Metabolism bacterianMetabolism bacterianDr. Carmen CostacheDr. Carmen Costache

Cineva lCineva l--a întrebata întrebat pe pe Profesorul Moisil : Profesorul Moisil : "Credeţi că e potrivit ca un profesor să "Credeţi că e potrivit ca un profesor să facă glume la cursuri?" facă glume la cursuri?"

RaspunsRaspuns: : "Ştiinţa nu e tristă, decât pentru unii." "Ştiinţa nu e tristă, decât pentru unii."

METABOLISM BACTERIANMETABOLISM BACTERIANPlanul cursuluiPlanul cursului

DefiniDefiniţţie, ie, –– Anabolism, Anabolism, –– CatabolismCatabolism

Efectul factorilor fizici Efectul factorilor fizici asupra dezvoltasupra dezvoltăării rii bacterienebacteriene–– Efectul temperaturiiEfectul temperaturii–– Efectul pHEfectul pH--uluiului–– Efectul presiunii osmoticeEfectul presiunii osmotice–– Efectul radiaEfectul radiaţţiiloriilor–– Efectul Efectul deshidratăriideshidratării

Efectul unor substanEfectul unor substanţţe e chimicechimice–– OO22

ClasificareClasificare

–– COCO22

Nutriţia bacterianăNutriţia bacteriană Bacteriile de importanţă Bacteriile de importanţă

medicală medicală Metabolismul energetic Metabolismul energetic

bacterianbacterian Curba de multiplicare Curba de multiplicare

(creştere) a bacteriilor(creştere) a bacteriilor

MetabolismMetabolism bacterianbacterian

DefiniDefiniţţie: ie: –– Suma tuturor proceselor Suma tuturor proceselor

chimice chimice

1. Anabolism: 1. Anabolism: Sinteza de compuşi Sinteza de compuşi complecomplecşicşi,,cu cu consum energetic. consum energetic.

2. Catabolism: 2. Catabolism: -- ddescompunerea escompunerea compuşilor complecompuşilor complecşcşi i -- producere de energieproducere de energie

Efectul factorilor fizici asupra dezvoltEfectul factorilor fizici asupra dezvoltăării bacterienerii bacteriene

Efectul Efectul temperaturii temperaturii dezvoltare bacteriană dezvoltare bacteriană

–– izvoarele cu apă fierbinte din Yellowstone National izvoarele cu apă fierbinte din Yellowstone National Park 120˚C. Park 120˚C.

–– SoluSoluţţii apose până la ii apose până la --20˚C, 20˚C, –– Gheţari din Antarctica, Gheţari din Antarctica, –– Congelatoare casnice: 0 ˚C. Congelatoare casnice: 0 ˚C.

ClasificareClasificarea bacteriilor în funcţie de a bacteriilor în funcţie de temperaturatemperatura de de creşterecreştere

MicroorganismMicroorganisme: e: limite de T, definite prin 3 limite de T, definite prin 3 vvalori: alori: T min, T o, T maxT min, T o, T max

T minT min == << NU se dezvoltăNU se dezvoltă T o = creştere şi multiplicare optimăT o = creştere şi multiplicare optimă T maxT max== > NU se pot dezvolta, mor> NU se pot dezvolta, mor

ClasificareClasificarea bacteriilor=f(T)a bacteriilor=f(T)

CriofileCriofile MezofileMezofile TermofileTermofile

Criofile (fără importanţă medicală)Criofile (fără importanţă medicală) T : 0 T : 0 –– 20˚C20˚C To: 10To: 10--15˚C15˚C Mări, oceane, soluri reci, frigidere Mări, oceane, soluri reci, frigidere

Termofile (fără importanţă medicală)Termofile (fără importanţă medicală) T: 45T: 45--90˚C90˚C T o: 60T o: 60--70˚C70˚C Soluri calde, izvoare termaleSoluri calde, izvoare termale

Mezofile Mezofile -- importanţă medicală !!!importanţă medicală !!! T o aproape de 37˚C T o aproape de 37˚C T: 20T: 20--45˚C45˚C

Ingheţarea => Ingheţarea => –– stoparea multiplicării unor bacteriistoparea multiplicării unor bacterii

DARDAR–– multe din ele nu sunt omorâte la multe din ele nu sunt omorâte la

temperaturile din congelatoarele casnice !temperaturile din congelatoarele casnice ! Investigarea unei epidemii de Investigarea unei epidemii de

toxinfecţie alimentară salmonelozică: toxinfecţie alimentară salmonelozică: –– Ingheţată contaminată cu Ingheţată contaminată cu SalmonellaSalmonella ––

luni de zile inghetataluni de zile inghetata–– încă avea bacterii viiîncă avea bacterii vii

In laboratoare bacteriile (tulpini de In laboratoare bacteriile (tulpini de referinţă, tulpini izolate de la pacienţi) referinţă, tulpini izolate de la pacienţi) –– păstratepăstrate pentru studii ulterioare în pentru studii ulterioare în

frigiderefrigidere/congelatoare/congelatoare..

