Бактеріальна інфекція - морфологія та будова бактерій

Зображення: “Кольорова скануюча електронна мікрофотографія кишкової палички” від NIAID. Ліцензія: CC BY 2.0

Визначення бактеріальної інфекції

Проникнення бактерій в організм господаря, будь то пасивний чи активний, називається інфекцією (лат. Inficere «вводити»), якщо їх розмноження та реакція господаря на нього призводять до захворювання. Бактерії, які можуть викликати захворювання у людини, називаються патогенний для людини призначений.

Морфологія та будова бактерій

У діапазоні розмірів 0,2-2 мкм є три різні основні форми, на яких заснована морфологія всіх еубактерій.

Коки: куляста або овальна. Часто групами по два, чотири або вісім (Диплококи, тетради, сарцини) Клітини у вигляді винограду (Стафілококи) або ланцюгова форма (Стрептококи) зберігається.
стрижень: паличкоподібна, у різних формах: струнка (напр. Мікобактерії туберкульозу), пухкий (напр. Кишкова паличка), загострені або закруглені кінці тощо.
Гвинтові: морфологічно виражені повороти; це включає Спірілла, Боррелія, Трепонема і Лептоспіра

Прокаріоти сильно відрізняються від наших еукаріотичних клітин своєю будовою. Хоча бактерії надзвичайно відрізняються одна від одної за своїм метаболізмом, структурою та вірулентністю, існують структури, загальні для всіх них. У таблиці наведено найважливіші органели та їх функції. У наступному абзаці клітинна стінка розглядається окремо, оскільки вона відіграє важливу роль у класифікації та терапії бактерій.

Клітинна стінка

Найважливіше завдання твердої клітинної стінки - витримувати високий внутрішній осмотичний тиск бактерії та запобігати розриву клітини. Клітинна стінка всіх бактерій складається Пептидоглікан або Мурейн. Це сітка, що складається з Полісахариди N-ацетилмурамічна кислота та N-ацетилглюкозамін, що коротко Бічні ланцюги пептидів бути в мережі. Щоб зробити різницю між двома підвидами - грампозитивним і грамнегативним - легше зрозуміти, Пляма по Граму пояснив.

Горе пляма

Зображення: «Мікроскопічне зображення плями за Грамом із змішаних грампозитивних коків (золотистий стафілокок ATCC 25923, фіолетовий) та грамнегативних паличок (кишкова паличка ATCC 11775, червона). Збільшення: 1000. ”Y Yambe. Ліцензія: CC BY-SA 3.0

В Пляма по Граму використовуються бактеріями Кришталева фіалка та Розчин Люголя заплямований. Потім клітини добре промивають спиртом і с Еозин (червоний барвник) фарбований.

A товстий шар муреїну запобігає вимиванню барвника - так барвник був позитивні і бактерії під мікроскопом здаються синіми. З дуже тонкий шар муреїну барвник знову вимивається з клітин - вони є грамнегативні і видно лише через червоний контраст.

Вони є визначальними для формування клітинної стінки Транспептидази, які зв’язують між собою окремі компоненти пептидогліканів. Вони є важливою мішенню для пеніцилінів та інших антибіотиків.

обмін речовин

Ця стаття стосується лише бактерій, які є патогенними для людини. Це завжди хемосинтетичний (на відміну від фотосинтезуючих бактерій) і органотрофний (Вони отримують енергію з органічних речовин). Як і в еукаріотів, органічні речовини окислюються, а електрони та іони Н + передаються для отримання енергії. Для цього бактерії використовують два різні шляхи обміну речовин.

дихання

дихання відбувається за рахунок перенесення іонів Н + кисень позначений. Є обидва аеробне дихання так само, як анаеробне дихання, в якій кисень хімічно зв’язаний у солі. Урожай при диханні приблизно в десять разів більший, ніж при бродінні.

Бродіння (бродіння)

Замість кисню інша органічна сполука служить акцептором водню. Ферментація названа на честь отриманого кінцевого продукту, наприклад, спиртового бродіння.

Наступна класифікація бактерій є результатом їх метаболізму:

Факультативні анаероби: Бактерії можуть здійснювати як дихання, так і бродіння
Обов’язкові аероби: Бактерії залежать від дихання і, отже, кисню в оточенні
Обов’язкові анаероби: Бактерії оптимально пристосовані до бродіння. Коли вони контактують з киснем, їх метаболізм гальмується, і вони гинуть.
Аеротолерантні анаероби: Бактерії оптимально пристосовані до бродіння і можуть переносити багате киснем середовище

Розмноження бактерій - розмноження та передача генів

Бактерії розмножуються легкий поділ клітин. Дві дочірні клітини, що виходять із вихідної клітини, мають дві однакові (крім випадкових мутацій) копії геному. Це вертикальний перенос генів від одного покоління до наступного клональна. Це означає, що рекомбінація геномів, як при мейотичному розмноженні, неможлива. Бактерії досягають генетичного різноманіття за допомогою горизонтальний перенос генів, тобто обмін інформацією між двома особами покоління. Цей обмін без мейозу також називають Парасексуальність призначений.

