Fakultativně anaerobní bakterie

Fakultativně anaerobní bakterie jsou mikroorganismy schopné růstu za přítomnosti kyslíku i v anaerobním prostředí. Vztah mikroorganismů ke kyslíku patří mezi důležité vlastnosti využívané při jejich kultivaci a identifikaci.

Mikroorganismus je jednobuněčný, mikroskopicky viditelný organismus rostlinného či živočišného původu. Mnohdy vytváří kolonie, shluky a může žít v symbióze s jinými organismy. Velikost mikroorganismů je různá. Mikroorganismy mají v přírodě velmi důležitou roli. Pomáhají udržovat koloběh živin, jsou potravou pro mnoho organismů. U člověka jsou schopny vyvolat infekční onemocnění.

Vztah bakterií ke kyslíku

Vztah bakterií ke kyslíku lze prakticky posuzovat podle toho, zda bakterie kyslík ke svému růstu potřebuje, toleruje jej, nebo v jeho přítomnosti nepřežívá.

• Aerobní bakterie potřebují ke svému růstu kyslík.
• Fakultativně anaerobní bakterie mohou růst v přítomnosti kyslíku i bez něj.
• Anaerobní bakterie jsou neschopné přežít v přítomnosti kyslíku.

Anaerobní bakterie ohrožují proto pacienty s poruchami prokrvení tkání.

Fakultativně anaerobní bakterie využívají kyslík, pokud je dostupný, ale dokážou přejít na metabolické procesy probíhající bez kyslíku. Tato vlastnost jim umožňuje osidlovat různá prostředí a přežívat i při změnách podmínek.

OF test a průkaz fakultativní anaerobie

OF test nebo oxidation-fermantation test je test, který slouží ke zjištění vlastností bakterií.

Při OF testu potřebujeme dvě zkumavky naplněné roztokem obsahujícím glukózu. Do obou zkumavek přidáme pomocí očkovací kličky biomasu obsahující daného mikroba. Jedna zkumavka se převrství parafinovým olejem, čímž se vytvoří prostředí s omezeným přístupem kyslíku, zatímco druhá zkumavka zůstává vystavena vzduchu.

Roztok ve zkumavkách obsahuje glukózu, která slouží jako přísun živin pro rostoucí bakterie. Pokud ji bakterie v roztoku použijí, roztok změní barvu na žlutou.

Bakterie glukózu využijí pouze v případě, že přežijí - přežijí pouze v prostředí které jim vyhovuje.

Pokud jsou obě zkumavky žluté, je bakterie fakultativně anaerobní.

Pokud je jedna zelená, tedy ta s parafinovým olejem, a druhá žlutá, je mikrob striktně aerobní.

Pokud je tedy bakterie aerobní, není schopná přežít v anaerobním prostředí, v našem případě parafinovým olejem převrstvené zkumavce, glukózu tedy nevyužije a roztok zůstane zelený.

Obecné vlastnosti bakterií

Bakterie patřily k řetězci vývoje života na Zemi. Vznikly cca před 3 miliardami let a ovlivnily jak vývoj prostředí, tak vývoj jiných druhů, neboť infekce jsou významnými faktory selekce. Již bylo popsáno více než 2000 druhů bakterií.

Nemají vytvořenou jadernou membránu ani jadérko. Transkripce i translace probíhají prakticky současně v cytoplasmě. Cytoplazma prokaryot má obdobné složení jako buněk eukaryotních. Nenacházejí se v ní ale žádné membránové struktury.

Bakteriální ribozomy mají odlišnou stavbu, než ty eukaryotní. Prokaryotní ribozomy jsou menší, než ty eukaryotní a jejich podjenotky mají odlišné složení. Malá podjednotka je tvořena 30 S a velká 50 S. Odlišné stavby ribozomů lze využít při léčbě antibiotiky.

