Mikrobiologia Wykłady Kompendium Wiedzy PDF

Probiotics in human health and disease: from nutribiotics to pharmabiotics Prasówka_Studenci III roku Analityki Medycznej Olga Sobczak, Aleksandra Wawiórko, Anna Szafrańska, Julia Mikołajczyk, Julia Wrzaskowska, Agnieszka Żeb...

Probiotics in human health and disease: from nutribiotics to pharmabiotics Prasówka_Studenci III roku Analityki Medycznej Olga Sobczak, Aleksandra Wawiórko, Anna Szafrańska, Julia Mikołajczyk, Julia Wrzaskowska, Agnieszka Żebrowska Introduction ❑Probiotics Functions How we can get probiotics? ❑ Categories of probiotics Nutribiotics – probiotics with nutritive claims Pharmabiotics – therapeutic and pharmacological probiotics with health claims Definition and categorization of probiotics live micro-organisms, which when consumed in adequate amounts, confer a health effect on the host by FAO and WHO oral delivery such as in foods and food products, food supplements, or medicinal supplements Nutribiotics producing vitamins Some microbial groups produce vitamins and contribute to the availability of vitamins in the human host. Examples include B-vitamins. Use of vitamin-producing nutribiotics is a natural approach with a lower probability of side effects than fortification with chemically synthesized vitamins. Vitamin deficiency can lead to serious health problems.  Probiotics have been used to Nutribiotics treat some gastrointestinal conditions including lactose improving intolerance. nutritional health Nutribiotics producing health- beneficial metabolites problems Definition of pharmabiotics PHARMABIOTICS are bacterial cells of human origin, or their products, with a proven pharmacological role in health or disease This term include wide potential use of microbes that are alive or dead, the components of organisms or metabolites of microbes that are not covered by the classical definition of probiotics by the FAO/WHO Conclusion Nutraceutical properties of probiotics can be used to improve human health maintenance and quality of life to prevent health problems through various mechanisms. Pharmabiotics are useful in the prevention and treatment of disease, but more research is needed. That catorization of probiotics is required to avoid confusion between foods or medicine for researchers and customers Prof. dr hab. n. med. Marzena Gajęcka Materiały wykładowe dla Studenta kierunku Inżynieria farmaceutyczna Mikrobiomy – konspekt (wybrane treści) Mikrobiomy ciała ludzkiego Każdy MIKROBIOM obejmuje wszystkie bakterie, archeony, grzyby, wirusy, małe eucariota, zasiedlające dany organ lub region ciała ludzkiego. Mikrobiom obejmuje mikroflorę fizjologiczną oraz patogeny. Mianem METAGENOMU określa się łączną informację genomów bakterii, archeonów, grzybów, wirusów, małych eucariota. A mianem HOLOGENOMU - łączną informację genomów bakterii, archeonów, grzybów, wirusów, małych eucariota oraz genomu ludzkiego. Co oferujemy mikroorganizmom? Zmienne warunki w obrębie ciała ludzkiego Temperatura skóra jest chłodniejsza, szczególnie na dłoniach i stopach pH skóra, część układu pokarmowego, pochwa – odczyn kwasowy Woda skóra ma suche odsłonięte i mniej eksponowane wilgotne regiony, niektóre organy/części ciała bardziej wilgotne niż skóra Osiągalne składniki odżywcze pożywienie w jelitach, obumarłe komórki ludzkie, wydzieliny UV zmienna ekspozycja skóry na promieniowanie UV Zróżnicowanie międzyosobnicze 1  płeć, dieta, klimat, wiek, wykonywany zawód, higiena osobista, podłoże genetyczne (wpływ ludzkich genów) TYLKO DWA OGÓLNE WNIOSKI z badań nad mikrobiomami: Mało jest wspólnych mikroorganizmów identyfikowanych u większości badanych osób (szczególnie w przypadku mikrobiomów skóry, jelit, jamy ustnej i pochwy). Obserwuje się ogromną różnorodność pomiędzy składem bakterii/grzybów i wirusów w wymazach pozyskanych z tego samego miejsca u tego samego pacjenta, w krótkim odstępie czasu. Funkcje niezbędne w utrzymaniu zdrowia człowieka Uwalniają składniki odżywcze M. rozkłada produkty żywnościowe w naszych jelitach, których my sami nie trawimy, ok. 10% kalorii pozyskujemy dzięki mikroorganizmom. Mleko matki karmiącej zawiera oligosacharydy, które nie mają wartości odżywczej dla dziecka, ale są pokarmem dla bakterii ważnych dla rozwoju systemu immunologicznego dziecka (stąd probiotyki z prebiotykami). Dzieci karmione mlekiem z proszku, które zawiera mniej oligosacharydów, częściej cierpią na alergie. Tworzą ochronny biofilm Powierzchnie naszego ciała, zewnętrzna i wewnętrzne są pokryte biofilmem. Aby ‚nowy’ mikroorganizm mógł przeniknąć i zaatakować komórki ciała musi najpierw pokonać tę biologiczną przeszkodę. W zatokach populacje m. uformowane w biofilm chronią przed czynnikami etiologicznymi wywołującymi zapalenie zatok. Jeżeli spożywamy dietę ubogą w cukry proste i tłuszcze wówczas biofilm w jelitach ma silniejsze działanie ochronne. Produkcja ARA i DHA M. produkują kwas arachidonowy (omega – 6) oraz dokozaheksaenowy (omega-3), ważne składniki odżywcze szczególnie dla niemowląt i małych dzieci, rozpoznane jako wpływające korzystnie w procesie nauki i rozwoju dziecka. Stąd preparaty dla niemowląt często zawierają dodatek kwasów omega-3 i omega-6. Rola m. w etiologii chorób cywilizacyjnych człowieka Biegunki będące wynikiem antybiotykoterapii Astma Autyzm Nowotwory Próchnica zębów 2 Depresja Cukrzyca typu I, II, kobiet w ciąży Wrzody żołądka Niedożywienie Otyłość 3 Marzena Gajęcka_Materiały wykładowe_Genetyka bakterii – wybrane treści 20.11.2024 Genom bakteryjny – zbiór wszystkich genów, które znajdują się w bakterii – na chromosomie oraz na pozachromosomalnych elementach genetycznych (plazmidy). W chromosomie bakterii znajdować się może wbudowany materiał genetyczny bakteriofagów. W odróżnieniu do Eukaryota, posiadających zazwyczaj dwie osobne kopie każdego chromosomu, bakterie posiadają tylko jeden chromosom – są haploidalne, dlatego każda zmiana w genach (np. mutacja) będzie miała znacznie wyraźniejszy efekt, w porównaniu do komórek diploidalnych. Nukleoid to obszar cytoplazmy komórek prokariotycznych bakterii i sinic, w którym znajduje się kolista nić kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) w postaci genoforu. Jej odpowiednikiem u eukariontów jest jądro komórkowe, które dodatkowo otoczone jest błoną jądrową. Translacja Translacja to proces syntezy łańcucha polipeptydowego białek na matrycy mRNA - przeniesienie informacji genetycznej zawartej pierwotnie w DNA na konkretną strukturę białka, zależną od uszeregowania aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym, Powstawanie łańcucha polipeptydowego sterowane jest przez sekwencję mRNA. Translacja odbywa się w cytoplazmie lub na błonach siateczki śródplazmatycznej szorstkiej. Proces ten jest katalizowany przez rybosom obejmujący podjednostkami przesuwającą się nić mRNA. Rybosomy składają się z dwóch podjednostek, małej i dużej, które są zbudowane z białek i rRNA, a funkcję katalityczną pełnią enzymy (rybozymy) zawarte w dużej podjednostce rybosomu. Translacja na jednej cząsteczce mRNA może być prowadzona przez wiele rybosomów równocześnie. Translacja u prokariontów_inicjacja Inicjacja translacji wymaga małej i dużej podjednostki rybosomu, czynników inicjacji translacji, GTP (jako źródła energii) oraz inicjatorowego aminoacylo-tRNA (ze związanym aminokwasem formylometioniną), Mała podjednostka rybosomu wiąże się z czynnikiem inicjacji translacji IF3. 