Cursuri Microbiologie

of 434/434
INTRODUCERE IN MICROBIOLOGIE Dr. Carmen Costache
  • date post

    08-Aug-2015
  • Category

    Documents

  • view

    454
  • download

    27

Embed Size (px)

description

Cursuri Microbiologie AN 2 MG S1 (sef lucrari dr. Carmen Costache)

Transcript of Cursuri Microbiologie

INTRODUCERE IN MICROBIOLOGIEDr. Carmen Costache

Medicina - obiectivediagnosticul tratamentul prevenirea bolilor umane => cunoaterea etiologiei (cauza) i patogeniei (mecanismul de producere)

MICROBIOLOGIAstudiul microorganismelor Microorganisme invizibile cu ochiul liber

Lumea microorganismelor: divers organisme celulare: monocelulare: protozoare, fungi i bacterii pluricelulare: helmini

STRUCTURI acelulare: virusurile, viroizi, prioni,

PARTICULARITILE MICROORGANISMELOR1.ubiquitare 2.ageni etiologici bolile infecioase: nu se transmit de la o persoan la alta (ex. panaritiu, furuncul). bolile infecto - contagioase: se transmit de la o persoan la alta.

3.lume model n cercetri fundamentale

PARTICULARITILE MICROORGANISMELOR

4.model simplu de difereniere celular. sporulare germinare

PARTICULARITILE MICROORGANISMELOR

5.celule ancestrale

PARTICULARITILE MICROORGANISMELOR

6.arm biologic

To help protect your privacy, PowerPoint has blocked automatic download of this picture.

PARTICULARITILE MICROORGANISMELOR

PARTICULARITILE MICROORGANISMELOR

7.competitoare al omului pentru supremaie biologica variola eradicata 1977-1978;

HIV: 1981-1982

Microorganisme=Microbi = Germeni

BACTERII VIRUSURI FUNGI PARAZITI TOTAL DIFERITI INTRE EI !! STRUCTURA DIAGNOSTIC TRATAMENT

IncadrareRegn protista: alge, protozoare Regn Myceta: fungi Regn Prokariota (Monera): bacterii Archaebacerii Cianobacterii Eubacterii = bacteriile adevarate

Bacteriile = prokariote

celula prokariota celula eukariota Structura (morfologie) Functie Metabolism Multiplicare

Virusurile NU sunt celule sunt structuri acelulare

Bacteriile = prokariote Corpul uman/animal = eukariote

DIFERENIERE NTRE CELULE DE TIP EUKARIOT I PROKARIOT Nucleu

nucleu adevrat: nucleoli, membrana nuclear.

echivalent nuclear, nucleoid nu prezint nucleoli, mb. nuclear

Materialul genetic =genom.Eukariote ADN Prokariote Material genetic cromozomial extracrozomial. Cz = molecul dublu catenar de ADN circular => un singur cromozom. Extra-cz

elemente transpozabile (mobile) uneori plasmide. Cz = perechi Cz = ADN + histone

cz, mitocondrial, cloroplastelor

informaie genetic neesenial pentru supravieuirea i multiplicarea bacteriilor,

plasmide bacteriofagi

ORGANIZAREA CITOPLASMEIcompartimentat. organite =>

ribozomi 80 S, su 60 S Su 40 S

Necompartimentat, (mezozomi). Ribozomi 70 S 50 S (Large) 30 S (Small).

MEMBRANA CITOPLASMATIC

complexa

nu exist steroli, excepie Mycoplasma

NVELIURILE CELULARElipsesc nveliurile celulare Exist la levuri plante, sunt bogate n celuloz.

perete celular, responsabil de meninerea formei

rigiditate, are peptidiglican (murein).

MULTIPLICAREsexualitate. primete o dubl informaie genetic de la parentali care se reasociaz n meioz.

divizarea asexual Amitotic sciziparitale sau fiziune binar. Informatia = Haploid.

MORFOLOGIE BACTERIAN

Microscopia optic

evidenierea formei, Dimensiunilor

Microscopia electronic Morfologia => preparate microscopice: Evidentierea structurii bacteriilor.

900-1000 X. 0,2 - 2m 2-20 mm

preparat nativ, frotiu efectuate din:

produse patologice cultur bacterian pur.

Frotiul - preparat microscopic colorat,Informaii: forma dimensiunile dispoziia bacteriilor, afinitatea tinctorial, prezena structurilor facultative, numar (prod.patol.)

Frotiul - preparat microscopic colorat,Forme fundamentale sfer - coci (1) Cilindru, bastonas - bacili (3-7); cilindru helicoidal forma spiralat

COCIDispoziia rezult n urma diviziunii diplo: diplococi Pneumococi: coci Gram pozitivi, ovoizi cu aspect de flacre de lumnare (diviziune pe vertical),

Neisserii: coci Gram negativi cu aspect reniform, concav convex (diviziune pe orizontal),

tetrade: Micrococi: 4 coci reunii octade: Sarcina: 8 coci. lanuri: Streptococi. grmezi: Stafilococi

BACILICapete bacililor pot fi: rotunjite la Enterobacterii b.coli i ali bacili Gram negativi ascuite la Fusobacterium bacili Gram negativi drepte bacilii din genul Bacillus (bacili Gram pozitivi) Grosimea cilindrului poate fi diferit: deformai prin endospori, incluzii Endosporii nu se coloreaz n coloraia Gram = zone necolorate, albe, sferice, endospori cu diam. < dect diam. f. vegetative, Bacillus (bacili Gram pozitivi) endospori cu diam. > dect diam.f.vegetative, Clostridium, Gram pozitivi. terminal, Clostridium tetani subterminal-rachet de tenis: Clostridium botulinicum central-brcu sau de fus: Clostridium septicum, sporogenes

BACILIDispoziia n frotiu: bacili izolai:

diplobacili:

Enterobacterii: bacil colii (bacili Gram negativi) Bacilul crbunos n frotiurile efectuate din produs patologic Bacillus (bacili Gram pozitivi): Bacil subtilis, bacil cereus, bacil crbunos (n frotiurile din cultur pur). Mycobacterium tuberculosis aspect de majuscule (X, Y, W) Corynebacterium diphteriae aspect de litere chinezeti (bacili ncurbai, deformai la capete Gram pozitivi). Bacili pseudodifterici (bacili Gram pozitivi)

streptobacili:

bacili unii la capete:

bacili dispui n palisade:

COCOBACILI

bacili scuri, subiri, 1,5 - 2 lungime 0,6 - 0,8 lime

Gram negativi. Ex:

Haemophyllus, Brucella, Bordetella

FORME SPIRALATEBACILI NCURBAI: numr mic de ture de spir Vibrion holeric bacil ncurbat mobil, aspect de virgul, Gram negativ

Campylobacter 2 bacili ncurbai unii la capete, aspect de liter S

Helicobacter mai muli bacili ncurbai unii la capete (2-5) produc gastrite, ulcer duodenal

FORME SPIRALATESpirochete: bacterii spiralate lungi 5 - 10, Subiri 0,2 - 0,3 , mobile prin aparat locomotor;

Ex. Treponema pallidum, Leptospira, Borrellia

Spirili: bacterii spiralate rigide, neimplicate n patologia uman;

Forma: meninut datorita peretelui celular. Bacterii fr perete celular : Mycoplasma culturi vechi 48-72 ore = pleomorfismul bacterian Bacterii necolorabile prin coloratia Gram =>

Bacterii spiralate

genul Mycobacteria

Treponema pallidum, Leptospira, Borrellia Necesita coloraii speciale: Fontana, Burri, Giemsa coloraia Ziehl Neelsen Rickettsia, Chlamydia coloraia Giemsa, Machiavello, Giemenez

Bacterii intracelulare:

Treponema pallidum Burri

Fontana

genul Mycobacteria coloraia Ziehl Neelsen

Giemsa,

Chlamydii, RickettiiGimenez

Macchiavello

clasificare, nomenclatura, identificare

Taxonomie

Clasificare Specia = unitatea de baza a clasificarii ~ Reflecta proprietate Var Tip (biotip, serotip) phyllum - clase - ordine - familii genuri/triburi specii Diviziuni bacteriene = unitati taxonomice

Nomenclatura: latinizata (reguli internationale) proprietati Ex. Mycobacterium tuberculosis ordinele ales familiile - aceae Triburi/genuri eae

Identificare importanta practica a clasificarii

IDENTIFICAREA

Deosebeste Microorganismele bune Rele = patogene

Proprietati specifice Morfologice De cultura

izolare si identificare agent cauzator = etiologic al unei imbolnaviri

CLASIFICAREA BACTERIILOR

Clasificarea Linn nu dup nrudireanatural ci dup unele proprieti fenotipice: structura peretelui celular, afinitatea morfotinctorial, proprieti metabolice, rezistena la diverse condiii de mediu

Bergeys Manual of Systematic BacteriologyInternational Commission of Bacterial Systematic 1980

Adansoniana numerica Prezenta/absenta: pigmenti, enzime Complicata statistica

Filogenetica 1980 Tehnici moleculare si genetice hybridizarea acizilor nucleici Analiza secventelor ARN-ului ribozomal (rRNA)

inrudirea evolutiva

Peretele celular => 4 divizii editia 9-a

I. Gracillicutes Bacterii Gram negative Grup 1: Spirochete: Grup 2: Aerobe/micro-aerofile, mobile, helicoidale Grup 3: Cam pylobacter, Helicobacter Bacterii incurbate, imobile sau rar mobile Treponema, Borrelia, Leptospira

Group 4: Aerobe/ micro-aerofile, bacili si coci:Bordetella Brucella, Francisella Legionella, Moraxella Neisseria, P seudom onas Bacteroides

I. Gracillicutes Bacterii Gram negative

Grup 5: bacili facultativ anaerobi

Grup 6: bacili incurbati sau helicoidali, anaerobiGroup 7: bacterii reducatoare de sulf Group 8: coci anaerobi

Escherichia, K lebsiella P roteus, P rovidencia Salm onella, Shigella Yersinia, Vibrio Haem ophilus, Pasteurella

Fusobacterium

Group 9: Rickettsiae and Chlamydiae: Rick ettsia Chlam ydia Cox iella

Grup 10-16 - fara importanta medicala

II. Firmicutes: bacterii Gram pozitive

Grup 17:

Grup 18: bacili formatori de endospori: Grup 19: bacili nesporulati Grup 20: bacili neregulati, nesporulati : Grup 21: Mycobacteria: Mycobacterium Grup 22-29: Actinomycete: Nocardia, Streptomyces, Rhodococcus Actinomyces Corynebacterium Listeria ClasaThallobacteria Bacillus Clostridium

Enterococcus Peptostreptococcus Staphylococcus Streptococcus

III. Tenericutes Bacterii fara perete celular

Group 30: M ycoplasm a, Ureaplasm a

IV. Mendosicutes: Archaebacteria

GRUPE DE HAZARD

RISC INFECIOS: 4 grupe gradul de pericol la locul de munc. Criterii patogenitatea pentru om risc pentru personalul de laborator transmisie n colectiviti exista profilaxie tratament corespunztor

I. Microorganisme care nu par a determina boli umane II. Microorganisme care:

pot cauza boli umane prezint risc pentru personalul de laborator nu par a se rspndi n colectivitate exist msuri de profilaxie, tratament

Eschericia coli, Stafilococ aureus, Streptococ, Treponema pallidum, Klebsiella, Mycobacterii netuberculoase, Proteus, Vibrio holeric, Shigella.

Bacterii: Bacillus cereus, Bordetella pertussis, Campylobacter, Clostridium botulinicum i alte clostridii, Bacil difteric, Enterobacter,

Virusuri: Adenovirus, Coronavirus, Herpesvirus, virusuri Coxackie, Echo, virusul hepatitei A, virusuri poliomielitice, Rhinovirus, Rotavirus, virusul rubeolei, virus gripal, Paramyxovirus

III. Microorganisme care: determin boli severe prezint risc serios pentru personalul de laborator prezint risc de rspndire n colectiviti exist profilaxie i tratament corespunztor

Bacterii: Bacil crbunos, Brucella, Chlamydia psittaci, bacilul TBC, bacilul leprei, Rickettsii, Virusuri: CMV, Bunyavirusuri, Hepatita B,D, Enterovirus, HIV, Virusul rabic

Salmonella typhi, Salmonella paratyphi A,B,C.

