Bakteriális fertőzés - a baktériumok morfológiája és szerkezete

Kép: Az Escherichia coli színezett letapogató elektronmikroszkópiája a NIAID-tól. Engedély: CC BY 2.0

A bakteriális fertőzés meghatározása

A baktériumok behatolását egy gazdaszervezetbe, legyen az passzív vagy aktív, fertőzésnek nevezzük (latinul: inficere "beillesztendő"), ha szaporodásuk és a gazdaszervezet reakciója betegséghez vezet. Azokat a baktériumokat nevezzük, amelyek emberben betegségeket okozhatnak emberi kórokozó kijelölt.

A baktériumok morfológiája és szerkezete

A 0,2-2 μm nagyságú tartományban három különböző alapforma van, amelyeken az összes eubaktérium morfológiája alapul.

Cocci: gömb alakú vagy ovális. Gyakran két, négy vagy nyolc csoportban (Diplococcusok, Tetradok, Sarcines) Sejtek szőlő formában (Staphylococcusok) vagy láncforma (Streptococcusok) tárolt.
rúd: rúd alakú, különféle formákban: karcsú (pl. Mycobacterium tuberculosis), kövér (pl. Escherichia coli), hegyes vagy lekerekített végek stb.
Spirálos: morfológiai kifejezett fordulatok; ebbe beletartozik Spirilla, Borrelia, Treponema és Leptospira

A prokarióták szerkezetükben nagyban különböznek eukarióta sejtjeinktől. Bár a baktériumok anyagcseréjükben, szerkezetükben és virulenciájukban óriási különbségeket mutatnak, vannak olyan struktúrák, amelyek mindegyikükben közösek. A táblázat bemutatja a legfontosabb organellákat és azok működését. A sejtfalat a következő bekezdés külön kezeli, mivel fontos szerepet játszik a baktériumok osztályozásában és terápiájában.

Sejtfal

A szilárd sejtfal legfontosabb feladata, hogy ellenálljon a baktérium magas belső ozmotikus nyomásának és megakadályozza a sejt felrepedését. Az összes baktérium sejtfala abból áll Peptidoglikán vagy Murein. Ez egy rács, amely a Poliszacharidok N-acetil-muraminsav és N-acetil-glükózamin, amely röviden Peptid oldalláncok hálózatba kell kapcsolni. A két alfaj - gram-pozitív és gram-negatív - megkülönböztetésének könnyebb megértése érdekében a Gram-festés magyarázta.

A gyászfolt

Kép: „Vegyes Gram-pozitív kokkok (Staphylococcus aureus ATCC 25923, lila) és Gram-negatív bacillák (Escherichia coli ATCC 11775, piros) Gram-festékének mikroszkópos képe. Nagyítás: 1000. ”Y tambe. Engedély: CC BY-SA 3.0

Ban,-ben Gram-festés baktériumokat használnak Ibolya kristály és a Lugol megoldása foltos. A sejteket ezután jól mossuk alkohollal és vízzel Eosin (vörös színezék) ellenfestés.

A vastag mureinréteg megakadályozza a festék kimosását - így volt a festék pozitív és a baktériumok kéknek látszanak a mikroszkóp alatt. Egy nagyon vékony mureinréteg a festéket ismét kimossák a sejtekből - azok gram-negatív és csak a piros ellenfestésen keresztül látható.

Meghatározóak a sejtfal kialakulásában Transzpeptidázok, amelyek összekapcsolják a peptidoglikánok egyes komponenseit. A penicillinek és más antibiotikumok fontos célpontjai.

anyagcsere

Ez a cikk csak az emberre patogén baktériumokkal foglalkozik. Ezek mindig vannak kemoszintetikus (szemben a fotoszintetikus baktériumokkal) és organotróf (Energiájukat szerves anyagokból nyerik). Az eukariótákhoz hasonlóan a szerves anyagok is oxidálódnak, és az elektronok és a H + -ionok átkerülnek az energia előállításához. A baktériumok ehhez két különböző anyagcsere-utat használnak.

légzés

A lélegző a H + ionok transzferjének köszönhető oxigén megjelölt. Mindkettő van aerob légzés továbbá anaerob légzés, amelyben az oxigén kémiailag megkötött egy sóban. A légzésből származó hozam körülbelül tízszer nagyobb, mint a fermentáció hozama.

