Infecția bacteriană - morfologia și structura bacteriilor

structura

Imagine: „Micrografie electronică cu scanare colorată a Escherichia coli” de la NIAID. Licență: CC BY 2.0

Definiția bacterian infection

Pătrunderea bacteriilor într-un organism gazdă, indiferent dacă este pasivă sau activă, este denumită infecție (latină: inficere „a pune”) dacă multiplicarea lor și reacția gazdei la aceasta duc la o boală. Se numesc bacterii care pot provoca boli la om uman patogen desemnat.

Morfologia și structura bacteriilor

Într-un interval de dimensiuni de 0,2-2 μm, există trei forme de bază diferite, pe care se bazează morfologia tuturor eubacteriilor.

  • Cocci: sferic sau oval. Adesea în grupuri de doi, patru sau opt (Diplococi, Tetrads, Sarcine) Celule, sub formă de struguri (Stafilococi) sau forma lanțului (Streptococi) stocat.
  • tijă: în formă de tijă, sub diferite forme: subțire (de ex. Mycobacterium tuberculosis), plin (de ex. Escherichia coli), capete ascuțite sau rotunjite etc.
  • Elicoidale: viraje morfologice pronunțate; aceasta include Spirilla, Borrelia, Treponema și Leptospira

Procariotele diferă foarte mult în structura lor de celulele noastre eucariote. Deși bacteriile diferă enorm unele de altele în ceea ce privește metabolismul, structura și virulența lor, există structuri comune tuturor acestora. Tabelul prezintă cele mai importante organite și funcția acestora. Peretele celular este tratat separat în paragraful următor, deoarece joacă un rol important în clasificarea și terapia bacteriilor.

Perete celular

Cea mai importantă sarcină a peretelui celular solid este de a rezista la presiunea osmotică internă ridicată a bacteriei și de a preveni explozia celulei. Peretele celular al tuturor bacteriilor este format din Peptidoglican sau Murein. Aceasta este o grilă formată din Polizaharide acidul N-acetilmuramic și N-acetilglucozamina, care pe scurt Lanțuri laterale peptidice să fie în rețea. Pentru a face mai ușor de înțeles distincția dintre cele două subspecii - gram-pozitive și gram-negative - Pata Gram a explicat.

Pata durerii

Imagine: „Imagine microscopică a unei pete Gram de coci amestecați Gram-pozitivi (Staphylococcus aureus ATCC 25923, violet) și bacili Gram-negativi (Escherichia coli ATCC 11775, roșu). Mărire: 1.000. ”De Y tambe. Licență: CC BY-SA 3.0

În Pata Gram folosesc bacterii Violet de cristal si Soluția lui Lugol pătată. Celulele sunt apoi spălate bine cu alcool și cu Eozină (colorant roșu) contracolorat.

A strat gros de mureină împiedică spălarea colorantului - deci colorantul a fost pozitiv iar bacteriile apar albastre la microscop. Cu un foarte strat subțire de mureină colorantul este spălat din nou din celule - sunt gram-negativ și vizibil numai prin contracolorarea roșie.

Ele sunt decisive pentru formarea unui perete celular Transpeptidaze, care leagă componentele individuale ale peptidoglicanilor. Acestea sunt o țintă importantă pentru peniciline și alte antibiotice.

metabolism

Acest articol tratează numai bacteriile care sunt patogene pentru oameni. Acestea sunt întotdeauna chimiosintetic (spre deosebire de bacteriile fotosintetice) și organotrofă (Își obțin energia din substanțe organice). Ca și în eucariote, substanțele organice sunt oxidate și electronii și ionii H + sunt transferați pentru a genera energie. Bacteriile folosesc două căi metabolice diferite în acest sens.

respiraţie

respiraţie se datorează transferului de ioni H + oxigen marcat. Sunt ambele respirație aerobică precum și respirația anaerobă, în care oxigenul este legat chimic într-o sare. Randamentul din respirație este de aproximativ zece ori mai mare decât randamentul din fermentare.

