metabolism bacterian

Metabolism Metabolism bacterianbacterian

Dr. Carmen CostacheDr. Carmen Costache

METABOLISM BACTERIANMETABOLISM BACTERIANPlanul cursuluiPlanul cursului

DefiniDefiniţţie, ie, – Anabolism, Anabolism, – CatabolismCatabolism

Efectul factorilor fizici Efectul factorilor fizici asupra dezvoltasupra dezvoltăării rii bacterienebacteriene– Efectul temperaturiiEfectul temperaturii– Efectul pH-uluiEfectul pH-ului– Efectul presiunii Efectul presiunii

osmoticeosmotice– Efectul radiaEfectul radiaţţiiloriilor– Efectul Efectul deshidratăriideshidratării

Efectul unor substanEfectul unor substanţţe e chimicechimice– OO22

ClasificareClasificare

– COCO22

Nutriţia bacterianăNutriţia bacteriană Bacteriile de Bacteriile de

importanţă medicală importanţă medicală Metabolismul energetic Metabolismul energetic

bacterianbacterian Curba de multiplicare Curba de multiplicare

(creştere) a bacteriilor(creştere) a bacteriilor

MetabolismMetabolism bacterian bacterian

DefiniDefiniţţie: ie: – Suma tuturor proceselor Suma tuturor proceselor

chimice chimice

1. Anabolism: 1. Anabolism: Sinteza de compuşi Sinteza de compuşi complecomplecşicşi,,cu cu consum energetic. consum energetic.

2. Catabolism: 2. Catabolism: - d- descompunerea escompunerea compuşilor complecompuşilor complecşcşi i - - producere de energieproducere de energie

Efectul factorilor fizici asupra dezvoltEfectul factorilor fizici asupra dezvoltăării bacterienerii bacteriene

Efectul Efectul temperaturii temperaturii dezvoltare bacteriană dezvoltare bacteriană

– izvoarele cu apă fierbinte din Yellowstone izvoarele cu apă fierbinte din Yellowstone National Park 120˚C. National Park 120˚C.

– SoluSoluţţii apose până la -20˚C, ii apose până la -20˚C, – Gheţari din Antarctica, Gheţari din Antarctica, – Congelatoare casnice: 0 ˚C. Congelatoare casnice: 0 ˚C.

ClasificareClasificarea bacteriilor în funcţie de a bacteriilor în funcţie de temperaturatemperatura de creştere de creştere

MicroorganismMicroorganisme: e: limite de T, definite prin 3 limite de T, definite prin 3 vvalori: alori: T min, T o, T maxT min, T o, T max

T minT min = = << NU se dezvoltă NU se dezvoltă T o = creştere şi multiplicare optimăT o = creştere şi multiplicare optimă T maxT max== > NU se pot dezvolta, mor > NU se pot dezvolta, mor

ClasificareClasificarea bacteriilor=f(T)a bacteriilor=f(T)

CriofileCriofile MezofileMezofile TermofileTermofile

Criofile (fără importanţă medicală)Criofile (fără importanţă medicală) T : 0 – 20˚CT : 0 – 20˚C To: 10-15˚CTo: 10-15˚C Mări, oceane, soluri reci, frigidere Mări, oceane, soluri reci, frigidere

Termofile (fără importanţă medicală)Termofile (fără importanţă medicală) T: 45-90˚CT: 45-90˚C T o: 60-70˚CT o: 60-70˚C Soluri calde, izvoare termaleSoluri calde, izvoare termale

Mezofile Mezofile - - importanţă medicală !!!importanţă medicală !!! T o aproape de 37˚C T o aproape de 37˚C T: 20-45˚CT: 20-45˚C

Ingheţarea => Ingheţarea => – stoparea multiplicării unor bacteriistoparea multiplicării unor bacterii

DARDAR – multe din ele nu sunt omorâte la multe din ele nu sunt omorâte la

temperaturile din congelatoarele temperaturile din congelatoarele casnice !casnice !

Investigarea unei epidemii de Investigarea unei epidemii de toxinfecţie alimentară salmonelozică: toxinfecţie alimentară salmonelozică: – Ingheţată contaminată cu Ingheţată contaminată cu SalmonellaSalmonella – –

luni de zile inghetataluni de zile inghetata– încă avea bacterii viiîncă avea bacterii vii

In laboratoare bacteriile (tulpini de In laboratoare bacteriile (tulpini de referinţă, tulpini izolate de la referinţă, tulpini izolate de la pacienţi) pacienţi) – păstratepăstrate pentru studii ulterioare în pentru studii ulterioare în

frigiderefrigidere/congelatoare/congelatoare..

