Bakterier struktur og funktion

Transkript

1 Bakterier struktur og funktion Uffe B. Skov Sørensen Dias 1

2 Disposition Forskellen mellem en bakterie og vore egne celler Hvad er en bakterie? Dyrkning og farvning af bakterier Inddeling af bakterier (taksonomi) Bakteriers ultrastruktur Gram-positive Gram-negative Andre Dias 2

3 Prokaryote celle Eukaryote celle Gram-negativ bakterie Dias 3

4 Forskelle mellem pro- og eukaryote celler Prokaryote DNA frit DNA -> RNA -> Protein koblet 70S (16S/23S) ribosomer Ingen organeller i cytoplasma, enzymer i plasma-membran Oftes en cellevæg af peptidoglycan Eukaryote DNA i kerne DNA -> RNA processering -> translation ikke koblet 80S (40S/60S) ribosomer Organeller med membraner f.eks. lyzosomer, mitochondrier m.m. Ingen cellevæg eller kitin, cellulose m.v.

5 Den prokaryote celle Plasmamembran Cellevæg Ribosomer (50S/30S) Plasmid (ekstra kormosomalt DNA) Haploid celle, kun et enkelt kromosom Flageller Kapsel Pili Overfladeproteiner Ekstracellulært polysakkarid, enzymer, toksiner m.v. Dias 5

6 Hovedtræk for bakterier Encellede prokaryote organismer Haploide celler (et enkelt cirkelformet kromosom) Vegetativ formering (ukønnet, ved simpel tværdeling) Størrelse ofte 1 2 µ (max ca. 6 µm) Celler som regel med cellevæg Bevægelige eller ubevægelige Vokser med eller uden ilt (aerob / anaerob vækst) Dias 6

7 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. Dias 7

8 Dyrkning på blodplader Blandingskultur Renkultur Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 8

9 Bakteriers vækst 1 Antal bakterier Døds-fasen Stationære fase Lag-fasen 10 1 Log-fasen Timer Dias 9

10 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. Dias 10

11 Farvning af bakterier 1. Udstrygning på objektgkas 2. Tørring 3. Flammefiksering 4. Farvning f.eks. med Gram-farve 5. Mikroskopi 100X objektiv (olie), forstørrelse 1000 x Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 11

12 Gramfarvning af bakterier Hans Christian Joachim Gram ( ) Gram udviklede sin teknik med henblik på forbedret farvning af bakterier i væv bl.a. ved lungeinfektioner. Gram bemærkede at tyfusbakterier og visse andre bakterier ikke farves. Dias 12

13 Gram-farvning Dias 13

14 Bakteriemorfologi Gram-positiv Gram-negativ Form og farvbarhed Kok Stav Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 14

15 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. (eller identifikation på anden måde) Dias 15

16 Energiomsætning hos bakterier Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt Obligat aerob Obligat anaerob Fakultativ anaerob Ja Nej Ja Nej Aerobt stofskifte: Ilt reduceres og et organisk stof oxideres. Slutprodukt vand og CO 2 Anaerobt stofskifte: Fermentering (gæring) Nedbrydning af et organisk molekyle uden brug af ilt. Slutproduktet er bl.a. alkohol, en organisk syre eller en blanding. Ja Ja

17 Energiomsætning hos bakterier Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt Obligat aerob Obligat anaerob Fakultativ anaerob Ja Nej Ja Nej Aerobt stofskifte: Ilt reduceres og et organisk stof oxideres. Slutprodukt vand og CO 2 Anaerobt stofskifte: Fermentering (forgæring) Nedbrydning af et organisk molekyle uden brug af ilt. Slutproduktet er bl.a. alkohol, en organisk syre eller en blanding. Ja Ja

18 Energiomsætning hos bakterier Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt Obligat aerob Obligat anaerob Fakultativ anaerob Ja Nej Ja Nej Aerobt stofskifte: Ilt reduceres og et organisk stof oxideres. Slutprodukt vand og CO 2 Anaerobt stofskifte: Fermentering (forgæring) Nedbrydning af et organisk molekyle uden brug af ilt. Slutproduktet er bl.a. alkohol, en organisk syre eller en blanding. Ja Ja

19 Biokemisk identifikation Sukkerarter Inkuberes 18 timer ved 36 o C fermentering ph fald Andre biokemiske reaktioner Andre metoder: Sekventering af 16S ribosomalt RNA Proteinprofiler m.v. Dias 19

