FIZIOLOGIE BACTERIANĂ

1.1. CompoCompoziţia chimicăziţia chimică2.2. Nutriţia bacterianăNutriţia bacteriană3.3. Metabolismul bacterianMetabolismul bacterian4.4. Creşterea şi înmulţirea bacteriilorCreşterea şi înmulţirea bacteriilor5.5. Influenţa factorilor de mediu asupra Influenţa factorilor de mediu asupra

înmulţirii bacteriilorînmulţirii bacteriilor

1. Compoziţia chimicăCuprinde în jur de 20 de elemente ale sistemului periodic:

•elemente de bază: H, C, O, P, S-cu rol primordial structural şI energetic pentru orice celulă vie

•elemente <1%, sub formă ionizantă: K, Mg, Na, Cl, Ca -cu rol funcţional în procesele de activare enzimatică, permeabilizarea membranei, etc.

•oligoelementele: Mn, Fe, Co, Cu, aflate în cantităţi foarte reduse -intră în structura unor coenzime, necesare desfăşurării metabolismului

•conţinutul în apă:85% din masa celulară; ea transportă, solubilizează, electroliţii, reprezintă mediul în care se desfăşoară reacţiile metablice.

2. Nutriţia bacteriană

Nutriţia bacterianăNutriţia bacteriană reprezintă totalitatea reprezintă totalitatea proceselor prin care bacteriile îşi procură din proceselor prin care bacteriile îşi procură din mediul înconjurător substanţele necesare mediul înconjurător substanţele necesare supravieţuirii, creşterii şi înmulţiriisupravieţuirii, creşterii şi înmulţirii,,

Respiraţia bacteriană Respiraţia bacteriană -- modalitatea de a-şi modalitatea de a-şi produce energia necesară activităţii metaboliceproduce energia necesară activităţii metabolice

Sursa de energieSursa de energie fotosintetizantefotosintetizante -- energia luminoasăenergia luminoasă chimiosintetizantechimiosintetizante -- reacţii de oxido-reducerereacţii de oxido-reducere a unor a unor

substanţesubstanţe lithotrofelithotrofe - - oxidează substanţele anorganice oxidează substanţele anorganice chemoorganotrofechemoorganotrofe - - oxidează soxidează substubst..organice organice

(glucoză, AA, purine, pirimidine, f.de creştere)(glucoză, AA, purine, pirimidine, f.de creştere)Sursa de carbonSursa de carbon autotrofeautotrofe - - substanţe anorganice, CO substanţe anorganice, CO22

mixotrofemixotrofe - - substanţe organice cât şi COsubstanţe organice cât şi CO22

heterotrofeheterotrofe - - substanţe organicesubstanţe organice Sursa de azotSursa de azot aminoacizii, săruri de amoniu (aminoacizii, săruri de amoniu (Escherichia coli, Escherichia coli,

SalmonellaSalmonella etc.). etc.).

Necesităţile bacteriilor de interes medical chimiosintetizante heterotrofechimiosintetizante heterotrofe (cu (cu

necesităţi diferite)necesităţi diferite) paratrofe – paratrofe – sunt dependente de aparatul sunt dependente de aparatul

enzimatic al celulelor gazdă, fiind bacterii enzimatic al celulelor gazdă, fiind bacterii cu habitat obligatoriu intracelularcu habitat obligatoriu intracelular (chlamydii, rickettsii)(chlamydii, rickettsii)

auxotrofeauxotrofe –pierd propr. de a sintetiza un –pierd propr. de a sintetiza un compus (E.coli-timidina)compus (E.coli-timidina)

prototropheprototrophe – tulpinile originale din care – tulpinile originale din care proprovvinin

3. Metabolismul bacterian Cuprinde totalitatea reacţiilor biochimice care au Cuprinde totalitatea reacţiilor biochimice care au

loc în celula bacteriană şi în mediuloc în celula bacteriană şi în mediu reacţii catabolicereacţii catabolice –– metabolizarea metabolizarea substratulsubstratuluiui

nutritiv cu eliberare de energienutritiv cu eliberare de energie reacţii metabolice intermediarereacţii metabolice intermediare - - energia energia

rezultată din rezultată din reacţiile catabolicereacţiile catabolice este este înmagazinată în compuşi macroergici înmagazinată în compuşi macroergici

reacţiile anabolicereacţiile anabolice, prin care celula bacteriană , prin care celula bacteriană îşi sintetizeză substanţele propri, cu consum îşi sintetizeză substanţele propri, cu consum energeticenergetic

3.1 Reacţiile cataboliceParcurg în principiu 4 faze:

•descompunerea extracelulară a substanţelor organice în unităţi mai mici

•absorbţia substanţelor din mediul extern: prin mecanism pasiv sau activ(fosforilarea glucozei - glucoza -6 fosfat)

•pregătirea substanţelor pentru oxidare prin reacţii de decarboxilare

•oxidarea substanţelor cu eliberare de energie -respiraţia bacteriană

•respiraţia -acceptor final de H este O atmosferic

•fermentaţia -acceptor final este o substanţă organică

•respiraţia anaerobă -acceptor final este O prezent într -o sare anorganică.

