Přehled mikrobů. Patogenita a virulence Mikrobiologie a imunologie BSKM021p + c + BZMI021p + c Týden 1 Ondřej Zahradníček Kostka Toto je „e-learningová“ verze prezentace. Trochu se liší od té, která se promítala na semínáři. Můžete v ní normálně listovat (šipkami nebo myší), ale v některých místech můžete přímo kliknout na ovládací prvek a dostat se na příslušnou kapitolu, anebo zpátky na obsah. [USEMAP] Obsah této prezentace Organizační záležitosti Klinická mikrobiologie Mikroby (definice) Klinicky významné mikroby Morfologie (tvary) mikrobů Fyziologie (chování) mikrobů Vztahy mikroba a hostitele, patogenita a virulence Organizační záležitosti Abych se představil lMUDr. Ondřej Zahradníček lpovolání: klinický mikrobiolog, asistent na LF MU; učíme u nás bakalářské obory, mediky, zubaře i studenty PřF i PedF lformálně máme mít polovinu přednášek a polovinu cvičení, reálně to bude přednáška či seminář, budu se ale snažit nosit buď letáky, nebo přímo věci z naší laboratoře lzájemci se u mne mohou přihlásit a mohou se přijít podívat přímo k nám Rozštěpení výuky VS, PA a ZACH lPřed několika lety mne oslovila pracovnice katedry porodní asistence se žádostí o sesunutí výuky do prvních deseti týdnů kvůli praxím. Využil jsem toho k rozštěpení výuky a zařazení některých specificky porodnických témat. Další změna nastala letos při připojení záchranářů. lTechnicky: ldvacet hodin bude společných –(1. až 10. týden první dvě hodiny) lčtyři hodiny budou mít společně pouze PA + ZACH –(1. až 4. týden třetí hodina) lčtyři hodiny budou mít –PA samotné (5. až 8. týden třetí hodina) –a ZACH samotní (5. až 8. týden hodina před „hlavní“ dvouhodinovkou) losm hodin budou mít zvlášť VS (11. až 14. týden) E:\schema_vyuky_PA_ZACH_VS.bmp Jak to tedy bude lV případě odpadnutí výuky budeme řešit situaci operativně týden výuky Učební materiály lUpravené odpřednášené prezentace budou vyvěšeny ve Studijních materiálech Mikrobiologie a imunologie („p“ i „c“) na IS MU. lTamtéž už nyní visí skripta ve dvou verzích. Pozor, mohou se ještě aktualizovat a přibude verze pro záchranáře lČlenění skript odpovídá jednotlivým přednáškám, včetně toho, že PA nemají ve skriptech kapitoly 11 až 14, ale zato tam mají kapitoly 1A až 8A lKapitoly 1A až 4A jsou zkrácené kapitoly 11 až 14. Kapitoly 5A až 8A jsou nové pro PA. lZáchranáři budou mít podobnou verzi jako PA, ale svoje kapitoly 5B až 8B Zkouška lJá nezkouším. Zkouší dvě moje kolegyně: as. MUDr. Lenka Černohorská, PhD., a as. MUDr. Monika Dvořáková Heroldová, PhD., případně je možné, že bude zkoušet i někdo další lJe hodná, a kdo se bude poctivě učit, nemá důvod se jí ani v nejmenším bát lNa konci bude zkouška. Každý si vytáhne dvojici otázek (z celkem 48 otázek). lVětšina otázek je shodných pro PA, VS i ZACH, existují však některé odchylky Náš ústav Provoz (analýza klinických vzorků) Výuka Výzkum Obrázek1 Foto: Archiv MU V naší praktikárně PC210117 [USEMAP] Foto: Archiv MU Klinická mikrobiologie Klinická mikrobiologie Humánní klinická mikrobiologie Veterinární klinická mikrobiologie Obecná mikrobiologie Molekulární biologie a genetika Buněčná biologie Infekční lékařství Dermato- venerologie Epidemiologie infekčních nemocí Mikrobiologie rostlin Klinická mikrobiologie a imunologie lKlinická mikrobiologie se