Anatomia funcţională a bacteriilor

1. Anatomia funcţională a bacteriilor • Semnificaţia biologicăa structurilor bacteriene – structurile celulei bacteriene care controlează creşterea, multiplicarea, supravieţuirea în condiţii variate de mediu • Semnificaţia taxonomică - structuri importante pentru clasificarea şi identificarea bacteriilor • Semnificaţia patogenică – structuri care le permit să acapareze învelişurile, ţesuturile, umorile organismului • Structuri bacteriene ţinte selective ale efectorilor imunitari sau ale antibioticelor Celula bacteriană : • I. protoplastul bacterian • II.peretele bacterian • III.glicocalixul procariot • IV.organitele de locomoţie • V.pilii bacterieni • VI.endosporii bacterieni

2. Citoplasma - conţine într-un sistem coloidal proteine, carbohidraţi, lipide, metaboliţi cu greutate mică - se află permanent în stare de gel şi menţine poziţia structurilor interne în absenţa membranelor intracelulare - în microscopia optică, pe preparatele colorate uzual vedem numai citoplasma şi uneori incluziuni citoplasmatice - cuprinde –nucleoplasma - ribosomi -incluziuni Nucleoplasma - echivalent al nucleului celulei eucariote • nu prezintă membrană nucleară şi nucleol • formată dintr-un cromozom unic, o moleculă de ADN circulară, dublu catenară, cu lungimea de 1000-2000 µm • în microscopia optică este observată numai după hidroliza ARN-ului, ca un corpuscul oval, alungit în halteră sau V, în funcţie de stadiul diviziunii.

3. Ribosomii bacterieni • prezenţi în toată citoplasma cu excepţia nucleoplasmei • constanta de sedimentare 70s • pot disocia în 2 subunităţi: 30s ( ARN16s+20 molecule proteice) • 50s (ARN 23s şi 5s+30 molecule proteice) • ARN ribosomal are o mare stabilitate fiind bine conservat în cursul evoluţiei poate fi utilizat drept criteriu de clasificare filogenetică • pe electronomicrografii apar dispuşi ca polisomi (şir de ribosomi)în lungul moleculei de ARNm pe care îl citesc şi traduc rapid Incluziunile citoplasmatice -au caracter de specie -sunt caractere taxonomice primare

4. Membrana citoplasmatică - lipsită de steroli (bacteriile nu-i sintetizează);excepţie molicutele, încorporează colesterolul preformat de celulele eucariote. • excretă enzime hidrolitice necesare digestiei extracelulare. • are funcţii de biosinteză. Mezozomii- invaginaţii anfractuoase ale membranei citoplasmatice care îi măresc suprafaţa funcţională. În mezozomii laterali îşi au sediul enzimele implicate în autoreplicarea nucleoplasmei, iar în mezozomii septali enzimele implicate în sinteza peretelui. • asigură transportul transmembranar prin fosfotransferaza membranară • unicul sediu al citocromilor, enzimelor, componentelor lanţului respirator implicate în transportul de electroni şi fosforilarea oxidativă; analog funcţional al mitocondriei din celula eucariotă. Mitocondriile sunt descendenţi ai bacteriilor endosimbionte.

5. creşterea bacteriilor este posibilă numai când cel puţin 50% din membrana citoplasmatică este semifluidă • poartă receptori pentru semnale ale mediului extern atractanţi, repelenţi, feromoni (sistem molecular de integrare a acestor informaţii) II. Peretele bacterian • înveleşte protoplastul • este format dintr-o structurăde bază + structuri speciale care diferenţiază grupe mari de bacterii Peptidoglicanul structura de bază a eubacteriilor, grup mare de bacterii din care fac parte şi bacteriile patogene. LIPSEŞTE din peretele: 1. Arheobacteriilor 2. Molicutelor şi al oricărei celule eucariote