IV. Microorganisme care: determin boli serioase la om prezint risc serios pentru personalul de laborator prezint risc crescut de rspndire n colectiviti nu au profilaxie i tratament eficient

Virusuri: Arenavirusuri (virusurile Lassa, Junin, Machupo), Bunyavirusuri (v. febrei de Crimeea Congo), Filoviridae (virusurile Ebola, Marburg); Poxviridae (virusul variolei)

Produsele patologice nu se cunoate coninutul microbian trebuie prelucrate cu respectarea normelor de protecie.

Morfologie bacterianaDr. Carmen Costache

STRUCTURA1.Structuri obligatorii: Nucleoid, Citoplasma, Membran citoplasmatic, Perete celular 2.Structuri facultative * neeseniale pentru multiplicare * confer proprieti de patogenitatea Capsul, Glicocalix; Pili comuni, pili de sex, Flageli (Cili), Spori

NUCLEOID

nu are nucleoli, membrana nuclear.

Se evideniaz: prin coloraii speciale: coloraia Feulgen, acridin orange;

microscopia electronic (aspect fibrilar).

NUCLEOID

Un singur cromozom = o molecul dublu catenar de ADN circular 50-65 bucle supraspiralizate, pliat, rsucit, fibrilar, de arici sau ghem legat de membrana citoplasmatic prin mezozomi

Informaia genetic - haploid (gene pentru un caracter ntr-un singur exemplar). contact direct ntre ADN i ARN, important pentru transcrierea i traducerea inf.geneticesediul de aciune al unor AB: Quinolone Nitrofurani, imidazoli Rifamicine

NUCLEOID

studii recente => Cz lineari Borrellia burgdorferi, Streptomyces spp

Nr. copii de AND/cz la un moment dat Depind de stadiul ciclului celular

Material genetic extracromozomial autonom sau integrat n cz bacterian Plasmidele Bacteriofagii

Material genetic extracromozomial

Plasmidele molecule de ADN circulare. se pot transmite de la o bacterie la alta = conjugarea bacterian Codifica nr variabil de gene virulenta.

Feuelgen pozitiv

Material genetic extracromozomial Bacteriofagii Structuri virale infecteaza bacteriile. 2 tipuri: litici, capabili de replicare => liza bacteriei lizogeni (temperai) se pot integra n cz. = profag => proprieti noi: ex. producerea unor toxine.

CITOPLASMA BACTERIILORnecompartimentat, fr organite: reticul endoplasmatic, aparat Golgi, mitocondrii,

2 zone distincte Periferica, amorfa Interna (nucleoidul)

CITOPLASMA BACTERIILOR

1.Ribozomi: mii, 70 S

Chloramfenicol, Erithromicina (M) Clindamicin, Tetracicline Aminoglicozide

sediul sintezei proteice inta de aciune a unor antibiotice => inhiba selectiv sinteza proteica bacteriana dar nu si cea eukariota !

subunitile : 50 S (Large) i 30 S (Small)

50 S

30 S

CITOPLASMA BACTERIILOR

2.Granule/Incluzii: mas lichid de substane nutritive, delimitate de membran Colorate specific de anumiti coloranti Ex. Volutina = corpuscul metacromatic (albastru de metilen=> rosu)

CITOPLASMA BACTERIILOR

3. ARN n cantitate mare, reprezentat de r ARN (9%), m ARN, t ARN.

4. Molecule: 3000 4000 molecule diferite; ap, sruri minerale, ioni, acizi nucleici

5. Incluzii: material nutritiv de rezerv, format n condiii nefavorabile de mediu

6. Plasmide

MEMBRANA CITOPLASMATICAstrat subire (10 -20 nm) sub peretele celular => greu de evideniat. Structura membranei citoplasmatice modelul mozaicului Singer:

mas fosfolipidic, plutesc insule de proteine, dispuse spre interior, exterior sau n masa fosfolipidic.

model dinamic => reciclat permanent.

MEMBRANA CITOPLASMATICAPrelungiri n citoplasm: 1. Mezozomi Rol: diviziunea bacteriilor; replicare ADN-ului; formarea endosporilor

2. Oxizomi: prelungiri scurte Rol: procesele bioenergetice la bacteriile capabile de respiraie: aerobe, aerob anaerobe facultative, microaerofile.

FUNCIILE MEMBRANEI CITOPLASMATICE

1. Permeabilitate selectiv i transport de substane: transport pasiv = difuzia simpl, substane cu GM mic transportul activ contra gradient de concentraie, cu consum de energie

FUNCIILE MEMBRANEI CITOPLASMATICE

2. Funcie bioenergetic: sediul transportului de electroni, a fosforilrii oxidative (Oxizomii).

3. Funcie biosintetic: precursori PC 4. Sediul enzimelor hidrolazice

hidrolizeaz polimeri organici: proteine, zaharuri, lipide n nutrieni, care pot ptrunde n bacterie.

FUNCIILE MEMBRANEI CITOPLASMATICE

5.inta de aciune pentru detergeni i antibiotice (bactericid.)

FUNCIILE MEMBRANEI CITOPLASMATICE

6. Replicarea ADN cromozomial, plasmidic: prin mezozomii septali

7. Sediul motorului ciliar

FUNCIILE MEMBRANEI CITOPLASMATICE

8. Import de macromolecule ex. fragment de ADN, de la bacterii donatoare = transformare

FUNCIILE MEMBRANEI CITOPLASMATICE

9. Sediul receptorilor chemotactici: deplasarea spre substanele nutritive

PERETELE CELULAR BACTERIAN

prezent la majoritatea bacteriilor, cu excepia genului Mycoplasma. PERETELE CELULAR LA BACTERII GRAM POZITIVE gros (15- 50 nm), dar simplu structurat: straturi suprapuse de peptidoglican (40) i acizi teichoici ataai 1.Acizi teichoici sunt heteropolimeri repetitivi, Rol - aderarea bacteriilor de celulele epiteliale ale mucoaselor - antigene de suprafa - captarea unor nutrieni: ex. Mg. 2.Polizaharide de perete 3.Proteine de perete excepie Mycobacterium, ex. streptococ hemolitic.

Lipidele sunt n cantitate mic (patogene

Capsula se evideniaz1. n frotiuri prin: coloraii negative, nu coloreaz capsula, vizibil ca un halou alb n jurul bacteriilor: coloraia Gram (prod. patologic), Burri (culturi pure)

coloraii pozitive: coloraia Muir 2. Prin reacii antigen - anticorp: reacia de precipitare i reacia de umflare a capsulei 3. Dup aspectul coloniilor pe medii de cultur: foarte mucoase

CAPSULA

Compoziie chimic

polizaharidic, majoritatea bacteriilor capsulate (Pneumococ, Meningococ, Hemofili).

polipeptidic: polimer al acidului D - Glutamic, la bacilul crbunos.

proteic Yersinia pestis,

polimer de acid hialuronic la Streptococ - hemolitic. Rol 1. antigen bacterian. 2. factor de patogenitate bacterian: se opune fagocitrii bacteriilor.

GLICOCALIXULstrat de suprafa sintetizat de bacterii n mediul lor natural. structurat, fibre polizaharidice lungi (dextran sau levan) se poate evidenia doar n microscopie electronic Rol 1.adezina polizaharidic 2.factor de colonizare

Ex. Mutanul ( Streptococus mutans) - ader de smalul dentar cu formarea cariei dentare. Bacteriile produc metabolii acizi, care atac smalul dentar.

PILII COMUNI (FIMBRII)

Pleac din membrana citoplasmic, strbat PC

formaiuni filamentoase, tubulare scurte numr mare (aproximativ 100 - 200 pili). natur proteic (pilein ). determinism cromozomial mai rar determinism plasmidic.

ntlnii la bacteriile Gram negative

PILIIRol 1. adezinele proteice ale bacteriilor:

aderarea nespecific pe suprafee inerte, aderarea specific pe mucoase, epitelii, endotelii, hematii, fagocite.

2. factor de patogenitate Gonococii, E. coli- (ETEC),

3. antigene posibilitatea modificarea structurii antigenice

PILII DE SEXformaiuni tubulare lungi numr mic (1-4 ) prezeni la bacteriile G negative au determinism extracromozomial (plasmidic) Rol: conjugarea bacterian

FLAGELI (CILI)

formaiuni tubulare lungi

organite de locomoie ale bacteriilor Structur proteic = flagelin Ultrasctructura la ME: Evidentierea cililor : corpuscul bazal cilindru proteic (filament axial). n preparate microscopice:

aprox. 20 m lungime/20 nm lime.

pe medii de cultur, prin nsmnarea bacteriilor prin nepare: bacteriile imobile se dezvolt doar pe traiectul de nepare, cele mobile se dezvolt n tot mediul.

coloraii speciale indirect n preparate native (mobilitatea bacterian) .

Rol: 1. mobilitate, spre locurile unde exist atractani:

chimiotaxie (deplasarea spre substane chimice); fototaxie (deplasare spre locurile cu lumin); etc

2.antigen bacterian - antigenul H, Weil - Felix a evideniat la Proteus, nsmnat ntr-un punct dintr-un mediu, se dezvolt pe tot mediul sub forma unor vluri concentrice (hauch).

SPORIIforme de rezisten - condiii nefavorabile de temperatur, nutriie, pH, oxigen, form primitiv de difereniere celular la bacterii. Sporularea:

Germinare

iniial endospori ulteior - spori liberi = exospori

Evidenierea sporilor

Revenire la forma vegetativ cnd ntlnesc condiii favorabile

Ultrastructura sporilor (ME) din interior spre exterior: Protoplastul sporal Peretele sporal Cortexul nveliurile sporale si exosporium

coloraii negative: Gram (formaiuni ovalare, necolorate, n interiorul bacteriilor). coloraii pozitive: verde malachit i safranin

Rol: 1. identificarea bacteriilor. 2.alegerea metodelor de sterilizare i dezinfecie capabile s distrug sporii

SPORI

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIAN

I. Pentru unele boli infecioase, examenul microscopic = singura posibilitate diagnostic.Ex. Sifilis - Treponema pallidum, nu exist posibilitatea de a izola, cultiva => evidenierea i identificarea n preparat nativ sau n frotiuri prin coloraii speciale (impregnarea argentic) = forma spiralat.

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIAN

II. Pentru alte boli infectioase, exist posibilitatea cultivrii i izolrii agentului etiologic, dar examenul microscopic ofer informaii preioase. gonoree - Neisseria gonnorhoeae (gonococ) imaginea microscopic: PMN, diplococi intra i extracelulari.

tuberculoz, bacilul Koch se dezvolt lent, frotiu din produs patologic: evidenierea de bacili acido alcoolorezisteni prin coloraia Ziehl - Neelsen,

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIANIII. Pentru alte boli infecioase- informaii orientative. Frotiu din puroi, colorat Gram: coci Gram pozitivi dispui n grmezi - infecie stafilococic coci Gram pozitivi, dispui n lanuri - infecie streptococic diplobacili Gram pozitivi, capsulai - etiologie crbunoas bacili G pozitivi deformai - tetanos ( Clostridium tetani) bacili G negativi capsulai - Klebsiella Frotiu din sput: diplococi Gram pozitivi capsulai - pneumonie pneumococic bacili Gram negativi capsulai Klebsiella pn. Frotiu din LCR: diplococi G negativi - etiologie meningococic. diplococi G pozitivi capsulai - etiologie pneumococic

Morfologie bacteriana FORMATIUNI FACULTATIVEDr. Carmen Costache

FORMATIUNI FACULTATIVE

Confer bacteriilor proprieti importante n natur

aderena, rezisten la fagocitoz ( unele fiind factori de patogenitate.)

CAPSULA strat amorf de nveli 3 structuri : Capsula microscopic : poate nconjura 1-2 bacterii.