jako samostatný obor odštěpila začátkem 20. století z patologie. Do té doby se diagnostikou mikrobiálních původců ve vzorcích pacientů zabývali patologové lO více než půlstoletí později se z mikrobiologie vyčlenila imunologie, tedy věda o obranyschopnosti organismu. Dnes už existují samostatné imunologické ústavy a laboratoře, medici mají samostatnou zkoušku z imunologie. Klinická imunologie je však zároveň i součástí interny, případně pediatrie. Kdo jsou mikrobiologové Klinická mikrobiologie Průmyslová mikrobiologie Jiné medicínské obory Chemicko- technologic. školy Přírodovědecké a podobné fakulty Lékařské fakulty Základní mikrobiologický výzkum Na našem ústavu jsou lékaři a další odborníci. Co nás čeká v tomto předmětu lPovídání o klinicky významných mikrobech a jejich vlastnostech lPovídání o určování mikrobů a vůbec o práci v laboratoři klinické mikrobiologie lKrátké představení lidské imunity a imunologie jako takové lA hlavně představení infekcí jednotlivých orgánových soustav, způsobů odběru vzorků, interpretace výsledků a podobně [USEMAP] Mikroby (definice) Co je to mikrob lMusí to být živé. Zrníčko prachu není mikrob, i když je mikroskopické lMusí to být mikroskopické. Žirafa není mikrob, i když je živá lZ druhé podmínky se připouštějí výjimky. Třeba tasemnice patří do mikrobiologie přesto, že mohou mít deset metrů. Ale jejich vajíčka jsou mikroskopická. Co jsou všechno mikroby lMikroby jsou tedy například mikroskopické řasy a sinice, archea (dříve archeobaktérie), různé organismy schopné vydržet hluboko pod mořem nebo v extrémních podmínkách horkých pramenů lJako klinického mikrobiologa mne tyto mikroby neživí, přesto musím uvést, že jsou zajímavé a úžasné Co tyhle mikroby umí lPřežívají v moři v hloubce 10 km lPřežijí i teploty kolem 110 stupňů Celsia lVydrží značnou radioaktivitu lJsou schopny místo kyslíku „dýchat“ síru či dusík (zkrátka, mají jiný akceptor elektronů než atom kyslíku) lMnoho věcí ovšem umějí i mikroby lékařsky významné, jak si povíme dále. Třeba i Neisseria meningitidis – meningokok na dalším obrázku. [USEMAP] Klinicky významné mikroby Třídění živých organismů lPriony – neobsahují DNA, většinou se vůbec nepovažují za živé organismy lViry a bakteriofágy lBuněčné organismy –Archea (archeobakterie) –Eubacteria (eubakterie) –Eucarya (eukaryotní organismy) ljednobuněčné lmnohobuněčné Klinicky významné mikroby lKlinicky významné mikroby jsou takové, které jsou významné pro lidské tělo (ne tedy pro člověka = tvůrce, ale pro člověka = objekt) l„Významné pro tělo“ ani zdaleka není totéž jako „tělu škodlivé“. Naopak, mnohé jsou neškodné, nebo dokonce pomáhají lKaždý organismus má své klinicky významné mikroby: člověk, každý druh zvířete či rostliny. Dokonce i mikroby (třeba bakterie) mají své mikroby (bakteriofágy). Hlavní klinicky významné mikroby lViry (a priony) lBakterie (třeba streptokok nebo Escherichia) lHouby (kvasinky a plísně) lParaziti – přesahují pojem mikrob: –Vnitřní paraziti lPrvoci (třeba původce malárie) lMotolice (třeba motolice jaterní) lHlístice (třeba roup nebo škrkavka) lTasemnice (třeba tasemnice dlouhočlenná) –Vnější paraziti (vši, blechy, štěnice) Rozdělení virů lDNA viry, například –herpesviry – HSV, VZV, EBV, CMV, HHV6 –adenoviry – například původci některých