DNA bakterií se nachází volně v cytoplazmě, není obalena membránou, proto nehovoříme o jádře. Je tvořena jedním kruhovým chromosomem. Ten je v tzv. nukleolární oblasti a je uchycen v jednom místě k cytoplazmatické membráně.

Jeden nebo více malých kruhových chromosomů, které nejsou nezbytně nutné k přežití a dělení bakterie, jsou nazývány plazmidy. Plazmid má schopnost integrace do chromosomu. V buňce se může nacházet 1-100 plazmidů.

Plazmidy mohou nést geny pro tvorbu bakteriocinů, geny pro tvorbu sex-pili, degradaci a oxidaci toxických látek, rezistenci na antibiotika a těžké kovy, produkci antibiotik a toxinů nebo tvorbu restrikčních a modifikačních enzymů.

Bakteriální stěna je tvořena několika vrstvami. Protože cytoplasmatická membrána je nezbytnou součástí všech bakterií, ostatní složky bakteriální stěny se mohou a nemusí vyskytovat.

Hlavními složkami bakteriální stěny jsou peptidoglykanové polymery, mureiny, složené z dlouhých disacharidových a kratších peptidových řetězců, které dohromady tvoří jakousi mříž.

Glykokalyx mívá polysacharidový charakter, například u pneumokoků, klebsiel a hemofilů. U Bacillus anthracis je tvořeno polypeptidy. Znázorňuje se negativním barvením tuší.

Bakterie se množí pomocí nepohlavního dělení velmi rychle. Délka jednoho reprodukčního cyklu je 20-150 min, přičemž čím příznivější podmínky, tím je cyklus kratší.

Množení je regulováno množstvím živin a koncentrací produktů bakteriálního metabolizmu. Nepohlavní dělení začíná prodlužováním buňky a replikací kruhového chromosomu bakterie.

Význam prostředí pro růst bakterií

Mikroorganismy a jejich činnost jsou závislé na vnějším prostředí. To působí různými fyzikálními, chemickými a biologickými faktory.

Bakterie jsou specifické svými požadavky na prostředí ve kterém žijí, to znamená, že ke své obživě využívají různých, ale pro každou bakterii vždy konkrétních látek, například sacharidů a bílkovin.

Podle vztahu k teplotě prostředí můžeme mikroby rozdělit na psychrofilní vyžadující teplotu 15-20 °C, mezofilní vyžadující teplotu 35-37 °C a termofilní rostoucí při teplotách 50-60 °C.

Lze tedy říci, že díky široké rozmanitosti metabolických drah, rychlosti rozmnožování a schopnosti dlouho přežívat nepříznivé podmínky se mikroorganismy vyskytují téměř všude.

Fakultativně anaerobní bakterie a člověk

Patogenními mikroorganismy, které mohou způsobit u člověka infekční onemocnění, se zabývá lékařská mikrobiologie.

Infekce je chorobný stav, kdy dochází k poškození hostitelského makroorganismu mikroorganismem, který narušuje jeho vnitřní prostředí, aby tak získal prostředí prospěšné k vlastnímu růstu a množení.

Ne vždy však musí patogen vyvolat onemocnění. Většina bakterií se v kontaktu s povrchem makroorganismu chová pasivně, protože nenachází požadované podmínky ke svému růstu a množení.

Některé bakteriální druhy mají schopnost kolonizace, to znamená, že osídlí tělesný povrch bez nepříznivého působení.

Makroorganismy jsou viditelné pouhým okem. Jsou všudypřítomné. Nejvíce jich je v půdě, ve vodě, ve vzduchu ale i v tělech a na tělech jiných organismů.

Vztah mezi dvěma biologickými druhy může být vztahem symbiózy. Jedním ze symbiotických vztahů je komenzalismus, což je vztah, který jednomu organismu přináší užitek a druhému ani neškodí ani neprospívá.

U člověka to může být mikroflóra dutiny ústní a kůže. Dalším vztahem je mutualismus, což je vzájemně prospěšný vztah dvou organismů. Příkladem může být člověk a bakterie střevní flóry.