Microcapsul: antigenul K / antigen Vi la Salmonella. se evideniaz doar n microscopie electronic poate nconjura doar parial peretele celular.

Ex. Pneumococi, Meningococi, Hemofili, Bacilul crbunos, Klebsiella, Clostridium perfringers.

Stratul mucos produs doar n condiii naturale =>patogene

Capsula se evideniaz1. n frotiuri prin: coloraii negative, nu coloreaz capsula, vizibil ca un halou alb n jurul bacteriilor: coloraia Gram (prod. patologic), Burri (culturi pure)

coloraii pozitive: coloraia Muir 2. Prin reacii antigen - anticorp: reacia de precipitare i reacia de umflare a capsulei 3. Dup aspectul coloniilor pe medii de cultur: foarte mucoase

CAPSULA

Compoziie chimic

polizaharidic, majoritatea bacteriilor capsulate (Pneumococ, Meningococ, Hemofili).

polipeptidic: polimer al acidului D - Glutamic, la bacilul crbunos.

proteic Yersinia pestis,

polimer de acid hialuronic la Streptococ - hemolitic. Rol 1. antigen bacterian. 2. factor de patogenitate bacterian: se opune fagocitrii bacteriilor.

GLICOCALIXULstrat de suprafa sintetizat de bacterii n mediul lor natural. structurat, fibre polizaharidice lungi (dextran sau levan) se poate evidenia doar n microscopie electronic Rol 1.adezina polizaharidic 2.factor de colonizare

Ex. Mutanul ( Streptococus mutans) - ader de smalul dentar cu formarea cariei dentare. Bacteriile produc metabolii acizi, care atac smalul dentar.

PILII COMUNI (FIMBRII)

Pleac din membrana citoplasmic, strbat PC

formaiuni filamentoase, tubulare scurte numr mare (aproximativ 100 - 200 pili). natur proteic (pilein ). determinism cromozomial mai rar determinism plasmidic.

ntlnii la bacteriile Gram negative

PILIIRol 1. adezinele proteice ale bacteriilor:

aderarea nespecific pe suprafee inerte, aderarea specific pe mucoase, epitelii, endotelii, hematii, fagocite.

2. factor de patogenitate Gonococii, E. coli- (ETEC),

3. antigene posibilitatea modificarea structurii antigenice

PILII DE SEXformaiuni tubulare lungi numr mic (1-4 ) prezeni la bacteriile G negative au determinism extracromozomial (plasmidic) Rol: conjugarea bacterian

FLAGELI (CILI)

formaiuni tubulare lungi

organite de locomoie ale bacteriilor Structur proteic = flagelin Ultrasctructura la ME: Evidentierea cililor : corpuscul bazal cilindru proteic (filament axial). n preparate microscopice:

aprox. 20 m lungime/20 nm lime.

pe medii de cultur, prin nsmnarea bacteriilor prin nepare: bacteriile imobile se dezvolt doar pe traiectul de nepare, cele mobile se dezvolt n tot mediul.

coloraii speciale indirect n preparate native (mobilitatea bacterian) .

Rol: 1. mobilitate, spre locurile unde exist atractani:

chimiotaxie (deplasarea spre substane chimice); fototaxie (deplasare spre locurile cu lumin); etc

2.antigen bacterian - antigenul H, Weil - Felix a evideniat la Proteus, nsmnat ntr-un punct dintr-un mediu, se dezvolt pe tot mediul sub forma unor vluri concentrice (hauch).

SPORII

forme de rezisten - condiii nefavorabile de temperatur, nutriie, pH, oxigen, form primitiv de difereniere celular la bacterii. Sporularea: iniial endospori ulteior - spori liberi = exospori

Germinare Revenire la forma vegetativ cnd ntlnesc condiii favorabile

SPORII

Evidenierea sporilor

coloraii negative: Gram (formaiuni ovalare, necolorate, n interiorul bacteriilor). coloraii pozitive: verde malachit i safranin Protoplastul sporal Peretele sporal Cortexul nveliurile sporale si exosporium

Ultrastructura sporilor (ME) din interior spre exterior:

SPORII

Rol: 1. Forma de rezisten pentru bacterii 2. identificarea bacteriilor. 3. alegerea metodelor de sterilizare i dezinfecie capabile s distrug sporii

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIANUnele boli infecioase - examenul microscopic = singura posibilitate diagnostic.

Ex. Sifilis - Treponema pallidum NU crete pe mediile de cultur => evidenierea i identificarea n preparat nativ sau n frotiuri

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIANUnele boli infectioase - examenul microscopic ofer informaii preioase

gonoree - Neisseria

gennorhoeae(gonococ)

imaginea microscopic: diplococi intra i extracelulari.

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIANUnele boli infectioase - examenul microscopic ofer informaii preioase

- tuberculoz, bacilul Koch se dezvolt lent

frotiu din produs patologic: bacili acido alcoolorezisteni, coloraia Ziehl - Neelsen

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIANUnele boli infecioaseinformaii orientative. Frotiu din puroi, colorat Gram: coci Gram pozitivi dispui n grmezi - infecie stafilococic

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIAN

Unele boli infecioaseinformaii orientative.

Frotiu din puroi, colorat Gram: coci Gram pozitivi, dispui n lanuri infecie streptococic

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIAN

Unele boli infecioaseinformaii orientative.

Frotiu din sput: diplococi Gram pozitivi capsulai - pneumonie pneumococic

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIAN

Unele boli infecioase- informaii orientative.

Frotiu din sput: bacili Gram negativi capsulai Klebsiella

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIAN

Unele boli infecioase- informaii orientative.

Frotiu din LCR: diplococi G negativi - etiologie meningococic.

IMPORTANA CUNOTINELOR DE MORFOLOGIE BACTERIAN

Unele boli infecioase- informaii orientative.

Frotiu din LCR: diplococi G pozitivi capsulai - etiologie pneumococic.

Metabolism bacterianDr. Carmen Costache

METABOLISM BACTERIANPlanul cursului

Definiie, Anabolism, Catabolism

Efectul unor substane chimice O2 Clasificare

Efectul factorilor fizici asupra dezvoltrii bacteriene Efectul Efectul Efectul Efectul Efectul temperaturii pH-ului presiunii osmotice radiaiilor deshidratrii

CO2

Nutriia bacterian Bacteriile de importan medical Metabolismul energetic bacterian Curba de multiplicare (cretere) a bacteriilor

Metabolism bacterian

Definiie: Suma tuturor proceselor chimice

1. Anabolism: Sinteza de compui compleci, cu consum energetic. 2. Catabolism: - descompunerea compuilor compleci - producere de energie

Efectul factorilor fizici asupra dezvoltrii bacteriene Efectul temperaturii dezvoltare bacterian

izvoarele cu ap fierbinte din Yellowstone National Park 120C. Soluii apose pn la -20C, Gheari din Antarctica, Congelatoare casnice: 0 C.

Clasificarea bacteriilor n funcie de temperatura de cretere Microorganisme: limite de T, definite prin 3 valori: T min, T o, T max

T min = < NU se dezvolt T o = cretere i multiplicare optim T max= > NU se pot dezvolta, mor

Clasificarea bacteriilor=f(T)

Criofile Mezofile Termofile

Criofile (fr importan medical) T : 0 20C To: 10-15C Mri, oceane, soluri reci, frigidere Termofile (fr importan medical) T: 45-90C T o: 60-70C Soluri calde, izvoare termale Mezofile - importan medical !!! T o aproape de 37C T: 20-45C

Efectul temperaturii asupra dezvoltrii bacteriene

Inghearea => stoparea multiplicrii unor bacterii DAR multe din ele nu sunt omorte la temperaturile din congelatoarele casnice !

Investigarea unei epidemii de toxinfecie alimentar salmonelozic: Ingheat contaminat cu Salmonella luni de zile inghetata nc avea bacterii vii

In laboratoare bacteriile (tulpini de referin, tulpini izolate de la pacieni) pstrate pentru studii ulterioare n frigidere/congelatoare.

Efectul pH-ului asupra bacteriilor

pH = concentraia ionilor de hidrogen, [H+] pH optim = neutru (6,8-7) Limite: 6-8 bulion nutritiv: pH = 6,8 !

Acidofile: prefer pH acid Helicobacter pylori

Alcalifile: prefer mediile alcaline Vibrio cholerae: pH > 8

Efectul presiunii osmotice asupra bacteriilorApa srat - hiperton => ucide multe microorganisme. Majoritatea: soluii izotone NaCl exist n natur (concentraii variabile)

Clasificarea bacteriilor n funcie de concentraia de sare tolerat

7,5% NaCl (Chapman = mediu selectiv)

ex. Staphylococcus crete pe mediu cu

Halotolerante = concentraii moderate de sare

Halofile = necesit 15-30% NaCl

Efectul presiunii osmotice asupra bacteriilor

Saramura: folosit pentru conservarea alimentelor DAR Stafilococi- halotolerani=> contaminare => stricarea alimentelor Levurile i mucegaiurile tolereaz presiuni osmotice crescute => cresc pe carne, gemuri, etc.

Efectul radiaiilor asupra bacteriilor

UV, gamma bactericide

Mecanism

Bacterii din aer Suprafee, inclusiv suprafaa apei Instrumentar medical (raze gamma)

Energia radiant => nucleoproteine =>dimeri de timin lezare celular => moarte Penetrare redus => aplicaie limitat n sterilizare

Efectul desicaiei (deshidratarea, uscarea)

Desicaia = letal pentru bacterii Practic: conservarea alimentelor

Efectul desicaiei (deshidratarea, uscarea)

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

Efectul unor substane chimice asupra bacteriilor

Dezinfecia: efectul substanelor chimice folosite pe suprafee Antisepsia: efectul sustanelor chimice folosite pentru decontaminarea esuturilor.

Molecule chimice folosite de bacterii pentru cretere i dezvoltare: CO2 and O2

CO2 - bacterii capneice

5-10% CO2 termostate cu atmosfer de CO2 E.g. Neisseria gonorrheae (gonococci)

Clasificarea bacteriilor n funcie de efectul oxigenului asupra lor

Obligat aerobe = strict aerobe Obligat anaerobe = strict anaerobe Aerob facultativ anaerobe Microaerofile Anaerob-aerotolerante

Clasificarea bacteriilor n funcie de efectul oxigenului asupra lorObligat aerobe

Oxigenul molecur (O2) indispensabil pentru cretere Acceptorul final de electroni n lanul respirator: oxigenul Respiraie => energie Ex. Mycobacterium tuberculosis; genul Bacillus

Clasificarea bacteriilor n funcie de efectul oxigenului asupra lorObligat anaerobe

O2 = toxic fermentaie => energie Ex. Clostridium spp.

Clasificarea bacteriilor n funcie de efectul oxigenului asupra lorAerobe facultativ anaerobe

Cresc n prezena SAU absena O2 respiratie (aerob, anaerob) sau fermentaie => energie Ex. Enterobacteriile

Clasificarea bacteriilor n funcie de efectul oxigenului asupra lor MicroaerofileNecesit O2 conc.< conc. atmosferic O2 n concentraia atmosferic = toxic Respiraie => energie Ex. Neisseria spp. (gonococci, meningococci)

Clasificarea bacteriilor n funcie de efectul oxigenului asupra lor

Anaerob-aerotolerante

pot crete n prezena O2 DAR Fermentaie => energie Ex. Streptococcus Toate organismele care cresc n prezena O2 au superoxid dismutaz.

Clasificarea bacteriilor n funcie de efectul oxigenului asupra lor

Obligat anaerobe (Clostridium) NU au

superoxid dismutaz catalaz i/sau peroxidaz, => sunt supuse aciunii radicalilor liberi rezultai n prezena oxigenului, pe care nu au cum s i neutralizeze => efect letal asupra bacteriilor

Aciunea superoxid dismutazei, catalazei i peroxidazei neutralizeaz radicalii de oxigen care sunt generai inevitabil n prezena O2 n orice sistem viu.

