Structuri bacteriene şi funcţiile lor (PDF)

9/23/2024 1 STRUCTURI ALE BACTERIILOR ȘI FUNCȚIILE LOR 2 Obiective instrucționale Cunoașterea principalelor structuri bacteriene Înțelegerea rolului structurilor bacteriene în: supraviețuire (rol biologic) virulență (rol patogenetic) identificare (rol t...

9/23/2024 1 STRUCTURI ALE BACTERIILOR ȘI FUNCȚIILE LOR 2 Obiective instrucționale Cunoașterea principalelor structuri bacteriene Înțelegerea rolului structurilor bacteriene în: supraviețuire (rol biologic) virulență (rol patogenetic) identificare (rol taxonomic) Interesul medical al cunoașterii morfologiei, dispoziției și colorabilității bacteriilor 3 4 5 Structura celulei bacteriene Structuri constante material nuclear sau nucleoplasmă citoplasmă membrană citoplasmatică perete celular ribozomi Structuri facultative - Constant prezente flagel(i) spor incluzii - Inconstant prezente capsula/glicocalix pili comuni (fimbrii) şi pili sexuali 6 Materialul genetic Nucleoplasma ADN d.c. O moleculă circulară Exceptie, Borrelia burgdorferi Un singur cromozom Fără membrană nucleară Fără nucleol Plasmide Structuri genetice ne-esențiale Molecule de ADN d.c. circulare, mai mici (extracromozomiale) Multiplicare autonomă Gene de rezistență, gene de virulență etc. 7 Ribozomi Constanta de sedimentare 70S 2 subunități: 30S + 50S Proteine și ARN ribozomal Sinteză proteică 1  (extracromozomiale) 9/23/2024 Multiplicare autonomă Gene de rezistență, gene de virulență etc. 7 Ribozomi Constanta de sedimentare 70S 2 subunități: 30S + 50S Proteine și ARN ribozomal Sinteză proteică Foarte numeroşi metabolism bacterian intens 8 Incluziuni citoplasmatice caracter de specie (caracter util în identificarea unei specii bacterie-ne); caracter taxonomic primar. rezerve de nutrienţi: Polimetafosfaţi (volutină) (Corynebacterium diphtheriae ); Polizaharide: Lipide. 9 10 Membrana citoplasmică Membrană biologică tipică (dublu strat fosfolipidic în care sunt inserate numeroase proteine) Lipsită de colesterol (excepție, micoplasme) Roluri: Barieră cu permeabilitate selectivă Sisteme de transport pentru nutrienți și ioni Sinteză de energie Sinteza lipidelor membranare (e.g., membrana externă, la Gram-negativi) Sinteza peptidoglican Coordonarea replicării ADN și a diviziunii celulare Chemotaxie 11 Peretele bacterian Structură rigida, particulară doar celulelor procariote. Înveleşte protoplastul în contact intim cu membrana citoplasmatică. Rol Protejează protoplastul de agenți nocivi exteriori. Absoarbe diferența de presiune osmotică dintre exterior și interior. Determină forma celulei. 12 Peretele bacterian Structura sa diferită condiţionează comportamentul bacteriilor în coloraţiile diferenţiale Gram şi Ziehl-Neelsen. Structura Structura de bază Peptidoglican (PG) - constant prezent la bacterii (excepţie, chlamidiile şi micoplasmele). Structuri speciale: perete bacterian de tip gram-pozitiv; perete bacterian de tip gram-negativ; perete bacterian de tip acido- alcoolo-rezistent. 13 Peptidoglican Lanțuri polizaharidice legate prin peptide. 2  Peptidoglican (PG) - constant prezent la bacterii (excepţie, chlamidiile şi micoplasmele). 9/23/2024 Structuri speciale : perete bacterian de tip gram-pozitiv; perete bacterian de tip gram-negativ; perete bacterian de tip acido- alcoolo-rezistent. 13 Peptidoglican Lanțuri polizaharidice legate prin peptide. Lanțurile de glican sunt formate din: acid N-acetil muramic; N-acetil-glucozamină. Lanțuri peptidice – minim 4 aminoacizi. Scurte lanțuri «interpeptidice». Proteine de legare a penicilinelor (PLP) – controlează sinteza PG. Ţinta de acţiune pentru lizozim şi unele antibiotice (peniciline). 14 15 16 17 18 Structuri speciale ale peretelui bacterian peretele bacterian de tip gram-pozitiv (colorația Gram) peretele bacterian de tip gram-negativ (colorația Gram) peretele bacterian de tip acido-rezistent (colorația Zehln-Neelsen) 19 Peretele bacterian de tip gram-pozitiv Peptidoglican Constituent major al peretelui celular (50%). Reţea tridimensională, groasă, cu ochiuri strânse. Structuri speciale acizi teichoici (AT) de perete (legaţi la PG); acizi teichoici de membrană (lipoteichoici – AL, legaţi de membrana citoplasmică); proteine de suprafaţă cu funcţie de: - adezine (implicate în ataşare) sau cu - efect antifagocitar (proteina M, la Streptococcus pyogenes sau proteine de legare la fibronectină etc). 