FAR2201: Mikrobiologi
Terminologi
- CFU
- Estimat på antall levedyktige bakterie/fungi celler i en prøve.
- MIC
- Laveste konsentrasjon av en kjemikalie som hindrer synlig vekst av baketerie
- Resistense
- Bakterie isolat har ervervet seg en mekanisme som gjør at den kan overleve ved en høyere konsentrasjon av antibiotika
- Følsomhet
- Bakterie isolat blir hemmet av oppnåelig konsentrasjon ved bruk av anbefalt dose
- McFarland
- Estimat på antall CFU per volum
- In vitro
- Studie av celler utenfor sin biologiske kontekst, f.eks i et prøve glass
- In vivo
- Forsøk gjort i en hel organisme og ikke bare en ekstrakt
- Bakteriostatisk
- Stoffer som hemmer formering men som ikke dreper
- Baktericid
- Bakteriedrepende
- Klinisk resitens
- Bakterie isolat blir ikke hemmet/drept av oppnåelig konsentrasjon invivo ved bruk av anbefalt dose
- Inokulum
- Naturmiddel
- Ingen legal definisjon. Brukes om kosttiskudd.
- Naturlegemiddel
- Legemidler som har en naturlig utspring - dyr, planter, mikroorganismer, og som ikke kommer under definisjonen Plantebasert Legemidler.
- Plantebasert Legemidler
- LM som har ett eller flere virkestoffer som består av plantemateriale.
Immunologi
Adaptive immunsystemet
T celler deles inn i to:
- CD8 - NK celler
- CD4 - T Hjelpe celler
- aktiverer B celler, makrofager, T killer celler.
Aktivering av naive T celler skjer gjennom
B celler
Utvikling
B celler starter ut som stamceller i benmargen. I benmargen gjennomgår de postiv og negativ seleksjon:
- postiiv seleksjon:
- Negativ seleksjon: sjekker om antibody binder til self antigen (autoimmunitet)
B cellene vil migrere fra benmargen videre til sekundære lymfoide organer: som milt og lymfoide noder.
Aktivering
Naive B celler er ferdig differensiert celler som ikke enda har funnet sit antigen. I SLO vil de ha tilgang til en strøm med antigen. Når riktig antigen blir bundet blir B cellen aktivert og kan delta i hummoral immunrespons.
T celle avhengig Aktivering
I de fleste tilfeller holder det ikke kun at B cellen binder sitt antigen for å aktiveres. Det må i tillegg bekreftes fra en T hjelper celle. Dette skjer ved at B cellene representerer antigene til T hjelper celle gjennom MHC2 klassen. Hvis Th cellen gjenkjenner dette antigenet vil den aktivere B cellen.
Aktivering fører til at B cellene differensieres til memory B celler og plasma celler (skiller ut antibody). Det vil også skje cell proliferation (øker mengde), endring av Ig klasse, og økt antigen afinitet.
Antistoff / Ig
Y formet protein som gjenkjenner fremmedlegemer.
Kan deles i to regioner:
- FAB: Består av en konstant og variabel del fra både heavy og light chain.
- Funksjon: Gjenkjenne antigen
- FC: Består av konstant del fra heavy chain
- Funksjon: Bestemmer Ig klasse og dermed fysiologisk respons etter antigen er bundet:
- Opsionisering
- Aglutination
- Hemolysis
- Mast cell degranulation
- Nøytralisering
- Funksjon: Bestemmer Ig klasse og dermed fysiologisk respons etter antigen er bundet:
VDJ rekombinasjon
Medfødte immunforsvar
Akuttfaseproteiner
Øker i konsentrasjon i response til alarmsignaler (IL6) - CRP, Mannose bindende lektiner,antistoffer, antimikrobielle peptider, ks - funksjoner: opsonisering, lysere, komplement aktivering
Cytokiner
Innflamatoriske cytokiner (TNF,IL)
Systemisk effekt
- Induserer feber i hipotalamus
- Transkripsjon av akutt fase proteiner i lever
- Induserer smerte ved at de har en effekt på nociceptiske smerte baner
Lokal effekt
- Endring i endotel cellene:
- sammentrekning i glatt musklaturen fører til større permebialitet - væske, effektor celler kan komme til det infiserte område
- utrykker adhesin molekyler slik at neutrofiler kan feste seg og migrere inn i infiserte vevet
- NK celler til å dele seg og slippe ut cytokiner for økt aktivitet av de lokale makrofagene
- TNf-alfa virker også koagulerende på blodet slik at virus skal slippe inn i blodbanen
Interferoner
Komplement systemet
komplement receptor
kaskade
komplement faktor
Inflamasjon
- Rødhet - økt blod til område, blod årene utvider seg
- Varme - metabolisering i muskler, systemisk effekt av cytokiner er feber
- Smerte - cytokiner påvirker nociceptiske smerte baner
- Hoven - Inflamasjon gir økt væske til område
PRR
Reseptorer som gjenkjenner molekyler som er typiske for patogener. De er en del av det medfødte immunforsvaret. Aktivering av disse reseptorene vil utløse cytokiner (innflamasjon) og initiere det adaptive imunsystemet.