Fermentare (fermentare)

În loc de oxigen, un alt compus organic servește ca acceptor de hidrogen. Fermentarea este numită după produsul final rezultat, de exemplu, fermentația alcoolică.

Următoarea clasificare a bacteriilor rezultă din metabolismul lor:

  • Anaerobe facultative: Bacteriile pot face atât respirație, cât și fermentare
  • Aerobii obligatori: Bacteriile depind de respirație și deci de oxigen în mediul lor
  • Anaerobe obligatorii: Bacteriile sunt adaptate în mod optim la fermentație. În contact cu oxigenul, metabolismul este inhibat și mor.
  • Anaerobi aerotoleranți: Bacteriile sunt adaptate în mod optim la fermentație și pot tolera un mediu bogat în oxigen

Multiplicarea bacteriilor - reproducere și transfer de gene

Bacteriile se înmulțesc diviziune celulară ușoară. Cele două celule fiice care ies din celula originală au două copii identice (în afară de mutații aleatorii) ale genomului. Acest transferul vertical al genelor de la o generație la alta clonal. Aceasta înseamnă o recombinare a genomilor, deoarece în reproducerea meiotică nu este posibilă. Bacteriile realizează diversitatea genetică prin transferul de gene orizontal, adică schimbul de informații între doi indivizi ai unei generații. Acest schimb fără meioză se mai numește Parasexualitatea desemnat.

transformare

Transformarea este absorbția ADN-ului în bacterie fără a fi nevoie de vectori, punți sau alte ajutoare chimice. Unele specii bacteriene au acest lucru competență naturală pentru absorbția ADN-ului. Cu ajutorul receptorilor, aceștia recunosc fire de ADN de pe suprafața celulei lor, le fragmentează în bucăți scurte, monocatenare și le absorb în interiorul celulei. Dacă este prezent un segment de genă omolog, ADN-ul extern se poate împerechea și introduce noi informații în genom. Acest tip de transfer genic are loc numai în interiorul unei specii, deoarece bacteriile recunosc ADN-ul speciei.

conjugare

Despre așa-numitele Poduri de conjugare devine singur Plasmide schimbate între două celule. F plasmidă conține, printre altele, genele care permit formarea unei punți de conjugare și transmiterea unei plasmide. Bacteria care conține plasmida F este, prin urmare, celula donatoare, partenerul ei fiind receptorul. Se formează celula donatoare F-pili (pilus lat. păr), care iau contact cu destinatarul. Piliul se scurtează și se fuzionează, astfel încât în ​​cele din urmă există un por sau o punte scurtă între cele două bacterii. O singură catenă este sintetizată pe plasmidă prin intermediul mecanismului ciclului de rulare, care este apoi completat în recipient pentru a forma o plasmidă F cu catenă dublă. Destinatarul poate transmite acum și plasmida F ca donator.

Imagine: „Desen schematic al conjugării bacteriene. ”De Matthias M. Licență: CC BY-SA 3.0

Acest transfer genic are loc numai unidirecțional (într-o singură direcție). Donatorul și destinatarul sunt uneori prescurtate ca literatură F + și F-.

Curba de creștere a populației bacteriene

Înmulțirea unei populații bacteriene urmează o curbă tipică de creștere. Poate fi observat cu ușurință dacă un anumit număr de celule este expus la bacterii într-un vas cu nutrienți. După ce celulele au crescut și s-au adaptat noilor condiții de mediu (faza de întârziere) începe o creștere inițial lentă a populației care se transformă rapid într-o crestere exponentiala trece prin numeroase divizii celulare (faza log). În Faza de întârziere Creșterea încetinește și culminează cu una faza stationara. Numărul bacteriilor a crescut până la 10 ^ 9 celule/ml. Acum urmează din cauza epuizării nutrienților și a creșterii produselor toxice de degradare Faza morții.

Imagine: „Curba de creștere a unei culturi bacteriene statice” de M • Komorniczak. Licență: CC BY-SA 3.0

Creșterea exponențială arată clar că, în cazul unei infecții bacteriene, trebuie acționate rapid și că așteptarea poate duce la o creștere puternică a numărului de agenți patogeni și la consecințe fatale. Cu toate acestea, rata de creștere depinde de disponibilitatea nutrienților și de alte condiții de mediu. Pentru a evalua acest lucru pentru anumite tulpini bacteriene, Timp de generare T, astfel se determină durata unei diviziuni a celulei mame în două celule fiice sau o dublare a populației bacteriene.