Respiraţia bacteriană Bacterii strict aerobeBacterii strict aerobe –se dezvoltă numai în prezenţa O –se dezvoltă numai în prezenţa O

atmosferic atmosferic -- respiraţia aerobă ( respiraţia aerobă (Pseudomonas aeruginosaPseudomonas aeruginosa, , M.tuberculosisM.tuberculosis, , BacillusBacillus))

Bacterii strict anaerobeBacterii strict anaerobe – nu se dezvoltă în prezenţa O – nu se dezvoltă în prezenţa O atmosferic atmosferic -- fermentaţia în condiţii anaerobe ( fermentaţia în condiţii anaerobe (Clostridium, Clostridium, Bacteroides, PrevotellaBacteroides, Prevotella))

BBacterii facultativ anaerobeacterii facultativ anaerobe -se dezvoltă în prezenţa sau -se dezvoltă în prezenţa sau absenţa O atmosferic absenţa O atmosferic -- enterobacteriile enterobacteriile

Bacterii anaerobe aerotolerante folosesc numai fermentaţia în prezenţa aerului atmosferic, fără participarea oxigenului ((Streptococcus pyogenesStreptococcus pyogenes))

Bacterii microaerofileBacterii microaerofile - în prezenţa CO - în prezenţa CO22, , 6-10%6-10% ((NeisseriaNeisseria))

4. CREŞTEREA ŞI 4. CREŞTEREA ŞI ÎNMULŢIREA BACTERIILORÎNMULŢIREA BACTERIILOR

Rezultat al nutriţiei şi metabolismului Rezultat al nutriţiei şi metabolismului Creşterea volumului celulei, dedublarea Creşterea volumului celulei, dedublarea

materialului nuclear, dezacord masă -volum -materialului nuclear, dezacord masă -volum - Diviziune binarăDiviziune binară

la bacili pe un plan perpendicular pe lungimela bacili pe un plan perpendicular pe lungime la coci pe planuri variatela coci pe planuri variate Gram pozitive - forGram pozitive - formmarea unui septarea unui sept Gram negative - strangulare directăGram negative - strangulare directă

4.1 Curba de creştere şi multiplicare a bacteriilor în mediu limitat

•Dacă se introduce un inocul de celule bacteriene dintr-o cultură pură într -un mediu de cultură proaspăt şi se incubează , bacteriile vor creşte şi se vor multiplica -timpul scurs de la o diviziune la alta =timp de generaţie

•Aprecierea nr de celule bacteriene la intervale de timp de la momentul inoculării -grafic

•număr total de germeni (vii şi moarte)

•număr de celule vii -apreciază nr bacteriilor capabile să se multiplice în continuare

Curba de multiplicare a bacteriilor în mediu limitat

1. Faza de lag = adaptare la noile condiţii

Durata – în funcţie de specie, condiţii de mediu, Durata – în funcţie de specie, condiţii de mediu, de de numărul de celule din inoculnumărul de celule din inocul ( (1/2 h 1/2 h şi 3-4 h la bacteriile şi 3-4 h la bacteriile sporulate)sporulate)

Numărul bacteriilor este staţionarNumărul bacteriilor este staţionar Metabolismul este intensMetabolismul este intens Creşte volumul bacteriilorCreşte volumul bacteriilor Sensibilitate crescută la antibioticeSensibilitate crescută la antibiotice

Faza de accelerareFaza de accelerare – – bacteriile bacteriile încep să se înmulţeascăîncep să se înmulţească

2. Faza de multiplicare exponenţială

Bacteriile se înmulţesc în progresie logaritmică. Bacteriile se înmulţesc în progresie logaritmică. T/Nr.b – liniarT/Nr.b – liniar

Este posibilă doar in vitroEste posibilă doar in vitro Durata (în general 2-3 ore în funcţie de TG)Durata (în general 2-3 ore în funcţie de TG)