Toll like receptors
Membran bundet.
Nod like receptors
Cytoplasma.
Interferoner
Membran attack complex
MHC1 and MHC2
MHC1 utrykkes hos alle celler med kjerne. Det blir gjenkjent av NK celler (CD8 reseptor) og vil induserer apotopsis i den infiserte cellen.
MHC2 utrykkes av antigenrepresenterende celler (B-celler, Makrofager, Dendritter). Det blir gjenkjent av T-hjelper celler (Cd4 reseptor) som starter prosessen med å aktiverer det adaptive immunforsvar.
Diagnostikk
Klassifisering bakterier
- Fenotype: beskriver utsende og oppførsel til bakteriene
- Genotype: gen innholdet i bakterien
Identifisering
- Morfologi : utsende, form, farge, størrelse, lukt
- Agarmediet : blodskål (hemolyse), fermentering i grønnskål
- Gram farging
- Biokjemiske reaksjoner: hvilket enzymer bakterien har, produkter som dannes
- DNA sekvens
Gram farging
- Fargeteknikk som brukes for å skille bakterier i to store grupper; G+ og G-. Forskjellen kommer fra egenskapen til celleveggen. G+ har stor peptidoglykan lag(50%), men G- har tynn peptidoglykan lag(10%) og fargen vil dermed lett kunne vaskes bort.
Resistens bestemmelse
1. Agardifusjon
- Metode: Bakterie innokuleres i agarskål, antibiotika lapper settes på. Heminingsonen (diameter) måles etter 24h inkubering.
- Resultat: Sammenliknes med referanse liste for å avjgøre om det R, S eller I.
- Fordeler: Billig, rask
- Ulempe: Kan ikke beregne MIC direkte.
2. Fortynningsmetoden
- Metode: Bakteriene avsettes i glassrør/agarskål med ulik konsentrasjon av antibiotika.
- Resultat: Den laveste konsentrasjon av antibiotika, som hemmer bakterievekst er MIC.
- Fordeler: Bestemmer MIC/MBC
- Ulemper: Dyrere (mer materiale og tid)
3. E-test
- Metode: Strips med kontinuerlig gradient av antibiotikum legges på en inokulert agarksål.
- Resultat: Etter inkubering vil elipseformet hemningssone kunne observeres. MIC er der hemningssonen krysser test-stripen.
- Fordeler: Raskt, beregner MIC ganske nøyaktig.
- Ulemper: Dyr (materiale)
Test av betalaktamase produksjon
4. Kløverblad metoden
Metode:
- En pencilin følsom stamme spres i hele agarskålen
- Penicilin lapp midt i skåla
- Teststammen strykes i kryss på skåla
Avlesning: hvis testen er positiv vil man få en karaktersitisk mønster derav navnet kløverbladmetoden.
5. Nitrocefin metoden
Metode: Setter nitrocefin lapp på inkubert agarskål.
Avlesning: Nitrocefin gir fargeomslag fra gult til rød når betalaktam ringen spaltes av. Fargeomslaget skjer ikke spontant men alt fra 15 sek til 1 time.
6. Induserbar beta-laktamase produksjon hos G- staver
Metode: MH skål med bakterien legges det antibiotika lapper
Avlesning: Ved induksjon av resistens minsker hemningssonen på den siden som vender mot lappen med det induserte antibiotikum (D formet).
Antibiotika
Beta laktamer
Kjennetegn: laktam ring
Virkningsmekanisme: Hemmer transpeptidase, stopper dermed krysbinding i peptidoglykan laget (cellevegg syntese). Fører til autolyze og celledød (baktericidal).
