microbiologie 2011

of 203 /203
Prof.dr. Eugen ULEA Asist.dr. Florin Daniel LIPŞA Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară “Ion Ionescu de la Brad” Iaşi MICROBIOLOGIE Editura "Ion Ionescu de la Brad" IAŞI - 2011

Author: alexpopa8890201678

Post on 19-Jan-2016

128 views

Category:

Documents


10 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Prof.dr. Eugen ULEA Asist.dr. Florin Daniel LIPA

    Universitatea de tiine Agricole i Medicin Veterinar Ion Ionescu de la Brad Iai

    MICROBIOLOGIE

    Editura "Ion Ionescu de la Brad"

    IAI - 2011

  • Refereni tiinifici:

    Prof.univ.dr. Mihai CARP-CRARE Universitatea de tiine Agricloe i Medicin Veterinar Ion Ionescu de la Brad Iai Facultatea de Medicin Veterinar

    Prof.univ.dr. Ctlin TNASE Universitatea Al.I.Cuza Iai Facultatea de Biologie

    ISBN 978-973-147-091-7

    Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei ULEA, EUGEN

    Microbiologie / Eugen Ulea, Florin Daniel Lipa. Iai : Editura Ion Ionescu de la Brad, 2011 203 pg., 84 il., Bibliogr. ISBN 978-973-147-091-7

    I. Lipa, Florin Daniel 579

  • n memoria mentorului nostru, Prof.dr.doc. Mircea HATMAN

  • CUPRINS

    CAPITOLUL 1 - OBIECTUL DE STUDIU AL MICROBIOLOGIEI......... 9 1.1. Date selective privind istoricul Microbiologiei ........................... 11 1.2. coala romneasc de Microbiologie .......................................... 19

    CAPITOLUL 2 - CARACTERELE GENERALE I POZIIA MICROORGANISMELOR N LUMEA VIE............................................. 21

    2.1. Poziia microorganismelor n lumea vie...................................... 23 2.2. Prionii .......................................................................................... 25 2.3. Virusurile ..................................................................................... 27

    2.3.1. Morfologia virusurilor ......................................................... 27 2.3.2. Structura virusurilor............................................................. 28 2.3.3. Virusurile plantelor .............................................................. 29 2.3.4. Bacteriofagii......................................................................... 31 2.3.5. Fagii filamentoi .................................................................. 37 2.3.6. Cianofagii............................................................................. 38 2.3.7. Micovirusurile...................................................................... 38 2.3.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea virusurilor......... 38

    2.4. Bacteriile...................................................................................... 40 2.4.1. Morfologia bacteriilor.......................................................... 41 2.4.2. Structura celulei bacteriene.................................................. 47 2.4.3. Compoziia chimic a bacteriilor ......................................... 57 2.4.4. Creterea i multiplicarea bacteriilor ................................... 59 2.4.5. Nutriia bacteriilor................................................................ 62 2.4.6. Respiraia microorganismelor.............................................. 62 2.4.7. Grupe particulare de bacterii................................................ 63 2.4.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea bacteriilor ......... 67 2.4.9. Rolul bacteriilor n natur .................................................... 69

    2.5. Cyanobacteriile (algele albastre-verzi)........................................ 69 2.5.1. Morfologia cyanobacteriilor ................................................ 70 2.5.2. Structura cyanobacteriilor.................................................... 70 2.5.3. Sistematica cyanobacteriilor ................................................ 71 2.5.4. Rolul cyanobacteriilor n natur .......................................... 72

    2.6. Protozoarele ................................................................................. 72 2.6.1. Morfologia i fiziologia protozoarelor................................. 72

  • 2.6.2. Structura protozoarelor ........................................................ 73 2.6.3. Reproducerea protozoarelor................................................. 74 2.6.4. Nutriia protozoarelor .......................................................... 74 2.6.5. Sistematica protozoarelor .................................................... 75 2.6.6. Rolul protozoarelor n natur ............................................... 76

    2.7. Diatomeele................................................................................... 76 2.7.1. Morfologia diatomeelor ....................................................... 76 2.7.2. Structura diatomeelor........................................................... 77 2.7.3. Reproducerea diatomeelor ................................................... 78 2.7.4. Sistematica diatomeelor ....................................................... 81 2.7.5. Rolul diatomeelor n natur ................................................. 83

    2.8. Ciupercile .................................................................................... 83 2.8.1. Morfologia ciupercilor......................................................... 83 2.8.2. Structura celular a ciupercilor ............................................ 85 2.8.3. Organele de fixare i de absorbie ale ciupercilor................ 87 2.8.4. Formele de rezisten ale ciupercilor ................................... 91 2.8.5. nmulirea ciupercilor .......................................................... 92 2.8.6. Alternana de faze la ciuperci .............................................. 99 2.8.7. Nutriia ciupercilor............................................................. 100 2.8.8. Originea i evoluia parazitismului la ciuperci .................. 102 2.8.9. Cerine fa de mediu......................................................... 103 2.8.10. Sistematica ciupercilor..................................................... 103

    CAPITOLUL 3 - INFLUENA FACTORILOR ECOLOGICI ASUPRA MICROORGANISMELOR....................................................................... 104

    3.1. Influena pH-ului ....................................................................... 104 3.2. Influena temperaturii ................................................................ 105 3.3. Influena apei ............................................................................. 106 3.4. Influena energiei radiante ......................................................... 108 3.5. Activitatea microbian a diferitelor soluri................................. 109 3.6. Profilul microbian al solului ...................................................... 110

    CAPITOLUL 4 - INTERRELAIILE ECOLOGICE NTRE ORGANISME ............................................................................................................... 111

    4.1. Interrelaiile dintre populaiile de microorganisme ................... 111 4.2. Interrelaiile dintre plantele superioare i microorganismele

  • din sol ........................................................................................ 115 4.2.1. Influena sistemului radicular al plantelor asupra

    microflorei solului .............................................................. 115 4.2.2. Natura secreiilor radicelare i influena lor

    asupra structuriilor taxonomice a microflorei solului ........ 117 4.2.3. Vrsta plantelor i efectul de rizosfer .............................. 118 4.2.4. Micorizele .......................................................................... 118 4.2.5. Interrelaiile ntre ciuperci i plante n cazul micorizelor .. 120

    CAPITOLUL 5 - SOLUL CA MEDIU DE EXISTEN PENTRU MICROORGANISME............................................................................... 122

    5.1. Alctuirea general a solului ..................................................... 122 5.2. Reacia solului ........................................................................... 125 5.3. Formarea solului ........................................................................ 125

    5.3.1. Compoziia chimic a solului ............................................ 126 5.3.2. Rolul microorganismelor n formarea i evoluia

    materiei organice ................................................................ 127 5.3.3. Teoria microbiologic a formrii humusului ..................... 128

    5.4. Populaia solului ........................................................................ 130 CAPITOLUL 6 - ROLUL MICROORGANISMELOR N CIRCUITUL MATERIEI N NATUR.......................................................................... 132

    6.1. Circuitul azotului ....................................................................... 132 6.1.1. Fixarea azotului molecular................................................. 135 6.1.2. Amonificarea ..................................................................... 145 6.1.3. Nitrificarea ......................................................................... 147 6.1.4. Denitrificarea ..................................................................... 149

    6.2. Circuitul carbonului................................................................... 150 6.2.1. Metabolismul carbonului mineral ...................................... 152 6.2.2. Metabolismul carbonului organic ...................................... 152

    6.3. Circuitul sulfului........................................................................ 162 6.4. Circuitul fierului ........................................................................ 165 6.5. Circuitul fosforului .................................................................... 167 6.6. Circuitul potasiului .................................................................... 169 6.7. Transformrile microbiene ale calciului.................................... 169 6.8. Transformrile microbiene ale magneziului.............................. 169

  • 6.9. Transformrile microbiene ale microelementelor ..................... 170 6.9.1. Manganul ........................................................................... 170 6.9.2. Seleniul .............................................................................. 170 6.9.3. Zincul ................................................................................. 171 6.9.4. Cuprul ................................................................................ 171

    CAPITOLUL 7 - MICROBIOLOGIA FERMENTAIILOR................... 172 7.1. Fermentaia alcoolic................................................................. 173

    7.1.1. Utilizarea microorganismelor n vinificaie ....................... 175 7.1.2. Utilizarea microorganismelor n industria berii................. 190

    7.2. Fermentaia lactic..................................................................... 190 7.2.1. Rolul microrganismelor n obinerea produselor

    lactate.................................................................................. 192 7.2.2. Rolul microorganismelor lactice n conservarea

    alimentelor murate............................................................. 193 7.2.3. Rolul microorganismelor n producerea furajelor

    nsilozate............................................................................. 194 7.3. Fermentaia acetic .................................................................... 195

    BIBLIOGRAFIE........................................................................................ 199

  • 9

    Capitolul 1

    OBIECTUL DE STUDIU AL MICROBIOLOGIEI

    Microbiologia este tiina care se ocup cu studiul microorganismelor.

    Microorganismele constituie un grup foarte mare de organisme, diferite ca natur, form i activitate biologic, cu o organizare unicelular i o structur intern relativ simpl, avnd ns caractere comune dimensiunile microscopice, care le fac invizibile cu ochiul liber.

    Din grupul microorganismelor fac parte bacteriile, ciupercile microscopice (mucegaiurile i levurile), algele unicelulare i protozoarele. Lumii microorganismelor i-au fost alturate i virusurile, care sunt entiti infecioase, alctuite din componentele chimice eseniale ale organismelor vii, proteine i acizi nucleici cu o organizare acelular, care le fac inapte de a se multiplica n afara unei celule vii, fapt ce le oblig la un parazitism intracelular absolut.

    Dei Microbiologia este o tiin relativ tnr, datorit domeniului de studiu foarte vast, n cadrul ei s-au difereniat o serie de discipline microbiologice independente. Acestea pot fi grupate dup mai multe criterii:

    A. Dup grupul taxonomic studiat:

    Virologia (virusologia) este tiina ce se ocup cu studiul virusurilor i aciunea lor asupra organismelor vii.

    Bacteriologia se ocup cu studierea, identificarea i cultivarea bacteriilor, precum i cu aplicaiile lor n medicin, agricultur, industrie i biotehnologie. Micologia (gr. mykes - ciuperc) studiaz morfologia, genetica, taxonomia, proprietile biochimice i ecologia ciupercilor.

    Algologia (ficologia) este tiina ce se ocup cu studiul algelor. Protozoologia este ramura microbiologiei care studiaz morfologia,

    genetica i taxonomia protozoarelor.

  • 10

    B. Dup activitatea microorganismelor n raport cu mediul n care triesc:

    Microbiologia acvatic se ocup cu studiul microorganismelor care triesc n mediu acvatic i care particip la transformarea substanelor organice i anorganice din mri i oceane.

    Microbiologia solului studiaz activitatea microbiotei solului i rolul ei n nutriia mineral a plantelor, fertilitatea solului, geneza i formarea structurii solului.

    C. Dup natura problemelor studiate: Fiziologia microorganismelor studiaz procesele vitale ale

    microorganismelor (respiraie, nutriie etc). Ecologia microorganismelor studiaz legitile generale de evoluie

    i interaciunea microorganismelor n natur, interaciunile i interrelaiile dintre micro i macroorganisme.

    Genetica microorganismelor se ocup cu studiul ereditii i variabilitii microorganismelor precum i cu mecanismele de transfer al materialului genetic.

    D. Dup aplicaiile practice: Microbiologia medical uman i veterinar studiaz

    microorganismele patogene i relaiile ecologice care se stabilesc cu organismele infectate.