Nutriia bacterianSursa de energieSursa de C:Bacterii C autotrofe: CO2 fr importan medical.

bacterii chimioorganotrofe substane chimice organice

Bacterii C heterotrofe

Substane chimice organice Importan medical

bacteriile fototrofe - lumina bacterii chimiotrofe reacii chimice de oxidoreducere bacterii chimiolitotrofe substane chimice anorganice

Substante chimice organice:

Saruri, microelemente

Apa

Nutriia bacterian

Bacterii prototrofe: multiplicare pe un mediu sintetic minimal (slbatice) Bacterii auxotrofe selectate n evoluie au pierdut 1-2 ci metabolice nu se multiplica pe medii sintetice minimale necesit factori de cretere ~ vitamine bacteriene (Nu pot fi sintetizai de bacterii)

ex. vitamine propriu-zise: K, B (B1, B2, B6, B12)) extract de drojdie snge pentru bacterii pretenioase nutritiv (streptococi, gonococi, meningococi) Factor X, V pentru hemofili

Bacteriile paratrofe

parazitism intracelular: Rickettsia, Chlamydia.

METABOLISMUL ENERGETIC BACTERIAN

2 modaliti principale de producere a energiei: respiraia fermentaia

1. Respiraia (metabolism energetic respirator) lan transportor de electroni; fosforilare oxidativ = aerob lan transportor de electroni, fosforilare anoxibiotic = anaerob 2. Fermentaia (metabolism energetic fermentativ)

Dup natura produilor rezultai => diferite tipuri de fermentaie

Alcoolic Lactic acid mixt Acetoinic Propionic Butiric

Tipuri de fermentaie

Fermentaia alcoolic => alcool etilic;

la drojdii, levuri (Sacharomyces cerrevisiae) => fermentaia vinului, berii.

Tipuri de fermentaie

Fermentaia lactic => acid lactic Ex: streptococi, lactobacili

Normal flora of the vagina = lactobacilli

Tipuri de fermentaie

Fermentaia acid mixt => acid lactic, succinic, formic Enterobacterii evideniata prin reacia rou metil.

Fermentaia acetoinic: acumulare de acetoin i butilen-glicol Klebsiella evideniata prin r. Voges Proskauer.

Tipuri de fermentaie

Fermentaia propionic => acid propionic Corynebacterium, Neisserria

Fermentaia butiric => acid butiric, acid caproic, acid amilic. Clostridium i ali anaerobi.

Aplicabilitate practic => diagnosticul de laborator (identificarea bacteriilor reacii chimice) !Reacia Voges Proskauer

Reacia rou metil

CRETEREA I MULTIPLICAREA BACTERIILOR

temperatur i nutriie optime =>

parental => 2 celule fiice identice Creterea i diviziunea unei celule = ciclul celular Creterea i multiplicarea unei populaii bacteriene = curba de cretere. cu parentalul identice ntre ele.

bacteriile cresc i se divid.

Curba de multiplicare (cretere) a bacteriilor

n mediu de cultur lichid.

Perioadele (fazele) curbei de cretere: Faza de laten - lag Faza de multiplicare logaritmic - log Faza staionar Faza de declin

Curba de multiplicare (cretere) a bacteriilor

Faza de laten (lag) numrul bacteriilor = nr. Bacteriilor inoculate NU se divid cresc n volum sunt n stare de adaptare metabolic sunt induse enzimele necesare degradrii substratului

Faza de multiplicare logaritmic (log) nr. bacteriilor crete n progresie geometric sunt tinere, active metabolic sunt sensibile la aciunea AB, factorilor fizici i chimici utilizate la prepararea de antigene bacteriene, vaccinuri.

Curba de multiplicare (cretere) a bacteriilor

Faza de ncetinire a ritmului de multiplicare sfritul perioadei logaritmice consum substane nutritive, O2 acumulare toxice => supravieuire

Faza staionar

Numr constant reprogramat activitatea metabolic sintetizeaz proteine de supravieuire sporularea devin mai rezistente la AB.

Curba de multiplicare (cretere) a bacteriilor

Faza de declin

Bacteriile mor cu o rat ridicat modificate morfologic: btrne (perete celular gros), forme aberante, globuloase starea fiziologic de rezisten la stres rezistente la aciunea factorilor fizici, chimici, la antibiotice.

Importana cunoaterii metabolismului bacterian

Clasificarea

Utilizarea bacteriilor:

Identificarea bacteriilor

preparare vaccinuri, obinerea de antigene bacteriene, n industria alimentar (lactate, pine, alcool), n cercetarea fundamental mediu.

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

GENETIC BACTERIAN I

Dr. Carmen Costache

Planul capitolului Ereditatea = Metabolismul ADN-ului bacterian Variabilitatea Rolul materialulul genetic extracromozomial Mutaia Transfer de material genetic

Planul cursului

EREDITATEA - Metabolismul ADN-ului Introducere - Dogma centrala Structura ADN Codul genetic Materialul genetic la bacterii Replicarea ADN Transcriere Traducere Gene Operoni Genotip Fenotip

Cromozomial Extracromozomial (Plasmide, Bacteriofagi) Repararea leziunilor ADN

INTRODUCERE Toate organismsmele au materialul genetic reprezentat de ADN si ARN (Avery,1944, pneumococ) folosesc aceleasi nucleotide purine:

pirimidinice:

Adenina (A), Guanina (G); Citozina (C), Timina (T) Uracil (U)

Genetica= Ereditate + variabilitate Ereditatea Conservarea i transmiterea fidel a caracterelor unei specii la descendeni Stabilitatea f (ADN ) ~ metabolismul ADN

Genotipul = totalitatea informaiei genetice Exprimarea fenotipic: informaie genetice-ADN => ARN => proteine

replicarea semiconservativ repararea leziunilor ADN, restricie i modificare transcrierea traducerea informaiei genetice n proteine.

reproducere asexuala:

Fiziune binara

Dogma centrala ADN-ul este depozitarul informatiei genetice transcrisa in ARN si apoi in proteine la nivelul ribozomilor Exceptie: retrovirusurile - Reverse Transcriptaza: ARN => ADN(Avery 1944, pneumococ)

Variabilitatea

Modificare caractere fenotipice microorganism deosebescdescendenii de parental descendenii ntre ei.

St la baza evoluiei Se produce prin modificri n genotip,la nivel molecular. Verticale: Mutatie Transferului orizontal al ADN-ului:transformare, transpozitie, transductie, conjugare

STRUCTURA ADN(Watson &Crick 1953) Chimic = acid nucleic schelet zahr - fosfat, 5 -> 3 3-> 5

i modelul replicrii semiconservative

2 catene polinucleotidice => dublu-helix

baze azotate

purinice adenin, guanin pirimidinice (timin, citozin ) legturi de H, pe baza complementariti: (A=T; C=G).

Perechile de baze succesive => dublu helix ARN Zahar: riboza Uracil gene => loci => Genom Uman: perechi de baze 3.3 x 109 ~ 21.000 gene Bacterii ~ perechi de baze: mil-5 mil 1000-5000 gene

STRUCTURA ADN - Codul genetic Ordinea bazelor azotate n molecula de ADN Codon secven de 3 baze azotate-nucleotide (ex.CCA), specific un anumit amino acid. 4 nucleotide, (4 3) = 64 codoni, 61 specific aminoacizi 3 = codoni stop TAA, TAG Degenerat Ex. Prolina (Pro) CCA, CCC, CCG, CCT

Exprimare fenotipica a informatiei genetice: ADN => ARN => AA - proteine

Genotip => Fenotip Genotip = informatia codificatadescendentilor

stocata in ADN , mostenita, transmisa instructiuni Limbaj codificat = codul genetic copiat diviziune celulara control Formare de macromolecule proteice, Reglarea metabolismului.

Fenotip = manifestarea fizica a acesteiinformatii

STRUCTURA ADN Molecula de ADN continu din punct de vedere chimic. Segmentat- funcional = gen. structurale reglatoare secvene semnal.

A) Cromozomial - nucleoid B) Extra-cromozomial Plasmide Bacteriofagi (fagi) Transpozoni

Repliconi: Nucleoid, plasmide, fagi

A. Plasmide 1. Portiuni mici de ADN dublu catenare, circulare 2. Repliconi (independent de cz) 3. 2 - 30 gene Plasmide conjugante F factor pilul de sex R factor - multiple drug resistance (MDR plasmid); Hfr integrate in cz = recombinare frecventa => prin conjugare => raspandire

The above is from

http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_30.html.

structura bacteriofagi

Structure of phage T4

B. Bacteriofagi 1. Xl74 primul secventializat 2. litic => bacterioliza

3. lizogenic => profag - persistenta Trigger => bacterioliza

Fara incorporarea ADN-ului exogen

REPLICAREA ADN diviziunea etape: iniiere, alungire, terminare. despiralizarea moleculei superhelicoidale

de ADN, realizat de ADN giraza (topoizomeraza 2). punct de origine - zona ori , 1-2 furci de replicare. direcia 5' - 3'. ter, 180, fa de punctul ori.

Replicarea ADN cromozomial i plasmidic: bidirecional semiconservativ caten parental + caten progen

REPARAREA LEZIUNILOR ADN

erori de replicare ADN polimeraza

funcie de corectare i exonucleazic verific complementaritatea bazelor inserate i ndeprteaz bazele incorect inserate

REPARAREA LEZIUNILOR ADN Exist sisteme de reparare: constituitive sau inductibile (SOS) prerepliactive, replicative, postreplicative fidele, infidele (ex.SOS) directe ( act. direct pe leziune), indirecte (prin excizie)

REPARAREA LEZIUNILOR ADN Sistemul S.O.S (save our sequence) codificat de un complex de gene, normal represate. leziuni ADN necorectate => se activeaz. infidel supravieuirea bacteriilor modificate morfologic i funcional

Sistemul de modificare si restrictie

2 enzime complementare E de moficare => metilarea nucleotidelor Endonucleaze de restrictie: taie materialul nerecunoscut

Prezervarea ADN-ului original Folosite in ingineria genetica

Gena insulinei umaneHuman insulin gene Gena hormonului de crestere Prepararea antigenelor

Sistemul de modificare si restrictie

MetilareaMarcarea catenei parentale Gruparile metil adougate dupa replicare

Endonucleazele de restrictieTaie ADN-ul in fragmente Actiune site-specifica fiecarei endonucleaze inparte

Molecule santinela => distrug ADN (ex. Viral) ADN-ul metilat este rezistent la restrictie

TRANSCRIEREA INFORMAIEI GENETICE

gene structurale => mARN tradus => lan polipeptidic Etape: aproape concomitent la nivelul ribozomilor

iniierea, alungirea mARN-ului terminarea transcrierii.

TRANSCRIEREA INFORMAIEI GENETICE Etape: iniierea, alungirea mARN-ului terminarea transcrierii.

Iniierea transcrierii:

ARN polimeraza, recunoaterea promoterului: ataeaz, despiralizeaz ADN. Alungirea m ARN-ului: copiat o singur caten a ADN-ului: catena pozitiv sau catena sens

TRADUCEREA INFORMAIEI GENETICE = sinteza proteinelor, la nivelul ribozomilor. Etape: Iniierea Alungirea Terminarea

TRADUCEREA INFORMAIEI GENETICE operonul = unitatea de transcriere a informaiei geneticeStructura operonului gene structurale alturate, codific protein - enzime, implicate n aceai cale metabolic. secvene semnal: Promoterul-dispus naintea genelor structurale secvena semnal de care se prinde ARN polimeraza. gena reglatoare: promoter, operator, activator;

la distan fa de genele structurale nu face parte din operon, dar codific proteina reglatoare

TRADUCEREA INFORMAIEI GENETICE operoni constitutivi inductibili: operonii catabolici, pentru enzimele cilor degradative, represibili: operonii anabolici, pentru enzimele cilor anabolice

Reglai prin mecanisme de control pozitiv i negativ. Biosinteza protein - enzimelor la bacterii este reglat prin: inducie, represie.

