Pagini

VIRUSOLOGIE , BACTERIOLOGIE SI PARAZITOLOGIE ,3 METABOLISMUL BACTERIAN. CRESTEREA SI MULTIPLICAREA BACTERIILOR. GENETICA BACTERIANA. MEDIILE DE CULTURA.

CURS 3

METABOLISMUL BACTERIAN.
CRESTEREA SI MULTIPLICAREA BACTERIILOR.
GENETICA BACTERIANA. MEDIILE DE CULTURA.

Caracteristicile metabolismului bacterian
- este un metabolism unicelular, se desfăşoară intr-o singură celulă;
- este un metabolism necompartimentat, caracteristic procariotelor (lipsa organitelor citoplasmatice).
- este un metabolism teleonomic, in timpul evolutiei au fost selectate acele căi metabolice şi acele mecanisme de reglare care să-i asigure o eficientă maximă;
- se caracterizează printr-o mare flexibilitate metabolică, o capacitate crescută de adaptare în condiţii foarte variate de mediu;
- este un metabolism de mare intensitate ceea ce asigură o multiplicare rapidă cu timp de generatie de 20' (celulele de mamifere au timp de generaţie de cel puţin 24 ore).

Metabolismul bacterian
Metabolismul bacterian este reprezentat de totalitatea proceselor biochimice intracelulare prin care substratul nutritiv este transformat in energie şi constituenţi celulari.
Metabolismul bacterian este de două tipuri:
- metabolism energetic - prin care se asigură respiratia bacteriană şi este realizat prin reacţii catabolice;
- metabolism de sinteză - prin care se asigură sinteza componentelor bacteriene şi se realizează prin reacţii anabolice şi catabolice.

* Metabolismul energetic poate avea două surse de energie:
- lumina, în cazul bacteriilor fotosintetizante,
- reactii biochimice de oxido-reducere, în cazul bacteriilor chimiosintetizante.
Majoritatea sunt chimiosintetizante.
Clasificare:
a) În functie de natura acceptorului final de hidrogen există tipuri de respiratii:
Respiratie aerobă (oxibiotică):

- acceptorul final este oxigenul atmosferic, 02, iar produsul rezultat este apa.
Acest proces este deservit de mai multe sisteme enzimatice dehidrogenazice: nicotinice, flavinice, citocromii.
- în urma acestor reactii se eliberează o cantitate mare de energie.
Respiratie anaerobă (anoxibiotică):
- acceptorul final este orice substanţă anorganică diferită de oxigen, ex. CO2 sau o substantă organică (fermentaţie).
- din punct de vedere energetic, fermentaţia este inferioară respiratiei aerobe, ea furnizează de 12-19 ori mai puţină energie (ATP).

b) În funcţie de potenţialul redox, bacteriile pot trăi în medii cu cantitaţi variate de oxigen şi se împart în patru tipuri respiratorii:
1.Bacterii strict aerobe
- aceste bacterii cresc numai în prezenţa unei cantităţi mari de oxigen;
- ele au următoarele enzime: catalază, peroxidază şi citocromi.
2. Bacterii strict anaerobe
- cresc numai în absenta oxigenului, sunt lipsite de enzimele de mai sus ;
- aceste bacterii sunt foarte sensibile la acţiunea oxigenului, care le este toxic.
3. Bacterii aerobe, facultativ anaerobe
- au posibilitatea ambelor tipuri de respiratie, în funcţie de existenţa oxigenului.
4. Bacterii anaerobe microaerofile
- tolerează cantităţi mici de oxigen, probabil prin achiziţia unor enzime de tip catalazic.
* Metabolismul de sinteză
Este suma proceselor metabolice, ce concură la procurarea de materiale convertibile in energie şi componente celulare, necesare creşterii şi multiplicării bacteriene.
În functie de modul de procurare a acestor elemente, bacteriile sunt de trei tipuri :
a. Autotrofe: utilizează pentru sinteze azotul şi carbonul din compuşi anorganici simpli: CO2, NH3, NO2, NO3.
b. Heterotrofe: utilizează pentru sinteze azot şi carbon din substanţe organice diferite, produşi de alte organisme, putându-şi sintetiza singure metaboliţii esenţiali.
Majoritatea bacteriilor sunt in această categorie.
c. Parotrofe: sunt bacteriile care nu-şi pot sintetiza singure metaboliţii esentiali. Ele se dezvoltă numai intracelular.
Ex. Rickettsia prowazeki, agentul tifosului exantematic.