    Imunologia studiaz starea de rezisten sau de imunitate fa de agenii infecioi precum i diferite funcii i proprieti ale celulelor i esuturilor organismelor animale i vegetale care determin prezena i apariia sau modificarea acestei stri.

    Microbiologia industrial (microbiologia tehnic sau a fermentaiilor) studiaz rolul microorganismelor n obinerea pe cale fermentativ a unor substane chimice utile ca: alcoolul etilic, alcoolul butiric, acetona, acidul acetic, glicerina, antibioticele. n industria alimentar, microorganismele au rol n panificaie, la conservarea alimentelor i furajelor, precum i n procese industriale ca topitul inului i cnepei pe cale biologic, tbcirea pieilor etc.

  • 11

    Microbiologia solului (agricol) se ocup de microflora natural din sol i de rolul acesteia n circuitul elementelor n natur, n asigurarea fertilitii solului, n geneza i formarea structurii solului, precum i de relaiile microorganismelor cu plantele. Cunoaterea microflorei solului i a activitii ei biologice permite dirijarea unor procese naturale din sol i folosirea lor n scopul sporirii produciei agricole.

    Microbiologia insectelor studiaz microflora normal a insectelor i, n general, a artropodelor, relaiile sale cu organismele gazd, mecanismele de transmitere a unor ageni patogeni la om, animale i plante, precum i microorganismele ce sunt patogene insectelor duntoare agriculturii i omului.

    Microbiologia geologic se ocup cu studiul rolului unor organisme n formarea unor depozite geologice (fier, mangan, sulf) n geneza rocilor calcaroase, a hidrocarburilor, a zcmintelor de petrol, crbuni, gaze naturale i coroziunea rocilor; ea studiaz, de asemenea, folosirea bacteriilor n detectarea depozitelor de petrol etc.

    Microbiologia marin (pelagic) studiaz rolul microorganismelor n transformarea substanelor organice i anorganice din mri, influena lor asupra productivitii biologice a mrilor i n formarea diferitelor roci biogene i a minereurilor organogene n mri.

    Microbiologia cosmic este ramura cea mai nou a microbiologiei aplicate ce studiaz probleme legate de influena spaiului cosmic asupra viabilitii i variabilitii microorganismelor, precum i de posibilitatea exportului i importului de microorganisme.

    Patologia vegetal (Fitopatologia) se ocup cu studiul microorganismelor ce produc boli la plante, stabilind simptomatologia, cile de transmitere, relaiile imunologice ale gazdelor, precum i profilaxia i tratamentul infeciilor produse plantelor cultivate i celor din flora spontan.

    1.1. Date selective privind istoricul Microbiologiei Microbiologia este o tiina relativ tnr, datorit faptului c, din

    lipsa mijloacelor de investigaie, oamenii de tiin s-au ocupat, n primul rnd, de vieuitoarele vizibile. Existena microorganismelor ca ageni etiologici ai unor boli era ns bnuit nc din antichitate.

  • 12

    Hipocrat (460-370 .H.), ntemeietorul medicinei, considera doi factori responsabili de aceste boli: unul intrinsec, reprezentat de contribuia bolnavului, i altul extrinsec, constnd dintr-o alterare necunoscut a aerului, care devine nociv.

    Aceast prim ipotez asupra etiologiei bolilor infecioase a persistat mult vreme sub forma teoriei miasmelor (gr. miasma = emanaie putred, murdrie).

    Varon (100 .H.) considera c alterarea aerului (gr. malaria = aer ru) este determinat de animale foarte mici, invizibile, care ptrund n organism prin gur i prin nri.

    Fracastor (1488-1553) intuiete foarte corect una dintre caracteristicile eseniale ale bolilor produse de microorganisme i anume contagiozitatea lor. El arat c "infecia este aceeai pentru cel care a primit-o i pentru cel care a dat-o" i c ea este produs de "particule mici i imperceptibile", care trec de la un organism bolnav la altul sntos ("De Contagione", 1546).

    Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) reuete descoperirea microorganismelor, folosind ca microscop un sistem de lentile biconvexe de construcie proprie, cu o putere de mrire de 40-275x. El observ protozoare, alge, nematozi, levuri i bacterii, pe care le descrie i le deseneaz n lucrarea sa "Arcana naturae ope microscopiorum detecta" (Tainele naturii descoperite cu ajutorul microscoapelor, 1675). Dei, descoperirile lui Leeuwenhoek au strnit admiraia i interesul oamenilor de tiin, studiul microorganismelor a rmas n continuare empiric, constituind doar o preocupare a amatorilor de curioziti ale naturii. n felul acesta se acumuleaz numai date disparate cu privire la forma, structura, mrimea i distribuia n natur a acestor microorganisme.

    Fig. 1 Hipocrat

    Fig. 2 Fracastoro

  • 13

    Karl Linnaeus, celebru botanist, n opera sa "Systema naturae"

    (1735) ncearc o sistematizare a vieuitoarelor cunoscute, reunind toate microorganismele ntr-un grup, denumit semnificativ "Chaos".

    Terehovski, folosind pentru prima dat metode experimentale,

    public, n anul 1775, lucrarea "De Chao infusorii Linnaei", n care demonstreaz c fiinele foarte mici, observate n diferite infuzii bogate n substane organice, cresc, se divid i se mic datorit unor fore interne proprii, ajungnd la concluzia c aceste organisme sunt adevrate animale n miniatur.

    Louis Pasteur (1822-1895), savant francez, prin lucrrile sale stabilete principiile care stau i azi la baza acestei tiine.

    Fig. 3 Antony van Leeuwenhoek. (a) Microscop cu lentil (1), dispozitiv de fixare (2) i uruburi de reglaj (3, 4). (b) Tipuri morfologice de bacterii desenate de Leeuwenhoeck.

    Fig. 4 Karl Linnaeus (1707 - 1778) i lucrarea "Systema naturae".

  • 14

    Primele cercetri ale lui Pasteur au fost legate de fenomenul asimetriei moleculare. La acidul tartric racemic, compus inactiv pentru lumina polarizat, demonstreaz c este un amestec echimolecular de acid dextrogir i acid levogir, ale crui cristale sunt de forme asimetrice i enantiomorfe. De asemenea, a observat c, dac n amestecul racemic, inactiv din punct de vedere optic, se dezvolt un mucegai (Penicillium glaucum), soluia devine optic activ, deviind, de ast dat, spre stnga planul luminii polarizate. Mucegaiul degradeaz izomerul dextrogir, lsndu-l intact pe cel levogir, care, astfel, poate fi izolat n stare pur. Aceast descoperire, pe lng faptul c furniza un procedeu simplu de separare a izomerilor optici, a demonstrat i intervenia unei caracteristici fizice, ca disimetria molecular n fenomenele chimice ale vieii, dar, mai ales a atras atenia lui Pasteur asupra unui fenomen spre care se va ndrepta n continuare curiozitatea sa de cercettor: microorganismele produc transformri ale substanelor organice printr-o activitate selectiv foarte specific.

    Cercetrile lui Pasteur asupra fermentaiei vinului i berii l-au condus la urmtoarele concluzii fundamentale:

    fermentaiile sunt procese biologice, determinate de aciunea unor microorganisme anaerobe, deci fermentaia este via fr aer;

    fiecare fermentaie este produs de un anumit tip de microorganism, care este specific, n sensul c determin o anumit transformare a mediului pe care crete;

    dezvoltarea unui microorganism strin n mediul unde acioneaz un microorganism cu aciune fermentativ specific deviaz cursul normal al fermentaiei n dauna calitii (prin apariia compuilor nedorii) i a randamentului ei n produs util, determinnd o aa-numit "boal" a fermentaiei;

    Fig. 5 Louis Pasteur

  • 15

    microorganismele strine care produc bolile vinului i ale berii sunt consecina contaminrilor din aer, de pe vasele sau din ingredientele folosite n producie, iar multiplicarea lor poate fi prevenit prin nclzire, procedeu utilizat sub denumirea de pasteurizare.

    Pn la Pasteur, ideea participrii microorganismelor la determinarea unor boli era respins, ca nefiind probat pe cale experimental. Pasteur extinde noiunea de specificitate din domeniul fermentaiilor n acela al patologiei omului i animalelor, n sensul c orice boal infecioas este rezultatul activitii vitale a unui anumit microorganism specific, care se dezvolt ca parazit n organismul animal respectiv. Ulterior, cercetrile acestuia au demonstrat principiul vaccinrii i stabilirea bazelor tiinifice ale preparrii vaccinului, contribuind, n acelai timp, la descoperirea fenomenului de imunitate.

    Studiind boala "holera ginilor", Pasteur observ c agentul ei patogen i pierde complet, prin nvechirea culturii, capacitatea sa specific de a produce aceast boal, adic devine avirulent. Inoculat la psri sntoase, cultura avirulent le confer ns rezistena fa de holer, n sensul c ele nu se mai mbolnvesc nici dac sunt infectate cu o cultur proaspt, virulent, psrile "vaccinate" devenind "imune".

    Pe acelai principiu, Pasteur a mai preparat i utilizat cu succes vaccinul anticrbunos (1881), apoi vaccinul antirabic (1885).

    L. Pasteur rezolv i problema generaiei spontane (Fig. 5). Ignorarea unor principii eseniale care, mai trziu, au stat la baza microbiologiei experimentale, n ceea ce privete sterilizarea i asepsia, a fcut posibil concluzia fals c microorganismele pot lua natere prin organizarea spontan a substanelor organice din produsele supuse fermentaiei sau putrefaciei. Folosind baloane speciale cu "gt de lebd", Pasteur demonstreaz c un mediu de cultur sterilizat, n spe bulionul de carne, poate rmne steril timp ndelungat, dac se evit contaminarea sa cu germeni din aer. Dac prin nclinarea unui asemenea balon, mediul "spal" poriunile incurbate ale gtului rmas descoperit, poriunile n care s-au depus bacteriile din aer, bulionul se infecteaz. Faptul c n baloanele cu mediu steril, nchise ermetic, nu apar niciodat microorganisme, n timp ce acelai mediu se infecteaz, dac este lsat n contact cu aerul, dovedete c microorganismele nu iau natere spontan din materia organic inanimat, ci

  • 16

    numai se nmulesc n ea, pornind de la organisme similare, provenite din mediul nconjurtor.

    L. Pasteur a adoptat pentru denumirea organismelor microscopice

    termenul de "microb" (trad. via scurt), creat de medicul francez Sedillot, iar noua tiin, care studiaz microbii, a rmas cu numele de microbiologie.

    Robert Koch (1843-1910) a adus n dezvoltarea microbiologiei ca tiin, contribuii de ordin tehnic i teoretic deosebit de valoroase, ntre care conceptul de "cultur pur", respectiv de organism cultivat ntr-un mediu lipsit de alte organisme. Realizarea culturilor pure este facilitat prin introducerea n tehnica microbiologiei de ctre Koch, a mediilor de cultur solidificate (cu gelatin sau agar).

    Pe lng faptul c a descoperit mai multe specii de bacterii patogene, ntre care bacilul tuberculozei (Mycobacterium tuberculosis) i vibrionul holerei, Koch demonstreaz, fr echivoc, c bacteria carbonoas (Bacillus anthracis) este agentul patogen al bolii denumit antrax sau crbune,

    Fig. 5 Experimentul lui Pasteur prin care combate teoria generaiei spontane. A: mediul nutritiv este introdus ntr-un balon; B. curbarea gtului balonului (gt de lebd"); C. sterilizarea mediului nutritiv; D. mediul nutritiv rmne steril fiind protejat de ptrunderea microorganismelor din atmosfer prin forma gtului.

