Istoricul Microbiologiei medicale Evoluţia Microbiologiei ca ştiinţă Microbiologia - ştiinţă relativ tânără - domeniu particular al ştiinţelor biologice, în a II-a jumătate a secolului l9. l655, A. Kircher - forme de viaţă, invizibile cu ochiul liber. L676 A.van Leevenhoek - a examinat picături de apă din diferite surse naturale sau de salivă cu raclaj dentar - lume fascinantă ( densităţi neobişnuite, mişcare perpetuă-animalcule). (l976, Leevenhoek nu a intuit particularităţile structurale şi funcţionale ale acestor organisme) l875 F. Cohn -Caractere aparte ale microorganismelor - organisme microscopice, unicelulare, care se înmulţesc prin diviziune directă întemeietorul Microbiologiei ca ştiinţă.

JENNER, Edward (1749-1823) Vaccin impotriva variolei (smallpox) (1798) OMS - Eradicarea variolei 1979, (ultimul caz natural de variola in Somalia 1977)

SEMMELWEIS Ignác „ rescuer of mothers”(1818-1865) Inaintea ipotezei originii microbiene a infectiilor, a introdus spalarea mainilor cu cloramina pentru prevenirea febrei puerperale determinata de Streptococcus pyogenes „antisepsis” LISTER, Joseph, 1st Baron Lister (1827-1912) A folosit acidul phenolic in dezinfectia instrumentarului chirurgical -direct pe corp pentru prevenirea infectiilor bacteriene Rata deceselor a scazut de la 50 % la 12 %)

L. Pasteur (l822-l895). preocupat de activităţile fziologice ale microorganismelorl (fermentative, patologice. denumiri: ciuperci, infuzori, bacterii, levuri, monade. a înfiinţat primele laboratoare de cercetare microbiologică. Contribuţii: demonstrat experimental - fermentaţiile nu sunt procese pur chimice, sunt procese biologice, rezultatul activităţii metabolice a microorganismelor anaerobe. procesul fermentativ - rezultatul “vieţii fara aer” a microorganismelor anaerobe. descrierea proceselor fermentative - bazele Microbiologiei industriale; a pus bazele teoretice ale Microbiologiei medicale umane şi veterinare, demonstrând cauzele producerii maladiilor infecţioasei se cunoştea caracterul transmisibil (contagios) al acestora, nu se ştia ca ele sunt rezultatul pătrunderii in organism a unor agenţi patogeni; proprietăţile de patogenitate si virulentă a microorganismelor se pot modifica in vitro. din culturile de bacterii patogene şi virulente derivă culturi cu virulenţă atenuată - vaccinuri. bazele unei activităţi practice– vaccinarea; a fundamentat ştiinţific domeniul imunităţii antiinfecţioase, creind un domeniu nou al ştiinţelor biologice – Imunologia - ramură a Microbiologiei, ulterior - domeniu de sine stătător; întemeietorul primului Institut de Microbiologie din lume – Institutul Pasteur în plan teoretic - a rezolvat controversa generaţiei spontane, - microorganismele - forme de viaţă cu un grad înalt de organizare, nu se nasc spontan din materia organică,îşi au originea în alte celule, care contaminează materia organică.

PASTEUR, Louis (1822-1895) Vaccinuri contra holerei gainilor,anthrax (1879), rabie (prima administrare-1885,5 iulie

molecular crystallography (1847) • fermentation, PASTEUR, Louis (1822-1895) molecular crystallography (1847) • fermentation, „spontaneous generation” 1877-1887: Foundation of MICROBIOLOGY (the role of staphylococci, streptococci and pneumococci in different infectious diseases) pasteurization attenuation of virulent microorganisms, development of vaccines against chicken cholera, anthrax (1879) and erysipeloid (pig) 1885. Development of vaccine against rabies (first administration: July 6,1885)

1876: investigatii asupra potentialului patogenic bacililor anthrax KOCH, Robert (1843-1910) 1876: investigatii asupra potentialului patogenic bacililor anthrax 1905. Premiul Nobel in Medicina si Fiziologie 1884: postulatele lui Koch 1882:descopera bacilul tuberculozei 1881: descopera mediile de cultura solide 1883:descopera agentul cauzal al holerei Vibrio cholerae

rolul anticorpilor in imunitate METCHNIKOFF, Elie (1845-1916) rolul fagocitozei ERHLICH, Paul (1854-1915) rolul anticorpilor in imunitate 1908. Premiul Nobel in Medicinasi Fiziologie Introduce un compus al arsenicului in tratarea sifilisului

