Wykłady z mikrobiologii

Mikrobiologiczne aspekty zdrowia, flora fizjologiczna, probiotyki

Drobnoustroje:

1. symbioza – obydwie strony odnoszą korzyść             

2. komensalizm – korzyści dla jednej strony bez szkody dla drugiej

3. pasożytnictwo – pasożyt: korzyść; gospodarz: szkoda

1 i 2: flora fizjologiczna: bakterie niechorobotwórcze, na powierzchni skóry i błon śluzowych jam ciała mających kontakt ze środowiskiem zewnętrznym. Populacje bakterii stanowiące mikroflorę fizjologiczną.

Flora stała – w tych samych miejscach u większości ludzi przez całe życie

Flora przejściowa – drobnoustroje przejmują jakieś siedlisko. Nie pozostają na stałe ze względu na florę stałą – względnie chorobotwórcze, brak receptorów, antagonistyczne oddziaływanie flory stałej lub braku odpowiedniej reakcji układu immunologicznego.

Miejsca kolonizacji:

·         Skóra

·         Jama ustna

·         Jelito cienkie

·         Okrężnica

·         Dolny odcinek dróg rodnych

Mikroflora skóry i nosa

Skóra

Suche, kwaśne środowisko, martwe komórki -> czynniki niekorzystne dla bakterii chorobotwórczych. Flora dominująca: S. epidermidis, s. aureus, Propionibacterium, grzyby zwykłe.

Potencjalne patogeny: S. epidermidis, S. aureus, P. acnes.

Jama ustna G + i – np. Lactobacillus, streptococcus, Peptostreptococcus, Veillonella, Fusobacterium, Bacteroides, Treponema, Corynebacterium

Kolonizacja w czasie porodu i w pierwszych godzinach po urodzeniu. Flora pochodzi od matki (drogi rodne, skóra, jama ustna, pokarm, powietrze, personel medyczny).

Powierzchnia twarda i miękka jamy ustnej – flora względnie beztlenowa

Flora organiczna lubi warunki kwaśne. Kosmetyki niszczą naturalną florę bakteryjną skóry. Należy jeść jogurty, kefiry by utrzymać florę przy życiu J

Rola mikroflory stałej

1.       Odżywcza – dostawa substancji odżywczych dla organizmu człowieka, wytwarza witaminę K, B, produkty fermentacji.

Produkty fermentacji: przemiany wielocukrów np. celuloza, pektyny, mucyny, mukopolisacharydy w maślan, propionian wchłaniane przez komórki błony śluzowej okrężnicy. Źródło węgla i energii (7-10% energii całkowitej) -> szybka wymiana komórek okrężnicy. Ochrona przed kolonizacją przez patogeny.

2.       Ochronna – Utrzymywanie zdrowia i prawidłowych czynności organizmu poprzez:

1. 1. Konkurencję w rywalizacji o siedlisko i związki odżywcze z drobnoustrojami chorobotwórczymi (tzw. Opór kolonizacyjny)
   2. Tworzenie biofilmu – brak dostępu do miejsc receptorowych dla patogenów. Biofilm jest wielogatunkowy.

Negatywne skutki bytowania flory stałej

1.       Tzw choroba po zmianie flory

Powstaje w miejscu lub obszarze do niego przyległym, w którym zaszła zmiana w populacji mikroflory stałej (zaburzenie oporu kolonizacyjnego)

Przyczyny:

i)        Długotrwałe stosowanie antybiotyków lub cytostatyków

ii)      Choroby przewlekłe: nowotwory, alergie, cukrzyca

iii)    Niedobory odporności

Choroby zmiany flory: próchnica zębów, choroby przyzębia, rzekomobłoniaste zapalenie jelit, botulizm niemowlęcy, bakteryjna waginoza (poronienia, porody przedwczesne)

2.       Potencjalne źródła infekcji (zakażenia endogenne) – oportunistyczne. Przyczyny – przerwanie ciągłości tkanek, choroby przewlekłe (cukrzyca)