respiračních viróz –papovaviry – například urogenitální papilomaviry –parvoviry – například původce páté dětské nemoci –virus žloutenky B lRNA viry, například –enteroviry – polio, coxsackie, ECHO –rhinoviry – viry rýmy –viry chřipky, parachřipky, spalniček, zarděnek, příušnic –viry žloutenek A, C, D, E –různé viry klíšťových encefalitid, tropických viróz, vztekliny, horeček Lassa a Ebola –virus HIV Rozdělení bakterií 1 lpodle tvaru a uspořádání –koky – kulovité, tvoří dvojice, řetízky, shluky… –tyčinky – protáhlé, mohou být rovné, zahnuté… –kokotyčinky (kokobacily) – mezi koky a tyčinkami –spirochety – ve tvaru spirály –bez tvaru – např. mykoplasmata lpodle tzv. Gramova barvení (dáno typem buněčné stěny) –grampozitivní – barví se fialově –gramnegativní – barví se červeně –Gramem se nebarvící – jiný typ stěny či bez stěny Rozdělení bakterií 2 lpodle vztahu ke kyslíku –striktně aerobní (rostou pouze v přítomnosti kyslíku) –striktně anaerobní (vyžadují atmosféru bez kyslíku) –fakultativně anaerobní a aerotolerantní (v praxi nerozlišitelné, rostou v atmosféře s kyslíkem i bez) –mikroaerofilní (potřebují kyslík, ale musí ho být málo; pokud ale není vůbec přítomen, nerostou) –kapnofilní (potřebují kyslík, ale zároveň také zvýšený podíl CO2 v atmosféře) lv praxi často jen aerobní / anaerobní Proč znát přehled mikrobů lPokud umíme mikroba zařadit (alespoň rámcově: je to bakterie, kok, grampozitivní) znamená to, že můžeme odhadnout jeho základní vlastnosti a vhodný způsob léčby lPřehled mikrobů v rozsahu, jaký byste měli znát, je uveden v obou verzích skript. Tady na přednášce není, protože na tom není co vysvětlovat. To se holt musí naučit. lJsou situace, kdy hýžďové svalstvo je důležitější než mozek J Co nás zajímá o mikrobech morfologie jaký mají tvar a uspořádání struktura z čeho se skládají fyziologie jak se chovají metabolismus jak a čím se živí odolnost jak vzdorují výkyvům klasifikace jak jsou vzájemně příbuzné [USEMAP] Co nás zajímá o klinicky významných mikrobech patogenita které orgány osidlují a jak patogeneze jakým způsobem případně škodí přenos jak se přenášejí inkubační doba jak dlouho trvá, než se projeví diagnostika jak je můžeme poznat léčba a prevence co proti nim můžeme dělat Morfologie (tvary) mikrobů Morfologie (= tvary) klinicky významných mikroorganismů lViry se skládají z DNA nebo RNA a bílkovin; některé viry mají navíc membránový obal, který „ukradly“ nějaké hostitelské buňce lViry mají kubickou nebo šroubovicovou symetrii. Některé mají třeba tvar dvanáctistěnu. Mohou tvořit „pseudokrystaly“ lKvasinky mají tvar vajíčka, mohou pučet a tvořit tzv. pseudomycelia. Na povrchu mají buněčnou stěnu zcela odlišnou od buněčné stěny bakterií lVláknité houby a paraziti jsou tvarově velice rozmanití, navíc se liší vývojová stádia Morfologie bakterií lKoky ve dvojicích (diplokoky), v řetízcích a ve shlucích (neříkejme raději „streptokoky“ a „stafylokoky“, bylo by to matoucí) lTyčinky rovné či zahnuté (vibria), případně několikrát zahnuté (spirily), krátké nebo dlouhé, tvořící až vlákna či rozvětvená vlákna; konce mohou být oblé či špičaté a i tyčinky můžou být různě uspořádané lSpirochety – tenké spirálovité bakterie lBeztvaré bakterie, například mykoplasmata (nemají buněčnou stěnu, takže nemají tvar) 06 ECFS