OPĆA MEDICINSKA BAKTERIOLOGIJA

1. OPĆA MEDICINSKA BAKTERIOLOGIJA Prof.dr.sc.Arjana Tambić Andrašević Klinika za infektivne bolesti “Dr. Fran Mihaljević”

2. Literatura • Mlinarić Galinović, Šešo – Specijalna medicinska bakteriologija • Z. Volner – Opća medicinska mikrobiologija s epidemiologijom i imunologijom • S. Kalenić, E. Mlinarić Missoni – Medicinska bakteriologija i mikologija (Merkur A.B.D. Zagreb 2005.)

3. MIKROBIOLOGIJA Osnovna istraživačka mikrobiologija Primijenjena mikrobiologija Prema vrsti organizma Prema procesu Prema bolesti Vezano uz bolest Okolišna Industrijska Mikrobna taksonomija Bakteriologija Mikologija Protozoologija Parazitologija Virologija Mikrobni metabolizam Mikrobna genetika Mikrobna ekologija Imunologija Epidemiologija Etiologija Kontrola infekcija Kemoterapija Okolišna mikrobiologija Prehrambena tehnologija Farmaceutska mikrobiologija Genetski inž.

4. Zašto mikrobiologija? 1. Mikroorganizmi u prirodi - neophodni u prehrambenom lancu - razgrađuju mrtve organizme, otpadne produkte živih, razgrađuju industrijski otpad - u prehrambenoj industriji ( ocat, kiselo zelje, mliječni proizvodi, alkoholna pića) - u farmaceutskoj industriji ( sinteza alkohola, antibiotika, lijekova) - genetski inžinjering - fiziološka flora čovjeka i životinja ( sudjeluju u probavi hrane, sinteza B i K vitamina)

5. Zašto mikrobiologija? 2. Mikroorganizmi u znanosti - jednostavnije je proučavati životne procese u jednostaničnih organizama - mogućnost korištenja velikog broja mikroorganizama u znanstvenim eksperimentima – rezultati su statistički pouzdani ( troškovi kultivacije bilijon bakterija su manji od troškova držanja npr. 10 eksperimentalnih štakora) - zbog brze reprodukcije posebno su pogodni za proučavanje prenošenja genetske informacije

6. Zašto mikrobiologija? 3. Mikroorganizmi kao uzročnici bolesti - apatogeni - oportunistički patogeni - primarno patogeni

7. Povijest mikrobiologije • Biblija (Stari Zavjet) – pojam zaraznosti, mjera zaštite – lepra • Antička Grčka ( Hipokrat) – bolest se može prenijeti sa zaraženog njegovom odjećom, dr. predmetima • R. Hook oko 1665. – prvi mikroskop – termin stanica • A. Van Leeuwenhoek ( nizozemski trgovac) – složio leće sa povećanjem do 300x – promatrao mikroorganizme ~ animalcula

8. Povijest mikrobiologije • Eksperimentalna mikrobiologija – 19.st. • Louis Pasteur 1859. - živi organizmi mogu nastati samo iz živih organizama – dokaz da nema spontane generacije - pasterizacija – uništavanje mikroorganizama toplinom - fermentacija = život bez kisika - rabies vakcina • Robert Koch – porast bakterija u čistoj kulturi – prvi koristio krute podloge (želatina, agar) - identificirao uzročnika antraxa – nakon uzgoja injicirao zdravim životinjama – u nj krvi našao istog uzročnika - Kochovi postulati – eksperimentalni dokaz povezanosti uzročnika i bolesti

9. Povijest mikrobiologije • Zlatna era bakteriologije ~ 1874. – 1917. • Mikrobiologija kao znanost - uzgoj mikroorganizama, poboljšane tehnike mikroskopiranja ( bojanja po Gramu, Giemsi), kemijske aktivnosti mikroorganizma – osnova identifikacije - otkriveni uzročnici difterije, tifusa, gonoreje, tetanusa, kolere, tuberkuloze, dizenterije, sifilisa ... - proučavanje odnosa domaćina i mikroorganizma – imunost - razvoj cjepiva ( Jenner 1798. kravlje/velike boginje) - primjena asepse u kirurškim zahvatima (Joseph Lister, 1867.)

