MiP wyk. I 3.10.2012

Temat: Terminologia ogólna.

1. Mikrobiologia ogólna - zajmuje się charakterystyką ogólnych pojęć z dziedziny mikrobiologii.

Mikrobiologia lekarska - zajmuje się mikroorganizmami chorobotwórczymi dla człowieka

( diagnostyka, profilaktyka, walka z drobnoustrojami ch., zjawiska występujące w ustroju po infekcji).

Mikrobiologia weterynaryjna - jak wyżej, tylko u zwierząt.

Mikrobiologia rolnicza - jak wyżej, tylko u roślin.

Mikrobiologia sanitarna - bada zagadnienia czystości wody, powietrza, pomieszczeń, urządzeń.

Mikrobiologia przemysłowa - wykorzystuje określone gatunki mikroorganizmów w różnorakich branżach przemysłowych (np. w przemyśle spożywczym: produkcja żywności w oparciu o prowadzone przez mikroorganizmy procesy fermentacji beztlenowej i tlenowej: produkcja wina, piwa, kwasu mlekowego, serów, chleba, ciast.

Temat: Wprowadzenie bo bakteriologii.

1. Bakterie:

- mikroorganizmy jednokomórkowe posiadające ścianę komórkową ( prócz mykoplazmów)

- brak jądra kom.

- DNA zlokalizowane w cytoplazmie

- posiadają 1 (rzadko 2) chromosomy

- mogą zawierać DNA plazmidowe

- szybki wzrost i metabolizm

- rozmnażanie przez podział komórki (bezpłciowo)

- zdolność do horyzontalnego transferu genów (nabywania DNA od innych mikroorganizmów i włączania go do własnego genomu)

- wielkość: 0,2 do kilkudziesięciu μm (mikrometra)

- średnica: 1-2 μm

- kształt: kulisty (ziarniaki, ziarenkowce) owalny, cylindryczny (pałeczki, laseczki) lub spiralny (krętki, przecinkowce, śrubowce)

2. Antoj van Leeuwenhoek (1623 - 1723) :

- twórca I mikroskopu

- opisał różne rodzaje bakterii i określił ich wielkość

- odkrycie bakterii

- obalenie teorii samorództwa

3. Louis Pasteur (1822 - 1895) - zasady Pasteura i eksperyment Pasteura.

- przeprowadzenie I udanego testu pasteryzacji (1862r.)

- pierwsze zastosowanie szczepionki przeciw wściekliźnie (1885r.)

4. Pasteryzacja - technika konserwacji przy pomocy odpowiednio dobranego podgrzewania produktów spożywczych, tak aby zniszczyć lub zahamować wzrost drobnoustrojów chorobotwórczych lub enzymów przy jednoczesnym zachowaniu smaku produktów i nie obniżeniu ich wartości odżywczej. Główną zasadą pasteryzacji jest przedłużenie trwałości produktów poprzez unieszkodliwienie form wegetatywnych mikroorganizmów. Proces ten nie niszczy jednak form przetrwalnikowych i większości wirusów.

Bakterie mają temperaturę optymalnego wzrostu.

Ludzkie patogeny rosną w II strefie.

Temperatura ok. 71 - 72 st. C przez 15 - 20 sekund, zabija wszystkie żywe patogeny ( ale nie wszystkie spory).

5. Złoty wiek mikrobiologii - XIX:

- pasteryzacja (po obserwacji fermentacji)

- powstanie technik aseptycznych (Lister)

- bakteryjna teoria powstawania chorób (Robert Koch)

- szczepienia (E. Jenner: krowianka)

- początek rozwoju immunologii

6. Bakterioskopia.

Kształt bakterii obserwuje się zwykle po ich wybarwieniu.

7. Hans Christian Gram (1843 - 1938) - duński farmakolog i lekarz. W 1884r. Opublikował autorską metodę barwienia bakterii.

I : Nałóż materiał na szkiełko, utrwal ciepłem, barw barwnikiem zasadowym (fiolet

gencjany), opłucz.

II : Polej roztworem jodu (płyn Lugola), opłucz.

III : Zmyj alkoholem lub acetonem.