Undergrupper:
- Peniciliner
- Ceflasporiner
- Karbapenem
- Monobaktamer
Antibakterielt spektrum: Virker veldig godt i G+. Nyere generasjoner virker også på G-.
Glykopeptider
Kjennetegn: Vancomycin
Virkningsmekanisme: Binder D-ALA-D-Ala i pentapetide. Hindrer PBP inkorporere nye subenheter i PG. Baktericidal.
Undergrupper:
Viktigste er vancomycin.
Antibakterielt spektrum: Virker kun i G+. G- er resistente mot glykopeptider. De er for store til å diffundere over ytre delen i celleveggen via poriner.
Hemmer proteinsyntese
Undergrupper:
| Navn | Target | Virkningsmekanimse |
| Tetracykliner | 30S | Blokkerer tRNA binding |
| Aminoglykosider | 30S | Blokkerer Ribosomal Translokasjon / Stopper Initieringskompleks |
| Makrolider | 50S | Blokkerer Ribosomal Translokasjon |
| Fusidinsyre | Elongerings faktor | Blokkerer frigjøring av EF |
| Kloramfenikol | 50S | Blokkerer peptide kjede overføring |
| Linkosamider | 50S | Blokkerer peptide kjede overføring |
http://www.microbiologybook.org/mayer/antibiot.html
DNA replikasjon
Kjennetegn: Flurokinoloner
Virkningsmekanisme: Hemmer topoisomerase, DNA gyrase, og stopper dna replikasjon
Antibakterielt spektrum: Baktericidal, Gram +/-
RNA syntese (Rifampicin)
Nukleotid syntese
- Sulfonamider --> hemmer DHPS (folsyre)
- Trimetoprim --> hemmer DHFR
Resistensutvikling
Mutasjon
HGT
Resistensmekanismer mot antibiotika
-
Endring av molmolekylet:
- eksempel MRSA som har gener som koder for PBP med lavere afinitet til betalaktamer
- ekesmpel på endring av D-ala-D-ala til D-ala-Da-lac (VRE)
-
Endring av antibiotika
- eksempel G- har beta-laktameser som bryter ned betalaktamer
- enzymatiske modifisering
-
Endret opptak av antibiotika
- eksempel G- som kan pumpe ut (efluks) betalaktamer.
- Nedsatt permeabilitet cellevegg - nedsatt aktiv transport
Infeksjonsstrategier
- Feste seg/ Penetrerings mekanisme (De fleste virus)
- Vektor eks. mygg (Malaria)
- Sår, bitt (rabbies)
- Svekket immunforsvar (oppurtunister)
Trinn for suksessfull infeksjon
-
Entre kroppen
Hvordan
a. Spesefikk mekanisme for å binde seg til og penetrere
b. Gjennom stikk eks. malaria
c. Gjennom dyre bitt, åpent sår
d. Hemmet immunforsvar eks. aids
-
Spredning lokalt eller systemisk
- Multiplisere
- Ungå immunforsvaret
- Transmisjon (ut av kroppen)
- Foresake skade sykdom (ikke alltid)
Hud
Forsvars mekanismer: lav ph, normal flora, anitmikrobiell peptider produsert av epidermis Angreps punkter: Skade i huden, noen larver kan penetrere huden, etablerer seg i negl, hår
Øyet
Forsvars mekanismer: tårer, blunking, antibmikrobielle substanser i tårer Angreps punkter: Effektiv binding mekanisme, lite tåre utskillelse, skade. eks. Herpes virus, klamydia
Luftveiene
Forsvars mekanismer: Cilia, slimlag, makrofager Angreps punkter: Adhesins, hemme cilia, ungå makrofagene, kjemikalier. eks.
- Tuberkolose
- Influenza A
- Rhinovirus
- Meslinger
Urin vei
Forsvars mekanismer: lav ph vagina, utskillelse urin, urin blæren har slimlag og kan produsere antibodies Angreps punkter: adhesions ungår utskillese, forhud, kortere vei til uretra (kvinner)
Mage tarm
Forsvars mekanismer: Utskillelse, slimlag, antibodies, syre Angreps punkter: reseptor binding til epitelium, slimlaget, motility, syre resistente
- Kolera - mucinase (fjerner mucus), motility to reach epithel cells, adhesion
- Polio virus- adhesion to e-cells
- Salmonella - motility,adhesion to e-cells
- E coli - motility,adhesion to e-cells
- HP bakterie - syre resistent gjennom urease
Svelget
Forsvars mekanismer: rensing, lysozymer, normal floar, hvite blod celler i spytt, antibodies Angreps punkter: reseptor binding til muskos laget, vitamin c mangel, tørr munn
- Candida
- Streptokokker
Virulens : Evne til en mikro-organisme foresake skade hos vert.
