Бактериална инфекция - морфологията и структурата на бактериите

Изображение: „Цветна сканираща електронна микрография на Escherichia coli“ от NIAID. Лиценз: CC BY 2.0

Определение за бактериална инфекция

Проникването на бактерии в организма на гостоприемника, независимо дали е пасивно или активно, се означава като инфекция (на латински: inficere "поставям"), ако тяхното размножаване и реакцията на гостоприемника към него водят до заболяване. Наричат се бактерии, които могат да причинят заболяване при хората човешки патогенни определен.

Морфология и структура на бактериите

В диапазона от 0,2-2 μm има три различни основни форми, на които се основава морфологията на всички еубактерии.

Коки: сферична или овална. Често на групи от по двама, четирима или осем (Diplococci, Tetrads, Sarcines) Клетки, във вид на грозде (Стафилококи) или верижна форма (Стрептококи) съхранява.
пръчка: пръчковидна, в различни форми: стройна (напр. Mycobacterium tuberculosis), пълничък (напр. Ешерихия коли), заострени или заоблени краища и т.н.
Спираловиден: морфологично изразени завои; това включва Спирила, Борелия, Трепонема и Лептоспира

Прокариотите се различават значително от нашите еукариотни клетки по своята структура. Въпреки че бактериите се различават изключително много една от друга по своя метаболизъм, структура и вирулентност, има структури, които са общи за всички. Таблицата показва най-важните органели и тяхната функция. Клетъчната стена се третира отделно в следващия параграф, тъй като тя играе важна роля при класификацията и терапията на бактериите.

Клетъчна стена

Най-важната задача на твърдата клетъчна стена е да устои на високото вътрешно осмотично налягане на бактерията и да предотврати пукването на клетката. Клетъчната стена на всички бактерии се състои от Пептидогликан или Мурейн. Това е мрежа, съставена от Полизахариди N-ацетилмураминова киселина и N-ацетилглюкозамин, което накратко Пептидни странични вериги бъдете в мрежа. За да направи разграничението между двата подвида - грам-положителни и грам-отрицателни - по-лесно за разбиране, Грам петно обясни.

Скръбното петно

Изображение: „Микроскопско изображение на Грам оцветяване от смесени Грам-положителни коки (Staphylococcus aureus ATCC 25923, лилаво) и Грам-отрицателни бацили (Escherichia coli ATCC 11775, червено). Увеличение: 1000. ”От Y tambe. Лиценз: CC BY-SA 3.0

В Грам петно използват бактерии Кристална теменужка и Разтвор на Лугол оцветени. След това клетките се измиват добре с алкохол и с Еозин (червено багрило) оцветено.

A дебел муреинов слой предотвратява измиването на боята - така че боята беше положителен и бактериите изглеждат сини под микроскопа. С много тънък слой муреин багрилото отново се измива от клетките - те са грам-отрицателни и се вижда само през червеното противооцветяване.

Те са определящи за образуването на клетъчна стена Транспептидази, които свързват отделните компоненти на пептидогликаните заедно. Те са важна цел за пеницилини и други антибиотици.

метаболизъм

Тази статия се занимава само с бактерии, които са патогенни за хората. Това са винаги хемосинтетичен (за разлика от фотосинтетичните бактерии) и органотрофни (Те получават енергията си от органични вещества). Както при еукариотите, органичните вещества се окисляват и електроните и Н + йони се прехвърлят, за да генерират енергия. За това бактериите използват два различни метаболитни пътя.

дишане

The дишане се дължи на трансфера на H + йони кислород маркирани. Има и двете аеробно дишане както и анаеробно дишане, при които кислородът е химически свързан в сол. Добивът от дишането е около десет пъти по-голям от добива от ферментацията.

Ферментация (ферментация)

Вместо кислород, друго органично съединение служи като приемник на водород. Ферментацията е кръстена на получения краен продукт, например алкохолна ферментация.

Следната класификация на бактериите произтича от техния метаболизъм:

Факултативни анаероби: Бактериите могат да правят както дишане, така и ферментация
Задължителни аероби: Бактериите зависят от дишането и по този начин кислорода в тяхната среда
Задължителни анаероби: Бактериите са оптимално адаптирани към ферментацията. Когато влязат в контакт с кислород, техният метаболизъм се задържа и те умират.
Аеротолерантни анаероби: Бактериите са оптимално адаптирани към ферментация и могат да понасят богата на кислород среда

Размножаване на бактерии - размножаване и трансфер на гени

Бактериите се размножават лесно клетъчно делене. Двете дъщерни клетки, които излизат от оригиналната клетка, имат две еднакви (освен случайни мутации) копия на генома. Това вертикален трансфер на ген от едно поколение на следващото клонална. Това означава, че не е възможна рекомбинация на геноми, както при мейотичното размножаване. Бактериите постигат генетично разнообразие чрез хоризонтален трансфер на ген, т.е.обмен на информация между две индивиди от едно поколение. Този обмен без мейоза също се нарича Парасексуалност определен.