20 Rolul AT si AL Leagă ioni Mg2+ și unele enzime; Pot activa macrofagele, rol în atașare, deci factori de colonizar; Pot activa calea alternativă a complementului; Se leagă de receptori de pe suprafaţa macrofagelor, cu eliberare de citokine proinflamatorii; Prezintă receptori pentru bacteriofagi (virusuri ale bacteriilor) sau bacteriocine (antibiotice produse de bacterii). 3 20 9/23/2024 Rolul AT si AL Leagă ioni Mg2+ și unele enzime; Pot activa macrofagele, rol în atașare, deci factori de colonizar; Pot activa calea alternativă a complementului; Se leagă de receptori de pe suprafaţa macrofagelor, cu eliberare de citokine proinflamatorii; Prezintă receptori pentru bacteriofagi (virusuri ale bacteriilor) sau bacteriocine (antibiotice produse de bacterii). 21 22 Peretele bacterian de tip gram-negativ Peptidoglican subțire (10% din peretele bacterian) Rețea bidimensională, laxă. Structuri speciale: Membrana externă Proteine de transport (Fe3+ , vitamine); Porine; Lipoproteine leagă PG de ME; Lipopolizaharid (LPS) = ENDOTOXINĂ; Spațiul periplasmic – mb. citoplasmică / mb. Externă. 23 Structuri speciale - porine, molecule proteice în triplet, care formează pori pentru pasajul unor molecule hidrofile; - proteine cu rol în transportul specific al unor molecule (vit. B12, aa, nucleozide); - proteine receptor pentru complexul “Fe-siderofor”, pentru bacteriofagi sau bacteriocine; - proteine cu rol în patogenitate (adezine sau cu efect antifagocitar). 24 25 Lipopolizahar id (LPS) 1.Lipid A – activitate toxică 2.Miez polizaharidic 3.Unități zaharidice repetate Antigen O Utilizat în serotipare Puternică încărcare electronegativă și hidrofilie, care asigură: Stabilitatea suspensiilor bacteriene Forma de cultură S (smiith- colonii netede) Efect antifagocitar 26 Spaţiul periplasmic 4  3.Unități zaharidice repetate Antigen O 9/23/2024 Utilizat în serotipare Puternică încărcare electronegativă și hidrofilie, care asigură: Stabilitatea suspensiilor bacteriene Forma de cultură S (smiith- colonii netede) Efect antifagocitar 26 Spaţiul periplasmic situat între membrana externă şi membrana citoplasmatică; conţine peptidoglican, lipoproteine, proteine de transport şi enzime degradative (hidrolaze, enzime de degradare a unor antibiotice); enzimele stocate în spaţiul periplasmic sunt eliberate după necesităţi in mediul extracelular, spre deosebire de bacteriile gram-pozitive, care le eliberează imediat după ce au fost sintetizate. 27 28 29 30 Peretele bacterian de tip acido-alcoolo-rezistent (micobacterii) micobacterii Structuri speciale: arabinogalactan ~ endotoxine; acizi micolici (βOH acizi grași ramificaţi): rezistenţă în mediul extern (desicare, antiseptice, dezinfectante); rezistenţă la majoritatea chimioterapicelor; lipoarabinomanani – inducția formării granulomului; micozide – înveliş protector faţă de enzimele lizozomale din fagolizozomul macrofagelor; substanțe ceroase. 31 lipide de suprafaţă (sulfolipide, fosfolipide, cord factor ), cu rol in patogenitate; complexul lipoarabinoglican - fosfolipide, induce reacţia tisulară caracteristică, descrisă în tuberculoză (formarea de granuloame, metaplazierea macrofagelor în celule gigante -celule Langhans- şi celule epitelioide); micozidele (peptidoglicolipide, glicolipide), formează la exterior un înveliş, care contribuie la supravieţuirea în celule fagocitare (conferă rezistenţa la enzimele lizozomale din fagolizozomul macrofagelor) – sunt bacterii facultativ intracelulare; importanţa: alegerea antibioticelor active intracelular şi tratamentul de lungă durată. 32 33 34 35 Forme L bacteriene Deficit în peptidoglican. Apar sub influența antibioticelor beta-lactamice, șocului osmotic (foarte instabile vis- à-vis de variații osmotice) sau termic. 5  32 9/23/2024 33 34 35 Forme L bacteriene Deficit în peptidoglican. Apar sub influența antibioticelor beta-lactamice, șocului osmotic (foarte instabile vis- à-vis de variații osmotice) sau termic. Este posibil ca în medulara renală, sub efectul unor antibiotice beta-lactamice să apară sferoplaşti care pot explica recăderi ale infecţiei renale după întreruperea antibioterapiei. Sferoplaştii (provin din bacterii gram-negative), în absenţa agentului inductor, pot reveni la forma de origine Protoplaştii (provin din bacterii gram-pozitive ) nu pot reveni la forma de origine. 