Escherichia coliEscherichia coli – TG 10 minute – TG 10 minute Mycobacterium tuberculosisMycobacterium tuberculosis – 25 ore – 25 ore

Bacteriile prezintă toate caracterele specieiBacteriile prezintă toate caracterele speciei Sensibilitate mare la antibioticeSensibilitate mare la antibiotice Compoziţia mediului se schimbăCompoziţia mediului se schimbă Perioadă de încetinirePerioadă de încetinire

3. Faza staţionară Durata – câteva oreDurata – câteva ore Numărul de bacterii este constantNumărul de bacterii este constant (ele nu se înmulţesc, (ele nu se înmulţesc,

nu mor)nu mor) SensibilitateSensibilitate scăzută la chimioterapice scăzută la chimioterapice Modificări ale morfologiei şi caracterelor tinctorialeModificări ale morfologiei şi caracterelor tinctoriale PProduc anumiţi metaboliţi secundari cu distribuţie roduc anumiţi metaboliţi secundari cu distribuţie

taxonomică foarte riguroasătaxonomică foarte riguroasă AntibioticeAntibiotice (Actinomyces) (Actinomyces) ColicineColicine (b.piocianic) (b.piocianic) EExotoxinexotoxine (b. difteric, b. tetanic, b.botulinic, etc.)(b. difteric, b. tetanic, b.botulinic, etc.)

Sporogeneza la bacteriile sporulateSporogeneza la bacteriile sporulate

4. Faza de declin Durata – zileDurata – zile Numărul de bacterii scade constant Numărul de bacterii scade constant

(epuizarea substratului nutritiv şi (epuizarea substratului nutritiv şi acumularea de metaboliţi toxici)acumularea de metaboliţi toxici)

Modificări morfologiceModificări morfologice Autosterilizare sau sporulare completăAutosterilizare sau sporulare completăCultivarea bacteriilor în mediu limitat este Cultivarea bacteriilor în mediu limitat este

utilizată în laboratoarele de bacteriologie utilizată în laboratoarele de bacteriologie medicală, pentru stabilirea diagnosticului medicală, pentru stabilirea diagnosticului unei infecţii bacterieneunei infecţii bacteriene..

Cultivarea bacteriilor în laborator

Medii lichideMedii lichide Mediile solideMediile solide

coloniicolonii

Colonii izolate

Caractere culturale

4.2 Curba de creştere şi înmulţire a bacteriilor în culturi continui CultivareCultivareaa bacteriilor în sisteme deschise - bacteriilor în sisteme deschise -

chemostate - pentru obţinerea unei mase mari celularechemostate - pentru obţinerea unei mase mari celulare VaccinuriVaccinuri Produşi bacterieni (exotoxine, enzime, antibiotice, Produşi bacterieni (exotoxine, enzime, antibiotice,

interferoni, etc) pentru industria alimentară, interferoni, etc) pentru industria alimentară, farmaceutică, etc.farmaceutică, etc.

CercetareCercetare Mediul este înlocuit în permanenţăMediul este înlocuit în permanenţă Bacteriile sunt mereu în fază logaritmicăBacteriile sunt mereu în fază logaritmică

4.3 Înmulţirea bacteriilor în organism

Condiţiile pe care microorganismele le întâlnesc în Condiţiile pe care microorganismele le întâlnesc în organism le selectează pe acelea care cresc în anumite organism le selectează pe acelea care cresc în anumite limite de temperatură, osmolaritate şi limite de temperatură, osmolaritate şi ppH.H.

după pătrunderea în organism a unui număr mic de după pătrunderea în organism a unui număr mic de microbimicrobi aceştea aceştea se pot se pot înmulţi rapid şi înmulţi rapid şi produc o infecţieproduc o infecţie gragravvă cu evoluţie acută (meningita)ă cu evoluţie acută (meningita)

Bacteriile cu timp de generaţie lung vorBacteriile cu timp de generaţie lung vor produce o produce o infecţie cu evoluţie insidioasă, cronică (TBC)infecţie cu evoluţie insidioasă, cronică (TBC)

Înmulţirea bacteriilor în organism

În organism, creşterea şi multiplicarea În organism, creşterea şi multiplicarea bacteriilor este stresată bacteriilor este stresată necesităţi nutritive (prin competiţie cu necesităţi nutritive (prin competiţie cu

flora normală) flora normală) prin mecanismele apărprin mecanismele apărăărriiii antiinfecţioas antiinfecţioasee