6. este un heteropolimer de dizaharide aminate - N-acetilglucozamina - N-acetilmuramic aşezate alternativ în lanţuri liniare de galactan şi solidarizate între ele prin subunităţi şi punţi peptidice. • Proteine de legare a penicilinelor (PLP,PBP) denumire generică a enzimelor care controlează sinteza. RIGIDITATEA peretelui bacterian este condiţionată de configuraţia sterică şi mărimea ochiurilor reţelei de peptidoglican Cu EXCEPŢIA spirochetelor care au perete flexibil, restul bacteriilor au perete rigid care le conferă anumite forme: sferice, bastonaş, filamentoase şi ramificate(actinomicete). Morfologia bacteriilor mai este caracterizată prin aşezarea lor care este condiţionată de modul de înmulţire (înmugurire, diviziune, fragmentare)

7. Poziţia planurilor succesive de diviziune, numărul de generaţii după care se separă celulele surori. REZISTENŢA peptidoglicanului protejează protoplastul prin echilibrarea presiunii osmotice foarte mari (5-20atm) din citoplasma bacteriană. Sub acţiunea agenţilor muralitici (lizozim, penicilină etc.) apar defecte ale peretelui care duc la hernieri ale protoplastului sau la explodarea acestuia. Acţiunea agentului muralitic în mediu osmotic protector (soluţie 20% zaharoză, urină) face ca protoplastul să rămână integru, dar ia o formă sferică indiferent de forma avută anterior, devine sferoplast dacă mai păstrează urme de perete sau protoplast complet nud. Dacă agentul muralitic dispare din mediu, sferoplaştii revin la forma iniţială a bacteriei, dar protoplaştii nu. Este demonstrată autodeclanşarea sintezei şi asamblării peptidoglicanului de către resturile de perete. Bacteriile cu perete defectiv apărute în medii osmotic protectoare sunt numite forme L (1935, Klineberger Nobel le-a descris la Institutul Lister din Londra) În cursul terapiei cu peniciline în focarul de infecţie pot să apară forme L-infecţia se cronicizează.

8. Interes medical • sensibilitatea la lizozim • interferarea sintezei de către peniciline • antigenitatea • proprietatea de adjuvant imunologic STRUCTURILE SPECIALEale peretelui bacterian Peretele bacterian condiţionează colorabilitatea protoplastului în coloraţiile diferenţiale Gram, Ziehl-Neelsen. Peretele bacterian de tip gram-pozitiv - Peptidoglicanul este organizat într-o reţea tridimensională, cu ochiuri strânse, groasă şi omogenă.

9. Unităţile tetrapeptidice ale lanţurilor glican adiacente sunt legate prin punţi transversale polipeptidice. Sunt variaţii importante ale acestor punţi interpeptidice de la o specie la alta. De acidul N-acetilmuramic se leagă un peptid scurt de 4 aminoacizi în forma L sau D (L-alanina, D-acid glutamic, L-lizina, D-alanina). Structurile speciale asociate: • Acizii teichoci (teichos-perete) 50% din greutatea uscată a peretelui bacterian, • Funcţii – stabilizează şi întăresc peretele - leagă Mg2+ şi asigură mediul ionic necesar activităţilor enzimatice în membrana celulară. - sunt antigene majore de suprafaţă utile subtipării serologice a bacteriilor gram–pozitive. • Acizii teichuronici –acid uric+polizaharide neutre - permit subtiparea lactobacililor, streptococilor. - Glicolipide

10. Peretele de tip gram–negativ - subţire • structură neomogenă, complexă • Peptidoglicanul dispus profund, în reţea bidimensională laxă (15-20% din greutatea uscată a peretelui). Tetrapeptidul legat la acidul N-acetil muramic diferă de gram–pozitivi doar prin acidul diaminopimelic care înlocuieşte L-lizina. Structurile asociate • Membrana externă În ea flotează diferite molecule proteice: -porine (Omp A,C,D,F,LamB,Tsx) - proteine de transport (specifice) mai puţin numeroase, transport transmembranar vitamina B12, Fe3+

