Bakteriálna infekcia - morfológia a štruktúra baktérií

bakteriálna

Obrázok: „Farebný skenovací elektrónový mikrograf Escherichia coli“ od NIAID. Licencia: CC BY 2.0

Definícia bakteriálnej infekcie

Prienik baktérií do hostiteľského organizmu, či už pasívneho alebo aktívneho, sa označuje ako infekcia (latinsky: inficere „vložiť“), ak ich množenie a reakcia hostiteľa na ňu vedie k chorobe. Baktérie, ktoré môžu spôsobiť ochorenie ľudí, sa nazývajú ľudský patogénny určený.

Morfológia a štruktúra baktérií

V rozsahu veľkostí 0,2-2 μm existujú tri rôzne základné tvary, na ktorých je založená morfológia všetkých eubaktérií.

  • Cocci: guľovitý alebo oválny. Často v skupinách po dvoch, štyroch alebo ôsmich (Diplococci, Tetrads, Sarcines) Bunky vo forme hrozna (Stafylokoky) alebo reťazový tvar (Streptokoky) uložené.
  • tyč: tyčový, v rôznych formách: štíhly (napr. Mycobacterium tuberculosis), kyprý (napr. Escherichia coli), zahrotené alebo zaoblené konce atď.
  • Špirálovitý: morfologické výrazné obraty; toto zahŕňa Spirilla, Borrelia, Treponema a Leptospira

Prokaryoty sa svojou štruktúrou veľmi líšia od našich eukaryotických buniek. Aj keď sa baktérie navzájom veľmi líšia svojim metabolizmom, štruktúrou a virulenciou, existujú štruktúry, ktoré sú spoločné pre všetky z nich. V tabuľke sú uvedené najdôležitejšie organely a ich funkcia. V nasledujúcom odseku sa s bunkovou stenou zaobchádza osobitne, pretože hrá dôležitú úlohu pri klasifikácii a liečbe baktérií.

Bunková stena

Najdôležitejšou úlohou steny pevnej bunky je odolávať vysokému vnútornému osmotickému tlaku baktérie a zabrániť jej prasknutiu. Bunková stena všetkých baktérií je tvorená Peptidoglykán alebo Murein. Toto je mriežka zložená z Polysacharidy kyselina N-acetylmurámová a N-acetylglukozamín, ktoré v skratke Peptidové bočné reťazce byť pripojený k sieti. Na uľahčenie pochopenia rozdielu medzi dvoma poddruhmi - grampozitívnym a gramnegatívnym - Gramova škvrna vysvetlil.

Smútková škvrna

Obrázok: „Mikroskopický obraz farbenia Gram zmiešaných grampozitívnych kokov (Staphylococcus aureus ATCC 25923, fialová) a gramnegatívnych bacilov (Escherichia coli ATCC 11775, červená). Zväčšenie: 1 000. „Y tambe. Licencia: CC BY-SA 3.0

V Gramova škvrna používajú baktérie Krištáľovo fialová a Lugolov roztok zafarbený. Bunky sa potom dobre premyjú alkoholom a Eozín (červené farbivo) prefarbené.

A hrubá mureínová vrstva zabraňuje vyplaveniu farbiva - teda farbivo bolo pozitívne a baktérie sa pod mikroskopom javia ako modré. S veľmi tenká vrstva mureínu farbivo sa opäť vymyje z buniek - sú gramnegatívny a viditeľné iba cez červené protifarbenie.

Sú rozhodujúce pre vznik bunkovej steny Transpeptidázy, ktoré spájajú jednotlivé zložky peptidoglykánov dohromady. Sú dôležitým cieľom penicilínov a iných antibiotík.

metabolizmus

Tento článok sa venuje iba baktériám, ktoré sú pre človeka patogénne. Tieto sú vždy chemosyntetický (na rozdiel od fotosyntetických baktérií) a organotrofné (Energiu získavajú z organických látok). Rovnako ako v eukaryotoch, organické látky sa oxidujú a elektróny a ióny H + sa prenášajú na výrobu energie. Baktérie na to využívajú dve rôzne metabolické dráhy.

dýchanie

The dýchanie je v dôsledku prenosu iónov H + kyslík označené. Existujú obidve aeróbne dýchanie ako aj anaeróbne dýchanie, v ktorom je kyslík chemicky viazaný v soli. Výťažok z dýchania je asi desaťkrát väčší ako výťažok z fermentácie.

