Mikrobiologia

Dr inż. Piotr Szweda

Drobnoustroje pojawiły się na ziemi zdecydowanie wcześniej aniżeli organizmy wyższe, w tym człowiek.

Przez tysiące lat ludzie wykorzystywali i spotykali się z działalnością drobnoustrojów. Zjawiska korzystne

wyrób pieczywa

fermentowane napoje mleczne - zsiadłe mleko, kefir, kumys

fermentacja alkoholowa - wino, miody, piwo

Polska – wino dopiero od XVI w. wcześniej tylko wino mszalne z powodu problemów z transportem

☺ Leszek Biały odmówił udziału w wyprawie krzyżowej, ponieważ nie zapewniono mu dostępu do piwa☺

konserwowanie produktów roślinnych - kiszonki

• Zjawiska niekorzystne

choroby ludzi i zwierząt psucie się żywności korozja

W pamięci współczesnych zapadły przede wszystkim choroby wywoływane przez drobnoustroje, które ze względu na brak metod leczenia, biedę, niski stan higieny przybierały postać epidemii.

Epidemie

pierwszy opis ospy w zapiskach chińskich pochodzi sprzed 4000 lat p.n.e., w zapiskach indyjskich sprzed 3000 lat p.n.e.

w biblii występuje bardzo wiele opisów trądu

Dżuma – czarna śmierć

czynnik etiologiczny – Yersinia pestis droga przenoszenia: gryzonie – pchły - ludzie droga przenoszenia: gryzonie – pchły - ludzie droga przenoszenia: gryzonie – pchły - ludzie droga przenoszenia: gryzonie – pchły - ludzie

symptomy: temperatura, halucynacje, obrzęk, czarne plamy na ciele początek

Konstantynopol (542 r.) –epidemia trwała w mieście przez 4 m-ce, śmiertelność wyniosła 10.000 osób dziennie

Po wyciszeniu kolejny wybuch epidemii zanotowano w Europie w latach 1347-1390

przyczyna przeniesienia bakterii - żegluga

pierwsze 4 lata – 66 mln ofiar

szybkość – 75 km dziennie przez następne 40 lat zginęła połowa mieszkańców Europy

epidemia wygasła samorzutnie, pojawiła się ponownie w 1630 r. w Mediolanie,

w 1650 r w Barcelonie, w 1720 r. w Marsylii

niestety choroba ciągle występuje szczególnie w krajach trzeciego świata, szacuje się, że w Afryce, Ameryce Pn., Azji co roku umiera 1500 osób.

czynnik etiologiczny – Vibrio cholera

przenćoszona drogą kropelkową, poprzez wodę, żywnoś

symptomy: gorączka, wymioty, ostra biegunka, która doprowadza o odwodnienia i śmierci

Najsłynniejsze epidemie w historii ludzkości:

1817 r. - Kalkuta

następnie transport drogą morską na cały świat

1830 r. – Rosja (zginął co 20 Rosjanin); 1831 r. – Wielka Brytania;

1832 r. – Polska (zginął co 30 Polak)

zniknięcie

ponownie pojawienie się – Kalkuta 1900 r. – 20 mln ofiar

początek lat dziewięćdziesiątych XX w. – Peru – 500 tyś. ofiar

Rwanda

wojny plemienne > rozkład ciał > zakażenie wody > zmarło ok. 20 tyś. Osób (dane z 10 dni obserwacji)

Cholera

Pomimo wybuchu ogromnych epidemii oraz obserwacji, że choroba przenosi się z jednej osoby na drugą, aż do końca XVII w. pokutowała teoria samorództwa oznaczająca możliwość powstawania organizmów żywych z materii nieożywionej.

Starożytni grecy w tym także Arystoteles wierzyli, że żaby powstają z mułu, myszy ze starych szmat, a muchy z psującego się mięsa.

Teoria ta została obalona dopiero w 1688 r. przez Włocha Reci, który wykazał, że mucha składa jaja.

Teoria, że choroby - epidemie przenoszone są przez jakiś czynnik została stworzona przez Girolamo Fracastoro (1500 r.) w dziele „De contagione”. Nie mówił on jednak nic na temat natury tego zarodka (seminaria) – czy jest to organizm żywy

Podstawową przyczyną takiej sytuacji (kompletna nieznajomość i nieświadomość obecności w przyrodzie drobnoustrojów) wynikała z ich wielkości.

Wielkość bakterii średnio ok. 1µm-0,001 mm

1mm3 = 109 bakterii

Przełomowym okazał się rozwój optyki:

soczewki wypukłe, które umożliwiają powiększenie obiektów znane były już w starożytności

pierwowzór mikroskopu – dwie soczewki połączone tubusem skonstruowali bracia Jansenowie (Francja 1590 r.) powiększenia jednak były niewielkie

słynnym mikroskopistą był także Robert Hook (Angia) powiększenia jednak nadal były niewielkie

pierwsze mikroskopy, które umożliwiały obserwacje bakterii skonstruował Holender Antoni van Leenwenhoek (1686 r.)

Leeuwenhhoek obserwował, opisywał i rysował bakterie, jego badania mikrobiologiczne nie znalazły jednak uznania i szybko zostały zapomniane

ludzie w tym czasie bardziej zainteresowani byli wojnami niż tematami tego typu badań

współczesne mikroskopy zostały stworzone na przełomie XVII i XIX w. przez Abbego i Zeissa

okulary po raz pierwszy opisane zostały przez Rogera Bacon (1235 r.)

Ludwik Pasteur (1822-1895)

ojciec współczesnej mikrobiologii - osiągnięcia

odkrycie zjawiska izometrii optycznej (kwas winowy) - chemia

opracowanie metod pracy w laboratorium mikrobiologicznym, pasteryzacja podłoży i sterylizacja sprzętu, opracowanie metod otrzymywania czystych kultur, stwierdzenie możliwości tworzenia podłoży wybiórczych umożliwiających wzrost tylko określonych grup czy gatunków drobnoustrojów (hamowanie innych)

przebadanie zjawiska fermentacji, stwierdzenie, że jest to proces zastępujący oddychanie drobnoustrojom beztlenowym

opracowanie metod sterylizacji, które pozwoliły na obalenie teorii samorództwa (dokładne wyjałowienie produktu uniemożliwia jego zepsucie oraz powstanie organizmów żywych)

zbadanie choroby zakaźnej jedwabników – wyodrębniono drobnoustroje i opracowano metody ich wykrywania

badanie chorób zakaźnych wywołanych przez bakterie, choroby bydła wywołane przez wąglik, na drodze atenuacji stworzono szczepionkę przeciw wąglikowi, następnie cholery drobiu i wściekliźnie - początki immunologii

Robert Koch (1843-1920)

wprowadzenie metody barwienia bakterii

wprowadzenie metody barwienia bakterii

udoskonalenie metody izolacji czystych kultur (pożywki zestalone żelatyną lub agarem sformułowanie postulatów, wg których dany mikroorganizm może być uznany za przyczynę danej choroby jeżeli: występują w organizmach osobników dotkniętych daną chorobą daje się wyizolować jego czysta kulturę

możliwe jest wywołanie sztucznego zakażenia zdrowego zwierzęcia doświadczalnego poprzez wprowadzenie do jego organizmu danej bakterii

wyizolowanie i przebadanie wielu zarazków wywołujących choroby u ludzi i zwierząt

Drobnoustroje chorobotwórcze

wirusy – organizmy niekompletne bakterie – prokaryota (bezjądrowe) grzyby – eukaryota (wyodrębnione jądro) pierwotniaki – eukaryota, organizmy o skomplikowanej budowie, często przechodzą skomplikowane cykle życiowe

Interakcje drobnoustrojów z organizmem ludzkim

drobnoustroje komensalne – prawidłowa flora organizmu, są to drobnoustroje kolonizujące określone części organizmu – przykładem Escherichia coli (pałeczka okrężnicy)

drobnoustroje oportunistyczne – występują w środowisku i w określonych częściach organizmu (składnik flory naturalnej) są zupełnie nieszkodliwe dla zdrowego organizmu, problemy pojawiają się w przypadku naruszenia równowagi (chemioterapia, operacja chirurgiczna, depresja)

drobnoustroje patogenne – czynniki chorobotwórcze, wytwarzają toksyny lub bezpośrednio oddziałowuja na zainfekowana tkankę – zapalenie płuc, migdałów zoonozy – bakterie wywołujące choroby u zwierząt, mogą wywołać także choroby u ludzi w wyniku kontaktu z chorym zwierzęciem lub produktem spożywczym

Wirusy

wirusy – bezwzględne pasożyty wewnątrzkomórkowe, „czynnik chorobotwórczy” niezdolny do samodzielnego życia, właściwie nie jest to organizm żywy

wirus to w zasadzie kwas nukleinowy otoczony cząsteczkami białka (kapsyd), po wniknięciu do komórki gospodarza wirus narzuca swoją informację genetyczna (staje się ona ważniejsza aniżeli informacja zapisana w DNA komórki gospodarza) – powielany jest kwas nukleinowy i syntetyzowane są białka budujące wirusa

odtworzone cząstki wirusa uwalniane są z komórki gospodarza i „atakują” kolejne, sąsiadujące komórki

