mikrobiologiA
Wykłady - literatura obowiązkowa Katedra i Zakład Mikrobiologii i Wirusologii 41-200 Sosnowiec ul. Jagiellońska 4 e-mail: mikrob@sum.edu.pl tel.: 32-364-1621 Dr hab. n. med. Tomasz J. Wąsik, Prof. SUM e-mail: twasik@sum.edu.pl Wykłady - literatura obowiązkowa Mikrobiologia Murray P., Rosenthal K., Pfaller M., Elsevier Urban & Partner, 2011, ISBN:9788376092942 Mikrobiologia Lekarska Kayser F., Bienz K., Eckert J., Zinkernagel R., PZWL 2007, ISBN: 83-200-3154-6 Wirusologia Collier L., Oxford J.:. PZWL, 2001. ISBN:8320026008
Mikrobiologia Mikrobiologia – badanie biologicznie czynnych struktur, których nie widać gołym okiem mikroorganizmy, mikroby, drobnoustroje a co z prionami i wirusami? zarazki, patogeny, czynniki chorobotwórcze ale nie wszystkie powodują choroby, a wiele jest dla nas niezbędnych Gdzie można znaleźć mikroby? wszędzie
Mikrobiologia Priony mikroby Wirusy mikrobiologia Bakterie Grzyby Pierwotniaki pasożyty Płazińce i obleńce parazytologia Stawonogi
Działy Mikrobiologii Mikrobiologia środowiskowa Mikrobiologia przemysłowa Mikrobiologia kliniczna Inżyniera genetyczna Biotechnologia Immunologia Epidemiologia Wirusologia I jeszcze wiele, wiele innych
Kilka ważnych nazwisk i dat Anton van Leeuwenhoek (1632 -1723) holenderski sukiennik, producent mikroskopów, przyrodnik. w 1674 r. spojrzał na kroplę wody przez wykonane własnoręcznie soczewki mikroskopu i odkrył że coś tam jest - drobnoustroje. Otto Friedrich Müller (1730 - 1784) duński przyrodnik pogrupował bakterie w rodzaje i gatunki zgodnie z metodą Karola Linneusza, dając początek taksonomicznej klasyfikacji drobnoustrojów W 1840 r. niemiecki patolog Friedrich Henie zaproponował kryteria udowadniające rolę drobnoustrojów w wywoływaniu chorób
Kilka ważnych nazwisk i dat W latach 1870 - 1880 Robert Koch (postulaty Kocha) i Ludwik Pasteur (teoria zarazków) potwierdzili tę teorię udowadniając, że drobnoustroje powodują wąglik, wściekliznę, dżumę, cholerę i gruźlicę. W roku 1910 niemiecki chemik Paul Ehrlich odkrył pierwszą substancję o charakterze przeciwdrobnoustrojowym - działającą przeciwko krętkom powodującym kiłę – salvarsan penicylina, Aleksander Fleming w 1928 r. sulfanilamid, Gerhard Domagk w 1935 r. streptomycyna, Selman Waksman w 1943 r.
Kilka ważnych nazwisk i dat W 1892 rosyjski botanik Dimitri Iwanowski wykazał, że ekstrakty z chorych roślin tytoniu, nawet po przefiltrowaniu przez bakteriologiczne filtry ceramiczne, wywołują takie same zmiany chorobowe u roślin zdrowych. Datę tę uważa się za początek Wirusologii 1898 holenderski botanik i mikrobiolog Martinus Beijerinic potwierdził i uzupełnił badania Iwanowa, sformułował nowoczesne poglądy na choroby wirusowe, określając wirusy jako contagium vivum fluidum – rozpuszczalny żywy patogen.