Efectul temperaturii asupra dezvoltării bacteriene

Efectul Efectul pHpH--uluiului asupra asupra bacteriilorbacteriilor

pH = concentraţia ionilor de pH = concentraţia ionilor de hidrogen, [H+] hidrogen, [H+]

pH optim = neutru (6,8pH optim = neutru (6,8--7)7) Limite: 6Limite: 6--8 8

–– bulion nutritiv: pH bulion nutritiv: pH = = 6,8 !6,8 ! AcidofileAcidofile: preferă pH acid: preferă pH acid

–– Helicobacter pyloriHelicobacter pylori AlcalifileAlcalifile: preferă mediile : preferă mediile

alcalinealcaline–– Vibrio choleraeVibrio cholerae:: pH > 8pH > 8

Efectul Efectul presiunii osmoticepresiunii osmotice asupra asupra bacteriilorbacteriilor

Apa sărată Apa sărată -- hipertonă => ucide multe hipertonă => ucide multe microorganisme.microorganisme.

Majoritatea: soluţii iMajoritatea: soluţii izzotoneotone NaClNaCl –– există în natură există în natură ((concentraţii variabileconcentraţii variabile))

ClasificareClasificarea bacteriilor în funcţie de a bacteriilor în funcţie de concentraţia de concentraţia de saresare toleratătolerată

HalotoleranteHalotolerante == concentraţii concentraţii moderate de saremoderate de sareex. Staphylococcex. Staphylococcusus creşte pe creşte pe mediu cu mediu cu 77,,5% NaCl (Chapman = mediu selectiv)5% NaCl (Chapman = mediu selectiv)

HalofileHalofile = n= necesită 15ecesită 15--30% 30% NaClNaCl

Efectul Efectul presiunii osmoticepresiunii osmotice asupra asupra bacteriilorbacteriilor

Saramura: folosită pentru conservarea Saramura: folosită pentru conservarea alimenteloralimentelor

DARDAR StafilocociStafilococi-- halotoleranţi=> contaminare halotoleranţi=> contaminare

=> => ““stricareastricarea”” alimenteloralimentelor

Levurile şi mucegaiurile Levurile şi mucegaiurile tolerează tolerează presiuni osmotice crescute =>presiuni osmotice crescute => cresc pe cresc pe carne, gemuri, etc. carne, gemuri, etc.

Efectul Efectul radiaradiaţţiiloriilor asupra asupra bacteriilorbacteriilor

UV, gammUV, gammaa ––bactericidebactericide

Bacterii din aerBacterii din aer Suprafeţe, inclusiv Suprafeţe, inclusiv

suprafaţa apeisuprafaţa apei Instrumentar medical Instrumentar medical

(raze gamma)(raze gamma)

MecanismMecanism–– Energia radiantăEnergia radiantă => =>

nucleoproteine nucleoproteine =>dimeri de timină =>dimeri de timină ––lezare celulară => lezare celulară => moartemoarte

–– Penetrare redusă => Penetrare redusă => aplicaţie limitată în aplicaţie limitată în sterilizaresterilizare

EfectulEfectul desicadesicaţţieiiei((deshidratarea, uscareadeshidratarea, uscarea))

Desicaţia = letală Desicaţia = letală pentru bacteriipentru bacterii

Practic:Practic: conservarea conservarea alimenteloralimentelor

EfectulEfectul desicadesicaţţieiiei((deshidratarea, uscareadeshidratarea, uscarea))

Revers: persistenta microorganismelor in Revers: persistenta microorganismelor in picaturi mici de apa (aerosoli) => afectiuni picaturi mici de apa (aerosoli) => afectiuni cu poarta de intrare respiratorie !cu poarta de intrare respiratorie !

Efectul unor Efectul unor substansubstanţţe chimicee chimice asupra bacteriilorasupra bacteriilor Dezinfecţia: efectul substanţelor chimice folosite pe suprafeţe Dezinfecţia: efectul substanţelor chimice folosite pe suprafeţe Antisepsia: efectul sustanţelor chimice folosite pentru decontaminarea Antisepsia: efectul sustanţelor chimice folosite pentru decontaminarea

ţesuturilor.ţesuturilor.

