają mitochondriom

• Eukariota ma mitochondriom

• Prokariota jest zbudowany zacznie prościej

Mezonom - niektóre bakteria tworzą zgięcia błon cytoplazmatycznych

Rybosomy - zachodzi synteza białek, wiąże się z matrycowym RNA powoduje przyłączanie RNA do matrycy

Bakterie posiadają ścianę komórkową

Ściana komórkowa występuje w dwóch odmianach można ich odróżnić na podstawie barwienia. Bakterie gram ujemne można wypłukać. Bakterie gram dodatnie nie można wypłukać.

Gram ujemne na początku kolor fioletowy przechodzi w bezbarwny przechodzi w różowy

Gram dodatnie na początku różowy przechodzi w bezbarwny przechodzi w fioletowy

Budowa komórkowa bakterii gram dodatnich

• Otoczka - zewnętrzna struktura ( nie występuje u wszystkich bakterii) otoczka jest charakterystyczna dla zapalenia opon mózgowych, zapalenia płuc

Streptococcus pnemonial - paciorkowiec - dwoinka zapalenia płuc

Otoczka jest zbudowana z wielocukrów , w wyjątkowych przypadkach otoczka może być zbudowana z białek np. bakteria wąglika

Bacillus arthracis - wąglik (laseczka)

• Drugi element ściana komórkowa

• Peptoglikan poza tym znajdują się kwasy teihojowe ( jednostki cukrowe w wielocukrach są połączone wiązaniami estrowymi)

• Błona cytoplazmatyczna - stosunkowo cienka, w środku kulisty chromosom

Chromosom kulisty kawałek kwasu DNA o wielkości około 1-3 miliona par zasad. Pojedyncza zasada w kwasie nukleinowym nazywamy bazą.

Bakterie które mają 2 chromosomy o różnej wielkości nazywa się Burkholderia psendomallei przykładem tych bakterii są promieniowce

Streptomyces (chromosom liniowy)

Borelia burgdorrferi bakteria zwana krętkiem choroba przenoszona przez kleszcze, chromosom liniowy, borelioza z Lycue po latach nie leczona atakuje układ nerwowy

Cytoplazma - w niej znajdują się cząstki rybosomy mogą występować ziarnistości te ziarnistości mogą być wskazówką jaka to bakteria.

Bakterie gram ujemne

Pierwszą warstwą jest otoczka (może występować a nie musi).

Otoczka jest bardzo charakterystyczna dla bakterii np. Klebsiella pnaumoniae.

Druga warstwą jest ściana komórkowa

• Błona zewnętrzna ( outer membrane)

Błona zewnętrzna dzieli się na;

• Białka OMP

• Lipoproteidy LP

• Lipopolisacharydy (endotoksyna) LPS

Peptoglikan jest zbudowany inaczej niż u bakterii gram dodatnich. Peptoglikan bakterii gram ujemnych składa się z 2 cegiełek cukrowych;

• NAG - n - acetylokozamina

• NAM - kwas N - acetylomuraminowy przyłączony jest dodatkowo pentapeptyd (5 aminokwasów)

Te cegiełki występują naprzemiennie. W skład Peptoglikan wchodzi jeszcze kwas mykolowy.

Mycobacterium tuberculosis - gruźlica. Ta bakteria wymaga wysokiego środka dezynfekcji. Prątki gruźlicy mogą bardzo długo przetrwać.

Glikopeptyd jest sprasowany odwodniony może bardzo długo przetrwać.

Endospory są zbudowane z 3 warstw.

Endospory produkują dwa rodzaje bakterii

• Najbardziej chorobotwórcze Bacillus anthtucis

• Bakterie beztlenowe Clostridium ; tężca, jadu kiełbasianego, biegunki polekowe

Endospory - laseczki

Laseczki są zawsze gram dodatnie.

Proces zdobywania energii przez bakterie nazywa się metabolizm

Metabolizm - dzieli się na katabolizm i anabolizm

Katabolizm - reakcje kataboliczne mają na celu zdobycie i zmagazynowanie energii, oddychanie

Anabolizm - proces syntezy z wykorzystaniem energii

Hemoorganotrofy - zdobywają energię utleniając zredukowane związki organiczne ( inaczej związki węgla)

katabolizm - ma na celu odciągnięcie energii a następnie stworzenie innego wiązania w innym związku, gdzie energia jest już mniejsza.