Kilka ważnych nazwisk i dat W 1900 roku Walter Reed, amerykański lekarz wojskowy, wykazał że żółta gorączka przenoszona jest przez komary – odkrycie wytyczyło nowe kierunki współczesnej epidemiologii i ekonomii Karl Landsteiner i Erwin Popper (1909) wykazali, że poliomielitis jest powodowana przez „czynnik przesączalny” – pierwsza ludzka choroba o udokumentowanej wirusowej etiopatogenezie WIRUSY, PLAGI I DZIEJE LUDZKOŚCI Michael B. A. Oldstone
Różnice między Eukaryota a Prokaryota Bakterie są najmniejszymi komórkami średnica najmniejszych bakterii (Chlamydia i Rickettsia) wynosi zaledwie 0,1-0,2 mm, niektóre gatunki (np. Thiomargarita namibiensis) są kilkaset razy większe od bakterii przeciętnej wielkości i mogą być widziane już gołym okiem. komórki roślinne i zwierzęce są znacznie większe - poczynając od 7 mm średnicy (czerwone krwinki), a kończąc na kilkudziesięciu centymetrach długości
Różnice między Eukaryota a Prokaryota Komórki zwierząt, roślin i grzybów określane są mianem eukariontów bakterie i sinice należą do prokariontów Komórki prokariotyczne różnią się od eukariotycznych przede wszystkim brakiem jądra i niektórych organelli strukturą genomu
Cechy charakterystyczne Eukaryota i Prokaryota Cecha Eukaryota Prokaryota Glówne grupy Glony, grzyby, pierwotniaki, rośliny, zwierzęta Bakterie, sinice Rozmiar (szacunkowy) >5 mm 0,5-3 mm Struktury jądrowe Jądro Klasyczna błona Brak błony jądrowej Chromosom Dwie nici DNA - genom diploidalny Pojedyncze, koliste DNA - genom haploidalny Struktury cytoplazmatyczne Mitochondria Obecne Brak Aparat Golgiego Obecny Retikulum endoplazmatyczne Rybosomy (stała sedymentacji) 80S (60S + 405) 70S (50S + 305) Błona cytoplazmatyczna Zawiera sterole Nie zawiera steroli Ściana komórkowa Obecna u grzybów, nieobecna u pozostałych grup Złożona struktura składająca się z białek, tłuszczy i peptydoglikanów Rozmnażanie Płciowe i bezpłciowe Bezpłciowe (podział komórki) Zdolność do ruchu Złożona wić (jeśli występuje) Prosta wić (jeśli występuje) Oddychanie komórkowe Przez mitochondria Przez błonę cytoplazmatyczną Zmodyfikowano wedlug Holt S: In Slots J. Taubmon M (eds.): Contemporary Oral Microbiology and immunology. St. Louis, Mosby, 1992.
Duże pchły mają na swych grzbietach małe pchły, które je gryzą, a małe pchły mają jeszcze mniejsze pchły i tak ad infinitum Wiroidy – małe (200-400 nt) infekcyjne, koliste cząsteczki RNA, nie osłonięte kapsydem i prawdopodobnie nie kodujące białek. Związane są z niektórymi chorobami roślin, do tej pory nie stwierdzono aby były chorobotwórcze dla zwierząt Wirino (wirusoidy) – większe niż wiroidy (1000 nt) satelitarne cząsteczki RNA. Wykorzystują mechanizm replikacyjny wirusa do namnażania się. W procesie dojrzewania wirusa wbudowują się do wnętrza wirusowego kapsydu jako pasażerowie „na gapę”. Występują u roślin i zwierząt. Prawdopodobnie są czynnikiem patogennym RNA wiroidów z rodziny Avsunviroidae http://e-biotechnologia.pl
Duże pchły mają na swych grzbietach małe pchły, które je gryzą, a małe pchły mają jeszcze mniejsze pchły i tak ad infinitum Priony (białkowe cząstki zakaźne) – pojedyncze cząsteczki białka, nie mające kwasu nukleinowego. Białko prionu i gen je kodujący występuje w normalnych, „niezainfekowanych” komórkach. Uważa się, że priony są czynnikiem zakaźnym wywołującym wywołującymi choroby degeneracyjne ośrodkowego ODN m.in.: chorobę Creutzfeldta-Jakoba, kuru u ludzi, scarpie u owiec i gąbczastą encfalopatię u bydła (BSE). Ogólne określenie tych zakażeń to zakaźne encefalopatie gąbczaste (Transmissible Spongiform Encephalopathies, TSE).