Descopera penicilina – efect antibacterian (1929) FLEMING, Sir Alexander (1881-1955) Descopera penicilina – efect antibacterian (1929) FLOREY, Sir Howard Walter (1898-1968) CHAIN, Ernst Boris (1906-1979) Extractia, purificarea si cristalizarea penicilinei (1940) 1944. Premiul Nobel in Medicina si Fiziologie DOMAGK, Gerhard (1895-1964) • Prontosil- prima sulfonilamida 1939. Premiul Nobel in Medicine si Fiziologie 1879 - A.Neisser a izolat gonococul Neisseria gonorrhoeae) 1885 – F.Escherich izoleaza colibacilul (Escherichia coli) 1898 – K.Shiga – izoleaza agentul patogen al dizenteriei bacilare - Shigella dysenteriae

In sistemul nervos al animalelor moarte La noi în ţară- V. Babeş, Cornil (Franţa)-primul Tratat de Bacteriologie din lume. In sistemul nervos al animalelor moarte de turbare a descris prezenţa incluziilor Babeş-Negri. Cantacuzino - întemeietorul Institutului de Microbiologie,şcolii de Microbiologie din perioada interbelică. a studiat patogeneza holerei, tuberculozei, vaccinul şi vaccinarea antiholerica (1854 – 1926) 1863 – 1934)

DIMENSIUNILE BACTERIILOR PARAZITI 200 μm + VIRUSURI 10-300nm BACTERII 0.3-30 μm 5 -100 μm PROTOZOARE, FUNGI

MORFOLOGIA BACTERIILOR se disting 4 grupe de bacterii: forme sferice (coci) forme alungite (bastonaşe) forme încurbate/spiralate bacterii polimorfe: Actinomyces, Rickettsia, Chlamydia, Mycoplasma Formele sferice (coccus) -micrococi(Micrococcus)–celule izolate -diplococi(Diplococcus)–perechi (neisserii -bob de cafea, pneumococi -lanceolati) -streptococi (Streptococcus) -lanţuri -tetracoci(Tetracoccus) –câte 4 celule -sarcine–(Sarcina) –pachete din 8-16-32 coci -stafilococi–(Staphylococcus) –grămezi neregulate de coci Formele alungite (bastonaşe) -bacterium – bastonaşe cu capetele rotunjite, nu formează spori (Mycobacterium, Corynebacterium, enterobacterii, etc) -bacillus – bastonaşe mari cu capetele retezate, formează spori ce nu depăşesc diametrul celulei (ex.: Bacillus anthracis). Posibilă aranjarea în lanţuri - streptobacili -clostridium – bastonaşe cu capetele rotunjite, formează spori ce depăşesc diametrul celulei (ex.: Clostridium tetani, Clostridium botulinum, C. perfringens, etc)

MORFOLOGIA BACTERIILOR Formele încurbate (spiralate) Vibrio–bastonaşe încurbate (1/2 spiră, aspect de virgulă) (ex.: Vibrio cholerae) Campylobacter, Helicobacter–2 spire, aspect de “pasăre în zbor” (ex.: Campylobacter jejuni) Spirillum –celule spiralate rigide Spirochaeta–celule spiralate, cu 5-25 spire, flexibile (ex.: Treponema, Leptospira, Borrelia Tipuri morfologice de bacterii: A = diplococi; B = streptococi; C = stafilococi; D = bacili; E = cocobacili; F = bacili fusiformi; G = forme bacilare filamentoase; H = vibrioni; I = spirili; J = sarcina