Vztah, kdy mikroorganismy žijí s makroorganismem vedle sebe bez vzájemného poškozování, nazýváme saprofytismem.

Opakem je parazitismus neboli vzájemné soužití, při kterém jeden organizmus, parazit, využívá druhý organismus, hostitele, jako zdroj své potravy i jako své stálé nebo dočasné životní prostředí a svému hostiteli tak přímo nebo nepřímo škodí.

Parazitické bakterie, které nemají schopnost vytvořit s hostitelem rovnováhu, nazýváme patogenními. Patogenita je schopnost určitého druhu mikroba poškozovat a vyvolat onemocnění a je závislá na druhových vlastnostech hostitele.

Míru patogenity určitého mikrobiálního kmene nazýváme virulencí.

Významní zástupci

Escherichia coli

Escherichia coli je tyčinkovitá bakterie, která se pohybuje za pomoci bičíků. Je součástí střevní mikroflóry všech teplokrevných živočichů.

Své místo má v tlustém střevě a dolní části tenkého střeva. Jako součást střevní mikroflóry je člověku prospěšná.

Produkuje řadu látek, které brání rozšiřování patogenních bakterií. Kromě toho se podílí na tvorbě některých vitamínů.

Probiotických kmenů E. coli se může použít k léčbě infekci způsobenou adherentní invazní E.

Escherichia coli má významnou roli při produkci insulinu. Kromě toho se používá při přípravě lidského růstového hormonu, vakcíny proti lymské borelioze, produkci aminokyselin, hormonů parathormonu a kalcitoninu.

V genovém inženýrství nám bakterie mohou posloužit díky tomu, že obsahují malé množství DNA - plazmidy. Plazmidy z bakterie izolujeme, napojíme na ně části DNA z chromozomů živočichů a rostlin a použijeme k produkci bílkovin, které bakterie samy nejsou schopny produkovat.

Takto lze například pomocí bakterií nasyntetizovat inzulin a další důležité látky.

Corynebacterium

Corynebacterium je rod bakterií charakteristický kyjovitým tvarem G+ tyček a uspořádáním svých dceřiných buněk v tupých úhlech.

Korynebakterie jsou obvykle dlouhé rovné nebo na konci mírně zahnuté, kyjovité nebo koryneformní tyčky. Korynebakterie jsou G+ nebo gramlabilní bakterie.

Z pohledu náročnosti na přítomnost kyslíku v prostředí je řadíme mezi aeroby nebo fakultativní anaeroby.

Tvoří enzym katalázu, kterou prokážeme katalázovým testem. Glukózu a jiné cukry metabolizují na kyseliny. Většina zástupců je nepohyblivá, ale existují i pohyblivé výjimky.

Nejsou acidorezistentní. Korynebakteria jsou nenáročné bakterie, spolehlivě rostou na krevním agaru.

Dělení korynebakterií má odlišný průběh, než je zvykem například u enterobakterií. Původní buňka se nejprve prodlouží a uvnitř její cytoplasmy vznikne tzv. septum.

Poté se původní bakterie neúplně rozlomí v místě septa a dceřiné buňky zůstanou chvíli spojeny, mezi nimi vzniká tupý úhel 90-100 %. Takový útvar připomíná písmeno „V“ a označuje se jako „havraní křídla“.

Actinobacillus

Actinobacillus spp. jsou bakterie patřící do čeledi Pasteurellaceae, která zahrnuje dále například rody Haemophilus a Pasteurella.

Jedná se o gramnegativní, fakultativně anaerobní nepohyblivé a nesporulující tyčinky pleomorfního tvaru, někdy označované jako tzv. paličkovité, jež jsou často chráněny pouzdrem.

Actinobacillus je kultivačně náročná bakterie, očkujeme ji na čokoládový či krevní agar v atmosféře s 5 % CO2.