Bakterie

bakterie – prokariota, brak wyodrębnionego jadra, brak błony jądrowej, pojedynczy chromosom, pojedyncze kopie genów, zawierają zarówno DNA jak i RNA, rozmnażanie bezpłciowe przez podział prosty większość bakterii jest zdolnych do niezależnego wzrostu w sztucznych pożywkach, wyjątkami są na przykład: Mycobacterium leprae (trąd), Treponema pallidium (kiła)

bakterie – organizmy jednokomórkowe (w każdej komórce zachodzą wszystkie procesy życiowe), wielkość 1-10 µm

ściana komórkowa z peptydoglikanu

Grzyby

należą do eukariotów, mają wyodrębnione jadro otoczone błoną jądrową, wiele chromosomów, dwie kopie tego samego genu, wielkość 10 – 100 µm rozmnażanie przez paczkowanie (drożdże) lub przez wyspecjalizowane struktury rozrodcze: zarodniki lub konidia przyczyna wielu uciążliwych chorób szczególnie w dermatologii i grzybic układowych ściana komórkowa zbudowana z chityny

Pasożyty

do pasożytów człowieka należy wiele pierwotniaków a także organizmów wyższych (obleńce, płazińce) należą do eukariotów przechodzą złożone cykle rozwojowe – do pełnego rozwoju często wymagają kilku żywicieli pośrednich zanim dostana się do organizmu żywiciela ostatecznego przyczyna wielu poważnych schorzeń, których można uniknąć poprzez stosowanie odpowiedniej profilaktyki

• Systematyka bakterii

dokładna systematyka prokaryota, w tym także bakterii jest bardzo skomplikowana i jest na bieżąco aktualizowana. Podstawą klasyfikacji bakterii jest: Bergery’s Manual of Systemic Bacteriology

Nazwy bakterii są dwuczłonowe (pisane kursywą, pierwszy człon dużą literą): Rodzaj gatunek (Staphylococcus aureus)

podgrupy danego gatunku określa się mianem szczep – niewielkie różnice w cechach feno lub genotypowych

Kształt komórek bakteryjnych

ziarniaki (coccus)

dwoinki (diplococcus) paciorkowce (streptococcus) gronkowce (staphylococcus)

pakietowce (sarcina) laseczki (bacillus) pałeczki (bacterium) przecinkowce (vibrio) krętki (treponem)

Budowa komórki bakteryjnej

DNA bakteryjne - nukleoid

Nukleoid zawiera praktycznie całą informacje genetyczna geny kodujące białka budulcowe, geny kodujące enzymy niezbędne do przeprowadzenia wszystkich przemian metabolicznych, geny kodujące rybosomalny i transportowy RNA.

Wielkość chromosomu wacha się od 700 tysięcy par zasad (Mycoplasma) do 6 – 9 milionów par zasad u bakterii śluzowych i sinic. E. coli 4 – 6 milionów par zasad – długość 1,4 mm!!! DNA w komórce bakteryjnej jest bardzo ściśle upakowany, wielokrotnie skręcony DNA bakteryjne jest zanurzone bezpośrednio w cytoplazmie – brak błony jądrowej nukleoid przynajmniej w jednym miejscy połączony jest z błoną komórkową – miejsce początku replikacji w komórce bakteryjnej występuje tylko jedna kopia genomu – po replikacji następuje podział komórki, powstają dwie potomne zawierające po jednej kopii tego samego chromosomu w chromosomie bakterii występują na ogół pojedyncze kopie genów – w eukariota wiele kopii pojedynczego genu w komórkach bakterii występują dodatkowo mniejsze koliste cząsteczki DNA – plazmidy, zawierają często geny kodujące oporność na antybiotyki, substancje toksyczne, czynniki patogenezy np. toksyny

Organelle cytoplazmatyczne wnętrze komórek wszystkich organizmów wypełnione jest cieczą – cytoplazmą, podstawą tej cieczy jest oczywiście woda, w niej zawieszone są wszystkie składniki chemiczne i organelle komórkowe

rybosomy – drobne, ale bardzo istotne twory (14-38 nm)jest to kompleks rybosomalnego RNA (rRNA) oraz białek (w jednej komórce jest ok. 10 000 rybosomów)

rybosom składa się z dwóch podjednostek: 50S i 30S (S – stała Svedberga)

podjednostka 30S zbudowana jest z 16S rRNA i 21 białek, podjednostka 50S zbudowana jest z 23S rRNA, 5S rRNA oraz 34 białek

Podjednostki rybosomów występują w cytoplazmie osobno, łączą się tylko po połączeniu z matrycowym RNA (mRNA) w trakcie procesu biosyntezy białka – łączenia aminokwasów w celu wytworzenia określonego białka, są to centra biosyntezy białka.

Organelle cytoplazmatyczne cd. ciałka chromatoforowe – występują u bakterii fotosyntetyzujących, są to kuliste twory zawierające barwniki: chlorofile, karotenoidy, są zdecydowanie prościej zbudowane

aniżeli chloroplasty wtręty ciał zapasowych – są to granule polimerów wykorzystywanych jako źródło pożywienia w momencie pogorszenia warunków wzrostu, najczęściej spotyka się kwas

beta-hydroksy masłowy, glikogen, wolutynę (zw. fosforowy) magnetosomy – twory otoczone błoną fosfolipidową zawierającą duże ilości Fe3O4 – magnetytu, umożliwiają one bakteriom rozpoznawanie kierunków pola magnetycznego ziemi

w komórkach bakterii występują dodatkowo mniejsze koliste cząsteczki DNA – plazmidy, zawierają często geny kodujące oporność na antybiotyki, substancje toksyczne, czynniki patogenezy np. toksyny

Narząd ruchu - rzęski

rzęski są narządem ruchu, działają na tej samej zasadzie co śmigło, są one wykorzystywane przez bakterie w tzw. zjawisku chemotaksji – ruch w kierunku substancji pożądanej (atraktant) lub w kierunku „od substancji chemicznej” niekorzystnej dla bakterii (repelenta). Wielkość 10 – 20µm

urzęsione bakterie poruszają się bardzo szybko – 20 do 80 µm, czyli przebywają drogę kilkanaście razy dłuższą aniżeli rozmiar ich ciała, rzęski zbudowane są z białka flagelliny – białko pokrewne do białka mięśniowego miozyny, jest to białko kurczliwe rzęska to spiralnie ułożone jednostki białkowe, wewnątrz rzęski powstaje kanał, przez który na „szczyt” transportowane są kolejne cząsteczki białka flagelliny mocowanie rzęski w błonie cytoplazmatycznej jest bardzo skomplikowane – biorą w tym udział inne białka

Monotrychalne

Lofotrychalne

Amfotrychalne

Politrychalne

Fimbrie i pilusy białkowe wyrostki o średnicy 1,5 – 4 nm i długości do 10 µm, zbudowane ze specjalnego białka piliny – charakterystyczne dla gatunku bakterii

rola fimbrii nie jest do końca wyjaśniona, biorą udział w adhezji do tkanek organizmu gospodarza (zwierzęcia rośliny), jest tutaj bardzo specjalistyczne oddziaływanie, zwane

czasami regułą klucza i zamka, pomiędzy białkiem fimbrii (adhezyna) a węglowodanami w tkance (receptor)

pilusy – są nieco grubsze (7 – 14 nm) i dłuższe (20 µm) od fimbrii, na powierzchni jednej komórki występuje co najwyżej kilka pilusów jest to narząd za pomocą którego osobniki męskie i przekazują osobnikom żeńskim DNA (fagi lub plazmidy) w procesie koniugacji – połączenia obydwu komórek

Okrywy pokarmowe – błona cytoplazmatyczna

błona cytoplazmatyczna zbudowana jest z białek (60-70%) oraz podwójnej warstwy fosfolipidów. Częścią hydrofobową (nie lubiacą wody) fosfolipidy zwrócone są do wnętrza błony, natomiast hydrofilowe „główki” zwrócone są do wnetrza komórki i środowiska wzrostu błona komórkowa bakterii pełni wiele istotnych dla komórki funkcji jest to przede wszystkim organ pobierania pokarmu – następuje segregacja substancji które wchodzą do komórki – role te pełnią wyspecjalizowane białka transportowe w błonie zlokalizowane są także enzymy biorące udział w oddychaniu komórkowym – uzyskiwaniu energii ze spalania pokarmy z błoną połączony jest nukleoid – jest to miejsce początku replikacji DNA – syntezy kopii chromosomu

Ściana komórkowa - peptydoglikan

ściana komórkowa bakterii G+ to wielowarstwowy peptydoglikan – mureina , tworzy ona okrywę zewnętrzna (worek – scallus) nadającą komórce kształt,oraz wytrzymałość mechaniczną, grubość 15 – 50 nm ścian komórkowa bakterii G- ma bardziej skomplikowana budowę i pełni szereg funkcji, w tym przypadku mureina jest jednowarstwowa i znajduje się ona pomiędzy błoną

cytoplazmatyczną a błoną zewnętrzną szczególnie istotnym elementem ściany bakterii G- jest błona zewnętrzna. Składa się ona podobnie jak błona cytoplazmatyczna z białek (funkcje transportowe) oraz części lipidowej: fosfolipidów po stronie wewnętrznej oraz lipopolisacharydu po stronie zewnętrznej. Szczególnie istotna jest część polisacharysowa – jest antygenem (antygen O) decyduje o chorobotwórczości bakterii

periplazma – przestrzeń pomiędzy błoną cytoplazmatyczną a zewnętrzną, w niej zlokalizowane są liczne enzymy: penicylinazy, hydrolazy polimerów odżywczych oraz białka transportowe