10. Povijest mikrobiologije • P. Ehrlich 1910. - derivat arsena protiv sifilisa • Domagk 1935. – sulfonamidi • Alexander Fleming 1928. – Penicillium notatum – penicilin • Chain & Florey 1941. – klinička primjena penicilina • Doba kemoterapije – “čarobni metak” • 1950-te – tetraciklini, kloramfenikol, eritromicin • 1960-te– ampicilin, cefalosporini I gen., semisintetski penicilini, aminoglikozidi • 1980-te – cefalosporini III gen., kinoloni • 2000. – oksazolidinoni (Lynezolid) • Rezistencija bakterija na antibiotike – ograničavanje uporabe antibiotika!

11. Moderne smjernice mikrobiologije • brza detekcija antigena u uzorku (Legionella – urin) • metode molekularne biologije (PCR, DNA hibridizacija) • detekcija genetskog materijala u uzorku • tipizacija • identifikacija • proučavanje patogenetskih mehanizama na molekularnoj razini • proučavanje alternativnih pristupa antimikrobnoj terapiji • kontrola bolničkih infekcija !

12. Podjela mikroorganizama • mikroorganizam (grč. mikros = malen) • BAKTERIJE • VIRUSI • GLJIVE (kvasci i plijesni) • PARAZITI ( protozoi i višestanični paraziti) • PRIONI

13. Bakterije • prokarioti (grč. protis = prvi, karyon = jezgra) – jezgrina tvar (genetski sadržaj) slobodno uklopljen u citoplazmi - ostali organizmi (alge, gljive, biljke, životinje, ljudi) imaju eukariotske stanice – eukariotska jezgra ima jezgrinu ovojnicu - prokariotske stanice nemaju stanične organele (mitohondriji, kloroplasti, ER, Golgijev aparat)

14. Klasifikacija i nomenklatura bakterija • Razred – Red – Porodica – Rod – Vrsta - primjer klasifikacijske sheme E. coli • Binominalna nomenklatura: Rod – vrsta ( Escherichia coli)

15. Bakterije • Duljina bakterija varira od 0,3 – 20 μm , dok je promjer većine bakterija 1 μm

16. Mikromorfologija bakterija - četiri oblika bakterijskih stanica : • KOKI – kuglaste bakterije • BACILI – štapićaste streptokoki Gram-pozitivni koki u nizu npr. stafilokoki Gram-pozitivni koki u nakupinama pneumokok klostridiji

17. Mikromorfologija bakterija • SPIROHETE I SPIRILI – zavojite treponema Leptospira Borrelia Vibrio Campylobacter

18. Makromorfologija bakterija

19. Bakterije - s obzirom na uvjete rasta: • Aerobi(za život im je potreban kisik, ne mogu fermentirati = nonfermentori) • Anaerobi (kisik ih ubija) • fakultativni anaerobi( koriste kisik ako je prisutan, no rastu i bez njega) • mikroaerofili (5 – 6 % kisika)

20. Osnovni sastojci bakterijske stanice • CITOPLAZMA – voda, proteini, enzimi, ugljikohidrati, hranjive i otpadne tvari - dijelovi citoplazme: nukleoid, ribosomi, plazmidi, citoplazmatska zrnca (škrob, željezo, lipidi…) • STANIČNA OVOJNICA – citoplazmatska opna, stanična stijenka, periplazmatski prostor • VANJSKI DIJELOVI – kapsula - bičevi - fimbrije (pili)

21. Osnovni sastojci bakterijske stanice

22. Osnovni sastojci bakterijske stanice • CITOPLAZMATSKA OPNA - sastoji se od fosfolipida i proteina - uloga: • drži citoplazmu na okupu • selektivna propusna barijera • odvijanje metaboličkih procesa (disanje, fotosinteza) • osigurava osmotsku ravnotežu stanice