16S rRNA z małej podjednostki rybosomu 30S rozpoznaje i wiąże komplementarną sekwencję Shine-Dalgarno w mRNA. Czynnik inicjacji translacji IF2 wiąże się z fMet-tRNA i pomaga mu związać się z małą podjednostką rybosomu, W rybosomie są trzy miejsca, w których może znajdować się tRNA: 1 miejsce A, przez które wchodzi aminoacylo-tRNA (z wyjątkiem pierwszego aminoacylo-tRNA - fMet- tRNA, które wchodzi przez miejsce P), miejsce P, gdzie tworzy się peptydylo-tRNA, oraz miejsce E, przez które tRNA opuszcza rybosom po oddaniu aminokwasu. Aminoacylo-tRNA (fMet- tRNA) znajdujące się w miejscu P rybosomu rozpoznaje kodon inicjujący AUG. Inicjacja kończy się przyłączeniem dużej podjednostki rybosomu i uwolnieniem czynników inicjacji translacji. https://pl.wikipedia.org/wiki/Translacja_(genetyka) Translacja u prokariontów_elongacja i terminacja 2  Po wejściu fMet-tRNA do miejsca P miejsce A otwiera się i umożliwia związanie się kolejnego aminoacylo-tRNA. W tym wiązaniu bierze udział czynnik elongacji translacji EF-Tu. W ten sposób rozpoczyna się elongacja. Rosnący polipeptyd odłącza się od tRNA w miejscu P, a między ostatnim aminokwasem a aminokwasem przyłączonym do tRNA w miejscu A tworzy się wiązanie peptydowe. Reakcja ta jest katalizowana przez rybozym peptydylotransferazę - 23S rRNA w podjednostce 50S rybosomu. Rybosom przesuwa się o trzy nukleotydy na nici mRNA, z którą są związane tRNA. Dzięki temu polipeptyd przesuwa się z miejsca A do miejsca P, a nienaładowane tRNA trafia do miejsca E. Powstające białko wysuwa się z rybosomu przez otwór w dużej podjednostce. Elongacja trwa, dopóki rybosom nie natrafi na jeden z kodonów terminacyjnych w mRNA. Kiedy kodon terminacyjny znajdzie się w miejscu A rybosomu, następuje terminacja translacji. Kodony terminacyjne nie są rozpoznawane przez żadne tRNA, tylko przez czynniki uwalniające, które są odpowiedzialne za hydrolizę wiązania estrowego peptydylo—tRNA i uwolnienie nowo powstałego białka z rybosomu. U prokariontów za proces terminacji translacji odpowiedzialne są dwa czynniki — RF1 i RF2. Czynnik RF1 rozpoznaje kodony UAA i UAG, a RF2 rozpoznaje kodony UAA i UGA. Po terminacji mRNA i tRNA są uwalniane z rybosomu, a on sam dysocjuje na podjednostki, które mogą zostać ponownie wykorzystane do inicjacji translacji kolejnego mRNA. 27.11.2024 Materiały wykładowe Genetyka bakterii – wybrane treści, c.d. Ekspresja genów u drobnoustrojów_1 Bakterie wytworzyły mechanizmy służące szybkiej i skutecznej adaptacji wobec zmieniających się warunków środowiskowych, mechanizmy te umożliwiają koordynację i regulację ekspresji genów odpowiedzialnych za tworzenie wieloskładnikowych struktur lub enzymów szlaków metabolicznych; Bakterie mogą produkować do 6 czynników sigma (dla polimerazy RNA, biorącej udział w transkrypcji) stosowanych w regulacji odpowiedzi na stres, szok, głód, a także do koordynacji produkcji skomplikowanych struktur, np. rzęsek; Określone stężenie produkowanych przez bakterie małych cząsteczek sygnałowych (autoinduktorów) prowadzi do włączenia genów zjadliwości, np. w procesie tworzenia biofilmu przez Pseudomonas spp.; Geny niektórych mechanizmów zjadliwości zgrupowane są w tzw. wyspach patogeniczności, znajdujących się pod kontrolą jednego promotora, co umożliwia jednoczesną ekspresje genów w sprzyjających warunkach; Ekspresja genów u drobnoustrojów_2 3  U bakterii istnieje mechanizm kontroli ekspresji genów tzw. regulowanie transkrypcji przez translację. Brak błony jądrowej u Prokaryota umożliwia rybosomom łączenie się z nicią mRNA, której część wciąż ulega transkrypcji z matrycy DNA. ‚Ruch’ rybosomów może doprowadzić do powstania na mRNA pętli, która uniemożliwia polimerazie RNA dalszą syntezę, co skutkuje terminacją transkrypcji; Proces transkrypcji ulega kontroli negatywnej oraz pozytywnej: Geny znajdujące się pod kontrolą negatywną ulegają ekspresji, dopóki ich transkrypcja nie zostanie zahamowana przez białko represora (białko represora wiążąc się do sekwencji operatorowej, hamuje wiązanie polimerazy RNA z promotorem i rozpoczęcie procesu transkrypcji). Geny znajdujące się pod kontrolą pozytywną nie ulegają ekspresji przy braku aktywnego białka regulatorowego. Białko to wiąże się ze swoistą sekwencją DNA i ułatwia przyłączenie się do niej polimerazy RNA (dokładny mechanizm nie jest poznany), która rozpoczyna proces transkrypcji. Ekspresja genów u drobnoustrojów_3 Operony dzielą się na indukowane oraz kontrolowane przez represjonowanie. W przypadku operonów indukowanych, wprowadzenie induktora (substratu) prowadzi do ekspresji genów odpowiedzialnych za jego metabolizm. Natomiast wysokie stężenie produktu końcowego szlaku metabolicznego prowadzi do zatrzymania ekspresji lub zmniejszenia jej wydajności przez inhibicję genów kodujących enzymy katalizujące powstawanie produktów. Operon laktozowy lac jest odpowiedzialny za degradację laktozy. Lac należy do operonów indukowanych znajdujących się pod kontrolą pozytywną oraz negatywną. Także ekspresja mechanizmów wirulencji jest koordynowana przez składniki regulacyjne operonu. Takie parametry jak temperatura, osmolarność, pH, dostępność składników odżywczych lub stężenie określonych cząstek, mogą prowadzić do włączenia lub wyłączenia transkrypcji pojedynczego genu lub ich grupy. Operon – zbiór wspólnie transkrybowanych i regulowanych genów, położonych obok siebie w genomie. W skład pojedynczego operonu wchodzą: geny kodujące białka i enzymy (geny struktury lub też geny strukturalne), dwa odcinki DNA niekodujące białek: promotor i operator. Operon zawiera też terminator (odcinek genu, na którym kończy się transkrypcja operonu). W skład operonu może też wchodzić atenuator - sekwencja położona między promotorem a genami struktury. Po transkrypcji tej sekwencji powstaje fragment RNA, który może tworzyć strukturę przestrzenną działającą jako sygnał do terminacji transkrypcji. 4 Promotor to miejsce rozpoznawane przez polimerazę RNA, zaś operator jest miejscem, gdzie "przyczepia" się regulator (białko), które reguluje operon. Mechanizm regulacji polega na włączaniu lub wyłączaniu transkrypcji. Rodzaje operonów bakteryjnych: indukowane (kataboliczne) - produkcja enzymów jeśli substrat obecny w środowisku ulegające represji (anaboliczne) - produkcja enzymów jeśli substancja syntetyzowana nie istnieje w komórce podlegające regulacji pozytywnej – blokowanie transkrypcji przez represor związany z aktywatorem podlegające regulacji negatywnej – blokowanie transkrypcji przez wolny represor Przykładowe operony: operon laktozowy (regulacja szlaków katabolicznych), operon tryptofanowy (regulacja szlaków anabolicznych), operon arabinozy operon ramnozy operon maltozy. Replikacja DNA Replikacja bakteryjnego DNA rozpoczyna się w specyficznej sekwencji w chromosomie – miejscu OriC (Origin of replication); W procesie replikacji konieczne są enzymy, w tym: helikaza rozplatająca nić DNA, prymaza syntetyzująca startery, zależne od DNA polimerazy DNA; Nowa nić DNA syntetyzowana jest w sposób semikonserwatywny – jako matryce używane są obie nici macierzyste. Replikacja DNA_2 Synteza nici DNA ma miejsce w tzw. widełkach replikacyjnych i postępuje w dwóch kierunkach: Nić ‚wiodąca’ kopiowana jest w sposób ciągły w orientacji 5’-3’, podczas gdy nić ‚opóźniona’ syntetyzowana jest w sposób nieciągły z wytworzeniem tzw. fragmentów Okazaki. Fragmenty te są łączone z udziałem enzymu ligazy. Jeden cykl replikacji zajmuje ok. 40 min., następnie ma miejsce trwająca ok. 20 min. przerwa. 5  Aby zachować wierność w procesie replikacji, polimeraz DNA posiada funkcję korektorską. Wzrost bakteryjny W wyniku replikacji bakteryjnej powstają dwie komórki potomne, Replikacja chromosomu ma miejsce w pobliżu błony cytoplazmatycznej, każdy z chromosomów potomnych łączy się z inną jej częścią i wraz z rozrostem błony, chromosomy oddalają się od siebie; Rozrost błony pociąga za sobą podział komórki, którego widoczną cechą jest wytworzenie ściany poprzecznej. Bakterie wprowadzone do nowego środowiska potrzebują czasu, aby się do niego zaadaptować (faza spoczynkowa), w czasie fazy logarytmicznego wzrostu bakterie rosną i ulegają podziałom. Gdy hodowla ostatecznie zużyje wszystkie metabolity lub gdy w środowisku wzrośnie znacząco stężenie substancji toksycznych, bakterie przestają wzrastać i wchodzą w fazę stacjonarną. Mutacje mutacje spontaniczne pojawiają się ze stałą małą częstością, prawidłowo między 10-4 i 10-10 na jeden podział bakterii, zależnie od cechy, warunków środowiska, wieku hodowli i innych czynników, kolonia zawierająca ≥109 bakterii zawiera tysiące mutacji wielu genów, mutacje powodować mogą intensyfikację wzrostu w organizmie żywiciela - nabycie większej odporności na antybiotyki, - zwiększenie wirulencji, - zmianę antygenów powierzchniowych; w organizmie zakażonym bakterie z korzystnymi mutacjami namnażają się szybciej niż bez tych mutacji, dlatego też na skutek selekcji stają się komórkami dominującymi (wertykalna wymiana genów=wertykalny transfer genów), częstość mutacji