Otoczki komórkowe wiele bakterii wytwarza zewnątrzkomórkowy śluz – otoczkę, zbudowaną z polimerów cukrów lub aminocukrów otoczki bakteryjne pełnią istotne role: ochrona przed suszą fagocytozą, fagami, szkodliwymi składnikami środowiska wzrostu – antybiotyki, metale ciężkie metabolity wtórne skład chemiczny otoczek jest bardzo zmienny, co wykorzystuje się w identyfikacji drobnoustrojów. Na przykład szczepy bakterii Streptococcus pneumoniae można podzielić na 90 podgrup w zależności od składu otoczki tworzenie otoczek może mieć charakter gromadzenia zapasów, nadmierna ilość cukrów gromadzona jest w postaci otoczki

Budowa komórki eukariotycznejPodział bakterii ze względu na zapotrzebowania pokarmowe

autotrofy – jako jedyne źródło węgla wykorzystują dwutlenek węgla (nie wymagają obecności węgla organicznego). Autotrofy dzieli się na fotoautotrofy (energia z fotosyntezy) i chemolitoautotrofy energia z redukowania związków nieorganicznych)

heterotrofy – wymagają obecności substancji organicznych. Prototrofy jako źródło węgla wykorzystują jeden związek natomiast auksotrofy wymagają większej ilości substancji organicznych w środowisku wzrostu

Podział bakterii ze względu na zapotrzebowanie na tlen bezwzględne tlenowce – wymagają obecności tleno w środowisku wzrostu, w przypadku jego braku giną mikroaerofile – rosną najlepiej przy zwiększonym stężeniu dwutlenku węgla i obniżonym stężeniu tlenu względne beztlenowce – mogą rosnąć zarówno w obecności tlenu jak i w wypadku jego braku aerotolerancyjne – przez krótki okres czasu mogą przeżyć w obecności tlenu przy dłuższej ekspozycji giną bezwzględne beztlenowce – giną już przy tak niskim ciśnieniu tlenu jak 10 -5 atmosfery, generalnie rosną tylko w warunkach beztlenowych

Podział bakterii ze względu na optymalną temperaturę wzrostu psychrofile – optymalny wzrost w zakresie temperatur 0-10 °C mezofile - optymalny wzrost w zakresie temperatur 20 - 40 °C termofile - optymalny wzrost w zakresie temperatur 50 - 60 °C

Czas (godz.)

Log

licz

by

bakt

erii

I

II

III

IV

Krzywa wzrostu bakterii I – faza zastoju, jest to okres dostosowania fizjologicznego do warunków środowiska (substancje pokarmowe), w tym okresie następuje indukcja nowych, niezbędnych enzymów

II – faza logarytmicznego wzrostu, jest to w którym komórki dzielą się z maksymalną, stałą szybkością (wielkość charakterystyczna dla rodzaju, dla E. coli 20 min)

III – faza stacjonarna, w tej fazie ustala się równowaga pomiędzy podziałem komórek i ich śmierci – liczba jest stała. Czynnikiem limitującym jest ilość substancji odżywczych.. Bakterie z rodzajów Bacillus i Clostridium mogą wytwarzać przetrwalniki.

IV – faza zaniku (śmierci) w wyniku zużycia substancji odżywczych i wytworzenia toksycznych metabolitów liczba bakterii zmniejsza się

Metody hodowli bakterii i grzybów Hodowla w podłożu płynnym – drobnoustroje hoduje się w podłożu którym jest roztwór substancji odżywczych, istotne są także następujące parametry tego roztworu: pH,

siła osmotyczna (ilość soli). Bakterie hoduje się w odpowiedniej temperaturze we wstrząsarkach. Hodowla na podłożu stałym - także w tym przypadku podstawą podłoża jest roztwór substancji odżywczych, który zestala się za pomocą żelatyny lub agaru

Nie wszystkie drobnoustroje można hodować na podłożach syntetycznych – bezwzględne pasożyty komórkowe

Podłoża do hodowli drobnoustrojów Podłoża minimalne – zawierają tylko te składniki, które są absolutnie niezbędne dla podtrzymania wzrostu pożądanego drobnoustroju (na przykład Salmonella typhi wymaga obecności tryptofanu) Podłoża pełne – w skład podłoża wchodzi wiele dodatkowych substancji, przez co można uzyskać bardzo wydajny wzrost drobnoustrojów - stosowane w procesach technologicznych, w których drobnoustroje są „producentem” pożądanej substancji

podłoża wybiórcze – zawierają składniki umożliwiające wzrost tylko wybranego drobnoustroju (salmonella – dezoksyholan sodu, tiosiarczan sodu, barwniki: S. aureus – chlorek sodu 7,5%, grzyby niskie pH)

Podłoża selekcyjne – zawierają składniki umożliwiające identyfikacje określonej cechy drobnoustroju – na przykład zdolność do rozkładu określonego cukru i wytwarzanie z niego kwasu – dodaje się wskaźnik pH

Genetyka bakterii

W przypadku bakterii cała informacja genetyczna dotycząca budowy i funkcjonowania komórki zapisana jest w DNA chromosomalnym i plazmidowym sekwencja aminokwasów budujących poszczególne białka zapisana jest w postaci trójek nukleotydów w DNA, synteza białek odbywa się według schematu:

1. Przepisywanie informacji z DNA na mRNA (transkrypcja)

2. Synteza białka na bazie matrycowego DNA (translacja)

Nowa komórka bakteryjna powstaje w wyniku podziału komórki macierzystej komórki potomne dziedziczą kopię chromosomu (powstaje w procesie replikacji), a więc i całą zawartą w niej informację genetyczną informacja zawarta w chromosomie komórek potomnych jest identyczna z informacją w komórce macierzystej skąd więc biorą się bakterie charakteryzujące się nowymi cechami – opornością na antybiotyki, zdolnością wytwarzania toksyn, zdolnością do przeżywania w środowiskach ubogich w składniki odżywcze???

Zmienność genetyczna bakterii (pojawianie się bakterii o nowych cechach osobniczych) jest wynikiem mutacji i wymiany fragmentów DNA pomiędzy komórkami bakterii

Genetyka bakterii - mutacje Przyczyny mutacji spontaniczne – błędy polimerazy DNA, mutacja pojawia się średnio raz na 10^6 – 10^7 komórek mutageneza chemiczna, niektóre substancje zwiększają częstość mutacji o kilka rzędów wielkości 10^3 – 10^4 mutageneza radiacyjna – ekspozycja na promieniowanie UV (boczne parowanie T – T, tymidyn należących do tej samej nici DNA)

Genetyka bakterii – mutacje punktowe Mutacja punktowa polega na wymianie jednego nukleotydu na inny (błędny) mutacja utajona – kod genetyczne jest kodem zdegenerowanym, to znaczy, że jeden aminokwas jest kodowany przez więcej niż jedną trójkę. Może zaistnieć sytuacja, że po mutacji powstaje inna trójka, ale kodująca ten sam aminokwas: W przypadku mutacji utajonej powstaje białko identycznej z białkiem pierwotnym W drugim z przedstawionych przypadków mutacja prowadzi do zmiany sensu – w sekwencji mRNA (po mutacji) pojawia się trójka kodująca cys w miejsce ser, mutacja taka ma znaczenie jeśli aminokwas wymieniony jest istotny dla funkcji enzymu mutacja nonsensowna – w wyniku zmiany nukleotydu na inny może dojść do powstania kodonu nonsensownego, który oznacza koniec biosyntezy białka – w komórce owstaje białko o mniejszej wielkości, często nieaktywne biologicznie

Genetyka bakterii – mutacje punktowe c.d.

odmianą mutacji punktowej są mutacje fazy odczytywania: delecji (opuszczeniu jednego nukleotydu), addycji (dodaniu jednego nukleotydu więcej) do sekwencji mRNA kodującego białko. w tym przypadku skutki mutacji są często poważniejsze aniżeli w przypadku wymiany nukleotydu: mutacja nonsensowna - koniec syntezy białka lub przesuniecie ramki odczytu – synteza białka o zupełnie innej sekwencji białkowej

Sekwencja wyjściowa mRNA ugg ucu uac acc aua

Trp Ser Tyr Thr Ile

Mutacja nonsensowna mRNA ugg ucu uaa cac cau a

Trp Ser STOP

Zmiana ramki odczytu mRNA ugg ucu aua cac cau a

Trp Ser Ile His His

odmianą mutacji punktowej są mutacje wfazy odczytywania: delecji (opuszczeniu jednego nukleotydu), addycji (dodaniu jednego nukleotydu więcej). Skutki mutacji są dokładnie takie same jak opisano wyżej: wymiana jednego

Genetyka bakterii – mutacje odkształcające helisę

promieniowanie UV indukuje powstawanie dimerów sąsiednich nukleotydów leżących na jednej nici, dotyczy to przede wszystkim tyminy

powstający dimer powoduje odkształcenie helisy DNA i uniemożliwia prawidłowy przebieg procesu replikacji skutkiem takich mutacji może być na przykład nowotwór skóry w przypadku nadmiernego opalania się, czy korzystania z solarium