STRUCTURA ŞI FUNCŢIILE CELULEI BACTERIENE peretele celular- structura reper -structuri intraparietale (care alcătuiesc protoplastul bacterian) -structurile extraparietale. Structurile intraparietale Spatiul periplasmatic membrana plasmatică mezozom citoplasma ribosomii incluziile vacuolele sporul aparatul fotosintetic rhapidosomii (rhapidos = baston) – incluzii ribonucleoproteice în formă de baston magnetosomii – incluzii intracelulare delimitate de membrană, cu structură cristalină formate din magnetită (Fe3O4). Magnetosomii conferă dipol magnetic permanent celulei, permiţându-i să se alinieze pasiv la câmpul geomagnetic. Bacteriile care produc magnetosomi manifestă magnetotaxie, adică procesul de orientare şi migrare de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Structurile extraparietale-glicocalix cu variantele sale structurale: capsula şi glicocalixul comportamental;flageli fimbrii şi pili, spini – structuri pericelulare groase la bază şi ascuţite la vârf. (membrana, citoplasma, nucleoidul, ribosomii) sunt esenţiale (obligatorii) şi se găsesc la toate celulele bacteriene. facultative (spor, aparat fotosintetic, capsulă, flageli), la anumite grupe de bacterii. . Diagrama organizării unei celule procariote (un bacil cu flagel polar).

Nucleoidul ( echivalentul nuclear) nu poseda membrana nucleara, raspandit in toata citoplasma, reprezentat de cromozomul unic bacterian - o molecula de ADN circular ce codeaza informatia genetica. -molecule mici de ADN extracromozomial (in citoplasma) - plasmide (codifica in general caractere de patogenitate: rezistenta la antibiotice, sinteza de exotoxine, eliberare de substante cu potential toxic pentru alte bacterii (bacteriocine) Citoplasma -fin granulata, puternic bazofila, datorita continutului crescut in ribozomi si ARN . Sintezele proteice sunt codificate de catre ADN-ul bacterian, informatia copiata pe mARN-mesager, iar intracitoplasmatic tARN-de transport, aduce la nivel ribozomal, AA corespunzatori secventei codate si rARN- ribozomal participa la sinteza moleculei proteice Structurale sau functionale ale celulei). Alte structuri prezente: incluziicu material de rezerva pentru metabolismul celular, incluzii cu metafosfati – corpusculii metacromatici Babes - Ernst la bacilul difteric si incluzii cu glicogen la Enterobacterii; vacuole(ce contin lichid sau gaze). •

Modelul mozaicului fluid al structurii membranei. Membrana citoplasmatica a celulei bacteriene - intre citoplasma si peretele celular Modelul mozaicului fluid al structurii membranei. Fosfolipidele formează un strat dublu, cu componentele hidrofobe orientate spre interior, iar capetele hidrofile constituie suprafaţa internă şi externa a membranei. In „marea” lipidică proteinele plutesc ca niste ”iceberg-uri”. Unele se extind în toata grosimea dublului strat lipidic, iar altele sunt ancorate pe faţa internă sau externă. Membrana micoplasmelor şi eucariotelor conţine colesterol. Membrana este un dublu strat fosfolipidic şi glicolipidic, la care se asociază proteinele membranare . Ansamblul molecular al membranei este asemănat cu un ocean fosfolipidic, în care plutesc ca nişte iceberguri, proteinele. Rolurile membranei sunt multiple functionand ca: -Bariera osmotica(permeabilitate doar pentru apa si molecule proteice mici), -Membrana selectiva(constituentii utili din mediu sunt directionati in citoplasma prin transport activ), -Functie bioenergetica(preia rolul mitocondriilor din celulele eucariote, la acest nivel se genereaza si se stocheaza energia celulara), -Formarea septului de diviziune(cu participarea mezozomului care este o invaginare a citoplasmei), -Sinteza peretelui celular si a membranelor sporale, -Structura tinta pentru dezinfectante(detergenti) si antibiotice(Polimixine si Colistine)

Peretele celular (structura externa a celulei bacteriene, numeroase functii: Structura tinta pentru lizozim si antibiotice (β lactaminele: Peniciline, Cefalosporine), Sediul sistemelor de transport pentru substantele nutritive, Sediul receptorilor pentru bacteriofagi(virusuri ale bacteriilor) si bacteriocine, Structura antigenica de suprafata(antigenul O somatic pe baza caruia se poate face clasificarea diferitelor bacterii), Participa la diviziunea celulara, Imprima proprietatile morfotinctoriale (forma si raspunsul la diferite metode de colorare): raspunsul diferentiat la coloratia Gram (care este coloratia uzuala in bacteriologie) se datoreaza structurii diferite a peretelui celular, astfel se pot identifica: Gram pozitive (cu grosimea mai mare a peretelui dar cu structura mai simpla, bacteriile fiind colorate in violet) si Gram negative (peretele celular este foarte subtire, dar structura mult mai complexa, bacteriile fiind colorate in rosu) prin coloratia speciala Ziehl-Neelsen se identifica bacilii acido- alcoolorezistenti (bacilul tuberculos) colorati in rosu, datorita continutul crescut in lipide (acizi micolici) al peretelui celular