Operon modelFrancois Jacob and Jacques Monod

Structure of a typical operon. Image from Purves et al., Life: The Science of Biology, 4th Edition, by Sinauer Associates (www.sinauer.com) and WH Freeman (www.whfreeman.com)

Operonul lactozei Gene structurale -Galactozidaza ( Gal => Glu + Lac -Galactozid permeaza (transport activ Lac) -Galactozid transacetilaza

Operonul lactozei Gena reglatoare => proteina reglatoare Allosterica Locus activ recunoaste secvente semnal Interactioneaza cu ADN

Locus efector - leaga efectori (zaharuri, aa)modificare allosterica Modificarea afinitatii pentru operator Se prinde pe ADN Se desprinde de pe ADN

codifica proteina represoare

Operonul lactozei (catabolic, inductibil).Gene exprimate doar in prezenta lactozei (inductor)

Represor: legat de operator( regiune adiacenta genelor structurale) se realizeaza transcrierea - control negativ Nu

Inductor = Lac: se leaga de repressor =>il tine ocupat Are loc transcrierea inductie prin control negativ (inductibil)

Operonul lactozei

Operonul lactozei Control pozitiv prin proteina CAP Dependenta de cAMP fenomenul de diauxie Monod Glu represie catabolica operon Lac http://www.youtube.com/watch?v=T9Wszg7F hxE

Operoni Biosintetici (represibili)Operonul Triptofanului Gene structurale: 5 => 3 enzime Secvente semnal

Gena reglatoare => represor Control Negativ Atenuare

promoter operator

Operonul Triptofanului Control negativ Nu Trp => represorul nu represeaza operatorul => operatorul transcrie genele structurale => se sintetizeaza Trp Trp in mediu = co-repressor Trp legat de represor => modificare conformatie Se leaga de operator Impiedica functionarea ARN polimerazei => stopsinteza

Operonul Triptofanului Control prin atenuare = atenuareatranscrierii in functie de cantitatea de Trp din mediu

GENETIC BACTERIAN II

Dr. Carmen Costache

Planul capitolului Ereditatea = Metabolismul ADN-ului bacterian Variabilitatea Rolul materialulul genetic extracromozomial Mutaia Transfer de material genetic

Planul cursuluiVARIABILITATEAMutatia Definitie, Proprietati Mecanism molecular Tipuri de mutatii Tipuri de mutante Soarta mutantelor in natura

Variabilitatea = modificare caractere fenotipicemicroorganisme deosebesc descendenii de parental descendenii ntre ei. st la baza evoluiei se produce prin modificri n genotip, la nivel molecular.

MUTAIA definitie

Modificare a unui caracter fenotipic

modificri n secvena de nucleotide cromozomul bacterian, plasmide. spontan brusc transmisibil la descendeni

(fenotip diferit de parentali ) =>multiplicare => clone mutante

Rezultatul: Mutant

MUTAIA proprietati Rata mutaiei: o celul din 1 milion - 10 milioane Constanta: specie, caracter Probabilitatea 2 mutaii concomitente: 10-12 pana la 10-14, imposibil - ordinul de multiplicare a bacteriilor este de 109. Frecventa Proportia de mutantii din populatie F (rata, viteza mx, etapa multiplicarii)

Rata mutatiei Frecventa mutatiei

Momentul e important !

Momentul este important ! perioada logaritmica in perioada stationara Numar mare de descendenti ai celulei mutante Numarul descendentilor mutanti mai mic DAR rata mutatiei este crescuta. Sistem SOS Proteine de supravietuire (defecte) Predispune la mutatii pentru diverse caractere

Caracterul spontan al mutatiei Nu se datorete factorilor de mediu, Testul insamantarii replicative (Lederberg) Testul fluctuatiei (Luria Delbruck) S- bacteriofag => R-bacteriofag S- streptomicina => R- streptomicina DAR mediu = rol de selectare

Testul insamantarii replicative (Lederberg)

Testul fluctuatiei (Luria Delbruck) A) Daca mutatia ar aparea sub influenta factorilor de mediu, in fiecare placa ar fi aproximativ acelasi numar de celule mutante. B) Daca mutatia ar aparea spontan in timpul diviziunii celulare anterioare insamintarii pe placa, numarul de clone mutante va fi foarte variabil intre placi.

Tipuri de mutatii Criterii de clasificare Modificarile la nivelul genotipului mecanismele moleculare ale mutatiei Efectul asupra secventei de nucleotide Efectul asupra polipeptidului codificat Efectul asupra fenotipului

Tipuri de mutatiiMecanismele moleculare ale mutatiei

Substitutii de baze azotate; Deletii de baze azotate Aditii de baze azotate Inversii de baze azotate Cauza:

O pereche de baze azotate (bp) substituita de alta A=T cu C=G

Cel putin 2 bp isi schimba pozitia cu 180. defecte de replicare, reparatii insuficiente/incorecte

Tipuri de mutatiiMecanismele moleculare ale mutatieiSubstitutia tranzitie,

transversion Datorata

purinica purinica Pirimidinica pirimidinica purinica pirimidinica tautomerismului

corect : A-T, G-C gresit :T-G or A-C

replicare eronata ADN

Tipuri de mutatiiMecanismele moleculare ale mutatiei - amplitudine punctiforme, extinse Punctiforme predominant Substitutie micro-deletii micro-aditii Afectata o pb,

Exinse,

macroaditie, macrodeletie inversie Mai multe pb.

TIPURI DE MUTAII

Efectul asupra polipeptidului codificat Mutaii tcute=> codoni cu acelai sens => neexprimat fenotipic.=> ali codoni => ali aminoacizi.

Mutaii sens schimbat

Consecina diferit, dup localizarea aminoacidului n structura proteinei.

Mutatii cadru frameshift Mutaii non sens => codoni stop. pot fi letale pentru bacterie.

TIPURI DE MUTAII

Efectul asupra polipeptidului codificatMutatii cadru frameshift

initial : AUGUUUCAUAGUGGUAUG N Formil Metionine UUU Fenil Alanine CAU Histidine Microdeletie: C AGU Serine GGU Glycine

modificata: AUGUUUAUAGUGGUG; AUG N Formyl Methionine UUU Phenyl Alanine AUA Isoleucine GUG Valine

TIPURI DE MUTAII

Efectul asupra fenotipului Comparnd fenotipul mutantului cu cel al bacteriei parentale:

1. Mutaii nainte: dobndesc proprieti noi fa deparental

2. Mutaii napoi

Revers mutaie: revenirea la fenotipul bacteriei slbatice-rar Supresoare (intragenica, intergenica)

3. Mutaiile condiionat letale - dirijate(ex. mutaii termo - sensibile).

TIPURI DE MUTANTE Mutante morfologice Mutante de cultur Mutante metabolice Mutante antigenice Mutante de patogenitate: Mutante de rezisten la antibiotice Mutante de rezisten la bacteriofagi litici Mutante duble: bacterii acapsulate devin nepatogene Mutante tcute (silenioase) Mutante condiionat letale:

TIPURI DE MUTANTE Mutante de patogenitate: patogenitate crescut, care se rspndesc n populaie patogenitate sczut, folosite la prepararea vaccinurilor.

TIPURI DE MUTANTE Mutante condiionat letale: ex. mutantele termo-sensibile, ale virusurilor gripale, folosite pentru prepararea vaccinului antigripal Proteina - AA schimbat functioneaza normal la 32C dar nu la 37C(alterarea configuratiei la T crescuta).

vaccin experimental

37C => cannot infect the lungs and cause pneumonia, but 32C (nose) replicate and induce immunity

TIPURI DE MUTANTE Mutante de rezisten la antibiotice prin modificarea : proteinei de transport a antibioticului n bacterie, a intei de aciune; a afinitii enzimei de inactivare a AB: ex. modificarea lactamazelor (penicilinaze, cefalosporinaze), care inactiveaz lactaminele conduce la dobndirea rezistenei bacteriilor la lactamine (peniciline, cefalosporine); modificri cantitative: ex. lactamazele devin din inductibile, constitutive.

TIPURI DE MUTANTEMutante de rezisten la antibiotice

TIPURI DE MUTANTEMutante de rezisten la antibiotice

Soarta mutantelor in natura tulpin, clon nou eliminat se multiplic paralel cu tulpina parental se multiplic excesiv fa de tulpina parental (condiii de mediu favorabile clonei modificate inefavorabile tulpinii parentale (ex. mediu cu antibiotic).

GENETIC BACTERIAN III

Dr. Carmen Costache

Planul capitolului Ereditatea = Metabolismul ADN-ului bacterian

Variabilitatea Mutaia

Rolul materialulul genetic extracromozomial

Transfer de material genetic Conjugare Transformare Transductie Transpozitie (TGE)

Planul cursului Conjugare Plasmide

Transformarea Transductie ADN liber Bacteriofagi Transpozoni = elemente genetice mobile (TGE)

Transpozitie

CONJUGAREA BACTERIANA

= transfer de material genetic (plasmidic,

cromozomial) ntre bacterii donatoare (D) i receptoare (R) prin: pili de sex G(-) feromoni G(+) Plasmide minicromozomi

Plasmide Gene de control a replicrii proprii Gene de interaciune cu alte molecule de ADN Sistem genetic de fertilitate sau de transfer plasmide conjugante: au operonul Tra plasmide neconjugante nu au operon Tra plasmide episomale: capabile s existe autonom i/sau integrat. recombinare situs specific

Gene pentru proprieti fenotipice bacteriene:gene structurale rezisten la antibiotice, la sruri de metale grele (plumb, mercur, argint, arsen), la detergeni, radiaii, bacteriofagi, colicine structuri bacteriene: ex. pili la tulpini enteropatogene proprieti metabolice codific factorii de patogenitate

invazivitate toxine bacteriene ex.

Plasmide criptice, nu codific caracter bacterian, intervin n transfer de material genetic

Importante: plasmidele F, R, col. Plasmidele F

Episomale, criptice Recombinare omoloaga se poate integra n cromozomul bacterian rar o bacterie din 105 bacterii F+. Rezult o bacterie Hfr

CONJUGAREA BACTERIANA

Plasmidele R (de rezisten la AB)

se transmit epidemic n populaiile bacteriene. pe vertical pe orizontal - conjugare bacterian, ntre specii / genuri diferite: ex. de la bacil coli la bacil dizenteric Conjugarea R+-R mecanismul primordial de dobndire a rezistenei fa de antibiotice, la Gram negative rezistena n bloc fa de antibiotice Bacteriile multiplu rezistente la antibiotice se selecteaz - mediul spitalicesc

Plasmide Plasmidele col Bacteriocinele gene pentru sinteza de colicine - bacteriocine proteine de tip antibiotic B.productoare sunt imune meninerea microbiocenozelor normale ale organismului

Conjugarea la bacteriile Gram pozitive

feromoni de sex produsi de bacterii receptoare Structura chimica - peptidic Efect afrodisiac Produsi de bacteriile donatoare

proteine de ataare

Transformarea transfer de ADN liber natural de la o bacterie donatoare (D)- exogenot la o bacterie receptoare (R) - endogenot autoliza bacteriilor extracie chimic

artificial

fenomen rar ntlnit n natur

Transformarea

Griffith - 1928 virulena pneumococilor

Transformarea Proteinele rec. A gsirea zonei de omologie ntre exo i endogenot, ruperea n anumite poziii i reunirea catenelor, endogenotul primete de la exogenot gen activpentru capsul

Consecin: integrarea

bacterii Gram pozitive si negative fungi

Transformarea starea de competen accept fragmentul de ADN, Tranzitorie 5-15 minute alterez suprafaa bacteriei receptoare

protein de competen

Etapele transformrii Absorbia fragmentului de ADN pe suprafaa celulei receptoare ADN-ului n bacteria receptoare Taiere, unire ADn exogenot-endogenot recombinare omoloaga, doar ntre celule ale aceleai specii sau specii strns nrudite

Penetrarea Eclips Mecanism

Rolul natural al transformrii m odificarea structurii antigenice apililor gonococilor i evoluia cronic a gonoreei (uretrita gonococic)

TRANSDUCTIA

BACTERIOFAGI entiti infecioase acelulare Virusuri ale bacteriilor.

