Transcript Štruktúra

Mikrobiológia a imunológia
letný semester 1
• Mikrobiológia (všeobecná a špeciálna)
- bakteriológia
virológia (vírusy + prióny)
- mykológia
- parazitológia
*helmitológia, *entomológia, *protozoológia
• Imunológia - všeobecná, - špeciálna,
- sérológia, - alergológia, - autoimunológia,
- nádorová,
• - transplantačná,
-
Predmet štúdia
medicínsky významné mikroorganizmy
•
•
•
•
•
•
•
tvar - morfológia,
stavba - cytológia,
životné prejavy - fyziológia a genetika,
schopnosť vyvolať ochorenie - patogenita a virulencia,
mechanizmy vyvolania ochorenia - patogenéza,
odpoveď makroorganizmu - imunológia,
poškodenie organizmu v snahe zabrániť infekcii imunopatológia (autoimunita, alergológia)
• možnosti obrany - antibiotiká, dekontaminácia, imunizácia
• laboratórny dôkaz
Terminológia
• Latinské pomenovanie
• Binominálna nomenklatúra - kurzíva
dvojslovné pomenovanie rod a druh, genus a species
• Rod - veľkým písmenom alebo skratka
Staphylococcus (S.), Escherichia (E.)
• Druh - malým písmenom aureus, coli
• prepis do slovenčiny - všoebecné - stafylokoky,
bacily, klostrídiá….
Bunky
• Bunky prokaryotické
- archebaktérie - extrémne podmienky
- eubaktérie - väčšina medicínsky významných
• Bunky eukaryotické
- ríša rastlinná
- ríša živočíšna - hmyz, červy
- ríša húb - pliesne, huby
- protista - prvoky
Prokaryotická - bakteriálna bunka
• Štruktúra:
• Obal
- plazmatická membrána
- bunková steny
• Cytoplazma
- jadrová hmota, ribozómy, vakuoly, inklúzie
• Vonkajšie štruktúry
- púzdro, S vrstva, bičíky, fimbrie, pilli
Plazmatická membrána
cytoplazmatická membrány, bunková
membrána
• Fosfolipidová dvojvrstva s proteínmi
- vo vode rozpustné súčasti sú okrajové
- vo vode nerozpustné - mastné kyseliny sú vnútorné
• Selektívna permeabilita - určuje smer a zloženie
prepúšťaných štruktúr mechanizmom
- difúzie
- osmózy
- prenosom transportnými proteinami
Funkcie cytoplazmatckej
membrány
• selektívna permeabilita
• produkcia energie (sídlo transportného
systému a enzýmov)
• syntéza peptidoglykanu
• spoluúčasť na delení bunky
• sekrécia bakteriálnych produktov
• odstraňovanie splodín
• sporulácia
Bunková stena baktérií
• Základná stavebná jednotka - peptidoglykan
(murein) - spleť monomérov N acetyl murámovej
kyseliny a N acetylglukosaminu viazaných
glykosidickou väzvou
• syntéza v cytoplazme, prechod cez plazmatickú
membránu, inkorporácia do pôvodnej bunkovej
steny v mieste, kde ju prerušili enzýmy, opakované
spojenie transpeptidázami (= cieľové miesto PNC:
penicilin binding protein PBP - nedôjde k uzavretiu osmotická lýza bb)
• rôzny pomer peptidoglykanu a ostatných súčastí:
G+ bakteriálna bunka
• Hrubá, mnohovrstiev peptidoglykanu spojených s
kyselinou teichoovou ( polyméry glycerolu,
fosfátov, ribitolu, lipidov) a povrchovými proteinmi
• Lyzozým(v slinách..) rozkladá 1,4, glykosidickú
väzbu
G- bakteriálna bunka
• Tenká vrstva peptidoglykanu - tzv vnútorná stena
• Tzv. vonkajšia membrány:lipidová dvojvrstva
- fosfolipidy (vnútorná časť dvojvrstvy)
- lipopolysacharid (vonkajšia časť dvojvrstvy)
LPS = lipid A - cora - polysacharid O Ag
endotoxínové vlastnosti
• Periplazmatický priestor - želatínová hmota medzi
peptidoglykanom a plazmatickou membránou
Baktérie bez bunkovej stenyrezistencia na PNC ATB
• Mykoplazmy - prirodzene nemajú bunkovú stenu,
ich plazmatická membrána obsahuje steroly pevnosť. Osmotická stabilita - aktívny transport Na+
• L formy - formy baktérií bez b. steny, reverzibilné,
vznikajú aj v priebehu infekcie, - sféroplasty G- protoplasty G+
Cytoplazma
• Koloidný roztok: vody, DNK RNK, enzýmov,
aminokyselín, organických a anorganických látok,
minerálov.
• Bakteriálny metabolizmus
- katabolizmus (živín, ktoré boli bakteriálnymi
exoenzýmami rozložená na menšie molekuly, aby
mohli byť transportované do baktérie)
- anabolizmu (syntéza vlastných molekúl za účasti
endoenzýmov)
• Nukleoid, ribozómy,
plazmidy, endospóry, inklúzie
Jadrová hmota
• Genetický materiál (genóm)
= cirkulárna DNK = jedna molekula dvojvláknovej
DNA, ktorej konce sú kovalentne viazané navzájom
=jadrová hmota (bakteriálny chromozóm) =
nukleoid = gény kódujúce syntézu proteinov
• Extrachromozolmálna DNA - molekuly DNA
lokalizované v cytoplazme mimo nukleoid plazmidy - kódujú vlastnosti, ktoré nie sú
nevyhnutné pre život, ale poskytujú výhodu
• Transpozóny - úseky DNA v nukleoide alebo
plazmide schopné premiestnenia na iné miesto
Ribozómy, inklúzie,vakuoly
• Zloženie: rRNK + proteiny
• Štruktúra: 2 podjednotky s rôznou sedimentačnou konštantou 30S a 50S (Svedbergova jednotka) - jedinečné v prírode, odlišné
od eukaryotických buniek - selektívne pôsobenie niektorých
ATB
• Proteosyntéza
• Zásobné granuly glykogénu, škrobu, sírové granuly, volutínové
granuly.