    Fig. 6 Robert Koch (1843-1910)

  • 17

    pe care l cultiv "in vitro" n ser sanguin, studiind formarea de spori termorezisteni, alternana de sporulare i germinare, precum i faptul c infecia natural a animalelor provine din sol prin iarba contaminat.

    Pe baza acestor cercetri, R. Koch stabilete criteriile indispensabile pentru ca un microorganism izolat dintr-un organism afectat de o anumit boal s poat fi considerat n mod justificat ca agentul cauzal al bolii respective. Aceste criterii, cunoscute sub numele de postulatele lui Koch, sunt urmtoarele: microorganismul incriminat s poat fi pus ntotdeauna n eviden n toate cazurile bolii respective, iar distribuia lui s corespund leziunilor caracteristice bolii; s poat fi utilizat n cultur pur, pe medii artificiale; dup ce este cultivat "in vitro", mai multe generaii s reproduc boala i leziunile specifice la animalele sensibile, de la care s poat fi reizolat.

    Postulatele lui Koch au reprezentat i reprezint nc un principiu eficace de lucru, a crui respectare previne interpretrile eronate, n materie de diagnostic bacteriologic sau de identificare a unor ageni infecioi.

    Ilia Metchnikoff (1845-1916), biolog rus, studiind digestia intracelular la echinoderme, demonstreaz capacitatea anumitor celule de a capta i ngloba diferite particule cu care vin n contact i emite ipoteza c celulele cu funcii asemntoare, denumite de el "fagocite", ar putea exista i n organismul altor animale.

    Ulterior (1884), studiind infecia crustaceului Daphnia magna cu ciuperca Monospora (Metschnikowia) bicuspidata, observ c sporii aciculari ai levurii ptrund odat cu hrana n tubul digestiv al dafniei, de unde, strpungnd peretele acestuia, trec n cavitatea general, unde sunt atacai de celule mobile. Cnd infecia este moderat, amoebocitele nglobeaz i diger toi sporii ciupercii i, astfel, crustaceul supravieuiete. Cnd ns

    Fig. 7 Ilia Metchnikoff

  • 18

    infecia este masiv, sporii rmai nefagocitai germineaz i dau natere formei vegetative a ciupercii, care, prin multiplicare, invadeaz tot organismul dafniei, determinndu-i moartea.

    Metchnikoff extinde rezultatele acestor observaii la animalele superioare i la om, demonstrnd prezena i importana celulelor cu proprieti fagocitare n reaciile de aprare ale organismului fa de bacteriile patogene, stabilind, astfel, bazele imunitii celulare.

    Dimitri Ivanovski (1864-1920) demonstreaz c mozaicul tutunului este produs de un agent patogen invizibil la microscop, care traverseaz filtrele bacteriene i poate fi transmis de la o plant bolnav la una sntoas prin intermediul filtratului acelular al trituratului de frunze, cu leziuni.

    Martinus Beijerinck (1851-1931) confirm n 1898 filtrabilitatea agentului patogen i intuiete natura deosebit a agentului patogen, pe care l considera ca agent contagios viu

    (contagium vivum fluidum). Aceast intuiie a fcut din Beijerinck adevratul intemeietor al virologiei ca tiin.

    Frederick Twort (1877-1950) i Felix d'Herelle (1873-1949) descoper, n perioada 1915-1917, bacteriofagii (trad. mnctor de bacterii) i fenomenul bacteriofagic.

    Sergei Winogradsky (1856-1953), lucrnd la Institutul Pasteur din Paris, a descris procesul de asimilare la organismele chimiosintetizante i fenomenul de fixare a azotului atmosferic de ctre microorganisme. n acelai timp el a elaborat metode speciale pentru cercetarea activitii microorganismelor din sol, fiind considerat intemeietorul Microbiologiei solului.

    Fig. 8 Dimitri Ivanovski

    Fig. 9 Martinus Beijerinck

  • 19

    Alexander Fleming (1881-1955), observ n anul 1929 c unele culturi de Penicillium, elaboreaz o substan cu proprieti microbiene

    specifice penicilina. Acest prim antibiotic a fost mai trziu purificat de Florey i Chain (1940). Prin lucrrile sale, Fleming deschide era antibioticelor, de o importan excepional n medicin i biologie.

    Stanley Prusiner (1942- ), neurolog i biochimist american, laureat al Premiului Nobel n 1997. A descoperit c encefalopatia spongiform la bovine i boala Creutzfeldt-Jakob la om sunt produse de particule infecioase de natur proteic, pe care le-a numit prioni.

    1.2. coala romneasc de Microbiologie Victor Babe (1854-1926), fondatorul

    colii romneti de microbiologie, a desfurat o prodigioas activitate de cercettor, studiind numeroase boli ale omului, printre care lepra, tuberculoza, holera, febra tifoid i, mai ales, turbarea.

    n colaborare cu Cornil, este autorul primei lucrri de sintez n bacteriologie i

    Fig. 10 Alexander Fleming

    Fig. 11 Stanley Prusiner

    Fig. 12 Victor Babe

  • 20

    anatomie patologic din lume, aprut n 1885: Bacteriile i rolul lor n etiologia, anatomia i histologia patologic a bolilor infecioase.

    A studiat, de asemenea, asociaiile microbiene, fiind primul cercettor care, dup Pasteur, i-a dat seama de importana terapeutic a antagonismului microbian.

    Ioan Cantacuzino (1863-1934) este creatorul Institutului de Microbiologie, care i poart numele, i al colii contemporane de microbiologie din ara noastr. Cele mai importante lucrri sunt referitoare la aparatele i funciile fagocitare n regnul animal i problema imunitii la nevertebrate. Cantacuzino a studiat, de asemenea, diferite boli ca holera, febra tifoid, scarlatina, tuberculoza, crend i organiznd condiiile produciei de seruri i vaccinuri n ara noastr.

    Constantin Ionescu-Mihieti (1883-1962) a adus contribuii tiinifice valoroase n domeniul virologiei, imunologiei i microbiologiei generale.

    Dumitru Combiescu (1887-1961) a desfurat o ampl activitate n domeniul rickettsiozelor i zoonozelor.

    Mihai Ciuc (1883-1969) este autorul unor lucrri deosebit de importante n domeniul bacteriofagilor, paludismului, salmonelozelor, difteriei.

    tefan Nicolau (1896-1967) este creatorul colii romneti de virologie i fondatorul institutului respectiv. A publicat numeroase lucrri originale n domeniul herpesului, turbrii, febrei aftoase, febrei galbene, hepatitelor virale.

    Traian Svulescu (1889-1963) este creatorul i ndrumtorul colii romneti de fitopatologie. Este autorul unor lucrri de sintez ca Monografia uredinalelor, Monografia ustilaginalelor i al unor lucrri originale n fitopatologie i n domeniul imunitii plantelor fa de bolile bacteriene.

    Fig. 13 Ioan Cantacuzino

  • 21

    Capitolul 2

    CARACTERELE GENERALE I POZIIA MICROORGANISMELOR N LUMEA VIE

    Microorganismele, cu excepia celor cu structur acelular

    (virusurile), au ca unitate elementar de baz celula. Celula la microorganisme, asemntoare, n general, cu celula vegetal i animal, prezint unele particulariti n funcie de grupul de microorganisme considerat.

    Aceste particulariti structurale i funcionale au determinat mprirea microorganismelor n dou grupe (Chatton, 1932 i Stanier, 1970). ntre microorganismele procariote i eucariote exist diferene eseniale, structurale, funcionale i de compoziie.

    Diferenele dintre celula procariot i celula ecucariot Procariote Eucariote

    Caracterul Bacterii Cyanobacterii

    Alge, Fungi, Protozoare, Plante, Animale

    Nucleul Fr membran proprie Cu membran proprie

    Dispunerea ADN O singur molecul de ADN dublu catenar, nelegat de histone

    Unul sau mai muli cromozomi. ADN dublu catenar, legat de histone

    Compoziia chimic a membranei citoplasmatice

    Lipsit de steroli (cu excepia micoplasmelor)

    Conine steroli

    Sistemul respirator Face parte din membrana citoplasmatic sau mezozomi

    Mitocondrii

    Aparatul fotosintetizant Absent sau asociat membranei citoplasmatice

    Cloroplaste

    Ribozomii Tip 70 S Tip 80 S Curenii citoplasmatici Abseni Prezeni

    Peretele celular Conine peptidoglicani (murein)

    Cnd este prezent conine celuloz, chitin, silice

    Reticulul endoplasmatic Absent Prezent Tipul de diviziune Direct (sciziparitatea) Mitoz

  • 22

    Ribozom

    CapsulPerete celular

    Membran citoplasmatic

    Incluziune

    Citoplasm Material nuclear (ADN)

    Fimbrii

    Plasmid

    Flageli

    Fig. 15 Structura celulei procariote

    Membran nuclear

    Ribozomi(ataai)

    Riboszomi(liberi)

    Reticul endoplasmatic neted

    Nucleu

    Reticul endoplasmatic rugos

    Nucleol

    Aparat Golgi

    Mitocondrie

    Perete celular

    Membrancelular

    Cloroplast

    Vacuol

    Fig. 16 Structura celulei eucariote

  • 23

    2.1. Poziia microorganismelor n lumea vie

    Dup acumularea a numeroase cunotine asupra microorganismelor a fost necesar introducerea acestora ntr-un grup taxonomic. Iniial microorganismele au fost incluse n regnul Plantae, iar ulterior au fost incluse n diferite sisteme de clasificare.

    A. Sistemul tradiional:

    1. Regnul Plantae; 2. Regnul Animalia.

    B. Sistemul lui Hogg i Haeckel (1866): 1. Regnul Monera; 2. Regnul Plantae; 3. Regnul Animalia.

    C. Sistemul lui Copeland (1938): 1. Regnul Procaryotae (Monera); 2. Regnul Protista; 3. Regnul Plantae; 4. Regnul Animalia.

    D. Sistemul lui Whittaker (1969): 1. Regnul Procaryotae (Monera) (bacterii, cianobacterii = alge albastre-verzi); 2. Regnul Protista (protozoare, diatomee); 3. Regnul Fungi (ciuperci); 4. Regnul Plantae (alge verzi, brune, roii, brofite, traheofite); 5. Regnul Animalia (animale multicelulare).

    Astzi, majoritatea specialitilor din domeniul microbiologiei au

    acceptat sistemul de clasificare elaborat de Whittaeker (Fig. 17) n anul 1969, care corespunde necesitilor actuale.

  • 24

    LUMEA VIE

    Organisme procariote

    Organisme eucariote

    Fig. 17 mprirea lumii vii n cinci regnuri (dup Whittaker, 1969)

    Din punct de vedere taxonomic, subdiviziunile regnului sunt:

    ncrengtura, subncrengtura, clasa, ordinul, familia, genul, specia. Unitatea de lucru efectiv este specia, la care denumirea este n

    sistemul binominal, numele organismului fiind derivat din latin sau greac.

  • 25

    n sistemele de clasificare prezentate anterior sunt cuprinse numai organismele care au ca unitate de baz, celula, eucariot sau procariot, nefiind introduse entitile infecioase, cum sunt virusurile sau prionii, i care au fost "alturate" acestor sisteme de clasificare.