23. Osnovni sastojci bakterijske stanice • STANIČNA STIJENKA - oblik stanice, barijera prema okolini, neki dijelovi pridonose većoj patogenosti, zaštita od osmotske lize, toksičnih tvari, ciljno mjesto djelovanja nekih antibiotika - sastoji se od peptidoglikana (mureina) - gram – pozitivna bakterija sadrži jedan deblji sloj peptidoglikana - gram – negativna bakterija sadrži tanki sloj peptidoglikana između vanjske i citoplazmatske opne

24. Stanična stijenka gram – negativne bakterije

25. Stanična stijenka gram – pozitivne bakterije

26. Osnovni sastojci bakterijske stanice • STANIČNA STIJENKA - karakteristika vrste - razlikovanje gram – pozitivnih i negativnih bakterija - nositelj antigenih osobina ( kapsula) – izazivanje imunog odgovora - nositelj virulentnih osobina (kapsula, pili, fimbrije) - osjetljivost na antibiotike

27. Osnovni sastojci bakterijske stanice • KAPSULA (glikokaliks) - sastoji se od polisaharida i / ili peptida - štiti bakteriju od fagocitoze, dehidracije, djelovanja detergenta i infekcije fagima - omogućuje prijanjanje na površinu ( sluznicu, kožu) - bakterije sa kapsulom na krutim podlogama rastu u obliku glatkih kolonija – S oblik; bez kapsule – hrapave kolonije – R oblik • FLAGELE, FIMBRIJE (pili) - pokretljivost, prijanjanje na površinu

28. Medicinski važne bakterije 1. AEROBNE BAKTERIJE: • non – fermentori(Pseudomonasspp., Acinetobacterspp.) - gram-negativni štapići - u vlažnom okolišu – bolničke infekcije • vibrionaceae (V. cholerae) • Legionella, Francisella • gram – negativni koki (Neisseriameningitidis, neki sojevi mogu rasti i anaerobno) • aerobni gram – pozitivni bacili – Bacillusspp, Listeria, Erysipelothrix, Nocardia, Streptomyces • rikecije

29. Medicinski važne bakterije 2. FAKULTATIVNI ANAEROBI • gram – pozitivni koki: - stafilokoki – ( Staphylococcusaureus, koagulaza negativni stafilokoki-KNS); - gram-pozitivni koki u nakupinama - rastu aerobno, no mogu i anaerobno - FF kože, kožne inf., bolničke infekcije - streptokoki - potrebe za kisikomkao i stafilokoki - (BHS – A, Streptococcuspneumoniae) - gram-pozitivni koki u nizu - FF respiratorni trakt/ respiratorne infekcije • enterobakterije( E. coli, Klebsiellaspp. Proteusspp., Enterobacterspp., Serratiaspp., Salmonellaspp.), gram-negativni štapići - u GIT čovjeka kao FF ili prim. patogeni (salmonele) – GI infekcije, urinarne, bolničke infekcije

30. Medicinski važne bakterije 2. FAKULTATIVNI ANAEROBI • Mycoplasma spp (kapnofilne bakterije) • Gardnerella spp

31. Medicinski važne bakterije • MIKROAEROFILNE BAKTERIJE • Campylobacter spp • Helycobacter pylori • Haemophilus spp

32. Medicinski važne bakterije 3. ANAEROBNE BAKTERIJE - u slobodnoj prirodi – stanovnici tla - normalna flora na koži, sluznicama čovjeka i životinja - • sporogeni anaerobi – najčešći uzročnici infekcija – egzogeni patogeni ( mogu biti i dio normalne flore, te sudjelovati i u endogenim anaerobnim infekcijama) • asporogeni anaerobi– dio normalne flore – endogeni oportunistički patogeni– često sinergizam s fakultativnim anaerobima koji istovremeno uzrokuju infekciju ( potroše kisik u tkivu i time omoguće rast anaerobima)