трансформация

Трансформацията е поемане на ДНК в бактерията без необходимост от вектори, мостове или други химически помощни средства. Някои бактериални видове имат това естествена компетентност за усвояване на ДНК. С помощта на рецептори те разпознават нишките на ДНК на клетъчната си повърхност, фрагментират ги на къси едноверижни парчета и ги абсорбират в клетъчната вътрешност. Ако тогава присъства хомоложен генен сегмент, външната ДНК може да се сдвои и да въведе нова информация в генома. Този тип генен трансфер се осъществява само в рамките на даден вид, тъй като бактериите разпознават ДНК на вида.

конюгация

Относно т.нар Конюгационни мостове станете необвързани Плазмиди разменени между две клетки. The F плазмид съдържа, наред с други неща, гените, които позволяват образуването на конюгационен мост и предаването на плазмид. Следователно бактерията, която съдържа F плазмида, е донорната клетка, нейният партньор реципиентът. Формира се донорната клетка F-пили (pilus lat. hair), които осъществяват контакт с получателя. След това пилите се съкращават и сливат, така че в крайна сметка има пора или къс мост между двете бактерии. Единична верига се синтезира върху плазмида чрез механизма на цикъла на търкаляне, който след това се завършва в реципиента, за да образува двуверижен F плазмид. Реципиентът вече може да предаде F плазмида като донор.

Изображение: „Схематично рисуване на бактериална конюгация. ”От Матиас М. Лиценз: CC BY-SA 3.0

Този генен трансфер се осъществява само еднопосочен (в една посока). Донорът и получателят понякога се съкращават като F + и F- в литературата.

Крива на растеж на бактериалната популация

Размножаването на бактериална популация следва типична крива на растеж. Може лесно да се наблюдава, ако определен брой клетки са изложени на бактерии в хранителна чиния. След като клетъчните индивиди пораснат и се адаптират към новите условия на околната среда (фаза на изоставане) започва първоначално бавен прираст на населението, който бързо се превръща в експоненциален растеж преминава през множество клетъчни деления (регистрационна фаза). В Фаза на забавяне Растежът се забавя и кулминира в едно стационарна фаза. Броят на бактериите се е увеличил до 10 ^ 9 клетки/ml. Сега следва поради изчерпване на хранителните вещества и увеличаване на токсичните продукти на разграждане Фаза на смъртта.

Изображение: „Крива на растеж на статична бактериална култура“ от M • Komorniczak. Лиценз: CC BY-SA 3.0

Експоненциалният растеж става ясно, че в случай на бактериална инфекция трябва да се предприемат действия бързо и че изчакването може да доведе до силно размножаване на патогените и фатални последици. Скоростта на растеж обаче зависи от наличието на хранителни вещества и други условия на околната среда. За да се оцени това за някои бактериални щамове, Време на генериране T, по този начин се определя продължителността на разделяне на майчината клетка на две дъщерни клетки или удвояване на бактериалната популация.

Времето на генериране T може да бъде определено по време на експоненциалната фаза на растеж (log фаза). Първоначалният брой бактерии се определя експериментално н0, и броя на бактериите н по това време т. Тъй като това е експоненциален растеж, уравнението е:

T/t показва броя на времената на генериране или деленията.

Уравнението е логаритмизирано:

lg n = lg n0 + t/T x lg 2 = lg n0 + 0.301 x t/T = lg n0 + 0,301/Т x t

Уравнението е логаритмизирано, тъй като в тази форма то съответства на уравнение с права линия. Графиката на логаритмизирания номер на клетката спрямо времето t сега съответства на права линия с Наклон 0,301/T. По този начин времето за генериране може да се прочете от диаграмата.

Фактори на патогенност и вирулентност

The Патогенност на бактериален щам означава способността да причинява заболяване. За да класифицира колко силно изразена е тази способност, вирулентност използвани. Факторите на вирулентност са:

Компоненти на клетъчната стена, които са разпознати като антигени
Повърхностни протеини или капсули
Екзотоксини, които се екскретират от бактериите
Метаболитни продукти, които се екскретират
Метаболитни продукти/ендотоксини, които се отделят след клетъчна смърт

Вирулентността на различните видове може да варира значително. Посочва се с помощта на LD50 (летална доза 50), т.е. дозата, при която 50% от заразената тестова група умират. При бактерии със силна вирулентност има само малки разлики между LD50 и дозата, при която 100% от тестваната група умират. Пример за това е пневмокок. LD50 не може да бъде определен, защото само няколко клетки са достатъчни, за да убият цялата тестова група. За разлика от тях LD50 е от Salmonella enterica лесно се различава от LD100. Около 100 пъти повече патоген се изисква, за да се убие цялото население, отколкото да се убият 50%.

подувам

Йоханес Wöstemeyer: Микробиология, Verlag Eugen Ulmer Щутгарт

Моника Хирш-Кауфман, Манфред Швайгер, Михал-Рут Швайгер: Биология и молекулярна медицина за лекари и естествени учени, Thieme Verlag

Madigan, Martinko, Stahl, Clark: Brock Microbiology, 13th Edition, Pearson Verlag

Решения на задачите: 1C, 2C, 3C