Gram + : niebieska

IV : Dodaj czerwonej safraniny

Gram - : czerwono - różowa

1. Mechanizm barwienia metodą Grama - barwienie fioletem krystalicznym.

2. Budowa komórki bakteryjnej:

osłona komórkowa (warstwa powierzchniowa) - składa się ze ściany komórkowej i leżącej pod nią błony cytoplazmatycznej

a) ściana kom. G+ - sztywna ściana, która zapewnia ochronę i nadaje kształt komórce (nie występuje u mykoplazmów)

- głównym składnikiem ściany kom. jest peptydoglikan mureina, która występuje zarówno u G+, jak i u G- (obficiej u G+), mureina składa się z łańcuchów polisacharydowych połączonych ze sobą krótkimi peptydami; do peptydoglikanu przyłączone są kwasy tejchojowe zbudowane z polimerów fosforanów glicerolu bądź rybitolu i ułożone w poprzek mureiny

- ze wszystkimi ścianami kom. bakteryjnej związane są autolizyny - enzymy rozpuszczające warstwę peptydoglikanową; aktywność ta ma zasadnicze znaczenie dla wzrostu ściany kom., tworzenia przegród i osiągania zdolności do transformacji

b) błona cytoplazmatyczna - fizyczna i metaboliczna bariera między wnętrzem

komórki bakteryjnej, a środowiskiem zewnętrznym

• selektywna przepuszczalność

• bakteryjny system transportu elektronów jako główny system energetyczny

• mezosomy są złożonymi wpukleniami błony cytoplazmatycznej, ale nie u wszystkich bakterii

1. ściana bakterii G- : cieńsza od G+, z dwucząsteczkową warstwą peptydoglikanu, nie zawiera kwasów tejchojowych, zawiera mniej mureiny

- dodatkowa błona zewnętrzna leży ponad warstwą peptydoglikanu

- błona wewnętrzna składa się z podwójnej warstwy białek i lipidów lipopolisacharydów (LPS: endotoksyna); białka to m.in. poryny tworzące kanały przezbłonowe, które biorą udział w transporcie jonów i składników hydrofilowych z otoczenia komórki do przestrzeni okołoplazmatycznej

- część polisacharydowa LPS ma właściwości antygenowe, jest oznaczona jako antygen O

- część lipidowa jest ciepłotrwała i odpowiada za biologiczne działanie endotoksyny

- usunięcie ściany kom., która ochrania delikatną błonę cytoplazmatyczną oraz utrzymuje wysokie stężenie wewnątrzkomórkowe metabolitów, prowadzi do lizy bakterii

- złożoność ściany kom. bakterii G- prowadzi do wrodzonej odporności na

rozkład enzymatyczny

Funkcje ściany kom. bakterii:

• ochrona przed ciśnieniem osmotycznym

• protekcja przed środowiskiem zewnętrznym (w tym gospodarza)

• może decydować o wirulencji (zjadliwości)

• jest celem dla antybiotyków: penicylin, wankomycyny, bacytracyny

d) otoczka śluzowa

- zbudowana ze złożonych wielocukrów

- wyst. U G+ i G-

- chroni przed fagocytozą i wysychaniem

- niektóre zjadliwe bakterie (np. laseczka wąglika - Bacillus anthracis) mają otoczkę polipeptydową zbudowaną z kwasu D - glutaminowego. D - aminokwasy są odporne na działanie enzymów proteolitycznych, tym samym taka otoczka zabezpiecza przed fagocytozą

e) ściana kom. bakterii kwasoopornych (prątków)

• cienka warstwa mureiny

• warstwa polipeptydów i wolnych kwasów mykolowych

• warstwa arabinogalaktanu

• warstwa składająca się z glikolipidów i wosków

f) kwasy nukleinowe = nukleoid = chromosom bakteryjny

• pojedyncza, obrączkowata struktura bez otoczki

• DNA to cel dla np. metronidazolu i kwasu nalidyksynowego

• Vibrio ma 2 chromosomy, reszta 1

• genom podlega rekombinacji czyli wymianie z innymi bakteriami, zapewniającej zmienność genetyczną, zróżnicowanie i przekazywanie cech, np. odporności na leki