33. 3. ANAEROBNE BAKTERIJE - najčešći uzročnici endogenih anaerobnih infekcija: Bacteroides fragilis (kolon), Prevotella (usna šupljina), Fusobacterium spp. ( usna šupljina, kolon) Actinomyces spp. ( usna šupljina), Clostridium spp. (kolon; ili egzogeno iz tla), Peptostreptococcus spp. ( usna šupljina, kolon) Medicinski važne bakterije

34. 3. ANAEROBNE BAKTERIJE - najčešći uzročnici egzogenih anaerobnih infekcija: Clostridium tetani (tetanus) Clostridium botulinum (botulizam) Medicinski važne bakterije

35. Virusi • obligatni intracelularni paraziti • sadrže DNA ili RNA (jezgra) • obavijeni proteinskim omotačem • neki virusi imaju lipidnu ovojnicu

36. ne sadrže nukleinske kiseline abnormalni protein, za razmnožavanje koristi DNA domaćina otporan na dezinfekciju Prioni

37. Činitelji patogenosti i virulencije bakterija • PATOGENOST = sposobnost mikroorganizma da izazove bolest • VIRULENCIJA = stupanj patogenosti nekog bakterijskog soja – mjeri se količinom mikroorganizama ili njihovih toksina potrebnih da izazovu bolest • patogeni mikroorganizmi • oportunistički (uvjetno/potencijalno) patogeni • apatogeni

38. Činitelji patogenosti i virulencije bakterija • adherencijabakterije na kožu/sluznice • infekcija – razmnožavanje bakterija - kolonizacija – nepatogene bakterije • infektivna bolest - prodor bakterije u stanice domaćina , oštećenje toksinima, reakcija domaćina

39. Host-parasite relationship- from health to a disease Prescott LM. Microbiology, 2002

40. Obrana domaćina IMUNOST = skup svih osobina domaćina koji omogućava obranu od specifičnog stranog činitelja • Prirođena (nespecifična) imunost • Stečena (specifična) imunost

41. Obrana domaćina Prirođena (nespecifična)imunost: • Izvan imunološkog sustava – mehanička (koža, intaktna sluznica, cilije, peristaltika, vaginalni epitel) - kemijska (sekreti s antimikrobnim djelovanjem – sluz, sebum , suze, urin, kiseli želučani sok,...) - NK – stanice (prirođenoubilačke stanice), fagociti, upalni proes, citokini (interferon) - proteini ( lizozim, komplement) - fiziološka flora

42. Obrana domaćina Prirođena (nespecifična) imunost: • Unutar imunološkog sustava • Fagocitoza • granulociti (polimorfonukleari) – izvanstanični MO • stanice monocitnog/makrofagnog reda – intracelularni MO • citokini i kemokini - luče ih makrofagi, aktivirane NK – stanice... (IL-1, IL-12, TNF-α...) • upalni odgovor • edem i fibrin stvaraju mrežu u tkivu koja čepi limfne kapilare i onemogućuje širenje mikroorganizma • kemotaksija fagocita – rezolucija lokalne upale • do određene mjere svrsishodno, često štetno po vlastite stanice (SIRS)

43. Obrana domaćina Fagocitoza • retikuloendotelni sustav – obuhvaća fagocite krvi, limfnog tkiva, slezene, jetre, koštane srži, pluća... - filtracija mikroorganizama i čestica iz krvne struje i limfe - npr. asplenični bolesnik – podložnost učestalijim bakterijskim sepsama , posebice pneumokokom - prirođeni/stečeni poremećaj kemotaksije - pretjerana podložnost zarazi - oštećen oksidacijski put ubijanja u fagocitima – kronična granulomatozna bolest – sklonost zarazi stafilokokom - leukopenija (zbog bolesti ili liječenja) – manjak fagocita – teške oportunističke bakterijske i gljivične infekcije

44. Obrana domaćina • Stečena (specifična) imunost • HUMORALNA = posredovana protutijelima koja produciraju B limfociti • STANIČNA =posredovana stanicama, T limfocitima - u odnosu na mjesto stvaranja imunološkog odgovora i njegova djelovanja, stečena imunost se dijeli : • pasivna imunost – prenosi se specifičnim protutijelima koja su proizvedena u drugom domaćinu (protutijela protiv bakterijskih toksina difterije, tetanusa, botulizma) • aktivna imunost – razvija se nakon dodira organizma s tuđim molekulama ( dodir se može očitovati kliničkom/supkliničkom infekcijom, imunizacijom, transplantacijom tuđih stanica)