• Význam pre metabolizmus a diagnostiku
Endospóry a sporulácia
• Kľudové štádium života niektorých bakteriálnych druhov z
rodu Bacillus a Clostridium
• Vysokorezistentné - nepriepustnosť obalu, kontrola
dezinfekčných prístrojov
• Sporulácia - v jednej vegetatívnej bunke vznikne jedna
spóra ( replikácia DNK, vytvorenie septa, vytvorenie obalov
prípadne exospória, rozpad zbytku vegetatívnej bunky a
uvoľnenie do prostredia)
• Germinácia - spóry nie sú škodlivé pokiaľ negerminujú aktivácia ( zmena teploty, alanín) - nasávanie vody
Význam spór a nepravé spóry
• Význam - prenos ochorení - antrax, tetanus,
botulizmus, plynová gangréna
- diagnostika - charakteristické umiestnenie v
bunke, nefarbia sa Gramom
Wirtz Conklinovo farbenie
• Exospóry - termostabilné útvary vzniknuté pučaním
• Cysty proti vyschnutiu odolné útvary vo vnútri
vegetatívnych buniek
• Conídia - termolabilné reprodukčné orgány baktérií zo
skupiny Actinomycetes
Púzdro a S vrstvy
• Púzdro
- Extracelulárna hmota produkovaná baktériami pevne
priliehajúca k b. stene
- obvykle polysacharidové, imunogénna ,rôzne antigénne
typy bakteriálneho druhu na základe chem. štruktúry,
• Význam - antifagocytárne účinky, zábrana vstupu ATB,
nástroj virulencie, zvl. u detí do 3. roku,
• Dôkaz - Burriho farbenie, aglutinácia, mukózny vzhľad,
• Bacillus anthracis (proteinové púzdro),Neisseria
meningitidis, Streptococcus pneumoniae,
• S vrstva - Extracelulárna amorfná, nejednotná hmota rôznej
hustoty a hrúbky
Bičíky
• Nástroj pohybu - rotácia bičíku
• Usporiadanie
- monotrichálne
Dôkaz existencie bičíkov na
- amfitrichálne
základe dôkazu pohybu baktérie:
- natívny preparát
- lofotrichálne
- kultivácia v U rúrke,
- peritrichálne
- rast mimo miesta v pichu,
• Štruktúra
- Raussov fenomén
- vlákno - dutá helikálna proteinová štruktúra (flagelín, H
antigén) vytvárajúca kôru
- hák - flexibilné spojenie vlákna a bazálneho telesa
- bazálne teleso - upevnenie bičíka do b.steny a membrány
Fimbrie
• Mnohopočetné vlasovité útvary na povrchu
bakteriálnej bunky
• Adherencia mikroorganizmu k inej bunke bakteriálnej, ľudskej, alebo na neživé
materiály - schopnosť odolať odplaveniu
prúdom moču - kolonizácia moč. ciest E.
coli
• Nástroj patogenity aj virulencie
Pilli
• Extracelulárne prominujúce útvary Gbaktérií spájajúce baktérie do párov ( sex
pilli) a podieľajúce sa na prenose genetickej
informácie konjugáciou.
• Ich tvorba je často kódovaná v génoch
plazmidov spolu s vlastnosťou, ktorú majú
preniesť ( rezistencia na ATB)
• Sú dlhšie ako fimbrie a je ich obvykle
menej
Základné tvary
• Guľovitý - koky - streptokoky, stafylokoky,
diplokoky, neissérie - usporiadanie
• Pozdĺžny - paličky (tyčinky), bacily - radenie,
pomer dĺžky a hrúbky
• Ohnutý a špirálovitý - spirochéty, spirily, vibriá,
kampylobaktery, helikobaktery - počet závitov,
hustota, nasmerovanie koncov (Leptospira
interrogans - ?)