Koky v řetízcích (elektronová mikrofotografie Enterococcus sp.) http://www.morgenwelt.de/typo3temp/5ce14d39b5.jpg Zprohýbaná tyčinka – helikobakter 39 helicobacter%20pylori http://vietsciences.free.fr/nobel/medecine/images/helicobacter%2520pylori.JPG Spirochety 11 treponema 53 kansen_02 idsc.nih.go.jp/.../k03/k03_012/k03_012.html www.primer.ru/std/gallery_std/treponema.htm Typ buněčné stěny lGrampozitivní bakterie mají tlustou a jednoduchou buněčnou stěnu. Jsou odolné hlavně mechanicky. Při barvení podle Grama jsou fialové. Například stafylokoky. lGramnegativní bakterie mají tenkou, ale o to složitější buněčnou stěnu. Jsou odolné hlavně chemicky. Při barvení podle Grama jsou červené. Například escherichie. lGramem se nebarvící bakterie buněčnou stěnu nemají (mykoplasmata) nebo ji mají hodně jinou (mykobakteria). Grampozitivní gm+%20cell%20wall Gramnegativní gm-%20cell%20wall mixed%20gram G+ G– http://www.arches.uga.edu/~emilyd/mibo3510/gm-%2520cell%2520wall.jpg Fimbrie a bičíky lMnohé bakterie jsou schopny pohybu lK pohybu slouží hlavně bičíky lFimbrie mohou vedle pohybu sloužit např. i k přilnutí bakterie na povrch nebo při výměně genetické informace lBičíky bakterií jsou úplně jiné než bičíky eukaryotních organismů Bakterie s bičíky (Escherichia coli) 03 escherichia_coli_1 http://www.biotox.cz/toxikon/bakterie/bakterie/obr/escherichia_coli_1.htm Pouzdro a biofilm lPouzdro obklopuje jednotlivou bakterii, popř. dvojici. Není to už integrální součást bakteriální buňky, spíš nánosy molekul (většinou polysacharidů), které buňku chrání lBiofilm je souvislá vrstva, vzniklá z bakterií, jejich pouzder a dalšího materiálu. Biofilm je mnohem odolnější než jednotlivá bakterie, žijící v tzv. planktonické formě lPřímý kontakt plovoucích bakterií s povrchem lPřilnutí na tento povrch lRůst a shlukování těchto bakterií do mikrokolonií lProdukce polymerové matrix lVytvoření trojrozměrné struktury, které se říká biofilm lBakterie regulují svůj počet pomocí takzvaného quorum sensingu l(Podle kolegyně Černohorské z našeho ústavu) Jak se tvoří biofilm bakterií + Neobarvené pouzdro lV barvení dle Burriho byly nabarveny bakterie na červeno a pozadí dobarveno tuší; mikroskopista pak tuší pouzdro tam, kde se nic neobarvilo 05 Burri http://pathmicro.med.sc.edu/fox/capsule.jpg Sporulace lSporulace (tvorba endospor, zkráceně spor) je něco jako zimní spánek, ale mnohem dokonalejší než je zimní spánek zvířat. Opakem endospory je vegetativní forma života buňky lEndospory přežijí velmi vysoké teploty, vyschnutí, desinfekci a podobně lEndospora vzniká tak, že se buňka rozdělí na dvě části. Ty se však neoddělí úplně: jedna, ze které se stane endospora, je obklopena tou druhou, které zůstává vegetativní forma. lV extrémních podmínkách vegetativní buňka hyne a zůstane pouze endospora lZa příznivých podmínek endospora vyklíčí lNepleťme si endospory bakterií a spory hub! Endospory různých druhů rodu Bacillus 22 Genre%20Bacillus aa http://membres.lycos.fr/neb5000/BacteriologieI/Groupes%20Bacteriens/Batonnets%20et%20coque%20Gram-p ositifs%20formant%20des%20endospores.htm 21 bacillus Endospory jsou biochemicky neaktivní, samy o sobě se nebarví při téměř žádném barvení www.cropsoil.uga.edu/~parrottlab/Bugs/index.shtml [USEMAP] Fyziologie (chování) mikrobů