microbiologie rom

of 83 /83
70 OBIECTIV ȘI ISTORIE DEFINITIA MICROBIOLOGIEI MICROBIOLOGIA (micros-mic, bios-viata, logos-vorbire) este stiinta care studiaza forma, structura (morfologia), genetica, procesele metabolice din organismele microscopice si submicroscopice. Microbiologia este o stiinta relativ tanara, care prezinta interes nu numai stiintific, ci si practic, pentru diferite domenii ale activitatii umane: medicina, agricultura, alimentatia, biotehnologia, etc. Fiind ea insasi o stiinta ce s-a putut dezvolta ca urmare a dezvoltarii tehnice si tehnologice, microbiologia a luat amploare abia in ultimele decenii ale acestui secol. Acumularile teoretice si practice din domeniile fizicii nucleare, ale biologiei celulare si moleculare, ale tehnicilor informationale, au condus la imbunatatirea logisticii microbiologiei si, implicit, la dezvoltarea rapida a microbiologiei ca stiinta de mare amplitudine. In unele ramuri industriale, microbiologia formeaza cvasitotalitatea proceselor tehnologice. Se pot exemplifica astfel industriile fermentative si a antibioticelor, statiile de epurare a dejectiilor, s.a., domenii in care cunoasterea fiziologiei si a metabolismului microorganismelor permite dirijarea corecta a proceselor tehnologice in vederea obtinerii unor produse utile vietii si activitatii umane, de calitate superioara si cu randamente ridicate. Principalele ramuri subordonate ale microbiologiei, cu statut aparte si avand preocupari specifice, sunt: bacteriologia - se ocupa cu studiul bacteriilor; micologia - se ocupa cu studiul ciupercilor microscopice si macroscopice; protozoologia - se ocupa cu studiul protozoarelor; virologia - se ocupa cu studiul virusurilor; parazitologia - se ocupa cu studiul parazitismului si organismelor parazite; algologia - se ocupa cu studiul organismelor acvatice simple, numite alge. La aceste discipline microbiologice trebuie adaugate si domeniile aplicative ale microbiologiei: imunologia - studiaza sistemul mecanismelor de aparare al organismelor, care le protejeaza fata de o eventuala infectie si/sau de orice substanta straina care patrunde in interiorul lor. microbiologia sanatatii publice si epidemiologice - are ca scop monitorizarea si controlul raspandirii bolilor in comunitati; microbiologia alimentelor si a apei - examineaza rolul pozitiv sau negativ al microorganismelor in alimente si apa; microbiologia solului - studiaza interrelatia dintre microorganism, sol si plante, rolul microorganismelor in fertilitatea solului si in circuitul elementelor biogene in natura; microbiologia agricola - studiaza relatia dintre microorganisme si recolte, in

Author: yabanciosama

Post on 28-Oct-2015

112 views

Category:

Documents


2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Microbiologie

TRANSCRIPT

  • 70

    OBIECTIV I ISTORIE

    DEFINITIA MICROBIOLOGIEI

    MICROBIOLOGIA (micros-mic, bios-viata, logos-vorbire) este stiinta carestudiaza forma, structura (morfologia), genetica, procesele metabolice dinorganismele microscopice si submicroscopice.

    Microbiologia este o stiinta relativ tanara, care prezinta interes nu numaistiintific, ci si practic, pentru diferite domenii ale activitatii umane: medicina,agricultura, alimentatia, biotehnologia, etc.

    Fiind ea insasi o stiinta ce s-a putut dezvolta ca urmare a dezvoltarii tehnicesi tehnologice, microbiologia a luat amploare abia in ultimele decenii ale acestuisecol. Acumularile teoretice si practice din domeniile fizicii nucleare, ale biologieicelulare si moleculare, ale tehnicilor informationale, au condus la imbunatatirealogisticii microbiologiei si, implicit, la dezvoltarea rapida a microbiologiei ca stiintade mare amplitudine.

    In unele ramuri industriale, microbiologia formeaza cvasitotalitateaproceselor tehnologice. Se pot exemplifica astfel industriile fermentative si a antibioticelor, statiile de epurare a dejectiilor, s.a., domenii in care cunoasterea fiziologiei si a metabolismului microorganismelor permite dirijarea corecta a proceselortehnologice in vederea obtinerii unor produse utile vietii si activitatii umane, decalitate superioara si cu randamente ridicate.

    Principalele ramuri subordonate ale microbiologiei, cu statut aparte si avandpreocupari specifice, sunt:

    bacteriologia - se ocupa cu studiul bacteriilor; micologia - se ocupa cu studiul ciupercilor microscopice si macroscopice; protozoologia - se ocupa cu studiul protozoarelor; virologia - se ocupa cu studiul virusurilor; parazitologia - se ocupa cu studiul parazitismului si organismelor parazite; algologia - se ocupa cu studiul organismelor acvatice simple, numite alge.La aceste discipline microbiologice trebuie adaugate si domeniile aplicative

    ale microbiologiei: imunologia - studiaza sistemul mecanismelor de aparare al organismelor, care le protejeaza fata de o eventuala infectie si/sau de orice substanta straina care patrunde in interiorul lor. microbiologia sanatatii publice si epidemiologice - are ca scopmonitorizarea si controlul raspandirii bolilor in comunitati; microbiologia alimentelor si a apei - examineaza rolul pozitiv sau negativ almicroorganismelor in alimente si apa; microbiologia solului - studiaza interrelatia dintre microorganism, sol siplante, rolul microorganismelor in fertilitatea solului si in circuitul elementelorbiogene in natura; microbiologia agricola - studiaza relatia dintre microorganisme si recolte, in

  • 70

    scopul cresterii productiei si calitatii acestora; microbiologia petrolului - studiaza rolul microorganismelor in genezazacamintelor de petrol; microbiologia mediului - studiaza microorganismele prezente in sol, apa siaer, ocupandu-se de solutionarea problemelor practice din domeniul sanitar; biotehnologia - include orice proces prin care oamenii utilizeazamicroorganisme sau procese biologice pentru obtinerea unui produs dorit; microbiologia industriala - utilizeaza microorganisme pentru a producecantitati mari de produsi utili ca: vitamine, aminoacizi, enzime, medicamente; ingineria genetica - implica tehnici care in mod deliberat modifica fondulgenetic al organismelor pentru a induce obtinerea de noi combinatii genice.Reprezinta cel mai dinamic domeniu al microbiologiei moderne.

    Microbiologia medical uman i veterinar i a patologiei plantelor- rela iile microorganismelor patogene- organisme gazd, supravie uirea i condi iile transmiterii n natur, influen a factorilor de mediu, mecanismele moleculare de ac iune mpotriva lor i reac ia gazdelor fa de agresiune.

    Desprinderea microbiologiei n ramuri diferite: Microbiologia solului, Microbiologia acvatic, Geomicrobiologie, Microbiologia medicala fiecare cu tehnici speciale, concepte i terminologii proprii-determin un caracter autonom al acestor domenii interconectate dou tipuri de demersuri:1. autecologic=rela ia dintr-un microorganism(individ) i gazda sa (mediul su);

    2. sinecologic= rela iile dintre microorganisme (comunitate biologic) i un anumit mediu:

    Microbiologia mediului (Jannasch, 1984)-studiu integrat al rela iilor biologice dintr-un habitat comun i interac iunile ce apar cu alte organisme i mediul nconjurtor.

    n prezent microbiologia ecosistemelor naturale (sol, ap, aer) se extinde i asupra zonelor expuse activit ilor perturbatoare umane (agricultura intens, poluarea apelor, etc).

    Particularit i ale domeniului: biodiversitate imens imposibilitatea reproducerii n laborator caracterul interdisciplinar tehnici i aparatur explorarea unor medii extreme implicarea societ ii umane

    Rolul microoganismelor n func ionarea ecosistemelor are o importan esen ial-3 nivele diferite

    1. Activitate la nivel individual2. Activitate la nivel de ecosistem3. Activitate la nivel global

  • 70

    SCURTA ISTORIE A MICROBIOLOGIEIIstoria microbiologiei ar putea fi stucturata in patru etape, si anume:1. Perioada de individualizare ipotetica a factorului determinant al bolilor, inspecial umane;2. Etapa cunoasterii nemijlocite a microorganismelor;3. Perioada de sintetizare si de corelare a cunostintelor stiintifice in domeniulmicrobiologiei;4. Etapa contemporana, de interconectare a microbiologiei cu alte stiinte, inscopul ridicarii valorii sale socio-umane.Aspecte importante ale istoriei microbiologiei.Descoperirea instumentului optic numit microscop, a ervolutionat vasta si

    diversa lumea a microorganismelor fara de care nu ar fi putut fi cunoscuta. ANTONIE VAN LEEWENHOEK (1632-1723) este cel care a descoperitlumea invizibila a microorganismelor, fiind primul care le-a observat prin marire cuajutorul microscopului simplu, cu o singura lentila, de constructie personala.

    Pe baza desenelor detaliate ale "animalculelor" (animale foarte mici,mobile) observate pe preparate provenind din diferite medii - apa de ploaie, tartruldentar si apele din canalele de scurgere - acestea au fost ulterior identificate cafiind reprezentanti ai bacteriilor,drojdiilor si protozoarelor. Astfel, Leewenhoek aatras atentia asupra microorganismelor, fara sa le acorde statutul unor organismeaparte.

    ROBERT HOOKE, in urma studiilor realizate la microscop, descoperea in1665 celula, marcand astfel inceputul unei teorii celulare, consolidate ulterior dealti savanti.

    MATTHIAS SHLEIDEN si THEODOR SCHWANN, in urma cercetarilor,stabilesc clar teoria conform careia toate organismele, deci si microorganismele,sunt alcatuite din celule. Studiile ulterioare privind structura si functiile celulelor auavut la baza aceasta teorie celulara, constituind una din cele mai importantegeneralizari ale Biologiei.

    LAZZARO SPALLANZANI (1729-1799) cunoscand indeaproapemicroscopul, se ocupa de teoria " generatiei spontane", subiect controversat inacea vreme. Se credea cu toata convingerea ca "dintr-o substanta organica indescompunere se pot naste spontan organisme vii". Aceasta teorie era cunoscutade pe vremea lui Aristotel si a fost admisa fara obiectii, deoarece asa sustineamarele Aristotel.

    In anul 1665, biologul florentin FRANCESCO REDI (1626 - 1697) lanseazaprimele critici timide in legatura cu teoria anterior amintita, lansand aforismul"omne vivum a vivo" (tot ce e viu vine din ceva viu).

    Un secol mai tarziu (1765), Spallanzani aduce argumente si combate teorialui Aristotel, care avea sa domine totusi pana in 1861, cand Louis Pasteur oinlatura definitv printr-o sintagma ramasa celebra: "si microbii trebuie sa aibaparinti".

    Epoca pasteuriana-responsabil de demonstrarea faptului c mediul extern = sursa de microorganisme cu atribu ii n :

  • 70

    a. Transformrile fermentative ale substan elor organice (microorganisme specifice i strine);

    b. Patologice-particularit ile biologice ale microorganismelor patogene i modificarea propriet ilor esen iale (virulen a, patogenitatea,

    muta iile). Ex . - reducerea nitra ilor Schonbein 1868 ;- nitrificarea Schloesing&Mntz.

