Nutriţia, metabolismul şi creşterea bacteriilor
Nutriţia – asimilarea substanţelor nutritive din mediul extern
Nutrienţii – substanţe ale căror soluţii pot traversa membrana citoplasmatică
Participă la reacţiile metabolice
Compuşi: prin simplă solvire (CO2, O2, săruri minerale)
Prin digestie extracelulară (proteaze, lipaze, amilaze)
-
Proteine
Polizaharide
Lipide
Acizi nuclei
Aa, scurte fragmente de polipeptidice
monozaharide
AG, glicerol
Nucleozide,
fosfaţi
anorganici
Nutrienţii – în citoplasma traversând membrana citoplasmatică:
Fie prin difuziune simplă sau cu participarea carrier
Fie prin transport activ în contragradient – necesară energie + pariticiparea unor permeaze
Principalele elemente necesare majorităţii bacteriilor sunt:
C, N, O2
Săruri minerale.
Surse de carbon:
Elementul cel mai bine reprezentat
Autotrofe – folosesc CO2 drept unică sursă de carbon
Heterotrofe – compuşi organici drept sursă de carbon (în special carbohidraţi) şi sursă de energie în acelaşi timp
Unele heterotrofe – capnofile sau carboxifile
Surse de azot:
Pentru sinteza proteinelor pot utiliza azot din sursă organică (peptide, aa) sau anorganică (săruri de amoniu)
Surse de oxigen:
Aa, nucleotide, gliceride – ajung în celule prin nutrienţi
O2 necesar respiraţiei aerobe
Elemente minerale:
Sulful:
Aa sub forma grupării tiol (-SH)
Vitamine (tiamina, biotina)
Coenzima A
Fosforul:
Asimilat sub forma fosfaţilor anorganici
Esenţial pentru sinteza acizilor nucleici, fosfolipidelor membranare, ATP
Na, K, Mg, Cl – asigură echilibrul fizico-chimic
Fe, Se – intră în structura chimică a citocromilor, peroxidazelor şi hidrogenazelor,
Ca + acid picolinic = dipicolinat de calciu
Co, Cu, Zn – oligelemente prezente ca impurificatori ai unor nutrienţi
Activatori enzimatici
Factori de creştere:
Metaboliţi esenţiali a căror prezenţă este obligatorie în mediu (aa, baze purinic, pirimidinice, vitamine)
Bacterii fastidioase – bacteriile dependente de numeroşi factori de creştere.
SIntrofie – o specie bacteriană utilizează factor de creştere sintetizat de o altă specie
Mutant auxotrof – prin mutaţie pierde o enzimă oprind sinteza unui metabolit esenţial. Mutantul creşte numai dacă acest metabolit apare preformat în mediu (ex. mutant auxotrof pentru metionină). Auxotrofia oferă avantaj selectiv – bacteria auxotrofă se multiplică mai rapid decât tulpina prototrofă (parentală).
e. g. Treponema pallidum (agent etiologic al sifilisului), mai cultivă la iepure, Mycobacterium leprae (mai cultivă la tatuul cu 9 brîie din America de Sud).
Importanţa cunoaşterii necesităţilor nutritive:
Utilizarea unor medii de cultură adecvate pentru izolarea din produse patologice
Metabolismul bacterian. Importanţa cunoaşterii:
Înţelegerea modului de viaţă şi a habitatului diverselor specii, cât şi a probabilităţii de a veni în contact cu omul
Definirea caracterelor fiziologice importante în identificarea speciei
Înţelegerea mecanismului patogenic în raport cu posibilitatea unei bacterii de a se localiza şi multiplica într-un anumit ţesut sau organ.
Catabolismul: energie conservată în molecule de ATP şi apoi eliberată prin fosforilare pentru anabolism, transport activ transmembranar, mobilitate, 45% pierdută prin căldură.
Fototrofe – radiaţii luminoase
Chemotrofe – bacteriile care obţin energia prin reacţii de oxido-reducere
Chemolitotrofe – donor de electroni o substanţă anorganică
Chemoorganotrofe – donor de electroni o substanţă organică (bacterii de interes medical)
Metabolismul glucozei:
3 căi metabolice în catabolismul glucozei
Emden-Meyerhof-Parnas (EMP)
Glucoză – piruvat – în condiţii de aerobioză + anaerobioză
Energia în glicoliză – ATP, NADH
În absenţa oxigen – acidul piruvic convertit în diferiţi produşi finali – fermentaţie la bacterii frecvent acid piruvic în lactic
Lactobacili – acid lactic
Propionibacterium: acid propionic + acid acetic + CO2 + H2
Escherichia: etanol + acid lactic + acid acetic + acid succinic + CO2 + H2
Calea pentozelor
Operează simultan cu glicoliza, ajunge la intermediari ai EMP prin transcetolaze, transaldolaze ex. E Coli
Calea Entner-Duodoroff – alternativă pentru glicoliza sau calea pentozelor numai la bacterii gram negative aerobe.
