microbiologi1 curs

MICROBIOLOGIECurs 1/12.03.2012

SCURT ISTORIC AL MICROBIOLOGIEI

Microbiologia este ştiinţa care se ocupă cu studiul organismelor de dimensiuni reduse care nu pot fi vizibile cu ochiul liber. Acestea sunt reprezentate de alge, fungi, virusuri, viroizi, bacterii, prioni.

Etapele dezvoltării microbiologiei ca ştiinţă

1. Etapa intuitivă (din antichitate până în prima jumătate a sec. al XVII-lea) În această perioadă se admite intuitiv existenţa microorganismelor. Se elaborează

teoria contagiunii care susţine că bolile sunt provocate de particule numite “seminaria” – organisme vii capabile de multiplicare.

2. Etapa descoperirii bacteriilor şi studierii acestora (a doua jumătate a sec. al XVIII-lea – prima jumătate a sec. al XIX-lea)

Se fac primele studii privind morfologia bacteriană şi se încearcă clasificarea bacteriilor. Se descoperă microscopul, iar Ferdinand Cohn introduce termenul de bacterie şi scoate bacteriile din regnul animal şi le introduce în regnul vegetal datorită existenţei peretelui celular. Se inhibă teoria generaţiei spontanee care susţinea că procesele microbiologice se datorează forţelor divine.

3. Etapa dezvoltării microbiologiei ca ştiinţăAceastă etapă este marcată de apariţia lui Louis Pasteur şi Robert Koch. L.Pasteur –

chimist la bază, este considerat părintele microbiologiei. Contribuţii importante:- A demonstrat natura microbiană a fermentaţiilor.- A studiat fermentaţia vinului şi a berii.- A analizat fermentaţia lactică, butirică si a descoperit bacteriile anaerobe.- A demonstrat că vinul încălzit la 600C îşi prelungeşte perioada de conservabilitate,

procedeu cunoscut azi sub denumirea de pasteurizare, cu aplicaţii largi în industria alimentară.

- A demonstrat natura microbiană a infecţiilor. Bolile sunt produse de microorganisme capabile de multiplicare. Bolile se transmit de la un organism la altul pe diferite căi. A demonstrat că în cazul oilor moarte de antrax prezenţa bacteriilor nu reprezinta o consecinţă a bolii, ci acestea reprezintă chiar cauza acesteia.

- A pus bazele metodelor de sterilizare. Chirurgul englez Joseph Lister a introdus în medicină principiile asepsiei elaborate de Pasteur.

- A demonstrat că apariţia microorganismelor nu este una spontană. Dezvoltarea acestora pe un anumit substrat nutritiv se datorează contaminării cu microorganisme existente în apă, sol, aer, diverse suprafeţe.

- A descoperit vaccinul împotriva antraxului şi vaccinul antirabic. Se studiază şi se descoperă toxinele bacteriene. Charles Eduard Chamberland a descoperit filtrele bacteriene şi a inventat autoclavul.

Robert Koch este considerat al doilea întemeietor al microbiologiei, dar fără a avea geniul lui Pasteur. Contribuţii importante:

1

- A elaborat principiile pe baza cărora un microorganism este considerat agentul etiologic al unei boli. De aici rezultă postulatele lui Koch care se refera la:

- indivizii bolnavi sau morţi trebuie să prezinte aceleaşi simptome clinice, iar microorganismele în cauză trebuie să se regasească în cazul ambelor categorii;

- microorganismele să se poata izola în culturi pure;- prin inoculare la animale sensibile să producă o infecţie identică sau

asemanatoare cu infecţia naturală.- A reuşit izolarea microorganismelor în culturi pure. O cultură pură se obţine atunci

când pe un substrat nutritiv se devoltă o singură specie microbiană. Exemplu: în cazul pacienţilor cu salmoneloză, în fecalele acestora, salmonela coexista cu mai multe specii microbiene. Pentru a stabili agentul etiologic al bolii este necesară izolarea în culturi pure. Acest lucru a fost posibil odata cu introducerea mediilor solide pe suprafaţa cărora se dezvoltă coloniile bacteriene.

