M ETABOLISMUS BAKTERIÍ

Metabolismus - souhrn všech reakcí probíhajících v živé hmotě – tedy i uvnitř bakteriální buňky a v jejím bezprostředním okolí. Cílem  zisk energie a stavebního materiálu teplo energie exogenní látky (živiny) biologická oxidace fixace energie světlo chemická syntéza pohyb růst a dělení fotosyntéza osmotická práce

Dělení bakterií podle způsobu získávání stavebního materiálu (N, C) Autotrofní bakterie – získávají energii a stavební materiál výhradně z anorganických látek, které jsou zdrojem dusíku, zdrojem C je CO 2 organické látky vytvářejí z látek anorganických, jejich štěpením uvolňují patřičnou energii - fototrofní bakterie (fotosyntéza) H 2 O + CO 2 + sluneční energie  organické látky - prototrofní bakterie (chemosyntéza) H 2 O + CO 2 + oxygenlabilní látky  organické látky

Heterotrofní bakterie – získávají energii a stavební látky z energeticky bohatých organických sloučenin, které si nedovedou syntetizovat (musíme je dodat do kultivačních médií) - litotrofní bakterie – vyžadují pouze přítomnost vitamínů v kultivační půdě - organotrofní bakterie - vyžadují vitamíny a nativní bílkovinu Lékařsky významné bakterie  HETEROTROFNÍ

METABOLISMUS ANABOLISMUS – syntézou či přeměnou jednodušších látek vznikají látky složitější (bílkoviny, lipidy, nukleové kyseliny, polysacharidy) – asimilační reakce  energii je nutno dodávat KATABOLISMUS – látky složité štěpeny na látky jednodušší za současného uvolňování energie disimilační reakce  energie se uvolňuje OBA DĚJE PROBÍHAJÍ SOUČASNĚ jsou v dynamické rovnováze převládá-li anabolismus - buňka roste převládá-li katabolismus - buňka se zmenšuje a nakonec odumírá

Mikroorganismy neschopné získávat energii – obligátní intracelulární parazité Viry – metabolismus úplně závislý na hostitelské buňce Chlamydie (bakterie) – enzymaticky defektní, jejich stěna propustná pro ATP, mají však vlastní metabolickou aktivitu

Dělení bakterií podle vztahu ke kyslíku AEROBNÍ  mají dehydrogenasy i cytochromy  jen za přítomnosti O 2 (bordetely, mykobakteria) ANAEROBNÍ  obsahují pouze dehydrogenasy, v prostředí s kyslíkem hynou (klostridia) FAKULTATIVNĚ ANAEROBNÍ  vybaveny cytochromy i dehydrogenasami, schopné adaptace podle podmínek prostředí (většina) ANAEROBNÍ-AEROTOLERANTNÍ  mají pouze dehydrogenasy, O 2 jim neškodí  stavebním prvkem MIKROAEROFILNÍ  potřebují menší % kyslíku (laktobacily, kampylobaktery) KAPNOFILNÍ  potřebují zvýšenou tenzi oxidu uhličitého (patogenní neisserie)

REPRODUKCE BAKTERIÍ Podmínky růstu a množení na umělých půdách: 1) voda – rozpouštění živin ve vodě, jejich příjem celým povrchem buňky při nedostatku vody – pokles volné vody – zástava růstu a množení vysychání – ztráty vázané vody – hynutí 2) teplota – 37 o C - paraziti, 22 o C - saprofyti teplotní rozmezí (druhový znak) malé - N. gonorrhoeae, Haemophillus sp. velké – Enterococcus sp. (4-40  C)

psychrofilní: 0–20 o C (jezerní voda, bahno, potraviny) - některé bakterie (yersinie, listerie) mezofilní: 20–40 o C (většina lékařsky významných mikrobů, především patogenních) termofilní: nad 40 o C (horké prameny,teplé pokrmy, hnůj), nepatří mezi lékařsky významné bakterie, získávají se z nich termorezistentní enzymy – do pracích prášků, pro PCR hypertermofilní: růstové optimum nad 80 o C (podmořské sopečné oblasti )

3) pH 7,2–7,4 (většina lékařsky významných bakterií) 5–6 (laktobacily, kvasinky) 8,5 (vibria, enterokoky) 4) dostatek živin a růstových faktorů (vitamíny, soli, stopové prvky) autotrofy – syntéza z anorganických zdrojů, CO 2, H 2 O heterotrofy – organický substrát nutno dodávat 5) plynné prostředí - aerobní - anaerobní - fakultativně anaerobní - anaerobní aerotolerantní - mikroaerofilní - kapnofilní

6) osmotické prostředí (koncentrace NaCl) fyziologické - koncentrace 0,9 % NaCl - enterokoky, stafylokoky 6,5–15 % NaCl - halofilní mikrobi (mořští) – žijí i při 20–30 % NaCl

Bakteriální růstový cyklus začíná oddělením dceřinné buňky od buňky rodičovské a končí jejím rozdělením na buňky dceřinné - růst buňky - tvorba septa - dělení buňky (replikace DNA, syntéza buněčné stěny a cytoplasmatické membrány) Video:Video: Dělení bakterií