Erjesztés (erjesztés)

Oxigén helyett egy másik szerves vegyület szolgál hidrogén akceptorként. A fermentációt a kapott végtermékről, például alkoholos fermentációról nevezik el.

A baktériumok következő osztályozása az anyagcseréjükből adódik:

Fakultatív anaerobok: A baktériumok képesek légzésre és erjedésre egyaránt
Kötelező aerobok: A baktériumok a légzésüktől és így a környezetük oxigénjétől függenek
Kötelező anaerobok: A baktériumok optimálisan igazodnak az erjedéshez. Ha oxigénnel érintkeznek, anyagcseréjük gátolva meghal.
Aerotoleráns anaerobok: A baktériumok optimálisan igazodnak az erjedéshez, és elviselik az oxigénben gazdag környezetet

A baktériumok szaporodása - szaporodás és géntranszfer

A baktériumok szaporodnak könnyű sejtosztódás. Az eredeti sejtből kilépő két leánysejtnek két azonos (a véletlenszerű mutációkat leszámítva) genomi kópiája van. Ez vertikális géntranszfer egyik generációról a másikra klonális. Ez azt jelenti, hogy a genomok rekombinációja, mivel a meiotikus szaporodásban nem lehetséges. A baktériumok a genetikai sokféleséget érik el horizontális géntranszfer, vagyis az információcsere egy generáció két egyén között. Ezt a meiózis nélküli cserét is nevezik Parasexualitás kijelölt.

átalakítás

A transzformáció a DNS felvétele a baktériumba vektorok, hidak vagy egyéb kémiai segédanyagok nélkül. Néhány baktériumfajnál ez van természetes kompetencia a DNS felvételéhez. A receptorok segítségével felismerik a DNS-szálakat sejtfelületükön, rövid, egyszálú darabokra aprítják és felszívják a sejt belsejében. Ha egy homológ génszegmens jelen van, a külső DNS párosulhat, és új információt vezethet be a genomba. Ez a fajta génátadás csak egy fajon belül megy végbe, mert a baktériumok felismerik a faj DNS-ét.

konjugáció

Körülbelül ún Konjugációs hidak válj szingliké Plazmák két cella között kicserélték. A F plazmid tartalmazza többek között azokat a géneket, amelyek lehetővé teszik a konjugációs híd kialakulását és a plazmid továbbadását. Az F plazmidot tartalmazó baktérium tehát a donor sejt, partnere a befogadó. A donor sejt képződik F-pili (pilus lat. haj), amelyek kapcsolatba lépnek a befogadóval. Ezután a pili rövidül és összeolvad, így végső soron pórus vagy rövid híd van a két baktérium között. Egyetlen szálat szintetizálnak a plazmidon a gördülési ciklus mechanizmusán keresztül, amelyet aztán a befogadóban befejeznek, és így kettős szálú F plazmidot képeznek. A recipiens mostantól donorként is továbbadhatja az F plazmidot.

Kép: „A bakteriális konjugáció sematikus rajza. ”Matthias M. Licenc: CC BY-SA 3.0

Ez a géntranszfer csak akkor valósul meg egyirányú (egy irányba). A donort és a recipienst az irodalomban néha F + és F- néven rövidítik.

Bakteriális populáció növekedési görbe

A baktériumpopuláció szaporodása tipikus növekedési görbét követ. Könnyen megfigyelhető, ha egy bizonyos számú sejt egy baktériumnak van kitéve egy tápanyagtálban. Miután a sejtek megnőttek és alkalmazkodtak az új környezeti feltételekhez (lag szakasz) megkezdődik a népesség kezdetben lassú növekedése, amely gyorsan a exponenciális növekedés számos sejtosztódáson halad át (log fázis). Ban,-ben Késleltetési szakasz A növekedés lassul és egyben csúcsosodik ki állófázis. A baktériumok száma 10 ^ 9 sejt/ml-ig nőtt. Most következik a tápanyagok kimerülése és a mérgező bomlástermékek növekedése miatt Halálszakasz.