można zwiększyć działając na komórki czynnikami mutagennymi, powodując mutacje indukowane; mutagenami mogą być czynniki chemiczne, fizyczne i biologiczne. Plazmidy Małe elementy genetyczne, których relokacja jest niezależna od chromosomu bakteryjnego; Większość plazmidów to kuliste, dwuniciowe cząsteczki DNA, o wielkości 1 500 – 400 000 pz; 6  Ale np. Borrelia burgdorferi (borelioza z Lyme) oraz Borrelia hermsii posiadają plazmidy liniowe; Zazwyczaj plazmidy nie niosą genów metabolizmu podstawowego, mogą jednak kodować produkty potrzebne w pewnych specyficznych warunkach, na przykład geny oporności na antybiotyki, warunkujące wytwarzanie bakteriocyn, toksyn, czynników wirulencji lub umożliwiające rozkład i asymilację różnych związków odżywczych; Plazmidy mogą być przekazywane pomiędzy komórkami bakteryjnymi w czasie podziału komórki lub poprzez horyzontalny transfer genów w procesie koniugacji, transdukcji i transformacji; Plazmidy bakteryjne znalazły zastosowanie w inżynierii genetycznej jako wektory. Obecnie używa się plazmidów rekombinowanych, zawierających elementy wielu plazmidów naturalnych jednocześnie. Treści tekstowe opracowano m.in. na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Medical Microbiology, 2018. Horyzontalny transfer genów 1. Transformacja bakteria pobiera fragmenty DNA ze środowiska i wbudowuje je do swojego genomu, kompetencja - naturalna zdolność bakterii do pobrania DNA z otoczenia np. u Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae, Bacillus spp., Neisseria sp. ale u większości bakterii taka naturalna zdolność nie występuje – w celu np. wprowadzenia plazmidu do E. coli lub innych bakterii należy posłużyć się odczynnikami chemicznymi lub wysokimi napięciami pulsacyjnymi (technika elektroporacyjna). przekazywanie cech oporności na antybiotyki. Rekombinacja integracja DNA do chromosomu bakteryjnego ma miejsce w procesie zwanym rekombinacją; rekombinacja homologiczna – gdy dwie podobne sekwencje DNA wymieniają się swoimi miejscami na chromosomie; niezbędne są specyficzne enzymy, np. u E. coli są to enzymy kodowane przez geny rec; rekombinacja niehomologiczna – występuje między dwoma niespokrewnionymi ze sobą sekwencjami DNA i prowadzi do powstania insercji lub delecji, proces wymaga obecności enzymów rekombinacyjnych, takich jak te porodukowane przez transpozony lub bakterie lizogenne. 2. Koniugacja, Czynnik F i stan Hfr 7  często występujący proces transferu genów u większości bakterii, najczęściej pomiędzy bakteriami tego samego lub blisko spokrewnionego gatunku, ale również pomiędzy Prokaryota a komórkami roślinnymi, grzybów i zwierzęcymi. zdolność do pełnienia roli dawcy zależy od obecności ruchomej cząsteczki DNA, czynnika płciowego F (ang. fertility), czynnik F jest zamkniętą kolistą cząsteczką dwuniciowego DNA (plazmid), czynnik F zawiera geny odpowiedzialne za proces koniugacji, m.in. kodujące pilusy F (2 lub 3/komórkę, umożliwiające jednoczesny kontakt dawcy z kilkoma biorcami, tylko nieliczne bakterie mogą przekazywać chromosomowy DNA: cechę tę mają komórki, w których nastąpiła integracja czynnika F do chromosomu. Takie komórki nazywamy Hfr (z ang. high frequency of recombinants, o wysokiej częstości rekombinacji). Ruchome elementy genetyczne bakterii sekwencje insercyjne, IS (insertion sequences) należą do elementów genetycznych zdolnych do transpozycji, mogą włączać się w wiele miejsc genomu bakteryjnego bez spełnienia warunku homologii sekwencji, to krótkie (800-1400 pz) fragmenty DNA, zawierające gen transpozazy otoczony odwracalnymi sekwencjami powtarzalnymi; Komórki Escherichia mają zazwyczaj po kilka ich rodzajów w kilku kopiach. Przemieszczają się one z jednego miejsca chromosomu do innego replikatywnie (pozostawiają kopię w starym miejscu) lub konserwatywnie (kopia w starym miejscu zanika). Konsekwencją ich przemieszczania się są mutacje; wbudowując się (często) losowo mogą wpływać na funkcję genu. Wirusy bakteryjne Wirusy bakteryjne to bakteriofagi lub fagi. Mają własne geny umożliwiające replikację ich DNA (lub RNA) oraz produkcję powłok białkowych, ale mogą się rozmnażać tylko wewnątrz komórek, wykorzystując ich metabolizm. Fagi lityczne namnażają się intensywnie po wejściu do komórek i doprowadzają do jej rozpadu, czyli lizy komórki. Fagi lizogeniczne, np. fag lambda, mogą wbudować swój DNA do chromosomu bakterii i w tej ukrytej formie profaga dzielić się wraz z nim, zanim nastąpi produkcja fagów potomnych i rozpad komórki. 8  3. Transdukcja przeniesienie DNA z komórki dawcy do biorcy przez bakteriofaga, transdukcja niespecyficzna (ogólna), gdy każdy segment DNA gospodarza może zostać przeniesiony = gdy pobrane przez bakteriofaga geny są przypadkowe, i specyficzna, ograniczona do przekazania określonych segmentów DNA. 9  Metabolizm bakteryjny Wykład dla kierunku Inżynieria Farmaceutyczna  Bakterie do wzrostu wymagają surowców koniecznych do syntezy cząstek, tworzenia organelli oraz wytwarzania energii, Minimalne wymagania wzrostowe bakterii: źródło węgla, azotu, energii, wody oraz jonów, Pierwiastki konieczne do syntezy białek, tłuszczów i kwasów nukleinowych: C, O, H, N, S, P; W procesach związanych z transportem błonowym, przepuszczalnością i ruchliwością istotne są jony K+, Na+, Mg2+, Ca 2+, Cl-; W skład enzymów wchodzą często jony Zn+, Mn+, Mo2+, Se2+, Co2+, Cu2+, Ni2+, Fe2+ i Fe3+. Żelazo Wiele bakterii wydziela w zakażonym organizmie białka – siderofory, które wychwytują żelazo. W organizmie ludzkim żelazo ulega związaniu, co zmniejsza jego dostępność dla bakterii. Tlen (O2 gazowy) Kluczowy dla człowieka, toksyczny dla wielu bakterii. Clostridium perfringens (bakteria bezwzględnie beztlenowa) nie jest w stanie wzrastać w obecności tlenu, Mycobacterium tuberculosis (bakteria bezwzględnie tlenowa) potrzebuje tlenu cząsteczkowego do przemian metabolicznych), Większość bakterii rośnie w warunkach zarówno tlenowych, jak i beztlenowych. Autotrofy=litotrofy To bakterie, którym do wzrostu i podziałów komórkowych wystarczą nieorganiczne związki chemiczne (źródło energii i dwutlenku węgla). Heterotrofy=organotrofy To bakterie i komórki zwierzęce, które do przemian metabolicznych wymagają związków organicznych. Energia i metabolizm Wszystkie komórki wymagają stałego dopływu energii, Energia, zmagazynowana w postaci trójfosforanu adenozyny (ATP), uzyskiwana jest przez kontrolowany rozkład różnych związków chemicznych (węglowodorów, tłuszczów i białek), Katabolizm to proces rozkładu substratów prowadzący do powstania energii, Wytworzona wskutek przemian katabolicznych energia może być użyta do syntezy potrzebnych komórce cząsteczek – w przemianach anabolicznych (anabolizm), Katabolizm i anabolizm są ze sobą ściśle powiązane i przeplatające się, składają się na metabolizm.  Katabolizm Katabolizm białek, polisacharydów Procesy metaboliczne rozpoczynają i lipidów się zazwyczaj od enzymatycznej prowadzi do powstania glukozy, hydrolizy dużej makrocząsteczki w pirogronianu oraz produktów środowisku zewnątrzkomórkowym, pośrednich cyklu kwasów trójkarboksylowych (TCA), a wytworzone mniejsze cząsteczki a ostatecznie do wytworzenia (monosacharydy, krótkie peptydy i energii w formie ATP kwasy tłuszczowe) transportowane lub zredukowanej formy są przez błonę komórkową do dinukleotydu cytoplazmy (transport bierny lub nikotynoamidoadeninowego czynny). (NADH) Następnie w cytoplazmie cząsteczki przekształcane są do uniwersalnego produktu pośredniego - kwasu pirogronowego, który używany może być do wytworzenia energii, syntezy nowych węglowodorów, aminokwasów, tłuszczów i kwasów nukleinowych. 