Metabolism bacterian

1. Metabolism bacterian Dr. Carmen Costache

2. METABOLISM BACTERIANPlanul cursului • Definiţie, • Anabolism, • Catabolism • Efectul factorilor fizici asupra dezvoltării bacteriene • Efectul temperaturii • Efectul pH-ului • Efectul presiunii osmotice • Efectul radiaţiilor • Efectul deshidratării • Efectul unor substanţe chimice • O2 • Clasificare • CO2 • Nutriţia bacteriană • Bacteriile de importanţă medicală • Metabolismul energetic bacterian • Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

3. Metabolism bacterian Definiţie: Suma tuturor proceselor chimice 1. Anabolism: Sinteza de compuşi complecşi, cu consum energetic. 2. Catabolism: - descompunerea compuşilor complecşi - producere de energie

5. Efectul factorilor fizici asupra dezvoltării bacteriene Efectul temperaturii dezvoltare bacteriană izvoarele cu apă fierbinte din Yellowstone National Park 120˚C. Soluţii apose până la -20˚C, Gheţari din Antarctica, Congelatoare casnice: 0 ˚C.

6. Clasificarea bacteriilor în funcţie de temperatura de creştere Microorganisme: limite de T, definite prin 3 valori: T min, T o, T max T min =< NU se dezvoltă T o = creştere şi multiplicare optimă T max= > NU se pot dezvolta, mor

7. Clasificarea bacteriilor=f(T) • Criofile • Mezofile • Termofile Criofile (fără importanţă medicală) • T : 0 – 20˚C • To: 10-15˚C • Mări, oceane, soluri reci, frigidere Termofile (fără importanţă medicală) • T: 45-90˚C • T o: 60-70˚C • Soluri calde, izvoare termale Mezofile - importanţă medicală !!! • T o aproape de 37˚C • T: 20-45˚C

8. Ingheţarea => stoparea multiplicării unor bacterii DAR multe din ele nu sunt omorâte la temperaturile din congelatoarele casnice ! Investigarea unei epidemii de toxinfecţie alimentară salmonelozică: Ingheţată contaminată cu Salmonella – luni de zile inghetata încă avea bacterii vii In laboratoare bacteriile (tulpini de referinţă, tulpini izolate de la pacienţi) păstrate pentru studii ulterioare în frigidere/congelatoare. Efectul temperaturiiasupra dezvoltării bacteriene

10. Efectul pH-ului asupra bacteriilor pH = concentraţia ionilor de hidrogen, [H+] pH optim = neutru (6,8-7) Limite: 6-8 bulion nutritiv: pH = 6,8 ! Acidofile: preferă pH acid Helicobacter pylori Alcalifile: preferă mediile alcaline Vibrio cholerae:pH > 8

11. Efectul presiunii osmoticeasupra bacteriilor Apa sărată - hipertonă => ucide multe microorganisme. Majoritatea: soluţii izotone NaCl– există în natură (concentraţii variabile) Clasificarea bacteriilor în funcţie de concentraţia de saretolerată Halotolerante=concentraţii moderate de sare ex. Staphylococcuscreşte pe mediu cu 7,5% NaCl (Chapman = mediu selectiv) Halofile= necesită 15-30% NaCl

12. Efectul presiunii osmoticeasupra bacteriilor Saramura: folosită pentru conservarea alimentelor DAR Stafilococi- halotoleranţi=> contaminare => “stricarea” alimentelor Levurile şi mucegaiurile tolerează presiuni osmotice crescute =>cresc pe carne, gemuri, etc.

14. Efectul radiaţiilorasupra bacteriilor UV, gamma– bactericide Bacterii din aer Suprafeţe, inclusiv suprafaţa apei Instrumentar medical (raze gamma) Mecanism Energia radiantă=> nucleoproteine =>dimeri de timină – lezare celulară => moarte Penetrare redusă => aplicaţie limitată în sterilizare

15. Efectuldesicaţiei(deshidratarea, uscarea) Desicaţia = letală pentru bacterii Practic: conservarea alimentelor

16. Efectuldesicaţiei(deshidratarea, uscarea) • Revers: persistenta microorganismelor in picaturi mici de apa (aerosoli) => afectiuni cu poarta de intrare respiratorie !

