1

METABOLISM BACTERIAN Metabolism: Suma tuturor proceselor chimice processes care se desfăşoară într-o celulă. 1. Anabolism: Sinteza de compuşi complexi, cu consum energetic. 2. Catabolism: Descompunerea compuşilor complexi în particule din ce în ce mai mici, cu producere de energie.

EFECTUL FACTORILOR FIZICI ASUPRA DEZVOLTARII BACTERIENE EFECTUL TEMPERATURII Prof. Thomas D. Brock (1966), Indiana Univ. a descoperit dezvoltare bacteriană în izvoarele cu apă fierbinte din Yellowstone National Park la T până la 120˚C. Deasemenea dezvoltare bacteriană în: Solutii apose până la -20˚C, Gheţari din Antarctica, Congelatoare casnice.

Un anumit microorganism prezintă unumite limite de T peste care poate creşte şi se poate multiplica, definite prin 3 valori: Temperatura minimă: T min (sub ea nu se dezvoltă) Temperatura optimă: T o (creştere şi multiplicare optimă) Temperatura maximă: T max (peste care nu se poate dezvolta).

Clasificarea bacteriilor in functie de temperatura de crestere Criofile Mezofile Termofile

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

2

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

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

Ingheţarea poate determina stoparea multiplicării unor bacterii dar multe din ele nu sunt omorâte la temperaturile joase din congelatoarele casnice ! * Investigarea unei epidemii de toxinfecţie alimentară salmonelozică: - Ingheţată contaminată cu Salmonella - Ingheţată pentru câteva luni - încă avea bacterii vii * In laboratoare, bacteriile (tulpini de referinţă, tulpini izolate de la pacienţi) sunt ţinute pentru studii ulterioare în frigidere. EFECTUL pH-ului pH = concentraţia ionilor de hidrogen, [H+] pH optim = neutru (6,8-7) Limite: 6-8

bulion nutritive: pH - 6.8 ! Acidofile: preferă pH acid

Mulţi fungi – acidofili: mediile selective pentru fungi => pH 5.6 Lactobacillus, Helicobacter pylori: pH 5

Alcalifile: preferă mediile alcaline Vibrio cholerae pH > 8.

EFECTUL PRESIUNII OSMOTICE Majoritatea bacteriilor prefera soluţii isotone Apa sărată este hipertonă => ucide multe microorganisme. NaCl = sare – există în natură

- concentraţii variabile Clasificare - multiplicare în prezenţa concentraţiilor diferite de sare Halotolerante

Capabile să se dezvolte la concentraţii moderate de sare

3

Cresc optim în absenţa NaCl E.g. Stafilococi pe mediu cu 7,5% NaCl (Chapman = mediu selectiv) Halofile (iubitoare de sare)

Necesită concentratii crescute de NaCl pentru dezvoltare(15-30%) Saramura: folosită pentru conservarea alimentelor

DAR Stafilococi- halotoleranţi=> contaminare => stricarea alimentelor Levurile şi mucegaiurile tolerează presiuni osmotice crescute =>cresc pe carne,

gemuri, etc. EFECTUL RADIATIILOR UV, gamma } bactericide

Bacterii din aer Suprafeţe, inclusive suprafaţa apei Instrumentar medical (raze gamma)

Mecanism Energia radiantă=> nucleoproteine =>dimeri de timină – lezare celulară

=> moarte Penetrare redusă => aplicaţie limitată în sterilizare

EFECTUL DESICATIEI (USCACIUNEA, DESHIDRATAREA) Desicaţia = letală

Practic: Conservarea alimentelor prin uscare Prezenţa microorganismelor în aerosoli (picături de salivă – strănut, tuse =>

contaminare => boli respiratorii EFECTUL UNOR SUBSTANTE CHIMICE Dezinfecţia: efectul substanţelor chimice folosite pe suprafeţe inanimate Antisepsia: efectul sustanţelor chimice folosite pentru decontaminarea ţesuturilor. Molecule chimice folosite de bacterii pentru ceştere şi dezvoltare: CO2 and O2