2011126  Bakterie nie uwalniają całej energii zawartej w glukozie w postaci ciepła (np. w procesie spalania metabolicznego), tylko rozkładają ją i wiążą w użytecznych formach chemicznych i elektrochemicznych: Energia chemiczna magazynowana jest zazwyczaj w wysokoenergetycznym wiązaniu fosforanowym adenozynotrójfosforanu (ATP) lub guanozynotrójfosforanu (GTP); Energia elektrochemiczna poprzez przeniesienie elektronów (redukcję, dodanie ich) do dwunukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NAD) prowadzącego do wytworzenia NADH, bądź na FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy) z wytworzeniem FADH2. Cząsteczki NADH mogą być następnie wykorzystane w procesach utleniania- redukcji do wytworzenia gradientów chemicznych (pH) i elektrycznych (Eh) w błonie cytoplazmatycznej. Energia elektrochemiczna może być z kolei wykorzystana przez enzym syntazę ATP do fosforylacji ADP do ATP oraz do aktywacji ruchu obrotowego wici i transportu cząsteczek w obrębie błony. Treści tekstowe opracowano na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Medical Microbiology, 2018. Najefektywniejszą formą uzyskiwania energii z glukozy przez bakterie jest oddychanie tlenowe, następnie oddychanie beztlenowe, najmniejszą skutecznością cechuje się fermentacja (przebiegająca bez wykorzystania tlenu). W procesie oddychania tlenowego dochodzi do całkowitego zużycia glukozy i jej przekształcenia w dwutlenek węgla, wodę oraz energię. W fermentacji produktami końcowymi rozkładu glukozy są związki dwu- i trójwęglowe. Glikoliza i fermentacja Szlak glikolityczny nazywany szlakiem Embdena-Meyerhoffa-Parnasa (EMP), zachodzi w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych, z jednej cząsteczki glukozy uzyskiwane są dwie cząsteczki ATP, dwie cząsteczki NADH i dwie cząsteczki pirogronianu. Fermentacja zachodzi bez udziału tlenu, kwas pirogronowy wyprodukowany w szlaku glikolitycznym przekształcany jest w różne produkty końcowe w zależności od drobnoustroju, w którym zachodzi proces metaboliczny. Właśnie te produkty końcowe – cząsteczki organiczne, a nie tlen – wykorzystywane są przez drobnoustroje jako akceptory elektronów przy procesie przemiany NADH (powstałego podczas glikolizy) do NAD. Treści tekstowe opracowano na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Medical Microbiology, 2018.  W fermentacji mlekowej bakterie przekształcają pirogronian w kwas mlekowy – proces wykorzystywany w procesie produkcji jogurtów i do kiszenia kapusty. U drożdży fermentacja prowadzi do przekształcenia pirogronianu w alkohol i dwutlenek węgla. Taki typ fermentacji jest b. rzadko spotykany u bakterii, które najczęściej przekształcają pirogronian w kwas mlekowy. 2011127 Copyright © motifolio.com Cykl kwasów trójkarboksylowych (TCA) Pirogronian powstały podczas glikolizy lub metabolizmu innych substratów, w obecności tlenu, może zostać całkowicie utleniony (kontrolowane spalanie) do wody i dwutlenku węgla w cyklu kwasów TCA, Wynikiem cyklu TCA jest wytworzenie dodatkowej energii, Proces zaczyna się dekarboksylacją tlenową pirogronianu, co powoduje przekształcenie tego związku w wysokoenergetyczny produkt pośredni: acetylo-koenzym A (acetylo- CoA), w reakcji tej wytwarzane są dwie cząsteczki NADH. Acetylo-CoA ulega kondensacji ze szczawioctanem, powstaje sześciowęglowa cząsteczka cytrynianu W kolejnych etapach cytrynian jest przekształcany z powrotem do szczawiooctanu. Teoretyczny zysk z każdej cząsteczki pirogronianu to 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2 i 1 GTP. Cykl TCA umożliwia organizmowi produkcję większej ilości energii na mol glukozy niż możliwe jet to w procesie glikolizy. Fosforylacja substratowa Na drodze fosforylacji substratowej tworzony jest GTP, a poprzez łańcuch transportu elektronów (łańcuch oddechowy) tworzony jest ATP. W łańcuchu oddechowym elektrony transportowane są przez NADH lub FADH2, przekazywane są kolejnym parom donor-akceptor. W oddychaniu tlenowym ostatecznym akceptorem elektronów jest tlen. Jeśli elektrony przekazane zostaną na inny końcowy akceptor (azotan, siarczan, dwutlenek węgla, jon żelazowy) to wtedy mówimy o oddychaniu beztlenowym. Treści tekstowe opracowano na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Medical Microbiology, 2018. Wynik energetyczny Organizmy beztlenowe są mniej wydajne w produkcji energii niż organizmy tlenowe: z fermentacji można uzyskać jedynie 2 cząsteczki ATP z 1 cząsteczki glukozy, metabolizm tlenowy z cyklem kwasów TCA i łańcuchem oddechowym produkuje 19x więcej energii (38 cząsteczek ATP) z 1 cząsteczki glukozy.  Podsumowanie funkcji cyklu TCA: Jest najefektywniejszym mechanizmem prowadzącym do wytworzenia ATP, Służy jako wspólny szlak całkowitego utlenienia aminokwasów, kwasów tłuszczowych i węglowodorów, Dostarcza kluczowych produktów pośrednich koniecznych do syntezy aminokwasów, tłuszczów, puryn i pirymidyn. Ze względu na dwie ostatnie cechy, cykl TCA nazywany jest cyklem amfibolicznym = łączącym w sobie elementy anabolizmy i katabolizmu komórki. Treści tekstowe opracowano na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Medical Microbiology, 2018.  Oddychanie beztlenowe, c.d. Inne niż tlen końcowe akceptory elektronów są wykorzystywane: azotany przekształcane w NH4, siarczany lub siarka cząsteczkowa przekształcana w H2S, CO2 ulega transformacji do metanu, jony żelazowe do żelazawych, fumaran do bursztynianu Proces oddychania beztlenowego wykorzystywany jest m.in. przez bakterie zasiedlające przewód pokarmowy lub inne nisze, w których stężenie tlenu jest niskie lub go brak. Treści tekstowe opracowano na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Medical Microbiology, 2018.  Inżynieria genetyczna - technologia rekombinowanego DNA prof. dr hab. n. med. Marzena Gajęcka Wykład dla kierunku Inżynieria Farmaceutyczna 11.12.2024 r._18.12.2024 Inżynieria genetyczna jako technologia rekombinowanego DNA Używa narzędzi i technik służących oczyszczaniu, zwielokrotnianiu, modyfikowaniu czy uzyskaniu produktów ekspresji określonych genów, Podstawowymi narzędziami inż. genetycznej są: 1. Wektory służące klonowaniu i ekspresji badanej sekwencji DNA oraz wektory nośnikowe umożliwiające dostarczenie tej sekwencji do komórki biorcy. 2. Amplifikacja i systemy ekspresji DNA. 3. Enzymy restrykcyjne pozwalające na cięcia DNA w określonym miejscu sekwencji. 4. Ligazy DNA służące wprowadzeniu fragmentu DNA do wektora. Wektory służące klonowaniu i ekspresji badanej sekwencji DNA oraz wektory nośnikowe umożliwiające dostarczenie tej sekwencji do komórki biorcy. Wektory służące klonowaniu i ekspresji projektuje się w ten sposób, że badane DNA zdolne jest do replikacji w komórce gospodarza; Wektory - plazmidy Puc, pBR322 czy pGEM, stosowane do wprowadzania do nich fragmentów DNA (insertów) o wielkości do 20 kb; Wektory kosmidowe – kosmidy, o zaletach plazmidów bakteryjnych i fagów: sztucznie wytworzone wektory do klonowania oparte na genomach bakteriofagów E. coli; kosmidy tworzy się łącząc plazmidy z sekwencją cos bakteriofaga λ; stosowane do wprowadzania do nich insertów DNA o wielkości do 45 kb; Wektory PAC, będące bardziej rozbudowaną wersją kosmidów: sztuczny chromosom wyprowadzany z faga P1; możliwość wprowadzenia insertu o długości powyżej 140 kpz (do 150 kpz). Treści tekstowe opracowano m.in. na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Medical Microbiology, 2018. Klonowanie DNA insertowego do wektorów DNA badanej sekwencji jest izolowane z komórek lub wirusów, następnie przeprowadza się selektywną amplifikację DNA z wykorzystaniem PCR, cięcie wektora i insertu za pomocą enzymów restrykcyjnych - efektem jest powstanie tzw. lepkich lub tępych końców, połączenie wektora z insertem z użyciem enzymu ligazy i powstanie wektora zawierającego tzw. rekombinowane DNA, wektory zawierające wklonowane DNA insertu wprowadza się do komórki bakteryjnej, np. E. coli, wektor posiada zazwyczaj gen będący markerem selekcyjnym, np. kodujący oporność na ampicylinę – łatwo sprawdzić które bakterie posiadają wektor – te, które posiadają, urosną na pożywce z ampicyliną, aby sprawdzić czy insert znajduje się w wektorze: marker umożliwiający rozróżnienie bakterii, które posiadają wektor wraz z prawidłowo wbudowanym insertem. Budowa wektorów do klonowania gen będący markerem selekcyjnym EcoRI Hind III Ampicillin resistance (apmR) BamHI Pst I Swoiste miejsce insercji DNA Sal I Tetracycline resistance (tetR) Origin of DNA replication 2011157 Ori Copyright © motifolio.com  Klonowanie DNA insertowego do wektorów Wektor i DNA insertowe są Plasmid Foreign DNA trawione z użyciem enzymu restrykcyjnego; DNA jest wprowadzane do wektora w miejsce zajmowane EcoRI przez gen lacZ kodujący EcoRI enzym β-galaktozydazę; wprowadzenie DNA inaktywuje gen lacZ, co umożliwia późniejszą selekcję (β-galaktozydaza kodowana DNA ligase przez lacZ wytwarza barwny produkt); Wektor oraz DNA insertowe inkubowane są z enzymem ligazą, łączącą oba elementy; 2011156 Copyright © motifolio.com  Klonowanie DNA insertowego do wektorów Plasmid Foreign DNA Zrekombinowane wektory przenoszone się do kompetentnych komórek E. EcoRI coli, EcoRI które posiewane są na podłożu agarowym, zawierającym antybiotyk, induktor operonu lac oraz chromoforowy substrat; obecność chromoforu w podłożu DNA ligase sprawia, że komórki posiadające plazmid niezawierający insertu barwią się na niebiesko. Komórki posiadające insert oraz plazmid pozostają białe. 