    LOUIS PASTEUR (1822 - 1895), chimist, biolog si imunolog francez, unuldintre intemeietorii stiintelor microbiologice, este cel care a infiintat primelelaboratoare de cercetare, fiind considerat geniul microbiologiei. Pasteur ademonstrat ca fermentatiile, considerate anterior procese pur chimice, suntprocese biologice determinate de actiunea microorganismelor, in specialanaerobe. El dovedeste ca fermentatia este "un act corelativ unui proces vital", osursa de energie necesara dezvoltarii germenilor, si ca "o fermentatie determinataare fermentul sau determinant". Realizarea faptului ca drojdiile joaca un rol crucialin fermentatii a reprezentat primul concept care asocia activitatea unuimicroorganism cu modificarile fizico-chimice ale materiei organice. Extinzandcercetarile sale asupra fermentatiilor, a pus in evidenta natura infectioasa a unorboli ale vinului si ale berii. Pentru impiedicarea alterarii vinului si berii, Pasteur aimaginat procedeul incalzirii blande - pasteurizarea - aplicat ulterior si laptelui siutilizat ca procedeu de sterilizare si in domeniul medical. Au fost puse astfelbazele tehnicilor aseptice care constituie in prezent standardele de laborator.Pasteur stabileste principiul specificitatii microbiene, punand bazele teorieibolilor infectioase si demonstrand ca acestea sunt rezultatul patrunderii inorganism a unor agenti patogeni: intre activitatea unui agent patogen siparticularitatile pe care le determina exista o anumita specificitate. Pasteurevidentiaza principiul vaccinarii si stabileste bazele stiintifice ale preparariivaccinurilor. A demonstrat pentru prima data ca agentii patogeni, chiar cei maipericulosi, pot fi modificati pentru a fi folositi ca vaccinuri. El a numit vaccinuriculturile avirulente utilizate pentru inocularea preventiva ce stimuleaza imunitateaorganismului fata de tulpina microbiana virulenta.

    Incununarea operei sale a fost descoperirea vaccinarii antirabice,aplicata pentru prima data la om in 1885.

    ROBERT KOCH (1843-1916), savant german contemporan cu Pasteur, aavut de asemenea un rol deosebit in dezvoltarea microbiologiei medicale, prindescoperirea unor numerosi agenti patologici raspunzatori de numeroase boli laom si animale, cum ar fi tuberculoza, holera etc. El a elaborat o serie importantade tehnici de izolare, utilizand mediile de cultura solidificate (cu gelatina) pe carecresterea microorganismelor se face sub forma de colonii izolate. Cum o coloniemicrobiana reprezinta descendenta unei singure celule parentale, insamantarea eiulterioara intr-un mediu steril genereaza o cultura de celule din aceeasi specie sautulpina. Descoperirea acestei posibilitati de a obtine culturi pure a constituit unprogres care a stat la baza Microbiologiei moderne, deoarece a oferit un mijlocsimplu si sigur de izolare a bacteriilor, in vedera studierii biologiei lor, a identificariisi incadrarii lor sistematice. Koch a utilizat tehnici de colorare pentru preparatelemicroscopice (frotiuri) si in 1882 a identificat bacilul care-i poarta numele (B.K.),

  • 70

    agentul patogen al tuberculozei. In 1905, Koch este recompensat cu premiul Nobelpentru fiziologie si medicina.

    HANSEN (1842- 1909) deschide calea Microbiologiei industriale moderne,prin utilizarea culturilor pure de microorganisme ca starteri de fermentatie.

    I. MECINIKOV (1845-1946), lucrand la Institutul Pasteur din Paris, aevidentiat procesul de fagocitoza, demonstrand pentru prima data rolul leucocitelordin sange in reactiile de aparare ale organismului fata de agentii patogeni, prininglobarea si distrugerea acestora.

    P. EHRICH (1854-1915) este creatorul teoriei moderne a dezinfectiei sichimioterapiei selective, sintetizand primele substante chimice active in terapiabolilor produse de spirochete si protozoare. Lucrarile sale au deschis calea spreera substantelor chimioterapice.

    S. WINOGRADSKI (1856-1953), intemeietorul Microbiologiei solului, adescris procesul de asimilare la organismele chimiosintetizante si fenomenul defixare al azotului atmosferic de catre microorganisme. A elaborat metode specialepentru cercetarea activitatii microorganismelor din sol.

    A. FLEMING (1881-1955) deschide prin lucrarile sale era antibioticelor, deo mare importanta in medicina si biologie. In 1929 el observa ca unele culturi alemucegaiului Penicillium elaboreaza o substanta antimicrobiana specifica:penicilina. Acest prim antibiotic a fost mai tarziu purificat de Florey si Chain(1940), care au oferit terapeuticii infectioase un produs stabil, atoxic pentru om sianimal, activ in vivo asupra unor specii de micoorganisme.WAKSMAN in 1944 descopera streptomicina, antibiotic elaborat de multespecii de actinomicete si deschide calea pentru obtinerea de noi antibiotice.TWORT si D'HERELLE (1915-1917) au avut un rol deosebit in evolutiaconceptelor fundamentale de bacteriologie si virologie prin descoperireabacterofagilor (virusuri care paraziteaza bacteriile) si a fenomenului de lizogenie.

    A. LWOFF a adus contributii deosebite la definirea virusurilor, dupa 1953.El a analizat relatia dintre fag si bacterie, precum si fenomenul de lizogeniesugerand interventia unui mecanism similar in patogenia cancerului. Este laureatal premiului Nobel pentru biologie.Agentii infectiosi subvirali au fost izolati in 1971 de DIENER, care ademonstrat ca moleculele de ARN nude, numite viroizi, pot determina efectepatogene la plante.

    PRUSINER, in 1981-1984, a demonstrat ca moleculele de proteine, numiteprioni, pot fi infectioase pentru om si animale.

    In Romania, doi savanti de renume mondial, VICTOR BABES si IOANCANTACUZINO au contribuit la fondarea Microbiologiei moderne.

    VICTOR BABES (1854-1926) a lucrat in laboratorul lui Pasteur, iar maitarziu in laboratorul lui Koch. De formatie anatomo-patolog, si-a insusit tehnicilemicrobiologice si a orientat investigatia medicala spre studiul actiunii reciprocemicroorganism-gazda. A colaborat cu A.V. Cornil la primul Tratat de Bacteriologiedin lume aparut la Paris in 1885. A descoperit noi specii microbiene, a pus inevidenta corpusculii Babes-Negri in celulele nervoase ale indivizilor morti deturbare si corpusculii Babes-Ernst in bacilii difterici. In cercetarile sale asupraantagonismului bacterian a anticipat descoperirea antibioticelor; a studiat

  • 70

    numeroase boli infectioase. Este creatorul Institutului "Victor Babes" din Bucurestisi organizatorul primelor laboratoare de igiena si bacteriologie.

    IOAN CANTACUZINO (1863-1936), format in laboratorul condus deMecinikov la Institutul Pasteur din Paris, a continuat cercetarile maestrului sauprivind imunitatea nevertebratelor. A studiat patogenia holerei, tuberculozei si aaltor boli, vaccinul si vaccinarea antiholerica . A creat Scoala contemporana demicrobiologie, initial in laboratorul de medicina experimentala al Facultatii deMedicina din Bucuresti, apoi in Institutul de Cercetari Microbiologice pe care l-afondat in 1921.

    Opera acestor doi mari savanti romani a fost continuata de alti savanti dereputatie internationala: Constantin Levaditi, Dumitru Combiescu, ConstantinIonescu-Mihaiesti, Stefan Nicolau, Mihai Ciuca, Gheorghe Zarnea si altii.In perioada de dupa 1910, din totalul premiilor Nobel pentru medicina sifiziologie, peste o treime au fost acordate microbiologilor si specialistilor indiscipline inrudite.

    Microbiologia continua sa progreseze in fiecare an cu ajutorul anoi tehnici si noi date furnizate de cercetare.

    Microorganismele sunt organisme unicelulare care cuprind dup Robert Whittaker a un sistem de organizare format din cinci regnuri de baza:

    1. Procaryotae (Monera);2. Protista;3. Fungi;4. Plantae;5. Animalia.

    Constituirea acestor regnuri se bazeaza pe: tipul si structura celulara, organizarea si tipul de nutritie. Regnul Procaryotae - include organisme unicelulare de tip procariot. El cuprinde bacteriile si are doua subgrupe principale: eubacterii - bacterii cu structura celulara procariota caracteristica si archaebacterii - bacterii cu structura celulara si functii atipice. Regnul Protista - contine cea mai mare parte a microorganismelor eucariote unicelulare care sunt lipsite de tesuturi. El cuprinde alge microscopice care se caracterizeaza prin celule fotosintetizante si protozoare care sunt lipsite de perete celular si se hranesc pe seama altor organisme prin ingestie. Regnul Fungi - cuprinde organisme uni- sau multicelulare si uni- sau multinucleate, de tip eucariot. Celulele eucariote prezinta perete celular, nu sunt fotosintetizante si isi dobandesc nutrientii prin absortie. El cupinde microfungi (mucagaiuri si drojdii) si macrofungi. Regnurile Plantae si Animalia nu includ microorganisme, fiind reprezentate de organisme macroscopice, multicelulare. Plantele sunt alcatuite din celule eucariote cu perete celular si sunt fotosintetizante. Celulele animalelor sunt lipsite de perete celular, iar tipul de nutritie pentru acest regn este nutritia ingestiva. Este important de retinut ca virusurile nu sunt incluse in nici o clasificare, ca o recunoastere a caracterului lor de agenti infectiosi care nu au echivalent in lumea vie. Taxonomia se ocupa cu studiul clasificarii, nomenclaturii si identificarii organismelor vii.

  • 70

    Microorganismele difer n mod fundamental unele de altele, fiind ncadrate n 3 regnuri: protista, procariotae i vira. Regnul Protista cuprinde microorganisme a cror celule sunt evoluate, de tip eucariot, cu nucleu i organite celulare nespecifice cum sunt reticolul endoplasmatic, ergastoplasma etc.

    Figura 1 Celula de tip eucariot

    Algele sunt microorganisme acvatice, fotosintetizante, de la dimensiuni microscopice pna la forme gigante, pluricelulare, filamentoase. Ele nu prezint interes medical propriu-zis, cu excepia agar-agarului din care se obine agarul, polizaharid care servete la prepararea mediilor de cultur solide.

    Mycetele sau ciupercile microscopice sunt grupate n 4 clase. Din cele 12.000 de specii, doar 100 sunt de interes medical.

    Figura 2 Mycetele

    Protozoarele sunt microorganisme unicelulare eucariote, evoluate structural i n general mobile, asemnnndu-se cu celulele animale. Cele de interes medical se ncadreaz n 4 clase: flagelata, rhizopoda, sporozoa i ciliata.

    are toate caracterele celulelor evoluatenucleuorganite celulare comunenu are perete celularse divide prin direct sau prin mitoza

  • 70

    Figura 3 - ProtozoareleRegnul Procariote cuprinde microorganisme a cror celule sunt primitive, de tip procariot, lipsite de nucleu adevrat i de organite celulare nespecifice, dar cu un nveli suplimentar numit perete celular.

    nu au nucleu adevrat ci un cromozom haploid format dintr-o molecul circular de ADN

    lipsite de organite celulare comune cu excepia ribozomilor au perete celular rigid Se divid direct

    Figura 3 Celula de tip procariot Archaebacteriile sunt lipsite de interes pentru medicin. Ele sunt bacterii termofile,

    productoare de metan. Eubacteriile cuprind un numr foarte mare de bacterii, dintre care cele de interes

    medical sunt: bacteriile clasice - cu forme variate i cu perete celular, chlamydiile - bacterii cu parazitism intracelular obligatoriu i care prezint un mecanism de multiplicare unic n lumea bacteriilor, rickettsiile - bacterii cu habitat intracelular (cu o excepie), dar cu diviziune direct, ntlnit la majoritatea bacteriilor, micoplasmele - bacterii crora le lipsete n mod natural peretele celular.

    nu au nucleu adevrat ci un cromozom haploid format dintr-o molecul circular de ADNlipsite de organite celulare comune cu excepia ribozomilorau perete celular rigidSe divid direct

  • 70

    n prezent sunt incluse n eubacterii i cyanobacteriile sau algele albastre, care sunt microorganisme acvatice.

    Regnul Vira cuprinde entiti infecioase de natur subcelular care sunt virusurile i viroizii.