Czynniki chorobotwórczości drobnoustrojów

Zakażenie

Kolonizacja organizmu przez drobnoustrój zdolny do wywołania choroby

Patogen = czynnik etiologiczny

Choroba – swoiste objawy kliniczne powstające w wyniku zakażenia

Czynnik chorobotwórczy – zdolny do wniknięcia do organizmu i wywołania szkody

Chorobotwórczość

Cecha gatunku, zależy od:

Ø      Wrót zakażenia – specyficzny dla danego gatunku, miejsce przez które dostają się do organizmu

Ø      Organizmu żywiciela – systemy obrony

Ø      Zjadliwości (wirulencji) – miara chorobotwórczości. Zdolność czynnika chorobotwórczego do spowodowania ciężkiej choroby. Po zakażeniu choroba może mieć przebieg bezobjawowy, łagodny, poważny. Miarą jest liczba szczepów niezbędnych do wywołania choroby.

Czynniki wirulencji:

o        Pozwalają wiązać bakterie z organizmem człowieka,

o        umożliwiają pobór niezbędnych substancji odżywczych,

o        powodują bezpośrednie uszkodzenie tkanek lub komórek (enzymy, toksyny),

o        hamują nieswoiste i/lub swoiste mechanizmy obronne gospodarza.

Etiologia chorób zakaźnych. Postulaty Kocha:

§         ten sam patogen musi być obecny w tej samej chorobie

§         patogen musi być izolowany w czystej hodowli

§         patogen izolowany w czystej hodowli od ludzi musi wywołać taką samą chorobę u zwierząt doświadczalnych

Zarzuty do postulatów:

• niektóre choroby mają nietypowe objawy
• niektóre choroby mogą mieć różne czynniki etiologiczne (zapalenie płuc, nerek)
• niektóre patogeny (S. pyogenes) są przyczyną różnych chorób
• niektóre patogeny (HIV) są chorobotwórcze tylko dla ludzi.

Mechanizmy chorobotwórczości bakterii

v      wiązanie bakterii z organizmem żywiciela

o        adhezja (przyleganie) – kolonizacja komórek nabłonka i śródbłonka ułatwia docieranie do tkanek. Umożliwia korzystanie z substancji odżywczych.

o        Adhezyny (białka struktury powierzchownej), fimbrie (wiążą się ze swoistymi receptorami gospodarza; układy pokarmowy, moczowy, oddechowy)

v      Adhezja do komórek docelowych umożliwia inwazję (inwazyny, białka) – indukują wchłonięcie bakterii przez komórki docelowe -> namnożenie bakterii w komórkach

v      Pobór substancji pokarmowych – Fe, C, N – niezbędne do funkcjonowania bakterii. Pobór żelaza przez siderofory (hemoglobina, ferrytyna), receptory powierzchowne (transferryna). Pobór C i N rozkład wielocukrów, rozkład tkanek (enzymy).

v      Bezpośrednie uszkodzenie komórek i tkanek: toksyny, enzymy. Rodzaje toksyn:

o        Białkowe – bakterie G + i –, egzotoksyny, uwalniane bez lizy komórki

o        LPS – bakterie G –, endotoksyny, uwalniane podczas lizy komórki

Toksyny białkowe

Pojedyncze białka, małe. Toksyny typu A-B – złożone

ü      Łańcuch A – aktywna część toksyny, odpowiedzialna za toksyczność, enzym działa na drodze modyfikowania docelowych białek funkcjonalnych lub strukturalnych komórki.

ü      Łańcuch B – wiąże toksynę z receptorami powierzchniowymi komórki docelowej. Ułatwia przeniesienie A przez błonę komórkową do cytoplazmy.

Choroby od toksyn: botulizm, tężec, zgorzel gazowa, dyfteryt, gronkowiec złocisty, cholera, szkarlatyna, E. coli, czerwonka.

Podział toksyn białkowych na podstawie mechanizmu działania: cytolizyny, cytotoksyny, neurotoksyny, stymulujące\tłumiące funkcję komórki, superantygeny.