2011156 Copyright © motifolio.com Biblioteka genomowa To zbiór wektorów rekombinacyjnych uzyskanych po wklonowaniu wszystkich fragmentów otrzymanych przez cięcie restrykcyjne całości DNA chromosomalnego danego organizmu – wówczas w tej bibliotece genomowej powinien znajdować się każdy gen tego organizmu; Bibliotekę genomową można także otrzymać, przekształcając wyizolowane z komórki RNA w DNA, używając do tego celu enzymu retrowirusowej odwrotnej transkryptazy (RNA-zależną polimerazę DNA). Tak otrzymane DNA zwane jest cDNA (komplementarnym DNA) – powstaje z mRNA, zatem reprezentuje informacje genetyczne wykorzystywane w komórce do celów transkrypcyjnych. Działania w ramach inżynierii genetycznej izolowanie fragmentów materiału genetycznego z komórki, wprowadzanie zmian do informacji genetycznej, przenoszenie fragmentów DNA do komórek innego organizmu, powielanie (klonowanie) genów i całych organizmów. Do tego miejsca 11.12.2024 Zastosowanie inżynierii genetycznej Inżynieria genetyczna umożliwia ekspresję insertu w komórkach bakterii i drożdży i produkcję takich białek jak insulina, interferon, hormony wzrostu czy interleukiny. Duże ilości czystych immunogenów używanych w szczepionkach mogą być przygotowane bez konieczności hodowli drobnoustrojów chorobotwórczych.  Developing new products using genetic engineering Bacterial cell Plasmid Chromosome The gene of interest is isolated and inserted into the plasmid Recombinant DNA (plasmid) E. coli cell 2011159 Copyright © motifolio.com  The sequence of steps to engineer the Insulin gene into E. coli cells AmpR tetR Human DNA genome Restriction site Plasmid Insulin gene Cut DNA with Sticky restriction ends Mix gene with enzyme cut plasmids; add DNA ligase Recombinant Plasmids put plasmid into bacterial cells by Some bacteria fail to E. coli cell transformation take up plasmids Bacterial chromosome Clone Clones carrying insulin Master plate gene Growth medium Growth medium 2011158 + tetracycline + ampicillin Copyright © motifolio.com  The Ti plasmid as a vector in plant genetic engineering Agrobacterium tumefaciens The Ti (tumor inducing) plasmid is isolated from A. tumefaciens. The plasmid contains T-DNA, the gene used to insert the plasmid into the plant cell Restriction cleavage sites Ti plasmid Gene of interest T-DNA Restriction cleavage sites DNA of plant chromosome Inserted DNA carrying gene of interest Recombined Ti plasmid The result is a transgenic plant 2011160 Copyright © motifolio.com Grzybiczy element mikrobiomu - Mykobiom dla kierunku: Inżynieria farmaceutyczna Prof. dr hab. n. med. Marzena Gajęcka Katedra i Zakład Genetyki i Mikrobiologii Farmaceutycznej UMP [email protected] Outline of the major components of the human microbiota, summarized across body sites, including the gastrointestinal tract, oral cavity, vaginal mucosa, and skin. Based on metagenomics, human- associated fungi are significantly outnumbered by the bacteria; they are mainly members of the phylum Ascomycota (Candida, Saccharomyces, Aspergillus, and Malassezia), but some Basidiomycota are detectable. Outline of significant interactions between various human-associated bacteria and the fungus Candida albicans, ranging from cooperation to antagonism  Wszędobylskość grzybów Duża tolerancja grzybów na zmiany czynników środowiskowych; Candida albicans, C. krusei, C. tropicalis w temp. 0°C zachowują w wodzie lub glebie swoje właściwości inwazyjne przez wiele miesięcy. Podobnie w różnych częściach przewodu pokarmowego nie tracą właściwości patogennych przy zamianach kwasowości, nawet w soku żołądkowym. Optymalne pH dla większości drożdży wynosi 5,0-6,0; Grzyby są bardziej wrażliwe na wzrost niż na spadek temperatury, zarodniki Stachybotrys wytrzymują zamrożenie do -35°C, a niektóre drożdże do -5°C, obserwowano ich wzrost nawet przy -9°C; Graniczna ilość wody, przy której wzrost grzybów zostaje zahamowany, wynosi 11- 14%, podczas gdy w przypadku bakterii 20% i więcej; najbardziej odporne na wysuszenie są zarodniki dermatofitów, które przezywają kilka lat; Izoluje się grzyby chorobotwórcze na głębokościach, na których ciśnienie hydrostatyczne dochodzi do kilkuset atmosfer.  Interakcje mikrobiota _charakterystyka mikrobiomów, np. współwystępowanie Pseudomonas aeruginosa i Aspergillus fumigatus Binding of Pseudomonas aeruginosa to the mycelium of Aspergillus fumigatus [Latgé J-P, Chamilos G. 2019. Aspergillus fumigatus and aspergillosis in 2019. Clin Microbiol Rev 33:e00140-18] Wiadomo, że Aspergillus i Pseudomonas aeruginosa zasiedlają zakażoną tkankę płucną u pacjentów z mukowiscydozą. A. fumigatus został wyizolowany u 60% pacjentów z mukowiscydozą i potwierdzoną obecnością Pseudomonas. W warunkach in vitro i in vivo P. aeruginosa uwalnia cząsteczki, takie jak laktony homoseryny, fenazyny, siderofory i chinolony, które wpływają na wzrost A. fumigatus [Latgé J-P, Chamilos G. 2019. Aspergillus fumigatus and aspergillosis in 2019. Clin Microbiol Rev 33:e00140-18] Królestwo Grzybów (Fungi) Wydzielone od innych eukariontów dzięki sztywnej ścianie komórkowej złożonej z chityny oraz glukanu oraz błonie komórkowej, w której cholesterol jest zastąpiony ergosterolem, jako głównym składnikiem sterolowym; Klasyczna taksonomia grzybów oparta jest na morfologii i sposobie produkcji zarodników (spor), uaktualniana jest ona w oparciu o wyniki analizy filogenetycznej; Najprostszy podział oparty na morfologii dzieli grzyby na drożdże i pleśnie;  Drożdże są przeważnie jednokomórkowe i tworzą okrągłe, kleiste lub śluzowane kolonie na agarze. Komórki drożdży namnażają się przez podział jądra oraz przez tworzenie blastokonidiów. Pokazano wydłużenie pączkujących komórek drożdży tworzących pseudostrzępki, a także tworzenie formy kiełkującej (germ tube). Ryciny, Tabele i treści tekstowe pochodzą lub opracowano m.in. na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Mikrobiologia, 2018. Pleśnie są organizmami wielokomórkowymi, tworzą strzępki, które wydłużają się w procesie zwanym wydłużeniem wierzchołkowym; strzępki tworzą grzybnię (mycelium). Kolonie tworzone przez pleśnie są często opisane jako nitkowate, włochate lub puchate. Fragmentacja strzępek - sposób rozmnażania bezpłciowego Na agarze lub innych podłożach stałych pleśnie tworzą strzępki zwane wegetatywnymi, które rosną na lub pod powierzchnią medium hodowlanego oraz strzępki, które wystają ponad powierzchnie medium, tzw. strzępki powietrzne. Zarodniki Dwa główne typy: sporangiospory, produkowane w strukturach je zawierających – sporangiach, charakterystyczne dla rodzajów należących do Mucorales, takich jak Rhizopus i Mucor oraz konidia, zarodniki nieokryte, na specjalistycznych strukturach, występują u Aspergillus, Penicillium i dermatofitów. Ryciny, Tabele i treści tekstowe pochodzą lub opracowano m.in. na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Mikrobiologia, 2018.  