- Studiul reacţiei alergice şi a tuberculinei, substanăa revelatoare folosită pentru stabilirea diagnosticului de tuberculoză la om.

- A elaborat numeroase vaccinuri şi a studiat agentii etiologici ai diferitelor boli.

4. Etapa contemporană a dezvoltarii microbiologieiS-au adus contribuţii importante privind studiul microorganismelor si proceselor

fiziologice ale acestora.S-au descoperit noi grupe de microorganisme şi s-a facut încadrarea taxonomică a

acestora.S-a introdus în practica medicală utilizarea unor grupe noi de antibiotice si

chimioterapice.S-au înregistrat progrese privind genetica bacteriană.In paralel cu dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă s-a dezvoltat şi imunologia.I. Mecinikov este considerat părintele imunologiei. A descoperit fenomenul de

fagocitoză prin studierea digestiei la echinoderme. A subliniat faptul că la nivelul tubului digestiv există celule care au capacitatea de a îngloba particule străine, nedigerabile sau microorganisme. Aceste celule au fost denumite fagocite.

S-a dezvoltat şi virusologia în paralel cu microbiologia şi imunologia. Dimitri Ivanovski este cel care a studiat microorganismele din sol şi a demonstrat rolul acestora în fertititate. Este cel care a descoperit virusurile filtrabile.

In ţara noastră se remarcă contribuţia lui Victor Babeş – considerat întemeietorul şcolii de microbiologie româneşti. A colaborat cu Mecinikov şi a elaborat primul tratat de bacteriologie din lume. A adus contribuţii importante în dezvoltarea seroterapiei. A descoperit corpusculii Babes-Ernst. A elaborat numeroase vaccinuri ăi a studiat agenţii etiologici ai unor boli.

Cantacuzino a înfintat institutul care-i poartă numele, a elaborat numeroase vaccinuri şi a adus contribuţii importante în domneniile microbiologiei, imunologiei şi virusologiei.

2


Morfologia ş i biologia celulei bacteriene

Lumea vie a fost împărţită în regnul animal şi regnul vegetal, iar unitatea funcţională a lumii vii este celula.

In cadrul microorganismelor exista 4 diviziuni:1. Protozoarele – organisme care aparţin regnului animal unicelular, cu organizare de

tip eucariot;2. Fungii/miceti – organisme care aparţin regnului vegetal, unicelulare, cu organizare

de tip eucariot;3. Bacterii – prezintă o structură rudimentar fiind mult mai simple decât cele doua

menţionate anterior; prezintă un tip de organizare procariot. Peretele celular prezinta o structură chimică specială şi sunt încadrate în regnul procaryota;

4. Virusuri – organisme submicroscopice cu structura rudimentară. Prezintă un material genetic format din ARN sau ADN. Nu prezintă echipament enzimatic, motiv pentru care parazitează obligatoriu celule vegetale/animale. Sunt încadrate în cel de-al patrulea regn – VIRA. Pe lângă această categorie se pot adăuga viroizii şi prionii care reprezintă agenţii infecţioşi ai plantelor şi animalelor, despre care nu se cunosc multe.

Termenul de bacterie a fost introdus în 1872 de către Ferdinand Cohn, moment în care s-a încercat şi o prima clasificare a acestora.

In natură bacteriile există sub două forme:- celula vegetativă – este identică cu bacteria, prezentând toate caracteristicile

speciei;- sporul bacterian care reprezintă o formî de rezistenţă a bacteriei la condiţiile de

mediu nefavorabile şi pentru care funcţiile vitale se găsesc în stare dormantă.Bacteriile nu au reticul endoplasmatic, mitocondrii şi aparat Golgi, structuri care se

întâlnesc la tipul de organizare eucariot.Materialul genetic e format dintr-un singur cromozom alcătuit dintr-o molecula mare

de ADN şi fragmente extracromozomale numite plasmide, aceastea reprezentând 1% din materialul genetic.