Mechanizm działania i rodzaje cytolizyn

Niszczą błonę komórkowa -> liza komórki. Fosfolipazy (rozkładają glicerofofatydy),

Hemolizyny: rozpad erytrocytów, obniżają napięcie powierzchniowe wbudowują się w błonę cytoplazmatyczną tworząc pory lub kompleksy z cholesterolem błony komórkowej tworząc kanały.

Cytotoksyny – hamują syntezę białek w komórkach docelowych

Neurotoksyny – ciężkie zaburzenia funkcji układu nerwowego bez morfologicznego uszkodzenia neuronów.

Toksyny stymulujące lub tłumiące funkcję komórek- zmieniają fizjologię komórki bez morfologicznego uszkodzenia.

Stymulujące – wzmożone wydzielanie elektrolitów w komórkach nabłonka jelita cienkiego.

Tłumiące – hamują aktywność komórek docelowych np. fagocytozę.

Superantygeny – Mechanizm działania: wzmożona stymulacja układu immunologicznego. Wstrząs zagrażający życiu – objawy kliniczne: gorączka, biegunka, zapaść naczyniowa, wymioty, niewydolność nerek, wątroby, krążenia.

Rola toksyn w chorobie

Bakteria nie zakaża, toksyna wywołuje choroby (botulizm, enterotoksyny). Objawy są połączonym wynikiem zakażenia i produkcji toksyn. Szok septyczny, działanie kwasu lipotejchojowego i superantygenu.

Bakterie zakażają, jedynie toksyna odpowiada za objawy:

Błonica – bakterie w gardle, toksyna w krwi

Tężec – bakterie w ranie, toksyna do układu nerwowego.

LPS z łańcucha oligosacharydu, rdzeń oligosacharydu, lipid A (część aktywna toksyny)

Mechanizm działania:

Łączenie lipidu A z komórkami docelowymi pierwotnymi i makrofagami, LB i LT, trombocyty, uwalnianie cytokin i mediatorów zapalenia, uruchomienie wtórnych systemów docelowych. Zmiany patofizjologiczne: gorączka, wzrost przepuszczalności naczyń, spadek ciśnienia tętniczego, zaburzenia wielonarządowe, wstrząs endotoksyczny.

Enzymy bakteryjne – ułatwiają inwazję tkanki: proteazy, nukleazy, lipazy, poliozydazy.

Proteazy:

Kolagenaza – rozkłada kolagen skóry, kości, ścięgna, chrząstki (zwyrodnienie stawów)

Elastaza – niszczy elastynę w ścianach naczyń krwionośnych, w tkance łącznej

Fibrynolizyna – rozkłada włóknik, ułatwia inwazję tkanki

Koagulaza – zmienia fibrynogen w fibrynę, chroni przed fagocytozą, niszczy komórki żerne

Nukleazy – niszczy kwasy nukleinowe, głęboki rozkład tkanek i komórek

Lipazy – współdziałają z cytolizynami.

Leczenie zakażeń bakteryjnych

Antybiotyki – wytwarzane w naturze lub przez człowieka

Chemioterapeutyki – brak odpowiedników w przyrodzie (wytwarzane przez człowieka)

Rodzaje antybiotyków:

·         Naturalne – wytwarzane przez drobnoustroje

·         Półsyntetyczne – modyfikacja chemiczna antybiotyku naturalnego

·         Syntetyczne – synteza chemiczna odtwarzająca budowę antybiotyku

Grupy:

o        β-laktamowe

o        aminoglikozydy

o        tetracykliny

o        chloramfenikol

o        makrolidy

o        linkozamidy

o        ryfamycyny

o        polimyksyny

o        antybiotyki peptydowe.

β-laktamy

Półsyntetyczne penicyliny – pochodne kwasu 6-β-aminopenicylanowego, pierścień β-laktamowy połączony jest z 5-członowym pierścieniem tiazolidowym zawierającym siarkę.