    Virusurile se deosebesc fundamental de formele celulare de via. Ele sunt formate dintr-un singur acid nucleic (ADN sau ARN), nvelit de o capsid proteic i sunt parazite obligatoriu intracelulare. Virusurile sunt particule inerte n stare extracelular dar, dup ce ptrund ntr-o celul vie, deviaz metabolismul acesteia n scopul propriei replicri. Viroizii au o structur i mai simpl, fiind alctuii doar dintr-un acid nucleic cu GM mic. Unii dintre ei produc boli transmisibile la plante. Virusurile i viroizii alctuiesc mpreun regnul VIRA, avnd urmtoarele particularit i:

    Entiti infecioase acelulare cu parazitism obligatoriu intracelular Acid nucleic (ADN sau ARN) i un nveli proteic capsida. Uneori au un nveli

    suplimentar anvelop. Inerte n afara celulei gazd Paraziteaz celula la nivel genetic, deviaz metabolismul acesteia n scopul

    propriei replicri

    Figura 4 Structura virusurilorPrionii sunt entiti infecioase de dimensiuni foarte mici (5nm), de natur

    proteic. Pn n prezent exist relativ puine date referitoare la aceti ageni, dar se presupune c ei ar constitui cauza unor boli degenerative ale SNC, cum sunt bolile Jacob-Creutzfeld, Kuru, scrapia oilor etc.

    .

    entiti infecioase acelulare cu parazitism obligatoriu intracelular

    un singur acid nucleic (ADN sau ARN)

    Inerte n afara celulei gazdparaziteaz celula la nivel genetic,

    deviaz metabolismul acesteia n scopul propriei replicri

  • 70

    MORFOLOGIA MICROORGANISMELOR

    n acest capitol sunt prezentate notiuni despre forma si structura celulei microorganismelor, virusurilor , viroiziilor si prionilor, bacteriofagilor si ciupercilor.

    DEFINITIIMicroorganismele constituie un sistem complex de organisme acelulare

    i celulare, inzestrate cu un metabolism propriu si continuitate genetica, diferite camorfologie, activitate biologica si pozitie sistematica. Cu toate acestea, tuturormicroorganismelor le sunt comune cateva caracteristici: dimensiunilemicroscopice, organizarea lor monocelular si pluricelular, precum si structuraintern relativ simpl.

    In categoria microorganismelor sunt incluse:1. virusurile acelulare;2. bacteriile, drojdiile monocelulare;3. mucegaiurile, algele microscopice si protozoarele monocelulare sipluricelulare.

    STRUCTURA CELULEI MICROORGANISMELORUnitatea morfologica i functionala fundamentala a materiei vii o constituie

    celula. Se cunosc dou tipuri de celule: procariote si eucariote.Celula procariota este mai simpl ca organizare, fiind fr nucleu, avand

    ADN dispersat in citoplasma, nedelimitat de membrana, sub forma de moleculemari de ADN spiralat sau sferic. Acest tip de celula este caracteristic bacteriilor,algelor albastre.

    Tipul mai evoluat, numit eucariot, intalnit la celulele constitutive aleplantelor, ale animalelor si ale unor microorganisme mucegaiuri, drojdii secaracterizeaz prin nucleu individualizat prevazut cu membrana, care delimiteazaastfel citoplasma. In acest tip de celule, ADN-ul se afla in nucleu, unde alaturi deproteine formeaza cromozomii corpusculi ce se formeaza in timpul diviziuniicelulare si care contin informatia ereditara specifica.

    Celula*, avand forme si dimensiuni diferite, este alcatuita din treicomponente principale: citoplasma, nucleu si membrana celulara, constituindprotoplastul. Ea este inconjurata de un perete celular, format din polizaharuri,hipo- si glicoproteine, avand rol protector fata de influentele exterioare celulei, caredelimiteaza celulele intre ele si participa, alaturi de membrana citoplasmatica ladiviziunea celulara. La unele microorganisme, peretele celular este acoperit de ocapsula, de cili** sau de flageli** si de pili (fimbrii).*celula: lat. celulla- camaruta; vacuus gol**cili, flageli organe de locomotie

    Citoplasma este un sistem coloidal complex, macro si micromolecular,alcatuit structural din citoplasma fundamentala si din organite. In compozitia eiintra ioni de substante anorganice si compusi organici, alcatuind, de fapt, materiavie.

    Citoplasma fundamental reprezinta partea nestructurata a citoplasmei sieste transparenta, elastica, in continua miscare si transformare, majoritatea

  • 70

    reactiilor biochimice din celula avand loc la nivelul acestui complex coloidal.Organitele reprezinta sisteme structurale subcelulare bine definite ca

    structura, forma, specializate in activitati intra si extracelulare. Exista douacategorii de organite: comune intalnite in toate celulele organismelor vii,indiferent de origine, reprezentate prin reticulul endoplasmatic, ribozomii (granulelelui Palade*), complexul Golgi, mitocondriile, lizozomii si centrozomul si organitecu rol specific unor anumite celule specializate sub aspect fiziologic, biologic.*George Emil Palade savant roman, laureat al premiului Nobelpentru medicina, descoperitorul formatiunilor mitocondrialecitoplasmatice si a rolului acestora in celula.

    In citoplasma mai pot fi gasite si incluziunile celulare, formatiuni bineconturate, cu sau fara membrana, cu functii temporare compuse din picaturi degrasime, granule de proteine sau glicogen, alte substante dizolvate in apa,reprezentand substante de rezerva si vacuolele , continand substante sub formade solutii hidrice.

    Reticulul endoplasmatic este o retea canelara ce brazdeaza citoplasmamultidirectional, considerat ca un sistem circulator celular deoarece are rolultransportorului de produsi celulari. Datorita reticulului endoplasmatic suprafata deschimb celular intre substantele citoplasmatice si spatiul intercelular se mareste,imbunatatindu-se astfel calitatea si randamentul acestui schimb. Totodata, reticululendoplasmatic poate sintetiza proteine, lipide si hormoni pe care celula le secretain lichidul intercelular.

    Ribozomii sunt forme granulare sferice in care are loc sinteza proteinelor, fiindconstituite din ARN si proteine.

    Lizozomii sunt organite sferice continand enzime digestive, avand rolul aparariicelulelor contra altor microorganisme prin digerarea (liza) acestora.

    Complexul Golgi reprezinta formatiuni membranoase sub forma de pacheteasezate in teancuri, amplasate in apropierea nucleului, avand rolul sintetizarii unorsubstante celulare specifice si de transfer al acestora prin reticulul endoplasmaticin spatiul intracelular.

    Mitocondriile sunt corpusculi sferici sau ovoidali, granulari, ce contin sistemeenzimatice care participa la transformarile energetice din celula, deci care producenergie celulara.

    Centrozomul este un constituent celular (organit) care intervine indirect indiviziunea celulara, vizibil la microscopul electronic in vecinatatea nucleului, cudeosebire in timpul diviziunii. Impreuna cu masa citoplasmatica din jurul sauformeaza asa-numita centrosfera. In timpul diviziunii, in jurul centrosferei secontureaza filamente citoplasmatice radiale denumite aster. Centrozomul lipsestedin celulele in care nu are loc diviziunea celulara.In interiorul celulelor mai pot fi intalnite organite cu forme variabile pigmentatediferit, cunoscute sub denumirea de cromoplaste, cloroplaste, s.a., avand culorispecifice, cu deosebire in schimburile energetice si in reactiile redox si de schimbionic intra si extracelulare.

    Nucleul este o formatiune protoplasmatica a celulei cu o organizaresuperioara, continand proteine si acizi nucleici (ADN, ARN), fiind responsabil detransmiterea caracterelor ereditare, in diviziunea celulara si in metabolismul

  • 70

    celular. Nucleul este bine individualizat in celulele eucariote de o membrana dublustratificata, avand pori care permit schimbul de substante intre citoplasma sinucleu si se afla de obicei asezat in centrul celulei, fara ca aceasta sa reprezinte o18regula generala. Majoritatea celulelor au un singur nucleu, dar exista si celulepolinucleare in structuri biologice superioare.

    Nucleul se compune din: nucleol, carioplasma (suc nuclear) simembrana nucleara.Nucleolul este o formatiune structurala din interiorul nucleului in compozitia caruiaintra ARN si ADN, rolul sau fiind acela de formare a ARN-ului pe care-l transfera incitoplasma, transmitand acesteia informatia genetica continuta in ADN sicromozomi.Carioplasma*, sub aspect compozitional, este citoplasma continand in pluscromatina ** formata din acizi nucleici legati de proteine filamentoase, constituindsubstratul material al cromozomilor - si linina (acromatina)**.*grec. haryon fara nucleu**grec. a fara. Chroma- culoare; parti din nucleu care reactioneazasau nu la coloranti bazici caracteristici pentru cromozomi W.Fleming, 1879Membrana nucleara este formata din trei straturi membranoase stratificate,traversate de pori prin care are loc schimbul de substante intre nucleu sicitoplasma.

    Membrana celulara (plasmatica) este un invelis extern ce are o structuratrilaminara ca si membrana nucleara, structura care face ca ea sa aiba opermeabilitate selectiva fata de substante si determina o anumita sarcina electrica(stratul exterior are sarcina electrica pozitiva, iar cel din interiorul celulei esteelectronegativ) care imprima membranei celulare un potential electric demembrana si o anumita polaritate.

    Potentialul electric de membrana este mentinut de ionii de sodiu (Na+) sipotasiu (K+) repartizati neuniform in ambele parti ale membranei (cei de potasiu segasesc preponderent pe partea interna a membranei, iar cei de sodiu sunt innumar mai mare in lichidul intercelular, dar sarcina stratului interior al membranei,din cauza unor anioni in exces, isi mentine sarcina electrica negativa).

    Membrana devine un sistem bine organizat, care pe de o parte separacelula de mediul sau, iar pe de alta, prin caracteristicile de membranaultraselectiva, asigura legatura cu acesta, precum si desfasurarea normala afunctiunilor ei fiziologice in mediul in care se dezvolta. Permeabilitatea membraneipentru ionii de sodiu creste de peste 500 de ori, devenind preponderenta celei aionilor de potasiu. Se produce astfel o inversiune a sarcinilor electrice ale celordoua straturi intern si extern ale membranei celulare, cunoscuta subdenumirea de depolarizare, stare ce permite schimbul material si energetic intrecelula si exterior prin deplasarea unor compusi ionici chiar impotriva gradientuluide concentratie. Mecanismul transportului ionic-imaginativ, asemanator pompariilichidelor, se face prin consum.

  • 70

    BACTERIOLOGIE

    FORME DE EXISTEN ALE BACTERIILORAcest capitol cuprinde:

    definitia, morfologia, structurile externe ale bacteriilor; sporogeneza bacteriilor; fiziologia, biochimia si metabolismul bacterian; elemente si notiuni introductive de genetica bacteriana

    Bacteriile sunt microorganisme unicelulare de tip procariot care sereproduc asexuat prin diviziune directa (sciziune). Ritmul de diviziune este de 10 12 minute. Ele sunt organisme rspndite in natura, oriunde exista conditii minimede viata.

    In functie de modul de procurare al substantelor nutritive, bacteriile suntautotrofe cele care isi pot sintetiza din surse anorganice metabolitii esentiali siheterotrofe acelea care triesc pe seama unor gazde vii de la care isi procurasubstantele necesare. Majoritatea bacteriilor patogene ce produc imbolnaviri suntheterotrofe.