Fyziologie a metabolismus bakterií lTak jako každý organismus, i bakterie mají svůj katabolismus a anabolismus lKatabolismus může být trojí: –Fermentace – štěpení bez potřeby kyslíku. Málo energeticky výhodný, ale nepotřebuje kyslík. Využívají ji například střevní bakterie –Aerobní respirace – z mála živin se získá hodně energie, je ale nutný kyslík. Využívají ji bakterie, které nacházíme ve vnějším prostředí, na rostlinách aj. –Anaerobní respirace – jiný akceptor elektronů než kyslík, pro člověka málo významné Množení bakterií lKaždá bakterie má svou generační dobu lZa jednu generační dobu jsou z jedné dvě, za desetinásobek je z jedné bakterie 1024 bakterií (teoreticky) a podobně lIdeální množení by existovalo pouze kdybychom neustále přidávali živiny a popř. kyslík a odebírali odpadní produkty lPozor, nepleťte si generační dobu (za jak dlouho se bakterie rozdělí na dvě) a kultivační dobu (za jak dlouho vidíme výsledek na kultivační půdě) V jedné z našich laboratoří Obrázek22 Foto: archiv MÚ Životní podmínky bakterií lPro život bakterií jsou nutné určité podmínky lTyto podmínky musíme splnit také v případě, že chceme bakterie uměle pěstovat (třeba proto, abychom je přitom mohli určovat) lNestačí takové, aby bakterie přežívala. Musí být i schopna se množit lNa druhou stranu, pokud s bakteriemi bojujeme (při desinfekci, sterilizaci), nestačí obvykle potlačit jejich množení, ale musíme je úplně zahubit. Životní podmínky – pokračování lPodmínky musí být splněny, co se týče teploty, pH, koncentrace solí a mnoha dalších věcí lNepůsobí přitom jednotlivě, kombinují se Osa působícího faktoru [USEMAP] Takto působí na bakterie např. různé pH (za předpokladu, že se nemění ostatní podmínky) Vztahy mikroba a hostitele. Patogenita a virulence Vztahy mikrob – makroorganismus: obecně (1) lMezi mikrobem (mikroorganismem) a hostitelským organismem (člověk, ale i zvíře, rostlina, jiný mikrob…) může nastat celá škála vztahů – interakcí. Může to být kooperace (člověk poskytuje útočiště střevním escherichiím a ty se mu za to odvděčí tvorbou vitamínů), indiferentní vztah nebo přímo antagonistický vztah. Vztahy mikrob – makroorganismus: obecně (2) lZ hlediska klinické mikrobiologie je významný vztah mikroorganismus – makroorganismus (což může být člověk, ale také zvíře či rostlina) lMůže jít o symbiózu, neutrální vztah či antibiózu lČasto se používají i termíny z potravních řetězců (komenzalismus, saprofytismus, parazitismus). Virulentní mikroby jsou zpravidla – ale ne vždy – parazitické lNe vždycky se dají mikroby jednoduše „zaškatulkovat“. Často záleží na okolnostech, jestli bude mikrob „zlý“ nebo „hodný“ Vztahy mikrob – makroorganismus: mikroby napadající člověka lMikroorganismy, které napadají člověka, jsou vybaveny různými faktory virulence – jsou to faktory, které zajišťují schopnost mikroba proniknout do organismu. Nejčastěji to bývají různé enzymy, toxiny, bakteriální pouzdro aj. lMakroorganismus se mikrobům brání řadou různých způsobů. Jde vždy o to, zda se více prosadí faktor virulence mikroba, nebo mechanismus obranyschopnosti makroorganismu Patogenita mikroorganismů lExistují mikroby nepatogenní – neschopné vyvolat nemoc. Většinou jsou to ty, které vůbec nejsou schopny do organismu proniknout. lExistují mikroby