Wirusy Ultramikroskopowe, bezwarunkowe pasożyty wewnątrzkomórkowe posiadają tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego, DNA lub RNA, nie posiadają układów enzymatycznych wytwarzających energię ani aparatu syntetyzującego białka, zmuszają zakażone komórki gospodarza do tworzenia cząsteczek wirusa. Cząstki zdolne do wywołania zakażenia. Rozmiar waha się od 18 do 600 nm Wirusy prawie nigdy nie posiadają obu kwasów nukleinowych jednocześnie, jakkolwiek odkryty ostatnio Minivirus posiada zarówno DNA, jak i RNA. Nie są organizmami żywymi
Wirusy Wirusy to pasożyty, które do replikacji wymagają komórek gospodarza. rodzaj komórek infekowanych przez wirusy, a także typ odpowiedzi gospodarza warunkują objawy kliniczne. Jak do tej pory, opisano ponad 2000 gatunków wirusów, z których około 650 jest w stanie zainfekować człowieka i zwierzęta. Infekcja może prowadzić albo do szybkiej replikacji wirusa i zniszczenia komórek gospodarza, albo może być długoterminowa i przewlekła Konsekwencją są zakażenia od pospolitego przeziębienia czy biegunek, a kończąc na śmiertelnych infekcjach wirusami wścieklizny, Ebola, ospy prawdziwej czy HIV.
Bakterie W przeciwieństwie do wirusów są organizmami żywymi są drobnoustrojami prokariotycznymi, nie mają mitochondriów, błony jądrowej, aparatu Golgiego, retikulum endoplazmatycznego Rozmnażają się przez bezpłciowy podział komórki, może dochodzić do rekombinacji genetycznej Budowa ściany komórkowej bakterii jest złożona, wyróżnić możemy jej dwa podstawowe typy: bakterie Gram + : ściana komórkowa składa się z grubej peptydoglikanowej warstwy bakterie Gram - : nad cienką warstwą peptydoglikanu znajduje się jeszcze błona zewnętrzna niektóre bakterie nie posiadają ściany komórkowej i żyją jedynie w środowisku hipertonicznym lub wewnątrz komórek gospodarza.
Bakterie Takie cechy, jak: rozmiar bakterii (1-20 mm lub większe), kształt (kulisty, cylindryczny, kręty) układ przestrzenny komórek (pojedyncze komórki, łańcuszki, kiście), używane są do wstępnej identyfikacji bakterii. Do ostatecznej identyfikacji służą charakterystyczne cechy fenotypowe i genotypowe bakterii. Ludzkie ciało zamieszkane jest przez tysiące różnych gatunków bakterii - niektóre z nich są mieszkańcami przejściowymi, inne żyją w ludzkim organizmie w stałej, pasożytniczej lub symbiotycznej zależności.
Bakterie Środowisko, które nas otacza - powietrze, którym oddychamy, woda, którą pijemy, i jedzenie, które spożywamy - zasiedlone jest przez bakterie - niektóre z nich względnie niegroźne, a inne - wywołujące choroby zagrażające życiu. Choroby te spowodowane mogą być toksycznym działaniem bakteryjnych produktów przemiany materii (np. toksyny) lub zasiedleniem przez bakterie jałowych z definicji obszarów ciała.
Bacteria Domena ta obejmuje królestwo heterotroficznych eubakterii (bakterii właściwych) w tym wszystkie ludzkie bakterie chorobotwórcze chemoorganotrofy Inne królestwa, na przykład fotosyntetyzujących cyjanobakterie, nie są patogenne. Liczbę gatunków bakterii na Ziemi szacuje się na setki tysięcy. Spośród tych setek tysięcy odkryto i opisano szczegółowo zaledwie około 5500 gatunków bakterii.
Archaea Domena obejmuje formy żyjące w środowiskach o ekstremalnych warunkach. Do tej domeny należą m.inn. mikroorganizmy : termofilne i hipertermofilne, halofilne wytwarzające metan. Wcześniejsza nazwa Archaea brzmiała: Archaebacteria, co oznacza bakterie pierwotne, które w rzeczywistości są rodzajem żywej skamienieliny. Ciepłolubne Archaea rozwijają się głównie w ciepłych, wilgotnych biotopach, takich jak cieple źródła na szczytach pęknięć geotermalnych. Odkryte niedawno hipertermofilne Archaea żyją w pobliżu głębokomorskich stożków wulkanicznych w temperaturze przekraczającej 100°C.