• u wielu bakterii niewielka ilość DNA pozostaje poza chromosomem: plazmidy kodują zmienną liczbę genów i często odpowiadają za procesy związane ze zjadliwością

• genom bakteryjny to chromosom bakteryjny o różnej wielkości w zależności od gatunku bakterii oraz obecności wbudowanych elementów ruchowych - genetycznych (plazmidy, transpozony, bakteriofagi, które zawierają pozachromosalny DNA), nie jest osłonięty żadną błoną

• znajduje się tutaj informacja genetyczna dot. podstawowych funkcji życiowych komórki

• bakteria z reguły haploidalna (1 chromosom)

g) rybosomy

• pełnią podobne funkcje jak u ludzi (translacja)

• współczynnik sedymentacji: 70S (jednostek Svedberga)

• są liczne

• cel wielu antybiotyków: aminoglikozydów, tetracyklin, chloramfenikol, streptomycyny, czyli chemioterapeutyków, które hamują syntezę białek, blokując niektóre procesy metaboliczne na rybosomach

h) fimbrie (pili) - białkowe nici, które pokrywają całą powierzchnię bakterii G- : odgrywają pewną rolę w przyleganiu bakterii do powierzchni błon śluzowych - I etap kolonizacji i zakażenia gospodarza;

fimbrie płciowe (F) biorą udział w koniugacji bakterii

1. rzęski

- składa się wyłącznie z białka (flageliny) i porusza się ruchem śrubowym wokół ciałka podstawowego

- zapewniają bakterii zdolność ruchu

- występowanie i sposób ułożenia rzęsek jest cechą o znaczeniu taksonomicznym :

a) monotrychalne - mają tylko jedną rzęskę

b) lofotrychalne - rzęski skupione na 1. lub 2. biegunach komórki

c) perytrychalne - rzęski na całej powierzchni kom.

j) cytoplazma (protoplazma)

• stanowi hydroszkielet bakterii

• wodny koloid, w którym zanurzony jest nukleoid, ciałka wtrętowe (ziarnistości), rybosomy

• zawiera wodę, nieorganiczne jony, substancje zapasowe, białka

• toczą się tu różne ważne życiowo funkcje komórki bakteryjnej

Budowa bakterii - 1. Pile, 2. Plazmid, 3. Rybosomy, 4. Cytoplazma, 5. Błona zewnętrzna, 6. Ściana komórkowa, 7. Otoczka, 8. Nukleoid,

9. Wić

10. Zapotrzebowanie bakterii na składniki odżywcze.

Węgiel jest niezbędny do wzrostu wszystkich bakterii!

a) autotrofy - źródłem węgla są substancje nieorganiczne - CO2 (odpowiednik roślin)

b) heterotrofy - źródłem węgla są sub. organiczne (aminokwasy, peptydy, cukry, lipidy) odpowiednik zwierząt

c) chemolitotrofy - źródłem węgla są związki organiczne, a energii proste związki nieorganiczne

d) chemoorganotrofy - tak jak heterotrofy

11. Sposób oddychania i tolerancja tlenu:

a) bezwzględne tlenowce - wzrost w środowisku bogatym w składniki odżywcze (w tym tlen); ograniczony dostęp tlenu hamuje wzrost; zapotrzebowanie na tlen: 21% O2, np. prątek gruźlicy, laseczka wąglika

b) bezwzględne beztlenowce - rozwijający się w warunkach beztlenowych; zapotrzebowanie

na tlen: mniej niż 0,5 O2, np. laseczki gram dodatnie

c) względne beztlenowce - w obecności tlenu wytwarza ATP poprzez oddychanie tlenowe, ale w przypadku jego braku potrafi pozyskiwać energię na drodze fermentacji; zapotrzebowanie na tlen: 0,5 - 1% O2, np. gronkowce, paciorkowce, pałeczki jelitowe

1. bakterie mikroaerofilne (aerotolerancyjne) - do życia wymagają tlenu występującego w stężeniu mniejszym niż w ziemskiej atmosferze, tj. ok. 20%; mogą przeżyć, ale nie rosnąć, np. Helicobacter pylori

e)bakterie kapnofilne - pobierają dwutlenek węgla z powietrza) do wzrostu potrzebują warunków microaerofilowych i tlenowych np. Haemophilis influenzal

1. Wpływ czynników fizycznych na wzrost bakterii:

a) temperatura

- psychrofilne - temp. poniżej 15°C

- mezofilne - temp. optymalna 30 °C do 40 °C

- termofilne - powyżej 20°C

b) pH

c) ciśnienie osmotyczne

13. Przetrwalniki (spory)

- dot. tylko rodzajów Bacillus sp., Clostridium sp.