Molecule chimice folosite de bacterii pentru creştere şi dezvoltare: Molecule chimice folosite de bacterii pentru creştere şi dezvoltare: CO2 and O2CO2 and O2

COCO22 -- bacterii capneicebacterii capneice–– 55--10% CO2 10% CO2 –– termostate cu atmosferă de CO2termostate cu atmosferă de CO2

E.g. E.g. Neisseria gonorrheae Neisseria gonorrheae (gonococci)(gonococci)

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiefectul oxigenuluiasupra lorasupra lor

Obligat aerobeObligat aerobe = strict aerobe= strict aerobe Obligat anaerobeObligat anaerobe = strict anaerobe= strict anaerobe Aerob facultativ anaerobeAerob facultativ anaerobe MicroaerofileMicroaerofile AnaerobAnaerob--aerotoleranteaerotolerante

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiefectul oxigenuluiasupra lorasupra lor

Obligat aerobeObligat aerobe Oxigenul molecur (O2) indispensabil pentru Oxigenul molecur (O2) indispensabil pentru ccreşterereştere Acceptorul final de eAcceptorul final de electronilectroni în lanţul respirator: oxigenulîn lanţul respirator: oxigenul Respiraţie => energieRespiraţie => energie

–– Ex. Ex. Mycobacterium tuberculosisMycobacterium tuberculosis; ; ggenul enul BacillusBacillus

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiefectul oxigenuluiasupra lorasupra lor

Obligat anaerobeObligat anaerobe O2 = toxicO2 = toxic fermentaţie fermentaţie => energie=> energie

–– Ex. Ex. ClostridiumClostridium spp.spp.

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiefectul oxigenuluiasupra lorasupra lor

Aerobe fAerobe facultativ anaerobeacultativ anaerobe CrescCresc în în prezenţa prezenţa SAU SAU absenţa O2absenţa O2 respiratie respiratie (aerobă, anaerobă) (aerobă, anaerobă) sau fermentaţiesau fermentaţie => energie=> energie

–– Ex. EnterobacteriileEx. Enterobacteriile

MicroaerofileMicroaerofile Necesită O2 Necesită O2 –– conc.< conc. atmosfericăconc.< conc. atmosferică O2 în concO2 în concentraţia entraţia atmosferică = toxicatmosferică = toxic Respiraţie Respiraţie => energie=> energie Ex. Ex. NeisseriaNeisseria spp.spp. (gonococci, meningococci)(gonococci, meningococci)

Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiasupra lor

AnaerobAnaerob--aerotoleranteaerotolerante ppot creşte în prezenţa Oot creşte în prezenţa O22DARDAR Fermentaţie Fermentaţie => energie=> energie Ex. Ex. StreptococcusStreptococcus Toate organismele care cresc în prezenţa OToate organismele care cresc în prezenţa O22 au superoxid dismutază.au superoxid dismutază.

Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenului asupra lor

Obligat anaerobeObligat anaerobe ((ClostridiumClostridium) ) –– NU NU auau–– superoxid dismutasuperoxid dismutazăză–– catalază şi/sau peroxidază,catalază şi/sau peroxidază, => sunt supuse acţiunii radicalilor => sunt supuse acţiunii radicalilor

liberi rezultaţi în prezenţa oxigenului, pe care nu au cum să îi liberi rezultaţi în prezenţa oxigenului, pe care nu au cum să îi neutralizezeneutralizeze => efect letal=> efect letal asupra bacteriilorasupra bacteriilor

Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenului asupra lor

Acţiunea superoxid dismutazei, catalazei şi peroxidazei• neutralizează radicalii de oxigen care sunt generaţi inevitabil în

prezenţa O2 în orice sistem viu.

Nutriţia bacterianăNutriţia bacteriană

SSursa de Cursa de C::Bacterii C autotrofe:Bacterii C autotrofe: CO2CO2 fără importanţă medicală. fără importanţă medicală.