Fermentácia (fermentácia)

Namiesto kyslíka slúži ako akceptor vodíka iná organická zlúčenina. Fermentácia je pomenovaná po výslednom konečnom produkte, napríklad alkoholová fermentácia.

Nasledujúca klasifikácia baktérií vyplýva z ich metabolizmu:

  • Fakultatívne anaeróby: Baktérie môžu dýchať aj kvasiť
  • Povinné aeróby: Baktérie závisia od dýchania a teda od kyslíka v ich prostredí
  • Povinné anaeróby: Baktérie sú optimálne prispôsobené fermentácii. Pri kontakte s kyslíkom je inhibovaný ich metabolizmus a zomierajú.
  • Aerotolerantné anaeróby: Baktérie sú optimálne prispôsobené fermentácii a môžu tolerovať prostredie bohaté na kyslík

Rozmnožovanie baktérií - reprodukcia a prenos génov

Baktérie sa množia ľahké delenie buniek. Dve dcérske bunky, ktoré vychádzajú z pôvodnej bunky, majú dve identické (okrem náhodných mutácií) kópie genómu. Toto vertikálny prenos génov z jednej generácie na druhú klonálny. To znamená, že rekombinácia genómov nie je možná pri meiotickej reprodukcii. Baktérie dosahujú genetickú diverzitu prostredníctvom horizontálny prenos génov, teda výmena informácií medzi dvoma jednotlivcami jednej generácie. Táto výmena bez meiózy sa tiež nazýva Parasexualita určený.

transformácia

Transformácia je absorpcia DNA do baktérie bez potreby vektorov, mostíkov alebo iných chemických pomocných látok. Niektoré bakteriálne druhy to majú prirodzená kompetencia na príjem DNA. Pomocou receptorov rozpoznávajú vlákna DNA na svojom bunkovom povrchu, fragmentujú ich na krátke jednovláknové kúsky a absorbujú ich vo vnútri bunky. Ak je potom prítomný segment homológneho génu, môže sa vonkajšia DNA spárovať a zaviesť do genómu nové informácie. Tento typ génového prenosu sa uskutočňuje iba v rámci druhu, pretože baktérie rozpoznávajú DNA tohto druhu.

konjugácia

O tzv Časové mosty stať sa slobodným Plazmidy vymenené medzi dvoma bunkami. The F plazmid obsahuje okrem iného gény, ktoré umožňujú vznik konjugačného mostíka a prenos plazmidu. Baktéria, ktorá obsahuje F plazmid, je teda darcovská bunka, jej partner príjemca. Vytvorí sa darcovská bunka F-pili (pilus lat. hair), ktoré nadväzujú kontakt s príjemcom. Pili sa potom skracujú a spájajú, takže medzi týmito dvoma baktériami nakoniec vznikne pór alebo krátky mostík. Jedno vlákno sa syntetizuje na plazmide mechanizmom valcovacieho cyklu, ktorý sa potom dokončí u príjemcu za vzniku dvojreťazcového F plazmidu. Príjemca môže teraz tiež odovzdať F plazmid ako darca.

Obrázok: „Schematické znázornenie bakteriálnej konjugácie. „Autor Matthias M. Licencia: CC BY-SA 3.0

Tento prenos génov sa uskutočňuje iba jednosmerný (jedným smerom). Darca a príjemca sa v literatúre niekedy označujú skratkou F + a F-.

Krivka rastu bakteriálnej populácie

Násobenie bakteriálnej populácie sleduje typickú rastovú krivku. Dá sa to ľahko pozorovať, keď je určitý počet buniek v živnej miske vystavený pôsobeniu baktérií. Po raste buniek a adaptácii na nové podmienky prostredia (zaostávacia fáza) začína sa spočiatku pomalý rast populácie, ktorý sa rýchlo zmení na a exponenciálny rast prechádza mnohými bunkovými deleniami (fáza logu). V Fáza oneskorenia Rast sa spomaľuje a vrcholí v jednom stacionárna fáza. Počet baktérií sa zvýšil až na 10 ^ 9 buniek/ml. Teraz to nasleduje kvôli vyčerpaniu živín a zvýšeniu toxických produktov rozkladu Fáza smrti.