Genetica microbiană
După modelului lui Watson şi Crick (1953), molecula de ADN este reprezentată in lumea vie, deci şi la procariote, de un dublu helix constituit din două lanţuri complementare polinucleotidice, cu caracter de polimer, format printr-o repetare de unităti dezoxiribonucleotidice, esterificate.
În fiecare dintre aceste lanţuri, elementele caracteristice ale unităţilor dezoxiribonucleotidice, adică bazele azotate, purinice şi pirimidinice, sunt orientate într-o succesiune specifică de-a lungul unei coloane alcătuită printr-o alternantă regulată de dezoxiribozâ si grupari fosfat.
Cele două lanţuri sunt menţinute faţă în faţă prin punti de hidrogen (legătură de natură electrostatică), ce se realizează între bazele azotate aparţinând celor două catene.
Legăturile de hidrogen (datorită condiţiilor stereochimice) se pot realiza numai între bazele structural complementare: adenină şi timină, între guanină şi citozină, această situaţie reprezintă - principiul împerecherii bazelor - , ea determină complementaritatea celor două lanţuri din molecula de ADN.
Genotipul este totalitatea informaţiei genetice pe care o posedă un anumit organism.
Fenotipul este totalitatea caracterelor exprimate de un organism, el poate prezenta variaţii importante, care sunt în mare măsură influenţate de conditiile de mediu. Modificările în fenotip survenite in timpul vietii unui organism nu se transmit descendenţilor, în timp ce orice alterare a genotipului va afecta şi descendentii.
Materialul genetic nuclear (cromozomul bacterian este format dintr-un ADN dublu catenar, helicoidal , care deţine informaţia pentru funcţiile vitale ale bacteriei.
Celula bacteriană este haploidă pentru că are un singur cromozom (un singur lanţ ADN).
Cromozomul nu este învelit de membrană nucleară, venind în contact cu citoplasma.
Desfăşurat cromozomul are o lungime de cca. 1 mm şi are o formă circulară (dimensiuni imense raportat la dimensiunea celulei).
Prezintă însă un arnajament spatial special, realizat printr-o “infaşurare” sau “împachetare", ce îi permite să ocupe în celulă un spaţiu foarte mic şi care explică totodată aspectul de structură fibrilară pe care îl prezintă materialul nuclear bacterian.

Componentele unui cromozom
Gena este o mică porţiune a genomului, o secvenţă anumită de nucleotide (dispuse liniar), care codifică informaţia pentru o proteină.
Cistronul este cea mai mică subunitate a genomului, care codifică informaţia pentru un lanţ polipeptidic şi poate fi un sinonim al genei.
Codonul este unitatea morfologică formată din 3 baze azotate succesive care codifică inserarea uni aminoacid dintr-un lanţ polipeptidic.
ADN-ul este format din:
- baze purinice: adenină (A) şi guanină (G):
- bazc pirimidinice citozină (C) şi timină (T).
ARN-ul este format din aceleaşi baze purinice şi pirimidinice, dar timina
(T) este înlocuită cu uracilul (U).
Pe matriţa de ADN, ARN polimeraza, ADN-depententă, sintetizează un ARNm (mesager) complementar cu portiunea de ADN respectivă, care ia nivelul ribozomilor este decodificat în proteine.


Materialul genetic extracromozomial
Este format din ADN dublu catenar, helicoidal.
Deţine informaţii neesenţiale pentru bacterie care se pot pierde fără a afecta viata bacteriei, contribuind la valabilitatea bacteriană.
Acest material este reprezentat de:
1. Plasmide propriu-zise, care sunt formaţiuni de ADN circular, nu se integrează in cromozom, se află numai în stare autonomă. Ele au capacitatea de a se replica autonom.
Se cunosc mai multe feluri de plasmide:
a. Factorul ”R"de rezistentă.
- contine una sau mai multe gene care codifică rezistenta fata de unul sau mai multe antibiotice sau chimioterapice.
- se multiplica independent de ritmul de multiplicare a cromozomului.
b. Factorul “col”, detine informatia pentru sinteza unor substante cu actiunc antibacteriară (colicine).
c. Factorul “F", este un factor independent în citoplasmă.
d. Bacteriofagul, ca factor independent in citoplasma, când este inserat in cromozom devine bacteriofag temperat.

2. Episomii sunt formati din ADN dublu catenar, helicoidal, de formă circulară.
Se pot găsi în stare autonoma sau integrati în cromozomul bacterian.
Sunt formati din:
a. Factorul “F" (fertility factor) care codifică sinteza unui canal de conjugare, pilul F Factorul „F" a fost descris la E. Coli (tulpina K12);
b. Bacteriofagul, parazitează celula bacteriară, fiind un virus adaptat.
Se poate prezenta sub 2 forme:
(1) forma virulenta, se multiplică pe seama celulei bacteriene şi apoi o lizează
(2) forma de profag (bacteriofag temperat), acesta se include in genomul bacteriei replicându-se odată cu ADN-ul nuclear. Insertia în ADN se face rupându-se si ADN-ul nuclear si profagul într-un anumit locus.
Acest profag poate aduce caractere noi bacteriei care îl câştigă, prin transductie (fenomen de variabilitate genetică).

3. Secventă de insertie (SI), sunt secvente foarte scurte de ADN, care nu detin informatia necesară codificării unei proteine, dar prin inserarea lor în cromozom sau în plasmide şi episomi duc la modificări ale expresiei fenotipice.
Aceste secvente de insertie nu se pot replica autonom.
4. Transpozoni (Tn), sunt secvente de ADN liniar, de dimensiuni superioare secventelor de insertie, care detin informatia pentru sinteza uneia sau mai multor proteine, în general în legătură cu rezistenta la antibiotice.
Nefiind în stare autonomă nu se poate autoreplica.