Bacteriile nu prezintă structuri interne delimitate de membrane. Unele specii prezintă la suprafaţă cili sau fimbrii.

Bacteriile prezintă echipament enzimatic propriu, hrănirea se realizează prin absorbţia substanţelor nutritive şi poate fi de tip chimiotrof sau fototrof.

In cazul bacteriilor implicate în patologia animală şi umană hrănirea e de tip chimiotrof, iar ăn cazul celor implicate ăn patologia vegetală – hranirea e de tip fototrof.

Inmulţirea se realizează de regulă prin diviziune simplă, mai rar prin înmugurire sau pe cale sexuată.

Structuri caracteristice tuturor celulelor bacteriene: membrana, citoplasma, nucleu.Acestea formează protoplastul; învelişul bacterian este prezent la majoritatea speciilor

de bacterii.Structura caracteristică anumitor specii bacteriene : capsula, cilii sau flagelii, pilii sau

fimbriile.

3

Formele de existenţă ale bacteriilor:

1. Coc sferic sau oval

2. Bacil sub formă de bastonaş

3. Vibrioni sub formă de bastonaş curbat

4. Spirochet

Formele intermediare : -forma cocoidă : doi coci legaţi

-cocobacil: un coc şi un bacil legat

4


Formele asismetrice:-forma bombată la una sau la ambele extremităţi: -formă de măciucă

-formă de haltera-forma lanceolată-forma reniferă.

Gruparea bactreriilor reprezintă un criteriu important pentru dentificare şi rezultă în urma nedezlipirii celulelor sau neseparării lor în urma diviziunii directe.

1. Gruparea diplo: - diplococi

- diplobacili

In cazul diplobacililor aceştia sunt aşezaţi unul după altul sau se pot grupa în unghiuri asemanatoare litere “V” (bacilul rujetului).

2. Gruparea strepto: - streptococi

- streptobacili Au asezare în lanţ.

3. Gruparea tetrada – apare în cazul cocilor (cate 4 coci):

4. Gruparea sarcina – doua tetrade suprapuse:

5. Gruparea în litere chinezeşti este caracteristică bacililor:

6. Gruparea palisadă (grilaj) este caracteristică bacililor. Aceştia sunt aşezaţi în paralel asemenea dinţilor unui pieptene:

7. Gruparea stafilo este caracteristică cocilor, aceştia fiind aşezaţi sub forma de

ciorchine de strugure (stafilococus aureus):

8. Gruparea sub formă de filament:

9. Gruparea ramificată:

Dimensiunea bacteriilor

5

Bacteriile prezintă o lungime medie de 1 – 8 μm. Există şi bacterii cu lungimea de 15 μm şi grosime de 0.1 - 0.2 nm. Există o corelaţie strânsă între lungime şi grosime – genurile Clostridium şi Bacillus (cereus, subtilis).

Constantele fizice ale bacteriilorAcestea se referă la suprafaţă, greutate şi volum. Aceste valori variază de la o specie la

alta, iar în cadrul aceleiaşi specii prezintă valori constante, de regula, raportul suprafaţă/greutate şi suprafaţă/volum este mult mai mare în cazul bacteriilor comparativ cu celulele animale superioare.

Structura celulei bacterieneCelula bacteriană este formată din: - înveliş sau perete celular

- continut - organite (numai la anumite specii)

Invelişul. Scheletul biochimic este format dintr-un strat dublu de fosfolipide. Prezintă o structură elastică, nu are rezistenţă mecanică, iar din punct de vedere biochimic intervine în reglarea presiunii osmotice şi reprezintă sediul proteinelor enzimatice care pot migra către interiorul sau exteriorul celulei.

Rolurile peretelui celular:-reprezintă un filtru care permite pătrunderea selectivă a substantelor nutritive,

facilitând şi eliminarea metaboliţilor;-separă celula de mediul în care se găseşte;-joacă rol de barieră osmotică;-intervine în diviziune şi sporogeneză.Mezozomii reprezintă invaginări sau plieri ale peretelui celular către interiorul celulei.