Bacteriile Gram pozitive- peretele celular - gros, rezistent , rigid Bacteriile Gram pozitive- peretele celular - gros, rezistent , rigid. Componenta esenţială este mureina ( peptidoglican, glicopeptid, mucopeptid sau glucozaminopeptid ) Mureina - alcătuită dintr-o componentă peptidică şi una glucidică Mureina formează o matrice, în care se găsesc alţi polimeri: polizaharide, acizi teichoici. Acizii teichoici - molecule lungi şi flexibile de l-3-poliglicerol-fosfat sau de poli-ribitol-fosfat, legaţi fosfo-diesteric . Bacteriile Gram pozitive au două categorii de acizi teichoici: acizi lipoteichoici (ALT) traversează peptidoglicanul şi cu o extremitate se leagă de glicolipidele din membrana, iar celălalt capăt este liber la suprafaţa celulei; acizi teichoici parietali, ataşaţi covalent de resturile de acid N-acetilmuramic ale mureinei. mureina+ acizii teichoici - reţea polianionică sau matrice, cu rol în menţinerea echilibrului cu cationii metalici, reglarea traficului de ioni, nutrienţi, proteine şi antibiotice. Funcţiile acizilor teichoici sunt multiple: acizii teichoici - structuri moleculare filamentoase, conferă plus de rigiditate peretelui celular al bacteriilor Gram pozitive ; fiind polianionici, au rol în transportul cationilor metalici în/şi din celulă; au rolul de receptori de fagi; au rolul de adezine (mediază aderenţa celulei la substrat (biofilme), -rezistenţă la antibiotice. La bacteriile patogene, acizii teichoici sunt un factor de virulenţă, au proprietăţi chimiotactic negative faţă de fagocite. Acizii teichoici parietali sunt imunogeni, atât în stare liberă cât şi asociaţi celulei

Bacteriile Gram negative -prezenţa membranei externe. - mureina - 2,5-l0% din greutatea uscată a peretelui. Peretele mai complex- prezinta membrana externă (replică structurală a membranei plasmatice), poate fi astfel considerată ca membrană internă Microscopie electronica- peretele celular apare pluristratificat (structura trilaminata a membranei externe a peretelui) Mureina este localizată în stratul cel mai intern al peretelui Membrana externă a peretelui conţine fosfolipide (35% din greutate), proteine (l5%) şi lipopolizaharide (50%). Proteinele membranei externe =porine, reglează permeabilitatea , constituie canalele membranare de transport celular. - s-au descris trei tipuri de porine trimerice : OmpF, OmpC şi PhoE. - dublul strat fosfolipidic al membranei externe este asimetric: stratul extern conţine aproape exclusiv LPS stratul intern conţine aproape exclusiv fosfolipide. - lipoproteinele leagă ferm membrana externă+peptidoglicanul profund -lipopolizaharidele (LPS) -inclavate în membrana externă (endotoxine) la (Salmonella, Shigella, E. coli) localizate la suprafaţa celulei, endotoxine - se eliberează numai după pierderea integrităţii celulei

Peretele celular acido-alcoolo- rezistent al al micobacteriilor genuri : (Mycobacterium tuberculosis, Corynebacterium diphteriae, Nocardia asteroides) conţin lipide complexe, care nu se găsesc în structura parietală a altor bacterii. se colorează slab după protocolul coloraţiei Gram, se colorează la cald cu fuxină bazică concentrată şi sunt rezistente la decolorare succesivă cu acid sulfuric diluat şi alcool etilic 96%- se numesc acido-alcoolo-rezistente.