Genetyka bakterii – ochrona przed mutacjami mutacje najczęściej pojawiają się w trakcie procesu replikacji, w celu ograniczenia tego zjawiska organizmy w tym także bakterie wypracowały szereg mechanizmów obronnych enzym polimeraza DNA nie tylko syntetyzuje nici DNA w kierunku 5’ – 3’, ale także jednocześnie sprawdza poprawność procesu (czy zasady połączone są zgodnie z zasadami komplementarności) i w przypadku pojawienia się błędu wycina niewłaściwy nukleotyd (aktywność 3’-5’ egzonukleazy)

Naprawa z udziałem światła – mutacje wywołane przez UV (parowanie zasad T-T) w reakcji tej bierze udział enzym fotoliaza, który rozpoznaje odkształcenia w helisie spowodowane przez wytworzenie dimerów T-T enzym łączy się z DNA w miejscy występowania dimeruPod wpływem energii świetlnej rozrywa wiązania pomiędzy T-T

Genetyka bakterii – ochrona przed mutacjami c.d

Naprawa bez udziału światła, naprawa przez wycinanie nukleotydów – w tym przypadku naprawa prowadzona jest przez kompleks kilku enzymów Endonukleaza uvrABC rozpoznaje odkształcenie na helisie, wiąże się z tym obszarem DNA i nacina go po obydwu stronach odkształcenia (dimeru T-T)

Egzonukleaza rozkłada dimery T-T i trawi DNA w najbliższym sąsiedztwie powstałego odkształcenia – około 12 nukleotydów polimeraza DNA I wypełnia powstałą lukę enzym ligaza skleja nowo zsyntetyzowany fragment DNA z chromosomem

Genetyka bakterii – przekazywanie materiału genetycznego pomiędzy komórkami koniugacja

transformacja

transdukcja

koniugacja zachodzi pomiędzy komórkami biorcy (F-) i dawcy (F+), należącymi do spokrewnionych rodzajów bakterii komórka dawcy musi posiadać czynnik płciowy – F, jest to koliste DNA, kodujące wszystkie informacje niezbędne do przeprowadzenia procesu koniugacji, a także na przykład geny oporności na antybiotyki, czynnik F może być przekazany tylko do bakterii spokrewnionej ze względu na możliwość replikacji oraz metylację DNA

Czynnik płciowy koduje między innymi fimbrię płciowa, przez którą przekazywany jest materiał genetyczny, fimbria ta oddziaływuje z powierzchniowymi receptorami (białkami) komórek biorcy jest to proces „parapłciowy”, przez fimbrię materiał jest przekazywany do komórki biorcy, przenoszony jest sam czynnik F w ten sposób komórka biorcy staje się potencjalnym dawcą w następnym procesie koniugacji, przenoszone są też geny oporności na antybiotyki w przypadku, gdy DNA chromosomalne i czynnika F maja homologiczne sekwencje może dojść do połączenia tych dwóch cząsteczek DNA, komórki zawierające taki kompleks określane są jako Hfr czynnik F pomimo wbudowania do chromosomu zachowuje swoje funkcje, miedzy innymi powstają fimbrie płciowe, w tym przypadku w trakcie koniugacji do komórki biorcy transportowany jest nie tyle czynnik F, ale DNA chromosomalne z nim sąsiadujace, wymiana całego chromosomu z czynnikiem F trwałaby około 2 godzin i zdarza się bardzo rzadko (czynnik F z genem kodujacym fimbrię przechodzi na samymkońcu)

najczęściej w tym przypadku po koniugacji komórka biorcy zyskuje kilka genów chromosomalnych z komórki dawcy, ale pozostaje F- (nie zdąży przejść), komórka dawcy pozostaje niezmieniona transformacja – jest to proces wnikania DNA do komórek (na przykład fragmenty DNA z nieżywych osobników) do komórek może wnikać tylko DNA z bakterii blisko spokrewnionych, w przeciwnym przypadku zostanie rozpoznany przez enzymy degradujące DNA i zniszczony

Genetyka bakterii – przekazywanie materiału genetycznego pomiędzy komórkami c.d napowierzchni bakterii występują białka, które rozpoznają i wychwytują DNA pokrewnych organizmów (szczególnie restrykcyjne u G-) za pomocą odcinków homologicznych z DNA chromosomalnym bakterii „nowe” cząsteczki DNA mogą zostać wbudowane do genomu do komórek wprowadzana jest tylko pojedyncza nić DNA, druga nić jest trawiona – źródło energii w celu poprawy wydajności wnikania DNA do komórek bakteryjnych stosuje się chlorek wapnia transdukcja – przekazywanie DNA bakteryjnego pomiędzy komórkami przez wirusy bakteryjne (bakteriofagi) Wirusy wywołują dwa rodzaje zakażeń: wirulentne (lityczne) i ograniczone (lizogenne) w przypadku zakażenia lizogennego bakterie zyskują nowy zestaw genów należących do profagów, zdarza się, że chorobotwórcza jest tylko bakteria

zakażona wirusem (posiada gen kodujący toksynę, czy adhezynę) w niektórych przypadkach, przez pomyłkę do „główki” wirusa pakowany jest nie DNA wirusowy a fragment bakteryjnego DNA chromosomalnego lub plazmidowego i ten przenoszony jest do kolejnej infekowanej komórki bakteryjnej – tak prawdopodobnie działają gronkowce

w przypadku zakażeń lizogennych może nastąpić niewłaściwe DNA profaga i do główki wirusa pakowany jest DNA zawierający fragment DNA bakteryjnego

Rozmieszczenie flory fizjologicznej

naturalna flora fizjologiczna organizmu człowieka, jej skład i liczebność, jest bardzo istotna z punktu widzenia jego zdrowia organizmy będące składnikiem flory naturalnej są antagonistami potencjalnych patogenów, niektóre z naturalnych składników naturalnej flory mogą stanowić zagrożenie dla organizmu (drobnoustroje oportunistyczne) w przypadku upośledzenia funkcjonowania układu immunologicznego

niektóre zabiegi kosmetyczne: solarium, mleczka kosmetyczne, spirytus, perfumy zaburzają skład naturalnej mikroflory organizmu człowieka

Mikroflora skóry

na 1 cm2 skóry znajduje się 104 – 105 drobnoustrojów, większość z to G+ beztlenowce bytujące mieszkach włosowych (105 – 106 / cm2)

w miejscach wilgotnych liczebność drobnoustrojów jest większa aniżeli w miejscach suchych najwięcej drobnoustrojów znajduje się w okolicach krocza i odbytu generalnie gęstość drobnoustrojów na powierzchni organizmu poniżej pasa jest wyższa, paradoksalnie liczba drobnoustrojów wzrasta po kąpieli, czy myciu, ponieważ wymywane są one z mieszków włosowych

Mikroflora skóry c.d

Na skórze bytują przede wszystkim bakterie G+:Staphylococcus epidermidis – występuje u 85 – 100% populacji Staphylococcus aureus – występuje u 5 – 25% populacji Propionibacterium acnes – występuje u 50 – 100% populacji, nadmierny rozwój tej bakterii jest przyczyna tak zwanego trądziku młodzieńczego Grzyby – występują głównie pod paznokciami i między palcami, grzyby występują głównie u osób w podeszłym wieku, w zasadzie zajmują miejsce bakterii G+, najczęściej spotykanym gatunkiem jet Candida albicans

Jama ustna skład mikroflory jamy ustnej zmienia się z wiekiem ludzi noworodki poród naturalny – Lactobacillus cesarskie cięcie – ziarniaki G+ (karmione piersią), pałeczki G- (butelka)

okres ząbkowania – w mieszkach dziąsłowych zaczynają osiedlać się beztlenowe G+ ludzie młodzi i w wieku średnim – mikroflora beztlenowa (Streptococcus, Peptosterptococcus, Fusobacterium, Bacteroides, Treponema) ludzie starsi – przeważają pałeczki G-

Mikroflora górnych dróg oddechowych

Skład mikroflory dróg oddechowych zmienia się w miarę przemieszczania się w kierunku do wnętrza organizmu

-Staphylococcus aureus – przednie nozdrza Staphylococcus epidermidis – nozdrza Corynobacterium – część nosowo gardłowa

Przewód pokarmowy żołądek – liczba drobnoustrojów raczej niewielka (do 103), przyczyną jest niskie pH jelito cienkie liczba drobnoustrojów raczej niska, rośnie w miarę przesuwania treści pokarmowej okrężnica – ilość drobnoustrojów dochodzi do 1011 /g, zdecydowana większość to beztlenowce: Bacteroides (60%), Bifidobacterium (30%), Clostridium perfringens względne beztlenowce: Escherichia coli, Enterococus drożdżaki – Candida albicans

stolec – ponad połowa masy to bakterie, głównie beztlenowce

Drogi moczowo - płciowe

Cewka moczowa – z reguły zawiera niewielkie ilości bakterii G+ (max 104), generalnie uniemożliwiają wnikanie bakterii do pęcherza Pochwa – przeważają bakterie beztlenowe, z rodzaju Lactobacillus – wytwarzają kwas mlekowy przez co uniemożliwiają rozwój mikroflory patogennej