перетворення

Трансформація - це поглинання ДНК у бактерію без необхідності переносників, містків та інших хімічних допоміжних засобів. Деякі види бактерій мають це природна компетентність для поглинання ДНК. За допомогою рецепторів вони розпізнають нитки ДНК на своїй клітинній поверхні, фрагментують їх на короткі, одноланцюгові шматочки і заносять у внутрішню клітину. Якщо тоді присутній гомологічний сегмент гена, зовнішня ДНК може паруватися і вводити нову інформацію в геном. Цей тип передачі генів відбувається лише в межах виду, оскільки бактерії розпізнають ДНК виду.

спряження

Про т.зв. Сполучні мости стати самотнім Плазміди обмінюються між двома клітинами. F плазміда містить, серед іншого, гени, які дозволяють формувати місток кон'югації та передавати плазміду. Отже, бактерія, що містить плазміду F, є клітиною-донором, її партнером-реципієнтом. Формується клітина-донор F-пілі (pilus lat. hair), які встановлюють контакт з реципієнтом. Потім пілі скорочуються і зливаються, так що в кінцевому підсумку між цими двома бактеріями є пори або короткий місток. Одина ланцюг синтезується на плазміді за допомогою механізму циклу прокатки, який потім завершується у реципієнта, утворюючи дволанцюгову F-плазміду. Тепер реципієнт також може передавати плазміду F як донора.

Зображення: “Схематичний малюнок кон’югації бактерій. ”Маттіасом М. Ліцензія: CC BY-SA 3.0

Цей перенос генів відбувається лише односпрямований (в одному напрямку). Донор та реципієнт в літературі іноді скорочуються як F + та F-.

Крива зростання популяції бактерій

Розмноження бактеріальної популяції відбувається за типовою кривою зростання. Це можна легко спостерігати, коли певна кількість клітин піддається дії бактерій в поживній посуді. Після того, як клітинні особини виросли та адаптувались до нових умов навколишнього середовища (фаза відставання) починається спочатку повільний приріст населення, який швидко перетворюється на експоненціальне зростання проходить через численні відділи клітин (фаза журналу). В Фаза затримки Зростання сповільнюється і завершується одним стаціонарна фаза. Кількість бактерій зросла до 10 ^ 9 клітин/мл. Тепер це відбувається через виснаження поживних речовин і збільшення токсичних продуктів розпаду Фаза смерті.

Зображення: “Крива росту статичної бактеріальної культури” М. • Коморничак. Ліцензія: CC BY-SA 3.0

Експоненціальний ріст дає зрозуміти, що у випадку бактеріальної інфекції слід вживати заходів швидко і що очікування може спричинити сильне розмноження патогенів та летальні наслідки. Однак швидкість росту залежить від наявності поживних речовин та інших умов навколишнього середовища. Для того, щоб оцінити це для деяких штамів бактерій, Час генерації Т, таким чином визначається тривалість поділу материнської клітини на дві дочірні клітини або подвоєння бактеріальної популяції.

Час генерації T можна визначити під час експоненціальної фази зростання (log log). Початкову кількість бактерій визначають експериментально 0, і кількість бактерій в той час т. Оскільки це експоненціальне зростання, рівняння має вигляд:

T/t вказує кількість разів генерації або поділів.

Рівняння логарифмізоване:

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

Рівняння логарифмізоване, оскільки в такому вигляді воно відповідає прямолінійному рівнянню. Графік логарифмізованого номера комірки щодо часу t тепер відповідає прямій лінії з Нахил 0,301/Т. Таким чином, час генерації можна прочитати з діаграми.

Фактори патогенності та вірулентності

Патогенність бактеріального штаму позначає здатність викликати захворювання. Щоб класифікувати, наскільки виражена ця здатність, вірулентність використовується. Факторами вірулентності є:

Компоненти клітинної стінки, які розпізнаються як антигени
Поверхневі білки або капсули
Екзотоксини, які виводяться бактеріями
Продукти метаболізму, які виводяться з організму
Продукти метаболізму/ендотоксини, що виділяються після загибелі клітин

Вірулентність різних видів може коливатися в широких межах. Це вказується за допомогою LD50 (летальна доза50), тобто доза, при якій 50% зараженої дослідної групи гине. У бактерій із сильною вірулентністю існують лише незначні відмінності між LD50 та дозою, при якій 100% досліджуваної групи гине. Прикладом цього є Streptococcus pneumoniae. LD50 визначити неможливо, оскільки для знищення всієї досліджуваної групи достатньо лише кількох клітин. На відміну від них, LD50 - від Salmonella enterica легко відрізнити від LD100. Для знищення всієї популяції потрібно приблизно в 100 разів більше патогена, ніж для знищення 50%.

набрякати

Йоганнес Вестемейер: Мікробіологія, Верлаг Ойген Ульмер Штутгарт

Моніка Гірш-Кауфманн, Манфред Швайгер, Міхал-Рут Швайгер: Біологія та молекулярна медицина для лікарів та науковців, Тім Верлаг

Медіган, Мартінко, Шталь, Кларк: Мікробіологія Брока, 13-е видання, Пірсон Верлаг

Рішення завдань: 1С, 2С, 3С