O celulă bacteriană poate avea 1 sau 2 mezozomi. Are formă tubulară sau veziculară.Din punct de vedere funcţional au rol asemănător mitocondriilor de unde şi denumirea

de condrioizi.

MICROBIOLOGIE

6

Curs 4/07.05.2012

Conţinutul celulei bacteriene

Este reprezentat de citoplasmă, în care, pe lângă alte structuri există şi material genetic.

Materialul genetic sau materialul nuclear este alcătuit dintr-o molecula dublu catenară de AND cu o lungime cuprinsă între 1000-1400 nm şi o grosime de 2 nm. Prezintă aprox. aceeaşi formă cu celula bacteriană şi reprezintă 5 – 16% din volumul acesteia. Se leagă de membrana citoplasmatică şi se colorează prin metode speciale. Materialul genetic contine şi molecule mici de AND bicatenar numite plasmide. Totalitatea plasmidelor formează plasmonul. Plasmidele mai sunt cunoscute sub denumirea de AND extracromozomal.

Materialul genetic are rol în autoreplicare, heteroreplicare, determinarea caracterelor genetice ale celulei bacteriene şi transmiterea lor ereditara.

Autoreplicarea - molecula de AND dublu catenară se desface, iar clivajul este urmat de alipirea imediata a catenelor complementare.

Heteroreplicarea intervine în sinteza unor proteine funcţionale numite enzime.Citoplasma – reprezintă un sistem coloidal, complex, fin granular, format din

substanţe nutritive, glucide, lipide, proteine, săruri minerale şi apă. Are consistenţa unui gel. Nu prezintă o organizare bine definită ca cea a celulei eucariote, nu are reticul endoplasmatic (RE). Este alcatuită din material genetic şi structuri granulare, incluziile, vacuolele. La celulele îmbătrânite citoplasma se retractă, iar cantitatea de AND se reduce, cu formare de structuri granulare cu vacuole.

Structura fin granulară se datorează prezenţei unui număr foarte mare de molecule de ARN ribozomal cunoscute sub denumirea de ribozomi sau granulele lui Palade. Reprezintă 80-90% din total ARN citoplasmatic şi reprezintă sediul sintezei proteinelor. In citoplasmă există şi ARN de transfer care reprezintă 10-20% din total ARN.

Incluziile sunt formaţiuni cu caracter inert alcătuite din polimeri organici sau anorganici şi reprezintă probabil rezerve de substanţe nutritive.

Magnetozomii sunt incluzii care conţin Fe şi se întâlnesc la bacteriile acvatice.Cromatoforii reprezintă aparatul fotosintetic întalnit la bacteriile fotosintetizante.Vacuolele conţin lichid sau gaz, în special N (azot) şi intervin în reglarea presiunii

osmotice faţă de mediul extern.Pigmenţii reprezintă criterii de identificare a speciilor, iar semnificaţia lor biologica nu

este pe deplin cunoscută.Citoplasma este sediul metabolismului celular. La acest nivel au loc acumulările de

substanţe nutritive din mediile de creştere, sintezele celulare, procesele de dezasimilaţie şi transformare calitatitivă care condiţionează alte fenomene cum ar fi creşterea şi multiplicarea.

Organitele celulare La anumite specii bacteriene, pe suprafaţa celulelor există organite celulare. Acestea sunt reprezentate de cili sau pili. Cilii sau flagelii sunt filamente cilindrice, flexibile cu o lungime de câteva ori mai mare decat cea a celulei bacteriene, o grosime cuprinsă între 0,01 – 0,02 μm. Sunt vizibili numai la microscopul electronic. Toate bacteriile care prezintă cili sunt mobile. In practică se pun în evidenţă prin preparate proaspete (examinare între lamă şi lamelă) – se pune o picatură de lichid între lamă şi lamelă sau examinare pe medii semisolide proaspete, în cazul în care se formează colonii difuzibile care se dezvoltă în film continuu (fenomen de roire).