    2.2. Prionii

    Prionii sunt ageni infecioi neconvenionali de natur proteic, lipsii de orice tip de acid nucleic, care produc un grup de boli neurodegenerative, transmisibile la animale i om, numite boli prionice. Procesul care declaneaz boala este reprezentat de conversia unei proteine normale, sintetizat n mod natural n creierul tuturor mamiferelor (PrPc), ntr-una mutant, patogen (PrPSc).

    Prima semnalare a unei boli de natur prionic a fost fcut n Anglia, n anul 1732, la ovine.

    Astzi, sunt cunoscute ca boli certe, produse de prioni, urmtoarele: - la animale: 1. encefalopatia spongiform la ovine, denumit popular scrapie

    (engl.); tramblanta (fr.). n Romnia mai este utilizat, impropriu, termenul de "cpiala" oilor, dar aceasta este o boal bine cunoscut i este produs de un parazit animal. Medicii veterinari avizai folosesc termenul francez de tramblanta oilor.

    2. encefalopatia spongiform bovin (BSE sau "boala vacii nebune"); 3. encefalopatia spongiform la feline; 4. encefalopatia spongiform la nurci; 5. encefalopatia spongiform la hamsteri. - la om: 1. Boala "Kuru". Aceasta este prima semnalat i cel mai bine

    studiat. A fost depistat la un trib local n Papua - Noua Guinee. Dup interzicerea consumului de carne n stare proaspt, aceast boal a fost eradicat.

    2. Boala Creutzfeldt-Jacob (CJD); 3. Sindromul Alpers (la copii);4. Sindromul Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS); 5. Insomnia fatal familial (FFI).

  • 26

    Agentul infecios n prezent, se consider c agentul infecios este o molecul proteic,

    cu greutatea molecular de 28 kilodaltoni, alctuit dintr-un lan de 208-220 de aminoacizi, n funcie de specie, i care prezint o configuraie spaial, asemntoare unui metru de tmplrie, parial destins. Prezint un capt NH2-terminal, o regiune central i un capt COOH-terminal.

    Aceast protein a fost izolat din creierul tuturor cazurilor bolnave studiate. Surpriza a sosit n momentul studierii n paralel (la oi) a creierului la animale sntoase i care prezint o protein celular similar. Lanul de aminoacizi este identic cu excepia unui singur aminoacid (schimbat).

    Proteina celular normal (PrPc) prezint o configuraie spaial

    asemntoare unui resort. Specialitii din biochimie consider c, prin schimbarea unui singur aminoacid din lan, nu se poate modifica configuraia spaial. n acelai timp, proteina infecioas (PrPSc) rezist la atacul proteazelor celulare.

    Se consider c procesul infecios se desfoar astfel: celula prepar proteina celular normal care se acumuleaz n lizozomi, acetia o transport la exteriorul celulei i n momentul n care aceast protein ptrunde din nou n celul este degradat de proteaze.

    Fig. 18 Proteina prionic (huPrP) responsabil pentru o serie de boli

    prionice la om (www.itqb.unl.pt).

  • 27

    n cazul proteinei infecioase, aceasta se acumuleaz n lizozomi n mod continuu, pn cnd acetia "crap". Enzimele din interiorul lor degradeaz componentele celulare i, n final, ntreaga celul nervoas. n locul acesteia rmne un orificiu. Din acest motiv, dup un timp, creierul atacat arat ca un burete (cu numeroase orificii). n stadiul final al bolii, creierul degenereaz complet, avnd dimensiunea unei nuci.

    Studiile cele mai ample sunt efectuate la animale, la om ele fiind extrem de puine, deoarece boala poate fi studiat numai dup moartea individului.

    Prionii pot rezista la aciunea multor factori fizico-chimici, dintre care amintim: formol 10% (timp de 28 de luni), caldur (rezist la fierbere timp de 3 ore), factori inhibitori ai acizilor nucleici, precum i la aciunea radiaiilor UV.

    2.3. Virusurile

    Virusurile (lat. virus otrav, infecie, lichid otrvitor) reprezint o

    categorie specific de ageni infecioi, structural i fiziologic fundamental diferii de oricare dintre microorganismele cunoscute (Zarnea, 1983).

    2.3.1. Morfologia virusurilor Din punct de vedere morfologic (Fig. 19), virusurile pot aparine

    urmtoarelor tipuri principale: form cilindric-alungit sau de bastona (virusul mozaicului tutunului - Tobamovirus); form sferic (izometric), sferoidal (virusul gripal - Myxovirus), form paralelipipedic (virusul variolei - Parapoxvirus), form de cartu sau obuz (virusul piticirii galbene la cartof - Nucleorhabdovirus), form de mormoloc, spermatozoid sau cirea cu coad (unii bacteriofagi).

    Dimensiunile virusurilor: 17 - 2500 nanometri (1 nm = 10-9 m).

  • 28

    2.3.2. Structura virusurilor Dei diferitele virusuri se deosebesc mult ca form i dimensiuni, ele

    sunt constituite dup principii comune. Particula viral matur (virionul) este alctuit din dou componente eseniale (Fig. 20): genomul viral i capsida, precum i un constituent accesoriu, nveliul extern (peplos).

    Fig. 19 Tipuri morfologice de virusuri: (a) form cilindric (Tobamovirus); (b)

    form izometric (Myxovirus); (c) form paralelipipedic (Parapoxvirus); (d) form de cartu (Nucleorhabdovirus); (e) form de cirea cu coad (bacteriofagul T4).

  • 29

    Genomul viral este reprezentat, n mod obinuit, printr-o molecul de acid nucleic (ADN sau ARN, niciodat ambele). Virusurile cu genom ADN sunt numite dezoxiribovirusuri, iar cele cu genom ARN ribovirusuri. Genomul viral poart informaia genetic necesar replicrii n sensul sintezei constituenilor virali i a precursorilor acestora.

    Capsida viral (gr. kapsa cutie) acoper genomul, fiind alctuit din subuniti proteice, denumite capsomere. Capsomerele sunt constituite din molecule proteice, aezate n mod regulat, formnd, n ansamblu, structura specific a virusului. Capsida protejeaz materialul genetic.

    Capsida i genomul viral formeaz nucleocapsida. La unele virusuri, nucleocapsida este acoperit de o structur

    trilamelar, numit nveli extern sau peplos (gr. peplos manta), ce poate prezenta la exterior nite proeminene de suprafa, denumite spicule.

    2.3.3. Virusurile plantelor Virusurile plantelor au o mare importan ca ageni patogeni, datorit

    marii lor rspndiri i faptului c acelai virus poate infecta plante, care aparin de diferite familii botanice.

    Bolile produse de virusuri la plante sunt denumite viroze. Pn n prezent sunt cunoscute cteva sute de boli virale, produse de virusuri, care aparin la 25 genuri distincte. Majoritatea virusurilor plantelor au genom ARN monocatenar.

    Capsid

    nveli extern(peplos)

    Spicule

    Acid nucleic(ADN sau ARN)

    Fig. 20 Structura unor virusuri i denumirea constituenilor virali

  • 30

    Din punct de vedere morfologic, virusurile plantelor aparin la dou grupuri: grupul virusurilor izometrice (izodiametrice) sau sferice i grupul virusurilor alungite.

    n general, virusurile plantelor au o structur chimic mai simpl dect virusurile animale i bacteriofagii.

    Mecanismul de transmitere Virusurile se pot transmite de la planta bolnav la planta sntoas pe

    mai multe ci: A - transmitere mecanic: prin contact ntre frunze; anastomoze

    radiculare; unelte de lucru; altoire. B - transmiterea prin vectori se realizeaz prin intermediul insectelor

    (cca..400 specii): afide i cicade. Relaia dintre virus - insect vectoare este variabil i corespunde urmtoarelor trei situaii: Virusuri nepersistente pot fi transmise pn la circa 4 ore de la achiziie. Virusuri semipersistente au capacitatea de infectare variabil de la 10-100 ore de la achiziie. Virusuri persistente cu o capacitate de infectare de peste 100 ore (uneori chiar toat durata de via a vectorului).

    n funcie de rspndirea i comportarea virusurilor n corpul vectorului, acestea se mpart n trei categorii: Virusuri localizate pe stilet (virusuri nepersistente). Virusuri circulante (virusuri persistente) pot fi transmise timp ndelungat ajungnd n hemolimfa insectei. Virusuri propagative (virusuri persistente) se multiplic n corpul vectorului fiind transmise toat viaa insectei.

    C - transmiterea prin intermediul ciupercilor fitopatogene din sol, (ex. Polymyxa betae transmite virusul rizomaniei la sfecla pentru zahr).

    D - transmiterea prin intermediul nematozilor. E - transmiterea prin semine (cca.. 1/3 din virusuri). Circulaia virusurilor n interiorul plantelor se realizeaz prin

    parenchim (plasmodesme), prin floem i prin xilem.

  • 31

    2.3.4. Bacteriofagii Bacteriofagii (gr. bakterion bastona; gr. phago ein a mnca) sunt

    virusuri adaptate la viaa parazitar n celulele bacteriene i, care, prin multiplicare, produc liza acestora.

    n anul 1915, Twort descoper fenomenul de liz transmisibil, dar nu poate explica cu exactitate cauza acesteia. D'Herelle (1917) demonstreaz natura particular a fagului i l consider ca virus, determinndu-l bacteriofag (mnctor de bacterii). n anul 1940, ia fiin un grup de cercettori, denumit "grupul fag", condus de Delbrck, sistemul bacterie-bacteriofag fiind folosit ca model experimental pentru cele mai importante studii de genetic molecular.

    Structura fagilor difer de la un grup la altul, n majoritate acetia ncadrndu-se n dou tipuri de baz i anume: tipul icosaedric (poliedric); tipul filamentos.

    Datele cele mai numeroase, cunoscute n prezent, sunt cele referitoare la fagii din seria T, ndeosebi la fagi T-par (T2, T4, T6).

    Anatomia fagilor T-par Particula viral matur a fagilor T-par cu g.m. 2,2x1010 este alctuit

    din ADN i protein i, din punct de vedere anatomic, prezint urmtoarele componente: cap, guler, coad, plac bazal i fibrele cozii (Fig. 21).

    Capul fagului, la microscop, prezint o form poliedric, iar n seciune are o form hexagonal, cu o lungime de 100 nm i o lime de 65 nm. Acesta este constituit din capsomere cu diametrul de 4 nm, dar nu este cunoscut, nc, numrul i modul de aezare al acestora.

    n interiorul capului, se gsete genomul, alctuit dintr-o molecul de ADN d.c., liniar, cu lungimea de 50 m, ce cuprinde 200 gene, fiind mpachetat foarte strns.

    n partea bazal a capului, la locul de prindere al cozii, se afl un dop proteic, cu rol de articulare mecanic.

    ntre acest dop i placa bazal se gsete un tub lung de 120 nm, reprezentat de cilindrul axial al cozii. El are un diametru de 7,5 nm i un

  • 32

    canal central cu diametrul de 2 nm, prin care trece ADN-ul n momentul introducerii n celula bacterian.

    La exteriorul cilindrului axial se gsete teaca contractil a cozii, care n stare extins are o lungime de 80 nm, iar cnd se contract, teaca se scurteaz la , respectiv 35 nm. Teaca este constituit din 24 de inele suprapuse i, datorit aranjamentului capsomerelor, formeaz o helice.

    Gulerul fagului este situat ntre dopul proteic i coada fagului i are

    forma unui disc hexagonal de 1,5 nm grosime cu de 3,6 nm. Placa bazal este un disc hexagonal cu de 40 nm i este prevzut la

    partea inferioar cu ase crlige (croetele cozii sau spicule), care sunt uniti integrale de fixare a fagului pe bacterie.

    n momentul contraciei, placa bazal ia forma de stea cu diametrul mrit la 60 nm i este lipsit de dopul central.