Fyziológia a metabolizmus baktérií
•
•
•
•
•
•
•
•
Metabolizmus
- katabolizmus a získavanie energie
-anabolizmus - biosyntéza – proteosyntéza
- ATB produkcia
- rast a rozmnožovanie
- rastové požiadavky terminológia
- rastová krivka
Využitie znalostí o rastových a nutričných
požiadavkách pre diagnostiku
• Ak chce prežiť, baktéria musí mať účinný systém na tvorbu
a získavanie energie:
• katabolické - degradačné reakcie
- poskytuje základné stavebné jednotky pre anabolické
reakcie
- vytvára energiu - získava ju z oxidačno redukčných reakcií
organických molekúl
- je uvoľňovaná v podobe vysokoenergetický fosfátov a
skladovaná ako ATP
na syntézu všetkých potrebných molekúl
• anabolické - syntetické procesy
• Základné nutričné požiadavky - rovnaké u všetkých živých
buniek
• Špecifické rastové požiadavky - u prokaryotických buniek
existuje veľká diverzita
• Mimoriadne rastové faktory - baktérie môžu využívať
pripravené komponenty hostiteľského metabolizmu metabolická adaptácia na jedného prirodzeného hostiteľa adaptačná schopnosť baktérii, prežívanie na umelých
médiách
Rastové požiadavky baktérií
• Zdroje enrgie, organického uhlíka, kovov (Fe), optimálna
teplota, pH, prijateľnosť kyslíka
- filné, - trofné, - tolerantné
• C
- anorganický, CO2 - autotrofné (litotrofné)
- organický – heterotrofné (organotrofné)
• Teplota
- termofilné,
- psychrofilné
• pH - obvykle vyžadujúce fyziologické neutrálne pH,
niektoré baktérie môžu byť
- acidofilné,
- alkalofilné
• Požiadavka na dusík - enzymatická deaminácia
aminokyselín- metabolizmus proteínov
• Fosfor - dôležitý pre tvorbu ATP, nukleových
kyselín a koenzýmov
• Železo - súčasť cytochrómoxidázového systému,
význam pre rast
• Znalosti nutričných zvláštností baktérie umožňujú
vytvoriť umelé ultivačné médium vhodné pre rast
baktérie na umelých médiách
Požiadavka na kyslík
• Na rozdiel od živočíšnej bunky, nie všetky baktérie striktne
vyžadujú prostredie s kyslíkom
• Obligátne anaeróbne – vyžadujú prostredie bez kyslíka,
kyslík je pre ne toxický – typ metabolizmu je fermentácia nedostatok niektorých enzýmov na rozklad a detoxikáciu
napr. peroxidu vodíka
• Anaerobne aerotolerantné – anaeróbna respirácia
(fermentácia), prežívanie aj za prítomnosti kyslíka
• Obligátne aeróbne – vyžadujú kyslík – typ metabolizmu
oxidatívna fosforylácia (respirácia)
• Fakultatívne anaeróbne– znášajú kyslík aj bezkyslíkaté
prostredie – fermentácia a respirácia
• Mikroaerofilné – vyžadujú znížený obsah kyslíka v
prostredí. Normálny obsah kyslíka je pre ne toxický
Nutričné faktory
• Zdroje z prostredia predstavuú obvykle veľké molekuly,
ktoré neprejdú plazmatickou membránou
• Prvý krok metabolizmu baktérií prebieha extracelulárne
hydrolýzou makromolekúl bakteriálnymi exoenzýmami
• Hydrolyzované súčasti makromolekúl sú importované cez
plazmatickú membránu a bakteriálnu stenu do cytoplazmy transportné proteiny, poríny
• Katabolické reakcie s pomocou endoenzýmov - získavanie
energie, bazálnych molekúl - konverzia molekúl na
medziprodukty potrebné na získavanie energie alebo pre
• Anaboliké reakcie - biosyntéza - peptidoglykanu,
lipopolysacharidu, nukleových kyselín, proteosyntéza….
Rastová krivka
• 1 lag fáza - adaptačné obdobie, možný pokles žijúcich
baktérií
• 2 fáza zrýchleného rastu - prežívajúce bakteriálne bunky sa
začínajú deliť
• 3 exponenciálna fáza rastu - najrýchlejšie pomnožovanie
• 4 stacionárna fáza - prostredie sa stáva nevhodným, počet
nových buniek nahradí počet odumretých
• 5 fáza poklesu - počet odumretých buniek je vyšší jako
počet živých
• 6 exponenciá fáza - poklesu - maximálna rýchlosť
odumierania, za časovú jednotku sa počet buniek zníži o
polovicu
• autosterilizácia
Rastová krivka
Kinetika rastu
• Baktérie sa delia binárnym delením zaškrtením - log funkcia
v čase maximálneho rastu - exponenciálna fáza kontinuálny rast za optimálnych podmienok
• Generačný čas in vitro:
- 20 minút u Vibrio cholerae (z 1 bunky za 2 dni vznikne
bunková hmota presahujúca 4000 krát hmotu zeme)
-14 hodín u Mycobacterium tuberculosis,
- bunky cicavcov sa delia každých 8 hodín
in vivo je generačný čas baktérií dlhší- sila hostiteľskej
imunity a obmedzenie nutričných faktorov
Stacionárna kultivácia
• Kultivácia v laboratóriu:
- Limitovaný obsah nutričných faktorov
(presná výška agaru ) - stacionárna fáza viditelné izolované kolónie rastú z CFU kolóniu tvoriaca jednotka - tkanivo alebo
biologický materiál, z ktorého vyrastie 1
kolónia obsahujúca niekoľko tisíc baktérií
Kultivácia
• Na identifikáciu patogéna je potrebné preniesť ho v
biologickej vzorke z miesta infekcie na umelé médium a
vytvoriť mu vyhovujúce prostredie
• Čistá kultúra - kolónie jediného bakteriálneho druhu alebo
typu sa podrobia panelu testov na identifikáciu neznámej
kolónie