Choroby bakteryjne – pojęcia podstawowe zakażenie – wnikniecie i namnożenie się drobnoustrojów w organizmie gospodarza, może temu towarzyszyć proces chorobowy lub NIE (pasożyty zarażenie) choroba zakaźna – zakażenie, któremu towarzyszą objawy chorobowe choroba zaraźliwa – choroba zakaźna, która może przenosić się pośrednio lub bezpośrednio z osoby zakażonej na zdrową choroba oportunistyczna – choroba zakaźna wywołana przez drobnoustroje oportunistyczne (osoby z obniżoną odpornością) Zakażenie szpitalne – zakażenie, które nastąpiło w szpitalu i ujawniło się w okresie pobytu w szpitalu lub po jego opuszczeniu, wyróżnia się zakażenia egzogenne (drobnoustrój od innego pacjenta lub pracownika szpitala) oraz egzogenne (drobnoustrój z flory pacjenta) Intoksykacja (toksemia) – zmiany chorobowe w wyniku działania toksycznych metabolitów drobnoustrojów tub toksyn

toksyczność – zdolność do wytwarzania toksyn lub produktów metabolizmu powodujących uszkodzenie tkanek i wystąpienia objawów chorobowych

Zapalenie – proces w przebiegu, którego dochodzi do obumierania komórek, tkanek, narządów lub też do zaburzenia ich funkcji na skutek działania czynników uszkadzających się występowaniem objawów miejscowych - ból, zaczerwienienie, obrzęk, podwyższona temperatura Wrota zakażenia – miejsce wniknięcia drobnoustroju do organizmu (błony śluzowe, przewód pokarmowy, spojówki, skóra) Nosicielstwo – bytowanie drobnoustroju w określonych częściach organizmu bez wywoływania objawów chorobowych Okres wylęgania – czas jaki upływa od wniknięcia organizmu do organizmu do pojawienia się objawów chorobowych (gronkowiec około 2 godzin, cholera 2 dni, kiła (10 – 50 dni)

Choroby bakteryjne – pojęcia podstawowe c.d

bakteremia – obecność bakterii w krwi obwodowej, bakterie przedostają się do krwi z miejsca miejsca zakażenia lub urazu, zjawisko takie może się przyczynić do powstania odległych nowych ognisk zakażenia: zapalenia opon mózgowych, zapalenie płuc, stawów szpiku kostnego i wielu innych

posocznica – jest to nijako kolejny etap bakteremii, czyli przedostania się drobnoustrojów do krwiobiegu, skutkuje to wzrostem temperatury, dreszczami złym samopoczuciem a przede wszystkim następują

zakłócenia przepływu krwi – następuje spadek ciśnienia krwi co pozbawia kolejne narządy tlenu i składników odżywczych. Narządy te zaczynają wadliwie funkcjonować – może to być przyczyna nawet śmierci

Ziarniaki G+

Staphylococcus - chorobotwórczość Z medycznego punktu widzenia istotne są trzy gatunki (wyodrębniono około 20) Staphylococcus aureus - najczęstsza przyczyna zachorowań gronkowcowych zatruć (działanie toksyn) i zakażeń (wnikanie do tkanek) Staphylococcus epidermidis – oporunista, przyczyna wielu zakażeń szpitalnych Staphylococcus saprophyticus – oportunista, przyczyna zakażeń układu moczowego kobiet

bakterie tworzące charakterystyczne skupiska – grona – stąd nazwa gronkowiec; G+, mają zdolność rozkładu nadtlenku wodoru katalazododatnie), tleneowe, ale przezywają też w warunkach względnie beztlenowych, mogą żyć w środowisku zawierającym duże ilości NaCl

bakterie z rodzaju Staphylococcus wytwarzają szereg czynników, które mogą być przyczyna stanu chorobowego człowieka i zwierz ąt toksyny – gronkowce wytwarzają cała gamę toksyn (A-F), część nich to lizogenne fagi, najlepiej poznane toksyny to: enetrotoksyna A odpowiedzialna za zatrucia pokarmowe, objawy to silne wymioty i biegunka, jest to efekt oddziaływania toksyny z receptorami w górnych drogach pokarmowych (efekt 1,5 godziny po spożyciu pokarmu TSST – toksyna zespołu wstrząsu toksycznego, działanie toksyny objawia się jako wymioty, biegunka, rumieniowata wysypka, bóle mięśni, obniżenie ciśnienia krwi, toksyna ta jest wytwarzana w obecności tlenu, zespół chorobowy obserwowany u kobiet używających wysokoadsorbujących tamponów

zakażenia skórne: liszajec – powierzchowne zakażenie skóry, powstają pęcherze zawierające przejrzysty lub żółtawy płyn, następnie pojawiają się strupy, powstają w miejscach przerwania ciągłości skóry – rany ugryzienie przez owada zespół oparzonej skóry – powstają pęcherze jak przy oparzeniu czyraki – powierzchniowe rozległe zakażenia skóry (wymagają nacięcia), przykładem małego czyraka jest jęczmień, który umiejscowiony w brzegu powieki

zakażenia głębokie – opakowanie tkanek przez bakterie zapalenie płuc – może być powikłaniem grypy, lub aspiracji ciała obcego, dochodzi do tworzenia ropni na płucachZapalenie wsierdzia – często efekt przeszczepu zastawekZapalenie szpiku i kościZapalenie stawów i innych narządów

Staphylococcus – chorobotwórczość c.d

Paciorkowce - Streptococcus rodzaj Streptococcus obejmuje szeroka grupę gatunków o bardzo różnych właściwościach w tym różnej chorobotwórczości do chorób wywoływanych prze sterptococci należą: płytka nazębna, choroby skóry, gorączka reumatyczna, wstrząs toksyczny, zapalenie nerek Paciorkowce tworzą łańcuch (paciorki), są katalazoujemne, większość względne tlenowce, niektóre bezwzględne beztlenowce

Podział paciorkowców – właściwości hemolityczne α hemolizujące – wywołujące niecałkowitą hemolizę erytrocytów, powodują zazielenienie płytki (paciorkowce zieleniejące), większość nie wytwarza otoczek, wyjątek S. pneumoniae (80 typów otoczkowych) β hemolizujące – powodują całkowitą hemolizę, ta grupa wywołuje większość chorób paciorkowcowych γ hemolizujące – nie wywołujące hemolizy – na ogół nie są chorobotwórcze

Paciorkowce - chorobotwórczość

Podział Lancfielda – podstawą podziału jest antygenowość bakterii, właściwie wielocukru budującego ścianę komórkową, umożliwia to podział na grupy A – R. Chorobotwórcze są grupy A, B, C, D, G

Czynniki determinujące chorobotwórczość

białko M – białko powierzchniowe 80 typów (niemożliwość stworzenia skutecznej szczepionki), w organizmie gospodarza wytwarzane są przeciwciała które łączą się z białkiem i chronią komórkę bakterii

otoczka hialuronowa – identyczna z kwasem hialuronowym gospodarza, ochrona przed odpowiedzią immunologiczną

wielocukier C – składnik ściany komórkowej , pod względem chemicznym podobne do wielocukrów komórek gospodarza, odpowiedz immunologiczna powoduje autoagresję w stosunku do komórek organizmu wyższego (zapalenie wsierdzia, nerek i stawów)

toksyny: pochodzenia fagowego (wysypka), egzotoksyna Brak informacji (proteaza cysteinowa) – niszczenie tkanek, toksyna sercowo-wątrobowa

hemolizyny – streptolizyna O (całkowita hemoliza), sterptolizyna S

enzymy: hialuronidaza, preteinazy, nukleazy – umożliwiają wnikanie do tkanek

Paciorkowce grupy A

Choroby, zakażenia pierwotne

zapalenie gardła i angina, najczęstsza bakteryjna przyczyna (częściej wirusy), w gardle powstaje wysięk migdałki powiększone i zaczerwienione

ropne zapalenie skóry i liszajec, róża i cellulitis

gorączka połogowa

martwicze zapalenie powiezi – rozległa martwica powięzi i tkanki podskórnej

zapalenia: ucha środkowego, płuc, zatok

Szkarlatyna – drobna grudkowa, czerwona wysypka, blednieje przy ucisku, po ustąpieniu następuje złuszczanie skóry na kończynach

Następstwa nieropne – są to schorzenia pojawiające się po właściwej infekcji, są one efektem autoreakcji przeciwciał wytworzonych przez organizm w odpowiedzi na wnikniecie drobnoustroju. Przeciwciała te rozpoznają i niszczą komórki tkanek atakowanego organizmu

gorączka reumatyczna – zapalenie serca lub stawów, obecnie rzadko spotykana w wyniku zbyt wczesnej eliminacji drobnoustrojów na skutek antybiotykoterapii

ostre paciorkowcowe kłębuszkowe zapalenie nerek – następstwo zakażeń skóry oraz zakażeń gardła, także reakcja autoimmunologiczna

rumień guzowaty – skutek nadwrażliwości na peptydoglikan paciorkowców, objawem są małe czerwone guzki pod powierzchnią skóry

Paciorkowce – chorobotwórczość c.d Paciorkowce grupy B (S. agalactiae) często izolowane z jamy ustnej, przewodu pokarmowego, pochwy (5 – 50% kobiet w ciąży) ze względu na obecność w drogach rodnych częsta przyczyna zakażeń noworodków, mogą wywołać zapalenie płuc, opon mózgowo rdeniowych oraz posocznicy, często są przyczyna śmierci noworodków

Paciorkowce zieleniejące (S. mitis, S. mutans) występują w nosogardzieli ludzi (alfa hemolizujące), nie wytwarzaja przeciwciał powierzchniowych nie są uwzględniane w klasyfikacji Lancsfielda

są przyczyna próchnicy zęba oraz powikłań po zabiegach stomatologicznych – zapalenie wsierdzia