    Fibrele cozii sunt structuri filamentoase, proteice, de 130 nm lungime, fixate cu unul dintre capete pe placa bazal, iar cu cellalt capt pe gulerul fagului, cea de-a doua legtur fiind mai slab.

    Aceste fibrile formeaz o reea, care mbrac teaca contractil a cozii i, care, n perioada premergtoare fixrii fagului, se desprind de pe guler i

    CAPULFAGULUI

    Capsida

    Acid nucleic (ADN)

    GULERCilindrul axial al cozii

    Teaca contractil

    PLACABAZAL

    FIBRELE COZII

    Croetele cozii

    COADAFAGULUI

    Fig. 21 Structura bacteriofagilor T4

  • 33

    rmn legate numai pe placa bazal, notnd libere n mediu, avnd aspectul unor picioare de pianjen.

    Structura genomului Bacteriofagii prezint, n majoritate, un genom format dintr-o singur

    molecul de acid nucleic (ADN m.c., ADN d.c. , ARN m.c.), cu o singur excepie, fagul 6 de la Pseudomonas phaseolicola, care are un genom ARN segmentat, format din trei segmente.

    Genomul bacteriofagilor se deosebete de genomul virusurilor animale i vegetale prin prezena unor baze nucleice neobinuite, cum ar fi la bacteriofagii T-par, n loc de citozin prezint 5-hidroximetilcitozin, iar la fagii de la Bacillus subtilis, 5-hidroximetilluracil i 5-4,5 hidroximetiluracil.

    Legat de acest aspect s-a emis ipoteza c aceste baze nucleice ar avea rol de protecie a acidului nucleic fagic mpotriva aciunii unor enzime virale (nucleaze) care atac numai acidul nucleic strin i, n felul acesta, poate degrada selectiv cromozomul bacterian n cursul sintezei de virus.

    Infecia celulei bacteriene. Replicarea ntre fagi i bacteriile infectate se pot stabili dou tipuri de relaii,

    funcie de ciclul de via al bacteriofagilor. Dac bacteriofagii sunt viruleni, infectarea bacteriei duce la formarea

    de noi virioni, care, n urma fenomenului de liz bacterian, sunt eliberai n mediu. Acest tip de relaie poart numele de ciclu litic i faciliteaz formarea i eliberarea a 100-200 de virioni, n aproximativ 20 de minute.

    n cazul n care bacteriofagii sunt temperai, genomul acestora se integreaz n cromozomul bacterian, se replic concomitent cu acesta i se distribuie la celulele fiice, fr a-i manifesta funciile virale. Aceast manifestare poart numele de ciclu lizogenic, iar genomul fagic integrat n genomul celulei bacteriene a fost numit profag (provirus). Dup mai multe generaii, profagul se desprinde de cromozomul bacterian i devine fag litic care lizeaz celula bacterian i elibereaz n mediul nconjurtor virioni lizogeni.

    Ciclul de replicare vegetativ (ciclul litic) a fagului are urmtoarele etape:

  • 34

    I. Adsorbia reprezint procesul de fixare a particulelor virale pe suprafaa bacteriilor. Dup o serie de ciocniri ntmpltoare, fagul se fixeaz pe peretele celular prin intermediul fibrelor cozii, realiznd faza de fixare iniial, care poate fi reversibil. Urmeaz faza de fixare ireversibil, realizat prin intermediul croetelor, care este condiionat de prezena receptorilor de fag (Fig. 22). Acetia sunt reprezentai de orice structur existent la suprafaa celulei bacteriene sau pe pilii i flagelii acesteia, iar sinteza lor este controlat de gene bacteriene.

    II. Injectarea genomului viral n celula bacterian. Dup fixarea

    ireversibil pe peretele celular are loc o contracie a cozii fagului, axul central al acesteia ptrunznd n adncimea peretelui celular 12 nm, iar genomul este injectat prin intermediul cilindrului axial tubular (Fig. 23). Nu se cunosc nc forele care proiecteaz genomul viral n interiorul celulei, injectarea fcndu-se rapid (15 secunde la T4).

    Fig. 23 Injectarea genomului viral n celula bacterian

    Material nuclear bacterian

    Fig. 22 Adsorbia particulelor virale pe suprafaa bacteriilor

  • 35

    III. Replicarea bacteriofagilor. Dup ptrunderea genomului fagic n interiorul celulei bacteriene au loc procese coordonate de cele 200 de gene, care i ncep activitatea ealonat n mai multe faze (Fig. 23-25):

    1 - formarea proteinelor timpurii cu rol n: a - "astuparea" gurilor produse la intrare n peretele celular; b - blocheaz transcrierea informaiei de ctre ARNm al celulei gazd,

    rolul fiind preluat de ARNm viral;

    c - degradarea ADN gazd, de ctre unele proteine , fiind frmiat

    pn la nucleotide n segmente de ADN d.h. mici de 1/100 din cromozomul originar, care sunt degradate n continuare la nucleotide, formndu-se un stoc, din care cel puin 1/3 sunt utilizate la formarea fagilor progeni.

    2. replicarea genomului viral, care este semiconservativ, i nu prin efectuarea de copii identice, repetate ale genomului originar;

    3. formarea proteinelor tardive. Sinteza acestora devine predominant

    cnd ADN viral a ajuns la rata maxim de replicare. Proteinele tardive sunt grupate n trei categorii:

    a - proteine structurale ale virusului; b - proteine active n procesul de morfogenez; c - enzime necesare lizei celulei bacteriene.

    Fig. 24 Replicarea genomului viral

    Proteine virale Fig. 23 Sinteza proteinelor virale

  • 36

    4. asamblarea i morfogeneza virusului este dirijat de 50 de gene din cele 200. Fagul este constituit din trei poriuni distincte, care se formeaz separat pe trei linii principale, care duc independent la formarea capului, a cozii i a fibrelor cozii.

    n treptele urmtoare, compuii finii se combin pentru a forma particula viral.

    ncorporarea genomului are loc naintea unirii celor trei componente., ncorporarea este activat de unele proteine care asigur "aspirarea" ADN n precap, formarea capului fagic nefiind definitiv.

    ADN se ruleaz ca o bobin, al crui ax este perpendicular fa de cel al cozii. Bobinarea are loc de la exterior la interior, ultima spir fiind prima care iese n momentul infeciei virale.

    Concomitent cu mpachetarea ADN, capul fagului crete n volum i devine matur. Urmeaz unirea celor trei componente, cap, coad, fibrele cozii, desvrindu-se fagul matur.

    IV. Liza bacterian i eliberarea fagului. Liza bacterian se

    datoreazaciunii unei enzime (endolizina), a crei sintez este indus de prezena fagului n celula bacterian. La un moment dat, cnd coninutul n endolizin este maxim, metabolismul celular nceteaz brusc i are loc o

    Fig. 25 Asamblarea i morfogeneza virusului (dup Tortora i colab., 1992)

  • 37

    distrugere masiv a peretelui celular, cu un caracter exploziv, fagii fiind expulzai n exterior (Fig. 26).

    2.3.5. Fagii filamentoi Fagii filamentoi (Fig. 27), care infecteaz E. coli, au forma unor

    bastonae flexibile cu diametrul de 6 nm i o lungime de 1000-2000 nm. Structura este aceea a unui

    cilindru proteic gol, deschis la capete (capsid), n interior aflndu-se genomul fagic, format din ADN m.c., o molecul circular.

    Fagii filamentoi infecteaz numai bacteriile cu caracter mascul, ca i fagii cu ARN, adsorbia fcndu-se pe receptori speciali situai la extremitatea liber a pililor de sex.

    Fagii maturi sunt eliminai, fr ca bacteria s fie lizat, prin intermediul unor pori, care se formeaz n membrana citoplasmatic. Bacteria continu s se divid pentru o perioad de timp, iar ulterior coninutul celular al acesteia trece la exterior prin porii deschii de virioni.

    Fig. 26 Liza bacterian

    Fig. 27 Structura bacteriofagului M13

  • 38

    2.3.6. Cianofagii Cianofagii (sin. ficovirusuri, algofagi) sunt ageni virali, capabili s

    produc infecii la numeroase specii de cianobacterii (alge albastre-verzi), influennd, astfel, dinamica acestor populaii, n sensul meninerii unui echilibru n bazinele acvatice naturale.

    Sunt similari ca structur i evoluie cu bacteriofagii T-impar, genomul fiind reprezentat de ADN dublu catenar de 13,2 m.

    2.3.7. Micovirusurile Sunt virusuri care atac fungii, fiind cunoscute i sub denumirea de

    micofagi. Din cele peste 50 de genuri atacate menionm: Penicillium, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Saccharomyces, Candida etc.

    Structura micovirusurilor. Cel mai bine studiat este virusul care infecteaz specia Penicillium chrysogenum, care se prezint sub forma unor mici particule poliedrice, cu de 33-41 nm. Genomul este reprezentat de o molecul de ARN d.c.

    La fungi, virusurile sunt, n general, latente, celulele se dezvolt mai lent, dar nu lizeaz constant. Micovirusurile au fost evideniate i n sporii fungilor.

    Transmiterea micovirusurilor, n general, se face n urma plasmogamiei (heterocarioza).

    2.3.8. Sistematica, nomenclatura i identificarea virusurilor Prima clasificare a virusurilor poart numele de sistemul LHT i a fost

    realizat n anul 1962 de ctre cercettorii Lowoff, Horn i Tournier. Sistemul ofer o prim clasificare tiinific a virusurilor, bazat pe urmtoarele criterii:

    1) natura materialului genetic; 2) tipul de simetrie a capsidei; 3) prezena sau absena nveliului extern; 4) dimensiunea virionului i a capsidei.

  • 39

    n prezent, exist dou sisteme principale utilizate pentru clasificarea virusurilor:

    1. Sistemul de clasificare ICTV . Centrul Internaional de Taxonomie a Virusurilor (ICTV = International Comitee on Taxonomy of Viruses) a elaborat, la nceputul anilor 1990, un sistem de clasificare i nomenclatur a virusurilor. ICTV are sarcina de a actualiza i de a menine un sistem taxonomic universal.

    Conform acestui sistem, la clasificarea virusurilor se ine cont de urmtoarele aspecte : proprieti morfologice (mrimea i forma virionului, structura i simetria

    capsidei, etc.); proprieti fizico-chimice i fizice (greutatea molecular, coeficientul de

    sedimentare); genomul (tipul acidului nucleic, monocatenar sau bicatenar); organizarea i replicarea genomului; proprietile antigenice; proprieti biologice (spectrul de gazde, modul de transmitere n natur,

    relaiile cu vectorii). Unitile taxonomice pentru virusuri ncep la nivel de ordin i fiecare

    taxon prezint sufixul, scris cursiv ntre paranteze. Ordin (-virales) Familie (-viridae) Subfamilie (-virinae) Gen (-virus) Specie

    Conform datelor publicate n 2010 de Centrul Internaional de Taxonomie a Virusurilor,n schema taxonomic sunt cuprinse: Sase ordine, 87 familii, 19 subfamilii, 348 genuri i 2285 specii de virusuri. Cele ase ordine stabilite de ICTV sunt: Caudovirales, Herpesvirales, Mononegavirales, Nidovirales, Picornavirales i Tymovirales.