Creşterea bacteriilor
Este procesul biologic prin care bacteriile îşi măresc volumul, datorită sintetizării de noi produşi şi acumulării apei.
Multiplicarea bacteriilor
- aceasta se realizează prin diviziune directă şi rar prin înmugurire.
- ritmul de diviziune este foarte rapid de 10-20 min.
- exceptie face bacilul Koch care are un timp de 18-20 ore.

Cultura bacteriană
Este rezultatul înmulţirii germenilor într-un mediu favorabil.
Aspectul culturii depinde de: specie, de varsta culturii şi de mediul de cultură.
Bacteriile pot fi cultivate pe:
- medii artificiale (acelulare),
- culturi celulare,
- ou embrionat de găină,
- animale receptive (sisteme biologice sensibile -SBS).

Culturile bacteriene pe medii artificiale.
În medii lichide
Determină apariţia unei turbidităti (tulburări a mediului apos) după 18 20 ore în condiţii de crestere specifice bacteriei.

În funcţie de aspectul turbidităţii culturile pot fi:
Culturi "S" (smooth)
- turbiditate omogenă,
- germenii sunt tineri.
- virulenţi, care disperseză rapid şi uniform.
Culturi "R” (rough)
- mediul este limpede.
- germenii se găsesc sub formă de grunji (depuşi pe fundul vasului sau pe pereti).
- tulbură neomogen mediul.
Sunt determinate fie de germeni avirulenţi, nepatogeni, sau de germeni patogeni îmbătrânite, care şi-au pierdut virulenta.
Uneori creşterea în mediile lichide mai poate fi sub formă de:
- văl la suprafaţă, în cazul germenilor aerobi (bacilul tuberculos);
- depozit gros pe fundul vasului în cazul germenilor anaerobi.

Creşteren bacteriilor
Pe medii solide
Produsul patologic se însământează prin diverse procedee de dispersie.
Cultura bacteriană apare sub formă de colonie după 4 ore.
Colonia bacteriană reprezintă totalitatea germenilor rezultati din multiplicarea unei singure celule bacteriene, ea este o cultură pură, sunt germeni identici genetic (monoclonali).

Aspectul coloniilor
Colonii de tip "S", Smooth = neted.
Coloniile au suprafaţa netedă, lucioasă cu margini drepte, de consistenţă untoasă, cu un diametru de 1-2 mm, se pot detaşa uşor, sunt alcătuite din germeni virulenti.
Colonii de tip "R", Rough = aspru.
Coloniile au suprafată aspră, rugoasă, cu margini neregulnte, crenelate, nu se pot detaşa o parte din colonie cu ansa, ci doar colonia întreagă.
Aceste colonii sunt formate din germeni cu structură antigenică afectată, batrâni, aviruleţii. În această formă nu se mai pot face identificări.
Colonii de tip "M" care au suprafaţa netedă, mucoasă, sunt variante ale coloniilor "S" ale germenilor cu capsulă (Klebsiella).Ele au tendinta de a se confrunta intre ele.
Colonii de tip "G" sunt colonii pitice, ele rezultă în urma actiunii antibioticelor asupra formelor "S" de germeni.

Curba de creştere a bacteriilor
Populaţia care rezultă prin diviziunea unei bacterii creşte în progresie geometrică cu raţia 2. Timpul necesar pentru dublarea populatiei se numeşte timp de dedublare sau timp de generatie. Dinamica reală este caracterizată printr-o curbă cu patru faze:
1. Faza de lag
- în primele 2 ore, numărul de indivizi este aproape constant (faza de latentă), ea este o fază de acomodare a germenilor la noile condiţii de mediu.

2. Faza de multiplicare exponentială sau logaritmică
Este o fază de creştere rapidiă a numărului bacteriilor. Durează 2-3 ore, curba evoluează exponenţial până în momentul în care una dintre substantele nutritive din mediu este consumată sau/şi în mediu se acumulează metaboliţi toxici (factor limitant).
În această fază bacteriile au dimensiuni constante, citoplasma intens bazofilă şi omogenă, lipsită de incluziuni. Bacteriile sunt virulente, antigenele sunt cele mai bine reprezentate.
În această fază se recoltează germenii pentru prepararea vaccinurilor.
3. Faza staţionară
Prin consumarea substratului nutritiv, ritmul de diviziune scade, numărul germenilor care mor devine egal cu cel al germenilor care se divid, deci numărul total al bacteriilor rămâne constant.
Această fază durează 2-3 zile.
În această fază se fac identificările bacteriilor, coloniile sunt bine individualizate.
Bacteriile din colectiile purulente (abcese) se află în aceasta fază.
4. Faza de declin
Consumarea substratului nutritiv şi acumularea de metaboliţi toxici duce la moartea majoritătii bacteriilor. Celulele rămase vii sunt bătrâne, îşi pierd virulenlaţa şi patogenitatea.
Faza durează 2-3 luni. În această fază apar sorii.