• Toto je možné u veľkej väčšiny baktérií a húb, ktoré rastú
na umelých médiách a sú biochemicky aktívne = priamy
dôkaz patogéna - vizualizácia
• Kultivácia nie je možná u vírusov - nerastú na umelých
médiách, vyžadujú živé systémy pre svoj rast Identifikácia
vyvolávateľa sa robí nepriamo na základe stanovenia
protilátok
Identifikácia neznámej kolónie
• Mikroskopia natívneho preparátu (pohyb) alebo
Gramom zafarbeného preparátu (morfológia,
štruktúra b. steny) G+,G-,paličky, koky, špirály
• Usporiadanie: napr. diplococcus, streptococcus
• Detekcia púzdra (agglutinácia, Burri)
• Schopnosť fermentácie substrátov - cukry,
aminokyseliny- (biochemické vlastnosti)
• Identifikácia enzýmov- (fyziológia baktérie)
citlivosť na ATB, a lýzu bakteriofágom
• požiadavky na kyslík
Genetika baktérií
•
•
•
•
•
•
Replikácia -DNA - prenos vlastností
Regulácia
Zmena vlastností - mutácie
- výmena génov, - bakteriofágy
Genetické inžinierstvo v medicíne
Využitie pre diagnostiku
Genetický materiál - DNA
• Bakteriálna bunka
- DNA - genetické informácie uložené:
* v nukleoide - cirkulárny dvojvláknový chromozóm
* v plazmide
• Replikácia DNA prebieha
- obojsmerne - nukleotid
- jednosmerne - plazmid
Plasmidy
•
•
•
•
•
•
Extrachromozomálne genetické jednotky
Replikujúce sa samostatne
nekóduje vitálne funkcie a vlastnosti
nadstavbové genetické informácie
Genotyp - súbor genetických informácii
Fenotyp - súbor vlastností, ktoré sa prejavia
Typy plazmidov a ich význam
• Veľké plazmidy - napr. faktor plodnosti (fertility
factor, F), faktor prenosu rezistencie - (resistance
transfer factor RTF) - nesú informáciu pre
*vlastnosť, *vytvorenie nástroja prenosu - pillus
*mechanizmus prenosu - konjugácia
• Menšie plazmidy
- nekonjugatívne - nenesú informáciu pre
vytvorenie proteinu prenosu
• Šírenie informácie konjugáciou, transdukciou,
inkorporáciou
Replikácia DNK - podmienka
prenosu informácie
• Transkripcia - prepis pôvodnej informácie z
DNA do mRNA
• Translácia - preklad informácie z mRNA
prostredníctvom tRNA na bielkoviny
Regulácia expresie - prejavenia
sa - genetickej informácie
• Bunka aj bakteriálna musí byť schopná sa
adaptovať na meniace sa podmienky:
- má základné regulačné mechanizmy
- musí minimalizovať energetické nároky
- byť schopná sa vypnúť alebo zapnúť podľa
potreby
• Zoskupenie génov, ktoré kódujú enzýmy jednej
metabolickej cesty
OPERON: promótor, gény, terminátor sú
koordinovane regulované, prepísané aj preložené
Regulácia traskripcie
• 1) Gény sa prepisujú dovtedy, pokiaľ nie je
prepis zablokovaný represorom - negatívna
kontrola - (enzým sa produkuje až, kým
nie je jeho produkcia zablokovaná
nadbytkom produktu)
• 2) Gény sa nezačnú prepisovať pokiaľ nie je
prítomný induktor - aktívny regulačný
protein - pozitívna kontrola - (enzým sa
nezačne produkovať, ak nie je v prostredí
substrát, na ktorý by pôsobil)
Zmena genetickej informácie
• Mutácia - náhodné poškodenie DNA. DNA
obsahuje reparačný systém
• Výmena génov - rekombinácia
Pôvod mutácií
• Spontánne
• Indukované
- teplo
- ultrafialové svetlo
- ionizujúce žiarenie
- chemické mutagény - analógy nukleotidových báz
= štrukturálna podobnosť
Výmena a prenos genetickej
informácie
• Medzi bakteriálnymi bunkami
1) transformáciou - inkorporácia exogénnej DNA
2) transdukcia - prenos z jednej baktérie do ďalších
bakteriofágom - vírusom baktérie
3) konjugáciou -akoby sexuálna výmena - prenos
informácie z jednej baktérie do druhej
prostredníctvom pillusu
• Prenesené gény sú často integrované do DNA
nukleoidu alebo plazmidu a prenášané na dcérske
bunky
Bakteriofág
• vírus bakteriálnej bunky, využíva ich energetický
systém a syntézu proteinov. Baktériu infikuje len
nukleová kyselina, ktorá sa replikuje a môže dôjsť k
rekombinácii medzi NK baktérie a fágu.
Životný cyklus bakteriofágov
• lytický - po napadnutí bunky a replikácii
fágovej NK dôjde k lýze bunky.Nové fágy
sú virulentné, napádajú ďalšie baktérie
• lysogénny - nelytický - fágová DNA je
integrovaná do NK baktérie - temperovaný
fág - po viacerých generáciách dôjde ku
konverziii a zmene na virulentý
Genetické inžinierstvo v
mikrobiológii
• Vytvorenie vektorov alebo nástrojov
schopných klonovať rôzne DNA sekvencie
• Eukaryotické gény môžu byť prenesené a
exprimované prokaryotickými systémami
• Mnohé genetické metabolické ochorenia sú
spôsobené chýbaním enzýmov a proteinov ich produkcia bakériami
• Produkcia rekombinantných vakcín
baktériami
Využitie molekulárnych a genetických
technológií v diagnostike mikrobiálnych
infekcií
• *Využitie genetických sond na diagnostiku
ochorení - nukleová kyselina - typická pre
ochorenie je inkorporovaná do baktérie, kde je
pomnožená, označená napr. radionuklidom,
fluorescenčným farbivom, aby sa dala detekovať
• *in situ hybridizácia - pomnoženie genetickej
