Bakterier Struktur og funktion F25 Disposition Forskellen mellem en bakterie og vore egne celler Prokaryote celle Eukaryote celle Hvad er en bakterie? Dyrkning og farvning af bakterier Gram-negativ bakterie Inddeling af bakterier (taksonomi) Uffe B. Skov Sørensen Institut for Biomedicin Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet Aarhus Universitet Dias 1 Bakteriers ultrastruktur Gram-positive Gram-negative Andre Dias 2 Dias 3 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. 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 / vækst) Dias 5 Ribosomer Plasmamembran (50S/30S) Cellevæg Kapsel Pili Den prokaryote celle Plasmid (ekstra kormosomalt DNA) Haploid celle, kun et enkelt kromosom Flageller Overfladeproteiner Ekstracellulært polysakkarid, enzymer, toksiner m.v. Dias 6 1
Bakteriologisk karakterisering Dyrkning på blodplader Bakteriers vækst 1 Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. Blandingskultur Renkultur Antal bakterier 1000000000 100000000 10000000 1000000 100000 10000 Stationære fase Døds-fasen 1000 100 Dias 7 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 8 Lag-fasen 10 1 Log-fasen 0 5 10 15 20 Timer Immunologi, Aarhus Universitet Dias 9 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. Farvning af bakterier 1. Udstrygning på objektgkas 2. Tørring 3. Flammefiksering Gramfarvning af bakterier Hans Christian Joachim Gram (1853 1938) Gram udviklede sin teknik med henblik på forbedret farvning af bakterier i væv bl.a. ved lungeinfektioner. 4. Farvning f.eks. med Gram-farve 5. Mikroskopi 100X objektiv (olie), forstørrelse 1000 x Gram bemærkede at tyfusbakterier og visse andre bakterier ikke farves. Dias 10 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 11 Dias 12 2
Gram-farvning Bakteriemorfologi Bakteriologisk karakterisering Form og farvbarhed Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Fig. 2-3 A Fig. 2-4 Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. (eller identifikation på anden måde) Dias 13 Dias 14 Dias 15 Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt aerob Fakultativ Energiomsætning hos bakterier 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. Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt aerob Fakultativ Energiomsætning hos bakterier 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. Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt aerob Fakultativ Energiomsætning hos bakterier 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. 3
Biokemisk identifikation Taksonomi Bakteriologisk karakterisering Sukkerarter Familie (family): Slægt (genus): Enterobacteriaceae Escherichia Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Inkuberes 18 timer ved 36 o C fermentering ph fald Art (specie): coli Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Andre biokemiske reaktioner Andre metoder: Sekventering af 16S ribosomalt RNA Proteinprofiler m.v. Dias 19 Evt. supplerende undersøgelser: Serotypning (f.eks. O-, K- og H-antigener) Resistensbestemmelse Gener der koder for f.eks. toksin-dannelse (PCR) Evt. DNA fingerprinting Dias 20 Biokemisk karakterisering og forhold til ilt Evt. serologisk typning med antisera (f.eks. Salmonella og streptokokker) Dias 21 Antigene strukturer hos enterobakterier Serotypning Udvalgte eksempler på serotyper blandt bakterier Fig. 30-3 Påvisning af antigen ved hjælp af specifikke antisera. Antigenerne er ofte polysakkarider Eksempler: Latex Gruppe A streptokokker, Streptococcus pyogenes (cellevægspolysakkarid) Inddeling af Salmonella enterica S. enterica Typhimurium (LPS/ O-antigen, flagel/ H-antigen m.fl.) Streptococcus pneumoniae, 91 serotyper (kapselpolysakkarider) Haemophilus influenzae type b (kapselpolysakkarid) Dias 22 Dias 23 Dias 24 4
Den Gram-positive bakteriecelles opbygning Staphylococcus aureus Gram-positiv kok, der ligger i klaser Stafylokokker i deling 1. delingsplan Staphylococcus aureus ca. 1 µ store Bacillus cereus 2. delingsplan Dias 25 Dias 26 Dias 27 ny cellevæg Staphylococcus aureus i deling cellevæg Cellevæggen hos den Gram-positive bakterie Peptidoglycan Netværk plasmamembran overfladeproteiner kromosom Immunologi, Aarhus Universitet Dias 28 Fig. 2-2 A Dias 29 Fig. 2-5 A Peptidbroer Glycan (kæder af monosakkarider) Dias 30 5
Lysozym Penicillin Peptidoglycan Immunoaktive fragmenter Netværk (binder bl.a. til TLR2) Peptidbroer Glycan (kæder af monosakkarider) Dias 31 Elektronmikroskopi af streptokokker Streptococcus sp. Størrelse ca. 1µ Kugleformede kædedannende Immunologi, Aarhus Universitet Dias 32 Streptococcus pyogenes, gruppe A streptokok Kokker i kæder kromosom Cellevæg Gruppe A-antigen (polysakkarid) M-protein Den Gram-negative bakteriecelles opbygning elektronmikroskopiske billeder Kromosom Cellevæggen hos Gram-negative bakterier Lag af peptidoglycan Plasmamembran Ydre membran 100 nm Cellevæg Dias 34 1µ 1µ Immunologi, Aarhus Universitet Dias 35 Beveridge, T.J. 1999. J. Bacteriol. 181,16: 4725-4733 6
Lipid A Cellevæggen hos den Gram-negative bakterie LPS = lipopolysakkarid = endotoxin Andre Gram-negative bakterier Vibrio cholera Campylobacter jejuni Fig. 2-2 B Immunoreaktiv, binder bl.a. til TLR4 og CD14 Dias 38 Neisseria gonorrhoeae Dias 39 plasmamembran Mycoplasma sp. intracellulært inklusionslegme Chlamydia sp. retikulærlegmer Dobbeltmembran Andre bakterieformer Immunologi, Aarhus Universitet Dias 40 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 41 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 42 7
Mycobacterium tuberculosis Spirokæter. Syrefaste bakterier Særlige strukturer hos bakterier Cellevæg Kapsler Flageller Pili Sporer Hong, X. and A.J. Hopfinger. Biomacromolecules 2004, 5, 1052-1065 Dias 43 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 44 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 45 Kapsler hos Streptococcus pneumoniae kapsulær 1µ kapsel af polysakkarid Kapsler hos Klebsiella pneumoniae Flageller og pili pili kapselløs flageller cellevæg Dias 46 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 48 8
Flageller og pili Adhesion Pili Sexpilus Konjugation FigurVideo / foto Neisseria gonorrhoeae Dias 49 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 50 Plasmid Immunologi, Aarhus Universitet Dias 51 Pili hos bakterier, dannelse af biofilm Type IV pili hos Gram-negative bakterier Type IV pili hos Gram-negative bakterier video Telford et al. Nature Reviews Microbiology 4, 509 519 (July 2006) 3 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 53 9
Bakteriesporer Sporer Sporer dannes af visse Gram-positive bakterier Clostridium tetani Bacillus sp. Spørgsmål? Immunologi, Aarhus Universitet Dias 55 Dias 56 Immunologi, Aarhus Universitet Dias 57 10