    MORFOLOGIA BACTERIILORMorfologia propriu-zis a bacteriilor se refer la: forma celulei, dispozi ia

    spatial sau forma de existen , dimensiunile i afinitatea tinctoriala.Principalele forme celulare ale bacteriilor sunt: sferica, cilindrica si curba

    - spiralata. cocii sunt bacterii rotunde, aezate n grmezi (genul Staphylococcus), ovalare,

    aezate n lanuri (genul Streptococcus), lanceolate, dispuse n diplo ca dou flcri de lumnare, (specia Streptococcus pneumoniae) i reniforme dispuse ca dou boabe de cafea ce se privesc fa n fa (genul Neisseria) cu de 0,8 - 1;

    bacilii sunt bacterii cu form alungit de bastona cu dimensiuni ntre 1,5 - 10. cocobacilii sunt forme intermediare ntre coci i bacili (Yersinia pestis, Bordetella

    pertussis, Haemophilus influenzae); vibrionii sunt bacterii ncurbate n form de virgul (Vibrio cholerae); spirilii sunt bacterii spiralate cu 1-2 spire rigide (Spirillum volutans); spirochetele sunt bacterii spiralate cu corpul flexibil i 12-20 de spire (Treponema

    pallidum), foarte multe spire strnse (Leptospira) sau 2-3 spire (Borrelia): actinomicetele sunt bacterii foarte asemntoare fungilor i formeaz filamente sau hife lungi i ramificate care se rup, rezultnd forme bacilare (Actinomyces).

    Forma sferica se refer la coci. Daca celulele formate prin diviziune sesepara si raman independente se numesc micrococcus; cand cocii sunt grupa iperechi sunt denumiti diplococcus; daca ei sunt dispusi in lant se numescstreptococcus; dispunerea pe doua planuri perpendiculare a cocilor aredenumirea de tetrade, iar structura de ciorchine (grupuri neregulate) estedenumita staphylococcus.

    Forma cilindric alungita, de bastona poate exista in doua forme sianume: vegetativ care reprezinta starea de viata activa a celulei cu toate

  • 70

    funciile normale, si sporulat forma de rezistenta, de autoconservare, pana seindeplinesc conditiile normale de transformare a sporului in forma vegetativa.

    Figura 1 Forma i dimensiunile bacteriilor

    Sporul este o forma iune endocelulara (in interiorul celulei) care se formeaza pentru prezervarea celulei un timp mai indelungat. Bacteriile izolateasporulate (nesporulate) sunt denumite bacterium, iar cele sporulate senumesc bacillus. Ambele tipuri de bacterii pot fi dispuse spatial in lant, caz in carese numesc streptobacterii in palisada (ca scandurile gardului), dar mai pot fi sialte aranjamente spatiale.

    Bacteriile spiralate au corpul format dintr-o jumatate de spira ca semnulvirgulei si se numesc vibrioni (vibrio), sau din mai multe spire spirochete(spirochet) nedeformabile ex: genul Leptospira si deformabile ex: genulBorrelia.

    In afara acestor 3 forme majore de bacterii, mai exista si unele mai rarintalnite in special la germenii saprofiti: forma patrata, elipsoidala denumirea fiindcea de cocobacil, fusiforma, etc.

  • 70

    Figura 2 Aezarea cocilorDimensiunea diametrului cocilor variaza intre 1 5 micrometri, iar bacilii au

    lungimea de 0,5 10 micrometri si diametrul ntre 0,3 si 0,5 micrometri, eiputandu-se clasifica in: scurti, in lungime medie de 2 micrometri si lungi, la carelungimea este de aproximativ 10 micrometri.

    STRUCTURI EXTERNE ALE BACTERIILOR (Structura extraparietal)

    Unele bacterii au la exteriorul peretelui celular o structur complex, carefavorizeaz aderenta acestora la alte structuri sau mobilitatea celulelor.

    Figura 3 Structura celulei bacteriene

  • 70

    STRUCTURI CELULARE OBLIGATORII

    Peretele celular este o component celular obligatorie care nconjoar membrana citoplasmatic, peretele celular este o structur rigid, specific bacteriilor.

    Figura 4 Structura peretelui celular

    Acesta este format dintr-un strat bazal sau peptidoglican, asemntor la toate

    bacteriile i un strat al structurilor superficiale, foarte difereniat, n funcie de care bacteriile manifest caractere tinctoriale diferite: bacterii Gram - pozitive, Gram - negative i acido-alcoolorezistente.

    Peptidoglicanul sau mureina este structura chimic responsabil de rigiditatea peretelui celular i care asigur forma i rezistena mecanic a bacteriei. Prezent la toate bacteriile, el const dintr-un schelet, format din molecule lungi paralele polizaharidice de N-acetil-glucozamin i acid N-acetil-muramic. Moleculele de acid N-acetil-muramic din lanurile vecine sunt legate ntre ele prin puni polipeptidice, transversale.

    La bacteriile Gram - pozitive, peptidoglicanul are o grosime de 15-30 nm i conine pn la 200 de lanuri paralele de murein.

    Stratul structurilor speciale este redus i alctuit din polimeri hidrosolubili care sunt acizii theicoici. Ei reprezint antigenele de supafa ale bacteriilor gram-pozitive.

    Peretele celular al bacteriilor gram-pozitive este sensibil la aciunea lizozimului care rupe legturile dintre acidul N-acetil muramic i N-acetilglucozamin.

    La bacteriile Gram-negative, peptidoglicanul are o grosime de 4-5nm. Stratul superficial este ns mult mai complex dect la bacteriile gram - pozitive fiind alctuit dintr-o membran extern, lipoproteine i lipopolizaharidul de perete.

  • 70

    Figura 5 Structura peptidoglicanului

    Membrana extern este format dintr-un strat dublu fosfolipoproteic ce cuprinde o cantitate foarte mare de molecule proteice. Membrana extern se leag de protoplast prin intermediul unei lipoproteine din membrana extern.

    Deasupra membranei externe a bacililor Gram-negativi se afl lipopolizaharidul de perete (LPZ) sau endotoxina bacililor Gram-negativi. Aceasta este alctuit din: lipidul A care are o structur particular, fiind format din uniti dizaharidice de

    glucozamin, legate de beta-hidroxiacizi grai cu 10-16 atomi de carbon fixai direct de membrana extern,

    miezul sau core, numit i antigen R, comun tuturor bacteriilor gram negative, uniti monozaharidice repetitive (15-40) care sunt specifice de specie i tip i

    constituie antigenul O al bacteriilor gram-negative.LPZ este o toxin termolabil, care se elibereaz n mediul nconjurtor de ctre

    bacteriile gram-negative numai dup liza lor i foarte reactiv n organismul gazd. Astfel, lipidul A produce febr, activeaz mecanismele aprrii antiinfecioase i n exces produce ocul endotoxic cu evoluie grav, chiar fatal.

    Spaiul periplasmic. Sistemul structural dublu al peretelui celular la bacteriile gram-negative creeaz un compartiment ce se ntinde de la membrana celular pn la membrana extern, numit spaiu periplasmic. El conine peptidoglicanul i un gel care favorizeaz nutriia bacteriei prin coninutul n enzime degradative ca, de pild, fosfataze, nucleaze, proteaze etc. Tot aici sunt prezente enzimele de inactivare ale unor antibiotice cum sunt beta-lactamazele i cefalosporinazele.

    Bacteriile acido-alcoolorezistente de interes medical sunt bacilul tuberculos i bacilul leprei. Peretele celular se aseamn cu cel al bacteriilor gram-pozitive, dar structurile speciale conin acid micolic i o cear, ce confer acestor bacterii caractere

  • 70

    tinctoriale deosebite i rezisten crescut la factorii de mediu. Acestea se coloreaz la cald prin tehnica Ziehl-Neelsen.

    Funciile peretelui celular: asigur forma, rezistena mecanic i osmotic a bacteriei; regleaz traficul molecular de perete n ambele sensuri este sediul antigenelor de suprafa este sediul unor factori de patogenitate; are rol n diviziunea bacterian i n procesul de sporulare.

    Membrana citoplasmatic

    Figura 6 Structura membranei citoplasmatice

    Este o membran fin (6,5-7nm), elastic, lipsit de rezisten mecanic. Pe seciune apare trilaminat, fiind alctuit din dou straturi fosfolipidice dispuse cu prile hidrofobe fa n fa. Printre moleculele fosfolipidice se gsesc molecule proteice, situate fie la nivelul unuia dintre cele dou straturi fosfolipidice, fie le traverseaz fiind expuse la ambele fee ale membranei.

    Mezozomii. Sunt structuri membranare care se formeaz prin invaginarea membranei citoplasmatice sub form de buzunar, prezente la bacteriile gram - pozitive i ocazional la cele gram - negative. Ei sunt n contact direct cu materialul nuclear fiind implicai n diviziunea cromozomului.

    Funciile membranei citoplasmatice: este o membran cu permeabilitate selectiv, ndeplinind funcia de barier osmotic

    ce regleaz schimburile celulei bacteriene, n ambele sensuri cu mediul nconjurtor. secret enzime hidrolitice n mediul nconjurtor unde scindeaz substratul nutritiv n

    uniti absorbabile, ndeplinete rolul mitocondriilor de la celulele eucariote, fiind centrul energogenezei

    celulare, este sediul sintezei acizilor grai, a fosfolipidelor,

  • 70

    este implicat n sinteza peretelui celular, al polizaharidelor capsulare, participnd activ la creterea i diviziunea celulei bacteriene i la formarea sporului bacterian.

    STRUCTURILE EXTERNE CONSIDERATE STRUCTURI FACULTATIVE sunt capsula, flagelii i pilii, aflati in afara inveli ului bacterian.

    Capsula, stratul ce acoper celula, este de natura mucopoliglucidica saumucoproteica. Stratul mucilaginos care poate ajunge la grosimi de 2 micrometriimprima bacteriilor proprietati de aderenta si rezistenta la factori chimici si fizici(antibiotice si lipsa de apa). Capsula reprezinta uneori, din cauza rezistentei la agentii fizico-chimici si biologici, un factor de patogenitate si de specificitate antigenica.

    Capsula este un nveli compact, intim legat de celula bacterian, vizibil pe preparatele uzuale sub forma unui halou clar ce nconjoar bacteria.

    Din punct de vedere chimic, capsula tuturor bacteriilor de interes medical este de natur polizaharidic (Streptococcus pneuomoniae, Klebsiella etc.) cu excepia capsulei bacilului crbunos care este polipeptidic.

    Capsula are rol n rezistena bacteriilor fa de fagocitoz, fiind astfel un factor de virulen. Variantele necapsulate ale acelorai specii sunt nepatogene. De exemplu, Streptococcus pneumonie, de tip S, capsulat, produce la oarecele alb de laborator o septicemie mortal, pe cnd varinata necapsulat nu este patogen.

    Capsula este o structur cu proprieti antigenice specifice (antigenele K) care permit diferenierea unor serotipuri n cadrul speciei.

    Microcapsula este o structur discret cu o grosime sub 0,2m care nu se evideniaz la microscopul optic, ci numai prin metode imunologice sau electronomicroscopice (Neisseria gonorrhoeae). Ea constituie un factor de virulen.

    Stratul mucos, glicocalixul este un strat amorf i vscos ce nvelete bacteria. El este format din lanuri lungi de polizaharide, cum sunt levanii i dextranii, cu rol major n adezivitatea bacteriilor de suprafee. Astfel, de pild, Streptococcus mutans produce cantiti mari de dextran i levan prin intermediul crora se ataeaz de suprafaa diniilor contribuind la formarea cariilor i a plcii dentare.

    Funciile capsulei: este un factor de aderen i colonizare a bacteriile pe suprafee; protejeaz bacteriile de diferii ageni antibacterieni din mediu cum sunt:

    bacteriofagii, colicinele, complementul, lizozimul sau alte enzime bacteriolitice; protejeaz bacteriile de aciunea fagocitelor, fiind deci un factor de virulen; reprezint sediul antigenelor capsulare, importante n identificarea acestor bacterii.

    Cilii sau flagelii bacterieniSunt apendici filamentoi ai speciilor bacteriene mobile, cu originea n citoplasma

    bacterian, i servesc ca organe de locomoie. Ei sunt prezeni mai ales la bacili. Dispoziia i numrul cililor sunt caracteristice speciei. S-au descris bacterii atriche (fr cili), monotriche - cu un cil polar (Vibro cholerae), lofotriche - cu un smoc de cili situat la unul din polii bacteriei - (Pseudomonas fluorescens), amfitriche - cu cilii situai la ambii poli ai bacteriei (la genul Spirillum) i peritriche - cu cilii dispui pe ntreaga suprafa a bacteriei (Salmonella, E. coli, Proteus etc.).

