Mikrobiologie a imunologie
2.2 Anatomie a fyziologie mikroorganizmů
2.2 Anatomie a fyziologie mikroorganizmů
Bakteriální buňka se skládá z buněčného obalu, cytoplazmy – jejích složek a vnějších struktur a buněčných organel.
Buněčné pouzdro je jedním z důležitých faktorů virulence. Opouzdřená bakterie je vysoce virulentní a velmi odolná. Buněčný obal je složen z buněčné stěny a cytoplazmatické membrány. Většina bakterií disponuje buněčnou stěnou, ale některé z nich buněčnou stěnu nemají (např. mykoplazmata) anebo ji mají pouze částečně vytvořenou (např. chlamydie – chybí kyselina muramová a převažuje větší množství lipidů). Buněčná stěna poskytuje bakteriím ochranu a schopnost udržovat si stálý tvar. Základní stavební složkou buněčné stěny je peptidoglykan. Stavba této stěny je rozdílná u grampozitivních a gramnegativních bakterií. Grampozitivní bakterie mají silnou jednodušší buněčnou stěnu, která obsahuje kyselinu teichoovou a vrstvy peptidoglykanu. Buněčná stěna gramnegativních bakterií obsahuje malé množství peptidoglykanu a je bez kyseliny teichoové. Povrch buněčné stěny kryje vrstva nazývaná vnější membrána se značným množstvím antigenů. V případě, že je buněčná stěna bakterií odstraněna, dochází k lýze bakterií. Cytoplazmatická membrána bez buněčné stěny nemá schopnost vyrovnávat osmotické tlaky uvnitř bakteriální buňky a v prostředí, ve kterém se nachází. Na povrchu bakteriálních buněk se nachází řada bílkovinných struktur označovaných jako antigeny. Díky přítomným antigenům a jejich různorodosti lze bakterie identifikovat buď přímo (detekcí antigenu v biologickém materiálu) anebo nepřímo - sérologicky (průkazem protilátek v séru pacienta).
Cytoplazmatická membrána je skutečnou bariérou mezi vnitřním a vnějším prostředím bakterie a je selektivně permeabilní. Je velmi důležitá pro buněčný metabolismus, protože je v ní uložen základní energetický systém bakteriální buňky. Dalšími komponentami cytoplasmy jsou DNA, ribozomy a zásobní granula. Bakteriální buňka nemá jadernou membránu. V bakteriální cytoplasmě je uložené chromatinové tělísko – nukleotid, které má jediný chromozom tvořený deoxyribonukleovou kyselinou. Mimo chromozom může být umístěna její malá část - plazmid, ale pouze u některých bakterií. Plazmidy jsou nositeli různých genů, většinou pro rezistenci k antibiotikům - R plazmid. Další složkou jsou ribozomy – složité struktury obsahující několik molekul ribonukleové kyseliny - RNA a proteinů. V ribozomech probíhá syntéza proteinů. Organely jako zásobní granula mají funkci udržovat nadbytek metabolitů. Množství a přítomnost zásobních granul je variabilní, je závislé na typu a metabolické aktivitě příslušné bakteriální buňky. Součástí vnějšího obalu bakteriální buňky jsou bičíky, fimbrie a bakteriální pouzdro – obal. Kapsula – pouzdro chrání a pokrývá mnoho bakterií patogenních i nepatogenních. Některé bakterie mají buněčné pouzdro složené z polypeptidů, ale většina z nich má pouzdro složené z polysacharidů. Flagella – bičíky jsou přítomny u řady bakterií a plní především funkci pohybu. Většina bakteriálních bičíků je složena z jednoho polypeptidu – flagelinu. Pohyb je způsobován rytmickým stahováním a natahováním bičíků, který připomíná rotační pohyb lodního šroubu. Rozložení bičíků je různé, některé bakterie je mají po povrchu těla, jiné mají pouze jeden na jednom pólu anebo mohou mít několik bičíků na jednom pólu, nebo jeden i více na obou pólech. Fimbrie – pili (z latinského – vlasy) jsou vlákna složená z proteinů nacházející se na celém povrchu gramnegativních bakterií. Pili jsou velmi významné v patogenitě bakterií, neboť umožňují výměnu genetického materiálu mezi bakteriemi. Fimbrie neřadíme k pohybovým orgánům bakterií. Bakteriální spóry jsou schopné tvořit některé bakterie. Spory představují klidové stádium bakterie a umožňují jí přečkat nepříznivé vnější podmínky. Endospory jsou uloženy uvnitř mateřské bakteriální buňky.
Obrázek 2 - Schéma bakteriální buňky
Fyziologie bakteriální buňky zahrnuje především růst bakteriální buňky a metabolické reakce. Pro růst jsou stěžejní u bakterií nutriční požadavky, nejlépe rostou v prostředí s optimálními výživovými podmínkami – dostatek kyslíku, oxidu uhličitého, anorganických iontů a organických látek. Kyslík je velmi důležitý pro růst aerobních bakterií, růst anaerobních bakterií jeho přítomnost potlačuje. Vyšší tenzi oxidu uhličitého je nutné zajistit mnohým bakteriím. Důležitým předpokladem růstu a množení bakterií jsou také anorganické látky – fosfor, draslík, hořčík atd. Aminokyseliny, sacharidy a vitamíny jsou organické látky nutné pro růst a vývoj bakteriálních buněk. Metabolické reakce probíhají u všech bakterií, u některých velmi intenzivně, u jiných méně intenzivně. Podle závislosti a využití kyslíku se bakterie dělí na:
1. aerobní bakterie - vyžadují kyslík pro svůj růst a množení
2. anaerobní bakterie – mohou růst pouze v nepřítomnosti kyslíku
3. fakultativně aerobní nebo fakultativně anaerobní bakterie – rostou buď v přítomnosti, nebo nepřítomnosti (nedostatku) kyslíku
Pro svůj metabolismus využívají bakteriální buňky sacharidy – jsou pro ně zdrojem energie. V neposlední řadě je metabolická aktivita bakteriálních mikroorganizmů typická produkcí oxidačních a proteolytických enzymů.