Kohs postulater
- Mikroben må være tilstede i alle tilfeller
- Mikroben må isoleres i renkultur fra vert
- Sykdommen må være reproduserbar når en kultur blir introdusert i friskt individ
- Mikroben må isoleres fra en eksperimentell vert
Svakheter med Kohs postulater:
- Asympotamiske infeksjoner
- Multifaktorielle sykdommer
- Ikke mulig å isolere ren kultur f.eks virus
- Latens tar lang tid for sykdommen utvikles
Transmisjon/smitte
FAKTORER:
- Antall organismer som er sendt ut (shedding)
- Stabilitet i miljøet utenfor kroppen (temperatur, tørke, kjemikalier)
- Infeksiøs dose
- genetiske faktorer, hoste, nyse, diarhhea
Fordeler med Normal flora
- Utkonkurer nye mikrober fra å få fotsetet
- Hud: fettsyrer bakterier
- Vagina: laktobasiller lav ph
- Tarm: produserer antimikrobielle midler
- Mucosal cells bestkytter tarm cellene (layers)
- Frigier vitamin K og B
- Antigen stimulering - gir bedre immunforsvar
Dysbiose: Ubalanase i tarm flora
Ulemper med NF
- Sprer seg til sterile steder kan de foresake infeksjoner
- Oppurtunister f.eks ved nedsatt immunforsvar
Balansert patogenitet: Reduserer evne til å lage sykdom til fordel for større spredning
Definisjoner
- Patogenitet
- Evne til å skape skape sykdom
- Virulens - virulensfaktor
- Evne til å infisere eller skade vert - molekyler som hjleper bakterien til infisere, overleve, komme seg ut
- Patogenese
- Opphav til sykdom
- Oppertunist
- utnytter at vertens immunforsvar er svak, eller endring i Normal flora
- Symbiose
- samliv mellom ulike arter
- Parasittisme
- symbiose forholder ganger bare parasitten
- Kommensalisme
- En art lever uten å gi eller skade verten
- Balansert patogenitet
- reduserer evne til å lage sykdom til fordel for større spredning
Overlevelses strategier
Infeksjons typer:
-
Overfladisk: Replikerer på ingangsstede, angriper ikke dypere vev. eks. Gonorhoea, Influenza. "Hit and run" eks. vanlig forkjøleses virus.
-
Systemisk: Sprer seg videre i kroppen gjennom blod og lymfe systemet
-
Stille invasjon: Asymptomatiske infeksjoner. Subklinisk eller latent.
-
Persitent: Immunsysteme klarer ikke å fjerne alle mikrobene, kan være i latent form eller infeksiøs form.
- Hepatitt B (kontinuerlig shedding)
- Herpes Virus (periodisk)
-
Reaktiverte: Latent infeksjon kan bli reaktivert som fører til ny runde med infeksjon og shedding. Herpes, tuberkolose og malaria er eksempler.
Genetikkk påvirker spredning og replikasjon gjennom viruelens faktorer:
- Noen patogenere er human patogenere og vil ikke infisere andre dyrearter
- Det vil også være en forskjell innad i den gitte arten. eksempel sickle cells i malaria
- Genetikk spiller også rolle når det kommer til sjansen for å bli infisert gitt man har fått samme infeksiøse dos
- I tilegg til gener spiller en alder, graviditet, ernæring, stress hormoner, miljø faktorer osv. en rolle.
Mikrobene sine gener spiller en rolle. RNA virus har f.eks en rask mutasjon for gener som koder overflate proteiner.