informácie vírusu priamo v odobratom tkanive
*PCR - vytvorenie miliónov kópií nukleovej
kyseliny alebo typickej sekvencie suspektného
mikroorganizmu
Fyziológia a metabolizmus baktérií
•
•
•
•
•
•
•
•
Metabolizmus
- katabolizmus a získavanie energie
-anabolizmus - biosyntéza – proteosyntéza
- ATB produkcia
- rast a rozmnožovanie
- rastové požiadavky terminológia
- rastová krivka
Využitie znalostí o rastových a nutričných
požiadavkách pre diagnostiku
• Ak chce prežiť, baktéria musí mať účinný systém na
tvorbu a získavanie energie:
• katabolické - degradačné reakcie
- poskytuje základné stavebné jednotky pre
anabolické reakcie
- vytvára energiu - získava ju z oxidačno
redukčných reakcií organických molekúl
- je uvoľňovaná v podobe vysokoenergetický
fosfátov a skladovaná ako ATP
na syntézu všetkých potrebných molekúl
• anabolické - syntetické procesy
• Základné nutričné požiadavky - rovnaké u všetkých
živých buniek
• Špecifické rastové požiadavky - u prokaryotických
buniek existuje veľká diverzita
• Mimoriadne rastové faktory - baktérie môžu
využívať pripravené komponenty hostiteľského
metabolizmu - metabolická adaptácia na jedného
prirodzeného hostiteľa - adaptačná schopnosť
baktérii, prežívanie na umelých médiách
Rastové požiadavky baktérií
• Zdroje enrgie, organického uhlíka, kovov (Fe), optimálna
teplota, pH, prijateľnosť kyslíka
- filné, - trofné, - tolerantné
• C
- anorganický, CO2 - autotrofné (litotrofné)
- organický – heterotrofné (organotrofné)
• Teplota
- termofilné,
- psychrofilné
• pH - obvykle vyžadujúce fyziologické neutrálne pH,
niektoré baktérie môžu byť
- acidofilné,
- alkalofilné
• Požiadavka na dusík - enzymatická
deaminácia aminokyselín- metabolizmus
proteínov
• Fosfor - dôležitý pre tvorbu ATP,
nukleových kyselín a koenzýmov
• Železo - súčasť cytochrómoxidázového
systému, význam pre rast
• Znalosti nutričných zvláštností baktérie
umožňujú vytvoriť umelé ultivačné médium
vhodné pre rast baktérie na umelých
médiách
Požiadavka na kyslík
• Na rozdiel od živočíšnej bunky, nie všetky baktérie striktne
vyžadujú prostredie s kyslíkom
• Obligátne anaeróbne – vyžadujú prostredie bez kyslíka,
kyslík je pre ne toxický – typ metabolizmu je fermentácia nedostatok niektorých enzýmov na rozklad a detoxikáciu
napr. peroxidu vodíka
• Anaerobne aerotolerantné – anaeróbna respirácia
(fermentácia), prežívanie aj za prítomnosti kyslíka
• Obligátne aeróbne – vyžadujú kyslík – typ metabolizmu
oxydatívna fosforylácia (respirácia)
• Fakultatívne anaeróbne– znášajú kyslík aj bezkyslíkaté
prostredie – fermentácia a respirácia
• Mikroaerofilné – vyžadujú znížený obsah kyslíka v
prostredí. Normálny obsah kyslíka je pre ne toxický
Nutričné faktory
• Zdroje z prostredia predstavujú obvykle veľké molekuly,
ktoré neprejdú plazmatickou membránou
• Prvý krok metabolizmu baktérií prebieha extracelulárne
hydrolýzou makromolekúl bakteriálnymi exoenzýmami
• Hydrolyzované súčasti makromolekúl sú importované cez
plazmatickú membránu a bakteriálnu stenu do cytoplazmy transportné proteiny, poríny
• Katabolické reakcie s pomocou endoenzýmov - získavanie
energie, bazálnych molekúl - konverzia molekúl na
medziprodukty potrebné na získavanie energie alebo pre
• Anaboliké reakcie - biosyntéza - peptidoglykanu,
lipopolysacharidu, nukleových kyselín, proteosyntéza….
Rastová krivka
• 1 lag fáza - adaptačné obdobie, možný pokles žijúcich
baktérií
• 2 fáza zrýchleného rastu - prežívajúce bakteriálne bunky sa
začínajú deliť
• 3 exponenciálna fáza rastu - najrýchlejšie pomnožovanie
• 4 stacionárna fáza - prostredie sa stáva nevhodným, počet
nových buniek nahradí počet odumretých
• 5 fáza poklesu - počet odumretých buniek je vyšší jako
počet živých
• 6 exponenciá fáza - poklesu - maximálna rýchlosť
odumierania, za časovú jednotku sa počet buniek zníži o
polovicu
• autosterilizácia
Kinetika rastu
• Baktérie sa delia binárnym delením zaškrtením - log
funkcia v čase maximálneho rastu - exponenciálna
fáza - kontinuálny rast za optimálnych podmienok
• Generačný čas in vitro:
- 20 minút u Vibrio cholerae (z 1 bunky za 2 dni
vznikne bunkková hmota presahujúca 4000 krát
hmotu zeme)
-14 hodín u Mycobacterium tuberculosis,
- bunky cicavcov sa delia každých 8 hodín
in vivo je generačný čas baktérií dlhší- sila
hostiteľskej imunity a obmedzenie nutričných
faktorov
Kultivácia
• Na identifikáciu patogéna je potrebné preniesť ho v
biologickej vzorke z miesta infekcie na umelé médium a
vytvoriť mu vyhovujúce prostredie
• Čistá kultúra - kolónie jediného bakteriálneho druhu alebo
typu sa podrobia panelu testov na identifikáciu neznámej
kolónie
• Toto je možné u veľkej väčšiny baktérií a húb, ktoré rastú
na umelých médiách a sú biochemicky aktívne = priamy
dôkaz patogéna - vizualizácia