Na pevných médiích vytváří hvězdicovité kolonie, které vrůstají do agaru, v bujónech pozorujeme růst v drobných granulech.

Klinicky významné jsou Actinobacillus ureae a Actinobacillus hominis, které nalézáme pouze u člověka, mohou být etiologickým původcem zánětů dýchacích cest.

Actinomycetes

Tito zástupci mají několik společných vlastností. Vyskytují se v běžné mikroflóře v dutině ústní, nosohltanu, vagině, tlustém střevu nebo v kůži.

Podílí se na rozvoji infekcí. Způsobují onemocnění jako aktinomykózy, akné nebo endokarditidy.

Co se morfologie týče, vyskytují se jako tyčinky a mají větvená vlákna přecházející až v kokovité útvary.

Actinomycetes mají pleomorfní větvená vlákna s tendencí terminální fragmentace. Jsou tvaru V nebo Y, jako mycelium hub.

Jejich stěna je druhově specifická s peptidoglykanem a kyselinou mykolovou. Fermentují glukózu. Pokud se přidá glukóza do kultivačního média, spustí to jejich růst.

Taktéž jsou mikroaerofilní, ale pod podmínkou přítomnosti oxidu uhličitého. Odběr se dělá z hloubky sinusu a kolonie, které vytváří, mají tvar moláru.

Důležitým zástupcem je A. israeli, který způsobuje právě aktinomykózu. Tvoří se absces a píštěl s hustým hnisem a drúzou, tedy zrníčkovitými shluky mikrobů.

Aktinomykózy mohou být thorakální, cervikofaciální, abdominální nebo také v děložní formě.

Aktinomykóza se léčí penicilinem nebo doxycyklinem, linkomycinem, klidamycinem.

Proprionibacterium

Tito zástupci se vyskytují v kůži, nosohltanu, GIT, dutině ústní a v urogenitálu.

Nejčastěji se vyskytují jako nesporulující anaeroby. Jsou kyjovitého tvaru, jako rozsypaný čaj.

Produkují lipázy a způsobují tak akné - acne juvenilis.

Nejčastěji se vyskytují P. magnus, anaerobicus, asaccharolyticus.

Způsobují infekce dutiny ústní, poporodní endometritidy, záněty v malé pánvi, peritonsilární abscesy, nekrotizující pneumonie a další onemocnění.

Při terapii je důležité zjistit příčinu a chirurgicky vyčistit ložisko. Léčí se penicilinem nebo cefoxitinem.

Skupina HACEK

Skupina HACEK původně odkazovala na Haemophilus parainfluenzae, Haemophilus aphrophilus, Actinobacillus actinomycetemcomitans, Cardiobacterium hominis, Eikenella corrodens a Kingella kingae.

Taxonommické přeuspořádání však změnilo písmeno A na Aggregatibacter spp. a písmeno H na Haemophillus spp.

Všechny tyto organismy jsou součástí běžné orofaryngeální flóry. Při kultivaci rostou pomalu, až 14 dní, preferují atmosféru se zvýšenou tenzí CO2 a mají společnou zvýšenou kapacitu k vyvolávání endokarditid, zvláště u malých dětí.

Dohromady zodpovídají za 5-10 % případů infekčních endokarditid zahrnujících nativní postižení chlopní.

Zároveň patří k nejčastějším Gram negativním původcům endokarditid mezi lidmi, kteří neužívají intravenózně drogy. Bývaly častým případem kultivačně neprokázané endokarditidy.

Lék volby pro organismy skupiny HACEK při endokarditidách je cefalosporin III. generace a β-laktamové antibiotikum ceftriaxon.

Anaerobní gramnegativní tyčinky

Bakterie ze skupiny G− anaerobů patří mezi obtížně kultivovatelné druhy, proto je složité identifikovat je jako původce onemocnění.