CO2 bacterii capneice

5-10% CO2 Metoda “candle jar”

E.g. Neisseria gonorrheae (gonococci) O2 Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenului asupra lor: Obligat aerobe (strict aerobe) Obligat anaerobe (strict anaerobe) Aerob facultativ anaerobe

4

Microaerofile Anaerob-aerotolerante

Obligat aerobe Oxigenul molecura (O2) indispensabil pentru creştere Acceptorul final de e- în lanţul respirator: oxigenul Respiraţie => energie Ex. Mycobacterium tuberculosis; Genul Bacillus

Obligat anaerobe O2 = toxic fermentaţie => energie Ex. Genul Clostridium

Facultativ anaerobe Cresc fie în prezenţa fie în absenţa O2 respiratie (aerobă, anaerobă) sau fermentaţie => energie

In funcţie de mediu Ex. Enterobacteriile

Microaerofile Necesită O2 – conc.< conc. atmosferică O2 în conc.atmosferică = toxic Respiraţie => energie Ex. Neisseria (gonococi, meningococi)

Anaerob-aerotolerante Pot creşte în prezenţa O2

DAR Fermentaţie => energie Ex. Streptococcus.

Toate organismele care cresc în prezenţa O2 au superoxid dismutază. Majoritatea au şi catalază, care descompune H2O2.

Bacteriile obligat anaerobe – nu au superoxide dismutaza catalază şi/sau peroxidază, => sunt supuse acţiunii radicalilor liberi

rezultaţi în prezenţa oxigenului, pe care nu au cum să îi contracareze => efect letal

5

Acţiunea superoxid dismutazei, catalazei şi peroxidazei. Aceste enzime neutralizează radicalii de oxigen care sunt generaţi inevitabil în prezenţa O2 în orice sistem viu.

NUTRITIA BACTERIANA sursa de C:

1. bacterii C autotrofe-fără importanţă medicală. 2. bacterii C heterotrofe: substanţe chimice organice => constituenţi celulari => importanţă medicală.

sursa de energie 1. bacteriile fototrofe - lumina, 2. bacterii chimiotrofe - oxidoreducere * substanţe chimice anorganice - bacterii chimiolitotrofe * substanţe chimice organice - bacterii chimioorganotrofe

Bacteriile de importanţa medicala sunt C heterotrofe, chimioorganotrofe.

Alte elemente necesare nutritiei bacteriene: Apa Săruri minerale Microelemente Bacterii prototrofe capabile de multiplicare pe un mediu sintetic minimal (sălbatice) Bacterii auxotrofe

- selectate în evoluţie, - au pierdut 1-2 căi metabolice. - nu se pot multiplica pe medii sintetice minimale, - pentru dezvoltarea necesită factori de creştere ~ vitamine bacteriene - ex.

vitamine propriu-zise: K, B (B1, B2, B6, B12)) extract de drojdie sânge pentru bacterii pretenţioase (Streptococi, Gonococi, Meningococi) Factor X, V pentru Hemofili

Bacteriile paratrofe - bacterii cu parazitism intracelular: Rickettsia, Chlamydia.

Cunoaşterea necesitäţilor nutritive şi a condiţiilor optime fizico–chimice necesarä pentru:

prepararea mediilor de cultura,

6

cultivarea bacteriilor => diagnosticul de laborator prepararea de vaccinuri, antigene bacteriene studiile fundamentale. METABOLISMUL ENERGETIC BACTERIAN 2 modalităţi principale de producere a energiei: respiraţia, fermentaţia

1. Respiraţia (metabolism energetic respirator) * lanţ transportor de electroni; fosforilare oxidativă = aerobă * lanţ trasnportor de electroni, fosforilare oxidativă anoxibiotică = anaerobă