Bacterii Bacterii C heterotrofeC heterotrofe Substanţe chimice organiceSubstanţe chimice organice Importanţă medicalăImportanţă medicală

SSursa de energieursa de energie bacterii chimioorganotrofebacterii chimioorganotrofe ––

substanţe chimice organicesubstanţe chimice organice

bacteriile fototrofe bacteriile fototrofe -- lumina lumina bacterii chimiotrofe bacterii chimiotrofe –– reacţii reacţii

chimice de oxidoreducerechimice de oxidoreducere bacterii chimiolitotrofe bacterii chimiolitotrofe ––

substanţe chimice substanţe chimice anorganiceanorganice

Substante chimice organice:Substante chimice organice:

Saruri, microelementeSaruri, microelemente

ApaApa

BacteriiBacterii prototrofeprototrofe: : multiplicare pe un mediu multiplicare pe un mediu sintetic minimal (sălbatice) sintetic minimal (sălbatice)

BacteriiBacterii auxotrofeauxotrofe–– selectate în evoluţie selectate în evoluţie –– au pierdut 1au pierdut 1--2 căi metabolice2 căi metabolice–– nu se multiplica pe medii sintetice minimalenu se multiplica pe medii sintetice minimale–– necesită necesită factori de creştere ~ vitamine bacteriene factori de creştere ~ vitamine bacteriene

(Nu pot fi sintetizaţi de bacterii)(Nu pot fi sintetizaţi de bacterii) ex. vitamine propriuex. vitamine propriu--zise: K, B (B1, B2, B6, B12))zise: K, B (B1, B2, B6, B12)) extract de drojdieextract de drojdie sânge pentru bacterii pretenţioase nutritiv (sânge pentru bacterii pretenţioase nutritiv (sstreptococi, treptococi,

ggonococi, onococi, mmeningococi)eningococi) Factor X, V pentru Factor X, V pentru hhemofiliemofili

Bacteriile Bacteriile paratrofeparatrofe–– parazitism intracelular: parazitism intracelular: Rickettsia, ChlamydiaRickettsia, Chlamydia..

Nutriţia bacteriană

METABOLISMUL ENERGETIC BACTERIANMETABOLISMUL ENERGETIC BACTERIAN

2 modalităţi principale de 2 modalităţi principale de producere a energiei: producere a energiei: –– respiraţia respiraţia –– fermentaţiafermentaţia

1. 1. RespiraţiaRespiraţia (metabolism (metabolism energetic respirator)energetic respirator)

lanţ transportor de electroni; lanţ transportor de electroni; fosforilare oxidativă = fosforilare oxidativă = aerobăaerobă

lanţ tranlanţ transsportor de electroni, portor de electroni, fosforilare anoxibiotică = fosforilare anoxibiotică = anaerobăanaerobă

2. 2. FermentaţiaFermentaţia (metabolism (metabolism energetic fermentativ)energetic fermentativ)

După natura produşilor rezultaţi => După natura produşilor rezultaţi => diferite tipuri de fermentaţiediferite tipuri de fermentaţie

AlcoolicǎAlcoolicǎ LacticǎLacticǎ acidǎ mixtǎacidǎ mixtǎ AcetoinicǎAcetoinicǎ PropionicǎPropionicǎ ButiricǎButiricǎ

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie FermentaţiaFermentaţia alcoolicǎalcoolicǎ =>=> alcool etilic; alcool etilic;

–– la drojdii, levuri (la drojdii, levuri (Sacharomyces cerrevisiaeSacharomyces cerrevisiae) => fermentaţia vinului, berii.) => fermentaţia vinului, berii.

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie

FermentaţiaFermentaţia lacticǎlacticǎ => acid lactic=> acid lactic–– Ex: Ex: sstreptococi, treptococi, llactobacili actobacili

“Diamonds are agirls’ best friends”“Diamonds are agirls’ best friends”

Flora normala vaginala = Flora normala vaginala = lactobacillilactobacilli

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie

FermentaţiaFermentaţia acidǎ mixtǎacidǎ mixtǎ => acid lactic, succinic, formic => acid lactic, succinic, formic –– Enterobacterii Enterobacterii –– evidenţiaevidenţiatata prin reacţia roşu metil. prin reacţia roşu metil.

FermentaţiaFermentaţia acetoinicǎacetoinicǎ: acumulare de acetoină şi : acumulare de acetoină şi butilenbutilen--glicol glicol –– KlebsiellaKlebsiella–– evidenţiaevidenţiatata prin rprin r.. Voges Voges –– Proskauer. Proskauer.

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie

FermentaţiaFermentaţia propionicǎpropionicǎ => acid => acid propionic propionic –– CorynebacteriumCorynebacterium, , NeisserriaNeisserria

FermentaţiaFermentaţia butiricǎbutiricǎ => acid butiric, => acid butiric, acid caproic, acid amilic. acid caproic, acid amilic. –– ClostridiumClostridium şi alţi anaerobi. şi alţi anaerobi.