Anaerobní G− tyčinky tvoří běžnou flóru sliznic, často působí jako sekundární patogeny. Jedná se o obtížně kultivovatelné pleomorfní bakterie.

Hlavním patogenním mechanismem je nespecifické poškození tkání produkovanými kyselinami.

Tyto bakterie mohou způsobit infekce kdekoliv v lidském těle: ústní, pleuropulmonální, intraabdominální, periodontální, rovněž v malé pánvi a infekce ženského genitálu.

Jsou infekčním agens i ve tkáních poškozených poraněním či chirurgickým výkonem. V místě postižení vznikají abscesy vyplněné páchnoucím hnisem.

Bacteroides

Bakterie rodu Bacteroides jsou významnou součástí přirozené střevní flóry, některé druhy jsou potenciálně patogenní.

Bacteroides jsou gramnegativní pleomorfní tyčinky se zaoblenými konci, obvykle jsou opouzdřené.

Masivně kolonizují tlusté i tenké střevo, kde hrají roli v trávení složitých molekul, a horní cesty dýchací.

Ve vagině patří ke komenzálním druhům B. fragilis, B. capillosus či B. ureolyticus.

Mezi nejvýznamnější patogeny patří B. fragilis s polysacharidovým pouzdrem jako faktorem virulence.

Může způsobovat peritonitidu, infekce při chirurgickém zákroku v trávícím traktu a appendicitidu.

K rodu Bacteroides dále patří například B. ovatus a B. vulgatus.

Prevotella

Bakterie rodu Prevotella jsou gramnegativní anaerobní fermentující tyčky příbuzné rodu Bacteroides.

Jednotlivé druhy jsou například P. oris, P. buccae, P. dentalis a P. melaninogenica.

Onemocnění způsobená těmito bakteriemi zahrnují infekce rány, močového a dýchacího ústrojí, například anginu a sinusitidu.

Rovněž mohou být infekčním agens při tvorbě abscesů v dutině ústní, například po lidském kousnutí.

Fusobacterium

Rod Fusobacterium zahrnuje gramnegativní anaerobní tyčky, které jsou součástí přirozené bakteriální flóry horních cest dýchacích, zažívacího a pohlavního ústrojí.

Mezi patogenní druhy patří F. necrophorum a F. nucleatum.

Fusobakteria způsobují infekce chirurgických a traumatických ran, komplikují rány po kousnutí zvířetem, mohou být identifikovány ve směsných kulturách při pneumonii, hrudním empyému, intraabdominální infekci a abscesech.

F. nucleatum je součástí zubního plaku, invazivita je umožněna schopností přilnout na G− i G+ biofilm. Bakterie může způsobit i záněty periodontu.

Mobiluncus

Bakterie z rodu Mobiluncus jsou gramlabilní anaerobní pohyblivé tyčky.

Bývají izolovány u žen s bakteriální vaginózou, často společně s Gardenerella vaginalis a dalšími bakteriemi.

Zároveň jsou nálezem i u žen bez klinických příznaků.

K tomuto rodu řadíme M. curtisii.

Anaerobní gramnegativní koky

Do skupiny G− anaerobních koků řadíme Acidaminococcus spp. a Megasphaera spp., které jsou součástí přirozené bakteriální flóry člověka.

Rod Veillonella se řadí mezi gramnegativní anaerobní koky, které většinou tvoří shluky nebo dvojice.

Pod UV světlem jsou červeně fluoreskující. Patří mezi přirozenou flóru dutiny ústní, nosohltanu, zažívacího traktu a ženského genitálu.

Mohou způsobovat smíšené infekce, výjimečně byly identifikovány jako původci meningitidy, osteomyelitidy a infekcí periodontu.

K tomuto rodu řadíme V. parvula, V. montpellierensis nebo V. alcalescens.

Laboratorní identifikace bakterií

Identifikace bakterií vychází z jejich morfologie, nároků na kultivaci, metabolismu a výsledků biochemických testů.