Aspergillus fumigatus and aspergillosis in 2019 Aspergillus fumigatus, a trimorphic filamentous fungus with vegetative mycelium in nature and in patients, the asexual conidia produced after mycelial starvation, and the resting ascospores produced from two heterothallic strains of opposite sex [Latgé J-P, Chamilos G. 2019. Aspergillus fumigatus and aspergillosis in 2019. Clin Microbiol Rev 33:e00140-18] Inne cechy grzybów Większość grzybów oddycha tlenowo, mimo, że niektóre są fakultatywnie beztlenowe (fermentujące), a inne są bezwzględnie beztlenowe; Grzyby są wolno rosnące, a ich czas podwojenia komórek określany jest raczej w godzinach niż w minutach; Metabolicznie grzyby są heterotroficzne i wszechstronne pod względem biochemicznym: produkują zarówno metabolity pierwotne (kwas cytrynowy, etanol, glicerol), jak i wtórne (np. antybiotyki [penicyliny], amanityny, aflatoksyny); Mykotoksyny i mykotoksykozy  COVID-19-associated pulmonary mucormycosis (CAPM): the pooled mortality of CAPM is higher (71%) than that reported before the COVID-19 pandemic (57%)  Stadium saprofityczne i pasożytnicze endemicznych grzybów dimorficznych A. Histoplasma capsulatum, B. Blastomyces dermatitidis, C. Paracoccidioides brasilensis D. Coccidioides immitis Ryciny, Tabele i treści tekstowe pochodzą lub opracowano m.in. na podstawie Murray, Rosenthal i Pfaller, Mikrobiologia, 2018. Identyfikacja grzybów i charakterystyka mykobiomów Wysokoprzepustowe metody sekwencjonowania do badania mykobiomów mogą obejść niektóre ograniczenia poprzednio stosowanych technologii. Chociaż sekwencjonowanie amplikonów [18S, 28S, ITS (internal transcribed spacer region, znajduje się pomiędzy genami kodującymi podjednostki rybosomalne 18S i 28S: ITS1 pomiędzy 18S i 5.8S rRNA oraz ITS2 pomiędzy 5.8S i 28S rRNA] jest użyteczną metodą do określania grzybów i ich grupowania, podejście nie zawsze daje dobrą rozdzielczość do poziomu gatunku, a nawet do poziomu rodzaju, i ogólnie jest mniej czułe niż sekwencjonowanie 16S rRNA dla bakterii. Shotgun sequencing jest bardziej czułe niż sekwencjonowanie amplikonów; jednakże, jest droższe i bardziej intensywne obliczeniowo. Dostępne dane referencje genów i genomów grzybów w bazach danych są nadal niepełne. Zarówno w przypadku sekwencjonowania amplikonów oraz w badania typu shotgun, drożdże są nadal częściej badane w porównaniu z innymi grzybami. Grzyby, pierwotniaki i bakteriofagi w nieswoistym zapaleniu jelit (ang. Inflammatory bowel disease, IBD)  Nieswoiste zapalenie jelit (IBD) dotyczy grupy przewlekłych zaburzeń zapalnych przewodu pokarmowego; Dwie najczęściej diagnozowane postacie to wrzodziejące zapalenie jelita grubego (UC) i choroba Leśniowskiego-Crohna (CD); Choroby wieloczynnikowe, które powstają w wyniku złożonych interakcji między czynnikami genetycznymi, środowiskowymi i mikrobiologicznymi; Pacjenci z IBD na ogół mają mikrobiomy jelitowe, które są mniej zróżnicowane pod względem gatunku i funkcji w porównaniu z osobami zdrowymi, co jest sygnaturą drobnoustrojów często określaną jako dysbioza. Czy grzyby jelitowe są patogenne czy też pełnią funkcje ochronne? Grzyby znajdują się na każdej skórze i powierzchni błony śluzowej ludzkiego ciała, przy czym skóra, pochwa, jama ustna, jelito cienkie i jelito grube zawierają najwięcej gatunków grzybów, najbardziej zróżnicowanych. Większość z tych gatunków to drożdżaki: Candida, Malassezia, and Saccharomyces; rozpoznane jako patogenne w IBD, ale są również dowody na to, że Candida i Saccharomyces nie są wyłącznie chorobotwórcze. Ochronne działanie Saccharomyces boulardii wciąż wymaga dalszych badań, przeprowadzonych na reprezentatywnych grupach pacjentów i osób zdorwych.  Pobieranie próbek do badania mykobiomu: to próbki kału w postaci całego kału lub wymazu oraz biopsje śluzówki. Obecnie wiadomo, że mykobiom jelitowy może obejmować gatunki z kilkudziesięciu rodzajów grzybów, m.in. Alternaria, Aspergillus, Candida, Cladosporium, Cryptococcus, Debaryomyces, Fusarium, Galactomyces, Malassezia, Penicillium, Pichia, Rhodotorula, Saccharomyces, Trichosporon, przy czym dominują gatunki drożdży z rodziny Saccharomycetaceae. Mykobiomy jelitowe różnią się między poszczególnymi osobami i wydają się być bardziej zmienne w czasie niż elementy bakteryjne mikrobiomów jelitowych. Zmiany mykobiomu występują również u dzieci z IBD: Pacjenci pediatryczni wykazali zmniejszenie ogólnej różnorodności grzybów jelitowych oraz wzrost liczby Cyberlindnera jadinii i C. parapsilosis w próbkach kału w porównaniu ze zdrowymi osobami dorosłymi i dziećmi z grupy kontrolnej. Fig. 1 Overview of the mycobiome in healthy and disease states. Purple arrow: cross-talk between lung and gut; grey arrow: dysbiosis. COPD: chronic obstructive pulmonary disease; HIV: human immunodeficiency virus; IBD: inflammatory bowel disease; IBS: irritable bowel syndrome; down arrow: decreased abundance Sporotrychoza - najczęstsza postać podskórnej grzybicy na świecie Sporothrix brasiliensis to grzyb powszechnie występujący w glebie. Jest to nowy patogen grzybiczy, który powoduje choroby u ludzi i kotów, głównie w Brazylii i innych krajach Ameryki Południowej. Podobnie jak inne gatunki z rodzaju Sporothrix, grzyb ten powoduje chorobę - sporotrychozę. Obecnie rodzaj obejmuje 53 gatunki, z których S. brasiliensis, S. schenckii, S. globosa i S. luriei jawią się jako zagrożenie dla ciepłokrwistych kręgowców. Z kilkoma wyjątkami, Sporothrix (np. fragmenty konidiów i strzępek) dostają się do żywiciela przez uraz skórny. Choroba jest rozpoznawana w działalności rekreacyjnej i zawodowej, takiej jak florystyka, ogrodnictwo, rolnictwo, górnictwo i pozyskiwanie drewna oraz po ugryzieniu i zadrapaniu przez kota. Fig. 1 The classical and alternative transmission of sporotrichosis. A. Medically relevant Sporothrix are thermodimorphic fungi, developing a filamentous form in the environment (25 C, saptofit) and undergoing a thermodimorphic transition at 37 C developing as yeast (parasitic form, pasożyt). B. Classical sapronotic transmission occurs worldwide through contact of the host with propagules present in the environment (e.g., fragments of hyphae and conidia). C and D. In the alternative route, Sporothrix yeasts are transmitted following bites and scratches from a diseased animal. Cats play an essential role in the animal horizontal transmission of S. brasiliensis and S. schenckii, and epizooties driven by S. brasiliensis are increasing in South America, mainly Brazil. Zoonotic sporotrichosis is an important public health problem that requires a one-health approach to decrease transmission rates and tackle future outbreaks. Wirusowy element mikrobiomu – Wirom dla kierunku: Inżynieria farmaceutyczna Prof. dr hab. n. med. Marzena Gajęcka Katedra i Zakład Genetyki i Mikrobiologii Farmaceutycznej UMP [email protected] Outline of the major components of the human microbiota, summarized across body sites, including the gastrointestinal tract, oral cavity, vaginal mucosa, and skin. Based on metagenomics, human- associated fungi are significantly outnumbered by the bacteria; they are mainly members of the phylum Ascomycota (Candida, Saccharomyces, Aspergillus, and Malassezia), but some Basidiomycota are detectable.  Actinobacillus muris and Spirillum minus Eukaryotic cell: 10,000 nm Bacterium E. coli: 2,000 nm Bacteriophage: 95 nm Cell nucleus: 2,800 nm Rabies: 150 nm Smallpox: 250 nm Polio: 28 nm Influenza: 100 nm Parvovirus: 20 nm Tobacco mosaic: 240 nm Common cold: 70 nm 2011208 Copyright © motifolio.com  Rozmiar wirusów mierzony jest w nanometrach (nm), ważne klinicznie wirusy:18 nm (parwowirusy) do 300 nm (pokswirusy), Wirion (cząsteczka wirusa) składa się z genomu zbudowanego z kwasu nukleinowego, który chroniony jest przez białkowy płaszcz (kapsyd), Niektóre wiriony mogą posiadać także niezbędne do replikacji enzymy lub inne białka, Kapsyd lub białka zdolne do wiązania z kwasem nukleinowym mogą tworzyć z genomem tzw. nukleokapsyd,  The components of viruses Naked forms Enveloped forms Spike Spike Capsid Envelope Genome Capsid Capsomeres Nucleocapsid Genome Envelope Capsid Genome Capsomeres 2011209 Copyright © motifolio.com Kapsyd i osłonka Zewnętrzna warstwa cząsteczki wirusa - kapsyd lub osłonka – spełnia funkcję ochronną i transportową podczas transmisji wirusa od jednego gospodarza do drugiego lub podczas transmisji w organizmie gospodarza do komórki docelowej, Białka przylegania wirusa (ang. Viral Attachment Protein – VAP) znajdują się na powierzchni kapsydu lub otoczki, pośredniczą w interakcji wirusa i komórki docelowej, Usunięcie lub zniszczenie zewnętrznej warstwy cząsteczki wirusa powoduje jego inaktywację; Kapsyd i osłonka_c.d. Wirusy o nagim kapsydzie posiadają wytrzymałą powierzchnię i na ogół są wytrzymałe na wysychanie, kwasy, detergenty, w tym kwas i żółć przewodu pokarmowego; wiele przenoszonych jest drogą fekalno-oralną i przeżywa nawet w ściekach; Osłonka