  • 70

    Figura 7 Cilii bacterieni

    Pilii bacterieniNumeroase specii bacteriene gram-negative au pe suprafaa lor lor nite apendici filamentoi, rigizi, mai scuri dect flagelii, n numr mare (100-500/celul) i cu dispoziie n general peritrich. Ei se evideniaz numai prin microscopie electronic.Din punct de vedere funcional, pilii se mpart n: sex pili codificai plasmidic i care au rol n transferul de material genetic ntre

    bacterii. Sunt prezeni mai ales la bacteriile gram-negative (Enterobacteriaceae, Pseudomonas),

    pili comuni sau pili de aderen (fimbrii), n numr mare, codificai cromozomial, i care servesc bacteriilor la fixarea ferm de mediul de cultur sau de celulele pe care se afl. Ei constituie, deci, un factor important de virulen. n afar de aderen, pilii comuni mai au i proprieti antifagocitare.

    Flagelii sunt formatiuni filamentoase prezente la unele bacterii, denumite mobile,ca organe de locomotie. Unele bacterii au un singur flagel sau un manunchi deflageli polarizat la un capat al celulei, la altele flagelii sunt amplasati pe intreagasuprafata a celulei in numar foarte mare (de ordinul 100 si 1000), iar lungimea lorpoate atinge si 20 de micrometri, caz in care sunt cunoscuti sub numele de cili.Cel mai adesea nu exist simultan cili si flageli.

    Ca structura, flagelii sunt alcatuiti dintr-o proteina specifica, cu structurhelicoidal denumit flagelin. Ca urmare a structurii helicoidale i a specificitatii,flagelina este contractil, fixndu-se n spatiul periplasmic cu ajutorul unorformatiuni denumite crlig i discuri.

    Flagelii se pot roti cu 40-60 de rotatii pe secunda in ambele sensuri derotire (dreapta, stanga), imprimand datorita structurii helicoidale o miscare dedeplasare a celulei bacteriene cu viteze de 2 pana la 100 de ori mai mare calungimea celulei intr-o singura secunda (spre comparare, campionul mondial la100 m plat este de numai 5-6 ori mai rapid in raport cu inaltimea sa). Celulelemobile cu un singur flagel sunt numite monotriche, cele cu doi flageli, amfitriche,multiflagelate polare, lofotriche, iar ciliatele peritriche.

    Pilii sunt structuri proteice care acopera complet suprafata bacteriilor; pilii

  • 70

    comuni, au rol de aderenta bacteriana; altii sunt implicati in conjugarea bacterianapermitand trecerea materialului genetic de la o bacterie la alta, fiind cunoscuti capili sexuali (Factor F).

    Pilii comuni numiti si fimbrii, sunt apendici filamentari rigizi, ce nufolosesc la deplasare, cu lungimi de aproximativ 1 micrometru si diametrul decirca 3 nanometri; sunt compusi dintr-un singur tip de proteina cu molecula informa de filament helicoidal. Pe acesti pili exista receptori ce recunosc numaianumite structuri din organism si, prin aceasta, intervin in patogenitate, avandspecificitate imuno-patogenica.

  • 70

    FIZIOLOGIA, BIOCHIMIA SI METABOLISMUL BACTERIAN

    Bacteriile se caracterizeaza printr-o mare complexitate metabolica sicapacitate de adaptare, fiind raspandite peste tot in natura datorita posibilitatilorde a-si schimba metabolismul in functie de conditiile in care se gasesc, iar dacaacestea lipsesc, ele construiesc forme rezistente ce le asigura o viata latentachiar si pentru perioade masurate in sute de ani.

    Pentru a intelege fiziologia si metabolismul bacterian, in cele ce urmeazava fi discutata compozitia chimica si rolul compusilor chimici in fiziologiabacteriana.Compoziia chimic a bacteriilor

    Dupa cum se stie, toate vietuitoarele, deci si bacteriile, contin in celula apa,proteine, glucide, lipide, minerale, enzime, vitamine si alte substantespecifice.

    Apa reprezint 70-80% din masa celulara si se gaseste sub doua forme:apa libera si apa legata de compusii moleculari ai celulei bacteriene. Eaconstituie un mediu propice dispersarii componentelor celulare si participa lareactiile biochimice din metabolismul bacterian. Metabolismul schimbul desubstante chimice dintre celule si mediu - nu poate avea loc decat in solutiiadevarate sau coloidale. Continutul de apa al celulelor permite reglarea presiuniiosmotice celulare si utilizarea substantelor chimice la nivel atomic si molecularprin dilutii, disocieri si polarizari. Prezenta apei in celula imprima acesteiamobilitatea structurala, schimbarea formei si elasticitatea necesara adaptarii lamedii diferite. ntre formele vegetativ si sporulat exist diferen e ale con inutuluide apa, cu deosebire a apei libere, sporii avnd doar 15-20% apa sub forma deap legata.

    Proteinele participa cu o pondere de 30-80% in masa uscata a celuleibacteriene, la structura careia participa mai mult de 23 aminoacizi, dintre care uniispecifici doar bacteriilor, cum sunt: Diaminopimelic, Aminopimelic, Theicoic,sau izomerii seriei D ai Alaninei si Acidului glutamic. Proteinele se gasescsub forma de aminoacizi, peptide simple sau polipeptide sau participa ca proteinecomplexe (heteroproteine).

    Heteroproteinele prezinta cea mai mare importanta pentru fiziologiacelulara bacteriana datorita posibilitatii acestora de a realiza multiple combinatiibiochimice complexe in functie de necesitatile fiziologice. Se vor intalni astfelcombinatii binare sau polinomiale glucido-lipido-polipeptidice cum suntmucoproteinele, cromoproteinele, acizii nucleici, enzimele, s.a.

    Rolul proteinelor in celula bacteriana este ,de asemenea, complex sivizeaza atat constructia celulara propriu-zisa (rol plastic), cat si transmitereacaracterelor genetice( energetic, antigenic, patogenic, enzimatic) etc.

    Enzimele sunt derivati proteici avand rol biocatalitic; se formeaza incelulele bacterie influentand desfasurarea reactiilor intracelulare (de exemplumitocondriale) si extracelulare (cu rol antigenic, patogenic) sau ectocelulare(avand rol in permeabilitatea selectiva). Avand o specificitate de substrat, de grupsi sterica, enzimele din zestrea celulei bacteriene cca. 2000 fac parte din toateclasele de enzime*: oxidoreductaze, hidrolaze, transferaze, liaze, izomeraze,

  • 70

    ligaze.Enzimele pot aparea in fiziologia si metabolismul bacteriilor prin inductie,

    ele numindu-se enzime inductive, existand numai la comanda si in prezentainductorilor specifici sau ca o zestre celulara, acestea fiind cunoscute sub numelede enzime constitutive.

    Glucidele reprezint 15-20% din masa substantei uscate a bacteriilor, incompozitia acesteia fiind cuprinse toate tipurile de glucide: omogene sauneomogene, simple si complexe. Ele sunt foarte importante pentru bacteriileanaerobe pentru care constituie singura sursa de nutritie. Rolul glucidelor in celulabacteriana este plurivalent si anume: energetic, structural, antigenic, patogenicsau de rezistenta celulara, etc. Este evident ca ele prezinta importanta capitala casursa de energie si ca substanta plastica ce intra in constitutia cvasitotalitara atuturor partilor morfologice celulare. O caracteristic specifica bacteriilor Gram-pozitiveeste prezenta complexului poliglucidic neomogen mureina.

    Lipidele din bacterii variaza in limite foarte largi in raport cu speciamicroorganismelor, dar si cu conditiile de mediu (metaboliti, substrat etc.) saustadiul de maturitate. In general, continutul de lipide este de 2-14% din substantauscata celulara, dar unele mycobacterii (Mycobacterium tuberculosis Koch)au simai mult(30%).

    Lipidele bacterine sunt omogene (acizi grasi, gliceride, ceruri)si complexe (fosfolipide, lipoproteine, lipogliceni, etc.). Ceea ce-i specificbacteriilor este prezenta in celulele lor, in peretele mycobacteriilor, a acizilor grasimicoici (ac. Tuberculostearic , ac. Dicolipenic , ac. Micocerosic ) componenti aicerurilor. Pentru bacterii este caracteristica lipsa steridelor (esteri ai alcoolilorpoliciclici numiti steroli). Totusi in Azobacter chroococcum, fixator de azot, s-a gasitun sterol (Schifferd, Anderson, 1936) cu structura neprecizata.

    Rolul lipidelor este divers, dar functiile energetice si de permeabilitate par afi preponderente in fiziologia celulara bacteriana. Lipidele complexe, cum suntfosfatidele, contin elemente structurale atat hidrofile, cat si lipofile, astfel casolutiile lor apoase, de natura coloidala, joaca un rol important in reglareapermeabilitatii celulare. Fosfatidele pot absorbi glucide si protide, care pot fieliberate dupa nevoie, prin desorbtie. In acest fel, ele pot functiona si catransportori de substante in celulele bacteriene, iar alaturi de acizii ribonucleici aurol in biosinteza proteinelor.

    Continutul de substante minerale reprezinta 3-30% din substanta uscata abacteriilor, acesta variind in functie de specie si de varsta. Rolul substantelorminerale rezida in primul rand din faptul ca formarea compusilor la nivel molecularse face sub forma unor complecsi ce contin obligatoriu elemente minerale subforma ionica. Acestia (de ex. Ca, Mg) intra in structurile celulare, deci au rolplastic, ori activeaza sistemele enzimatice (citocromoxidazele cu fier), participa laformarea si transformarile acizilor nucleici (fosforul), regleaza presiunea osmoticacelulara si permeabilitatea celulara (sodiul, potasiul, sulful), precum si potentialulde oxido-reducere la nivelul celular, etc.

    Oligo si microelementele minerale, caracterizate prin reactivitate chimica ori labilitate electronica ridicate, sunt prezente frecvent in celulele bacteriene (de ex. K, Na, Fe, Ca, Mg, S, Cu s.a.).

  • 70

    Pentru organismul uman, bacteriile sunt o bogata sursa de vitamine, deoarece ele sunt capabile sa sintetizeze aceasta categorie de substante, cu deosebire vitaminele hidrosolubile din grupul B. Astfel, vitamina B1 (tiamina) este sintetizata de bacterii in oxidarile intracelulare si metabolismul glucidelor, ca de altfel si vitaminele B2 (riboflavina) si B3 (vitamina PP), vitamina B4 (adenina) ce particip in calitate de cofactor in reactiile nucleatidelor.

    Acidul folic (vitamina B9) este cunoscut ca un factor de crestere pentru maimulte specii de bacterii (B.subtilis, Lactobacillus sp. etc.) fiind cofactor necesarbiosintezei compusilor purinici. Cresterea unor microorganisme bacteriene, ca deexemplu Lactobacillus lactis Dorner, nu ar fi posibila fara prezenta vitaminei B12(ciancobalamina). Vitamina H, acidul para amino benzoic, este denumit sivitamina vietii bacteriilor, deoarece reprezinta pentru acestea un metabolit primarabsolut necesar vietii si inmultirii lor ,fiind si un factor de crestere.

    n functie de specie, bacteriile pot sintetiza pigmenti, ce se intalnesc incelul (bacterii cromofore), legati endocelular de perete, ca in cazul stafilococilor(bacterii paracromofore) sau la exteriorul celulei bacteriene, ca la Pseudomonas,bacteriile din aceasta grupa fiind numite cromopare.

    Pigmentii pot fi sintetizati pentru un anumit scop (de protectie, ca deexemplu carotenoizii, pentru functia de coenzima in sistemele transmitatoare deelectroni si de fosforilare oxidativa, de structura, pentru elementele functionale alemitocondriilor*, ca factor de crestere pentru unele bacterii) sau pot rezulta dinprocesele catabolice.* mitos fir; chondros graunte; mitocondrie organit subcelular incare se regaseste sediul fosfonilarii oxidative, absenta la procariote

    Bacteriile mai pot avea o serie de substante cu rol bactericid saubacteriostatic asupra altor specii sau chiar impotriva propriei specii (substantepurtand numele de bacteriocine).