7

In funcţie de prezenţa şi numărul cililor, bacteriile se împart în:- atricha = fără cili;- monotricha = un singur cil la una din extremităţi (pseudomonas aeruginosa);- amfitricha = 2 cili situaţi câte unul la o extremitate a bacteriei;- lafotricha = mai mulţi cili situaţi la o extremitate a celulei bacteriene;- peritricha = mai mulţi cili situaţi pe toată suprafaţa celulei bacteriene (E.Colli,

Proteus mirabilis şi unele specii ale genului Clostridium).La bacteriile gram pozitive – gram (+), coloraţie albastru-violet – cilii sunt alcătuiţi din

2 discuri, iar la bacteriile gram negative – gram (-), coloraţie roşie - din 4 discuri.Discurile prezintă următoarea terminologie:- discul M = disc de membrana sau disc rotor;- discul S = disc submembranar sau disc stator;- discul P = disc din stratul peptidoglicanic;- discul L = disc din membrana externă.

Cele 4 discuri sunt unite printr-un ax transversal. Intre ax şi filament există carligul sau articulaţia flexibilă.

Din punct de vedere chimic, cilii sunt alcătuiţi dintr-o proteina cunoscută sub denumirea de flagelină, cu o structura asemănătoare miozinei.

Rol: intervin în locomoţie, cu ajutorul cililor bacteriile invadează ţesuturile şi sunt dirijate către substanţele nutritive (fenomen cunoscut sub denumirea de chimiotactism pozitiv) şi îndepartate de substanţele nocive (chimiotactism negativ).

Prezenţa cililor este determinată genetic, dar anumiţi factori de mediu induc variaţii fenotipice (Listeria monocytogenes şi Yersinia enterocolitica sunt mobile la temperatura de 20 – 250C şi imobile la 370C.

Pilii sau fimbriile sunt apendici filamentoşi mai scurţi decât cilii. Există mai multe categorii de pili: I, II, III, IV, V si F. In ultimul timp s-a sugerat că categoriile de la I la V să fie denumite fimbrii, iar tipul F să fie denumit pil (pil propriu-zis, pil sexual sau pil donor).

Fimbriile şi pili sunt diferiti din punct de vedere chimic; fimbriile sunt alcătuite din subunităţi proteice, iar tipul F este alcătuit dintr-o fosfoglicoproteină – pilina.

Pilii sunt aşezati pe toată suprafaţa celulei bacteriene, apar mai rar la bacteriile gram (+) şi mai des la cele gram (-).

Au funcţii diferite: categoriile I → V îndeplinesc următoarele roluri:

- măresc gradul de vitalitate al bacteriilor şi determină o rezistenţă mai mare la fagocitoză;

- măresc aderenţa celulelor bacteriene la epitelii;- au rol în procesul de hemaglutinare;- formează membrane la suprafaţa mediilor lichide.

tipul F – intervine în fenomenul de conjugare al bacteriilor.

Morfologia şi biologia sporului bacterianForma de spor se întâlneşte la anumite specii bacteriene (gen Bacillus, Clostridium,

specia de coc Sporosarcina ureae). Sub această formă bacteriile pot rezista perioade lungi (zeci de ani) în condiţii nefavorabile.

Dintr-o singură celula vegetativă se formează un singur spor. Mai rar 2 spori (bacterii bisporulate).

Etapele sporogenezei (reprezintă procesul de transformare a celulei vegetative în spor):

8

- etapa I – pregatirea celulei pentru sporogeneză (contopirea materialului genetic, segmentarea acestuia şi reorganizarea celor 2 cromozomi);.

- etapa II – formarea presporului;- etapa III – evoluţia separata a celor 2 segmente;- etapa IV – maturarea sporului.


9

Maturarea sprorului reprezintă un proces prin care acesta capată proprietăţi caracteristice:

-formarea învelişurilor sporale;-formarea unor compuşi chimici caracteristici sporului;-sporul capată o rezistenţă mai mare la acţiunea factorilor de mediu comparativ cu

celula vegetativă;-intensitatea proceselor metabolice scade foarte mult.Comparativ cu celula vegetativă, sporul prezintă dimensiuni mai mici: L = 1,5 – 2 μ;

transversal 1,2 μ.