Generační doba = délka růstového cyklu je doba, za kterou se zdvojnásobí počet bakterií tj. doba zdvojení za ideálních podmínek je individuální vlastností buňky př: E.coli - 20 min (většina lékařsky významných bakt.) M. tuberculosis – 12 h generační doba rychle se množících bakterií může být kratší, než doba replikace chromozomu (chromozom se začne replikovat dříve, než skončí replikace předchozí) Význam znalosti generační doby: epidemiologické důvody -množství bakterií v potravinách, -prodromální stadium infekčních chorob otázky aplikace ATB – u většiny bakteriálních infekcí x/den, u TBC 1 x/den

Růstová křivka při statické kultivaci je množení bakterií nepravidelné, v závislosti na kultivační době

Růstová křivka při statické kultivaci je množení bakterií nepravidelné, v závislosti na kultivační době 1) Lag-fáze (zpoždění, adaptace, zpomalení), buňky se pouze zvětšují (syntetizují RNA a enzymy), ale nemnoží se, adaptují se po dobu několika hodin na nové prostředí (médium, tkáň hostitele) absolutní počet bb. dokonce klesá – odumírání a autolýza starých bb. délka lag-fáze závisí na kvalitě média (v chudém se prodlužuje), ale i na velikosti a stáří inokula 2) Fáze akcelerace (fyziologického mládí, zrychlení růstu), buňky se začnou překotně dělit - přizpůsobení novým životním podmínkám

3) Fáze logaritmická (exponenciální) intenzivní množení bb., rychlost dělení je konstantní, počet bb. narůstá geometrickou řadou, do zevního prostředí produkována většina exoenzymů (proteázy, beta-laktamázy) délka exponenciální fáze závisí na kultivačních podmínkách a množství živin 4) Fáze zpomalení růstu rychlost dělení bb. se zpomaluje, narůstá počet uhynulých bb. – začínají se hromadit odpadní metabolické produkty a vyčerpávat živiny, mění se pH

5) Fáze stacionární přírůstek bb. se vyrovnává s počtem odumírajících bb., absolutní počet bb. nabývá maxima, trvání 4. a 5. fáze bývá nejdelší 6) Fáze odumírání (poklesu) Převažuje hynutí bb. nad jejich přírůstkem, uplatňují se hlavně autolytické enzymy 7) Fáze zrychlení úbytku 8) Fáze konečná - autosterilizace

Růst: 1. Planktonický - v podobě izolovaných buněk (in vitro) 2. Biofilm - strukturovaná mikrobiální společenství, uložená v mezibuněčné hmotě a adherující k umělým i živým povrchům slizovitá mezibuněčná matrix tvořena polysacharidy mikrobiálního původu obklopuje jednotlivé mikroby i jejich seskupení a spolu s nimi vytváří složité struktury, obsahující volné a široké prostory, kterými proudí voda voda přináší živiny a odnáší zplodiny metabolismu - připomínají tkáně vyšších organismů

bakterie rostoucí v podobě biofilmu se zásadně liší svými fenotypickými vlastnostmi od bakterií planktonických již přilnutí na nějaký povrch (většinou pomocí fimbrií) spouští činnost některých genů, především pro tvorbu extracelulárních polymerů z povrchu biofilmu se odlučují jednotlivé planktonické bakterie, případně celé jejich shluky - šíření a kolonizace nové oblasti – septická embolizace bakterie v biofilmu více chráněny před nepříznivými podmínkami v přírodě odolávají vysychání, fágům, amoebám živícím se bakteriemi, toxickým látkám včetně dezinficiencií

v makroorganismu vzdorují účinku fagocytů, protilátek i antibiotik, které spolehlivě likvidují jen volné planktonické bakterie působí jako ložiska, z nichž se chorobný proces stále obnovuje

v makroorganismu vzdorují účinku fagocytů, protilátek i antibiotik, které spolehlivě likvidují jen volné planktonické bakterie působí jako ložiska, z nichž se chorobný proces stále obnovuje Onemocnění s tvorbou biofilmu: zubní kaz (viridující streptokoky) zánět středního ucha (hemofily) osteomyelitis ( St.aureus s dalšími mikroby) zánět žlučových cest (G- střevní tyčinky) subakutní bakteriální endokarditida (viridující streptokoky) zánět plic při cystické fibróze ( Pseudomonas aeruginosa a Burkholderia cepacia )

na površích různých pomůcek a náhrad zaváděných do makroorganismu intravenózní katetry (koagulázanegativní stafylokoky, zejména St.epidermidis ) umělé srdeční chlopně, kloubní náhrady a chirurgické stehy ( St.aureus a koagulázanegativní stafylokoky) cévní štěpy (grampozitivní koky) nitroděložní tělíska (aktinomycety) močové katetry ( Escherichia coli a další G- tyčinky) kontaktní čočky ( Pseudomonas aeruginosa, G+ koky) a jiné Video:Video: Tvorba biofilmu