Efectul temperaturii asupra dezvoltării bacteriene

Efectul Efectul pHpH-ului-ului asupra asupra bacteriilorbacteriilor

pH = concentraţia ionilor pH = concentraţia ionilor de hidrogen, [H+] de hidrogen, [H+]

pH optim = neutru (6,8-7)pH optim = neutru (6,8-7) Limite: 6-8 Limite: 6-8

– bulion nutritiv: pH bulion nutritiv: pH = = 6,8 !6,8 ! AcidofileAcidofile: preferă pH acid: preferă pH acid

– Helicobacter pyloriHelicobacter pylori AlcalifileAlcalifile: preferă mediile : preferă mediile

alcalinealcaline– Vibrio choleraeVibrio cholerae:: pH > 8pH > 8

Efectul Efectul presiunii osmoticepresiunii osmotice asupra asupra bacteriilorbacteriilor

Apa sărată - hipertonă => ucide multe Apa sărată - hipertonă => ucide multe microorganisme.microorganisme.

Majoritatea: soluţii iMajoritatea: soluţii izzotoneotone NaClNaCl – există în natură – există în natură ((concentraţii concentraţii

variabilevariabile))

ClasificareClasificarea bacteriilor în funcţie a bacteriilor în funcţie de concentraţia de de concentraţia de saresare toleratătolerată

HalotoleranteHalotolerante == concentraţii concentraţii moderate de saremoderate de sareex. Staphylococcex. Staphylococcusus creşte pe creşte pe mediu mediu cu 7cu 7,,5% NaCl (Chapman = mediu 5% NaCl (Chapman = mediu selectiv)selectiv)

HalofileHalofile = n= necesită 15-30% ecesită 15-30% NaClNaCl

Efectul Efectul presiunii osmoticepresiunii osmotice asupra asupra bacteriilorbacteriilor

Saramura: folosită pentru Saramura: folosită pentru conservarea alimentelorconservarea alimentelor

DARDAR Stafilococi-Stafilococi- halotoleranţi=> halotoleranţi=>

contaminare => contaminare => ““stricareastricarea”” alimenteloralimentelor

Levurile şi mucegaiurile Levurile şi mucegaiurile tolerează tolerează presiuni osmotice crescute =>presiuni osmotice crescute => cresc pe carne, gemuri, etc. cresc pe carne, gemuri, etc.

Efectul Efectul radiaradiaţţiiloriilor asupra asupra bacteriilorbacteriilor

UV, gammUV, gammaa –– bactericidebactericide

Bacterii din aerBacterii din aer Suprafeţe, inclusiv Suprafeţe, inclusiv

suprafaţa apeisuprafaţa apei Instrumentar medical Instrumentar medical

(raze gamma)(raze gamma) MecanismMecanism

– Energia radiantăEnergia radiantă => => nucleoproteine nucleoproteine =>dimeri de timină – =>dimeri de timină – lezare celulară => lezare celulară => moartemoarte

– Penetrare redusă => Penetrare redusă => aplicaţie limitată în aplicaţie limitată în sterilizaresterilizare

EfectulEfectul desicadesicaţţieiiei ((deshidratarea, uscareadeshidratarea, uscarea))

Desicaţia = letală Desicaţia = letală pentru bacteriipentru bacterii

Practic:Practic: conservarea conservarea alimenteloralimentelor

EfectulEfectul desicadesicaţţieiiei ((deshidratarea, uscareadeshidratarea, uscarea))

Revers: persistenta Revers: persistenta microorganismelor in picaturi mici de microorganismelor in picaturi mici de apa (aerosoli) => afectiuni cu poarta apa (aerosoli) => afectiuni cu poarta de intrare respiratorie !de intrare respiratorie !

Efectul unor Efectul unor substansubstanţţe chimicee chimice asupra asupra bacteriilorbacteriilor

Dezinfecţia: efectul substanţelor chimice folosite pe suprafeţe Dezinfecţia: efectul substanţelor chimice folosite pe suprafeţe Antisepsia: efectul sustanţelor chimice folosite pentru Antisepsia: efectul sustanţelor chimice folosite pentru

decontaminarea ţesuturilor.decontaminarea ţesuturilor.