    2. Sistemul de clasificare Baltimore. Clasificarea Baltimore, iniiat de

    biologul american David Baltimore (1971), separ virusurile n apte grupe. Are la baz mprirea n funcie de tipul genomului viral, sens, precum i

  • 40

    metoda de replicare. Aceasta clasificare este deseori preferat datorit uurinei de identificare a diferitelor familii de virusuri: Tipul I: Virusuri cu genom ADN, dublucatenar: Fam. Herpesviridae, Fam. Poxviridae, Fam. Adenoviridae i Fam. Papovaviridae Tipul II: Virusuri cu genom ADN monocatenar. Familiile: Circoviridae i Parvoviridae Tipul III: Virusuri cu genom ARN dublucatenar. Familiile: Reoviridae i Birnaviridae Tipul IV: Virusuri cu genom ARN(+), monocatenar. Familiile: Astroviridae, Caliciiridae, Coronaviridae, Flaviviridae, Picornaviridae, Arteriviridae i Togaviridae Tipul V: Virusuri cu genom ARN monocatenar (-). Familiile: Orthomyxoviridae, Arenaviridae, Paramyxoviridae, Bunyaviridae i Rhabdoviridae. Tipul VI: Virusuri diploide cu genom ARN monocatenar: Fam. Retroviridae. Tipul VII: Virusuri cu genom ADN dublucatenar cu molecula de ARN monocatenar ca intermediar: Fam. Hepadnaviridae.

    Pentru identificarea virusurilor se utilizeaz metode moderne, bazate pe studiul componentelor genomului viral, pe clonri i hibridri nucleare i enzimatice de tip ELISA sau PCR.

    2.4. Bacteriile

    Sunt organisme unicelulare, cu o structur complex, care au un metobolism propriu, datorit unui aparat enzimatic complex, ce le asigur desfurarea proceselor vitale. n linii generale, bacteriile au o serie de caractere generale, ce pot fi sistematizate astfel: Nucleul celulei bacteriene este de tip procariot, adic lipsit de membran,

    iar afinitile tinctoriale nu sunt deosebite fa de citoplasm. Bacteriile au un polimorfism accentuat, putnd mbrca mai multe aspecte

    morfologice, ca forme sferice, cilindrice, spiralate sau helicoidale, filamentoase i ptrate.

  • 41

    Micarea la speciile mobile este asigurat de organite speciale, numite cili sau flageli.

    Bacteriile sunt lipsite de clorofil, dar unele grupe au pigmeni sintetizani i, ca atare, pot folosi energia luminoas.

    Altele i procur energia necesar sintezelor celulare i altor manifestri vitale dezintegrnd diverse substane chimice prin intermediul proceselor fermentative, fiind, din acest punct de vedere, organisme chimiosintetizante (Chemotrofe).

    Se nmulesc prin sciziparitate, dar se cunosc la unele grupe i forme de conjugare de tip parasexuat, cu formare de celule sexuate de sens diferit; forma de sciziparitate rmne ns forma esenial de reproducere.

    Bacteriile pot forma spori, ce constituie un mijloc de conservare a speciei, la unele grupe.

    2.4.1. Morfologia bacteriilor

    Forma exterioar a bacteriilor (Fig. 28) este un caracter controlat

    genetic, iar din acest punct de vedere se disting cinci tipuri de baz, dup cum urmeaz: bacterii sferice, denumite coci, cu genul principal Coccus; bacterii cilindrice, denumite bacili, sub form de bastona drept sau uor curbat, din care face parte genul Bacillus; bacterii spiralate sau elicoidale, n care se cuprind trei categorii de germeni i anume: vibrion, spiril i spirocheta; bacterii filamentoase, cu celule alungite, reprezentate de actinomicete; bacterii ptrate, ntlnite n apele hipersaline.

  • 42

    Dup forma celulelor i modul de grupare n urma procesului de

    diviziune, bacteriile se mpart n urmtoarele tipuri i subtipuri morfologice: 1. Bacteriile sferice sau cocii (gr. kokkos - bob) au form sferic,

    ovoidal, elipsoidal sau reniform, cu cele dou diametre aproximativ egale. n funcie de poziia celulelor fiice dup diviziune, cocii prezint urmtoarele moduri de grupare (Fig. 29-34): Cocul simplu, izolat, la care celulele rmn independente dup diviziune (ex. Micrococcus ureae).

    Diplococul, la care diviziunea se face dup planuri succesive paralele, celulele rezultate rmnnd grupate cte dou (ex. Diplococcus pneumoniae).

    Fig. 29 Cocul simplu (Micrococcus ureae)

    Fig. 28 Tipuri morfologice de bacterii: (a) sferice (coci); (b) cilindrice

    (bacili); (c) spiralate (elicoidale); (d) filamentoase; (e) ptrate.

  • 43

    Streptococul, la care diviziunea se face dup planuri succesive paralele, iar celulele rezultate formeaz lanuri de lungimi variabile (ex. Streptococcus lactis).

    Tetracocul sau tetrada, la care planurile de diviziune sunt perpendiculare unele fa de altele, iar celulele rezultate sunt dispuse cte patru la un loc (ex. genul Gafkia).

    Sarcina, la care planurile de diviziune sunt orientate dup cele trei direcii ale spaiului i reciproc perpendiculare unul pe altul, rezultnd o grupare de celule sub form de cub (ex. Sporosarcina ureae).

    Fig. 32 Tetracocul (Gafkia tetragena)

    Fig. 31 Streptococul (Streptococcus lactis)

    Fig. 30 Diplococul (Diplococcus pneumoniae)

  • 44

    Stafilococul, la care planurile succesive de diviziune sunt dispuse n mai multe direcii, iar celulele rezultate se grupeaz ca un ciorchine (ex. Staphyllococcus aureus).

    2. Bacteriile cilindrice, cunoscute sub denumirea de bacili (lat.

    bacillus - bastona), au form de bastonae, cu raportul ntre cele dou axe foarte diferit, de la forme cu aspect filamentos, pn la unele cu aspect aproape sferic (cocobacili, ex. Pasturella pestis). Bacilii sunt drepi sau uor curbai la mijloc sau la una din extremiti, iar capetele lor pot fi tiate drept (Bacillus anthracis) sau rotunjite (Escherichia coli). Marginile laterale ale celulei sunt, de obicei, paralele, dar pot fi i apropiate la extremiti, n form de suveic (Fusiformis fusiformis), sau ndeprtate i rotunjite la una sau ambele extremiti, n form de mciuc sau de picot (Corynebacterium sp.). Unele dintre bacteriile cilindrice au proprietatea de a forma spori.

    Bacilii pot fi (Fig. 35): izolai grupai cte doi (diplobacili), n form de V, X, Y (Mycobacterium sp.); n lanuri, cu lungimi variate (streptobacili);

    Fig. 34 Stafilococul (Staphyllococcus aureus)

    Fig. 33 Sarcina (Sarcina lutea)

  • 45

    n palisd, ca scndurile unui gard, celulele ramnnd apropiate i paralele n sensul axului lung, aezarea fiind rezultatul unei micri de basculare a celulei-fiice, avnd ca punct de sprijin peretele transvers recent separat; grupai n form de rozet sau de stea (Agrobacterium stellulatum, Ag. radiobacter, Phyllobacterium stappi).

    3. Bacteriile spiralate (elicoidale) cuprind trei subtipuri morfologice

    (Fig. 36): Vibrionul, n form de virgul, cu un singur tur de spir (ex. Vibrio cholerae); Spirilul, n form de spiral cu mai multe ture de spir, rigide ca un baston (ex. Spirillum voluntas); Spirocheta, n form de spiral cu mai multe ture flexibile, care se poate strnge i relaxa ( ex. Borrelia sp., Treponema sp. i Leptospira sp.).

    Fig. 35 Bacterii cilindrice: (a) cocobacil; (b) bacil izolat; (c) diplobacil;

    (d) streptobacil; (e) bacili grupai n palisad.

  • 46

    4. Bacteriile filamentoase pot fi neramificate (Ord. Caryophanales),

    cu ramificaii false (Ord. Chlamydobacteriales) sau cu ramificaii adevrate (Ord. Actinomycetales).

    Sunt microorganisme cu asemnri morfologice cu fungii, ce au particularitatea de a forma hife, cu tendin de ramificare, de unde i aspectul lor de miceliu.

    n unele cazuri, spre exemplu la Sphaerotilus nutans (Fig. 37), aspectul filamentos este determinat de aezarea celulelor individuale n lanuri de celule, reunite printr-o teac delicat cu perete neted.

    5. Bacteriile ptrate, evideniate n apele hipersaline din peninsula

    Sinai, au forma unor ptrate cu latura de 1,5-11 m i o grosime inegal (0,1 m sau chiar mai mic n regiunea central i 0,2-0,5 m la periferie).

    Multiplicarea se face prin diviziune direct (ex. Quadra sp.). n unele cazuri, fiecare bacterie ptrat crete pn ia form unui dreptunghi, care se divide n dou ptrate egale. Alteori, diviziunea se face n dou planuri, ce alternez n unghi drept, iar celulele rezultate din diviziune formeaz placarde de 8-16 celule (Fig. 38).

    Fig. 36 Bacterii spiralate: (a) vibrion; (b) spiril; (c) spirochet.

    Fig. 37 Sphaerotilus nutans

    Fig. 38 Bacterii ptrate

  • 47

    n afara acestor cinci tipuri morfologice de baz exist bacterii cu forme particulare: Bacterii stelate - bacterii sub form de stea; se nmulesc prin sciziparitate (Stella sp.); Bacterii care formeaz trichoame - grupare de celule care n urma diviziunii se prezint sub forma unui filament multicelular, n care celulele adiacente au o suprafa relativ mare de contact i sunt meninute ntr-un nveli parietal comun (Beggiatoa sp., Caryophanon sp., Sphaerotilus sp.); Bacteriile prostecate (gr. prosteka adaos) prezint o complicaie morfologic sub forma unui apendice semirigid, situat n continuarea celulei procariote (Caulobacter sp). Diametrul acestui apendice este mai mic dect al celulei bacteriene mature; Bacteriile cu apendice acelulare prezint un aspect filamentos, datorit apendicelor acelulare (substane secretate sau excretate), nedelimitate de peretele celular (Gallionella sp.).

    Dimensiunile bacteriilor se exprim n micrometri (1 m = 10-6 m) i, n medie, au 0,5-1 x 3-6 m. Cele mai mici bacterii aparin genului Mycoplasma (diametrul = 125-250 nm), iar cele mai mari pot ajunge la 10-150 m lungime (Beggiatoa sp.). n cazul formelor filamentoase, dimensiunile bacteriilor ajung n mod excepional la 500 m lungime (Saprospira grandis).

    Sub raportul dimensiunilor, cele mai mici bacterii se suprapun virusurilor mari (Poxvirus), vizibile la microscopul fotonic, iar cele mai mari depesc mrimea celor mai mici protiste eucariote.

    2.4.2. Structura celulei bacteriene

    Celula bacterian este o entitate morfologic i funcional echivalent

    cu celulele organismelor superioare, cu o structur complex, format din urmtoarele componente, de la exterior ctre interior, lund ca reper peretele celular: Structura extraparietal, format din: capsul; cilii sau flagelii; aparatul fimbrial i pilii de sex; Peretele celular;

  • 48

    Structura intraparietal, compus din: membrana citoplasmatic, mezozomii, citoplasm, aparatul nuclear, incluziunile, ribozomii, vacuolele, sporul bacterian. I. Structura extraparietal:

    1. Capsula (Fig. 39) este o secreie, care apare la exteriorul unor celule bacteriene, i constituie un nveli n jurul acestora. n funcie de raportul fa de celula bacterian, capsula este de mai multe feluri: microcapsula este un strat mucoid foarte fin, cu grosimea de pn la 0,2 m i care poate fi pus n eviden prin metode imunologice; capsula propriu-zis are grosimea cuprins ntre 0,2-2 m; stratul mucos este caracterizat prin prezena unei mase amorfe, neorganizate n jurul celulei; zooglea se prezint ca un strat mucos, neorganizat, care nglobeaz mai multe celule microbiene.