2. Fermentaţia (metabolism energetic fermentativ). După natura produşilor => diferite tipuri de fermentaţie.

1. Fermentaţia alcoolicǎ => alcool etilic; - la drojdii, levuri (Sacharomyces cerrevisiae) => fermentaţia vinului, berii. 2. Fermentaţia lacticǎ => acid lactic Ex: Streptococi, Lactobacili 3. Fermentaţia acidǎ mixtǎ => acid lactic, succinic, formic, - întâlnita la Enterobacterii şi se evidenţiaza prin reacţia roşu metil. 4. Fermentaţia acetoinicǎ: acumulare de acetoina şi butilen-glicol - întâlnita la Klebsiella şi se evidenţiaza prin reacţia Voges Proskauer. 5. Fermentaţia propionicǎ => acid propionic. - întâlnita la Corynebacterium, Neisserria. 6. Fermentaţia butirica => acid butiric, acid caproic, acid amilic. - întâlnita la Clostridium şi alţi anaerobi. Aplicabilitate practicä => diagnosticul de laborator (identificarea bacteriilor).

CREŞTEREA ŞI MULTIPLICAREA BACTERIILOR

În condiţii optime de temperatură şi nutriţie, bacteriile cresc şi se divid. Dintr-o celulă parentală rezultă 2 celule fiice identice cu parentalul şi identice între ele.

Creşterea şi diviziunea unei celule - ciclul celular Creşterea şi multiplicarea unei populaţii bacteriene – curba de creştere

Ciclul celular - diviziunea cromozomului bacterian - distanţarea celor 2 cromozomi - formarea septului de diviziune - separarea celor 2 celule

“Timpul de generaţie” (T.g.). - constant pentru o specie bacteriană, - influenţat de mediul de cultură şi temperatură. - Ex. 20-30 min. E.coli; bacilul tuberculozei -1000 min.

7

Curba de multiplicare (crestere) a bacteriilor Curba de multiplicare (crestere) a bacteriilor Se apreciază în mediu de cultură lichid. Cuprinde mai multe perioade sau faze:

1. Faza de latenţă - lag 2. Faza de multiplicare logaritmică - log: numărul bacteriilor creşte 3. Faza staţionară: numărul bacteriilor este constant la valori maxime 4. Faza de declin: numărul bacteriilor scade

Faza de latenţă - lag - adaptare (stimulare) metabolică - numărul bacteriilor = nr. bacteriilor inoculate - bacteriile NU se divid - bacteriile cresc în volum - bacteriile sunt în stare de adaptare metabolică

8

- sunt induse enzimele necesare degradării substratului. Faza de multiplicare logaritmică - log

- numărul creşte în progresie geometrică => multiplicare. - particularităţile bacteriilor: Bacteriile sunt vii, tinere, tipice (morfologic, antigenic) => identificare active metabolic bacteriile sunt sensibile la: antibiotice, detergenţi, dezinfectante, factori

fizici, chimici bacteriile se folosesc pentru prepararea de antigene bacteriene, vaccinuri şi în

scopuri industriale nr. bacteriilor creşte în progresie geometrică.

Faza de încetinire a ritmului de multiplicare - la sfârşitul perioadei logaritmice - consumul substanţelor nutritive, O2 (reducerea aerării mediului), - acumulare substanţe toxice. (proteine înlocuite cu altele, care pregătesc

bacteriile pentru supravieţuire în condiţii nefavorabile) - proteine înlocuite cu altele => supravieţuire.

Faza staţionară numărul bacteriilor rămâne constant: unele celule mor iar altele se divid. reprogramată activitatea metabolică. sintetizează proteine de supravieţuire Se produce sporularea bateriilor bacteriile devin mai rezistente la AB.

Faza de declin -mor cu o rată ridicată, - modificate morfologic: bătrâne (perete celular gros), forme aberante, globuloase - starea fiziologică de rezistenţă la stres. - rezistente la acţiunea factorilor fizici, chimici, la antibiotice.

Multiplicarea bacteriilor pe mediul solid => o colonie. Colonie = populaţie pură din punct de vedere genetic deoarece provine de la un singur parental.