Molecule chimice folosite de bacterii pentru creştere şi dezvoltare: Molecule chimice folosite de bacterii pentru creştere şi dezvoltare: CO2 and O2CO2 and O2

COCO22 - bacterii capneice - bacterii capneice – 5-10% CO2 5-10% CO2 – termostate cu atmosferă de CO2termostate cu atmosferă de CO2

E.g. E.g. Neisseria gonorrheae Neisseria gonorrheae (gonococci)(gonococci)

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul efectul oxigenuluioxigenului asupra lorasupra lor

Obligat aerobeObligat aerobe = strict aerobe = strict aerobe Obligat anaerobeObligat anaerobe = strict = strict

anaerobeanaerobe Aerob facultativ anaerobeAerob facultativ anaerobe MicroaerofileMicroaerofile Anaerob-aerotoleranteAnaerob-aerotolerante

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul efectul oxigenuluioxigenului asupra lorasupra lor

Obligat aerobeObligat aerobe Oxigenul molecur (O2) indispensabil pentru Oxigenul molecur (O2) indispensabil pentru ccreşterereştere Acceptorul final de eAcceptorul final de electronilectroni în lanţul respirator: oxigenul în lanţul respirator: oxigenul Respiraţie => energieRespiraţie => energie

– Ex. Ex. Mycobacterium tuberculosisMycobacterium tuberculosis; ; ggenul enul BacillusBacillus

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul efectul oxigenuluioxigenului asupra lorasupra lor

Obligat anaerobeObligat anaerobe O2 = toxicO2 = toxic fermentaţie fermentaţie => energie=> energie

– Ex. Ex. ClostridiumClostridium spp. spp.

Clasificarea bacteriilor în funcţie de Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul efectul oxigenuluioxigenului asupra lorasupra lor

Aerobe fAerobe facultativ anaerobeacultativ anaerobe CrescCresc în în prezenţa prezenţa SAU SAU absenţa O2absenţa O2 respiratie respiratie (aerobă, anaerobă) (aerobă, anaerobă) sau fermentaţiesau fermentaţie => =>

energieenergie– Ex. EnterobacteriileEx. Enterobacteriile

MicroaerofileMicroaerofile Necesită O2 – conc.< conc. atmosfericăNecesită O2 – conc.< conc. atmosferică O2 în concO2 în concentraţia entraţia atmosferică = toxicatmosferică = toxic Respiraţie Respiraţie => energie=> energie Ex. Ex. NeisseriaNeisseria spp. spp. (gonococci, meningococci)(gonococci, meningococci)

Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenului asupra lor

Anaerob-aerotoleranteAnaerob-aerotolerante ppot creşte în prezenţa Oot creşte în prezenţa O22

DARDAR Fermentaţie Fermentaţie => energie=> energie Ex. Ex. StreptococcusStreptococcus Toate organismele care cresc în prezenţa OToate organismele care cresc în prezenţa O22 au superoxid au superoxid

dismutază.dismutază.

Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenului asupra lor

Obligat anaerobeObligat anaerobe ((ClostridiumClostridium) ) – – NU NU auau– superoxid dismutasuperoxid dismutazăză – catalază şi/sau peroxidază,catalază şi/sau peroxidază, => sunt supuse acţiunii => sunt supuse acţiunii

radicalilor liberi rezultaţi în prezenţa oxigenului, pe care nu au radicalilor liberi rezultaţi în prezenţa oxigenului, pe care nu au cum să îi cum să îi neutralizezeneutralizeze => efect letal => efect letal asupra bacteriilor asupra bacteriilor

Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenului asupra lor

Acţiunea superoxid dismutazei, catalazei şi peroxidazei• neutralizează radicalii de oxigen care sunt generaţi inevitabil în

prezenţa O2 în orice sistem viu.

Nutriţia bacterianăNutriţia bacteriană

SSursa de Cursa de C::Bacterii C autotrofe:Bacterii C autotrofe: CO2CO2 fără importanţă medicală. fără importanţă medicală.