• Kultivácia nie je možná u vírusov - nerastú na umelých
médiách, vyžadujú živé systémy pre svoj rast Identifikácia
vyvolávateľa sa robí nepriamo na základe stanovenia
protilátok
Identifikácia neznámej kolónie
• Mikroskopia natívneho preparátu (pohyb) alebo
Gramom zafarbeného preparátu (morfológia,
štruktúra b. steny) G+,G-,paličky, koky, špirály
• Usporiadanie: napr. diplococcus, streptococcus
• Detekcia púzdra (agglutinácia, Burri)
• Schopnosť fermentácie substrátov - cukry,
aminokyseliny- (biochemické vlastnosti)
• Identifikácia enzýmov- (fyziológia baktérie)
citlivosť na ATB, a lýzu bakteriofágom
• požiadavky na kyslík
Antibiotiká a chemoterapeutiká
vysvetlenie pojmov
mechanizmus pôsobenia
typ účinku
nežiadúce účinky
rozdelenie antibiotík,zásady liečby
ANTIBIOTIKÁ
• Selektívne inhibujú alebo usmrcujú
mikroorganizmy v koncentráciách,ktoré ešte
nie sú toxické pre makroorganizmus-preto
na rozdiel od dezinfekčných a
antiseptických látok môžeme ATB
používaťv liečbe
• zaraďujeme sem aj chemoterapeutiká s
antibakteriálnym účinkom,ktoré sa
získavajú (semi)synteticky,majú svoj pôvod
v prírode,alebo boli získané umelo
Rozdelenie ATB podľa pôvodu:
Producentom môžu byť
1.aktinomycéty-aminoglykozidy,TTC,makrolidy
2.iné baktérie-predovšetkým bacily-bacitracin,polymyxin
3.mikroskopické huby-penicilium,aspergilum-penicilíny
ATB sa dajú získať aj- z vyšších rastlín-fytoncidy
- zo živočíšnych tkanív-ekmolin
Rozdelenie podľa použiteľnosti:
1.antibakteriálne preparáty-väčšina požívaných antibiotík a chemoterapeutík,aj antiriketsiálne
2.antimykotické preparáty-účinné na plesne,kvasinky(fungicidin,
griseofulvin,mikonazol,ketokonazol)
3.antiprotozoárne preparáty-účinné napr. při toxoplazmóze,amebiáze
-spiramycin,paromomycín
4.antivírusové preparáty-chemoterapeutiká
Bakteriostáza
- zástavu množenia baktéríí vplyvom
antibiotika,pričom
baktérie nie sú usmrtené. Prirodzené odumieranie
kľudových foriem nie je ovplyvnené
Baktericidita
-usmrtenie bakteriálnych buniek antibiotikom
-špecifický význam má baktericídny účinok počas
prvých 4 hod.
pôsobenia ATB:ak je v tomto čase usmrtených aspoň
99 % baktérií,
ide o klinicky relevantnej baktericidite
Rozdelenie antibiotík podĺa typu účinku:
1.Antibiotiká a chemoterapeutiká primárne bakteriostatické
-chloramfenikol
-tetracyklíny
-makrolidy
-sulfonamidy
-nitrofurány,...
2.Antibiotiká a chemoterapeutiká primárne baktericídne
-penicilíny
-cefalosporíny
-streptomycín
-polymyxíny,...
-penicilíny a cefalosporíny účinkujú baktericídne len na
množiace sa baktérie
-aminoglykozidy pôsobia baktericídne aj na kľudovú fázu baktérií
Rozdelenie antibiotík podľa spektra účinku:
1.Úzkospektrálne antibiotiká a chemoterapeutiká
-umožňujú len úplne cielenú terapiu
-antituberkulotiká-viomycin,INH,PAS
2.Širokospektrálne antibiotiká a chemoterapeutiká
-aminoglykozidové ATB
-ampicilin
-chloramfenikol
-tetracyklíny
-cotrimoxazol
-
Mechanizmus účinku antibiotík:
1. Tlmenie syntézy peptidoglykánov bunkovej steny
-syntéza prebieha v 4 fázach
-v prvých 3 fázach pôsobia bacitracín,vankomycín,cykloserín
-vo 4.fáze pôsobia penicilíny,cefalosporíny
2. Narušenie protoplazmatickej membrány
-polymyxínové antibiotiká,niektoré polyenové antimykotiká
-polymyxínové molekuly sa viažu na lipidové a proteínové
vrstvy protoplazmatickej membrány a narúšajú jej bariérové
funkcie.
3. Inhibícia proteosyntézy
- tetracyklíny,makrolidy,aminoglykozidové ATB,...
-inhibícia väzby aminoacyl-tRNA na receptory ribozómovnedostatok aminokyselín
-blokovanie tvorby polyzómov z voľných ribozómov a mRNA
Bunková stena
- beta-laktámové ATB -
blokáda syntézy
peptidoglykánu
- vankomycin,teikoplanin - blokáda kondenzácie
acyl-D-alanyl-D-alaninu
- bacitracin
- syntéza fosfolipidov
Cytoplazmatická membrána:
-polymyxiny -fosfolipidy cytoplazmatickej membrány
-amfotericin B -syntéza ergosterolu
-azoly
-syntéza ergosterolu
Proteosyntéza:
Ribozómy
-chloramfenikol -peptidyltransferázu
-tetracyklíny
-ribozom A
-makrolidy
-translokáciu
-klindamycin
-peptidyltransferáza
-aminoglykozidy -ribozomálna syntéza
Nukleové kyseliny:
-chinolóny
-DNK-gyráza
-rifampicin
-RNK-polymeráza
-nitroimidazoly -šróbovica DNK
Syntéza kyseliny listovej:
-sulfonamidy - syntetáza kyseliny listov
-trimetoprim - reduktáza
kys.dihydrolistovej
penicilíny
-syntéza peptidoglykánov b. steny
cefalosporíny
-//karbapenémy
-//monobaktamy
-//inhibítory beta-laktamáz
aminoglykozidy
tetracyklíny
chloramfenikol
makrolidy
polypeptidy
linkosamidy
glykopeptidy
- syntéza mikrobiálnych proteínov
-//-//- synt.bunkovej steny
-proteosyntéza
-syntéza mukopeptidu bunkovej steny
Antibakteriálne chemoterapeutiká
sulfonamidy
-syntéza kys. listovej
sulfonamidy
+diaminopyrimidiny
nitrofurány
metabolizmu cukrov
chinolóny
nitroimidazoly
-//-
-inhibícia
-syntéza nukleových
kys.