Structura sporului bacterian (de la interior spre exterior)Inima sporului – formată din sporoplasmă (corespunzătoare citoplasmei celulei

vegetative) şi nucleoplasmă sau material nuclear format din AND.Membrana internă – delimitează sporoplasma şi formează uneori mezozomi. Este

cunoscută şi sub denumirea de intină.Cortexul – înveliş gros format din peptidoglicani cu capacitate electro-optica redusă.Invelişurile sporale sau exina sau tunicile sporale – au structură plurilamelară.Exosporium – este prezentă numai la anumite celule bacteriene.Apendicii sporali – au formă de tuburi turtite, situaţi la una din extremităţile sporului

bacterian, cu funcţie biologică incomplet cunoscută.Corpii parasporali se întâlnesc numai la anumite celule bacteriene şi prezintă caractere

de patogenitate pentru insecte la anumite specii cum ar fi Bacillus subtilis, Bacillus megatherium.

Caracteristicile biologice şi fizico-chimice ale sporuluiSporul reprezintă o formă dormantă a bacteriei la nivelul căruia nu au loc schimburi de

substanţe nutritive cu mediul extern, motiv pentru care nu creşte şi nu se multiplică. Activitatea metabolică la nivelul sporului este redusă.

Prezintă o rezistenţă mai mare la acţiunea factorilor externi datorită conţinutului mai mic în apă (40-50%) comparativ cu celula vegetativă (80-90%).

Sporul conţine o cantitate mai mică de apă liberă, ioni de P şi K. De asemenea, prezintă concentraţii ridicate de ioni de Ca, Mg, Mn, cisteină, proteine structurale şi enzime litice (glucozodehidrogenaza). Enzimele sporale au greutate moleculară mai mică şi sunt termorezistente.

Impermeabilitatea faţă de coloranţi – motiv pentru care se colorează numai prin metode speciale.

Termorezistenţa: rezistă câteva zeci de minute sau chiar ore la 1200C căldură umedă şi 1800C caldură uscată. Termorezistenţa variază în funcţie de specia bacteriană precum şi de condiţiile de mediu în care a avut loc sporogeneza. Astfel, bacteriile care sporulează pe medii cu un conţinut bogat în ioni de Ca sunt mai rezistente la temperatură decât cele care sporulează pe medii nutritive sărace în ioni de Ca.

Rezistenţa la uscăciune.Rezistenţa la anumiţi agenti chimici: alcool, cloroform, glicerină (glicerina favorizează

dezvoltarea microbiană).GerminareaReprezintă procesul prin care sporul bacterian se transformă în celulă vegetativă. Are

loc în 2 faze:

10

1. iniţierea geminării – sporul îşi măreşte volumul ca urmare a absorbţiei unei cantităţi mari de apă. Invelişurile sporale, la unele specii, se lizează, iar la altele se dezintegrează.

2. dezvoltarea post germinativă – celula vegetativă capătă proprietăţi caracteristice.Germinarea şi sporogeneza sunt determinate genetic, ele găsindu-se sub controlul a 50

de gene. Cele 2 procese sunt influenţate de factorii de mediu astfel: -sporogeneza este influenţată de temperatură, uscăciune, absenţa substanţelor nutritive,

creşterea densităţii pe unitatea de volum sau pe suprafaţa de mediu nutritiv, prezenţa oxigenului în cazul bacteriilor anaerobe;

-germinarea este influenţată de anumiţi factori: şocul termic, pH-ul cuprins între 6 şi 8; prezenţa substanţelor nutritive – ioni de Ca, Na, K, α-alanina, etc.

Infecţiile provocate de bacteriile care sporulează sunt considerate, în general, neeradicabile, iar în industria alimentară aceste specii ridică probleme privind maturarea şi conservarea produselor.

11

microbiologi1 curs

Documents