    METABOLISMUL BACTERIAN

    Metabolismul reprezinta totalitatea proceselor biochimice intracelulare princare substratul nutritiv este transformat in energie si compusi celulari.

    Metabolismul bacterian este de doua tipuri si anume metabolismenergetic, prin care se asigura respiratia bacteriana in reactii catabolice dedegradare cu eliberare de energie si metabolism de sinteza care asigur, prinreactii anabolice si catabolice, sinteza componentelor celulei bacteriene.

    Sursele de energie ale metabolismului energetic pot fi lumina in cazulbacteriilor fotosintetizante si reactiile biochimice de oxido-reducere la bacteriilechimio-sintetizante.

    Energia poate fi eliberata prin procese de oxidare aeroba, in careintervine oxigenul ce se fixeaza pe substrat si anaeroba, prin procesul depierdere a hidrogenului, in absenta oxigenului, care este , de asemenea, unfenomen de oxidare in care se pierd unul sau mai multi electroni (sau sarcinielectrice negative) ce sunt acceptati de alta substanta. In ambele situatii se poatediscuta despre o respiratie bacteriana oxibiotica (aeroba) si anoxobiotica(anaeroba). Interventia directa a oxigenului in respiratia aeroba elibereaza din

  • 70

    substrat o cantitate insemnata de energie (de exemplu, prin oxidarea completa aglucozei de catre bacterii aerobe se obtin in final aproximativ 100 calorii/mol).

    Germenii anaerobi isi procura energia necesara activitatii lor metabolice prinprocese fermentative, in absenta oxigenului, mai ales pe seama glucidelor. Inacest caz eliberarea de energie este mai mica, iar descompunerea glucozei seopreste la stadiul de acid piruvic, alcooli sau acid lactic, cantitatea de energie fiindde aproximativ 50 ml/mol. Descompunerea anaeroba a glucozei are loc intr-unproces de fermentatie in care intervin compusii macroenergici* (superenergetici) aifosforului (ADP, ATP, DNP etc), proces ce decurge in 11 etape succesive (dupaMezerhof-Emden) ce vor fi abordate la microbiologia speciala.* makros mare; ergos - actiune

    Bacteriile folosesc pentru respiratia lor cantitati diferite de oxidanti, astfelca, in functie de potentialul lor de redox**, ele pot fi clasificate in: strict aerobe cuprinzand bacteriile care folosesc ca sursa energetica O2, motiv pentru caredispun de toate enzimele lantului respirator, catalaza si perozidaza (M.tuberculosis); strict anaerobe ce nu supravietuiesc in prezenta oxigenului,folosesc enzime de tip nicotinic si flavinic si nu au peroxidaza si catalaza; aerobe ce traiesc la un potential redox mai mic, au cantitati mici de peroxidaza si se potadapta ambelor tipuri de respiratie; acest tip de respiratie este adoptat demajoritatea bacteriilor; anaerobe microaerofile - care contin in cantitati micicatalaze si suporta unitati reduse de oxigen molecular.** potentialul de oxido-reducere este diferenta de potential dintre unelectrod inatacabil (platina, aur, carbune) si un sistem de oxidoreducere care elibereaza electroni.

    Metabolismul de sinteza reprezinta totalitatea proceselor metabolice cuconsum de energie care duc la sinteza unor produse necesare cresterii simultiplicarii bacteriilor. In functie de modul de procurare a acestor substante, pot fideosebite 3 tipuri de bacterii: autotrofe* - care isi procura carbonul si aportul dinsubstante anorganice (CO2, NH3-, NO3-); heterotrofe* - la care sursele de C si Nprovin din surse organice i isi pot sintetiza singure metabolitii esentiali; paratrofe*- ce se dezvolta doar intracelular si nu isi pot sintetiza singure metabolitii esentiali.*gr. autos insusi; trephein a hrani; heteros altul; para alaturi.

    CRESTEREA, MULTIPLICAREA SI MOARTEA BACTERIILOR

    Bacteriile sunt niste fiinte vii si, astfel, ele cresc, se inmultesc si mor. Acestproces complex nu se refera numai la indivizi, ci si la populatia bacteriana intotalitate. In primul caz biologia cresterii si dezvoltarii este dirijata ereditar, in cel deal doilea aceste fenomene depind cu precadere de conditiile de mediu.

    Creterea individului bacterian se caracterizeaza prin adaugarea deprotoplasma, ca rezultanta a fenomenelor predominant anabolice in raport cu celecatabolice si are ca efect o crestere a suprafetei si a volumului sau. Intre acestedoua caractere exista un raport strans corelat cu etapa de dezvoltare in care seafla bacteria: pe masura ce bacteria creste, se mareste si volumul sau, in timp cesuprafata sa devine proportional mai mica (ipoteza Leuckart Spencer). Candacest raport creste in favoarea volumului, celula bacteriana tinde sa se divida, sa

  • 70

    se multiplice. Cum aparatul nuclear este activ mai ales in momentul diviziuniicelulei, volumul bacteriei creste semnificativ in perioada in care aparatul nucleareste in repaus.

    Raportul volum/suprafata al bacteriei se schimba in favoareasuprafetei odata ce diviziunea a luat sfarsit, dupa care se pregateste un nou ciclude crestere.

    Multiplicarea bacteriilor inseamna cresterea numarului de indivizi intr-unmediu de viata favorabil si se realizeaza prin diviziune. Populatia care rezulta prindiviziunea bacteriilor creste in progresie geometrica cu ratia 2, timpul necesarpentru dublarea populaiei numindu-se timp de dublare sau timp de generatie. Inraport cu specia bacteriana, multiplicarea atinge un maximum de populatie care sepoate mentine o perioada oarecare dupa care incepe declinul ei. Multiplicarea sepetrece in faze succesive. Acestea sunt:

    faza de lag* sau faza de ajustare, ce se caracterizeaza prin diminuareanumarului de indivizi care constituie inoculul, prin cresterea dimensiunilorgermenilor viabili.*engl. Lag intarziere, captusire

    Este o faza de acomodare a germenilor la noile conditii de viata. Durata de lageste, in general, apreciata pentru bacterii la aproximativ 2 ore, dar ea este infunctie de specia bacteriana, cantitatea initiala de inocul si conditiile de mediu. Deexemplu, bacteriile termofile si Escherichia coli au o faza de lag scurta (15-20minute), in timp ce Mycobacterium are una mai lunga. In faza de lag cantitatea deN-total, P-organic, ARN si O2 consumat cresc.

    faza logaritmica (exponentiala) de multiplicare este o faza de crestererapida, in progresie geometrica, a bacteriilor si se caracterizeaza printr-o serie demanifestari cunoscute sub numele de tinerete fiziologica"; microorganismele suntmai permeabile si mai sensibile la factorii de mediu. Faza dureaza in medie 2-3ore (M. tuberculosis). Curba de multiplicare evolueaza exponential pana inmomentul in care una din substantele nutritive din mediu este consumata, iar inmediu se acumuleaza metaboliti toxici. Metabolitii consumati si produsi in mediuse numesc factori limitanti. In timpul acestei faze caracterele morfologice alebacteriilor se omogenizeaza, activitatea si echipamentul enzimatic sunt mai binedezvoltate, proprietatile biochimice si de metabolism se manifesta la parametriioptimi, rezistenta germenilor la agentii fizici, chimici si biologici devinecaracteristica speciei.

    faza stationara caracterizata prin faptul ca raportul dintre germenii carese divid si cei care mor ramane relativ constant, astfel incat numarul bacteriilor sestabilizeaza. Faza de stationare este denumita si faza de concentratie M,deoarece in aceasta etap popula ia bacterian atinge un maximum in cultur .

    faza de declin (faza de moarte logaritmica) este etapa in care numarulgermenilor morti intrece numarul germenilor vii, deoarece consumarea substratuluinutritiv si acumularea de metaboliti toxici duc la moartea majoritatii bacteriilor, iartimpul de generatie creste la cateve zile; celulele vii imbatranesc, nu-si maipastreaza caracteristicile, speciile patogene isi pierd patogenitatea si virulenta. Inaceasta faza apar tendintele de sporulare. Ea nu este valabila in cazul culturilorbacteriene continue, caracterizate prin reinnoirea continua a substratului nutritiv si

  • 70

    prin recoltarea de asemena continua a germenilor in faza exponentiala. Culturilecontinue se fac in scopuri productive i prezint o deosebita importanta industriala,biotehnologica in domenii de activitate de mare importanta economica si sociala.In fapt, cultura bacteriana este rezultatul inmultirii, cresterii numarului degermeni, intr-un mediu favorabil formandu-se o populatie avand caractereasemanatoare. Aspectul culturii bacteriene depinde de specia, varsta indivizilorprecum si de mediul de cultura.

    Mediile de cultura bacteriana pot fi: artificiale,create in scopul asigurarii tuturor conditiilor pentru dezvoltarea si multiplicareaindivizilor si naturale (vii), avand provenienta animala (ou embrionat, animale deexperienta, tesuturi animale, culturi celulare, sange etc.) si vegetala (culturicelulare, meristeme, parti din plante s.a.). Culturile bacteriene pot fi studiate invitro pe medii de cultura artificiale sau in vivo direct pe mediile naturale, maiales pentru germenii patogeni.

    Culturile bacteriene se dezvolta pe medii artificiale lichide si solide. Primeledetermina aparitia dupa o perioada de 18-20 ore a unei turbiditati (tulbureli) cepoate fi omogena, datorata germenilor de varsta tanara, cu vigoare ridicata caredisperseaza uniform si rapid in mediu, denumita culturi S (smooth netede) sauneomogena, cu grade de turbiditate diferite si uneori chiar limpezi dar cu depuneripe vasele de cultura sau valuri de suprafata, purtand denumirea de culturi R(rough rugoase).

    Culturile de medii solide sunt obtinute prin insamantarea germenilorbacterieni rezultati din multiplicarea unei singure celule bacteriene si se numesccolonii de culturi pure sau culturi clonare. Colonia bacteriana reprezint culturapur aprut dup un timp de multiplicare de 2 - 6 ore, n care, din punct devedere genetic, indivizii sunt identici.

    Dupa aspect, coloniile pot avea o forma geometrica regulata sauneregulata, conturate sau difuze, colorate sau necolorate, lucioase sau rugoase,limpezi, opace sau semimate, cu sau fara caracteristici specifice speciei.

    Coloniile - S au aspect lucios, cu margini conturate, forma rotunda sauovoidala, diametru 1-2 mm, consistenta onctuoasa.

    Coloniile - R au suprafata aspra, forme cu margini neregulate, crenelate,uneori difuze in mediul de cultura, in general colorate si mate.

    Coloniile - M sunt variante ale tipului S dar contin germeni cu capsula siau o consistenta gelatinoasa sau mucilaginoasa, prezentand tendinta de a difuzain mediu sau de jonctiune intre ele.

    Coloniile - G sunt colonii pitice obtinute din germeni normali dar afectati deinterventii exterioare (ex. antibiotice, antiseptice, carente nutritionale, etc.).

    Coloniile bacteriene se deosebesc intre ele prin anumite caracteristici decultura, care, singure sau impreuna, constituie criterii de departajare. Astfel,diametrul coloniei bacteriene imparte coloniile in mari cele care au diametrul maimare de 2 mm, mijlocii si mici coloniile cu diametrul sub 1 mm. O altacaracteristica este transparenta coloniilor. Sub acest aspect exista coloniitranslucide, ca cele date de streptococi si opace, caracteristice, in general,coloniilor de stafilococi. In functie de proprietatea de a produce pigmenti, bacteriilepot fi pigmentogene (cromogene), daca produc pigmenti, caz in care: a)se

  • 70

    coloreaza doar colonia (cazul bacteriilor cromofore si paracromofore) deexemplu coloniile stafilococice colorate in alb, galben, auriu si b) se coloreaza simediul, fiind cazul bacteriilor cromopare la care pigmentul este eliberat in exteriorulcelulei ca de exemplu bacilul piocianic care sintetizeaza si elibereaza in exteriordoi pigmenti: piocanina albastra si pioverina verde. Alte caracteristici ce potconstitui criterii de identificare a coloniilor bacteriene, prezentate si anterior sunt:forma coloniei, rugozitatea coloniei, consistenta, forma conturului marginal, etc.