Bakterie nie korzystają z bardzo wysokich energetycznych elektronów.

Podstawowe cykle metaboliczne

• Glikoliza

• Peptoza

• Etnera - Dondoroffa występuje tylko u bakterii

Przeprowadzają jednostkę C6 do jednostki trójwęglowej

C6 - C3 powstaje energia

JednostkaC3 wchodzi w cykl Krebsa

Szereg enzymów o charakterze oksykoreduktoz poza częścią białkową zawierają część nie białkową zawierają ją;

• Kofaktory - bezpośrednie narzędzia pobierają 2 elektrony z wiązania przenosząc w inne miejsca o mniejszej energii a energia jest magazynowana w ATP i GTP

• NAD

• NADP

• FAD

• Cytochromy

Systemy odpowiedzialne za gospodarkę energii to ATP i GTP ( system pompa protonowa )

Organizmy tlenowe para elektronów jest przenoszona na tlen

2 elektrony są przenoszone na cząsteczkę tlenu powstają wolne rodniki ponadtlenkowej substancje bardzo toksyczne

Dysmutaza ponadtlenkowa - enzym wyłapuje rodniki ponadtlenkowej. Wiąże się do przyspieszania procesów starzenia. W drugiej części dysmutazy ponadtlenkowej przed niewielkim napromieniowaniem nie wystarcza żywym bakteriom żeby przeżyć

2e ^- - O₂ - O_{2 lub} O^- połączenia wolnych rodników z wodorem prowadzi do powstania H₂O₂ ( woda utleniona)

Aby organizm mógł przeżyć musi posiadać enzym który rozłoży H₂O₂ bakterie mają dwa takie enzymy; KATALOZA i PEROKSYDAZA

Bakterie tlenowe

Mają zdolność wyłapywania rodników i rozkład wody utlenionej, jeżeli któregoś z elementów nie ma bakteria ginie. Jeżeli bakteria posiada chociaż jeden z elementów bakteria wykazuje tolerancje, ale po krótkim czasie i tak w kontakcie z tlenem zginie.

Rodzaje kataboliczne

2 ciągi reakcji katabolicznych

• Oddychanie tlenowe C6 - C3 - cykl Krebsa - łańcuch tlenowy lub pompa tlenowa - przeniesienie elektronu na cząstkę tlenu

• Oddychanie beztlenowe taki sam ciąg procesów ostatecznym akceptorem jest związek nieorganiczny najczęściej są to azotany. Jest charakterystyczna dla bakterii żyjących w środowisku nie zachodzi u człowieka.

• Fermentacja proces utleniania związków organicznych. Związek organiczny związek bardziej utleniony o słabszej energii

Podział bakterii

1. Bakterie bezwzględnie tlenowe

2. Bakterie bezwzględnie beztlenowe

3. bakterie względnie beztlenowe potrafią prowadzić wszystkie typy reakcji katabolicznych

Patogeny - potrafią wszystko, w każdym miejscu w organizmu względnie tlenowe

Poza organizmem człowieka oddychanie beztlenowe, w organizmie tlenowe i fermentacja

Mikroaerofile - potrafią prowadzić metabolizm tlenowy ale tlen w normalnym stężeniu je zabija 21% procent tlenu zabija. Można je hodować w warunkach 5-8%

Kapnofile - potrzebują dużej ilości CO2 wiąże go z powietrzem bez tego dodatkowego węgla nie potrafią rosnąć rosną w około 5% CO2

Bezwzględne tlenowe

Prątek gruźlicy, pałeczki. Niefermentująca jedna bakteria pałeczki gram ujemne

Bezwzględnie beztlenowe

Laseczki Clostridium gram dodatnie możliwość produkowania endospor

Pałeczki gram ujemne Beuteroides

Względnie tlenowe

Gronkowce Staphylococcus

Paciorkowce - Streptococcus

Ententococcus są związane z przewodem pokarmowym

Ziarenkowce gram dodatnie

Pałeczki jelitowe - salmonella zatrucia pokarmowe, dur brzuszny pochodzi głównie od szczurów lub myszy

- shigella ( czerwonka bakteryjna)

- escherichia coli

Rodzina Enterobacteriaceae bakterie gram ujemne

Bakterie osiągające pewną gęstość przestają się dzielić

Bakterie będące w organizmie wchodzą w skalę wzrostu

5* 10⁸ - 10¹⁰ max gęstość

Gronkowiec rośnie 5*10⁹

Genetyka

Genon - materiał kodujący informacje. Kodujące informacje o białkach niektórych kwasach nukleinowych.