FORMATIUNILE FACULTATIVE ALE BACTERIILOR Cilii(flagelii)- formatiuni apendiculare de natura proteica cu rol in propulsarea celulei(organe de locomotie) spre sursa de hrana (chemotactism) - formatiuni specifice bacteriilor mobile, apar la bacili sau vibrioni, lungime mai mare decat corpul bacterian. In functie de numarul cililor si de asezarea acestora, se descriu mai multe tipuri -atriche, fara cili (bacterii imobile), - monotriche, cu cil unic la unul dintre poli (A), - lofotriche, cili multipli (manunchi) la unul dintre poli (B), - amfitriche, cu cate un cil la ambii poli (C), - peritriche, cu cili multipli in jurul celulei bacteriene (D). Cili - important factor de patogenitate la bacterii, proteinele ciliare (flagelinele) sunt antigenice(antigenul H- flagelar) fiind capabile sa determine sinteza de anticorpi specifici. Pilii (fimbriile) - structuri multiple, scurte, drepte, filamentoase, rigide (nu au rol in locomotie, exista atat la bacterii mobile cat si imobile). In general sunt dispusi la suprafata celulei (peritriche). Reprezinta factori de patogenitate, avand origine proteica (piline) cu functie antigenica (abilitatea de a induce sinteza de anticorpi specifici). Apar mai ales la bacteriile Gram negative (Neisserii, Pseudomonas, Enterobacterii) i -din punct de vedere functional sunt de doua tipuri: a.Pili comuni (somatici) -codificati cromozomial si au rol in aderarea la structurile celulare tinta (de exemplu colonizarea epiteliilor consta in aderarea bacteriilor la receptorii celulari, urmata de multiplicarea lor) dovedindu-se patogenitatea lor; de asemenea sunt receptori pentru bacteriofagi (virusuri ale bacteriilor) proprietate care permite lizotiparea tulpinilor in functie de prezenta receptorilor fata de un anumit bacteriofag

Pili de conjugare (sexuali) - codificati de plasmide’ rol in transferul de material genetic extracromozomial (plasmide) intre perechi de celule: donoare si acceptoare, prin fenomenul de conjugare(prin intermediul pililor de conjugare ai celulei donoare, se creeaza un canal prin care materialul genetic este transferat celulei acceptoare, care astfel capata proprietati noi, in special de rezistenta fata de anumite antibiotice fata de care pana atunci a fost sensibila). Capsula. unele specii bacterii prezenta un invelis de suprafata, glicocalix (masa de fibre polizaharidice intretaiate) , cu rol in aderare la structurile tinta -evidentiata la microscopul optic ca un halou necolorat in jurul celulei; (coloratii speciale pentru evidentierea sa (cu tus de China).sau prin reactia de umflare a capsulei cu ajutorul anticorpilor antiK (anticapsulari). -prezenta la: pneumococi (Streptococcus pneumoniae) Haemophillus, Klebsiella, meningococi (Neisseria meningitidis), Clostridium perfringens. -functii: - antifagocitara si de rezistenta la actiunea factorilor fizici si chimici, aderare la receptorii structurilor tinta, inhiba activitatea bactericida a sistemului complement si a altor factori serici, reprezinta material de rezerva celular, este antigenica (antigenul K- capsular). La unele bacterii exista doar un strat mucos de suprafata (evidentiat doar electronomicroscopic)

Sporul bacterian -forma de rezistenta a bacteriilor la conditiile nefavorabile din mediu, identificata ca o stare dormanta a bacteriilor (nu se sintetizeaza proteine) -proprietate de specie, utila in identificarea bacteriilor. -microscopul electronic-structura complexa a acestuia in care cortexul determina rezistenta la caldura si la mentinerea deshidratarii. -conditii nefavorabile, forma vegetativa* a bacteriei trece in forma de rezistenta (spor) -proces de sporulare; -conditii prielnice, pierde invelisurile si revine la forma vegetativa (germinare) * forma vegetativa capabila sa se multiplice si sa produca boala D.p.d.v. al patologiei umane sunt implicate doua genuri bacteriene sporulate: Genul Bacillus (B. anthracis) si Genul Clostridium(C. tetani, C. botulini, C. perfringens ) -dimensiunea sporilor este mai mare decat diametrul transversal al celulei bacteriene forma celulei va fi modificata: asezare terminala(forma de bat de tobosar) Clostridium tetani asezare subterminala (forma de racheta) Bacillus cereus asezare centrala (forma de suveica) Bacillus anthracis

asezare terminala(forma de bat de tobosar) Clostridium tetani asezare centrala (forma de suveica) Bacillus anthracis asezare subterminala (forma de racheta) Bacillus cereus