Grzyby Grzyby są organizmami eukariotycznym mają wyodrębnione jądro, mitochondria, aparat Golgiego oraz retikulum endoplazmatyczne. Grzyby mogą występować w formie: jednokomórkowej i rozmnażać się bezpłciowo przez podział komórki (grzyby drożdżopodobne) mycelialnej (grzyby wielokomórkowe) rozmnażające się zarówno płciowo, jak i bezpłciowo. Większość grzybów może występować tylko w jednej z wyżej opisanych form morfologicznych, jakkolwiek istnieją od tej zasady wyjątki: grzyby dimorficzne Histoplasma, Blastemyces , Coccidioides.
Pasożyty Pasożyty są drobnoustrojami o najwyższym stopniu złożoności. Wszystkie pasożyty są eukariotyczne, jednokomórkowe (Plasmodium, wielokomórkowe (tasiemce, glisty, kleszcze) Różnią się także wielkością – pierwotniaki mierzą jedynie 1-2 mm średnicy tasiemce mierzą do 10 m długości. Mając to na uwadze, ciężko jest przyjąć, że wszystkie pasożyty zaliczane są do "drobnoustrojów". Cykl życiowy pasożytów bywa niezwykle złożony - niektóre z nich wchodzą w stały związek z ludźmi, a inne przechodzą serie etapów pośrednich w organizmach zwierzęcych.
Czynniki ryzyka chorób zakaźnych
Choroby zakaźne Choroby zakaźne, choroby infekcyjne – grupa chorób ludzi, zwierząt i roślin, będących następstwem: zakażenia ustroju czynnikiem zakaźnym i złamania sił odpornościowych organizmu (lub w odwrotnej kolejności) lub/i obecności w organizmie bioaktywnych toksyn (jadów) drobnoustrojów Do niedawna mianem choroby zakaźnej określano choroby wywoływane także przez robaki (owsica), pierwotniaki (malaria) i małe stawonogi (wszawica). Obecnie te choroby nazywane są chorobami pasożytniczymi
Postulaty Kocha Opracowane w latach 1880-tych przez Kocha i Pasteura 4 kryteria, które musi spełniać określony patogen, aby być uznany za czynnik infekcyjny, z małymi modyfikacjami są aktualne po dzień dzisiejszy. Dany czynnik musi być obecny w każdym przypadku choroby Czynnik musi być wyizolowany z organizmu gospodarza i dać się hodować in vitro Po wprowadzeniu wyhodowanego czynnika w czystej postaci do zdrowego organizmu gospodarza, czynnik ten powinien wywołać daną chorobę Ten sam czynnik musi być wyizolowany z doświadczalnie zakażonego osobnika i zachować swoją infekcyjność
Czynniki etiologiczne zakażeń (patogeny) człowieka Niekomórkowe cząstki zakaźne Drobnoustroje prokariotyczne eukariotyczne Zwierzęta Priony (zakaźne białka) Chlamydie (0,3-1 urn) Grzyby (drożdże 5-10 mm, grzyby pleśniowe, rozmiar niedający się określić) Helminty (robaki pasożytnicze) Wirusy (20-200 nm) Riketsje (0,3-1 mm) Mykoplazmy Klasyczne bakterie (1-5 mm) Pierwotniaki (1-130 mm) Stawonogi
Choroby zakaźne Są przyczyną 25% wszystkich zgonów (14 x 106) WHO definiuje 96 poważnych stanów chorobowych z czego 29 jest chorobami zakaźnymi Zidentyfikowano 1415 gatunków patogennych dla człowieka 217 wirusów i prionów 538 bakterii i riketsji 307 grzybów 66 pierwotniaków 287 robaków płaskich i obłych 868 (61%) gatunków przenoszonych jest między człowiekiem a zwierzętami (zoonozy) 175 gatunków uważa się za przyczynę nowych i nawracających chorób zakaźnych 132 z nich (75%) to gatunki zoonotyczne
Taksonomia i drogi transmisji gatunków patogennych wszystkie gatunki zakaźne (n = 1415) 15% - wirusy i priony 38% bakterie i riketsje 22% grzyby 5% pierwotniaki 20% robaki gatunki zoonotyczne (n = 868) 19% - wirusy i priony 31% bakterie i riketsje 13% grzyby 32% robaki gatunki nowe lub nawracające (n = 175) 44% - wirusy i priony 30% bakterie i riketsje 9% grzyby 11% pierwotniaki 6% robaki Taylor et al. Phil.Trans.R.Soc.Lond. B (2001)356,983-989
Przykłady zoonoz, zoonozy wirusowe Zoonoza Patogen Rezerwuar Wektor Zoonozy wirusowe Wścieklizna Rhabdoviridae RV Wiele gatunków zwierząt Ugryzienie przez chore zwierzę Kleszczowe zapalenie mózgu (Tickborne encephalitis, TBE) Flaviviridae TBEV Dzikie zwierzęta Kleszcze Inne zoonozy wirusowe hantawirus , zakażenia bunyawirusami; zakażenia alfa-wirusami, flawiwirusami i arenawirusami.