Det medfødte immunforsvar
- Fagocytose
- toxiner som dreper fagocyttene
- proteiner som kobler seg til antibodies for å unngå opsonisering
- kapsel som hindrer kontakt med fagocyttene
- fusjon med fagocyttene og hindrer lysosome (TB)
- replikerer på innsiden av fagosytten
- hemmer lysosome ved å produsere antioksidanter, og kan ikke drepes
- Påvirke cilia
- Komplement systemet
- kapsid, beskyttelses lag (Salmonella)
- phagocytten når ikke bundet C3b
- Degradering og shedding av KS
- inhiberer KS direkte eller gjennom komplement regulatorer (E.coli, Candida albicans)
- Produsere jern bindene molekyler
- Blokkere interferoner (hepatitt B, HIV)
Det adaptive immunforsvar
- Gjemme antigen
- Gjemme seg innad en celle
- Priviligerte steder
- mimikke host antigener (FC reseptor)
- Immune modulering
- etablere seg tidlig i nyfødte
- masseprodusere mikrobens antigen (toleranse utvikling)
- finne hull i immune systemet - kan være peptider som gir svakt imunrespons
- endre balansen mellom Th1 og Th2 - promoterer en ufektiv type imunrespons
- indusere regulatorisk t celler
- Antigen variasjon
- Mutasjon
- Antigenic drift
- rekombinasjon
- Antigenic shift
- gen swithing : mange forskjellige gener for overflate proteiner
- Mutasjon
-
Nedgradering av immunforsvar
-
Hit and run før adaptive immunforsvaret kicker inn (forkjølelse)
Virus
Struktur
- Består av arvestoff og protein
- Kapsid bygges opp av gjentakende enheter
- 3 hovedytper i mennesker
- Nakne kapsider
- Membran kledde kapsider
- Helekale nukleokapsider
Klassifisering
- dsDNA Herpes virus
-
ssDNA
-
dsRNA
- +ssRNA Hepatit C
-
-ssRNA Influensa Virus
-
ssRNA RT HIV
- dsDNA RT Hepatit B
Angreps punkter
-
Binding og opptak i cellen.
-
Reseptorblokkere - CCR5 blokkert (HIV)
-
Fusjonshemmere - GP41 blokkert (HIV)
-
-
Frigjøring av genomet
-
mRNA syntese
- Antisense terapi (HIV)
-
Proteinsyntese og prossesering
- Protease hemmere (HIV)
-
RNA/DNA replikajson
- Reverstranskriptase hemmere (HIV)
- Integrase hemmere (HIV)
- DNA polymerase hemmere (HSV)
-
Frigjøring av nye virus
- Neuraminidase hemmere(influensa)
Reistense utvikling
- Mutasjon : Endring i angrepspunktene (aminosyresekvensen) fører til dårligere fitness.
- Antigen shift / Antigen drift i influensa
- Sosiøkonomiske: ikke tilgang til gode medikamenter
- Overforbruk/ feilbruk fører til residual replikasjon, kryssresistense
Viral replikasjonssyklus
- Innslipp
- fusjon, endocytose, budding, direkte fra celle til celle
- Genom replikasjonsfase
- RNA virus replikerer i cytoplasma untatt HIV og Influensa
- DNA virus replikerer i celle kjernen
- Dannelse og pakning
- Strukturelle proteiner
- non strukturelle funksjoner
- Utslipp
- lysis, eksocytose, budding, direkte fra celle til celle
HIV
- Spredning: Gjennom fødsel, stikk, ubeskyttett sex
- Virulens faktorer: Integrase, protease, reverstranskriptase,
Influenza
- Spredning: dråpesmitte, smitte fra dyr
- Virulensfaktorer: Hameglutanin, Neureminidase
- Minke spredning: vaksinasjon, pasient isolasjon, god håndhygiene.
Herpes virus
- Spredning: oral-genetelia, oral-oral
- Virulens faktorer: diverse proteiner
Hepatitt C
- Spredning: blod smittet, f.eks gjennom urene kanyler
- Virulens faktorer: diverse proteiner
Hepatitt B
- Spredning: gjennom fødsel, stikk, ubeskyttet sex
- Virulens faktorer: diverse proteiner
- Minke spredning: beskyttet sex, ikke dele sprøyte, sjekke de som skal gi blod.
UVI
- foresaket hovedsaklig av E.Coli
- Sprednining: UVI fra ecoli er vanligvis ikke smittsom. UVI kan komme fra STDs da er den smittsom.
- Virulens faktorer for E.coli: Festningsmekanismer, kapsel for å unngå festing til ks, flagella for bevegelse, cytotoxine som hemolysin.