podmíněně patogenní, které vyvolávají nemoci jen za určitých podmínek. Často jsou to prospěšné bakterie, které jsou většinou „hodné“ a jen výjimečně začnou „zlobit“, když se třeba dostanou kam nemají, nebo když zmutují lExistují i mikroby obligátně patogenní, které vyvolávají nemoc vždy, když se dostanou do těla v dostatečném počtu a vhodným způsobem Předpoklady patogenity l1) Přenosnost z hostitele (zdroje) na další organismus (osobu) l2) Nakažlivost – schopnost narušit obranu hostitele l3) Virulence – schopnost mikroba nějak poškodit hostitele. lFaktory zodpovědné za virulenci, respektive patogenitu –Osídlení hostitele (přilnutí na sluznici) – fimbrie, bičíky, adheziny –Faktory invazivity – vnikání do tkáně (např. skrz sliznici) –Toxiny (jedy), hlavně u bakterií: neurotoxiny, enterotoxiny (působí ve střevě), místně působící toxiny a jiné –Faktory boje s obrannými mechanismy hostitele –Biofilm – složitý útvar, složený nejen z mikrobů Patogenita a virulence lVirulence –okamžitá vlastnost konkrétního kmene mikroba (kmen = populace z jedné buňky) –Kmeny tedy mohou být –avirulentní – tedy v daném okamžiku úplně neškodné, neschopné napadat makroorganismus –méně či více virulentní – tedy disponující různou mírou schopnosti napadnout makroorganismus. lPatogenita –vlastnost určitého mikrobiálního druhu –Nepatogenní: nejsou schopny vyvolat u daného živočišného druhu nemoc. –Potenciální (oportunní) patogeni: vyvolávají chorobu jen někdy –Obligátní (primární) patogeni vyvolávají nemoc "vždy" Příklad působení patogenního mikroba Necrotizing fasciitis Hodné mikroby: běžná mikroflóra lMnoho mikrobů nám pomáhá. Tím, že osidlují naše sliznice, zabrání tomu, aby je osídlily zlé patogenní mikroby. Některé pomáhají i jinak lNejvíc, asi kilogram, je jich v tlustém střevě lHodně mikrobů je i v dutině ústní a v hltanu lU žen je mikrobní ekosystém v pochvě lI přes relativní nedostatek vody má svoji mikroflóru také kůže (poněkud se liší na různých místech) 28 proteus1 Plazivá bakterie Proteus se podílí na likvidaci nestrávených bílkovinných zbytků potravy http://faculty.smu.edu/ayati/proteus/proteus1.gif Mikroflóra jako ekosystém lKdysi lidé mysleli, že všechny škůdce úrody jednoduše zahubí například DDT. Ukázalo se ale, že takový brutální zásah často nadělá víc škody než užitku, zvlášť když se použije nevhodným způsobem lPodobně složitý ekosystém je i třeba střevní mikroflóra. I proto dnes na střevní infekce většinou nedoporučujeme antibiotika, protože systém „rozhodí“ často ještě víc. Co ovlivňuje infekci lVstupní brána infekce (kudy mikrob pronikl) lForma infekce –podle rozsahu – lokální / celková –podle vyjádření průběhu – bezpříznaková / příznaková –u infekce s příznaky dále průběh abortivní – typický – komplikovaný lVylučování mikrobů z těla lV podstatě je plynulý přechod mezi infekcí, bezpříznakovou kolonizací a běžnou flórou. Co ovlivňuje formu infekce lna straně mikroba: vybavenost faktory virulence (může být dána třeba i tím, že mikrob sám je napaden bakteriálním virem – bakteriofágem) lna straně makroorganismu: stav imunity, stav anatomických bariér, hormonální rovnováha, případné základní onemocnění a spousta dalších věcí lforma vzájemného setkání mikroba a makroorganismu Konec prezentace P1010012u [USEMAP] Foto: Archiv MÚ