17. Efectul unor substanţe chimiceasupra bacteriilor Dezinfecţia: efectul substanţelor chimice folosite pe suprafeţe Antisepsia: efectul sustanţelor chimice folosite pentru decontaminarea ţesuturilor. Molecule chimice folosite de bacterii pentru creştere şi dezvoltare: CO2 and O2 CO2 - bacterii capneice 5-10% CO2 termostate cu atmosferă de CO2 E.g. Neisseria gonorrheae (gonococci)

18. Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiasupra lor Obligat aerobe = strict aerobe Obligat anaerobe = strict anaerobe Aerob facultativ anaerobe Microaerofile Anaerob-aerotolerante

19. Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiasupra lor Obligat aerobe Oxigenul molecur (O2) indispensabil pentru creştere Acceptorul final de electroni în lanţul respirator: oxigenul Respiraţie => energie Ex. Mycobacterium tuberculosis; genul Bacillus

20. Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiasupra lor Obligat anaerobe O2 = toxic fermentaţie => energie Ex. Clostridium spp.

21. Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiasupra lor Aerobe facultativ anaerobe Cresc în prezenţa SAU absenţa O2 respiratie (aerobă, anaerobă) sau fermentaţie=> energie Ex. Enterobacteriile

22. Microaerofile Necesită O2 – conc.< conc. atmosferică O2 în concentraţia atmosferică = toxic Respiraţie => energie Ex. Neisseria spp.(gonococci, meningococci) Clasificareabacteriilorînfuncţie de efectuloxigenuluiasupralor

23. Anaerob-aerotolerante pot creşte în prezenţa O2 DAR Fermentaţie => energie Ex. Streptococcus Toate organismele care cresc în prezenţa O2 au superoxid dismutază. Clasificareabacteriilorînfuncţie de efectuloxigenuluiasupralor

24. Obligat anaerobe(Clostridium) – NU au superoxid dismutază catalază şi/sau peroxidază, => sunt supuse acţiunii radicalilor liberi rezultaţi în prezenţa oxigenului, pe care nu au cum să îi neutralizeze => efect letal asupra bacteriilor Clasificarea bacteriilor în funcţie de efectul oxigenuluiasupra lor • Acţiunea superoxid dismutazei, catalazei şi peroxidazei • neutralizează radicalii de oxigen care sunt generaţi inevitabil în prezenţa O2 în orice sistem viu.

27. Nutriţia bacteriană Sursa de C: Bacterii C autotrofe: • CO2 • fără importanţă medicală. Bacterii C heterotrofe • Substanţe chimice organice • Importanţă medicală Sursa de energie • bacterii chimioorganotrofe– substanţe chimice organice • bacteriile fototrofe - lumina • bacterii chimiotrofe – reacţii chimice de oxidoreducere • bacterii chimiolitotrofe –substanţe chimice anorganice

28. Substante chimice organice:

29. Saruri, microelemente

30. Apa

32. Bacterii prototrofe: multiplicare pe un mediu sintetic minimal (sălbatice) Bacteriiauxotrofe selectate în evoluţie au pierdut 1-2 căi metabolice nu se multiplica pe medii sintetice minimale necesită factori de creştere ~ vitamine bacteriene (Nu pot fi sintetizaţi de bacterii) ex. vitamine propriu-zise: K, B (B1, B2, B6, B12)) extract de drojdie sânge pentru bacterii pretenţioase nutritiv (streptococi, gonococi, meningococi) Factor X, V pentru hemofili Bacteriile paratrofe parazitism intracelular: Rickettsia, Chlamydia. Nutriţia bacteriană