Bacterii Bacterii C heterotrofeC heterotrofe Substanţe chimice Substanţe chimice

organiceorganice Importanţă medicalăImportanţă medicală

SSursa de energieursa de energie bacterii chimioorganotrofebacterii chimioorganotrofe

– substanţe chimice – substanţe chimice organiceorganice

bacteriile fototrofe - bacteriile fototrofe - lumina lumina

bacterii chimiotrofe – bacterii chimiotrofe – reacţii chimice de reacţii chimice de oxidoreducereoxidoreducere

bacterii chimiolitotrofe –bacterii chimiolitotrofe –substanţe chimice substanţe chimice anorganiceanorganice

Substante chimice organice:Substante chimice organice:

Saruri, Saruri, microelementemicroelemente

ApaApa

BacteriiBacterii prototrofe prototrofe: : multiplicare pe un multiplicare pe un mediu sintetic minimal (sălbatice) mediu sintetic minimal (sălbatice)

BacteriiBacterii auxotrofeauxotrofe – selectate în evoluţie selectate în evoluţie – au pierdut 1-2 căi metaboliceau pierdut 1-2 căi metabolice– nu se multiplica pe medii sintetice minimalenu se multiplica pe medii sintetice minimale– necesită necesită factori de creştere ~ vitamine factori de creştere ~ vitamine

bacteriene (Nu pot fi sintetizaţi de bacterii)bacteriene (Nu pot fi sintetizaţi de bacterii) ex. vitamine propriu-zise: K, B (B1, B2, B6, B12))ex. vitamine propriu-zise: K, B (B1, B2, B6, B12)) extract de drojdieextract de drojdie sânge pentru bacterii pretenţioase nutritiv sânge pentru bacterii pretenţioase nutritiv

((sstreptococi, treptococi, ggonococi, onococi, mmeningococi)eningococi) Factor X, V pentru Factor X, V pentru hhemofiliemofili

Bacteriile Bacteriile paratrofeparatrofe – parazitism intracelular: parazitism intracelular: Rickettsia, ChlamydiaRickettsia, Chlamydia..

Nutriţia bacteriană

METABOLISMUL ENERGETIC METABOLISMUL ENERGETIC BACTERIANBACTERIAN

2 modalităţi principale de 2 modalităţi principale de producere a energiei: producere a energiei: – respiraţia respiraţia – fermentaţiafermentaţia

1. 1. RespiraţiaRespiraţia (metabolism (metabolism energetic respirator)energetic respirator)

lanţ transportor de lanţ transportor de electroni; fosforilare electroni; fosforilare oxidativă = oxidativă = aerobăaerobă

lanţ tranlanţ transsportor de portor de electroni, fosforilare electroni, fosforilare anoxibiotică = anoxibiotică = anaerobăanaerobă

2. 2. FermentaţiaFermentaţia (metabolism energetic (metabolism energetic fermentativ)fermentativ)

După natura produşilor rezultaţi => După natura produşilor rezultaţi => diferite tipuri de fermentaţiediferite tipuri de fermentaţie

AlcoolicǎAlcoolicǎ LacticǎLacticǎ acidǎ mixtǎacidǎ mixtǎ AcetoinicǎAcetoinicǎ PropionicǎPropionicǎ ButiricǎButiricǎ

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie FermentaţiaFermentaţia alcoolicǎalcoolicǎ => => alcool etilic; alcool etilic;

– la drojdii, levuri (la drojdii, levuri (Sacharomyces cerrevisiaeSacharomyces cerrevisiae) => fermentaţia ) => fermentaţia vinului, berii.vinului, berii.

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie

FermentaţiaFermentaţia lacticǎ lacticǎ => acid lactic => acid lactic– Ex: Ex: sstreptococi, treptococi, llactobacili actobacili

Normal flora of the vagina = Normal flora of the vagina = lactobacillilactobacilli

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie

FermentaţiaFermentaţia acidǎ mixtǎ acidǎ mixtǎ => acid lactic, => acid lactic, succinic, formic succinic, formic – Enterobacterii Enterobacterii – evidenţiaevidenţiatata prin reacţia roşu metil. prin reacţia roşu metil.

FermentaţiaFermentaţia acetoinicǎ acetoinicǎ: acumulare de acetoină : acumulare de acetoină şi butilen-glicol şi butilen-glicol – KlebsiellaKlebsiella – evidenţiaevidenţiatata prin r prin r.. Voges – Proskauer. Voges – Proskauer.

TTipuri de fermentaţieipuri de fermentaţie

FermentaţiaFermentaţia propionicǎ propionicǎ => acid => acid propionic propionic – CorynebacteriumCorynebacterium, , NeisserriaNeisserria

FermentaţiaFermentaţia butiricǎ butiricǎ => acid => acid butiric, acid caproic, acid amilic. butiric, acid caproic, acid amilic. – ClostridiumClostridium şi alţi anaerobi. şi alţi anaerobi.

