Budowa komórki bakteryjnej

Wyróżniamy trzy podstawowe składniki:

1.     ściana komórkowa

2.     błona komórkowa- błona cytoplazmatyczna

3.     cytoplazma z rybosomami i nukleoidem

nukleoid- chromosom bakteryjny ( nić DNA mająca postać podwójnej spirali zwiniętej w kłębek), w którym znajduje się informacja genetyczna dotycząca podstawowych funkcji życiowych

Dodatkowe elementy:

4.     otoczka

5.     rzęski i fimbrie

6.     możliwość wytwarzania przetrwalników

Ściana: podstawowy składnik to peptydoglikan- mureina

Budowa cząsteczki peptydoglikanu- długie łańcuchy polisacharydowe, połączone ze sobą mostkami peptydowymi- co zapewnia sztywną strukturę

Funkcje ściany:

-  ochrona wnętrza komórki przed uszkodzeniem

-  nadaje kształt komórce

W 1884 roku duński lekarz Hans Christian Gram wprowadził metodę barwienia bakterii mającą ścisły związek z budową ściany i nazwaną od jego nazwiska metodą Grama

Bakterie Gram (+)- barwią się na kolor fioletowy ( granatowy)

Bakterie Gram (- ) - barwią się na kolor różowy( czerwony)

Budowa ściany komórek Gram(+)

-         gruba warstwa peptydoglikanu –20-80 nm

-         kwasy tejchojowe (decydują o przynależności do odpowiedniej grupy serologicznej-czyli wykorzystywane są w tworzeniu systematyki drobnoustrojów)

-         białka- mogą warunkować właściwości chorobotwórcze np. białko M to główny czynnik zjadliwości u Streptococcus pyogenes( paciorkowiec ropotwórczy)

Budowa ściany komórek Gram(-)

-         cienka warstwa peptyoglikanu

-         błona zewnętrzna zbudowana z :

a)     fosfolipdiów

b)    białek

c)     lipoplisacharydu LPS

LPS jest to tzw. endotoksyna- toksyna wewnętrzna, która wykazuje toksyczność w stosunku do komórek ssaków. LPS jest odpowiedzialny za szereg objawów chorobowych wywoływanych u ludzi przez bakterie Gram( -):

-         gorączka ( pirogenność)

-         leukocytoza

-         indukcja swoistej i nieswoistej oporności na zakażenie

-         obniżenie ciśnienia tętniczego krwi

-         zwiększenie krzepliwości krwi( agregacja płytek krwi)

-         wstrząs septyczny

Błona komórkowa

o       Znajduje się bezpośrednio pod ścianą komórkową, otaczając cytoplazmę

o       Zbudowana jest z lipidów i białek

o       Charakteryzuje się selektywną wybiórczością

-         za jej pośrednictwem komórka pobiera pokarm i jednocześnie wydala produkty metabolizmu komórkowego

Ważny element budowy błony komórkowej- białka PBP.

Białka te mają charakter  enzymatyczny, odgrywają ważną rolę w procesie biosyntezy peptydoglikanu i podziału komórkowego( tworzenie przegrody).

Białka PBP - białka wiążące penicyliny- są miejscem docelowego działania antybiotyków β-laktamowych (penicyliny, cefalosporyny, monobaktamy, karbapenemy).

W momencie związania antybiotyku następuje zmiana konfiguracji i białka zamiast brać udział w syntezie ściany komórkowej, blokują ta syntezę- co jest bezpośrednią przyczyną śmierci komórki – jest to jeden z mechanizmów bakteriobójczego działania antybiotyków.

Cytoplazma

o       znajduje się bezpośrednio pod błona komórkowa

o       jest to miejsce gdzie toczą się ważne życiowo funkcje komórki

o       główne składniki cytoplazmy

-          nukleoid( zawiera informacje genetyczne niezbędne dla funkcjonowania komórki) nie oddzielony błoną od reszty cytoplazmy

-         rybosomy( struktury na których odbywa się biosynteza białka)

-         plazmidy( pozachromosomalne czynniki dziedziczenia)

Plazmidy-to koliste cząsteczki DNA, które w cytoplazmie ulegają autonomicznej replikacji – czyli powielają się niezależnie od nukleoidu.

W plazmidach zawarta jest informacja, która mówi o lepszym  przystosowaniu się do warunków środowiska i  możliwości przeżycia w określonych warunkach np. informacja o  oporności na antybiotyki, na środki dezynfekcyjne,  informacja o syntezie enzymów lub toksyn bakteryjnych. Wymiana plazmidów pomiędzy bakteriami w procesach płciowych jest powodem rozpowszechnianie genów oporności na antybiotyki wśród populacji bakteryjnych.