Ciclul acizilor tricarboxiligi
În prezenţa oxigenului acidul piruvic este complet oxidat la H2O şi CO2
Cale mfibolică – mecanism major de generare ATP, completă oxidare aa, acizi graşi, carbohidraţi, intermediari pentru sinteza de aa, lipide, purine, pirimidine.
Catabolismul hidraţilor de carbon:
Glucoza cea mai folosită dintre moleculele organice.
Bacteriile pot elibera energia din glucoză prin:
Respiraţie
Fermentaţie
Respiraţia:
Aerobă – acceptorul final este O2
Anaerobă – altul decât O2, ionul nitrat, sulfat
Presupune 3 etape: glicoloiza, ciclul Krebs, lanţul transportorului de electron
Calea EMP: 2 molecule ATP
Căi alternative 1 moleculă de ATP.
Ciclul Krebs – 2 molecule de ATP. Enzimele glicoloizei şi ciclului Krebs sunt localizate în citoplasme.
În respiraţia aerobă la procariote: 1 moleculă de glucoză = 38 molecule ATP.
În respiraţia anaerobă cantitatea de ATP variază <>
Fermentaţia – obţinerea energiei prin reacţii de oxido-reducere în care atât donorii cât şi acceptorii de electroni sunt compuşi organici. Cantitatea de ATP este mică: 2 molecule ATP.
Bacterii – strict aerobe – folosesc exclusiv respiraţia aerobă (superoxid dismutază, catalază)
Strict anaerobe – exclusiv procesele fermentative
Aerotolerante – metabolism de tip fermentativ, dar rămân viabile în prezenţa oxigenului.
Facultativ anaerobe – respiraţia + fermentaţia
Microaerofile – concentraţii reduse de O2 (5-6%)
Creşterea bacteriilor. Dinamica multiplicării.
Creşterea celulelor – sporirea mărimii şi masei acestora. La bacterii se referă la creşterea numărului de celule într-o populaţie, prin diviziune, realizată în progresie geometrică cu raţia 2 ( 20, 21… 2n)
Culturile bacteriene
continue
Chemostatul – nutrient factor limitant al creşterii
Turbidostatul densitatea bacteriilor măsurată turbidimetric – cultura menţinută la rata maximă de creştere
Discontinue – în volum limitat de mediu
timp de generaţie – timpul necesar dublării populaţiei
rata de creştere – numărul de generaţii ce s-au acumulat în unitatea de timp
Faza de lag:
Număr bacterii staţionar/scade
Durata variază cu provenienţa şi numărul bacteriilor inoculate, compoziţia mediului
Cauzele:
Refacerea stocului de structuri, enzime, metaboliţi esenţiali dacă inoculul provine dintr-o cultură „bătrână”
Vindecarea leziunilor dacă provine dintr-o populaţie expsuă la agenţi antibacterieni
Selecţia număr de mutante capabile să asimileze condiţiile noului mediu
În această fază:
Sunt active metabolic
Cresc ăn dimensiune
Nu se divid
Sensibilitatea la agenţi antimicrobieni crescută
Faza de accelerare:
Începe multiplicarea cu scurtarea progresivă a timpului de generaţie până la o valoare constantă.
Faza de multiplicare exponenţială sau logaritmică
Timp de generaţie şi rata de creştere – constante – curba evoluează exponenţial până în momentul în care unul sau mai mulţi nutrienţi consumaţi şi / sau acumulare de produşi toxici.
Factor limitant – ex. Pentru bacterii aerobe oxigenul – lipsă se resimte la 107 UFC/ml
Timpul de generaţie – determinat genetic – ex. E. Coli 20 min, Mycobacterium tuberculosis 27 ore.
Bacteriile:
Au dimensiuni constante, uşor mai mari
Sensibilitatea la agenţi antimicrobieni rămâne crescută
Faza de încetinire – cultura în faza exponenţială doar câteva generaţii
Faza staţionară:
Rata de creştere nulă
Numărul de bacterii vii constant mai multe ore
Număr bacterii vii / numărul total de bacterii – variabil
Bacteriile:
Au morfologia tipică – dimensiuni, incluzii, endospori
Sensibilitatea la agenţi antimicrobieni scade
Faza de declin
Bacteriile mor progresiv
Dacă se însoţeşte de liză – scade nr. total de bacterii
Morfologic – forme aberante
În laborator
Pentru identificarea bacteriilor – culturi în faza staţionară – 18 – 24 ore
Testarea sensibilităţii la antibiotice – faza logaritmică