45. Naivni limfociti Tho IL - 2 IL - 12 IL - 4 Thı Th2 IFN - γ IL - 4 IL-2 IFN – γ TNF - β IL - 4 IL – 5 IL – 10 IL - 13 STANIČNA IMUNOST Aktivacija makrofaga Sazrijevanje citotox. CD8 limfocita T HUMORALNA IMUNOST Diferencijacija limfocita B Prekapčanje razreda Ig

46. Stečena (specifična) imunost • antigeni se predočuju na površini antigen predočne stanice (APS) sa molekulom II. razreda sustava tkivne podudarnosti (HLA) CD4 limfocitima T Ag + APS + HLA – II CD4 T limfo • nakon prepoznavanja tuđeg antigena, CD4 limfociti T se diferenciraju u dva razreda Thı vs Th2 – ključni za usmjerenje imunosnog odgovora • smjer diferencijacije ovisi o vrsti patogena, tj. vrsti APS • razred Thı potiče razvoj staničnog odgovora, uz razvoj CD8 citotoksičnih limfo T i aktivaciju makrofaga • razred Th2 pomaže limfocitima B u razvoju humoralnog tipa odgovora

47. Stečena (specifična) imunost HUMORALNA IMUNOST • uloga u obrani od extracelularnih patogena • u odgovoru posredovanom protutijelima CD4 limfociti T luče itokine i aktiviraju limfocite B • limfociti B proliferiraju i diferenciraju se u plazma – stanice koje luče protutijela • specifični učinak protutijela se osigurava prekapčanjem razreda imunoglobulina IgM IgA/IgG/IgE • kompleks At – Ag: • At neutralizira aktivno mjesto toxina • At spriječava adherenciju • At pospjeuje fagocitozu • Fiksira komplement – LIZA stanice ! Moguća i oštećenja tkiva domaćina ! - specifična At ( monoklonalna At) – terapija - dijagnostika

48. Stečena (specifična) imunost • STANIČNA IMUNOST • glavna uloga u obrani intracelularnih patogena • efektorske stanice staničnog odgovora: citotoksični limfociti T, aktivirani makrofazi, NK - stanice • CD8 limfociti T prepoznaju Ag u sklopu vlastite molekule I. razreda sustava HLA • prvi susret s Ag - nastaju stanice memorije ( T i B limfo) • drugi susret s Ag – brža i jača reakcija – osnova za cijepljenje • specifična reakcija At – Ag koristi se u dijagnostici - serologija

49. Normalna flora čovjeka • normalna flora – mikroorganizmi koji nastanjuju kožu i sluznice zdravog čovjekane čineći mu štete – komenzali • stabilna i karakteristična za čovjeka (individualne razlike, ovise o okolišu, prehrani, higijeni, bolesti, dobi) • većinu mikroorganizama normalne flore čine bakterije ili gljive • virusi nisu normalna flora, već ako se nađu na sluznicama, a bez znakova bolesti, riječ je o asimptomatskoj infekciji ili reaktivaciji • protozoi su rijetko normalna flora sluznica: u usnoj šupljini i debelom crijevu

50. Normalna flora čovjeka • STALNA (REZIDENTNA) FLORA – ona koja se uvijek nalazi na nekom području organizma u određenoj dobi, te ako se poremeti zbog vanjskih ili unutrašnjih utjecaja, brzo se ponovo obnavlja i uspostavlja kao prije • PROLAZNA (TRANZITORNA) FLORA – ona koju čovjek stječe iz vanjske sredine (hranom, vodom, dodirom, zrakom), te se zadrži privremeno (par sati, dana, tjedana) i zatim nestane. Može se raditi i o komenzalnim ili potencijalnim patogenima