    Compoziia chimic a capsulei difer n funcie de specia bacterian la care apare i de condiiile de mediu, fiind format din 98 % ap i ali constitueni ca polizaharidele i polipeptide.

    Funciile biologice ale capsulei sunt urmtoarele: - funcia de protecie mpotriva fagocitelor la bacteriile patogene; - funcia de virulen; - funcia de protecie mpotriva desicaiei.

    2. Cilii sau flagelii sunt formaiuni filamentoase, cilindrice, lungi, subiri, situate la suprafaa celulei bacteriene i reprezint organite de micare ale acesteia. Prezena cililor este caracteristic numai speciilor de bacterii mobile, iar numrul acestora este variabil funcie de specie, de la unu pn la o sut.

    Dup modalitatea de inserie pe corpul bacteriei, cilii pot avea urmtoarele poziii (Fig. 40): monotrih, un cil la un singur pol (ex. Pseudomonas aeruginosa);

    Fig. 39 Capsula bacterian

  • 49

    amfitrich, cu cte un cil la ambii poli ai celulei (ex. Spirillum volutans); lofotrich, cu cili dispui la un pol sub form de mnunchi (ex. Escherichia coli); peritrich, cu cili dispui n jurul bacteriei (ex. Proteus vulgaris).

    Cilii sunt organite lungi de 16-18 m, cu diametrul de 0,01-0,02 m

    pe toat lungimea, de obicei ondulai. Implantarea lor se face n citoplasm printr-un corp bazal, situat ntre peretele celular i membrana citoplasmatic. La bacteriile Gram pozitive, corpusculul bazal este format din dou discuri (inele), angrenate mpreun sub forma butonilor de manet.

    Lungimea cililor depete pe cea a celulei, n mod excepional pn la de 10 ori. Cu ajutorul cililor, bacteriile se pot deplasa linear sau se pot rostogoli. Viteza de naintare este mare, parcurgnd ntr-o secund o distan de la 10 pn la 40 ori mai mare decat diametrul longitudinal al bacteriei.

    3. Aparatul fimbrial Fimbriile (lat. fimbra franjure) sunt formaiuni filamentoase scurte

    (1-20 m), prezente n numr mare (100-400) pe suprafaa bacteriilor imobile sau mobile. Ele au o poziie radial i nu servesc la micare, ci au rol de fixare pe diferite substraturi solide sau pe hematii, pe care le

    Fig. 40 Tipuri de ciliaie bacterian: (a) monotrich (Pseudomonas aeruginosa); (b)

    amfitrich (Spirillum volutans); (c) lofotrich (E. coli); (d) peritrich (Proteus vulgaris).

  • 50

    aglutineaz. Fimbriile (Fig. 41) sunt de natur intracelular, deoarece, dup ndeprtarea peretelui celular, rmn fixate pe protoplati.

    4. Pilii (Fig. 42) sunt apendici filamentoi, tubulari, flexibili, care au

    un canal prin care se face transferul cromozomului bacterian de la celula mascul (F+) la celula femel (F-). Mai sunt denumii i "pili de sex", iar procesul de transfer se numete conjugare bacterian.

    5. Spinii sunt formaiuni extraparietale tubulare i rigide, prezente la

    suprafaa unor bacterii Gram negative. Numrul lor variaz ntre 1 i 15 i au o distribuie ntmpltoare, perpendicular pe suprafaa celular. Prezint rol taxonomic.

    II. Peretele celular este invizibil sau foarte greu vizibil la microscopul

    fotonic i reprezint aproximativ 20% din greutatea uscat a celulei i 25% din volumul ei.

    Peretele celular are rol: de susinere mecanic; asigur individualitatea morfologic;

    Fig. 42 Pili de sex la E. coli

    Fig. 41 Aparat fimbrial

  • 51

    ofer protecie fa de ocul osmotic; particip la procesul de diviziune celular; conine receptori de virus; mediaz schimbul de substane cu mediu.

    Peretele celular este absent la genul Mycoplasma. Peretele celular (Fig. 43) reprezint o structur macromolecular,

    format dintr-un mucopeptid numit peptidoglican (murein) i substane care formeaz un matrix, n care este nglobat structura parietal bazal i prezint o compoziie chimic particular, n raport cu grupa de bacterii analizat.

    Coloraia Gram are o importan deosebit n taxonomia bacterian i a fost decoperit n 1844 de Hans Christian Gram. Aceast metod pornete de la observaia c unele bacterii, colorate cu derivai bazici din grupul trifenil metanului (violetul de geniana, violetul de metil, cristal violet) i mordansate cu iod, rezist la decolorarea cu anumii solveni organici (alcool sau aceton), n timp ce altele nu rezist. De aici, necesitatea recolorrii frotiului cu o culoare de contrast (fucsin, safranin), care s recoloreze bacteriile, care nu au reinut primul colorant.

    Coloraia Gram permite clasificarea bacteriilor n funcie de structura i compoziia chimic a peretelelui celular n dou mari categorii: Gram pozitive (G+, violet) i Gram negative (G-, rou). ntre cele dou categorii exist diferene mari de compoziie chimic i anume: Peptidoglicanul (mureina) este prezent la majoritatea bacteriilor, fiind de mai multe tipuri moleculare. Reprezint 60-90% din greutatea uscat a peretelui celular la bacteriile Gram pozitive, n timp ce la bacteriile Gram negative reprezint 10-20% i se afl n zona median a peretelui. Acizii teichoici (gr. teichos - perete) sunt foarte abundeni la bacteriile Gram pozitive i lipsesc la bacterille Gram negative. Aceti acizi sunt legai de straturile de peptidoglican sau de membrana citoplasmatic. Acizii lipoteichoici sunt ntlnii la bacteriile Gram pozitive, asociai la membrana citoplasmatic, dar se gsesc i n peretele celular. Acizii teichuronici sunt caracteristici bacteriilor Gram pozitive. Lipopolizaharidele caracterizeaz bacteriile Gram negative i sunt responsabile de primul control al permeabilitii celulare. Bacteriile Gram

  • 52

    negative sunt, n general, mai rezistente la inhibitori (peniciline, colorani) dect cele Gram pozitive. Lipoproteinele sunt ntlnite la bacteriile Gram negative sub forma unui strat lax, format din grupri lipidice i proteice. Sunt situate pe suprafaa superioar a peptidoglicanului. Fosfolipidele sunt tipice pentru bacteriile Gram negative. Acizii grai se gsesc sub forma unor lanuri lungi la nivelul peretelui celular la actinomicete i la bacteriile coryneforme.

    III. Structura intraparietal: 1. Membrana citoplasmatic, acoper citoplasma bacteriilor i o

    separ de faa intern a peretelui celular (Fig. 44). Are o grosime de 8-10 nm, este constituit din dou straturi fosfolipidice i reprezint 10-20% din greutatea uscat a celulei.

    Analiza chimic a membranei evideniaz trei tipuri de molecule: lipide (fosfolipide), proteine i glucide (polizaharide legate cu proteine glicoproteine sau lipide - glicolipide). Membrana citoplasmatic este o barier osmotic de permeabilitate, care regleaz ptrunderea n celul i eliminarea selectiv a diferitelor substane.

    Ea menine n celul o concentraie ridicat de macromolecule, molecule mici i chiar ioni, mpedicndu-le difuzarea n mediu, dei concentraia extracelular este mai mic. Conine permeazele care asigur

    Membran plasmatic

    PeptidoglicanAcid teichoic

    Acid lipoteichoic

    Bacterie Gram pozitiv

    Protein

    Fosfolipide

    Protein

    Lipoproteine

    Protein

    Porine

    Membran extern

    Lipopolizaharide

    Bacterie Gram negativ

    Peptidoglican

    Spaiu periplasmicMembran plasmatic

    Protein

    (a) (b)

    Fig. 43 Structura peretelui celular la bacterii: (a) Gram pozitive; (b) Gram negative.

  • 53

    transportul activ n interiorul celulei a unor substane organice polare din mediu.

    Membrana citoplasmatic are rol n creterea i diviziunea celular; la nivelul su ia natere semnalul care declaneaz iniierea replicrii cromozomului bacterian.

    n sfrit, membrana citoplasmatic este suportul enzimelor care particip la sinteza ATP (la eucariote aceste enzime se afl n mitocondrii).

    2. Mezozomii sunt formaiuni care deriv din membrana citoplasmatic sub forma unor invaginri, legate de ADN celular. Aceste organite celulare joac un rol important n diviziunea nucleului i n formarea septului, care separ cele dou celule fiice.

    La bacteriile purpurii, mezozomii conin pigmeni clorofilieni. La bacteriile fixatoare de azot, nitrogenaza, care este inhibat de O2, este protejat de mezozomi. Bacteriile nitrificatoare prezint numeroase invaginri ale membranei citoplasmatice care mresc suprafaa de schimb enzimatic.

    3. Citoplasma este un sistem coloidal, constituit din sruri minerale, compui solubili de natur lipoproteic, nucleoproteine, lipide i ap. Are un pH cuprins ntre 7 i 7,2.

    Citoplasma poate fi caracterizat ca un complex de stri fizice ntr-o continu transformare, n funcie de starea fiziologic i vrsta celulei.

    4. Ribozomii sunt formaiuni citoplasmatice, sferice. O celul bacterian conine, n medie, 18.000 ribozomi de tip 70 S, cu un diametru de 10-30 nm. Fiecare ribozom se disociaz n dou subuniti, 30 S i 50 S (Fig. 45). Fiecare subunitate 50 S este legat de

    Strat fosfolipidic

    Canalicul

    Glicolipde

    Protein

    Glicoproteine

    Fig. 44 Seciune prin membran

    +50S 30S 70S

    Fig. 45 Structura ribozomilor bacterieni

  • 54

    o subunitate 30 S prin intermediul legturilor ARN - protein i protein-protein. Ribozomii 70 S joac un rol precis n cursul traducerii lanurilor de ARN n proteine.

    Conin 50% ap, iar substana lor uscat se compune din circa 60% ARN (ARN ribozomal) i circa 30% proteine. O parte din ribozomi sunt liberi n citoplasm, iar ceilali sunt fixai de suprafaa intern a membranei citoplasmatice.

    5. Materialul nuclear ("nucleul") este constituit dintr-un cromozom format dintr-o bucl de ADN, aflat suspendat n citoplasm. Lungimea acestuia este mare, ajungnd la Escherichia coli la 1 mm, ceea ce implic o rsucire foarte accentuat. Din punct de vedere chimic, materialul nuclear conine 60% ADN, 30% ARN i 10% proteine.

    6. Plasmidele sunt considerate material genetic extracromozomial, fiind independente de nucleu.

    Plasmidele nu sunt indispensabile pentru viaa celular, dar pot aduce un avantaj selectiv. Ele poart informaia pentru degradarea unor substraturi i pentru rezistena la antibiotice.

    Replicarea plasmidelor se produce n dou momente diferite: atunci cnd celula se divide i atunci cnd se produce procesul de conjugare.

