F22 Bakterier struktur og funktion Uffe B. Skov Sørensen INSTITUT FOR BIOMEDICIN Dias 1 Disposition Forskelle mellem bakterier og vore egne celler Hvad er en bakterie? Dyrkning, farvning og identifikation af bakterier Inddeling af bakterier (taksonomi) Bakteriers struktur Gram-positive Gram-negative Andre Dias 2 1
Prokaryote celle Eukaryote celle Gram-negativ bakterie Dias 3 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 4 2
Den prokaryote celle Ribosomer Plasmamembran (50S/30S) Cellevæg Plasmid (ekstra kormosomalt DNA) Haploid celle, kun et enkelt kromosom Flageller Kapsel Pili Overfladeproteiner Ekstracellulært polysakkarid, enzymer, toksiner m.v. Dias 5 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. Dias 6 3
Dyrkning af bakterier Eksempel: Blodagar består af næringssubstrat tilsat fåre- eller hesteblod og 1% agar Bakterier udsået på overfladen 9 cm petriskål med låg 7 Dyrkning af bakterier på blodagar Hæmolyse Ikke-hæmolytist 8 4
Blandingskultur Rendyrkning Renkultur Dias 9 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. Dias 10 5
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 Dias 11 gram positiv Gram-farvning gram negativ Dias 12 6
Bakteriemorfologi Gram-positiv Gram-negativ Form og farvbarhed Kok Stav Dias 13 Bakteriologisk karakterisering Dyrkningsforhold og kolonimorfologi m.v. Farvning og mikroskopi (farvbarhed, form og lejring) Biokemisk karakterisering m.v. (eller identifikation på anden måde) Dias 14 7
Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt Obligat aerob Obligat anaerob Fakultativ anaerob Energiomsætning hos bakterier Ja Nej Ja Nej Aerobt stofskifte: Ilt bruges til at oxiderer et organisk stof, slutproduktet er 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 Dias 15 Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt Obligat aerob Obligat anaerob Fakultativ anaerob Energiomsætning hos bakterier Ja Nej Ja Nej Aerobt stofskifte: Ilt reduceres og et organisk stof oxideres. Slutprodukt vand og CO 2 Anaerobt stofskifte: Fermentering (forgæring) Organiske molekyler nedbrydes uden brug af ilt. Slutproduktet er alkohol, en organisk syre eller en blanding.. Ja Ja Dias 16 8
Typer Vokser med ilt Vokser uden ilt Obligat aerob Obligat anaerob Fakultativ anaerob Energiomsætning hos bakterier Ja Nej Ja Nej Aerobt stofskifte: Ilt bruges til at oxiderer et organisk stof, slutprodukt er vand og CO 2 Anaerobt stofskifte: Fermentering (forgæring) Organiske molekyler nedbrydes uden brug af ilt. Slutproduktet er alkohol, en organisk syre eller en blanding. Ja Ja Dias 17 Biokemisk identifikation Sukkerarter Inkuberes 18 timer ved 36 o C fermentering ph fald Andre biokemiske reaktioner API 20E demonstreres ved øvelserne Dias 18 9
Taksonomi Familie (family): Slægt (genus): Art (species): Enterobacteriaceae Escherichia coli Escherichia coli Dias 19 Serotypning Påvisning af antigen ved hjælp af specifikke antisera. Antigenerne er ofte polysakkarider Eksempler: Latex Agglutination Dias 20 10
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 Dias 21 Den Gram-positive bakteriecelles opbygning Staphylococcus aureus Bacillus cereus Dias 22 11
Staphylococcus aureus Gram-positiv kok, der ligger i klaser ca. 1 µ store Dias 23 Stafylokokker i deling 1. delingsplan 2. delingsplan Dias 24 12
ny cellevæg Staphylococcus aureus i deling cellevæg plasmamembran overfladeproteiner kromosom Institut for Biomedicin, Aarhus Universitet Dias 25 Cellevæggen hos den Gram-positive bakterie Greenwood, Fig. 2.6 a Dias 26 13
Peptidoglycan Greenwood fig. 2.8 Dias 27 Peptidoglycan Netværk Peptidbroer Glycan (kæder af monosakkarider) Dias 28 14
Peptidoglycan Lysozym Penicillin Immunoaktive fragmenter Netværk (binder bl.a. til TLR2) Peptidbroer Glycan (kæder af monosakkarider) Dias 29 Perptidoglycan og TLR2 Peptido-glycan fragmenter TLR på neutrofile granulocytter og på makrofager Institut for Biomedicin, Aarhus E.S. Van Armersfoort et al, 2003. Clin. Microbiol. Rev. 16,3: 379-414 Universitet Dias 30 15
Elektronmikroskopi af streptokokker Størrelse ca. 1µ Kugleformede kædedannende Streptococcus sp. Dias 31 Streptococcus pyogenes, gruppe A streptokok Gruppe A-antigen (polysakkarid) M-protein Kokker i kæder kromosom Cellevæg Dias 32 16
Den Gram-negative bakteriecelles opbygning Escherichia coli Dias 33 Escherichia coli elektronmikroskopiske billeder Kromosom Cellevæg 1µ 1µ Dias 34 17
Cellevæggen hos Gram-negative bakterier Escherichia coli Lag af peptidoglycan Plasmamembran Ydre membran 100 nm Beveridge, T.J. 1999. J. Bacteriol. 181,16: 4725-4733 Dias 35 Cellevæggen hos den Gram-negative bakterie Greenwood fig. 2.6 b Dias 36 18
Lipid A LPS = lipopolysakkarid = endotoxin Lipo-polysakkarid Immunoreaktiv, binder bl.a. til TLR4 og CD14 Dias 37 Lipo-polysakkarid (LPS) og TLR4 LPS-receptor CD14 på neutrofile granulocytter og på makrofager Cellerne udskiller cytokiner når de stimuleres med LPS Institut for Biomedicin, Aarhus E.S. Van Armersfoort et al, 2003. Clin. Microbiol. Universitet Rev. 16,3: 379-414 Dias 38 19
Andre Gram-negative bakterier Vibrio cholera Campylobacter jejuni Neisseria gonorrhoeae Dias 39 Andre bakterieformer Dias 40 20
Mycoplasma sp. plasmamembran; men ingen cellevæg! Dias 41 Chlamydia sp. intracellulære inklusionslegmer retikulærlegmer dobbeltmembran uden peptidoglycan Institut for Biomedicin, Aarhus Universitet Dias 42 21
Mycobacterium tuberculosis Syrefaste bakterier Cellevæg Hong, X. and A.J. Hopfinger. Biomacromolecules 2004, 5, 1052-1065 Dias 43 Spirokæter. Dias 44 22
Særlige strukturer hos bakterier Kapsler Flageller Pili Sporer Dias 45 kapsulær Streptococcus pneumoniae 1µ kapsel af polysakkarid kapselløs cellevæg Dias 46 23
Flageller og pili Escherichia coli pili flageller Dias 47 Flageller og pili Escherichia coli Dias 48 24
Adhesion Pili Escherichia coli Neisseria gonorrhoeae Dias 49 Konjugation Sexpilus Plasmid Institut for Biomedicin, Aarhus Universitet Dias 50 25
Pili hos bakterier, dannelse af biofilm Telford et al. Nature Reviews Microbiology 4, 509 519 (July 2006) 3 Dias 51 Sporer Clostridium tetani Bacillus sp. Dias 52 26
Bakteriesporer Sporer dannes af visse Gram-positive bakterier Dias 53 Spørgsmål? Dias 54 27