Curs 1 Anatomia Funct a Bacteriilor

50
Microbiologie medicală

description

Curs

Transcript of Curs 1 Anatomia Funct a Bacteriilor

  • Microbiologie medical

  • Microbiologia = ansamblul de discipline experimentale care studiaz microorganismele i activitile lorMicroorganism = organisme unicelulare care pot fi puse n eviden numai cu ajutorul microscopului (optic sau electronic )Puse n eviden pentru prima dat de Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

  • William G.Morton (1846)

    Francesco Redi (1626-1697)

    Lazaro Spallanzani (1729- 1799)

    Loius Pasteur (1822-1895)

    Girolamo Fracastoro (1468-1553) seminaria morbi

    Agostino Bassi - muscardina Robert Koch (1843)

    Charles Sdillot (1804- 1833)

  • :Louis Pasteur (1822-1895)Descoper natura microbian a proceselor de fermentare anormal a vinuluiFace legatura ntre bolile vinului i unele boli infecto-contagioase la animale i omDescoper numeroi ageni etiologici ai acestoraRealizeaz vaccinuri prin inactivarea sau atenuarea patogenitii unor microorganisme (rabie, antrax, holera ginilor)Pune bazele sterilizrii i metodicii lucrului aseptic.

  • Robert Koch (1843-1910)A descoperit noi ageni etiologici ai infeciilor la om i animale (tuberculoz, holer, antrax);A examinat microorganismele n preparate fixate prin caldur i colorate cu colorani bazici;A introdus mediile solide n practica diagnosticului microbiologic;A reprodus experimental boli infecioase prin inocularea agentului etiologic la animale de laborator;A descris secvene experimentale pentru susinerea relaiei cauzale ntre un microorganism i manifestrile de boal:este depistat la toi bolnavii iar distribuia n organism corespunde leziunilor caracteristice boliipoate fi izolat n cultur pur i subcultivat pentru a fi studiatcultura pur inoculat la animalul receptiv reproduce boala cu leziuni specifice din care poate fi reizolat.

  • Louis PasteurRobert Koch

  • Lumea microorganismelor

    Microorganisme cu structur celular

    eucariote, constituite din celule cu structur evoluat: fungi i protozoare;procariote, constituite din celule cu structur primitiv: bacterii

    Entiti acelulare, la limita viului: virusuri, viroiziPrionii

  • Conexiuni interdisciplinare Biochimia Chirurgia - Oliver Wendell Holms - J.F. Semmelweiss - Joseph Lister - Alphonse Gurin - John TyndallMorfopatologia - primul tratat de bacteriologie Bacteriile i rolul lor n etiologia, anatomia i histologia patologic a bolilor infecioase Victor Cornil, Victor BabePatologia experimental 1901 Ioan Cantacuzino - 1912 Alexandru Sltineanu

  • Epidemiologia

    Imunologia Ilya Mecinikov - Emil von Behring - Shibasaburo Kitasato

    Genetica molecular 1944 O.T. Avery

  • Anatomia funcional a bacteriilorSemnificaia biologic a structurilor bacteriene structurile celulei bacteriene care controleaz creterea, multiplicarea, supravieuirea n condiii variate de mediuSemnificaia taxonomic - structuri importante pentru clasificarea i identificarea bacteriilorSemnificaia patogenic structuri care le permit s acapareze nveliurile, esuturile, umorile organismuluiStructuri bacteriene inte selective ale efectorilor imunitari sau ale antibioticelor

    Celula bacterian :I. protoplastul bacterianII. peretele bacterianIII. glicocalixul procariotIV. organitele de locomoieV. pilii bacterieniVI. endosporii bacterieni

  • Citoplasma - conine ntr-un sistem coloidal proteine, carbohidrai, lipide, metabolii cu greutate mic - se afl permanent n stare de gel i menine poziia structurilor interne n absena membranelor intracelulare - n microscopia optic, pe preparatele colorate uzual vedem numai citoplasma i uneori incluziuni citoplasmatice - cuprinde nucleoplasma - ribosomi - incluziuniNucleoplasma - echivalent al nucleului celulei eucariotenu prezint membran nuclear i nucleolformat dintr-un cromozom unic, o molecul de ADN circular, dublu catenar, cu lungimea de 1000-2000 mn microscopia optic este observat numai dup hidroliza ARN-ului, ca un corpuscul oval, alungit n halter sau V, n funcie de stadiul diviziunii.