Streptococcus pneumoniae nie posiada swoistych grupowo antygenów, nie jest klasyfikowany w podziale Lancfirlda wytwarzają otoczki – co najmniej 80 rodzajów, w zależności od składu chemicznego, łatwo ulegają transformacjo najczęstsza przyczyna bakteryjnego zapalenia płuc, zdarza się, że jest także przyczyną innych schorzeń: zapalenie ucha środkowego, zatok, oskrzeli nie obserwuje się skutków poinfekcyjnych – reakcji autoimmunologicznych

Bakteryjne zatrucia pokarmowe Zatrucie pokarmowe – ostre zapalenie żołądka i jelit spowodowane spożyciem produktu żywnościowego zawierającego drobnoustrój lub wytwarzane przez niego toksyny w ilości wystarczającej do wywołania objawów chorobowych Objawy kliniczne zatrucia pokarmowego – biegunka, wymioty, ból brzucha i gorączka Drobnoustroje dostają się do organizmu człowieka z pożywieniem lub w wyniku kontaktu z osobą nosicielem stan chorobowy jest wynikiem działania toksyny lub inwazji bakterii do błony śluzowej jelita najważniejsze bakterie wytwarzające toksyny (nieinwazyjne) to: niektóre szczepy gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus), przecinkowiec cholery (Vibrio cholera),

pałeczka okrężnicy (Escherichia coli tylko określona grupa szczepów), laseczka jadu kiełbasianego (Clostridium botulinum), Vibrio parahemolitycus

najważniejsze bakterie inwazyjne to Salmonella etiritidis, Campylobacter jejuni oraz Shigella, bakterie te penetrują nabłonek jelitowy, uszkodzenie nabłonka i powstanie reakcji zapalnej sa przyczyną krwi i śluzu w kale

Helicobacter pylori (G-, pałeczka, mikroaerofil wymaga obecności dwutlenku węgla, urzęsienie lofotryhalne) – to bakteria, która zasiedla niszę ekologiczna organizmu człowieka, która jest żołądek (środowisko o bardzo niskiej wartości pH)

bakterie te są przyczyna wrzodów żołądka – zapalnych ognisk w wyściółce żołądka, są bolesne, mogą krwawić i utrzymują się przez całe życie (bakteria może przeżyć w żołądku dziesięciolecia)

Helicobacter pylori zasiedla warstwę mucyny, która pokrywa ściany żołądka w celu ochrony komórek nabłonka śluzowego przed niskim pH

Wrzody żoładka – Helicobacter pylori

krytycznym momentem w życiu Helicobacter pylori jest przedostanie się z żołądka (niskie pH) do warstwy mucyny

bakterie te wytwarzają enzym ureazę, który rozkłada mocznik do dwutlenku węgla i amoniaku (zasady substancji, której obecność neutralizuje kwas żołądkowy), który zatrzymywany jest w pobliżu komórki bakteryjnej i chroni ją przed działaniem kwasu

rzęski przyspieszają ruch bakterii i umożliwiają szybkie przedostanie się w okolice warstwy mucynowej wg statystyk w USA około 40% ludzi ulega kolonizacji H. pylori przed osiągnięciem 5 roku życia prawdopodobieństwo rozwoju wrzodów u nosicieli bakterii H. pylori wynosi około 10%

wrzody żołądka najprawdopodobniej zwiększają prawdopodobieństwo wystąpienia nowotworu, wykrywanie obecności bakterii w żołądku można przeprowadzić z wykorzystaniem prostych testów umożliwiających wykrywanie amoniaku w wydychanym powietrzu (aktywność ureazy), do leczenia stosuje się mieszanki antybiotyków

Pratki – Mycobacterium tuberculosis pałeczki, kwasoodporne, wolnorosnące (4-25 dni) o dużych wymaganiach wzrostowych, tlenowe lub mikroaerofile przyczyna gruźlicy choroba bardzo zakaźna, przenoszona drogą kropelkową przez wiele lat wydawało się, ze gruźlica jest choroba „przeszłości” – choroba ludzi ubogich, niestety ostatnio wydaje się, że liczba chorych ponownie rośnie miejscem zakażenia są płuca, osoba z normalnie funkcjonującym układem odpornościowym na ogół zwalcza infekcję i przebiega ona bezobjawowo (stąd większa zapadalność ludzi ubogich) czynna postać gruźlicy – faktyczny stan chorobowy może być skutkiem zakażenia pierwotnego lub utajonego prątki zostają pochłonięte przez makrofagi pęcherzyków płucnych, ale nie są w nich zabijane, ale rozmnażają się i niszczą makrofag

namazanie bakterii w obszarze makrofaga, który je pochłonął przyciąga coraz więcej komórek układu odpornościowego

Prątki – Mycobacterium tuberculosis c.d

powoduje to uszkodzenie tkanki, powstaje obszar martwej tkanki otoczonej makrofagami i innymi komórkami układu odpornościowego – gruzełek, duże zmiany tego rodzaju można zauważyć w zdjęciach rentgenowskich jeśli odpowiedź immunologiczna prątki w końcu zostają zniszczone, chory może nawet nie wiedzieć o infekcji jeśli odpowiedź immunologiczna jest za słaba, bakterie wydostają się z gruzełka i z krwią transportowane są do innych tkanek do leczenia na ogół stosuje się mieszanki aż 4 rożnych antybiotyków, chodzi o uniemożliwienie rozwoju drobnoustrojów opornych bakterie M. leprae są przyczyna trądu w rzeczywistości u osoby zainfekowanej bakteriami mogą się rozwinąć dwie postacie choroby, zależnie od „siły” odpowiedzi immunologicznej postać tuberkuloiowa trądu – obecność plam i rozległych odbarwień skóry

postać lepromatyczna – z krwią prądki transportowane są do różnych części organizmu, nie dochodzi do zajęcia organów wewnętrznych, następują dalekoidące zmiany skórne i podskórne

trąd nie jest bardzo zakaźny, przenoszony jest droga kropelkową, ale potrzebny jest bliki kontakt z chorym okres wylęgania bardzo długi od kilku miesięcy do 20 lat, bakterie, których nie można hodować na podłożach mikrobiologicznych rozpoznanie na podstawie objawów, szacuje się, ze obecnie na trąd choruje 15-20 milionów ludzi

Krętki – Treponema pallidium

Treponema pallidium – krętek blady, względnie beztlenowy, nie barwi się w testach Grama, rośnie tylko w hodowlach komórkowych, czynnik etiologiczny kiły choroba może przebiegać nawet w trzech etapach, każdy następny jest coraz groźniejszy choroba przenoszona drogą płciową Etap I – w ciągu 3-4 tygodni od zakażenia w miejscu wniknięcia bakterii tworzy się zmiana pierwotna, twarda, niebolesna, wrzodziejąca, która znika w ciągu następnych 14 dni

Etap II – rozpoczyna się 3-8 tygodni po zniknięciu zmiany pierwotnej, etap ten charakteryzuje się wystąpieniem zmian ogólnych: złe samopoczucie, słaba gorączka, powiększenie węzłów chłonnych, łysienie plackowate. Charakterystyczna jest plamisto grudkowa wysypka na dłoniach i podeszwach stóp. Zmiany tez na ogół ustępują w wyniku reakcji układu immunologicznego

Etap III – kiła narządowa, może się pojawić nawet po kilku latach, jest groźna w skutkach może prowadzić do zapalenia aorty, utraty wzroku, otępienia umysłowego

Krętki – Treponema pallidium c.d

kiła wrodzona – od 16 tygodnia ciąży T. pallidium może przechodzić przez łożysko większość dzieci rodzi się z poważnymi powikłaniami: opóźnienie wzrostu, powiększona wątroba i śledziona, powiększenie węzłów chłonnych, zaburzenia w budowie kośćca, głuchota lekiem z wyboru jest penicylina, jak dotychczas nie zaobserwowano szczepów opornych na ten antybiotyk

Borellia burgdorferi

Borellia burgdorferi- bakteria wywołująca chorobę z Lyme (boreliozę) jest to bakteria przenoszona przez kleszcze, stawonogi o złożonym cyklu rozwojowym: osobniki dorosłe łączą się w akcie połciowym, po czym samica znosi jaja, z jaj wylegają się larwy żywiące się krwią gryzoni (źródło Borelli), z larw powstaje forma nimfy (ten etap trwa rok), nimfy przeżywają zimę i przeobrażają się w postać dorosłą, która pasożytuje na jeleniach – tworzą rany z których piją krew (żywienie zbiorowe, także krew jelenie może być rezerwuarem bakterii)

bakteria wprowadzana jest do organizmu człowieka wraz ze śliną kleszcza borelioza jest choroba, która może przebiegać w kilku etapach pierwszy etap to pojawienie się charakterystycznego rumienia w miejscu ugryzienia przez kleszcza, objawami towarzyszącymi są: złe samopoczucie, gorączka, bóle głowy, powiększenie węzłów chłonnych drugie stadium to objawy neurologiczne (zapalenie opon mózgowych) oraz kardiologiczne (powiększenie serca) trzeci etap choroby objawia się jako zapalenie stawów, który może przerodzić się w przewlekły artretyzm