Timpul de generare T poate fi determinat în timpul fazei de creștere exponențială (faza log). Numărul inițial de bacterii este determinat experimental 0, și numărul de bacterii atunci t. Deoarece este o creștere exponențială, ecuația este:

T/t indică numărul de ori de generație sau diviziuni.

Ecuația este logaritmizată:

lg n = lg n0 + t/T x lg 2 = lg n0 + 0,301 x t/T = lg n0 + 0,301/T x t

Ecuația este logaritmizată deoarece în această formă corespunde unei ecuații de linie dreaptă. Graficul numărului de celule logaritmizate în raport cu timpul t corespunde acum unei linii drepte cu Panta 0.301/T. Timpul de generare poate fi astfel citit din diagramă.

Factori de patogenitate și virulență

Patogenitate a unei tulpini bacteriene denotă capacitatea de a provoca boli. Pentru a clasifica cât de pronunțată este această abilitate, virulenţă folosit. Factorii de virulență sunt:

  • Componentele peretelui celular recunoscute ca antigene
  • Proteine ​​de suprafață sau capsule
  • Exotoxine care sunt excretate de bacterii
  • Produse metabolice care sunt excretate
  • Produse metabolice/endotoxine care sunt eliberate după moartea celulelor

Virulența diferitelor specii poate varia foarte mult. Este specificat folosind LD50 (doză letală50), adică doza la care mor 50% dintr-un grup de test infectat. La bacteriile cu virulență puternică, există doar diferențe minore între LD50 și doza la care mor 100% din grupul testat. Un exemplu în acest sens este Streptococcus pneumoniae. LD50 nu poate fi determinat deoarece doar câteva celule sunt suficiente pentru a ucide întregul grup de testare. În schimb, LD50 este de la Salmonella enterica ușor de distins de LD100. Pentru a ucide întreaga populație este necesar de aproximativ 100 de ori mai mult agent patogen decât pentru a ucide 50%.

Întrebări populare la examenul de boli infecțioase microbiologice

Soluțiile pot fi găsite sub referințe.

1. Care organet lipsesc celule bacteriene?

  1. Membrană plasmatică
  2. Biciuri
  3. Nucleul celular
  4. Pili
  5. Perete celular

2. Diferența dintre bacteriile gram-pozitive și gram-negative este ...

  1. ... într-o proteină de suprafață special colorabilă pe care o au doar bacteriile gram-pozitive.
  2. ... în membrana suplimentară pe care o au bacteriile gram-pozitive.
  3. ... în membrana mai subțire, a doua a bacteriilor gram-negative.
  4. ... în transportoare care transportă colorantul în celulele gram-pozitive în citosol.
  5. ... în diferitele structuri de zahăr ale straturilor de mureină ale celulelor pozitive și negative.

3. Care dintre următoarele afirmații este corectă?

  1. Panta liniei drepte de la lg n = lg n0 + t/T x lg 2 reflectă direct timpul de generare.
  2. LD50 indică 50% din concentrația care ar ucide 100% din animalele testate.
  3. Transferul orizontal de gene prin conjugare este posibil doar unidirecțional.
  4. Virulența este capacitatea unei bacterii de a provoca boli.
  5. Anaerobii obligatori pot supraviețui atât în ​​prezența oxigenului, cât și fără oxigen.

umfla

Johannes Wöstemeyer: Microbiology, Verlag Eugen Ulmer Stuttgart

Monica Hirsch-Kauffmann, Manfred Schweiger, Michal-Ruth Schweiger: Biologie și medicină moleculară pentru medici și oameni de știință din natură, Thieme Verlag

Madigan, Martinko, Stahl, Clark: Brock Microbiology, ediția a 13-a, Pearson Verlag

Soluții la sarcini: 1C, 2C, 3C