  • Electronomicrografii ale seciunilor ultrafine - apare ca un ghem sau scul de fibre cu diametrul de 2-6 nm.In situ cromozomul bacterian este helicat i suprahelicat n jurul unui miez ARN care l menine n forma compactElectronegativitatea ADN neutralizat prin proteine (asemntoare histonelor), ioni Mg2+, poliamine Ribosomii bacterieniprezeni n toat citoplasma cu excepia nucleoplasmeiconstanta de sedimentare 70spot disocia n 2 subuniti: 30s ( ARN16s+20 molecule proteice) 50s (ARN 23s i 5s+30 molecule proteice)ARN ribosomal are o mare stabilitate fiind bine conservat n cursul evoluiei poate fi utilizat drept criteriu de clasificare filogeneticpe electronomicrografii apar dispui ca polisomi (ir de ribosomi) n lungul moleculei de ARNm pe care l citesc i traduc rapidIncluziunile citoplasmatice - au caracter de specie- sunt caractere taxonomice primare

  • - sunt formate din: - polimetafosfat (Corynebacterium diphtheriae ) - amidon (Clostridium, Neisseria) - lipide (Pseudomonas)Membrana citoplasmatic- lipsit de steroli (bacteriile nu-i sintetizeaz); excepie molicutele, ncorporeaz colesterolul preformat de celulele eucariote.excret enzime hidrolitice necesare digestiei extracelulare.are funcii de biosintez. Mezozomii - invaginaii anfractuoase ale membranei citoplasmatice care i mresc suprafaa funcional. n mezozomii laterali i au sediul enzimele implicate n autoreplicarea nucleoplasmei, iar n mezozomii septali enzimele implicate n sinteza peretelui.asigur transportul transmembranar prin fosfotransferaza membranarunicul sediu al citocromilor, enzimelor, componentelor lanului respirator implicate n transportul de electroni i fosforilarea oxidativ; analog funcional al mitocondriei din celula eucariot. Mitocondriile sunt descendeni ai bacteriilor endosimbionte.

  • creterea bacteriilor este posibil numai cnd cel puin 50% din membrana citoplasmatic este semifluidpoart receptori pentru semnale ale mediului extern atractani, repeleni, feromoni (sistem molecular de integrare a acestor informaii)II. Peretele bacteriannvelete protoplastuleste format dintr-o structur de baz + structuri speciale care difereniaz grupe mari de bacterii

    Peptidoglicanul structura de baz a eubacteriilor, grup mare de bacterii din care fac parte i bacteriile patogene. LIPSETE din peretele: 1. Arheobacteriilor bacterii adaptate la condiii de via extreme (temperatur, salinitate) i care nu sunt niciodat prezente n corpul uman (nepatogene). Similitudini genomice i de sintez proteic atest filiaia organismelor eucariote din arheobacterii 2. Molicutelor i al oricrei celule eucariote

  • este un heteropolimer de dizaharide aminate - N-acetilglucozamina - N-acetilmuramic aezate alternativ n lanuri liniare de galactan i solidarizate ntre ele prin subuniti i puni peptidice.cuprinde protoplastul bacterian ca o plas rigid i rezistentsinteza este controlat de enzime situate pe suprafaa extern a membranei citoplasmatice - transglicozilaze, leag ntre ele 2 aminozaharuri - transpeptidaze, catalizeaz formarea subunitilor i punilor peptidice (esenial dipeptidul D-alanin-D-alanin)- Proteine de legare a penicilinelor (PLP,PBP) denumire generic a enzimelor care controleaz sinteza. RIGIDITATEA peretelui bacterian este condiionat de configuraia steric i mrimea ochiurilor reelei de peptidoglicanCu EXCEPIA spirochetelor care au perete flexibil, restul bacteriilor au perete rigid care le confer anumite forme: sferice, bastona, filamentoase i ramificate (actinomicete).Morfologia bacteriilor mai este caracterizat prin aezarea lor care este condiionat de modul de nmulire (nmugurire, diviziune, fragmentare)

  • Poziia planurilor succesive de diviziune, numrul de generaii dup care se separ celulele surori.REZISTENA peptidoglicanului protejeaz protoplastul prin echilibrarea presiunii osmotice foarte mari (5-20atm) din citoplasma bacterian.Sub aciunea agenilor muralitici (lizozim, penicilin etc.) apar defecte ale peretelui care duc la hernieri ale protoplastului sau la explodarea acestuia.Aciunea agentului muralitic n mediu osmotic protector (soluie 20% zaharoz, urin) face ca protoplastul s rmn integru, dar ia o form sferic indiferent de forma avut anterior, devine sferoplast dac mai pstreaz urme de perete sau protoplast complet nud.Dac agentul muralitic dispare din mediu, sferoplatii revin la forma iniial a bacteriei, dar protoplatii nu. Este demonstrat autodeclanarea sintezei i asamblrii peptidoglicanului de ctre resturile de perete.Bacteriile cu perete defectiv aprute n medii osmotic protectoare sunt numite forme L (1935, Klineberger Nobel le-a descris la Institutul Lister din Londra)n cursul terapiei cu peniciline n focarul de infecie pot s apar forme L -infecia se cronicizeaz.