    METABOLISMUL MICROBIAN

    n acest capitol sunt prezentate: definitia, caracteristicile si caile metabolice ale metabolismului microbian; tipuri de metabolism: energetic si de sinteza; transportul substantelor

    1. DEFINI IE, CARACTERISTICI, CI METABOLICEDefiniie - Denumirea de metabolism vine din limba greaca, insemnand

    schimbare, modificare. Asadar se poate defini metabolismul microbian careprezentand totalitatea schimbarilor chimice, fizice si morfologice care au loc incelula microorganismului.

    Prin metabolism substantele din mediu sunt transformate (metabolizate) inconstituienti celulari, energie si produsi de metabolism.

    Microorganismele autotrofe metabolizeaza substante anorganice.: dioxidulde carbon, apa, nitratii, elemente metaloide, compusi radioactivi. Cele heterotrofefolosesc in metabolism atat compusi anorganici cat si substante organice. Uniiprodusi, rezultati in urma activitatilor metabolice, prezinta o importanta deosebitain multe domenii precum agricultura, alimentatia, productia de medicamente,medicina umana si veterinara, etc.

    Caracteristicile principale ale metabolismului pot fi considerate urmatoarele:1) prin reactiile metabolice se produce energie care se foloseste imediat in

    procese de biosinteza, crestere, transport sau se stocheaza sub forma esterilorfosforici ai unor acizi nucleici (de ex. adenozin fosfatii - ADP, ATP).

    2) reactiile metabolice dau nastere constituientilor celulari si enzimelor implicate inmetabolism;

    3) metabolismul este un proces ciclic cu autoreglare ce mentine stabilitateacelulei, specificitatea si intensitatea reactiilor intracelulare, randamentul optimal activitatii celulare;

    4) reactiile metabolice evolueaza dupa principiul eficientei maxime, adicaproductivitate maxima in reproducere, cu consum minim de energie;

    5) toate reactiile biochimice metabolice sunt produse si catalizate de enzimelecelulei, ce pot actiona (in functie de specificul fiecareia) in interiorul sauexteriorul microorganismului.

    6) in procesele metabolice sunt implicati toti componentii celulei, cu exceptiaacizilor nucleici, care avand rol ereditar, raman neschimbati.

    Necesitatea intelegerii modului de desfsurare a metabolismuluimicroorganismelor rezult din consecintele practice ale acestuia, astfel:

    a) dezvoltarea unor procedee si practici adecvate impiedicarii proliferarii unor

  • 70

    microorganisme daunatoare sau nedorite de om, in profilaxia si combatereaunor boli;

    b) stabilirea unor biotehnologii si logistici necesare obtinerii unor produse deutilitate societatii umane, cum ar fi: alimente, medicamente, vitamine, etc.;

    c) aplicarea in practica a unor procedee de ecologizare si refacere a mediuluiambiental cum ar fi degradarea si utlizarea deseurilor, refacerea terenurilordegradate de scurgerile petroliere prin utilizarea microorganismelor, etc.;d) bioingineriile genetice, etc.

    Cile metabolice prin care se desfasoara reactiile biochimice au loc insecvente enzimatice ce pot produce un metabolit intermediar sau unul final.Numim metaboliti produsele care participa la metabolism, atat cele ce suntmetabolizate, cat si cele rezultate in urma metabolizarii.Caile metabolice sunt dinamice, interdependente, se pot desfasurasecvential si (sau) simultan, desfasurarea lor fiind functie de mai multe variabile,printre care:

    1. caracteristicile si specificitatea microorganismului;2. specificul, compozitia si concentratia substratului metabolizat;3. caracteristicile mediului (temperatura, umiditate, etc.) in care isi desfasoara

    activitatea microorganismul; 4. concentratia metabolitilor rezultati sau folositi in reactii; 5. prezenta sau absenta unor substante specifice activatoare, inhibitoare,inductoare ale microorganismului sau a unor secvente metabolice.

    Desfasurarea secventelor poate fi liniara, atunci cand metabolitul rezultat dinreactia enzimatica este folosit ca substrat in urmatoarea treapta, constituind astfelun lant liniar. Alte cai metabolice au o desfasurare ciclica, in care metabolitulutilizat la inceput poate fi regenerat pentru a-l folosi in initierea unui alt tur alciclului. In anumite stadii secventiale, caile metabolice pot avea o desfasurareramificata, una sau mai multe secvente producand metaboliti intermediari folositica substrat (reactant) pentru o urmatoare secventa (situatie in care tipul de calemetabolica este denumit ramificat convergent). Alteori, daca metabolitulintermediar este folosit ca substrat in doua sau mai multe secvente cu desfasuraresimultana, atunci se poate spune ca avem de a face cu o cale metabolicadivergenta.

    In metabolismul microbian sunt implicate doua tipuri de reactii biochimice, sianume:1. reactii care au loc cu eliberare de energie (exergonice) cunoscute sub numelede reactii de degradare sau de catabolism (grec. katabole = distrugere,desfacere), acest tip de metabolism purtand numele de metabolism energetic ;2. reactii de biosinteza, de anabolism (grec. ana = in sus, bole = aruncare) saude conversie, consumatoare de energie (endergonice) prin care suntsintetizate substantele compusilor nucleari, citoplasmatici, enzimele si alticompusi specifici celulelor microorganismelor, acest tip de metabolism fiindcunoscut sub numele de metabolism de biosinteza, sinonimele sale fiindanabolismul si metabolismul convertiv.

    Cele doua aspecte ale metabolismului reprezinta in fapt doua laturi contrariiale unui fenomen unitar, procesele de catabolism si anabolism se presupun

  • 70

    reciproc, se conditioneaza unul pe altul si se desfasoara simultan in celulamicroorganismului. Interconditionarea celor doua tipuri de reactii este determinatade faptul ca energia rezultata din reactiile catabolice exergonice este folosita subforma compusilor macroergici (grec. makros = mare, ergasthai = a lucra) in reactiianabolice consumatoare de energie (sunt cunoscuti multi compusi organici careinmagazineaza energia, printre care amintim: esterii fosforici ai acizilor nucleici,nucleofosfatii ca adenozin, uridinfosfatii, acetil erenzima A, etc.).

    De asemenea, o parte din metabolitii rezultati din reactiile catabolice pot constitui, partial sau total, reactanti de initiere (substrat ce este folosit) a unor cai anabolice ce conduc la sinteze de compusi celulari necesari dezvoltarii si existentei microorganismului.

    Prin urmare, cile metabolice centrale, descrise mai inainte, care indeplinesc attfunctia energetic, ct si cea de furnizoare a precursorilor pentru biosinteza, suntcunoscute sub denumirea de ci amfibiolice (grec. amphi = amandoua, dublu).Atunci cnd o cale metabolica centrala este blocata in func ionarea ei,prin folosirea intermediarilor rezultati in procesele de biosintez, apar noi caicolaterale, auxiliare, cunoscute sub denumirea de ci metabolice anaplerotice.

    Prin folosirea acestor ci, celula microbiana se adapteaza rapid la conditii foartediverse de mediu.

    Functionarea si interactiunea celor patru tipuri de cai metabolice suntreglate de niste reactii de tip special (pace-maker), ce intersecteaz puncteleesentiale.

    METABOLISMUL ENERGETICMetabolismul energetic (catabolic) se desfasoara in doua faze:1. faza descompunerii enzimatice a macromoleculelor in partile lor constitutive:aminoacizi, monoglucide, acizi grasi, etc., fara producere de energie utilizabila;2. faza degradarii exergonice a constituientilor formati in prima faza, cuproducerea unor cantitati importante de energie, utilizabila in alte reactiibiochimice; energia este inmagazinata in compusi macroergici de tipulnucleotid fosfatilor.Degradarea are loc prin reactii de oxido-reducere in care o substanta donor

    doneaza un electron sau un ion de hidrogen unui acceptor, care astfel sufera oreducere. Reactiile redox sunt reversibile si catalizate enzimatic.

    Metabolismul catabolic (energetic) este cunoscut si sub denumirea derespiratie celulara si are urmatoarele caracteristici: se desfasoara etapizat (in trepte); energia se elibereaza in fractiuni, prin reactii de tip redox; energia eliberata este inmagazinata in compusi chimici macroergici de tipulnucleotid fosfatilor si utilizata in reactii de biosinteza (anabolice), energieechivalenta cu 7.3 kcal/mol; reactiile din metabolismul catabolic sunt juxtapuse celor anabolice; celula microorganismului se "incarca" cu o cantitate de energie specifica,cunoscuta ca incarcare energetica sau energie potentiala, ce este data desuma concentratiilor compusilor chimici macroergici inmagazinati (de ex.: ATP+ ADP + AMP care reprezinta cca 15 micromoli / g.s.n. celulara) putand fi

  • 70

    calculata cu relatia: Ep = 0.5 (ADP) + 2(ATP) / (AMP) + (ADP) + (ATP)Se intalnesc trei tipuri de respiratie celulara si anume:

    1. FERMENTATIA - reprezinta procesul biologic de oxido-reducereproducator de energie, in care substantele organice sunt si donori si acceptori deelectroni, ca de exemplu zaharurile care prin degradare produc energieinmagazinata in forma de ATP (cca 30%) format prin reactii de fosforilare.

    Fermentatia constituie modalitatea principala de procurare a energiei ladrojdii si bacterii anaerobe, glucidele (in principal glucoza) fiind cel mai des folositain metabolism, folosindu-se doua cai principale, si anume:- ciclul glicolitic Embden - Mayerhoff - Parnas, cale folosita de majoritateamicroorganismelor, in care donorul de electroni este aldehida fosfoglicerica, iaracceptorul final acidul piruvic, care ulterior este utilizat in mai multe tipuri dereactie (vezi mecanismul fermentatiei alcoolice).- calea glucofosfatilor Warburg - Dickens - Horecker, de natura strict aeroba,prin care se inmagazineaza jumatate din energia ciclului glicolitic; ea este o calede scurtcircuitare (shuntare) a caii glicolitice, fiind folosita pentru sintezapentazofosfatilor necesari in sinteza nucletidelor si a altor acceptori de electroni.Acestor cai li se mai pot adauga inca doua:- calea Enter - Douderoff (E.D.), care furnizeaza precursori pentru biosintezaARN si ADN, vitamine si acizi aromatici, fara producere de energie (intalnita launele specii de bacterii din genul Pseudomonas);- calea fosfocetolazei, intalnita la un grup mic de bacterii lacticeheterofermentative si care implica participarea enzimei fosfocetolaza; pe aceastacale acetil fosfatul este scindat direct dintr-un monoglucid cu 5 sau 6 atomi decarbon.Toate cele patru cai de folosire a monoglucidelor (glucozei) suntinterconectate, avand un important complex enzimatic comun. Totusi,microorganismele, avand o mare variabilitate genetica, isi aleg calea sau cailemajore cele mai convenabile. Chiar aceeasi specie poate folosi, in raport cuconditiile in care traieste, una sau mai multe cai.2. RESPIRATIA AEROBA - reprezinta acel tip de respiratie in caredonatorul de oxigen este o substanta anorganica sau organica, iar acceptorul finalde electroni este oxigenul, substratul fiind complet oxidat pana la CO2 si H2O.Asadar, respiratia aeroba se caracterizeaza prin aceea ca electroniieliberati prin oxidarea substratului sunt transferati la oxigen prin enzimetransportoare, energia rezultata stocandu-se in ATP prin cuplarea acestuia cureactiile de oxido-reducere. Modalitatea de obtinere a ATP cu reactiile redox estedenumita fosforilare oxidativa si are ca rezultat (in cazul substratului de glucoza) oenergie de 688 kcal/mol din care cca 40% este inmagazinata in ATP, mult maimare decat prin fermentatii.