    Bacteriile pot conine mai multe plasmide. Escherichia coli, de exemplu, posed pe cromozom unul sau dou plasmide conjugate i 10-15 plasmide neconjugate.

    7. Vacuolele sunt formaiuni sferice, nconjurate la periferie de o membran lipoproteic, numit tonoplast, i care apar n citoplasm n faza de cretere activ a celulelor bacteriene. Numrul lor variaz ntre 6 i 20, iar n interiorul lor se gsete ap sau gaz (cianobacterii, bacterii fotosintetizante roii i verzi etc.). Cele cu ap au rol n meninerea presiunii osmotice n raport cu mediul extern i n depozitarea substanelor de rezerv, n timp ce vacuolele cu gaz au rol de flotaie sau rol protector (fa de intensitatea luminoas).

    8. Incluziunile sunt formaiuni inerte, care apar n citoplasm la sfritul periodei exponeniale de cretere a celulei. Ele pot fi formate din glicogen, amidon, carbonat de calciu i fosfat anorganic.

    9. Sporul bacterian este o formaiune care deriv din celula vegetativ a bacteriilor, n anumite condiii de via. Sporul este o form de conservare

  • 55

    a speciei la condiiile nefavorabile de mediu i concentreaz, ntr-un volum redus, toate componentele eseniale ale celulei din care provine. Bacteriile sporogene, cu excepia genului Desulfotomaculum (Gram variabil), sunt Gram pozitive, iar forma sporului poate fi sferic sau oval.

    Sporul apare ca o structur constant la bacteriile anaerobe, aparinnd genului Clostridium, n mod facultativ la bacteriile aerobe din genul Bacillus i foarte rar la coci (Sporosarcina ureae).

    Dispunerea sporului n celula vegetativ poate fi central (Bacillus anthracis), subterminal (Bacillus cereus), terminal (Clostridium tetani) sau lateral (Fig. 46).

    Dimensiunile sporilor variaz ntre 0,2 i 2 m, iar diametrul acestora

    poate fi mai mic (spor nedeformant sau bacteridie) sau mai mare (spor deformant sau clostridie) dect diametrul transversal al celulei n care se formeaz.

    Dup modul de formare, structur i rezisten la factorii de mediu, sporul bacterian poate fi de mai multe tipuri: Endosporul (sporul propriu-zis) apare n interiorul unei celule vegetative, numit "sporangiu", i prezint o mare rezisten la condiiile nefavorabile de mediu, n special la variaiile temperaturii. O celul vegetativ poate forma un singur endospor. Bacteriile susceptibile de a produce endospori aparin genurilor: Bacillus, Clostridium, Desulfatomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Thermoactinomyces. Artrosporii se formeaz prin fragmentarea unor celule vegetative. Au o form neregulat i o rezisten intermediar ntre cea a endosporului i celula vegetativ. Artrosporii sunt caracteristici bacteriilor actinomicete. Chitii sunt stadii de repaus sau supravieuire, formate ca rspuns la modificrile de mediu i provin din transformarea unei celule vegetative, prin ngroarea pereilor i acumularea de material de rezerv. Au o

    (a) (b) (c) (d)

    Fig. 46 Localizarea sporului bacterian: (a) central; (b) subterminal; (c) terminal; (d) lateral.

  • 56

    rezisten mai mic dect endosporul i nu sunt termorezisteni. (ex. Azotobacter sp.) Gonidia apare endocelular prin condensarea i fragmentarea protoplasmei unei celule vegetative, numit gonidangiu. n interiorul unei celule apar, de regul, mai multe gonidii, care sunt eliberate n mediu prin ruperea peretelui gonidangiului. Principala lor funcie privete capacitatea de reproducere, neavnd rezistena caracteristic sporului (ex. Leptothrix ochracea).

    Compoziia chimic a sporului. ntre forma vegetativ i forma sporulat a unei specii bacteriene exist deosebiri de ordin calitativ i cantitativ. Astfel, din punct de vedere cantitativ, sporii sunt bogai n Ca2+, Cu2+ i Mg2+ i sraci n P i n substane proteice. De asemenea, sporii au un coninut mai sczut n H2O i ARN, comparativ cu formele vegetative. n plus, sporii mai conin, n cortexul sporului, acidul dipicolinic sub form de dipicolinat de Ca.

    Compoziia chimic a sporului duce, implicit, la unele deosebiri n legtur cu rezistena sa fa de agenii fizici i chimici.

    Semnificaia biologic a sporului Sporul bacterian, prin rezistena sporit fa de factorii de mediu, are

    rolul de conservare a speciei. El concentreaz ntr-un volum redus toate componentele eseniale ale celulei, sporogeneza fcnd parte dintr-un ciclu vital obligatoriu.

    nsuirile de rezisten ale sporului pot fi sintetizate astfel: rezistena la temperatur, rezistena la uscciune, rezistena fa de factorii chimici. Metabolismul sporului este mult mai redus ca al celulei vegetative i nu permite multiplicarea.

    Citologia formrii sporului n interiorul celulei bacteriene, formarea sporului presupune crearea

    unei noi celule diferite de cea vegetativ, care se produce n mai multe faze (Fig. 47): Stadiul preparator viitorul nucleu al sporului ia natere prin detaarea unui segment din cromozomul bacterian, iar n jurul acestuia, ulterior, are loc condensarea citoplasmei; Stadiul depresor n care nucleul sporului, format i nconjurat cu un strat de citoplasm condensat, se separ de restul citoplasmei prin septul sporal; Stadiul apariiei nveliurilor sporale, tunica i cortexul sporului;

  • 57

    Stadiul de maturare const n migrarea sporului la locul definitiv n celula bacterian. n aceast etap are loc reducerea dimensiunilor sporale, dar i maturizarea sporului.

    Infrastructura sporului (Fig. 48) prezint urmtoarele componente:

    1. nveliul sporal extern (tunica) nconjoar cortexul i prezint o structur multistratificat, alctuit din trei straturi: extern (exina), mijlociu i interior (intina).

    2. Cortexul sporului 3. Celula sporal propriu-zis (protoplast

    sporal) este constituit din sporoplasm (citoplasm granular) i nucleoplasm (material nuclear).

    Unele specii bacteriene (Bacillus cereus, Bacillus anthracis) prezint, la exteriorul nveliului sporal, un exosporium cu structur simpl sau complex, care acoper sporul.

    2.4.3. Compoziia chimic a bacteriilor Compoziia chimic a celulei bacteriene nu difer prea mult de cea a

    celorlalte organisme vii. Ea conine cca.. 600 molecule diferite, organice i anorganice.

    ADN Perete celular Membran citoplasmatic

    Celul vegetativ Membran citoplasmatic

    Membran citoplasmatic

    ADNSpor liber

    Cortex nveli sporal

    nveli sporal nveli sporal n formareCortex

    Fig. 47 Procesul de sporogenez la bacterii

    Membrana sporoplasmei

    Exosporium

    Cortex

    nveli sporal

    Fig. 48 Structura sporului

    bacterian

  • 58

    Apa este mediul biogen esenial i reprezint 78 % din greutatea medie a celulei bacteriene. Se gsete sub form de ap liber sau legat de diferite componente celulare. Apa ndeplinete numeroase funcii: este solvent al compuilor hidrosolubili; este mediu de dispersie pentru constituenii chimici insolubili n ap; condiioneaz activitatea enzimelor; asigur transportul elementelor de metabolism.

    Srurile minerale reprezint 2-20 % din greutatea uscat a bacteriilor i sunt reprezentate de principalele elemente. Cel mai bine este reprezentat fosforul ( 45 %). Substanele minerale au rol n: reglarea presiunii osmotice; activeaz unele sisteme enzimatice; regleaz pH-ul; influeneaz permeabilitatea peretelui celular; intr n compoziia unor constitueni celulari.

    Acizii nucleici. ADN se gsete sub forma unei singure molecule circulare, dublu helicale. Reprezint 1/5 din coninutul celular. ARN reprezint cca. 17% din greutatea uscat a celulei bacteriene i se gsete localizat n citoplasm sub trei forme: ARN mitocondrial (ARNm), ARN transfer (ARNt) i ARN ribozomal (ARNr).

    Proteinele reprezint cca.. 60% din greutatea uscat a bacteriilor i se gsesc sub form de holoproteine i heteroproteine. Proteinele au rol structural, iar unele ndeplinesc funcia de enzime.

    Glucidele reprezint 4-25% din greutatea uscat a celulei bacteriene i se gsesc sub form de glucide simple (mono i dizaharide) i polizaharide.

    Glucidele simple particip la metabolismul bacterian, iar polizaharidele au rol structural, energetic sau de material de rezerv.

    Lipidele se gsesc n proporie de 1-20% din greutatea uscat a bacteriilor, iar aceast variaie este specific, depinznd de vrsta celulei i compoziia mediului de cultur. Lipidele se gsesc n membrana citoplasmatic i sub form de granule intracitoplasmatice.

    Pigmenii sunt substane colorate care se gsesc n citoplasma bacteriilor cromogene. Dup localizarea pigmenilor fa de celul, bacteriile se mpart n dou categorii:

  • 59

    bacterii cromopare, la care pigmentul este eliminat n mediul pe care l coloreaz (ex. Pseudomonas fluorescens); bacterii cromofore, la care pigmentul rmne localizat n celula bacterian (ex. Staphylococcus aureus).

    Pigmenii pot fi de mai multe tipuri, dup compoziia chimic: bacterioclorofite, pigmeni carotenoizi (roii, galbeni, portocalii), antocianici, pigmeni melanici (brun sau negru).

    Pigmenii pot avea rol n fotosintez, rol antibiotic, de protecie mpotriva radiaiilor luminoase i ultraviolete, rol de vitamine.

    Enzimele bacteriene constituie o grup de proteine cu importan biologic deosebit, de catalizatori ai celulei vii, fiind solubile n ap, termolabile, criolabile i sensibile la aciunea radiaiei ultraviolete.

    Dup substratul asupra cruia acioneaz, enzimele se clasific n: exoenzime, care sunt eliberate n mediul nconjurtor, acionnd asupra unui substrat din afara celulei; acestea sunt angrenate n procesele de catabolism; Endoenzime, care sunt secretate intracelular i particip la reaciile de sintez (anabolism).

    Dup viteza de aciune, enzimele pot fi de dou categorii: enzime constitutive, care sunt preexistente i care acioneaz rapid asupra unui substrat. Sunt sintetizate n tot cursul vieii bacteriei; enzime adaptive, care acioneaz lent, deoarece celula trebuie s se adapteze la substrat, apariia enzimelor fiind legat de mediu.

    2.4.4. Creterea i multiplicarea bacteriilor

    Ciclul de dezvoltare al bacteriilor se compune din dou faze: creterea

    i multiplicarea. Prin cretere se nelege procesul de neoformare, n condiii

    favorabile, n protoplasma bacteriei, a substanei de constituie. Aceast cretere se continu pn la atingerea unei limite, cnd survine diviziunea celular.

    Prin multiplicare se nelege sporirea numrului de indivizi, care se face prin diviziune celular.

    Diviziunea celular poate fi:

  • 60

    izomorf, cnd celulele fiice rezultate sunt egale; heteromorf, cnd celulele fiice rezultate nu sunt egale;

    n afara diviziunii celulare, multiplicare se mai poate realiza prin: fragmentarea coninutului celular n mai multe elemente; prin nmugurire.

    Evoluia unei culturi bacteriene. Studiile privind multiplicarea bacteriilor pe medii artificiale, au artat

    c acest proces se realizeaz n mai