11. -Lipoproteinele se leagă covalent prin polul hidrofil la peptidoglican, prin polul hidrofob la membrana externă, solidarizează cele 2 structuri. -Lipopolizaharidul (LPS) hetrepolimerliniar dispus pe suprafaţa distală a membranei externe, are - segment proximal, lipidul A - miez polizaharidic - partea profundă formată din glucoză-heptoză şi 2-ceto-3deoxioctonat (KDO) numită “coloana vertebrală” - unităţi dizaharidice repetate (10-25x). Cel mai frecvent sunt trizaharide liniare, dar pot fi şi tetra sau pentazaharide ramificate.

12. LPS –codificat de mai multe gene - pot apare mutaţii Spaţiul periplasmic - aflat între membrana citoplasmatică şi membrana externă - conţine peptidoglican, lipoproteine, enzime implicate în digestia extracelulară sau inactivarea unor antibiotice, fibrele axiale ale spirochetelor - avantaje selective III Glicocalixul procariot -înveliş, polizaharidic frecvent, mai rar polipeptidic (Bacillus), dispus distal , numai la unele tulpini bacteriene, nu este caracter taxonomic.

13. Glicocalixul structurat dens – nu poate fi separat prin centrifugare - structura impenetrabilă la particulele de coloranţi, Glicocalixul structurat lax (slime) poate fi separat prin centrifugare, penetrat de particulele de coloranţi, vizibilă la microscopul electronic după colorare cu roşu ruteniu. Funcţii Funcţionează ca ligand la membranele mucoase, celulele eucariote, între procarioteavând rol în: -nutriţia şi virulenţa bacteriilor : citotoxinele şi enzimele bacteriene difuzează direct către celulele eucariote, prin liza celulară nutrienţii rezultaţi ajung direct către bacterie nu se diluează în mediu. IV Organitele de locomoţie -flagelii -fibrele axiale

14. Flagelii • organite filamentoase, lungi (6-20micrometri), flexuoase, cu structura proteică • Pot fi evidenţiaţi – preparate microscopice colorate prin impregnare • argentică – preparat umed între lamă şi lamelă - cultivare în geloză moale prin înţepare • Prezenţa, numărul, dispoziţia flagelilor= caractere taxonomice primare Fibrele axiale – analogi ai flagelilor la spirochete, sunt cuprinse în spaţiul periplasmic V. Pilii bacterieni - organite rigide, filamentoase, mai scurte decât flagelii, vizibili numai la microscopul electronic • pot fi: a. pili comuni (fimbriile) b. pili sexuali. - codificaţi plasmidic • caracter de tulpină a. dispuşi peritrichi, funcţionează ca adezine la receptori specifici ai mucoaselor b. structuri tubulare prezente în număr redus pe suprafaţa bacteriilor gram–negative care poartă plasmide numite conjugoni. Implicaţi în conjugarea bacteriilor VI. Endosporii bacterieni -forme de rezistenţă prin care speciile genurilor Bacillus şi Clostridium supravieţuiesc în condiţii nefavorabile de mediu

15. Structurile codificate de gene represate în viaţa vegetativă a acestor bacterii: - protoplastul deshidratat, conţinut mare de dipicolinat de calciu, care îi conferă rezistenţă - învelişuri: peretele sporal, cortex gros (peptidoglican sensibil la enzimele autolitice)2 tunici proteice bogate în cisteină şi legături disulfidice, care asigură rezistenţa la agenţi chimici şi radiaţii. În stare deshidratată supravieţuiesc ani. Condiţiile favorabile (apa, nutienţi) semnal care declanşează germinarea: activarea unei autolizine a cortexului. Apa şi nutrienţii difuzează spre protoplastcare creşte în volum, rupe învelişurile sporale Sunt uşor observaţi în microscopia optică. Importante caractere taxonomice primare. În coloraţia Gram rămân incolori. În coloraţia Ziehl – Neelsen în roşu, bacteria în albastru.