Otoczka

Niektóre bakterie wydzielają na zewnątrz ściany komórkowej substancje zbudowane z polisacharydów, które tworzą otoczkę i otaczają pojedyncze komórki lub grupę komórek – dobrze widoczne w mikroskopie świetlnym

Np. Streptococcus pneumoniae

       Klebsiella pneumoniae

Otoczki są dobrymi antygenami czyli indukują powstawanie przeciwciał, które uczestniczą w niszczeniu bakterii.

Funkcje otoczki:

o       chronią komórkę przed wyschnięciem

o       chronią komórkę przed fagocytozą(  stają się niedostępne dla komórek fagocytarnych co zwiększa chorobotwórczość)

o       uczestniczą w adhezji (zdolność przylegania do powierzchni komórek gospodarza- adhezja poprzedza kolonizację)

o       są nieprzepuszczalne dla niektórych antybiotyków ( zwiększenie chorobotwórczości)

o       antygeny otoczkowe są podstawą do typowania serologicznego szczepów, co jest wykorzystywane w diagnostyce np. diagnozowanie zapalenia opon mózgowo- rdzeniowych powodowane przez szczepy otoczkowe.

Rzęski , fimbrie (pili)

Rzęski – długie wypustki, zapewniające bakteriom  zdolność aktywnego ruchu 

ü     zbudowane z białek

ü     występują u bakterii spiralnych, pałeczek i laseczek, nie występują u ziarniaków

ü     widoczne w mikroskopie elektronowym

Fimbrie (pili)- proste i krótkie wypustki ( nieruchome)

ü     biorą udział w adhezji komórki bakteryjnej do komórek gospodarza

( są wyznacznikami chorobotwórczości bakterii)

ü     biorą udział w procesach płciowych bakterii- wymianie materiału genetycznego pomiędzy bakteriami

Fimbrie  posiadają szeroki kanał przez który może się przenosić chromosomalny lub plazmidowy DNA. Tą drogą przekazywane są geny determinujące oporność na antybiotyki ,oraz geny warunkujące zjadliwość

Przetrwalniki( spory)

Przetrwalniki- tworzą się, gdy bakterie znajdą się w niedogodnych warunkach środowiska związanych z :

-         brakiem wody,

-         brakiem składników odżywczych

-         silnym nasłonecznieniem

Występują tylko u laseczek :

Bacillus anthracis –laseczka wąglika

Bacillus subtilis- laseczka sienna, przetrwalniki  wykorzystywane do

                                   produkcji biologicznych testów skuteczności

                              sterylizacji - SPORAL S

Bacillus stearothermophilus - przetrwalniki  wykorzystywane do

                                               produkcji  SPORAL A

Clostridium tetani – laseczka tężca

                   perfringens- laseczka zgorzeli gazowej

                   botulinum-  laseczka jadu kiełbasianego

                   difficile-  laseczka rzekomobłoniastego zapalenia    

                   jelita grubego ( po antybiotykoterapii )

                Proces powstawania przetrwalnika:

-         silne zagęszczenie cytoplazmy wokół nukleoidu

-         zahamowanie przemiany materii w komórce

-         otoczenie komórki zespołem błon przetrwalnych

               Właściwości przetrwalników:

-          odporne na brak wody,

-          odporne na brak substancji odżywczych

-          odporne na promieniowanie UV i  promieniowanie X

-          odporne na wysoką temperaturę (nie ulegają zniszczeniu podczas godzinnego gotowania w temp.1000C)

uwaga! Konserwy mięsno -warzywne wykonywane sposobem domowym-( częsta przyczyna zatruć jadem kiełbasianym)

Przetrwalniki przeniesione do odpowiednich korzystnych warunków zaczynają kiełkować i pojawia się wegetatywna komórka bakteryjna

Praktyczne wykorzystanie właściwości  przetrwalników w medycynie:

-         służą do oceny skuteczności sterylizacji w autoklawach medycznych

temp. sterylizacji w autoklawach  :1210C  lub 1340C – jest to temp. która niszczy formy przetrwalne

sterylizacja –   proces fizyczny lub chemiczny, podczas którego następuje                     

                         niszczenie  zarówno form wegetatywnych jaki i form

                         przetrwalnych drobnoustrojów

dezynfekcja -  proces fizyczny lub chemiczny, podczas którego następuje                     

                         niszczenie  tylko form wegetatywnych drobnoustrojów, formy                                  

                         przetrwalne przeżywają    

5