Čtvrtá přednáška pro II. r. VL 18.3.2010 Mikrobiologický ústav LF MU a FN u sv. Anny v Brně Miroslav Votava REZISTENCE MIKROBŮ K VLIVU PROSTŘEDÍ (TENACITA) Čtvrtá přednáška pro II. r. VL 18.3.2010

Faktory zevního prostředí voda živiny teplota osmotický tlak pH redox potenciál záření toxické látky

Voda – 80 % živé váhy bakteriální buňky (jen 15 % živé váhy spory) Nedostatek vody Voda – 80 % živé váhy bakteriální buňky (jen 15 % živé váhy spory) Organismy hygrofilní (většina bakterií): potřebují volně přístupnou vodu Organismy xerofilní (aktinomycety, nokardie, plísně): stačí voda vázaná na povrch částic v prostředí (např. v půdě)

Jakou vodní aktivitu (aw) tolerují různé mikroby: Dostupnost vody Stupeň dostupnosti vody = vodní aktivita prostředí (aw) aw čisté vody = 1,0 aw je nepřímo úměrná osmotickému tlaku (čím vyšší je osmotický tlak, tím nižší je aw) Jakou vodní aktivitu (aw) tolerují různé mikroby: G– bakterie aw ≥ 0,95 (maso) G+ bakterie a většina kvasinek aw ≥ 0,9 (šunka) stafylokoky aw ≥ 0,85 (salámy) plísně a některé kvasinky aw ≥ 0,6 (čokoláda, med)

Odolnost k vysychání Velmi choulostivé: původci STD – gonokoky, treponemy, herpesviry Odolnější: kožní flóra – stafylokoky, korynebakteria, papillomaviry acidorezistentní (mykobakteria) Odolné: xerofilní – aktinomycety, nokardie, plísně cysty parazitů, vajíčka červů Vysoce odolné: bakteriální spory

Praktické využití nedostatku vody Snížení vodní aktivity zamezí účinku většiny mikrobů → využití pro konzervaci potravin sušení – maso, houby, ovoce (křížaly) zkoncentrování – vaření povidel nasolování – maso, ryby, máslo slazení – sirupy, džemy, kandování ovoce

Nedostatek živin V čisté vodě se většina mikrobů nemnoží Problém je vodu udržet čistou I v destilované vodě se po čase začnou množit např. Pseudomonas aeruginosa nebo Pseudomonas fluorescens Ve sprchových růžicích: Legionella pneumophila (a může vyvolat pneumonii) Ale pozor! Salmonella Typhi přežívá déle ve vodě studniční než odpadní – proč?

Teplota Hlavní hodnoty růstové teploty: minimální – někdy <0 °C (v mořské vodě) optimální – psychrofily: 0 – 20 °C mesofily: 20 – 45 °C termofily: 45 – 80 °C hypertermofily: >80 °C maximální – někdy >110 °C (v gejzírech) Teplotní rozmezí růstu: úzké (gonokoky 30 – 38,5 °C) široké (salmonely 8 – 42 °C)

Vliv chladu Chladový šok: gonokoky naočkované na studené médium z chladničky uhynou Nízká minimální růstová teplota: při 5 °C přežívají salmonely, kampylobaktery množí se yersinie a listerie! Běžné mražení  lyofilizace Pomalé mražení a opakované rozmrazování škodí, většina mikrobů je ale vydrží Běžné zmražení masa nepřežijí tkáňové cysty prvoka Toxoplasma gondii

Vliv zvýšené teploty Teplota vyšší než optimální → teplotní šok a postupné usmrcení buněk Počet usmrcených buněk závisí na době působení zvýšené teploty Vztah mezi počtem přežívajících buněk a dobou působení teploty je logaritmický Čas potřebný k usmrcení celé populace závisí na výchozím počtu mikrobů

Teplota – důležité parametry I Vztah mezi dobou zahřívání a počtem přežívajících mikrobů log10 počtu přežívajících mikrobů 6 D = decimální smrtící doba = 5 = čas nutný ke snížení počtu 4 mikrobů na 1/10 = 3 = čas nutný ke zničení 90 % 2 D přítomných mikrobů 1 1 2 3 4 5 6 (min)

Teplota – důležité parametry II Smrtící (letální) teplota = nejnižší teplota, při níž je mikrob usmrcen za určitou dobu (obvykle za 10 min) Závisí nejen na druhu mikroba, ale i na jeho stavu, počtu a vlivu prostředí Termální smrtící doba = nejkratší doba zahřívání nutná k usmrcení daného počtu mikrobů Pro běžné počty a pro většinu bakterií činí 10-15 min při 60-65 °C