Kép: M • Komorniczak „Statikus baktériumkultúra növekedési görbéje”. Engedély: CC BY-SA 3.0

Az exponenciális növekedés egyértelművé teszi, hogy bakteriális fertőzés esetén gyorsan intézkedni kell, és a várakozás a kórokozók erőteljes szaporodását és halálos következményeket okozhat. A növekedés sebessége azonban a tápanyagok elérhetőségétől és egyéb környezeti feltételektől függ. Annak érdekében, hogy ezt bizonyos baktériumtörzsek esetében értékelni lehessen, a Generációs idő T, így meghatározzák az anyasejt két leánysejtre osztódásának időtartamát vagy a baktériumpopuláció megduplázódását.

A T generációs idő az exponenciális növekedési szakaszban (log fázis) határozható meg. A baktériumok kezdeti számát kísérletileg határozzák meg 0, és a baktériumok száma akkor t. Mivel ez exponenciális növekedés, az egyenlet a következő:

A T/t a generációs idők vagy felosztások számát jelzi.

Az egyenlet logaritmizált:

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

Az egyenlet logaritmizált, mert ebben a formában egyenes vonalegyenletnek felel meg. A logaritmizált cellaszám grafikonja t idővel most egyenesnek felel meg a Lejtés 0,301/T. A generációs idő így leolvasható a diagramról.

Patogenitás és virulencia tényezők

A Patogenitás A baktériumtörzs jelentése betegség okozásának képességét jelenti. Ahhoz, hogy osztályozzuk, mennyire hangsúlyos ez a képesség, a virulencia használt. A virulencia tényezők a következők:

Antigénként elismert sejtfal-alkatrészek
Felszíni fehérjék vagy kapszulák
A baktériumok által kiválasztott egzotoxinok
Metabolikus termékek, amelyek kiválasztódnak
Metabolikus termékek/endotoxinok, amelyek sejthalál után szabadulnak fel

A különböző fajok virulenciája nagymértékben változhat. A LD50 (halálos adag50), azaz az a dózis, amelynél a fertőzött tesztcsoport 50% -a meghal. Erős virulenciájú baktériumoknál csak kisebb különbségek vannak az LD50 és az a dózis között, amelynél a tesztcsoport 100% -a meghal. Példa erre Streptococcus pneumoniae. Az LD50 nem határozható meg, mert csak néhány sejt elegendő a teljes tesztcsoport elpusztításához. Ezzel szemben az LD50 származási helye Salmonella enterica könnyen megkülönböztethető az LD100-tól. Körülbelül százszor több kórokozóra van szükség a teljes populáció megöléséhez, mint az 50% -os.

Népszerű mikrobiológiai fertőző betegség vizsgakérdések

A megoldások a referenciák alatt találhatók.

1. Melyik organellából hiányoznak a baktériumsejtek?

Plazma membrán
Csapások
Sejtmag
Pili
Sejtfal

2. A gram-pozitív és a gram-negatív baktériumok közötti különbség ...

... egy speciálisan festhető felületi fehérjében, amely csak gram-pozitív baktériumokkal rendelkezik.
... a gramm-pozitív baktériumok további membránjában.
... a gram-negatív baktériumok vékonyabb, második membránjában.
... transzporterekben, amelyek a festéket gram-pozitív sejtekben szállítják a citoszolba.
... a pozitív és negatív sejtek mureinrétegeinek különböző cukorstruktúráiban.

3. Az alábbi állítások közül melyik helyes?

Az egyenes meredeksége lg n = lg n0 + t/T x lg 2 -ből közvetlenül tükrözi a generációs időt.
Az LD50 a koncentráció 50% -át jelenti, amely a tesztállatok 100% -át elpusztítja.
Konjugációval történő horizontális génátadás csak egyirányúan lehetséges.
A virulencia egy baktérium képessége betegség okozására.
A kötelező anaerobok túlélhetnek oxigén jelenlétében, valamint oxigén nélkül.

dagad

Johannes Wöstemeyer: Mikrobiológia, Verlag Eugen Ulmer Stuttgart

Monica Hirsch-Kauffmann, Manfred Schweiger, Michal-Ruth Schweiger: Biológia és molekuláris orvoslás orvosok és természettudósok számára, Thieme Verlag

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

Megoldások a feladatokra: 1C, 2C, 3C