jest błoną złożoną z tłuszczów, białek i glikoprotein, osłonka jest łatwo niszczona przez wysuszanie, kwasy, detergenty i rozpuszczalniki, co prowadzi do inaktywacji wirusa – wirusy otoczkowe w celu przeżycia muszą pozostać w środowisku wodnym – przenoszone są drogą kropelkową oraz w płynach ciała i fragmentach tkanki, Większość wirusów otoczkowych nie jest w stanie przeżyć w trudnych dla nich warunkach przewodu pokarmowego. Genom wirusa Genom wirusa składać się może z DNA lub RNA, DNA może być cząsteczką jedno- lub dwuniciową, liniową lub kolistą, RNA może być: o pozytywnej polarności (+) (podobnie do mRNA) lub o negatywnej polarności (-), dwuniciowe (+/-) lub ambisensowne (zawiera połączone końcami RNA + oraz -); genom RNA składać się może z kilku fragmentów, z których każdy zawiera jeden lub więcej genów. Wirusy bezosłonkowe (posiadające tylko kapsyd) Kapsyd złożony jest z pojedynczych białek połączonych w większe jednostki, pojedyncze białka łączą się w podjednostki, te w protomery, kapsomery, a te w prokapsydy lub kapsydy, Najprostsze struktury wirusowe są symetryczne – w formie helikalnej (przypominają krętki) lub ikozahedralnej (dwunastościenne, przypominają kule złożone z symetrycznych podjednostek), Niesymetryczne kapsydy są formami złożonymi i występują najczęściej u wirusów bakteryjnych – fagów. Poliovirus Rabies virus Herpes simplex virus Bacteriophages Tobacco mosaic virus Helical viruses Icosahedral viruses Complex viruses  Bacteriophages structure Protein DNA Head (protein and DNA) Tail sheath Tail (protein only) Tail fibers 2011211 Copyright © motifolio.com Replikacja wirusów Komórka dostarcza substratów, energii i szlaków biochemicznych niezbędnych do syntezy białek wirusowych oraz replikacji wirusowego genomu, Procesy nierealizowane przez komórki muszą być zapisane w genomie wirusa.  Droga krwi i układ chłonny są głównymi drogami szerzenia się wirusów w organizmie, Obecność i transport wirusa w krwi nosi nazwę wiremii; wirus może być obecny w plazmie jako wolny lub związany z limfocytami lub makrofagami, Replikacja wirusa w makrofagach, śródbłonku naczyń krwionośnych lub w wątrobie może spowodować rozwój zakażenia i zapoczątkować wiremię wtórną, W większości przypadków wiremia wtórna poprzedza dotarcie wirusa do tkanki docelowej (np. wątroba, mózg, skóra) i pojawienie się objawów;  Wirusy mogą dostawać się do ośrodkowego układu nerwowego lub mózgu przez: -krwioobieg, -poprzez zakażone opony lub płyn mózgowo-rdzeniowy, -wewnątrz wędrujących zakażonych makrofagów, -zakażenie obwodowych lub czuciowych (węchowych) neuronów. Wirusy opryszczki pospolitej, ospy wietrznej i wścieklizny początkowo zakażają nabłonek śluzowy, skórę lub mięśnie, potem drogą nerwów obwodowych wędrują do ośrodkowego układu nerwowego lub mózgu. Patogeneza chorób wirusowych Cytopatogeneza Możliwe są cztery następstwa wirusowego zakażenia komórek: Zakażenie nieudane (nieproduktywne zakażenia, mutanty wirusowe nie namnażają się), Śmierć komórki (zakażenie lityczne), Replikacja bez śmierci komórki (zakażenie przetrwałe), Obecność wirusa bez produkcji nowych form, ale z możliwością reaktywacji (zakażenia latentne – nawracające). Rozwój choroby wirusowej 1. Wniknięcie wirusa do organizmu – nabywanie, 2. Zapoczątkowanie zakażenia w miejscu pierwotnym, 3. Aktywacja odpowiedzi wrodzonej, 4. Okres wylęgania, kiedy wirus replikuje się i może dostać się do wtórnych miejsc, 5. Replikacja w tkance docelowej, co powoduje charakterystyczne objawy chorobowe, 6. Odpowiedź gospodarza, która ogranicza i też przyczynia się do rozwoju choroby (immunopatogeneza), 7. Produkcja wirusa w tkance, z której wydziela się wirus, narażając osoby na zakażenie, 8. Ustąpienie lub przejście w zakażenie przetrwałe/przewlekłe. Definicje Wirusy i WIROM n = 1200 [jednojądrzaste komórki krwi obwodowej (PBMC)] Wirusy i wirom jelitowy w IBD (nieswoistym zapaleniu jelit, ang. Inflammatory bowel disease) Wirusy mikrobiomu jelitowego obejmują 2 główne typy: te, które infekują komórki eukariotyczne (np. komórki ludzkie) i fagi, które infekują bakterie. Chociaż oba typy zostały wykryte w jelitach człowieka, fagi obejmują większość gatunków wirusów obecnych w jelitach. Fagi mogą przenosić informację genetyczną między komórkami bakteryjnymi (proces transdukcji), taką jak geny oporności na antybiotyki, i powodować szybkie niszczenie populacji komórek bakteryjnych po zakażeniu podczas cyklu litycznego - wirusy te mogą regulować poziomy populacji rezydentnych bakterii i należy je uznać za zdolne do przyczyniania się do zmian składu mikrobiomu, takich jak te widoczne w IBD. Wirus jelitowy jest nowym obszarem badań w badaniach nad nieswoistym zapaleniem jelit, a do tej pory dziedzina ta obejmuje tylko kilka badań: W badaniu próbek kału pobranych od pacjentów z CD (n = 11) i zdrowych osób z grupy kontrolnej (n = 8) stwierdzono, że różnorodność wirusów i bakterii w próbkach kału była mniejsza u pacjentów ; I odwrotnie, w innym badaniu biopsje okrężnicy 12 pacjentów z CD zawierały więcej gatunków wirusów w porównaniu z 12 osobami z grupy kontrolnej. To samo badanie wykazało również, że rodzaj próbki i pacjent, od którego pochodziła próbka, miały większy wpływ na skład wiromu niż stan chorobowy, co sugeruje duże zróżnicowanie międzyosobnicze w składzie wiromu ; [Skład bakterii był natomiast mniej zmienny w obrębie grup i zamiast tego był bardziej zależny od stanu chorobowego, 71].  [117, 69,70,72] Inne badania sugerują, że fagi Caudovirales, grupa ponad 350 gatunków wirusów z dwuniciowym DNA , mogą występować częściej w mysim zapaleniu jelita grubego, w pediatrycznej CD oraz u dorosłych pacjentów z CD i UC [69,70,72]. Jednak nie we wszystkich badaniach potwierdzono te ustalenia. Biorąc pod uwagę, że badania nad wiromem rozpoczęto niedawno, rozbieżne wyniki między tymi badaniami mogą w dużej mierze wynikać z błędów metodologicznych oraz innych czynników zakłócających, w tym różnic pomiędzy badanymi populacjami/różnymi typami prób. Wirusy i wirom jelitowy w IBD, metodologia  Obecne ograniczenia i przyszłe kierunki badań na wiromami Identyfikacja i klasyfikacja wirusowego DNA pozostaje wyzwaniem; Ponieważ wirusy charakteryzują się dużą różnorodność, niewielką zawartością genów i szybko nabywają nowe mutacje, gatunki wirusowe z nowymi wariantami sekwencji nie są z łatwością przypisywane do blisko spokrewnionych gatunków; Nie ma genu wspólnego dla wszystkich wirusów, który można by wykorzystać jako wirusowy marker tożsamości, a zatem sekwencjonowania wirusowego DNA nie można osiągnąć za pomocą ukierunkowanej metody sekwencjonowania amplikonu/-ów; Wirusowe DNA stanowi niewielką część całkowitego DNA w próbce mikrobiomu; Hodowla wirusów jest trudna. Wirusy polegają na komórkach żywiciela w zakresie zasobów w procesach metabolicznych, więc tych gospodarzy również należy zidentyfikować i wyhodować. Ponadto, ponieważ nie można wyhodować np. wielu drobnoustrojów przewodu pokarmowego, trudno jest wyhodować związane z nimi wirusy.  