Reacţia rReacţia rooşşu metiu metill

Reacţia Voges – Proskauer

Aplicabilitate practică => diagnosticul de laborator (identificarea bacteriilor – reacţii chimice) !

CREŞTEREA ŞI MULTIPLICAREA BACTERIILORCREŞTEREA ŞI MULTIPLICAREA BACTERIILOR

temperatură şi nutriţie temperatură şi nutriţie ––optimeoptime =>=>–– bacteriile cresc şi se divid. bacteriile cresc şi se divid.

parental parental => => 2 celule fiice 2 celule fiice identiceidentice–– cu parentalul cu parentalul –– identice între ele. identice între ele.

Creşterea şi diviziunea Creşterea şi diviziunea unei celule unei celule == ciclul celularciclul celular

Creşterea şi multiplicarea Creşterea şi multiplicarea unei populaţii bacteriene unei populaţii bacteriene == curba de creşterecurba de creştere..

Curba de multiplicare (creştere) a Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilorbacteriilor

În mediu de cultură lichid.În mediu de cultură lichid.

PPerioadele (fazele) curbei de erioadele (fazele) curbei de creştere:creştere:

Faza de latenţă Faza de latenţă -- laglag Faza de multiplicare Faza de multiplicare

logaritmică logaritmică -- loglog Faza Faza staţionarăstaţionară Faza de Faza de declindeclin

Faza de latenţă (lag)Faza de latenţă (lag) numărul bacteriilor = nr. Bacteriilor numărul bacteriilor = nr. Bacteriilor

inoculateinoculate NU se dividNU se divid cresc în volumcresc în volum sunt în stare de adaptare metabolicăsunt în stare de adaptare metabolică sunt induse enzimele necesare sunt induse enzimele necesare

degradării substratuluidegradării substratului

Faza de multiplicare logaritmică Faza de multiplicare logaritmică (log)(log)

nr. bacteriilor creşte în progresie nr. bacteriilor creşte în progresie geometricăgeometrică

sunt tinere, active metabolic sunt tinere, active metabolic sunt sensibile la acţiunea AB, factorilor sunt sensibile la acţiunea AB, factorilor

fizici şi chimicifizici şi chimici utilizate la prepararea de antigene utilizate la prepararea de antigene

bacteriene, vaccinuribacteriene, vaccinuri..

Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

Faza de încetinire a Faza de încetinire a ritmului de ritmului de multiplicaremultiplicare–– sfârşitul perioadei sfârşitul perioadei

logaritmicelogaritmice–– consum substanţe consum substanţe

nutritive, O2nutritive, O2–– acumulare toxiceacumulare toxice=> => supravieţuiresupravieţuire

Faza staţionarăFaza staţionară NumărNumăr constantconstant reprogramată reprogramată

activitatea metabolică activitatea metabolică sintetizează proteine sintetizează proteine

de supravieţuire de supravieţuire sporulareasporularea devin mai rezistente devin mai rezistente

la AB.la AB.

Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

Faza de declinFaza de declin Bacteriile mor cu o rată ridicată Bacteriile mor cu o rată ridicată modificate morfologic: bătrâne (perete celular gros), modificate morfologic: bătrâne (perete celular gros),

forme aberante, globuloase forme aberante, globuloase starea fiziologică de rezistenţă la stres starea fiziologică de rezistenţă la stres rezistente la acţiunea factorilor fizici, chimici, la rezistente la acţiunea factorilor fizici, chimici, la

antibiotice.antibiotice.

Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

Diauxie Diauxie –– J.MonodJ.Monod

Importanţa cunoaşterii metabolismului bacterianImportanţa cunoaşterii metabolismului bacterian

Clasificarea Clasificarea Identificarea bacteriilorIdentificarea bacteriilor

Utilizarea bacteriilor: Utilizarea bacteriilor: –– preparare vaccinuri, preparare vaccinuri, –– obţinerea de antigene bacteriene, obţinerea de antigene bacteriene, –– în industria alimentară (lactate, pâine, alcool), în industria alimentară (lactate, pâine, alcool), –– în cercetarea fundamentalăîn cercetarea fundamentală–– mediu.mediu.

Multiplicarea bacteriilor pe mediul solidMultiplicarea bacteriilor pe mediul solid=> o => o coloniecolonie..

ColonieColonie = populaţie = populaţie bacteriană pură din punct bacteriană pură din punct de vedere genetic de vedere genetic deoarece provine de la deoarece provine de la un singur parental.un singur parental.