Genom

1. chromosom

2. plazmidy - różnej wielkości

3. profagi - zintegrowane z chromosomem DNA wirusów

4. elementy ruchome genomu - są to kawałki ruchomego DNA które mogą się wbudować w chromosom lub plazmidy

• kasety chromosomalne duże elementy 3 -7000 par zasad

• transpozomy - (Tn)

• sekwencje insercyjne (Is)

Chromosom występuje w komórce w postaci superspiral

Chromosom superspiral - musi ulec rozkręceniu potrzeb. Jest enzym który powoduje skręcanie i rozkręcanie spiral zwane TOPOIZOMERAZY 2 i 4

Rozkręcone DNA ulega dwóm procesom powielaniu i replikacji lub odczytywaniu informacji.

Najmniejszą jednostka kodująca w DNA nazywamy otwartą ramką odczynu (orof) ta ramka koduje polipeptydy może kodować również pewne typy DNA. Bezpośrednio koduje mRNA przetwarzane na polipeptydy (białka) może kodować również rRNA to jest element strukturalny , następny orf może kodować tRNA. Poszczególne geny mogą być przepisywane materiał może byś przepisywany w sposób ciągły.

Ekspresja genów

• kontytutywna sposób ciągły

• indukcyja - informacje z genu zostają odczytane gdy w środowisku znajduje się induktor bardziej ekonomiczne

Geny regulatorowe - kodują białko które przyłącza się do regionu gdzie zaczyna się transkrypcja (początek odczytywania)

Geny regulatorowe + transkrypcja = operon

W wyniku przepisania informacji ( transkrypcja ) z DNA na RNA powstaje mRNA

Różne geny w różnych chromosomach a podlegają tym samym genom represorowych taką struktóre nazywamy regulon (ten sam system regulacyjny)

Cistron - gen przepisany z DNA na mRNA

Gen - na DNA

Miejscem przyłączenia rybosomy nazywamy RBS

Każdy cistron ma swoje RBS

Utrata RBS jest równocenna z utratą rybosomy.

Rybozy - (tną, łączą ) enzymy spełniają rolę przy RNA i DNA

1. Wycinanie intronów z mRNA

2. Przyłączanie rybosomy do miejsca RBS

3. etap translacji ( odczytywanie z matrycy )

Proces RNA można zatrzymać

Interferencyjne RNA dwuniciowej

Regulacja na poziomie translacji - pewne regiony nie funkcjonują bo znalazły się w strukturze dwuniciowej

Reorganizacja genu zmiany zachodzące w obrębie DNA.

Region konserwatywny -identyfikacja genu metoda genetyczną

Region zmienny - dochodzenie zmian epidologicznych

Zmiany

Pierwszy rodzaj

1. mutacja punktowa

• zmiana zasady na inną

• zamiana purynowa - purynowa trancysja

• inna na inną - transweracja

2. delecja wypadanie

3. duplikacja - powielanie

4. insercja odwrócenie

5. insercja wbudowanie dwóch systemów

• transperaza - resolwaza

• transpozycja - transpozony posiadają końcowe regiony komplementarne wobec siebie, jeden koniec transporonu jest w stanie połączyć się z drugim końcem transpozonu

Drugi rodzaj

Integron + kasety genowe

11.10.2006

Mechanizmy chorobotwórcze ( 5 czynników )

1. przeciwdziałające układowi immunologicznemu

2. czynniki adhezyjne

3. toksyny i enzymy

4. siderofory - odpowiedzialne za utratę żelaza z organizmu

5. globalne systemy regulacyjne ile bakteria czynników będzie wyprodukowane

Układ immunologiczny rozpoznanie obcych cząstek

Leukocyty funkcje żerne (białe krwinki ) granulocyty , monocyty

Komórki fagocytujące rozpoznają komórki jako czynniki obcy.

6

---