Dezynfekcja i sterylizacja - definicje Sterylizacja (wyjałowienie) – proces prowadzący do usunięcia wszystkich mikroorganizmów (form wegetatywnych i spor) z danego środowiska Dezynfekcja – jest to zabieg, który prowadzi do zniszczenia większości drobnoustrojów z danego środowiska. Najczęściej przez dezynfekcję rozumie się niszczenie drobnoustrojów chorobotwórczych za pomocą środków chemicznych Środki antyseptyczne – substancje, które stosuje się na tkanki ludzkie. Wyróżnia się substancje:

-bakteriostatyczne – hamują wzrost i podziały komórkowe - bakteriobójcze – substancje powodujące śmierć komórek

Środki dezynfekcyjne zabijają drobnoustroje z wyjątkiem spor, mogą uszkodzić tkanki ludzkie, stosuje się tylko do dezynfekcji przedmiotów, wyróżnia się: silne środki dezynfekcyjne, niszczą prątki, wirusy i niektóre spory słabe środki dezynfekcyjne, zabijają formy wegetatywne bakterii i część wirusów, oporne są wirusy, prątki

Fizyczne metody niszczenia drobnoustrojów Sterylizacja cieplna - inaktywacja drobnoustrojów w wyniku działania wysokiej temperatury, następuje denaturacja białek w tym enzymów oraz utlenianie wielu istotnych dla komórki substancji gorąca para wodna – wykonuje się w autoklawie, proces prowadzi się pod zwiększonym ciśnieniem (1,5 atm), 121 ºC 15 min., sterylizacja płynów gorące suche powietrze – wykonuje się w sterylizatorach, temp 180 ºC 120 min., sterylizacja sprzętu i gęstych płynów

Pasteryzacja – proces którego celem jest zabicie form wegetatywnych bakterii, najczęściej prowadzi się w 62 ºC, przez 30 min, wykorzystywana przede wszystkim w przemyśle spożywczym

Sterylizacja cieplna Czas redukcji dziesiętnej (D) – czas potrzebny do dziesięciokrotnego zmniejszenia liczebności populacji drobnoustrojów (zniszczenia 90% populacji bakteryjnej) Krzywa śmierci cieplnej bakterii

Fizyczne metody niszczenia drobnoustrojów - promieniowanie

promieniowanie UV – boczne parowanie zasad, co może prowadzić do mutacji i śmierci drobnoustrojów, często stosowane w praktyce, na przykład sterylizacja powierzchni w

gabinetach, wadą jest działanie prostoliniowe (miejsca zacienione niejałowe) promieniowanie wysokoenergetyczne (krótkofalowe) – powodują jonizacje składników cytoplazmy, powstawanie wolnych rodników, prowadzą do uszkodzenia DNA

Ultradźwięki (20 – 100 kHz) – wibracje dźwiękowe powodują przerwanie ciągłości osłon komórkowych

Fizyczne metody niszczenia drobnoustrojów - ultrafiltracja metoda w której płyny wrażliwe na wysoka temperaturę sączy się przez filtr o określonej wielkości porów: 0,22 µm metoda ta jest wykorzystywana także do sterylizacji niektórych, termoslabilnych leków

Chemiczne metody niszczenia drobnoustrojów Środki powierzchniowo czynne – przerywają ciągłość dwuwarstwowej błony fosfolipidowej (błony komórkowej), jest to skutek zaburzenia struktury białek i lipidów środki kationowe – czwartorzędowe związki amoniowe, są naładowane dodatnio oddziałowują z fosfolipidami, zwiększają przepuszczalność błony, przykłady: chlorek alkilodimetylobenzyloamoniowy (sterinol, zephiran) chlorek cetylodimetylobenzyloamoniowy (triton K-12) chlorek cetylopirydynowy (Halset, Dobendan) śrdoki anionowe – mydła i kwasy tłuszczowe, powoduja przerwanie ciagłosci błony, przykładysiarczan sodowy oleoilu (Duplon LS) związki niejonowe – fenole (lizol), alkohole (metanol, etanol, propanol)

Środki denaturujące – powodują denaturacje białka kwasy organiczne – octowy, mrówkowy, propionowy, mlekowy, benzoesowy metale ciężkie – rtęć, srebro, arsen (tiomersalat, lapis) środki utleniające – nadtlenek wodoru (woda utleniona), związki chloru – przykładem może być popularny domestos

Środki alkilujące – oddziaływanie na białka i DNA, przykładem tej grupy substancji są: formaldehyd (40% roztwór - formalina), tlenek etylenu, aldehyd glutarowy (aldesan). Substancje powszechnie wykorzystywane do odkażania narzędzi i powierzchni oraz tzw. sterylizacji niskotemperaturowej instrumentów wrażliwych na temperaturę

Sterylizacja narzędzi w gabinecie kosmetycznym

Etap I – dezynfekcja, prowadzona bezpośrednio po zabiegu, polega na zanurzeniu narzędzia w roztworze substancji dezynfekującej. Należy pamiętać o odpowiednim czasie „kąpieli”, dezynfekować narzędzia w roztworach substancji obojętnych dla materiału z którego są wykonane Etap II – mycie, celem jest usuniecie ewentualnych nalotów czy osadów i usunięcie roztworu substancji dezynfekującej Etap III – sterylizacja, najlepiej w autoklawie lub sterylizatorze, należy zwrócić uwagę na rodzaj materiału z którego wykonany jest element, w razie potrzeby sterylizacja niskotemperaturowa

Terapia chorób infekcyjnych, bakteryjnych Idea terapii – w komórce drobnoustroju poszukuje się unikatowego, ważnego życiowo celu (targetu): przemiany biochemicznej, składnika komórki, enzymu, który zdecydowanie różni się od składników, czy przemian chemicznych komórki gospodarza. Następnie poszukuje się substancji, która niekorzystnie oddziaływałaby na przebieg danej przemiany biochemicznej, funkcjonowania enzymu, czy niszczyła metabolit.

Podobieństwo organizmów utrudnia poszukiwanie odpowiednich tragetów. Jest to podstawowa przyczyna problemów z terapią schorzeń nowotworowych.

Terapia chorób bakteryjnych - definicje

Antybiotyk – substancja wytwarzana przez drobnoustroje, której niewielkie ilości mogą hamować rozwój innych drobnoustrojów Lek przeciwbakteryjny – pojęcie szersze niż antybiotyk, jest to każda substancja naturalna, syntetyczna lub półsyntetyczna, która jest przydatna w terapii zakażeń bakteryjnych leki bakteriostatyczne – hamują wzrost bakterii (te które żyją nie są niszczone) leki bakteriobójcze – zabijają komórki bakteryjne, działają na komórki rosnące, dlatego unika się jednoczesnego stosowania leków bakteriostatycznych i bakteriobójczych (z

praktyki klinicznej jednak widomo, że skojarzona terapia daje pozytywne rezultaty) spektrum działania leki o wąskim spektrum działania – działają na określone grupy bakterii np. G+ lub G- leki o szerokim spektrum działania – niszczą zarówno bakterie należące do G+ jak i G-

Ogólne zasady prawidłowej antybiotykoterapii

lek należy podać możliwie najszybciej- w początkowym stadium choroby populacja drobnoustrojów jest zwykle mała i łatwiej ja zniszczyć, szczególnie niebezpieczne jest wytworzenie biofilmu – otoczki polisacharydowej, która utrudnia penetrację leków wybór leku powinien opierać się na wynikach badań wrażliwości drobnoustrojów na antybiotyki (antybiogram), w terapii powinien być używany lek o możliwie wąskim spektrum działania, ale uniemożliwiający wzrost bakterii wywołującej schorzenie w przypadku zagrożenia życia możliwie najszybciej podaje się antybiotyk o szerokim spektrum działania błędem jest rutynowe stosowanie antybiotyków w ogóle, a w szczególności antybiotyków o szerokim spektrum działania, prowadzi to do selekcji szczepów wielolekoopornych błędem jest stosowanie zbyt małych dawek antybiotyków, lub zbyt szybkie przerywanie leczenia – główna przyczyna powstawania szczepów opornych w trakcie antybiotykoterapii należy zwrócić uwagę na nadkażenia, zakażenie szczepami opornymi w wyniku długotrwałej terapii z wykorzystaniem leków o szerokim spektrum działania (np. zapalenia jelit) w czasie antybiotykoterapii należy zwrócić uwagę na skład mikroflory organizmu, głównie dróg pokarmowych, zaleca się spożywanie napojów fermentowanych zawierających bakterie fermentacji mlekowej lub środków osłonowych – liofilizatów tych bakterii