- drobnoustroje wytwarzające spory to laseczki

- są to niektóre metaboliczne struktury oporne na niekorzystne warunki środowiska

Adnotacja odnośnie tematu (tego nie było na wykładzie :) na podstawie G. Virella; Borowskiego

14. Podział drobnoustrojów:

a) komensalne - kolonizują zwykle powierzchnię ciała nie wyrządzając żadnej szkody; często określa się je jako prawidłową florę organizmu, np. pałeczka E. Coli

b) patogenne - działają szkodliwie na organizm gospodarza albo przez bezpośrednią inwazję i uszkodzenie tkanek (np. Shigella sp.) albo wytwarzając szkodliwe produkty toksyczne (np. Clostridium sp.)

c) oportunistyczne - zwykle wyst. w środowisku, ale także są składnikami prawidłowej flory organizmu. Dla zdrowych osób są nieszkodliwe, mogą powodować jednak ciężkie schorzenia u chorych z upośledzoną odpornością lub jeżeli przedostają się do przestrzeni, gdzie prawidłowo nie występują (np. na skutek zabiegu chirurgicznego)

d) wywołujące choroby odzwierzące (zoonozy) - wywołują choroby u kręgowców innych niż ludzie, ale można się nimi zarazić na skutek kontaktu z zakażonymi zwierzętami lub produktami pochodzenia zwierzęcego

1. Zjadliwość drobnoustrojów - względna zdolność do wywołania choroby. Czynniki, które składają się na patogenne działanie drobnoustrojów są nazywane czynnikami zjadliwości:

a) adhezyny (czynniki kolonizacji) - białka związane z zewnętrznymi warstwami

bakterii. Adhezyny determinują przyleganie do komórek błon śluzowych, co jest

niezbędnym etapem kolonizacji ustroju gospodarza.

b) otoczki - zbudowane zwykle z polisacharydów, hamują fagocytozę lub chronią

bakterię przed strawieniem po wchłonięciu jej przez komórkę fagocytarną

c) endotoksyny - chemicznie składające się z cząsteczek lipidu i polisacharydu

są składnikiem ściany kom. bakterii G-. Endotoksyny są uwalniane w chwili

śmierci komórki i mogą być przyczyną wstrząsu septycznego.

d) egzotoksyny - toksyczne białka wydzielane przez bakterie. Często jako jedyny

czynnik zjadliwości danego drobnoustroju mogą być odpowiedzialne za główne

objawy kliniczne zakażenia (np. enterotoksyny wywołują biegunkę, neurotoksyny

porażenie)

e) egzoenzymy - są uważane za czynniki zjadliwości wtedy, gdy rozkładają materiał komórkowy lub niszczą antybiotyki

1. Postulaty Kocha - w XIXw. R. Koch opracował metodologiczne zasady ustalania

chorób wywołanych przez drobnoustroje:

I. Dany drobnoustrój występuje w każdym przypadku badanej choroby w warunkach które mogą odpowiadać za zmiany patologiczne i przebieg kliniczny choroby.

II. Dany drobnoustrój nie występuje w żadnej innej chorobie jako przypadkowy i niepatogenny pasożyt.

III. Dany drobnoustrój po wyizolowaniu z organizmu gospodarza i namnożeniu w czystej hodowli może wywołać tę samą chorobę u innego gospodarza.

2. Bakterie są większe i bardziej złożone od wirusów. Są organizmami żywymi należącymi do Królestwa Prokariota, które obejmuje bakterie i sinice. Bakterie zawierają DNA i RNA, rozmnażają się w procesie bezpłciowym, określanym jako podział prosty. Większość bakterii patogennych jest zdolna do niezależnego wzrostu, czyli można je hodować na sztucznych pożywkach.

---