Obecne ograniczenia i przyszłe kierunki badań na wiromami_c.d. Istnieją pewne strategie metodologiczne, które pomagają w wyzwaniu charakterystyki elementu wirusowego danego mikrobiomu: Przed sekwencjonowaniem cząstki wirusowe można izolować i oczyszczać z próbki mikrobiomu poprzez selekcję wielkości poprzez wirowanie, filtrowanie (filtry od 0,2 do 0,45 μm) i wytrącanie cząstek glikolem polietylenowym; Nowsze narzędzia obliczeniowe mogą zmniejszyć trudność badania ludzkiego wiromu, takie jak METAVIR, internetowy zasób do opisywania genów wirusów z danych metagenomicznych, oraz VIP i VirFinder, które zapewniają pipelines do mapowania, filtrowania i identyfikowania wirusów z sekwencji metagenomicznych; Istnieje kilka baz danych służących do identyfikacji genów wirusowych (np. National Center for Biotechnology Information Virus Genomes Resource, IMG/VR i ACLAME). Ciężka ostra infekcja dróg oddechowych (ang. Severe acute respiratory infection, SARI) jest główną przyczyną hospitalizacji i śmiertelności dzieci; Wirusy RNA układu oddechowego są w większości zaangażowane i mogą powodować pandemie. Mimo intensywnych badań laboratoryjnych, znaczna część ostrych infekcji dróg oddechowych ma nieznaną etiologię; Oprócz znanych czynników wirusowych często związanych z ostrymi, objawowymi infekcjami dróg oddechowych, niedawna analiza wiromu układu oddechowego człowieka wykazała dotychczas nieopisane wirusy, wirusy o niejasnej patogenności, wirusy, które wywołują objawy, ale są stosunkowo rzadkimi patogenami dróg oddechowych, bakteriofagi i elementy retrowirusowe. Skład wiromu różni się w zależności od środowiska, temperatury/wilgotności, wieku i stanu odporności; jak rówież w zależności od stanu zdrowia/ choroby; Zwiększone wykorzystanie sekwencjonowania w metagenomice (mNGS) w coraz większym stopniu zapewnia nieoceniony, kompleksowy profil genomowy różnych mikroorganizmów obecnych w próbkach klinicznych. Children with SARI, summer vs. winter Children - non-SARI, summer vs. winter Podsumowując wyniki tych badań: Zróżnicowana dystrybucja odczytów wirusowych w każdej puli próbek (próbki były pulowane) podkreśla podobieństwa i różnice zarówno w obrębie, jak i między dziećmi z SARI i bez SARI. Pomimo poznawczego charakteru badania (badania podstawowe), wzbudziło ono obawy, że niektóre z wykrytych wirusów o nieznanej patogenności mogą zaostrzyć przebieg kliniczny lub przyczynić się do manifestacji objawów. Rodzi to również pytanie, czy kilka znanych wirusów epidemicznych wykrytych w grupie innej niż SARI to przejściowe znaleziska czy też biomarkery przyszłej infekcji dróg oddechowych. Biorąc pod uwagę okres pobierania próbek do badania, skład wiromu mógł być zmienionu z powodu różnych środków zapobiegawczych przeciwko COVID-19, takich jak ograniczenie spotkań towarzyskich i noszenie masek; z których wszystkie znacząco wpłynęły na krążenie wirusowe wirusów układu oddechowego. Wykrycie spodziewanych/nieoczekiwanych wirusów chorobotwórczych zarówno w grupach SARI, jak i kontrolenj (bez SARI), wykrycie wirusów mogących pogorszyć przebieg infekcji dróg oddechowych oraz wykrycie innych wirusów chorobotwórczych o nieznanej roli w infekcjach dróg oddechowych dodatkowo podkreśla fakt złożoności viromu badanego fragmentu układu oddechowego (wymazy z jamy nosowo-gardłowej) w zdrowiu i chorobie. Racjonalna antybiotykoterapia Marzena Gajęcka Wykład dla kierunku Inżynieria Farmaceutyczna Oporność kliniczna: Szczep uznawany jest za oporny na dany antybiotyk, gdy zakażenie nie może ulec wyleczeniu za jego pomocą; Oporność farmakologiczna: Szczep uznawany jest za oporny wtedy, gdy jest w stanie przeżyć w stężeniu antybiotyku znacznie wyższym niż jest ono osiągalne in vivo; Oporność mikrobiologiczna: Szczep uznawany jest za oporny wtedy, gdy jest w stanie przeżyć w stężeniu antybiotyku znacznie wyższym niż większość tzw. „dzikich” szczepów tego samego gatunku. MDR – multidrag-resistant bacteria, XDR – extensively drag-resistant bacteria, PDR – pandrug-resistant bacteria, Wszystkie typy oporności obecne są wsród patogenów bakteryjnych izolowanych z zakażeń w Polsce. MDR XDR PDR Not MDR Racjonalna antybiotykoterapia zakażeń bakteryjnych Sukces kliniczny zależy od: wrażliwości na antybiotyki czynnika etiologicznego zakażenia, cech zjadliwości czynnika etiologicznego, wyboru leku, jego dawki i jego farmakokinetyki, a zwłaszcza zdolności do wytworzenia wystarczającego stężenia w ognisku zakażenia, stanu odporności chorego.  Problemy współczesnej antybiotykoterapii Pacjent Drobnoustrój Antybiotyk wzrost liczby pacjentów mnogość i pojawianie zmniejszająca się liczba w skrajnych grupach się nowych czynników skutecznych leków, wiekowych: etiologicznych zakażeń zmniejszające się wcześniaki , > 65 r.ż., (drobnoustroje zainteresowanie (nakłady) wzrost liczby pacjentów z oportunistyczne), firm farmaceutycznych niedoborami/zaburzeniam rozprzestrzenianie się poszukiwaniem nowych i odporności, znanych już cząsteczek o działaniu wzrost liczby pacjentów mechanizmów przeciwdrobnoustrojowym poddawanych inwazyjnym oporności, procedurom Pojawianie się nowych diagnostyczno- mechanizmów terapeutycznym. oporności, szczególnie zjadliwe klony bakterii (np. pneumokok, meningokok, gronkowiec złocisty) Naturalna oporność na antybiotyki a problemy współczesnej antybiotykoterapii rozprzestrzenianie się znanych ju z mechanizmów oporności, pojawianie się nowych mechanizmów oporności , coraz krótszy czas od pojawienia się oporności do jej globalnego rozprzestrzenienia się, coraz mniej skutecznych leków o dobrych parametrach efektywności i bezpieczeństwa. Patogeny alarmowe ze względu na antybiotykooporność Staphylococcus aureus (MRSA, VISA, VRSA), Streptococcus pneumoniae (PRP), Streptococcus pyogenes (MLS), Ensterococcus spp (HLAR, VRE), Enterobacteriaceae (ESBL, AmpC, MBL, KPC, NDM-1, OXA-48), Pseudomonas aeruginosa (ESBL, MBL), Acinetobacter spp (MBL), Mycobacterium tuberculosis (MDR).  Antybiotykoterapia Terapia początkowa (empiryczna), Dotyczy początkowego okresu leczenia, powinna być zmodyfikowana w zależności od wyniku badania bakteriologicznego i stanu pacjenta, uwzględniać dostępność antybiotyku i koszt, podporządkowanie chorego; Terapia celowana, Gdy znany jest czynnik etiologiczny, znana wrażliwość na antybiotyki (in vitro), możliwa jedynie gdy wykonywane jest badanie mikrobiologiczne; Leczenie deeskalacyjne, Początkowo o szerokim spektrum, po uzyskaniu wyniku badania mikrobiologicznego, jeśli jest to możliwe, stosujemy antybiotyk o wąskim spektrum; Lecznie sekwencyjne, Początkowo lek podawany pozajelitowo, następnie po stabilizacji stanu pacjenta przechodzimy na terapię doustną, jeżeli stan pacjenta na to pozwala, kontynuacja leczenia w domu; Leczenie skojarzone, Terapia empiryczna w ciężkich zakażeniach, zakażenia mieszane, celem zwiększenia skuteczności (synergizm), celem zmniejszenia ryzyka nabycia oporności. Racjonalna terapia musi spełniać kryteria: 1. Być skuteczna, czyli powodować wyleczenie zakażenia, 2. Być bezpieczna, tzn. zagrożenia powodowane przez lek nie mogą być większe niż powodowane przez leczone zakażenie, 3. Musi prowadzić do jak najmniejszego powstawania i szerzenia oporności. Przyczyny szybkiego narastania oporności na antybiotyki: -(nad)używanie i niewłaściwe stosowanie antybiotyków w medycynie: w leczeniu zakażeń wirusowych – przeziębienie, grypa, ostre zapalenie oskrzeli, ostre zapalenie jelit, w zakażeniach, w których jest często wystarczająca interwencja chirurgiczna, w leczeniu nosicielstwa, niezgodnie z zarejestrowanymi wskazaniami; -Bagatelizowanie problemu przez świadczeniodawców i płatników usług, - niewystarczająca wiedza lekarzy, pacjentów i instytucji odpowiedzialnych za politykę zdrowotną państwa. (Nad)używanie i niewłaściwe stosowanie antybiotyków prowadzi do: selekcji szczepów opornych, utrzymywania się szczepów opornych w organizmie chorego i w środowisku, szczególnie niebezpieczne są zbyt niskie dawki i za krótki lub zbyt długi czas leczenia. Niewłaściwe stosowanie i nadużywanie preparatów przeciwbakteryjnych w różnych obszarach medycyny, w weterynarii, hodowli, rolnictwie, a także w przemyśle przyczyniło się do pojawiania się i rozprzestrzeniania, na bardzo szeroką skalę, opornych drobnoustrojów dysponujących coraz sprawniejszymi mechanizmami lekooporności. Problem przestał być wyłącznie przedmiotem zainteresowań środowisk naukowych, zyskał wymiar globalny i wymaga podjęcia pilnych interwencji mających na celu podnoszenie świadomości profesjonalistów, kadry zarządzającej, i opinii publicznej nt. konsekwencji i zagrożeń wynikających z niekontrolowanego stosowania leków przeciwbakteryjnych i sposobów zapobiegania lekooporności. Zagadnienia te ze względu na globalny zakres uznane zostały za priorytetowe w obszarze zdrowia publicznego przez szereg organizacji i agencji na całym świecie, m.in.: przez: Światową Organizację Zdrowia, Parlament Europejski, europejskie Centrum Zapobiegania i Kontroli Chorób (ECDC – ang. European Centre for Disease Prevention and Control), amerykańskie Centrum Prewencji i Kontroli Zakażeń (CDC – ang. Centres for Diseases Control and Prevention), czy amerykańską Agencję Żywności i Leków (ang. FDA – Food and Drug Administration). Wg Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) i jej Raportu o Zdrowiu na Świecie lekooporność drobnoustrojów jest jednym z głównych obciążeń i jednocześnie globalnych zagrożeń dla zdrowia publicznego.