  • Figure 3.10b

  • Peretele bacterian trebuie s se adapteze permanent protoplastului n cretere - la bacteriile gramnegative enzimele autolitice rup limitat reeaua de peptidoglican i permit inseria de noi molecule n puncte rspndite aleatoriu pe suprafaa bacteriei - la bacteriile gram-pozitive inseria se face predominant n vecintatea septului de diviziune.Interes medicalsensibilitatea la lizoziminterferarea sintezei de ctre penicilineantigenitateaproprietatea de adjuvant imunologic STRUCTURILE SPECIALE ale peretelui bacterianPeretele bacterian condiioneaz colorabilitatea protoplastului n coloraiile difereniale Gram, Ziehl-Neelsen.Peretele bacterian de tip gram-pozitiv - Peptidoglicanul este organizat ntr-o reea tridimensional, cu ochiuri strnse, groas i omogen.

  • Unitile tetrapeptidice ale lanurilor glican adiacente sunt legate prin puni transversale polipeptidice. Sunt variaii importante ale acestor puni interpeptidice de la o specie la alta. De acidul N-acetilmuramic se leag un peptid scurt de 4 aminoacizi n forma L sau D (L-alanina, D-acid glutamic, L-lizina, D-alanina).Structurile speciale asociate:Acizii teichoci (teichos-perete) 50% din greutatea uscat a peretelui bacterian, polimeri hidrosolubili de ribitol sau glicerol fosfai; difereniem acizi teichoici de perete (legai covalent la peptidoglican) i acizi teichoici de membran (lipoteichoici) legai covalent de glicolipedele membranei citoplasmatice. Funcii stabilizeaz i ntresc peretele - leag Mg2+ i asigur mediul ionic necesar activitilor enzimatice n membrana celular. - sunt antigene majore de suprafa utile subtiprii serologice a bacteriilor grampozitive. Acizii teichuronici acid uric+polizaharide neutre - permit subtiparea lactobacililor, streptococilor. - Glicolipide

  • Peretele de tip gramnegativ- subirestructur neomogen, complexPeptidoglicanul dispus profund, n reea bidimensional lax (15-20% din greutatea uscat a peretelui). Tetrapeptidul legat la acidul N-acetil muramic difer de grampozitivi doar prin acidul diaminopimelic care nlocuiete L-lizina.Structurile asociateMembrana extern format dintr-un film intern, fosfolipidic film extern, lipopolizaharidicn ea floteaz diferite molecule proteice: - porine (Omp A,C,D,F, LamB, Tsx) care penetreaz ambele fee ale membranei i formeaz pori (acces nutrieni cu molecule mici hidrofile). OmpA porin n cantitate mare cu molecule lungi, ancoreaz membrana extern la peptidoglican, receptor pentru bacteriofagi i pilii sexuali. - proteine de transport (specifice) mai puin numeroase, transport transmembranar vitamina B12, Fe3+

  • -Lipoproteinele se leag covalent prin polul hidrofil la peptidoglican, prin polul hidrofob la membrana extern, solidarizeaz cele 2 structuri.-Lipopolizaharidul (LPS) hetrepolimerliniar dispus pe suprafaa distal a membranei externe, are - segment proximal, lipidul A format din uniti dizaharidice fosforilate de glucozamin legate prin puni pirofosfat de beta-hidroxiacizi grai cu 10-17 atomi de carbon (caracteristici pentru grupe mari de bacterii, e.g., beta-hidroximiristic Enterobacteriaceae) - miez polizaharidic - partea profund format din glucoz-heptoz i 2-ceto-3deoxioctonat (KDO) numit coloana vertebral este comun tuturor bacteriilor gramnegative. Prin KDO se leag la glucozamina lipidului A. Este antigenul R al bacteriilor gramnegative, important activator al complementului pe cale alternativ. - uniti dizaharidice repetate (10-25x). Cel mai frecvent sunt trizaharide liniare, dar pot fi i tetra sau pentazaharide ramificate. Mascheaz miezul polizaharidic prevenind activarea complementului. Important antigen al gacteriilor gramnegative, antigenul O, mparte speciile n grupe serologice,asigur ncrctura electronegativ i hidrofilia implicate n stabilitatea suspensiilor bacteriene, aspectul neted, lucios, umed al coloniilor (S, smooth ) i efect antifagocitar.