20 Taksonomi Familie (family): Slægt (genus): Art (specie): Enterobacteriaceae Escherichia coli Escherichia coli Evt. supplerende undersøgelser: Serotypning (f.eks. O-, K- og H-antigener) Resistensbestemmelse Gener der koder for toksin dannelse (PCR) Evt. DNA fingerprinting Dias 20

21 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering og forhold til ilt Evt. serologisk typning med antisera (f.eks. salmonella og streptokokker) Dias 21

22 Serotypning Påvisning af antigen ved hjælp af specifikke antisera. Antigenerne er ofte polysakkarider Eksempler: Latex Agglutination Dias 22

23 Udvalgte eksempler på serotyper blandt bakterier Gruppe A streptokokker, Streptococcus pyogenes Inddeling af Salmonella enterica S. enterica Typhimurium Streptococcus pneumoniae, 91 serotyper Haemophilus influenzae type b Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 23

24 Den Gram-positive bakteriecelles opbygning Staphylococcus aureus Bacillus cereus Dias 24

25 Staphylococcus aureus Gram-positiv kok, der ligger i klaser ca. 1 µ store Dias 25

26 Stafylokokker i deling 1. delingsplan 2. delingsplan Dias 26

27 Staphylococcus aureus i deling ny cellevæg cellevæg plasmamembran overfladeproteiner kromosom Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 27

28 Cellevæggen hos den Gram-positive bakterie Greenwood, Fig. 2.6 a Strukturelle proteiner og enzymer Dias 28

29 Polysaccharides 6 1 Streptococcus agalactiae serotype 3 Dias 29

30 Ribitol teichoic acid of Staphylococcus sp. Phosphate N-acetyl-D- glycosamine Alanin

31 Syntese af peptidoglycan

32 Syntese af peptidoglycan

33 Peptidoglycan Greenwood fig. 2.8 Dias 33

34 Peptidoglycan Netværk Peptidbroer Glycan (kæder af monosakkarider) Dias 34

35 Peptidoglycan Penicillin Immunoaktive fragmenter Netværk (binder bl.a. til TLR2) Peptidbroer Lysozym Glycan (kæder af monosakkarider) Dias 35

36 Elektronmikroskopi af streptokokker Størrelse ca. 1µ Kugleformede kædedannende Streptococcus sp. Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 36

37 Streptococcus pyogenes, gruppe A streptokok Gruppe A-antigen (polysakkarid) M-protein Kokker i kæder kromosom Cellevæg

38 Den Gram-negative bakteriecelles opbygning Escherichia coli Dias 38

39 Escherichia coli elektronmikroskopiske billeder Kromosom Cellevæg 1µ 1µ Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 39

40 Cellevæggen hos Gram-negative bakterier Escherichia coli Lag af peptidoglycan Plasmamembran Ydre membran 100 nm Beveridge, T.J J. Bacteriol. 181,16:

41 Cellevæggen hos den Gram-negative bakterie Greenwood fig. 2.6 b

42 Lipid A LPS = lipopolysakkarid = endotoxin Lipo-polysakkarid Immunoreaktiv, binder bl.a. til TLR4 og CD14 Dias 42

43 Andre Gram-negative bakterier Vibrio cholera Campylobacter jejuni Neisseria gonorrhoeae Dias 43

44 Andre bakterieformer Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 44

45 plasmamembran Mycoplasma sp. Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 45

46 Chlamydia sp. intracellulært inklusionslegme retikulærlegmer Dobbeltmembran Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 46

47 Mycobacterium tuberculosis Syrefaste bakterier Cellevæg Hong, X. and A.J. Hopfinger. Biomacromolecules 2004, 5, Dias 47

48 Spirokæter. Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 48

49 Særlige strukturer hos bakterier Kapsler Flageller Pili Sporer Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 49

50 Kapsler hos Streptococcus pneumoniae kapsulær 1µ kapsel af polysakkarid kapselløs cellevæg Dias 50

51 Kapsler hos Klebsiella pneumoniae

52 Flageller og pili Escherichia coli pili flageller Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 52

53 Adhesion Pili Escherichia coli Neisseria gonorrhoeae Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 53

54 Konjugation Sexpilus Plasmid Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 54

55 Pili hos bakterier, dannelse af biofilm Telford et al. Nature Reviews Microbiology 4, (July 2006) 3

56 Type IV pili hos Gram-negative bakterier Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 56

57 Bakteriesporer Sporer dannes af visse Gram-positive bakterier Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 57

58 Sporer Clostridium tetani Bacillus sp. Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi, Aarhus Universitet Dias 58