Înmulţirea bacteriilor în organism Pretenţii nutritiPretenţii nutritivvee mai mari la bacteriile cu mai mari la bacteriile cu

habitat exclusihabitat exclusivv uman (gonococ) decât la celelalte uman (gonococ) decât la celelalte (E.coli...) (E.coli...)

bacteriile cu bacteriile cu habitat extracelularhabitat extracelular sunt expuse sunt expuse acţiunii anticorpilor, complementului, fagocitozei, acţiunii anticorpilor, complementului, fagocitozei,

bacteriile ce se înmulţesc bacteriile ce se înmulţesc intracelularintracelular sunt sunt protejate de acţiunea acestor factorii şi scapă protejate de acţiunea acestor factorii şi scapă uneori supravegherii imunologice uneori supravegherii imunologice

bbacteriile dezvoltă acteriile dezvoltă mecanisme adaptativemecanisme adaptative care să care să ocolească barierele ce se opun înmulţirii lorocolească barierele ce se opun înmulţirii lor

5. INFLUENŢA FACTORILOR DE MEDIU

ASUPRA ÎNMULŢIRII BACTERIILOR TemperaturaTemperatura PsihrofilePsihrofile - optim la 20°C dar şi sub această - optim la 20°C dar şi sub această

temperatură temperatură MezofileMezofile - optim între 20-40°C. - optim între 20-40°C. Sunt cele Sunt cele

patogenepatogene deoarece se înmulţesc la temperatura deoarece se înmulţesc la temperatura organismului, fiind denumite şi bacterii organismului, fiind denumite şi bacterii ““homeotermehomeoterme”. ”.

Termofile,Termofile, care se înmulţesc optim la peste 45°C care se înmulţesc optim la peste 45°C temperaturile ridicate distrug bacteriiletemperaturile ridicate distrug bacteriile, aplicaţia , aplicaţia

practică a acestui aspect fiind sterilizareapractică a acestui aspect fiind sterilizarea

INFLUENŢA FACTORILOR DE MEDIU

ASUPRA ÎNMULŢIRII BACTERIILOR temperaturile moderat scăzute, de +4temperaturile moderat scăzute, de +4ooC din C din

frigidere, nu distrug bacteriile dar opresc frigidere, nu distrug bacteriile dar opresc înmulţirea lor prelungindu-le viabilitatea. înmulţirea lor prelungindu-le viabilitatea. Tulpini Tulpini criofilecriofile!!!!!!

îngheţul la temperaturi nu prea mici faţă de 0îngheţul la temperaturi nu prea mici faţă de 0ooC C determină cristalizarea apei ce determină leziunea determină cristalizarea apei ce determină leziunea structurilor structurilor membranare a celulelor membranare a celulelor bacteriene. bacteriene.

Conservarea prin congelareConservarea prin congelare. Temperatura optimă . Temperatura optimă este cea realizată de COeste cea realizată de CO22 (-78°C) sau de azotul (-78°C) sau de azotul lichid (-180°C). lichid (-180°C).

INFLUENŢA FACTORILOR DE MEDIU ASUPRA ÎNMULŢIRII BACTERIILOR

ppH – 7,2-7,4H – 7,2-7,4(excepţii:(excepţii:BrucellaBrucella, v.holeric), v.holeric) COCO22 : :0,03%0,03% (10% la (10% la NeisseriiNeisserii)) UmiditateaUmiditatea

În funcţie de specieÎn funcţie de specie Liofilizarea(desicare bruscă la Liofilizarea(desicare bruscă la --78°C)pentru conservare78°C)pentru conservare

Presiunea osmoticăPresiunea osmotică în mediu hiperton în mediu hiperton -pierd apa -pierd apa -- plasmoliza plasmoliza în mediu hipoton -apa intră în celule în mediu hipoton -apa intră în celule -- plasmoptiză plasmoptiză există bacterii halofile -cresc în soluţii hipersaline(m. există bacterii halofile -cresc în soluţii hipersaline(m.

Chapmann), zaharofileChapmann), zaharofile

INFLUENŢA FACTORILOR DE MEDIU ASUPRA ÎNMULŢIRII BACTERIILOR

UltrasuneteleUltrasunetele Presiunea hidrostatică, osmoticăPresiunea hidrostatică, osmotică ElectricitateaElectricitatea Radiaţiile : Radiaţiile :

neionizante(UV neionizante(UV -cu efect bactericid-cu efect bactericid) ) ionizante ionizante -formează în celulă radicali cu viaţă scurtă -formează în celulă radicali cu viaţă scurtă

şi protoni şi protoni