  • LPS codificat de mai multe gene - pot apare mutaii, prin care pierd capacitatea de sintez a antigenului O i a unor poriuni distale ale miezului, dar niciodat a lipidului A i KDO. Scade ncrctura negativ i hidrofilia. Mutantele R sunt favorizate de repicri repetate pe medii artificiale, genereaz clone R care sunt autoaglutinabile, formeaz colonii rugoase R (rough).Spaiul periplasmic - aflat ntre membrana citoplasmatic i membrana extern - conine peptidoglican, lipoproteine, enzime implicate n digestia extracelular sau inactivarea unor antibiotice, fibrele axiale ale spirochetelor - avantaje selective acapararea mediilor apoase minimale nutritiv, chiar n prezena unor substane antibacterieneBacteriile grampozitive au nevoie de medii bogate n nutrieni i sunt natural sensibile la aciunea substanelor antibacteriene, enzimele lor se dilueaz n mediul extracelular.III Glicocalixul procariot-nveli, polizaharidic frecvent, mai rar polipeptidic (Bacillus), dispus distal , numai la unele tulpini bacteriene, nu este caracter taxonomic.

  • Glicocalixul structurat dens nu poate fi separat prin centrifugare - structura impenetrabil la particulele de colorani, n microscopia optic evideniat prin coloraie negativ cu tu de India sau negrozin (capsula incolor)Glicocalixul structurat lax (slime) poate fi separat prin centrifugare, penetrat de particulele de colorani, vizibil la microscopul electronic dup colorare cu rou ruteniu.FunciiFuncioneaz ca ligand la membranele mucoase, celulele eucariote, ntre procariote avnd rol n: -nutriia i virulena bacteriilor : citotoxinele i enzimele bacteriene difuzeaz direct ctre celulele eucariote, prin liza celular nutrienii rezultai ajung direct ctre bacterie nu se dilueaz n mediu.IV Organitele de locomoie- flagelii- fibrele axiale

  • Flagelii organite filamentoase, lungi (6-20micrometri), flexuoase, cu structura proteicPot fi evideniai preparate microscopice colorate prin impregnare argentic preparat umed ntre lam i lamel - cultivare n geloz moale prin nepare- Prezena, numrul, dispoziia flagelilor = caractere taxonomice primare Proteina flagelilor constitue antigenul H cu specificitate de tip (hauch- cretere invaziv)Microscopia electronic filamentul lung i flexuos articulat pe un - crlig rigid terminat cu un corpuscul bazal format la bacteriile gram-pozitive dintr-un inel M flotant n membrana citoplasmatic i unul S supramembranar. La bacteriile gramnegative apar suplimentar un inel P (n stratul de peptidoglican) i unul flotant n membrana extern LAtractanii i repelenii pentru care exist receptori membranari specifici genereaz un semnal care este transmis complexului bazal i determin sensul rotaiei inelelor, apropiere sau ndeprtare.Fibrele axiale analogi ai flagelilor la spirochete, sunt cuprinse n spaiul periplasmic

  • Au inserie polar cu extremitatea liber spre poriunea mijlocie a protoplastului. Treponemele i boreliile mai multe i mai subiri, nrulate n jurul protoplastului. Leptospirele 2 fibre axiale mai groase ce formeaz un axistil n jurul cruia se nruleaz protoplastul. V. Pilii bacterieni- organite rigide, filamentoase, mai scurte dect flagelii, vizibili numai la microscopul electronicpot fi: a. pili comuni (fimbriile) b. pili sexuali. - codificai plasmidiccaracter de tulpin a. dispui peritrichi, funcioneaz ca adezine la receptori specifici ai mucoaselor b. structuri tubulare prezente n numr redus pe suprafaa bacteriilor gramnegative care poart plasmide numite conjugoni. Implicai n conjugarea bacteriilorVI. Endosporii bacterieni - forme de rezisten prin care speciile genurilor Bacillus i Clostridium supravieuiesc n condiii nefavorabile de mediu

  • Structurile codificate de gene represate n viaa vegetativ a acestor bacterii:- protoplastul deshidratat, coninut mare de dipicolinat de calciu, care i confer rezisten- nveliuri: peretele sporal, cortex gros (peptidoglican sensibil la enzimele autolitice) 2 tunici proteice bogate n cistein i legturi disulfidice, care asigur rezistena la ageni chimici i radiaii.

    n stare deshidratat supravieuiesc ani. Condiiile favorabile (apa, nutieni) semnal care declaneaz germinarea: activarea unei autolizine a cortexului. Apa i nutrienii difuzeaz spre protoplastcare crete n volum, rupe nveliurile sporale Sunt uor observai n microscopia optic. Importante caractere taxonomice primare.n coloraia Gram rmn incolori. n coloraia Ziehl Neelsen n rou, bacteria n albastru.

  • 1