Structura:

multiplicare => doar prin

o molecul de acid nucleic, protejat de proteine - capsida.

utilizarea mainriei de sintez a celulei parazitate (bacteria)

BacteriofagiForm : lineari - cilindric filamentoi icosaedrici Bacteriofagii cu cap i coad ROL: Transducia

Conversia lizogen

transfer de material genetic prin bacteriofagi conferirea unor proprieti bacteriene

TRANSDUCTIA generalizat : prin bacteriofagi litici recombinare omoloag orice fragment al cromozomului bacterian.

localizat (specific): doar anumite gene, alturate bf. n cz. bacterian. prin bf. temperai:

recombinare situs specific Profag Excizia incomplet => genom fagic defectiv

ex. bacteriofagul al E. coli

TRANSDUCIA

Conversia lizogena proprieti fenotipice prin bacteriofag temperat transmisibil la descendeni Factorii de patogenitate - tox ine bacteriene :

toxina difteric - bacteriofagul tox, la bacilul difteric eritrotoxina - toxina scarlatinoas, la streptococul hemolitic fibrinolizina stafilococic toxina Shiga-like, la bacilul coli (asemntoare toxineibacilului difteric shiga)

Recombinarea Omoloaga Situs specifica Situs nespecifica (ilegitima)

Recombinarea - In timpul trasnferului de material genetic

Recombinarea Omoloaga: noul ADN inlocuieste ADN-ulexistent Depinde de proteina rec A Intre secvente identice sau foarte asemanatoare de ADN Mecanismul molecular: - Taiere - Replicare segmentara a ADN-ului - Unirea catenelor noi de cele vechi - Rezolvarea: reunirea capetelor prin ligaze Efect: detectabil / nedetectabil

Recombinare omoloaga apare in transformare integrarea plasmidelor F n cromozomulbacterian - conjugare cointegrarea plamidelor Ex. Variatia antigenica pili gonococci

Recombinarea- Situs specifica Intre molecule diferite de ADN care au in comun o secventa de 10-20 nucleotide Ex cz + plasmida ; cz + fag

Rezultatul:

Inversia => modificarea antigenului H la enterici Transpoziia(variatia de faza) alt consecin a recombinrii situs specifice

Secvente repetitive directe (repetitii directe), Secvente repetitive inversate (repetari inversate) => inversie

Recombinarea Situs nespecifica (nelegitima) Insertii / deletii ambele Pl + cz; Bf + cz

TRANSPOZIIA (Vezi curs TGE)

ROLUL MATERIALULUL GENETIC EXTRACROMOZOMIAL

variabilitate a caracterelorbacteriene, proprieti noi, patogenitatea bacterian, modificarea structurii antigenice, dobndirea unor proprieti metabolice, rezistena la antibiotice/ali factoriantibacterieni

PATOGENITATE BACTERIANA. Toxine bacteriene 1. Codificate de bacteriofagii tem perai : toxina difteric codificat de bacteriofagul tox, la bacilul difteric eritrotoxina - toxina scarlatinoas, la streptococul hemolitic fibrinolizina stafilococic enterotoxina stafilococic toxina Shiga-like, la bacilul coli toxina exfoliativ a stafilococilor toxina bacilului crbunos toxina bacilului tetanic hemolizina bacilului coli enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de E. coli

2. Codificate de plasm ide :

PATOGENITATE BACTERIANB. Adezine bacteriene - plasm ide , proprietatea de aderare specific de epitelii, mucoase, prin pili de aderare,

tulpinile enteropatogene ale bacilului coli, care ader prin pili de mucoasa duodenojejunal, tulpinile uropatogene ale bacilului coli, care ader de mucoasa urinar.

C. Invazivitate bacterian- plasm ide, capacitatea de invazie i de colonizare a epiteliilor:

ex. invazia epiteliului colic de ctre bacilul dizenteric tulpini enteroinvazive de E. coli (EIEC).

REZISTENA LA ACIUNEA UNOR FACTORI DE MEDIU

Plasm idele capacitatea de rezisten n diverse condiii de mediu: a) Rezisten la antibiotice exist peste 60 plasmide cu gene de rezisten la lactamine; (Plumb, mercur, argint, arsen), utilizate ca antiseptice, rezultnd bacterii rezistente la antiseptice;

b) Rezisten la sruri de metale grele

c) Rezistena la detergeni; la radiaii; la bacteriofagi; lacolicine

TRANSPOZITIAELEMENTE GENETICE MOBILE

JUMPING GENES TRANSPOSABLE GENETIC ELEMENTS (TGE)Dr. Carmen Costache

Planul cursului TGE Definitie TGE clasificare Transpozitia Transpozoni

Definitie Nespecifica/Situs-specifica Clasificare, exemple

Integroni Retroni Rolul materialului extracromozomial

TGE Segmente mobile de ADN Responsabile detranspozitie Dependente de un replicon Lipsite de fgmori

La capete au ITR (inverted terminal repeats) Structura de atasare 5-9 bp

TGE - clasificare 1) Transpozoni (Tn) 2) Integroni Zone de ADN care primesc fgm de ADN, gene

3) Retropozoni (retroni) Fragmente mobilizabile de ADN Transcrise prin ARN Au ADN reverse transcriptaza. ARN-ADN hibrid

reverse transcriptase

Transpozitia

Mutarea TGE Pe aceasi molecula ADN in pozitii diferite Intre molecule de ADN diferite Cromozom bacterian plasmida Cromozom bacterian bacteriofag

Transpozitie Nespecifica / Site specifica ilegitima / legitima ITR scurte ITR lungi Zona tinta de atasare: Zona tinta de atasare: oriunde Transpozon inserat in zone diferite ale moleculei de ADN.

specifica transpozon inserat doar in zone specifice ale moleculei de ADN, Recombinare situs specifica.

Transpozoni (Tn):

3 clase

Clasa I : Cut & Paste (nereplicativa) Tn Simpli = Secvente de insertie -IS Tn compusi

Clasa II : Copy & Paste (replicativa) Gena transpozaza cointegrat-rezolvaza 2 IS Gene de rezistenta antibiotice Clasa III : Copy & Paste(replicativa) Bacteriofagii mutatori

Clasa I : Secvente de insertie -IS 800-1400 bp IS = ITR + gena transpozaza + ITR Secvente de nucleotide identice sau f.asemanatoare Implicate in integrarea in ADN receptor. Efect: mutatie

Clasa I: Transpozoni CompusiDomenii: 1 la fiecare capat ITR 2 gena transpozaza 3 gene structurale Rezistenta la antibiotice "r" Kanamicin, Cloramfenicol, Lactamine, Sulfamide Factori de patogenitate e.g.: toxine - enterotoxin

Exemple de Transpozoni de rezistenta la antibiotice

Kanamicina = K Tn Chlormafenicol = Tn 9 -lactamine: Amp transposon: AmpR Tetraciclina: Tc transposon: TcR

Transpozoni Clasa II Copy & Paste =transpozitie replicativa

E: cointegrat-rezolvaza fuziunea a 2 plasmide, una dintre acestea deinnd un transpozon Replicare 2 plasmide separate Fiecare are transpozon Cu gene de rezistenta

Plasmidele R = colectiede Tn cu gene r

Transpozoni Clasa III= bacteriofag mutator (Mu)

Capacitate mare de transpozitie replicativa. ~ 100 copii => mutatii cu frecventa ridicata Inactivarea genei Activarea genei alaturate Deletii Insertii

Integroni Secventa de ADN stabila Pe plasmide Pe cromozom

achizitioneaza Tn (gene r)

Integreaza in casete gene de rezistenta pentru diferite tipuri de antibiotice Prin recombinare site-specifica 3 tipuri de integraze Casetele de gene cu gene de R la AB exista autonom in citoplasma.

Casetele de gene => Mecanism pentru Rezistenta multipla la antibiotice,

Mechanisms of antibiotic resistance

Retronii (retropozoni) secvente de ADN care codifica o revers transcriptaza HIV = structura de retropozon (si alte retrovirusuri) Asociate frecvent cu ADN profag Exista la multe bacterii

Efectele revers transcriptiei Introducerea unui ADN modificat Defecte punctiforme dar potential semnificative Responsabile pentru schimbari importante in genomul prokariot Generarea multor copii de secvente de ADN modificat Cresc frecventa mutatiilor spontane

HIV si alte retrovirusuri Au structura de retroni. RT = revers transcriptaza LTR = long terminal repeats(repetari terminale lungi)

ROLUL MATERIALULUL GENETIC EXTRACROMOZOMIAL

variabilitatea caracterelor bacteriene, proprieti noi:

patogenitatea bacterian, modificarea structurii antigenice, dobndirea unor proprieti metabolice, rezistena la antibiotice/ali factori antibacterieni

PATOGENITATE BACTERIANA. Toxine bacteriene 1. Codificate de bacteriofagii tem perai :

toxina difteric codificat de bacteriofagul tox, la bacilul difteric eritrotoxina - toxina scarlatinoas, la streptococul hemolitic fibrinolizina stafilococic enterotoxina stafilococic toxina Shiga-like, la bacilul coli toxina exfoliativ a stafilococilor toxina bacilului crbunos toxina bacilului tetanic hemolizina bacilului coli enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de E. coli

2. Codificate de plasm ide :

PATOGENITATE BACTERIANB. Adezine bacteriene - plasm ide ,

aderare specific de epitelii, mucoase, prin pili de aderare: tulpinile enteropatogene ale bacilului coli tulpinile uropatogene ale bacilului coli,

ader prin pili de mucoasa duodenojejunal, ader de mucoasa urinar.

C. Invazivitate bacterian - plasm ide, capacitatea de invazie i de colonizare a epiteliilor:

ex. invazia epiteliului colic de ctre bacilul dizenteric tulpini enteroinvazive de E. coli (EIEC).

REZISTENA LA ACIUNEA UNOR FACTORI DE MEDIU

Plasm idele capacitatea de rezisten n diverse condiii de

mediu: Rezisten la antibiotice

Rezisten la sruri de metale grele

exist peste 60 plasmide cu gene de rezisten la lactamine; Plumb, mercur, argint, arsen - utilizate ca antiseptice,

Rezistena la detergeni; la radiaii; la bacteriofagi; lacolicine

Patogenitate bacterianDr. Carmen Costache

Patogenitate bacterianPlanul cursului Patogenitate definitie, proprietati Virulena DL 100%, DL 50% Relaia microorganism organismul uman Postulatele lui Koch/Postulate moleculare Microorganismele i patogeneza Evitarea mecanismelor de aprare a gazdei Producerea infeciei Exotoxine Endotoxine Flora normal (microbiocenoza) Clasificarea patogenetica a microorganismelor

PATOGENITATE BACTERIAN = capacitatea unui microorganism de a produce o boal infecioas. Relatia: gen sau specie microbian specie animal o specie bacterian mbolnvire la o anumit specie Clasificare/nomenclatura infecii la animale - zoonoze; infecii umane - antroponoze ex. gonoree, sifilis, febra tifoid

infecii la animale transmisibile la om - antropozoonoze ex. leptospiroze, bruceloz.

PATOGENITATE BACTERIAN

Virulena

apreciere cantitativ a patogenitii determinat n condiii de laborator efectul microorganismului sau a unui produs al acestuia n vivo, pe animale de laborator sau n vitro, pe culturi de celule.

Se determin cantitatea cea mai mic de microorganism sau produs, care produce mbolnvire sau moarte pe sistemul de testare biologic. Doza letal (DL) 100% = cantitatea cea mai mic de microorganisme, sau de produs bacterian, capabil s cauzeze moartea tuturor animalelor inoculate.

n practic: DL 50% (diferene mari legate de nivelul rezistenei naturale a animalelor inoculate).

PATOGENITATE BACTERIAN

Virulena

Pasteur: posibilitatea de atenuare a virulenei (Pasteurrella - bacilii holerei ginilor) ulterior atenuarea virulenei bacilului crbunos => vaccinul anticrbunos. n cadrul unei specii bacteriene exist: tulpini cu virulena crescut: produc boli cu evoluie clinic grav; tulpini cu virulena diminuat: produc forme uoare de boal; tulpini cu virulena atenuat: sunt utilizate n prepararea de vaccinuri.