Obrázok: „Rastová krivka statickej bakteriálnej kultúry“ od M • Komorniczaka. Licencia: CC BY-SA 3.0

Exponenciálny rast jasne ukazuje, že v prípade bakteriálnej infekcie je potrebné podniknúť kroky rýchlo a že čakanie môže spôsobiť silné množenie patogénov a fatálne následky. Rýchlosť rastu však závisí od dostupnosti živín a iných podmienok prostredia. S cieľom vyhodnotiť to pre určité bakteriálne kmene, Generačný čas T, tak sa stanoví trvanie rozdelenia materskej bunky na dve dcérske bunky alebo zdvojnásobenie bakteriálnej populácie.

Generačný čas T je možné určiť počas fázy exponenciálneho rastu (logická fáza). Počiatočný počet baktérií sa stanoví experimentálne 0, a počet baktérií v tom čase t. Pretože ide o exponenciálny rast, rovnica je:

T/t označuje počet generačných časov alebo rozdelení.

Rovnica je logaritmizovaná:

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

Rovnica je logaritmizovaná, pretože v tejto podobe zodpovedá priamke. Graf logaritmizovaného počtu buniek v porovnaní s časom t teraz zodpovedá priamke s Sklon 0,301/T. Čas generovania je tak možné vyčítať z diagramu.

Faktory patogenity a virulencie

The Patogenita bakteriálneho kmeňa označuje schopnosť spôsobiť chorobu. Ak chcete klasifikovať, ako je táto schopnosť výrazná, použite virulencia použité. Faktory virulencie sú:

  • Komponenty bunkovej steny, ktoré sú rozpoznávané ako antigény
  • Povrchové bielkoviny alebo kapsuly
  • Exotoxíny, ktoré sa vylučujú baktériami
  • Metabolické produkty, ktoré sa vylučujú
  • Metabolické produkty/endotoxíny, ktoré sa uvoľňujú po bunkovej smrti

Virulencia rôznych druhov sa môže veľmi líšiť. Je určená pomocou LD50 (smrteľná dávka50), dávka, pri ktorej zomiera 50% infikovanej testovanej skupiny. V prípade baktérií so silnou virulenciou existujú iba malé rozdiely medzi LD50 a dávkou, pri ktorej uhynie 100% testovanej skupiny. Príkladom toho je Streptococcus pneumoniae. LD50 sa nedá určiť, pretože na zabitie celej testovanej skupiny stačí iba niekoľko buniek. Naproti tomu LD50 je z Salmonella enterica ľahko sa odlíši od LD100. Na usmrtenie celej populácie je potrebných asi 100-krát viac patogénov ako na zabitie 50%.

Populárne otázky týkajúce sa vyšetrenia na mikrobiologické infekčné choroby

Riešenia nájdete pod odkazmi.

1. Ktorej organele chýbajú bakteriálne bunky?

  1. Plazmatická membrána
  2. Pohromy
  3. Bunkové jadro
  4. Pili
  5. Bunková stena

2. Rozdiel medzi grampozitívnymi a gramnegatívnymi baktériami je ...

  1. ... v špeciálne zafarbiteľnom povrchovom proteíne, ktorý majú iba grampozitívne baktérie.
  2. ... v ďalšej membráne, ktorú majú grampozitívne baktérie.
  3. ... v tenšej druhej membráne gramnegatívnych baktérií.
  4. ... v transportéroch, ktoré transportujú farbivo v grampozitívnych bunkách do cytosolu.
  5. ... v rôznych štruktúrach cukru mureínových vrstiev pozitívnych a negatívnych buniek.

3. Ktoré z nasledujúcich tvrdení je správne?

  1. Sklon priamky od lg n = lg n0 + t/T x lg 2 priamo odráža čas generovania.
  2. LD50 označuje 50% koncentrácie, ktorá by zabila 100% testovaných zvierat.
  3. Horizontálny prenos génov konjugáciou je možný iba jednosmerne.
  4. Virulencia je schopnosť baktérie spôsobiť ochorenie.
  5. Povinné anaeróby môžu prežiť v prítomnosti kyslíka aj bez kyslíka.

nafúknuť

Johannes Wöstemeyer: Mikrobiológia, Verlag Eugen Ulmer Stuttgart

Monica Hirsch-Kauffmann, Manfred Schweiger, Michal-Ruth Schweiger: Biológia a molekulárna medicína pre lekárov a prírodovedcov, Thieme Verlag

Madigan, Martinko, Stahl, Clark: Brock Microbiology, 13. vydanie, Pearson Verlag

Riešenie úloh: 1C, 2C, 3C