33. METABOLISMUL ENERGETIC BACTERIAN 2 modalităţi principale de producere a energiei: respiraţia fermentaţia 1. Respiraţia (metabolism energetic respirator) lanţ transportor de electroni; fosforilare oxidativă = aerobă lanţ transportor de electroni, fosforilare anoxibiotică = anaerobă 2. Fermentaţia (metabolism energetic fermentativ)

34. După natura produşilor rezultaţi => diferite tipuri de fermentaţie • Alcoolicǎ • Lacticǎ • acidǎ mixtǎ • Acetoinicǎ • Propionicǎ • Butiricǎ

35. Tipuri de fermentaţie • Fermentaţiaalcoolicǎ =>alcool etilic; • la drojdii, levuri (Sacharomyces cerrevisiae) => fermentaţia vinului, berii.

36. Tipuri de fermentaţie • Fermentaţia lacticǎ => acid lactic • Ex: streptococi, lactobacili

37. Normal flora of the vagina = lactobacilli

38. Tipuri de fermentaţie • Fermentaţia acidǎ mixtǎ => acid lactic, succinic, formic • Enterobacterii • evidenţiata prin reacţia roşu metil. • Fermentaţia acetoinicǎ: acumulare de acetoină şi butilen-glicol • Klebsiella • evidenţiata prin r. Voges – Proskauer.

39. Tipuri de fermentaţie • Fermentaţia propionicǎ => acid propionic • Corynebacterium, Neisserria • Fermentaţia butiricǎ => acid butiric, acid caproic, acid amilic. • Clostridium şi alţi anaerobi.

40. Reacţia roşu metil Aplicabilitate practică => diagnosticul de laborator (identificarea bacteriilor – reacţii chimice) ! • Reacţia Voges – Proskauer

41. CREŞTEREA ŞI MULTIPLICAREA BACTERIILOR temperatură şi nutriţie – optime => bacteriile cresc şi se divid. parental => 2 celule fiice identice cu parentalul identice între ele. Creşterea şi diviziunea unei celule = ciclul celular Creşterea şi multiplicarea unei populaţii bacteriene = curba de creştere.

42. Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor În mediu de cultură lichid. Perioadele (fazele) curbei de creştere: Faza de latenţă - lag Faza de multiplicare logaritmică - log Faza staţionară Faza de declin

43. Faza de latenţă (lag) numărul bacteriilor = nr. Bacteriilor inoculate NU se divid cresc în volum sunt în stare de adaptare metabolică sunt induse enzimele necesare degradării substratului Faza de multiplicare logaritmică (log) nr. bacteriilor creşte în progresie geometrică sunt tinere, active metabolic sunt sensibile la acţiunea AB, factorilor fizici şi chimici utilizate la prepararea de antigene bacteriene, vaccinuri. Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

44. Faza de încetinire a ritmului de multiplicare sfârşitul perioadei logaritmice consum substanţe nutritive, O2 acumulare toxice => supravieţuire Faza staţionară Numărconstant reprogramată activitatea metabolică sintetizează proteine de supravieţuire sporularea devin mai rezistente la AB. Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

45. Faza de declin Bacteriile mor cu o rată ridicată modificate morfologic: bătrâne (perete celular gros), forme aberante, globuloase starea fiziologică de rezistenţă la stres rezistente la acţiunea factorilor fizici, chimici, la antibiotice. Curba de multiplicare (creştere) a bacteriilor

46. Importanţa cunoaşterii metabolismului bacterian • Clasificarea • Identificarea bacteriilor • Utilizarea bacteriilor: • preparare vaccinuri, • obţinerea de antigene bacteriene, • în industria alimentară (lactate, pâine, alcool), • în cercetarea fundamentală • mediu.

47. Multiplicarea bacteriilor pe mediul solid => o colonie. Colonie = populaţie bacteriană pură din punct de vedere genetic deoarece provine de la un singur parental.