Związki β-laktamowe: augmentin – kwas klawulonowy + amoksycylina; unasyn – sulbaktan + ampicylina

Działanie uboczne: reakcje uczuleniowe – wstrząs anafilaktyczny.

Można podawać z aminoglikozydami: działanie synergistyczne – spotęgowany efekt działania.

Aminoglikozydy = aminoglikozydocyklitole

Działanie uboczne: oto-, nefrotoksyczne, blok nerwowo-mięśniowy.

Stosowane w leczeniu zakażeń uogólnionych i ciężkich zakażeń bez ustalonego czynnika etiologicznego.

Makrolidy

Działanie uboczne: zaburzenia w przewodzie pokarmowym – nudności, wymioty, biegunka, zaburzenia czynności wątroby, wysypki skórne.

Linkozamidy

Stosowane przy uczuleniu na penicylinę. Działanie uboczne: rzekomobłoniaste zapalenie jelita grubego (C. difficile)

Podział ze względu na efekt:

§         bakteriostatyczne – bakterie G –

§         bakteriobójcze

MIC – najmniejsze stężenie hamujące

MBC – najmniejsze stężenie bójcze.

Podział ze względu na zakres działania: wąsko- i szeroko widmowe

Podział ze względu na mechanizm działania:

• hamujące syntezę DNA
• hamujące syntezę ściany komórkowej
• hamujące syntezę białka
• niszczące błonę cytoplazmatyczną

β-laktamy hamują syntezę mureiny w ścianie komórki – bakteriobójcze

tetracykliny

chloramfenikol                            hamowanie syntezy białek, bakteriostatyczne

linkozamidy

makrolidy

polimyksyny – uszkadzanie błony komórkowej – bakteriobójcze

ryfamycyny – hamowanie syntezy DNA

peptydowe – hamują syntezę RNA i ściany komórkowej, uszkadzają błonę komórkową, bakteriobójcze

Aminoglikozydy – hamują syntezę bialka, uszkadzają blonę komórkową, bakteriobójcze

Chemioterapeutyki

Sulfonamidy: statyczne – blokowanie syntezy kwasu foliowego, zakres: gronkowce, paciorkowce, pałeczki jelitowe, H. influenzae, Ch. Trachomatis, Legionella spp., Nocardia spp., Brucella spp. Np. biseptol (septrim), sulfaguanidyna.

Chinolony i fluorochinolony: bakteriobójcze, hamują skręcanie DNA, w zakażeniach układu moczowego i pokarmowego. 4-chinolon

Nitrofurany: bakteriostatyczne i –bójcze, pochodne 5-nitrofuranu, zakażenia układu moczowego i pokarmowego. Hamuje syntezę DNA. Zakres: gronkowce, paciorkowce, enterokoki, bakterie jelitowe

Nitroimidazole: hamują syntezę DNA, zakres aktywności: pierwotniaki, bakterie beztlenowe: Clostridium, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium, peptococcus, campylobacter.

Oporność

Rodzaje: pierwotna (dziedziczna) i nabyta

Pierwotna – stała, uwarunkowana genetycznie

Nabyta – mutacja lub przeniesienie materiału genetycznego.

Przenoszenie genów:

v      pionowe – na komórki potomne

v      poziome – międzygatunkowe: transformacja, transdukcja, koniugacja.

Biochemiczne rodzaje oporności:

Ø      modyfikacja antybiotyku

Ø      zahamowanie transportu lub usuwanie antybiotyku

Ø      modyfikacja miejsca wiązania

Ø      alternatywna ścieżka metabolizmu omijająca etap blokowany przez antybiotyk

Ø      zwiększenie produkcji kluczowego metabolitu.

Modyfikacja antybiotyku

Acetylotransferazy, adenylotransferazy, fosfotransferazy katalizują N-acetylację, O-nukleotydację, O-fosforylację antybiotyku. Mechanizm odporności: chloramfenikol (acetylotransferaza chloramfenikolowa) i aminoglikozydy. Geny w plazmidach, ten mechanizm występuje u bakterii:

...