PATOGENITATE BACTERIANMicroorganismele patogene produc boal cnd ptrund n organismul uman (pathos = boal; gennan = a produce). Prezena /creterea microorganismelor NU determin ntotdeauna boal !!!!

Relaia microorganism organismul uman

Parazitism

obligatoriu facultativ

intracelular (ex. Chlamydia) in interiorul celulei, n afara celulei/ medii de cultur Origine:

Comensalism: flora normal (microbiocenoza) mam personal medical/mediu spitalicesc mediu nconjurtor

ex. Staphylococcus, Mycobacterium tuberculosis, Salmonella

Flora normal (microbiocenoza) Microorganisme comensale = microorganisme care fac parte din flora normal microorganisme rezidente microorganisme tranzitorii

Microbiocenoza = asociaie bacterii/levuri echilibru Site-uri (habitate)

cavitatea oral & tractul respirator superior (Nazofaringe) intestin piele vagin uretra

PATOGENITATE BACTERIANSpeciile microbiene patogene pot fi: 1. bacterii cu patogenitate cert (patogeni primari): produc ntotdeauna boal la ptrunderea n organismul uman. Salmonella tiphy - febra tifoida; Yersinia pestis (pesta, ciuma); Shigella spp. (dizenteria bacilar) Treponema pallidum (sifilis);

PATOGENITATE BACTERIAN

Speciile microbiene patogene pot fi:

2. Conditionat patogeni Staphylococcus, Candida spp.

Produc imbolnaviri doar in anumite circumstane uneori membri ai florei normale

PATOGENITATE BACTERIAN

Bacterii condiionat patogene Conditionarea/Oportunitatea: bacterie, organismul uman, condiiile de ntlnire dintre bacterie i organismul uman.

patogenitate. E.coli - tulpini enterotoxigene (ETEC), tulpini enteroinvazive (EIEC);

Bacterie: achiziia de material genetic, care codific factori de

Gazd: leziuni preexistente: ex. persoane cu leziuni valvulare, la care Streptococi viridans pot ajunge n snge (ex. dup extracii dentare) i pot produce endocardit.

Circumstane de ntlnire bacterie- gazd: cantitatea mare de bacterii, bacteriile comensale ajung n alt situs dect habitatul lor natural, prin manopere medicale

PATOGENITATE BACTERIAN

Speciile microbiene patogene pot fi:

3. Microorganisme oportuniste: la persoanele imunocompetente => infecii asimptomatice sau cu evoluie clinic uoar la imunodeprimai => infecii grave, uneori letale.

PATOGENITATE BACTERIAN

Bacterii saprofite triesc n natur ciclul natural al substanelor Descompunerea organismelor moarte componente organice => substane chimice anorganice

PATOGENITATE BACTERIAN

Postulatele lui Koch

1. 2. 3.

4.

Un microorganism = agent etiologic dac respect postulatele lui Koch. Agentul etiologic al unei boli infecioase trebuie s fie prezent n toate cazurile de boal. Agentul etiologic trebuie s poat fi izolat pe medii de cultur Agentul etiologic izolat i meninut n laborator n cultur pur trebuie s reproduc infecia prin inocularea la animale de experien, de la care trebuie s fie reizolat pe mediu de cultur. Trecerea printr-o infecie trebuie s conduc n organismul bolnav la instalarea unei imuniti specifice fa de agentul etiologic respectiv.

Postulate moleculare Descriu factorii de virulen 1. Genele de virulen sau produii acestora trebuie s fie prezeni 2. Prezena genelor de virulen transform un non-patogen ntr-un patogen 3. Genele de virulen trebuie s fie exprimate n timpul infeciei 4. Anticorpii mpotriva produilor genelor de virulen sunt protectori.

Stagiile unei boli infecioase

Transmiterea: Doza infectant 10-106 organisme

Perioada de incubaie : variabil Perioada de stare Convalescena: vindecare laten

Microorganismele i patogeneza

Microorganismele i patogeneza1. Modalitatea de transmitere: fecal-oral (holera) interuman (tuberculoza) de la animale (rabia) cu ajutorul unor vectori Insecte artropode (pureci capuse) ciuma, boala Lyme

Microorganismele i patogeneza Clinic= Perioada de incubatie2. Aderena Previne ndeprtarea rapid Frecvent ader cu ajutorul pililor Specificitate Receptor prezent => infecie NU receptor => NU infecie

Clinic = Perioada de incubatie3. Colonizarea: multiplicarea i continuarea infeciei Competiia cu flora normal Factori de rezisten mpotriva colonizrii:

Microorganismele i patogeneza

bila pH-ul acid din stomac peristaltismul intestinal cilii tractului respirator IgA (anticorpi de la nivelul mucoaselor)

Microorganismele i patogeneza Clinic: Perioada de stare4. Afectarea gazdei Invazivitate Toxicitate

Interaciunea bacteriilor cu mucoasele. (a) Asociere. (b) Adeziune. (c) Invazia.

Invazia = ruperea barierelor anatomice1. Piele: rni insecte, vectori 2. Traversnd mucoasele (ex. epiteliul celular intestinal)

Evitarea mecanismelor de aprare a gazdei

1. Ascunderea n celulele gazdei intracelular: evitarea expunerii la anticorpi

2. Evitarea distrugerii de ctre complement

3. Evitare fagocitozei

Evitarea anticorpilor 1.Variaia antigenic noi pili

2.IgA proteaze Neisseria gonorrheae

3. Asemanatoare cu Ag proprii capsula Streptococcus pyogenes = acid hialuronic, secretat i de esuturile gazdei

Afectarea gazdei (producerea infeciei)

1. Exotoxine necesit colonizare anterioar (holera) toxiinfecii alimentare chiar i n absena bacteriilor Botulism toxina Staphylococcus aureus

Sunt inte pentru anticorpii neutralizani Vaccin

Afectarea gazdei (producerea infeciei)

2. Toxine care afecteaz membraneleHemolizine Determin liz celular: Streptolizina O Fosfolipaze cliveaz lipidele membranare: Clostridium perfringens gangrena gazoas

3. Superantigene

Superantigene Hiperstimuleaz sistemul imun Se leag direct de antigenele de clas II MHC Activeaz limfocitele T

Elibereaz cantiti importante de interleukine (1,2) Determin oc => Simptome de oc toxic febr, grea, diaree, vrsturi Insuficien de organe, colaps circulator Cauz de sindrom oc toxic (TSST) Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes

Afectarea gazdei (producerea infeciei)

4. Endotoxine parte structurala a celulei bacteriane - LPS doar la bacteriile Gram negative

ENDOTOXINE n peretele celular al G(-) LPZ Lipid A Cromozom Toxicitate scazut (MLD~100 ) febr, oc NU vaccin Stabile la 100C pentru 1 h Sepsis

EXOTOXINESecretate de unele G(+) i G(-) Polipeptide Plasmide/bacteriofagi Toxicitate nalt (MLD~ 1 g) Efecte variate Anticorpi = antitoxine anatoxine => vaccin Distruse la 60C (excepie enterotoxina stafilococic) Tetanos, botulism, difteria, etc.

ENDOTOXINE Mecanismul de aciune - nespecific activare a diverselor celule (monocitelor, macrofagelor, limfocitelor, plachetelor sanguine i celulelor endoteliale) stimuleaz producerea citokinelor proinflamatorii febr, prin aciunea pirogenului endogen ( IL1) modificri vasculare: vasodilataie, cretera permeabilitii vasculare n doze mari, endotoxina determin oc toxic, acioneaz identic

coagulare intravascular diseminat, semne de suferin organic

Potential: n orice infecie cu bacterii Gram negative

ENDOTOXINE

PATOGENITATE BACTERIANA. Toxine bacteriene 1. Toxine bacteriene codificate de bacteriofagii temperai:

toxina difteric codificat de bacteriofagul tox, la bacilul difteric eritrotoxina - toxina scarlatinoas, la streptococul hemolitic fibrinolizina stafilococic enterotoxina stafilococic toxine, la bacterii din genul Clostridium toxina Shiga-like, la bacilul coli (asemntoare toxinei b. dizenteric Shiga)

2. Toxine bacteriene codificate de plasmide:

toxina exfoliativ a stafilococilor toxina bacilului crbunos toxina bacilului tetanic hemolizina bacilului coli enterotoxina tulpinilor enterotoxigene de E. coli

Exotoxine Toxin difteric 3 exotoxine factorul edem = adenilat ciclaz (AC) factorul letal ???? antigen protector

Streptococcus pyogenes toxina eritrogenic Responsibil de erupia din scarlatin

Bacteriofag

ExotoxineE.coli enterotoxina termo-labil Codat plasmidic activitate de adenilat-ciclaz => crete cAMP => inhibarea absorbiei Na Pierderea de electrolii (Cl) Diaree apoas Aceeai aciune a toxinelor V. cholerae, B. cerreus

ExotoxineBordetella pertussis Toxina pertusis inactiveaza inhibitorul adenilat-ciclazei => creste AC Cresterea cAMP => celulele devin foarte sensibile la stimuli => Tuse convulsiva

AntibioticeDr. Carmen Costache

AntibioticePlanul cursului Definiie Antibiotice vs Chimioterapice Antibiotice vs Antiseptice Spectru de aciune Tipuri de efect antibacterian Combinatii de AB

Clasificare

Farmacocinetica Familii de antibiotice

Rezistena la antibiotice

Mecanisme de aciune

Antibiotice / chimioterapice

Antibioticele (AB): substane naturale, cu efect antibacterian, produse de microorganisme. Chimioterapicele (CH) : substane chimice cu efect antibacterian.Datorit apariiei rezistenei bacteriene: => modificarea structurii antibioticelor de baz dintr-o familie, => derivaii semisintetici ai antibioticelor. AB/CH diferite dup proveniena, mod de producere, dar au acelai efect.

Antibiotic Penicillin Cephalosporin Griseofulvin Bacitracin Polymyxin B Amphotericin B Erythromycin Neomycin Streptomycin Tetracycline Vancomycin Gentamicin Rifamycin

Organisms Penicillium chrysogenum Cephalosporium acremonium Penicillium griseofulvum Bacillus subtilis Bacillus polymyxa Streptomyces nodosus Streptomyces erythreus Streptomyces fradiae Streptomyces griseus Streptomyces rimosus Streptomyces orientalis Micromonospora purpurea Streptomyces mediterranei

Penicillium

Cephalosporium

Streptomyces griseus

Antibioterapia origini: antibioza i toxicitatea selectiv. Antibioza Pasteur: cultur cu 2 microorganisme producerea unei substane de ctre una din ele => oprete multiplicarea sau omoar cea de a 2-a bacterie.

Toxicitatea selectiv: fixarea selectiv, specific a substanelor de corpul bacterian. nu se fixeaz i nu este toxic asupra altei bacterii sau asupra celulelor umane (eukariote)

Dezinfectante\Antiseptice substane cu efect antibacterian, active n concentraii mari NU respect principiul toxicitii selective. se utilizeaz doar extern => ndeprtarea microorganismelor de pe suprafee

Indicele terapeutic IT = Doza toxica/doza efectiva. Cu cat IT mai mare, cu atat AB este mai bun !

Spectrul de aciune al unui antibiotic totalitatea genurilor i speciilor bacteriene asupra crora acioneaz antibioticul: coci Gram pozitivi i negativi, bacili Gram pozitivi i negativi, bacterii anaerobe, spirochete, Mycobacterii, bacteri cu patogenitate intracelular: Richettsia, Chlamydia, Mycoplasma.

Spectrul de aciune al unui antibiotic Spectru ngust => specie bacteriena ex. antibioticele antistafilococice, Tuberculostatice Spectru restrns => numr mic de grupe, genuri bacteriene: Ex. Acid nalidixic - activ doar pe bacili Gramnegativi

Antibiotic Penicillin Bacitracin Vancomycin Polymyxin B Streptomycin

Spectrum Gram-positive bacteria Gram-positive bacteria Gram-positive bacteria Gram-negative bacteria Gram-negative bacteria Gram-positive negative cocci; some Gram negative bacilli Broad-spectrum Broad-spectrum Broad-spectrum Broad-spectrum Tuberculosis

Specru larg = active asupra majoritii genurilor, speciilor bacteriene: Spectru ultralarg: active asupra bacteriilor din mediul spitalicesc, multiplu rezistente la antibiotice.