Oxidázový test

Oxidázový test, též Kovacsův test, se používá k dourčení bakterií zejména při infekcích močopohlavního ústrojí.

Oxidázový test využívá redoxního činidla, které je v redukované formě bezbarvé, v oxidované formě je intenzivně zbarvené, obvykle modré.

Činidlo se může aplikovat na kolonie bakterií v kapalné formě.

Mezi oxidáza-pozitivní patří například Pseudomonas aeruginosa, Pasteurella multocida, Vibrio spp. a Aeromonas spp.

Negativní výsledek naopak dávají například E. coli, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter cloacae a Serratia spp.

ENTEROtest

ENTEROtest je destička obsahující 16 jamek s dehydratovanými roztoky.

V každé jamce je obsažena jiná chemická látka, která při změně svého obsahu změní barvu.

Do každé jamky napipetujeme 2 μl roztoku z předem připravené zkumavky.

Po 24 hodinách prohlédneme ENTEROtest a pomocí výsledkové karty, přiložené k ENTEROtestu, určíme každou jamku jako pozitivní nebo negativní dle barvy dané jamky.

Katalázový a koagulační test

Katalázový test využívá přítomnosti enzymu peroxidázy. Kolonie se polijí peroxidem vodíku.

Kmeny tvořící koagulázu mění tekutou plazmu, do které byly naočkovány, v pevné koagulum.

Důležité je nezapomenout na možnost falešné negativity, neboť některé kmeny produkují také enzym stafylokinázu, též fibrinolyzin, který rozpouští fibrin.

CAMP test

CAMP test slouží k odlišení beta-hemolytických streptokoků. Umožňuje nám odlišit Streptococcus agalactiae od Streptococcus pyogenes.

Na krevním agaru se zkříží linie S. aureus a Streptococcus agalactiae či Streptococcus pyogenes. Každá z těchto tří bakterií způsobuje beta-hemolýzu.

S. aureus produkuje beta-hemolyzin a Streptococcus agalactiae produkuje tzv. CAMP faktor.

Pokud zkřížíme linii S. aureus s linií Streptococcus agalactiae, dojde k interakci látek, které produkují - dojde tedy k interakci beta-hemolyzinu a CAMP faktoru.

Tato interakce způsobí zvětšení zóny hemolýzy. V místě interakce vznikne projasnění ve tvaru mašličky.

Optochinový test

Tento test slouží k odlišení alfa-hemolytických, viridujících, streptokoků.

Bakterie citlivé na optochin nerostou v okolí disku, neboť optochin z disku difunduje do okolí a brání tím v jejich růstu.

Germ tube test

Germ tube test, Gt test, je vyšetřením v mykologii sloužící k rozlišení Candida albicans a C. dubliniensis od ostatních druhů kvasinek.

Význam fakultativní anaerobie pro diagnostiku

Fakultativní anaerobie ovlivňuje volbu kultivačních podmínek, typ kultivačního média i interpretaci výsledků.

Pokud bakterie roste v aerobní i anaerobní zkumavce a v obou dochází k využití glukózy se změnou barvy na žlutou, odpovídá výsledek fakultativně anaerobnímu metabolismu.

U kultivačně náročných bakterií je nutné zohlednit také požadavky na živiny, atmosféru a teplotu. Actinobacillus například očkujeme na čokoládový či krevní agar v atmosféře s 5 % CO2.

U anaerobních a obtížně kultivovatelných bakterií může být identifikace původce onemocnění složitá. Výsledek proto závisí na správném odběru materiálu, vhodném transportu a volbě kultivačních podmínek.

Patogenní mikroorganismy mohou vyvolat infekční onemocnění, ale samotný nález bakterie nemusí vždy znamenat onemocnění. Při hodnocení laboratorního výsledku je nutné rozlišit kolonizaci, komenzalismus a skutečnou infekci.

tags: #fakultativne #anaerobni #bakterie #wikiskripta