Podział antybiotyków na podstawie mechanizmu działania

antybiotyki β-laktamowe, do których należą między innymi penicyliny, cefalosoporyny, karbapenemy i monobaktamy

ampicyliny – wytwarzane przez pleśnie Penicyllium, odkryte w latach 20 ubiegłego wieku

miejscem działania jest ściana komórkowa, antybiotyki tej grupy uniemożliwiają prawidłowa syntezę ścian komórkowych – tworzenie wiązań krzyżowych pomiędzy liniowymi polimerami peptydoglikanu

wiele bakterii wytwarza enzymy niszczące penicyliny (penicylinazy) i są niewrażliwe na działanie tych antybiotyków, geny kodujace te enzymy zlokalizowane są często na plazmidach

obecnie stosuje się szereg modyfikowanych chemicznie penicylin o polepszonych właściwościach

skutki modyfikacji cząsteczki penicylin to: oporność na działanie penicylinaz (metycylina, oksacylina, kloksacylina, nafcylina) szersze spektrum działania, naturalne głównie na G+, modyfikowane, takie jak ampicylina czy karbenicylina aktywne także w stosunku do G-

celem działania penicylin są tylko enzymy występujące u bakterii w związku z czym ich toksyczność jest bardzo niewielka, mogą jednak powodować uczulenia poza antybiotykami β-laktamowymi inhibitorami syntezy ściany komórkowej są: wankomycyna – uniemożliwienie tworzenia wiązań pomiędzy liniowymi polimerami peptydoglikanu (mechanizm inny niż β-laktamów)Cykloseryna – uniemożliwia powstawanie prekursorów peptydoglikanu bacytracyna - oddziaływuje z prekursorami sciany komórkowej

antybiotyki hamujące działanie polimerazy RNA – ryfampicyna, stosowana do leczenia zakażeń wywoływanych przez Mycobacterium tuberculosis lub leprae

substancje hamujące syntezę nukleotydów – sulfonamidy, właściwie hamują syntezę kwasu foliowego (nie powstaje w organizmie człowieka), przez co zaburzają syntezę nukleotydów, wadą jest duża toksyczność oraz wywoływanie reakcji uczuleniowych

antybiotyki hamujace powstawanie DNA – chinolony, są to inhibitory gyrazy enzymu biorącego udział w replikacji DNA (rozplatanie helisy)

Podział antybiotyków na podstawie mechanizmu działania

leki hamujące syntezę białek inhibitory jednostki rybosomalnej 30S, aminoglikozydy, wiążą się z podjednostką 30S i wchodzą do kompleksu 30S-A-50S, kompleksy takie są nieaktywne w procesie syntezy białka, najbardziej znane to: streptomycyna (stosunkowo toksyczna, stosuje się tylko gdy jest to konieczne), neomycyna (biegunka u małych dzieci), kanamycyna (głównie leczenie zakażeń wywołanych przez Mycobacterium tuberculosis) tetracykliny, łączą się z podjednostką 30S uniemożliwiając wiązanie z tRNA, bakteriostatyki o szerokim spektrum działania, stosowane przede wszystkim do niszczenia bakterii wewnątrzkomórkowych, mogą wywołać zaburzenia żołądkowo jelitowe, przebarwienia rosnących zębów

leki hamujące syntezę białek inhibitory jednostki rybosomalnej 50, chloramfenikol – substancja toksyczna, wiąże się z podjednostką 50S i zakłóca tworzenie wiązań peptydowych (pomiędzy aminokwasami) co powoduje przedwczesne zakończenie syntezy białek, raczej nie stosuje się u dzieci (toksyczny), może powodować zmiany w obrazie krwi makrolidy – podobnie jak chloramfenikol powodują przedwczesne zakończenie syntezy białek, najbardziej znany lek z tej grupy to erytromycyna, mogą zakłócać pracę watroby

Szczepionki – rys historyczny

celem stosowania szczepienia jest aktywacja układu immunologicznego, przygotowanie organizmu na infekcje wywołana przez określony czynnik etiologiczny (drobnoustrój mogący wywołać określone schorzenie) pierwsze formy stosowania szczepionek opracowali Chińczycy w VI wieku przed Chrystusem, metoda ta polegała na wcieraniu sproszkowanego materiału ze strupów powstałych po ospie na powierzchnię uszkodzonej skóry, metoda ta był także stosowana w latach 20 XVIII wieku w Anglii

w roku 1796 Janer opracował metodę szczepienia przeciw ospie, która polegała na śródskórnym wprowadzaniu przez skaryfikację skóry materiału ze zmian skórnych krowy – drobnoustrój odpowiedzialny za ospę u krowy był niegroźny dla człowieka a skutecznie chronił przed chorobą

Pasteur 1879 - stosując wielokrotne pasażowanie hodowli przecinkowców cholery otrzymał bakterie utraciły zjadliwość, na ich bazie stworzono szczepionkę, która chroniła drób 1881 – opracował atenuowaną szczepionkę przeciw wąglikowi u zwierząt 1885 – opracowanie szczepionki przeciw wściekliźnie, immunizowano jednego z współpracowników Józefa Meistera

Szczepionki z całych drobnoustrojów pierwsze szczepionki zawierały całe mikroorganizmy, które w drodze różnorakiej preparatyki pozbawiano zdolności do infekcji najprostsze metody to ogrzewanie, traktowanie formaldehydem lub acetonem wadą tej grupy szczepionek niższa niż w przypadku żywych drobnoustrojów zdolność do wywołania odpowiedzi immunologicznej

przykłady szczepionek, w których wykorzystano całe, uśmiercone organizmy: szczepionka przeciw krztuścowa przygotowana z uśmierconych bakterii Bordetella pertusis szczepionka przeciwdurowa, przygotowywana z uśmierconych acetonem bakterii Salmonella typhi szczepionka przeciw chorobie Heinego i Medina otrzymywana z preparowanych formaldehydem trzech typów wirusa polio

Szczepionki z atenuowanych drobnoustrojów

za pomocą technik inżynierii genetycznej szczepy drobnoustrojów modyfikuje się tak, aby traciły one właściwości chorobotwórcze, ale zachowywały zdolność do wywołania odpowiedzi immunologicznej efekt taki osiąg się przez całkowita eliminację genów odpowiedzialnych za wirulencję (gdy nie są one istotne dla wywołania odpowiedzi immunologicznej), lub ich modyfikację, tak aby nie powodowały powstania stanu chorobowego opracowano całą gamę szczepionek zawierających atenuowane drobnoustroje: przeciwdurowa (Salmonella typhi), przeciwkrztuśćcowa (Bordetella pertusis), przeciwwirusowe (świnka, różyczka, odra, ospa wietrzna, wirus polio) szczepionki w organizmów atenuowanych trzeba stosować bardzo ostrożnie, przykładem może być szczepionka przeciwko wirusowi polio (doustna), która jednak wywoływała choroby u ludzi z osłabionym układem immunologicznym

Szczepionki ze składników drobnoustrojów do immunizacji używa się nie całą bakterię a określony składnik jej komórki polisacharydy – składnik ściany komórkowej (błony zewnętrznej), wykorzystywane na przykład do przygotowywania szczepionek przeciwko Streptococcus pneumoniae, problemem jest duża zmienność polisacharydów toksoid – inaktywowana toksyna, na przykład tężca mieszane składniki komórkowe, na przykład toksyna plus czynniki umożliwiające adhezję sztandarowym przykładem tego typu szczepionek jest szczepionka przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B, jako szczepionkę wykorzystuje się białko okrywy wirusa HBsAg

Szczepionki rekombinantowe w tym przypadku białko odpowiedzialne za powstanie odpowiedzi immunologicznej produkowane jest w organizmie innego drobnoustroju zupełnie bezpiecznego dla organizmu człowieka, tzw. wektora (przenośnika) w trakcie szczepienia wektor wprowadzany jest do organizmu człowieka, w którym produkuje białko wywołujące odpowiedź immunologiczną przeciwko drobnoustrojom, których jest naturalnym składnikiem przykładem wektora, który może być wykorzystywany jako wektor jest wirus krowianki, niestety u osób z osłabionym układem immunologicznym może wywoływać stany chorobowe, testowane sa także niepatogenne szczepy Salmonella oraz bakulowirus

Szczepionki syntetyczne oligopeptydowe

w rzeczywistości przeciwciała poznają nie całe białka, ale tak zwane epitopy antygenowe – niewielkie fragmenty białek czy polisacharydowe, stwarza to możliwość syntezy tych cząsteczek i ich wykorzystanie do immunizacji

zalety tego typu szczepionek to bezpieczeństwo i prostota otrzymania ograniczenia to niska immunogenność oraz brak pewności, czy struktura przestrzenna epitopu antygenowego w krótkim oligopeptydzie jest taka sama, jak w przypadku dużego białka prowadzone są intensywne badania, których celem jest otrzymanie szczepionki przeciwko malarii i wirusowi HIV

Szczepionki DNA i szczepionki jadalne – hity ostatnich lat ale…

DNA szczepionki – domięśniowo wstrzykuje się plazmidowe DNA, w którym znajduje się gen kodujący białko wywołujące odpowiedź immunologiczną, problemem jest utrzymanie DNA w tkance jak i wywołanie ekspresji białka, podobno w niektórych przypadkach otrzymuje się pozytywne rezultaty

szczepionki jadalne to rośliny genetycznie modyfikowane GMO zdolne do produkcji białek patogenów, do wywołania odpowiedzi immunologicznej wystarczy spożycie owoców rośliny (teoretycznie)

Szczepionki przeciw grypie

wirus grypy jest jednym z szybciej mutujących, białka okrywy wirusa mają zmienną sekwencje aminokwasów, powoduje to że przeciwciała wytworzone przed mutacja mają obniżona aktywność osoby immunizowane w poprzednim roku (choroba lub szczepienie) mogą chorować w następnym roku ponieważ przeciwciała są nieaktywne lub ich aktywność jest obniżona, w efekcie ludzie mogą chorować na grypę co roku co roku konieczne jest przygotowanie nowej szczepionki na bazie wirusa (jego antygenów), który atakował w okresie zimowym, przygotowanie szczepionki trwa około 8 miesięcy może okazać się, że szczepionka jest zupełnie nieskuteczna (zmiany w budowie wirusa większe niż się spodziewano)