    Enzimele ce catalizeaza reactiile de transfer de electroni suntdehidrogenazele si actioneaza in functie de potentialul lor de redox (rH), de larH-ul mai negativ la rH-ul mai pozitiv cel mai ridicat. Toate enzimele actioneazanumai in prezenta unor coenzime specifice, astfel: dehidrogenazele pirimidiniceau coenzime NAD+ si NADP+ (Eo = -0.32V), cele flavinice folosesc drept

  • 70

    coenzime FMN+ si FAD+ (Eo = 0.05V), aldolazele, citocromoxidazele, piruvatdehidrogenaza folosesc drept coenzime citocromii, feredoxina, rubredoxina cu rHnegativ, iar kinazele utilizeaza cinonele (coenzimele Q sau ubichinonele) cu rHpozitiv.

    Sistemul transportor de electroni este localizat in mitocondrii lamicroorganismele eucariote si in membrana plasmatica si mezosomi la celeprocariote.3. RESPIRATIA ANAEROBA - este acel tip de respiratie celulara in careacceptorul final de electroni poate fi orice substanta anorganica exceptandoxigenul, iar donorul un compus organic sau anorganic. Ea se intalneste numai labacterii si este explicitata mai pe larg la partea de microbiologie care se refera lacircuitul azotului, fosforului si fierului in sol.

    METABOLISMUL DE BIOSINTEZA (anabolism, metabolism convertiv)

    Tipul acesta de metabolism presupune procese biochimice prin caremicroorganismele isi sintetizeaza, din molecule simple, constituienti celulari,comuni sau specifici, necesari desfasurarii activitatii lor vitale. In reactiile debiosinteza se folosesc produsi si energie inmagazinata rezultate din reactiile decatabolism, ele fiind reactii consumatoare de energie (endergonice).Pentru ca reactiile anabolice sa aiba loc, microorganismele trebuie sagaseasca in mediu sursele de carbon si de energie, iar calea principala care lefurnizeaza sunt reactiile catabolice care se desfasoara simultan cu reactiileanabolice, aceasta fiind o caracteristica a metabolismului, asa cum s-a aratat maipe larg la inceputul acestui capitol.

    TRANSPORTUL SUBSTANTELORTransportul substantelor de la exterior in interiorul celulei

    microorganismului are loc selectiv si in dublu sens, prin mai multe mecanisme,principalele fiind:1. Difuzia pasiva, care este mecanismul de trecere lenta a substantelor din afarain interiorul celulei si invers, fara consum de energie, pe baza gradientului deconcentratie, de la o concentratie mai mare la una mai mica, pana candconcentratiile se echilibreaza. Prin acest mecanism se transfera putinesubstante, printre care apa, O2, CO2, acizii grasi, unele substante liposolubileprin membrana plasmatica.2. Transportul prin transportor este mecanismul prin care un transportorspecific (carrier), de natura proteica, situat in plasmalema, fixeaza substanta sio transporta in partea cealalta a membranei. El se realizeaza prin treimodalitati, si anume: prin difuzie facilitata, transportul substantei fixate pe carrier avand loc, ca sila difuzia pasiva, pe baza diferentei de concentratie dintre cele doua fete alemembranei plasmatice, fara consum de energie, pana la echilibrareaconcentratiei. prin transport activ, realizat cu consum energetic, impotriva gradientului deconcentratie. Energia necesara este cuplata la transportorul proteic ce contine

  • 70

    un cuplaj complementar pentru substratul respectiv. Aceasta modalitate detransport este folosita de majoritatea microorganismelor pentru glucide, saruriminerale, aminoacizi. prin translocatie (transfer) de grup, substanta ce trebuie transportatamodificandu-si structura chimica la trecerea prin membrana, astfel incat ininteriorul celulei nu se mai regaseste substanta initiala. Aceasta modalitate detransfer are loc cu consum de energie si cu participarea enzimelorfosfotransferaze, care au legat fosfatul prin legaturi macroergice ceinmagazineaza energia necesara procesului de transfer.

  • 70

    ELEMENTE SI NOTIUNI INTRODUCTIVE DE GENETICA BACTERIANA

    Genetica este stiinta care se ocupa cu ereditatea* si variabilitatea materieivii. Legile geneticii, ale ereditatii si variabilitatii, sunt aceleasi pentru toate fiintele,dar pot infatisa aspecte particulare in raport cu gradul de dezvoltare, de organizarea acestora.* lat. hereditas mostenire; notiunea de ereditate a fost introdusa deH. Spencer (1863) pentru a indica asemanarile dintre parinti si urmasi.

    Ereditatea nu este o proprietate invariabila, premanenta, ci se supunelegilor generale ale dezvoltarii in care confruntarea dintre stabilitatea caracterelorsi tendinta de schimbare este permanenta, avand drept consecinta aparitiaindivizilor care ii indeparteaza de exemplarul de origine tipic, cunoscuti subdenumirea de mutante (mutanti). Toate fiintele vii, inclusiv virusurile, bacteriile,fungii, indiferent de originea lor, vegetala sau animala, au o capacitate diferita devariabilitate in raport cu potentialul lor mutagen.

    Intre genetica microbiana si genetica fiintelor superioare se pot evidentiaunele deosebiri pe care le vom arata in continuare:a) microorganismele isi asigura descendentii numai pe linie verticaldeterminnd ceea ce se cunoaste sub numele de clone, ca urmare a mutatiilor si ahaploidei* ca un fenomen al asexualitatii lor; la fiintele superioare are loc un processexual constand din fuziunea completa a doi genomi** proveniti de la o celulamascul si una femela ce da nastere la un zigot***; desi exista procese cu aspectsexual si la unele bacterii, acestea se diferentiaza de cele ale fiintelor superioaredeoarece celula bacteriana donatoare lasa, de obicei, numai o parte din genomulsau celulei primitoare, fenomen cunoscut sub numele meromixis, genomulintegrat celulei primitoare fiind denumit endogenot iar fragmentul partial al celuleidonatoare, exogenot; din acest motiv celula descendenta este diferita in raport cucele din care a provenit;* grec. haplos simplu, jumatate; eidos forma; haploidul este ocelula somatica care poseda in nucleu un numar impar de cromozomi;haploidia este un fenomen care implica haploizii si totodata unprocedeu de a obtine genotipuri homozigote la fiinte superioare.** grec. genos urmas; genom, termen indus de Winkler (1920)pentru a defini setul complet de cromozomi mostenit ca o unitate de laun parinte.*** grec. zygos a uni, a impreuna: zigot celula diploida rezultata dinfuziunea prin fecundarea unui gamet femel cu un gamet mascul, dincare se dezvolta embrionul; grec gametes gamet celula sexualamaturab) la bacterii, cromozomul recombinat este un cromozom nou, in careendogenotul si exogenotul este integrat, in timp ce la fiintele superioarecromozomul se formeaza prin schimb reciproc de segmente.55

    In continuare sunt prezentate sintetic principalele aspecte,

  • 70

    notiuni si metode referitoare la genetica bacteriana.Asadar, dupa cum s-a amintit mai inainte, zestrea genetica a unei bacterii

    reprezentate printr-un set complet de cromozomi o constituie genomul bacteriansi este organizat nuclear (cromozomul) si extracromozomial, ambele materialegenetice asigurand ereditatea, capacitatea de a transmite descendentilorcaracterele distinctive de specie.

    Potentialul genetic, reprezentand informatia genetica a unei bacterii,poarta denumirea de genotip, iar a celor exprimate, pentru ca nu toate caracterelegenetice potentiale se pot exprima real, se numeste fenotip.

    Cromozomul bacterian, materialul nuclear al genomului, este compus dinmai multe componente si anume: un ADN (acid dezoxiribonucleic) cu douaantene si structura helicoidala (dublu helix), care detine informatia pentru functiilevitale ale celulei (nucleul are un singur cromozom si un singur ADN, celula fiindhaploida si nu este invelit de membrana nucleara); gena, o unitate elementara aereditatii localizata in cromozom, asezata in lant de-a lungul cromozomului si carecodifica informatia ce controleaza sinteza, functia si specificitatea unei enzime;cistronul, un segment de ADN care codofica informatia necesara pentru sintezaunei enzime (a unui lant polipeptidic) continand cca. 1500 perechi de nucleotiziaranjate liniar; codonul, reprezentand unitatea morfologica corespunzatoare uneisecvente din trei nucleotizi dintr-un cistrom care codifica includerea (sauneincluderea) unui aminoacid intr-un lant polipeptidic*.*limbajul in care informatia genetica este codificata in ARNmesagerconsidera bazele azotoase adenina-A, guanina-G,citozina-C, timina-T si uracilul-U ca fiind litere care sub formaunei secvente de 3 nucleotizi de baze azotoase formeazacuvintele; citirea se face succesiv, in grupe de 3 baze,intotdeauna de la capatul genei si in acelasi sens. Codonii pot fide trei categorii: cu sens, cand specifica aminoacidul ce trebuieinclus in lant, gresit (missens), cand arata un alt aminoacid inlocul celui necesar si nonsens, daca nu specifica aminoacizii,dar codifica semnalul stop la implantarea lantului polipeptidic.

    Acizii nucleici contin in molecula azotoase pirimidice (de obicei citozina siguanina precum si ambele forme de acizi nucleici), un zahar (D-riboza si respectiv2-dezoxi-Driboza), acid fosforic sub forma unor saruri de Mg, Ca, s.a.

    Materialul genetic extracromozomial detine informatii neesentiale, carese pot pierde fara a afecta viabilitatea celulei dar contribuie la variabilitateabacteriana. El se compune din plasmide si segmente genetice transpozabilecontinand ADN sub forma de secvente scurte sau mai lungi, care prin inserare incromozom provoaca succesiunea bazelor azotoase.

    Plasmidele se diferentiaza in: plasmide propriu-zise (cu control relaxat),care confera rezistenta la antibiotice, sunt libere in citoplasma si se inmultescautonom de genofor dar nu se transfera dintr-o celula in alta (neconjugative) siepisomii** (cu control strict), elemente genetice neesentiale formate dinmolecule circulare continand cateva mii de perechi de baze. In celula pot exista indoua stari alternative autonomi in citoplasma sau inserati in cromozomi.

  • 70

    **grec. epi pe; soma corp (Thomson, 1931)De fapt, episomii pot fi considerati niste minicromozomi ce pot favoriza

    conjugarea i recombinarea naturala.Plasmidele propriu-zise sunt de mai multe tipuri: (a) Factorul R, ce

    detine mai multe gene ce codifica rezistenta la antibiotice (din care una RFT estecapabila de a transfera rezistenta, chiar in lipsa factorului F); (b) Factorul F,independent de citoplasma; (c) Factorul COL, ce detine informatii pentru sintezaunor compusi cu actiune antibacteriana (colicine).

    Episomii sunt plasmide cu control strict si se gasesc in stare autonoma,libere in citoplasma, cand se pot inmulti indepndent de genofor si in stare integrataintr-un anumit punct in genofor, replicandu-se simultan cu genoforul. Episomii aumai multe functiuni si au denumiri ce provin din functia detinuta: Factorul F(Fertility), continand 11 gene, ce codifica sinteza unor componente ale unor pilisexuali, (el putand fi de tip mascul F+ , donator si de tip femel F- , primitor);Factorul Hfr (high frequency recombination), care ofera o frecventa derecombinare de sute de ori mai ridicata ca a factorului F, pe care il contine;Factorul Ti (tumour inducing), agentul inductor al convertirii celulei normale incelula tumorala (gasit prima oara in 1907 de Smith si Townscad in bacteriaAgrobacterium tumefaciens); Bacteriofagul, virulent si/sau temperat, c