Reacţia rReacţia rooşşu metiu metill

Reacţia Voges – Proskauer

Aplicabilitate practică => diagnosticul de laborator (identificarea bacteriilor – reacţii chimice) !

CREŞTEREA ŞI MULTIPLICAREA CREŞTEREA ŞI MULTIPLICAREA BACTERIILORBACTERIILOR

temperatură şi nutriţie temperatură şi nutriţie – – optimeoptime => =>– bacteriile cresc şi se bacteriile cresc şi se

divid. divid. parental parental => => 2 celule 2 celule

fiice fiice identiceidentice – cu parentalul cu parentalul – identice între ele. identice între ele.

Creşterea şi diviziunea Creşterea şi diviziunea unei celule unei celule == ciclul ciclul celularcelular

Creşterea şi Creşterea şi multiplicarea multiplicarea unei unei populaţii bacteriene populaţii bacteriene == curba de creşterecurba de creştere..

Curba de multiplicare (creştere) a Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilorbacteriilor

În mediu de cultură lichid.În mediu de cultură lichid.

PPerioadele (fazele) curbei de erioadele (fazele) curbei de creştere:creştere:

Faza de latenţă - Faza de latenţă - laglag Faza de multiplicare Faza de multiplicare

logaritmică - logaritmică - loglog Faza Faza staţionarăstaţionară Faza de Faza de declindeclin

Faza de latenţă (lag)Faza de latenţă (lag) numărul bacteriilor = nr. Bacteriilor numărul bacteriilor = nr. Bacteriilor

inoculateinoculate NU se dividNU se divid cresc în volumcresc în volum sunt în stare de adaptare sunt în stare de adaptare

metabolicămetabolică sunt induse enzimele necesare sunt induse enzimele necesare

degradării substratuluidegradării substratului

Faza de multiplicare Faza de multiplicare logaritmică (log)logaritmică (log)

nr. bacteriilor creşte în progresie nr. bacteriilor creşte în progresie geometricăgeometrică

sunt tinere, active metabolic sunt tinere, active metabolic sunt sensibile la acţiunea AB, sunt sensibile la acţiunea AB,

factorilor fizici şi chimicifactorilor fizici şi chimici utilizate la prepararea de antigene utilizate la prepararea de antigene

bacteriene, vaccinuribacteriene, vaccinuri..

Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

Faza de încetinire Faza de încetinire a ritmului de a ritmului de multiplicaremultiplicare– sfârşitul perioadei sfârşitul perioadei

logaritmicelogaritmice– consum substanţe consum substanţe

nutritive, O2nutritive, O2– acumulare toxiceacumulare toxice=> => supravieţuiresupravieţuire

Faza staţionarăFaza staţionară NumărNumăr constantconstant reprogramată reprogramată

activitatea activitatea metabolică metabolică

sintetizează sintetizează proteine de proteine de supravieţuire supravieţuire

sporulareasporularea devin mai devin mai

rezistente la AB.rezistente la AB.

Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

Faza de declinFaza de declin Bacteriile mor cu o rată ridicată Bacteriile mor cu o rată ridicată modificate morfologic: bătrâne (perete celular modificate morfologic: bătrâne (perete celular

gros), forme aberante, globuloase gros), forme aberante, globuloase starea fiziologică de rezistenţă la stres starea fiziologică de rezistenţă la stres rezistente la acţiunea factorilor fizici, chimici, la rezistente la acţiunea factorilor fizici, chimici, la

antibiotice.antibiotice.

Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

Importanţa cunoaşterii metabolismului Importanţa cunoaşterii metabolismului bacterianbacterian

Clasificarea Clasificarea Identificarea bacteriilorIdentificarea bacteriilor

Utilizarea bacteriilor: Utilizarea bacteriilor: – preparare vaccinuri, preparare vaccinuri, – obţinerea de antigene bacteriene, obţinerea de antigene bacteriene, – în industria alimentară (lactate, pâine, alcool), în industria alimentară (lactate, pâine, alcool), – în cercetarea fundamentalăîn cercetarea fundamentală– mediu.mediu.

Multiplicarea bacteriilor pe mediul Multiplicarea bacteriilor pe mediul solidsolid => o => o coloniecolonie..

ColonieColonie = populaţie = populaţie bacteriană pură din bacteriană pură din punct de vedere punct de vedere genetic deoarece genetic deoarece provine de la un provine de la un singur parental.singur parental.