Zoonozy bakteryjne Zoonoza Patogen Rezerwuar Wektor Bruceloza Brucella sp. Bydło, świnia, koza, owca (pies) Kontakt z tkanką lub wydzieliną chorych zwierząt; mleko i produkty mleczne Borelioza z Lyme Borrelia burgdorferi Dzikie gryzonie; sarna, jeleń Kleszcze Dżuma Yersinia pestis Gryzonie Kontakt z chorymi zwierzętami; ugryzienie pchły szczurzej Gorączka Q Coxiella bumetii Owca, koza, bydło Możliwe przez mleko i produkty mleczne Salmoneloza Salmonella enterica (serotypy jelitowe) Świnia, bydło, drób Mięso, mleko, jaja Inne zoonozy bakteryjne: erlichioza; różyca; kampylobakterioza; choroba kociego pazura; leptospiroza; wąglik; ornitozy; gorączka po ugryzieniu szczura; riketsjoza (różne typy); tularemia; zapalenie błony śluzowej żołądka i jelit wywołane przez Vibrio parahaemolyticus; zapalenie błony śluzowej żołądka i jelit wywołane przez Yersinia enterocolitica.
Zoonozy pierwotniakowe Zoonoza Patogen Rezerwuar Wektor Toksoplazmoza Toxoplasma gondii Kot domowy, owca, świnia, inne zwierzę- ta przeznaczone douboju Toksoplazmoza nabyta: droga oralna; toksoplazmoza wrodzona: przez łożysko Kryptosporydioza Cryptosporidium hominis; C. parvum Bydło (cielęta), zwierzęta domowe Spożycie oocyst Inne zoonozy pierwotniakowe trypanosomoza afrykańska (śpiączka afrykańska); trypanosomoza amerykańska (choroba Chagasa); babeszjoza; balantidioza; kryptosporydioza, giardioza; leiszmanioza; mikrosporydioza, sarkocystoza; toksoplazmoza.
Robaczyce odzwierzęce Zoonoza Patogen Rezerwuar Wektor Echinokokoza Echinococcus granulosus, Echinococcus multilocularis Pies, dzikie psowate, lis Spożycie jaj Tasiemczyca Taenia saginata, Taenia solium, Taenia asiatica Bydło, bawoły Świnie Świnie, bydło, kozy Spożycie rozwojowych form tasiemca z mięsem Zoonozy wywołane przez stawonogi Świerzb Sarcoptes spp.: gatunki roztoczy pasożytniczych dla zwierząt domowych Pies, kot, świnka morska, domowe przeżuwacze, świnia Kontakt z chorymi zwierzętami Inne robaczyce odzwierzęce: cerkariowe zapalenie skóry; klonorchioza; cysticerkoza, dikrocelioza; ditylobotrioza; echinokokoza: fascjoloza; hymenolepioza; larwa wędrująca trzewna; opistorchioza; paragonimoza; schistosomoza (bilharcjoza); tasiemczyce; toksokaroza; włośnica. Inne zoonozy wywołane przez stawonogi: pogryzienie przez pchły; larwa wędrująca skórna; inwazja roztoczy; inwazja pchły piaskowej.