36 37 38 39 Glicocalix Capsulă/ slime a treia structură de înveliş, constituită din polizaharide sau alți polimeri (e.g., polipeptide) care înconjoară bacteria (la Bacillus anthracis are structură polipeptidică); se prezintă sub două forme: - capsula (glicocalix dens): nu poate fi separat prin centrifugare, nu este penetrat de coloranţi, deci este vizibil doar in coloraţii negative cu tuş de India sau nigrozină; - glicocalix lax (slime): poate fi separat prin centrifugare, este penetrat de particule colorate – vizibil in ME, după coloraţii speciale – roşu ruteniu; - unii autori descriu şi microcapsula (evidențiată prin reacții Ag-Ac sau prin ME). 40 Glicocalix Funcții Atașarea bacteriilor la celule la suporturi inerte Placa dentară Biofilm pe catetere sau proteze Protecție contra fagocitozei (efect antifagocitar) a bacteriilor din biofilm → MAI rezistente: șa antiseptice, dezinfectante, antibiotice. Imunogen – apar Ac față de structurile sale. 41 Glicocalix 42 Capsula Nu este caracter taxonomic primar Nu se colorează în coloraţia Gram 6  antibiotice. 9/23/2024 Imunogen – apar Ac față de structurile sale. 41 Glicocalix 42 Capsula Nu este caracter taxonomic primar Nu se colorează în coloraţia Gram AM- se colorează methacromatic (roz) 43 44 45 46 47 Flageli organite filamentoase lungi, flexuoase; structură proteică (flagelina); enterobacterii - antigen H → serotipuri; prezenţa, numărul, dispoziţia – caractere taxonomice primare. 48 49 50 51 Flageli Prezența flagelilor poate fi pusă în evidență prin: Colorații speciale; Microscopia preparatului umed (nativ); Cultivarea în coloană de geloză moale (sau invadarea mediului de cultură). 52 Pilii bacterieni Prezenți la bacterii gram-negative. Organite rigide, mai scurte decât flagelii. Vizibili doar în microscopie electronică. PILI COMUNI (FIMBRII) Structuri proteice filamentoase (constituiți din subunități proteice- pilina). Ancorate în membrana externă; așezate radiar pe suprafața peretelui bacterian. Participă la atașarea specifică → receptorii celulei gazdă. PILI SEXUALI transfer de plasmide (codifică factori de patogenitate, de rezistență la antibiotice etc.) prin conjugare. Nu sunt caractere taxonomice primare (fiind structuri facultative, inconstant prezente). 53 54 Spor bacterian Genurile Clostridium și Bacillus Forme de rezistență Formă vegetativă ↔ formă sporulată (metabolic activă) (metabolic inactivă) 7  transfer de plasmide (codifică factori de patogenitate, de rezistență la antibiotice etc.) prin conjugare. 9/23/2024 Nu sunt caractere taxonomice primare (fiind structuri facultative, inconstant prezente). 53 54 Spor bacterian Genurile Clostridium și Bacillus Forme de rezistență Formă vegetativă ↔ formă sporulată (metabolic activă) (metabolic inactivă) Spor: unic rezistență crescută (agenți nocivi chimici/fizici) Rezistența la căldură → controlul sterilizării!!! Rol în transmiterea infecțiilor; perete gros (cortex, tunică, uneori şi exosporium); Incolor în colorația Gram Caractere taxonomice primare prezența; forma (sferică, ovalară); poziția (centrală, terminală, subterminală); mărimea (deformează sau nu bacteria). 55 56 57 58 Take away messages Celula bacteriană (procariotă) este formată din: Structuri constante (nucleoplasmă, citoplasmă, membrană citoplasmatică, perete celular, ribozomi). Structuri facultative (plasmide, incluzii, capsulă, flageli, pili, spor). Materialul genetic (ADN bacterian) este reprezentat de nucleoplasmă și plasmide (eventual). Ribozomii sunt singurele organite din citoplasma unei bacterii. Peretele bacterian este constituit din peptidoglican și structuri speciale. Structura peretelui bacterian condiţionează colorabilitatea bacteriilor în coloraţiile diferenţiale. Colorația diferențială Gram oferă informații utile pentru identificarea bacteriei infectante și inițierea rapidă a antibioterapiei de primă intenție. Capsula bacteriană se găsește la unele bacterii, înafara peretelui bacterian, și are rol în atașarea bacteriilor, rol antifagocitar și rol imunogen. Sporul bacterian este unic, rezistent și este caracter taxonomic primar. 59 8