-syntéza nukleových
kyselín(anaeróbne b.)
Peniciliny
-primárne baktericídne
G PNC -G+ -streptokoky,pneumokoky,korynebakteria,listérie,
stafylokoky netvoriace beta lektamázu
protistafylokokové PNC-odolné k stafylokokovej beta laktamáze
meticilin,oxacilin
širokospektrálne pnc
- G- paličky,okrem pseudomonád,proteus,
-enterokoky
antipseudomonádové pnc-pseudomonády,proteus indol +
acylureidoPNC- G+,G-,pseudomonády
Cefalosporíny
-polosyntetické
-baktericídne
-vysoké koncentrácie
v moči,likvore
1.generácia- G +
G - enterobaktérie
močových inf.
2.generácia- G - paličky
- gonokoky
3. generácia- G4.generácia-enterokoky,stafylokoky
pseudomonády
Iné betalaktámové ATB:
monobaktamy:
karbapenemy:
Chloramfenikol:
baktericídne
G - (enterobaktérie,serratia,pseudomonády)
baktericídne
G+ Gveľmi široké spektrum
bakteriostatické
G+ G-
Tetracyklínové ATB : bakteriostatické,vo vyšších koncentráciach
baktericídne
G+ Gtreponemy,leptospiry,mykoplazmy,chlamýdie
Makrolidy:
bakteriostatické,
stredne široké spektrum
G+
Aminoglykozidy: baktericídne
široké spektrum
G + GPolypeptidy :
baktericídne
G - paličky okrem proteus (polymyxiny)
Linkomycín,clindamicín-G+ koky
Vankomycin
G+ (stafylokoky,enterokoky)
Antituberkulotiká: bakteriostatické
vysoká toxicita
využívajú sa len v liečbe TBC (rifampicin
INH,ETM,PYR,PAS
Chemoterapeutiká
sulfonamidy: bakteriostatické
G + G- ,aj chlamýdie,mykoplazmy,nokardie,
toxoplazma,
cotrimoxazol: kombinované (trimetoprim+sulfametoxazol)
baktericídne
G + G-
chinolóny:
baktericídne
1.gen.
Kys. nalidixová- G-,uroinf.
2.gen.
Fluorochinolony-G +,G-
3.gen.
Di.-Tri.-fluorované chinol.
Nežiadúce účinky
vznikajú pri obvyklých dávkach a
doporučovaných
farmakoterapeutických koncentráciách
antibiotík
Toxické účinky
Vznikajú pri vysokých dávkach a vysokých
plazmatických
koncentráciách antibiotika,event.pri vyššej
reaktivite organizmu.
Nežiadúce účinky
Alergie-obvykle po predchádzajúcej senzibilizácii vyvolanej
aj malou dávkou antibiotika
-sú časté napr.u penicilínov
-pátrame po nich v anamnéze
-polymorfné exantémy,eozinofília,edémy,konjunktivitída
fotodermatózy,anafylaktický šok,...
-nebezpečné formy sú spojené hlavne s parenterálnym
podaním antibiotika
-môžu sa prejaviť ako včasné alebo neskoré reakcie
počas liečby,po jej ukončení
-môžu vzniknúť ako reakcia na pomocné látky prítomné
v liekových formách
Nežiadúce účinky
biologické efekty -sú spôsobené oplyvnením prirodzenej
bakteriálnej mikroflóry kože,slizníc
-sú veĺmi časté pri podávaní širokospektrálnych
ATB (ampicilin,tetracyklín)
-hlavne dyspepsie,hnačky,hypovitaminóza K,
následné poruchy hemostázy
-prerastanie kvasiniek alebo rezistentných
baktérií(stafylokokov,ps.aeruginoza,…),
tieto komplikácie sú náročné na liečbu
Toxické účinky
hematotoxické -gancyklovir,chloramfenikol
nefrotoxické
-amfotericin B
hepatotoxické -rifampicin,ketokonazol
neurotoxické nitrofurantoin,gentamycin,izoniazid,streptomycin
Rezistencia-odolnosť baktérií voči účinku antibiotika alebo
chemoterapeutika.
-prirodzená-mikroorg. je mimo spektra účinku ATB
-primárna-necitlivosť časti bakteriálnej populácie ktorá
patrí do spektra účinku ATB,a to bez ohľadu na to ,či pred
tým došlo k styku s daným ATB
-sekundárna-necitlivosť kmeňa patriacehodo spektra
účinnosti ATB,kt.vzniká až po kontakte s daným ATB
-mutačná-vzťahuje sa k predchádzajúcej liečbe,
mutácia-rezistenciu-množenie rezistentných
baktérií
-prenosná rezistencia- sprostredkovná plazmidmi
-častejšia u G-prenos genetickej informácie:
Konjugácia
Mechanizmus transdukcie- DNK plazmidu je prevzatá do
bakteriálneho vírusu a prenesená do ďalšej baktérie
-skrížená rezistencia - súčasná necitlivosť na rôzne ATB
-obojstranne (príbuzné ATB)
-jednostranne (Gent.-Amikacin),citlivosť
menšieho počtu baktérií môže byť voči
jednému ATB zachovaná.
Mechanizmy vzniku rezistencie
1. Produkcia enzýmov: ich pôsobením sa mení štruktúra
antimikrobiálnej látky,strata účinnosti
Beta laktamázy- extracelulárne pôsobiace enzýmy
mikroorganizmov,ktoré štiepia betalaktámový kruh,čím antibiotiká tohoto typu strácajú
účinok.