Osmotický tlak Hypotonie – chrání před ní buněčná stěna Hypertonie – většině mikrobů vadí (proto: kandování ovoce, nasolování masa aj.) Vyšší osmotický tlak snášejí: halofily – halotolerantní: enterokoky (6,5 % NaCl) stafylokoky (10 % NaCl) – obligátní: halofilní vibria (mořská voda) plísně – vyšší obsah sacharózy (džemy)

pH Neutrofily: růstové optimum pH 6 až 8 – většina Alkalofily: např. Vibrio cholerae (pH 7,4-9,6) alkalotolerantní: Proteus (štěpí ureu), Enterococcus (široké rozmezí pH 4,8-11) Naopak citlivé vůči oběma extrémům pH: gonokoky Acidofily: fakultativní: kvasinky, plísně, laktobacily (>3), coxiely (původci Q-horečky: nízké pH fagosomu) obligátní: Thiobacillus thiooxidans (pH <1) Naopak citlivé na nízké pH: zejména vibria, streptokoky, hnilobné bakterie; kyselost vadí většině bakterií Proč perlivá voda v lahvi vydrží déle než neperlivá? Nízké pH brání klíčení spor – botulismus z hub v oleji a ze zavařených jahod, ne z okurek nebo čalamády

Oxidoredukční potenciál (rH) Vliv složení prostředí i atmosféry Aeroby – vysoké hodnoty (>200 mV) Anaeroby – nízké hodnoty (≤0 mV) Anaeroby O2 zabíjí, ale aeroby bez O2 přežívají Přesto anaeroby v přírodě i v našem těle prosperují – díky spolupráci s aeroby a fakultativními anaeroby Anaeroby v makroorganismu: tlusté střevo (99 % střevních mikrobů) pochva dutina ústní (sulci gingivales)

Záření UV-záření (max. účinek na mikroby kolem 260 nm) V přírodě se vzdušné bakterie chrání pigmenty → mají barevné kolonie (mikrokoky, sarciny) Uměle: UV-záření k dezinfekci povrchů, vody, vzduchu a v laboratořích pro PCR k ničení zbytků DNA Ionizační záření (rtg a gama-záření) K průmyslové sterilizaci jednorázových stříkaček, infuzních souprav, obvazového a šicího materiálu, tkáňových štěpů, některých léků, ale i odpadů a potravin (ne v EU) Rekordmani v odolnosti: Deinococcus radiodurans a bakteriální spory

Toxické látky Vliv závisí na jejich koncentraci a době působení Relativní odolnost jednotlivých typů mikrobů vůči různým typům toxických látek se výrazně liší Obecně (na rozdíl od vysychání): G– bakterie jsou vůči toxickým látkám odolnější než G+ (může za to odlišná stavba bakteriální stěny → přítomnost enzymů v periplasmatickém prostoru G- bakterií) Pro praxi je nezbytné znát účinky jednotlivých skupin toxických látek užívaných k dezinfekci

Bakteriální stěna G+ kyselina G– lipoteichoová O-antigen lipopoly- vnitřní polysacharid sacharid lipid A (endotoxin) murein porin vnější membrána lipoprotein ENZYMY periplasmatický prostor vnitřní membrána cytoplasmatická membrána G+ G–

Sterilizace versus dezinfekce Sterilizace = odstranění všech mikroorganismů z předmětů nebo z prostředí Dezinfekce = odstranění původců infekce z předmětů a z prostředí, případně z tělesného povrchu Dezinfekce má za úkol přerušit cestu šíření nákazy Biocidy = nový obecný pojem zahrnující i dezinfekční látky

Skupiny dezinfekčních látek oxidační činidla (Persteril, H2O2, ozon aj.) halogeny (chlornan, chloramin, tct. iodi) alkylační činidla (aldehydy, etoxen) cyklické sloučeniny (lysol, chlorofenoly) biguanidy (chlorhexidin) kyseliny (i organ.: benzoová aj.) a louhy sloučeniny těžkých kovů (Ag, Hg, Cu) alkoholy (ethanol, propanoly) povrchově aktivní látky (KAS: Ajatin) ostatní (SO2, azidy, barviva: kryst. violeť)

Relativní odolnost jednotlivých typů agens vůči biocidům obalené viry herpesviry někteří prvoci značně citlivé Trichomonas grampozitivní bakterie Streptococcus gramnegativní bakterie Salmonella plísně průměrně citlivé Trichophyton kvasinky Candida neobalené viry enteroviry cysty prvoků poměrně odolné Giardia acidorezistentní bakterie Mycobacterium vajíčka helmintů Ascaris bakteriální spory značně odolné Clostridium kokcidie Cryptosporidium priony - vysoce odolné agens CJD

Univerzálně účinné biocidy Na malé, neobalené viry: oxidační činidla halogeny aldehydy silné kyseliny a louhy Na mykobakteria: oxidační činidla lysol Na bakteriální spory: (oxidační činidla) aldehydy silné kyseliny a louhy

Doporučená literatura Paul de Kruif: Lovci mikrobů Paul de Kruif: Bojovníci se smrtí Alarich: Medicina v županu Axel Munthe: Kniha o životě a smrti I nadále prosím o příklady další beletrie v souvislosti s medicínou vůbec a mikrobiologií zvlášť. Tyto příklady, jakož i mikrobiologické vtipy a případné dotazy zasílejte na adresu mvotava@med.muni.cz Děkuji, že jste mne sledovali