Erythromycin

Neomycin Tetracycline Cephalosporin Gentamicin Rifamycin

Spectrul de aciune al unui antibiotic

Efect antibacterian Bacteriostatic: opresc multiplicarea ex. Cicline (ex. Tetracicline), Cloramfenicol

Bactericide: omoar bacteriile, n concentraii mici; ex. Aminozide

Bacteristatice n concentraii mici i bactericide n concentraii mari; ex lactamine

Combinatii de AB Sinergism Antagonism Indiferenta

Farmacocinetica unui antibiotic In vitro in vivo Localizarea infectiei Capacitatea AB de a ajunge la situsul infectiei Influentata de cinetica AB = disponbilitatea biologica Intracelular, puroi, bariera hematoencefalica

Tipul infectiei Inactivarea AB: pH, Tesut necrotic Rezistenta bacteriei la AB exprimata in vivo (inductie)

Farmacocinetica unui antibiotic ptrunderea antibioticelor n organism: calea de administrare: oral parenteral: intravenoas, intramuscular, subcutanat Infectii severe, sistemice

Externa: crme, unguente, solutii (picaturi nazale, oftalmice)

absorbia antibioticelor: rapid, lent metabolizarea antibioticelor

Farmacocinetica unui antibiotic distribuia n organism: n esuturi, organe, penetrarea barierei hematoencefalice, penetrarea intracelular. toxicitatea antibioticelor (hepatic, renal, medular, nervoas, etc) calea de eliminare a antibioticelor: urinar, digestiv

Farmacocinetica unui antibiotic

Condiii pentru un AB s fie activ s ajung la bacterie s ptrund n bacterie s fie permeabil pentru antibiotice s dispun de un transportor pentru antibioticul respectiv

s ating inta de aciune s realizeze n bacterie o concentraie optim, care s inactiveze reversibil sau ireversibil inta de aciune.

Tratamentul cu antibiotice

Familii de antibiotice AB care au structur chimic, int de aciune mecanism de aciune comune.

Structura/functie inactivata ireversibil/reversibil de catre AB

Tinta de actiune nivel molecular

inte ale antibioticelor Perete celular: Lactamine Glicopeptide: Vancomicina, Teicoplanina Ristocetina

Fosfomicina, Cicloserina, Bacitracina,

Membrana citoplasmatic: Polipeptide ciclice: ex. Colistin, polimixina B Gramicidina, Tirociclina, Defensine, L - Antibiotice

inte ale antibioticelor Acizi nucleici: Quinolone, Imidazoli, Furani, Rifamicine

Ribozomi: AB care inhib sinteza proteic 30 S: Aminoglicozide,Tetracicline, Spectinomicine 50 S: grupul MLS , Fenicoli Macrolide, Lincosamide, Sinergistine Acid fusidic: factorul de elongare (EF)

inte ale antibioticelor Inhib sinteza acidului folic: Diaminopirimidine inhiba folat reductaza: Trimetoprim Pirimetamina

Sulfonamide Inhiba folat sintetaza: Sulfametoxazol

Asocierea Trimetoprim + Sulfametoxazol = Co-trim-oxazol (Biseptol) Sulfone: Dapsone PAS (acid paraaminosalicilic)

Familii de Antibiotice Lactamine, grup Monobactam i gamma () Lactamine Aminoglicozide grup MLS: Macrolide, Lincosamide, Sinergistine Tetraclicline Fenicoli Quinolone Sulfamide Polipeptide ciclice, Glicopeptide Sulfamide Imidazoli Furani Rifamicine Tuberculostatice AB nencadrate n familii: Fosfomicina, Cicloserina, Novobiocina, Acid fusidic,

AB => peretele celular - Lactamine inhib sinteza peptidoglicanului n faza de polimerizare.

int de aciune: PBP-uri inhibat funcia enzimatic : transpeptidarea, transglicozidarea, carboxipeptidarea

inelul lactam = analog structural al legturii sterice D Ala - D Ala.

Rezistena la -Lactamine1. Modificarea permeabilitii bacteriene 2. Modificarea intei (PBP) 3. Inactivarea prin -lactamaze 1. Penicilinaze 2. Cefalosporinaze 3. BLSL 4. BLSE 4. Pompe de eflux

Familia -Lactaminelor Grup I: Derivai ai acidului 6-aminopenicilinic 1. Penami (peniciline) 2. Carbapenemi 3. Oxapenami (Clavani)

Familia -LactamineGrup II - Cefalosporine derivati de acid 7 aminocefalosporanic Primele izolate din tulpini de Cephalosporium (fung filamentos) Aceei aciune ca i Penicilinele Diferite generatii

Familia -Lactaminelor- Peniciline (Penami)a) peniciline cu spectru ngust (Penicilin G i Penicilin V) coci Gram pozitivi i negativ, bacili Gram + i spirochete Penicilina G adm. parenterala Penicilina V administrare p.o. Reactii alergice ! Peniciline semiretard i retard: Propicilina; Procain Penicilin = Efitard; Benzantin Penicilin = Moldamin b) peniciline rezistente la penicilinaze - Peniciline M Meticilin Oxacilin Pentru tratamentul infeciilor cu stafilococi. MRSA = methicillin resistant Staphylococcus aureus

Familia -Lactaminelor- Peniciline (Penami)c) peniciline cu spectru larg : Amino peniciline Ampicilin i bacili Gram negativi (NU Pseudomonas) Amoxicilin i unii bacili Gram negativi (NU Pseudomonas) Carboxy peniciline Carbenicilin, Ticarcilin i bacili Gram negativi, inclusiv Pseudomonas Ureidopeniciline Piperacilin

Familia -Lactaminelor- Peniciline (Penami) d) Inhibitori de -lactamaze penicilin sulfone

Sulbactam, Tazobactam

In combinaie cu Peniciline cu spectru larg

Sulbactam + Ampicilin = Sultacilin (Unasyn) Sulbactam + Becampicilin = Sultamicillin; Tazobactam + Piperacilina = Tazocin

Familia -Lactamine

2. Carbapenemi Imipenem, Meropenem Spectru larg de aciune Bactericid, bacterii Gram + i , anaerobi.

3. Oxapenemi sau Clavami acid clavulanic = inhibitorde -lactamaze + peniciline cu spectru larg (Amoxicilin, Ticarcilin) ex. Amoxicilin + acid clavulanic = Augmentin

Familia -Lactamine Cefalosporine

Generaia I Cefalexin, Cefalotin, Cefazolin Spectru ngust - E.coli, Klebsiella, Proteus i Gram + coci sensibili la Oxacilin.

Generaia a II-a Cefuroxim, Cefoxitin - Spectru extins bacterii Gram , unii anaerobi

Familia -Lactamine CefalosporineGeneraia a III-a Cefotaxim, Ceftazidim spectru larg, Enterobacteriaceae i Pseudomonas aeruginosa Generaia a IV-a Cefepime, Cefpirom - Spectru extins : Pseudomonas, ali bacili Gram negativi, coci Gram pozitivi - Traverseaz bariera hemato-encefalic

Familia -Lactamine - GRUP III

Grup III Monobactami - Aztreonam - Spectru ngust - Pseudomonas aeruginosa.

Familia LACTAMINE asemntoare lactaminelor. Reprezentani: Pirazolidinon,

Alte AB => peretelui celular bacterianFOSFOMICINA Spectru de aciune: ngust, bacteriostatic. coci Gram + si MRSA, unii coci Gram (-). bun difuzie n LCR.

BACITRACIN Spectru de aciune: ngust: doar pe bacteriile Gram pozitive. inta de aciune: Bactoprenolul - inhib reciclarea. Toxicitate: crescut => Administrare: local CICLOSERIN Spectru de aciune: Tuberculostatic

AB care acioneaz la nivelul peretelui celular bacterian Glicopeptide: Vancomicin (activa pe MRSA), Teicoplanin

Polimixine AB izolate din Bacillus polymyxa Polimixin B distrug membrana citoplasmatic efect bactericid spectru ngust

Doar bacterii Gram , mai ales Pseudomonas aeruginosa

AB care acioneaz la nivelul acizilor nucleici bacterieni Quinolone Imidazoli Furani Rifamicine

Quinolone inhib sinteza ADN bacterian bactericid Bacterii Gram + i Gram Acid nalidixic, Ciprofloxacin, Norfloxacin, Ofloxacin

Inhibarea sintezei ADN bacterianNitrofurani Spectru larg Bacteriostatic/bactericida ~ doz Nitrofurantoin, Furazolidon Metronidazol

bactericid bacterii anaerobe Bacteroides fragilis Clostridium Protozoare: Trichomonas vaginalis amebiaza, giardiaza

AB care inhib sinteza proteic bacterian Ribozomi: sediul sintezei proteice 30 S 50 S Aminoglicozide, Tetracicline, Acid fusidic

grupul MLS Fenicoli

Aminoglicozide bactericide spectru larg: bacili Gram negativi inhibirea sintezei proteice: subunitatea ribozomal 30 S Streptomicin, Kanamicin, Gentamicin, Amikacin

Tetracicline spectru larg, bacteriostatic inhibirea sintezei proteice: subunitatea ribozomal 30 S coci Gram + i , bacili Gram + Chlamydia, Mycoplasma i Rickettsia

Tetraciclin, Doxiciclin, Minociclin

Cloramfenicol spectru larg inhibirea sintezei proteice: subunitatea ribozomal 50 S De elecie pentru febra tifoid (bacteriostatic pentru Salmonella) Bactericid: Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae i Haemophilus influenzae Efecte adverse numeroase

Macrolide inhibirea sintezei proteice: subunitatea ribozomal 50 S Spectru larg coci Gram (+) i (), bacili Gram (+) Mycoplasma, Legionella, Chlamydia, Campylobacter , Helicobacter pacieni alergici la Penicilin Eritromicin, Azitromicin, Claritromicin

Lincosamine

Acioneaz pe subunitatea ribozomal 50 S Clindamicin, Lincomicin bacterii Gram + i Gram anaerobe: (Clostridium perfringens, Bacteroides fragilis)

Oxazolidine Linezolid Spectru ngust DOAR bacterii G +, VRE, MRSA

Subunitatea ribozomal 50 S

Antibiotice antituberculoase Rifampicin Izoniazid Pirazinamid Etambutol Streptomicin

AB care inhib sinteza acidului folic

Sulfamide, Trimetoprim

Rezistena bacteriilor la antibiotice Definiie Bacterii rezistente = bacteriile care supravieuiesc la concentraii mari de antibiotic, mult mai mari dect cele din organismul uman.

Natural Dobndit

Rezistena bacteriilor la antibioticeNatural - caracter de specie 1. Absena intei de aciune Ex. Mycoplasma rezistent la -lactamine NU are perete celular.

2. Impermeabilitatea bacteriei pentru antibiotic Ex. Mycobacterium

Dobndit: cnd o tulpin bacterian anterior sensibil la un anumit antibiotic devine rezistent Caracter de tulpin Ex. Staphylococcus aureus anterior sensibil la Penicilin, n prezent 90% dintre tulpinile deSa = tulpini rezistente la Penicilin

Rezistena bacteriilor la antibiotice

Mecanisme genetice

Rezistena apare indiferent de antibiotic rolul antibioticelor : selecie a tulpinilor rezistente. mecanisme cromozomiale Mutaii => mutante rezistente => clon mutant

TIPURI DE MUTANTEMutante de rezisten la antibiotice

Rezistena bacteriilor la antibiotice

Mecanisme genetice

mecanisme extra-cromozomiale Achiziia de material genetic extracromozomial Ex. plasmide R

Rezistena bacteriilor la antibiotice

Mecanisme

modificarea permeabilitii bacteriene modificarea transportului antibioticului in bacterie modificarea in