Podobný účinok majú intracelulárne pôsobiace
acetyltransferázy na účinok chloramfenikolu.
Klasifikácia beta-laktamáz
Cefalosporinázy(neinhibované kys.klavulanovou)
Chromozómami
podmienené
enzýmyPs.aeruginoza,Ent.
cloacae
Penicilinázy,cefalosporinázy Sprostredkované plazmidy
Inibované kys.klavulanovou TEM-typ.,Chromozomami
podm.enzýmy Klebsiela
spp.,stafylokokové enzýmy
metaloenzýmy
Enzýmy hydrolyzujúce
imipenem,z Xantomonas
maltophylia
Penicilinázy(neinhibované
kys.klavulanovou)
Chromozómami pomienené
enzýmy Ps.cepacia
2. Mutačné zmeny na úrovni intracelulárneho receptoru:
-zmeny v štruktúre PBP- vznik rezistencie na penicilíny
-metylácia aminokyseliny na 50 S ribizómovej
podjednotke -vznik rezistencie na erytromycín
3.Zamedzenie penetrácie antibiotika cez bunkovú stenu:
-výsledkom je blokovanie pôsobenia ATB na
intracelulárnych receptoroch (PBP,30S,50S)
-aminoglykozidy,tetracyklíny
4.Zmena metabolickej cesty,zmena afinity cieleného enzýmu pre
chemoterapeutikum
Beta laktámové ATB
zmena PBP,znížená permeabilita
produkcia beta laktamáz
aminoglykozidy,makrolidy-znížená väzba na cieľové ribozómy
znížená permeabilita bunk.steny
inaktivujúce enzýmy
cloramfenikol
tetracykliny
znížená- väzba na ribozómy
-permeabilita
chlmf-acetyltransferáza
nedostupnosť cieľových ribozómov
aktívny bunkový eflux
Chinolony
rezistencia DNA -gyrázy
znížená permeabilita pre
antibiotikum
aktívny bunkový eflux
sulfonamidy
rezistencia syntetázy
trimetoprim
rezistencia reduktázy
znížená permeabilita
Cielená liečba -predstavuje ideálny postup
- najprv izolovaný konkrétny pôvodca infekcie
-určená citlivosť na antibiotiká
-voľba antibiotika
(dobrá znášanlivosť,úzke spektrum)
-u chronických infekcií,vyvolaných vysoko rezistentnými
pôvodcami
Empirická liečba -voľba antibiotika podľa očakávaného spektra
pôvodcu infekcie
-správne zhodnotenie klinického stavu
-znalosť možných(najčastejších)patogénov v
súvislosti s lokalizáciou infekcie a klinických
príznakov
Intervenčná liečba-ak nebol preukázaný pôvodca infekcie
-postupná liečba podľa určitej schémy,ktorá
stanoví ďalšie ATB v prípade neúčinnej
iniciálnej terapie
Širokospektrálna liečba-u život ohrozujúcih infekcií
-ATB schopné pokryť takmer celé
spektrum potencionálnych pôvodcov
-kombinácie ATB
-hlavne u sepsy,peritonitídy,infikované
gangrény,popáleniny,endometritídy…
-imipenem,cefotaxim+piperacilin
• Aditívny účinok-výsledný účinok
kombinácie dvoch alebo viacerých
antibiotík,ktorý zodpovedá súčtu účinku
jednotlivých komponent
• Antagonizmus ATB-vzájomný vzťah
farmák použitých v kombinácii,jeho
výsledkom je inhibícia bakteriálnej kultúry
pri vyšších koncentráciách ako pri použití
jednotlivých ATB samostatne.
Kombinácia antibiotík-má slúžiť k dosiahnutiu
synergizmu v účinku,
-cieľom je zvýšenie účinnosti rozšírenie
antibakteriálneho spektra
a prevencia vývoja bakteriálnej rezistencie
Synergizmus-pri súčasnom pôsobení dvoch alebo
viacerých ATB na bakteriálnu populáciu je
vyvolaný účinok vyšší v porovnaní s účinkom,
ktorý by bol vyvolaný každou látkou zvlášť
Minimálna inhibičná koncentrácia (MIC)
-najmenšie namerané množstvo (koncentrácia) antibiotika
ktoré inhibuje rast a množenie baktérií v testovacom
médiu in vitro.
-při zisťovaní MIC je dôležitá štandardizácia podmienok,
-výsledky môžu byť ovplyvnené veľkosťou
inokula,druhom
testovacej pôdy,trvaním a teplotou inkubácie, atď.
Minimálna baktericídna koncentrácia (MBC)
-najnižšia nameraná koncentrácia antibiotika in
vitro,ktorá usmrtí exponovanú bakteriálnu kultúru v
pribehu 24 hod. inkubácie v tekutej pôde.
-kontrolou MBC je následný kultivačný test na agarových
pôdach.
Aplikácia-parenterálna
-perorálna
-lokálna
Dávka
-jednotlivá
-denná
-celková
Dávkovací interval
-čas medzi jednotlivými dávkami
-úprava při renálnej,hepatálnej insuficiencii
v závislosti na spôsobe eliminácie ATB
Dávkovanie-úprava podľa závažnosti infekcie(u širokospekt. ATB)
-deti
Dĺžka liečby-jednorázová(nekomplikovaná kvapavka,
ulcus molle,
kandidová kolpitída)
-7-10 dní-bežné infekcie(dýchacie cesty)
-dlhodobá-abscesy,granulomy,osteomyelitídy.
tuberkulóza,sepsa,endokarditída
-pacienti s oslabenou imunitou