Mikrobiologia: pytania do ćwiczeń z wyjaśnieniami

1Świat mikroorganizmów

Mikrobiologia bada organizmy zbyt małe, by dało się je zobaczyć bez mikroskopu. Większość z nich jest nieszkodliwa lub pożyteczna: bakterie w jelitach pomagają trawić pokarm i nie dopuszczają szkodliwych drobnoustrojów.

Drobnoustrój wywołujący chorobę to patogen. Główne grupy różnią się budową, a budowa decyduje o tym, jak je leczyć:

• Bakterie to pojedyncze komórki bez jądra (prokarionty), długości około 1–5 mikrometrów. Mają własne rybosomy i zwykle ścianę komórkową, więc antybiotyki mogą na nie działać.
• Wirusy nie są komórkami. To DNA lub RNA w białkowej osłonce (kapsydzie), o wielkości około 20–300 nanometrów, które mogą się namnażać tylko wewnątrz komórki gospodarza. Antybiotyki na nie nie działają.
• Grzyby mają jądro komórkowe (eukarionty). Należą do nich drożdże, takie jak Candida, wywołująca pleśniawki, oraz pleśnie.
• Pasożyty to pierwotniaki, takie jak Plasmodium, wywołujące malarię, oraz helminty (robaki), takie jak tasiemce i glisty.
• Priony to źle sfałdowane białka bez żadnego DNA ani RNA. Wywołują rzadkie choroby mózgu, takie jak choroba Creutzfeldta–Jakoba.

2Bakterie: kształt, barwienie i przetrwanie

Bakterie opisuje się najpierw według kształtu: ziarniaki są okrągłe, pałeczki mają kształt prętów, a przecinkowce i spirylle są spiralne. Ziarniaki w gronach są typowe dla gronkowców, a ziarniaki w łańcuszkach dla paciorkowców.

Barwienie metodą Grama sortuje bakterie według ściany komórkowej:

• Bakterie Gram-dodatnie mają grubą ścianę peptydoglikanową, która zatrzymuje barwnik fiolet krystaliczny. Barwią się na fioletowo.
• Bakterie Gram-ujemne mają cienką ścianę i błonę zewnętrzną. Tracą barwnik i przyjmują różowy barwnik kontrastowy. Błona zewnętrzna zawiera endotoksynę (lipopolisacharyd) i nie przepuszcza wielu antybiotyków.
• Mycobacterium tuberculosis ma woskową ścianę i słabo barwi się metodą Grama. Uwidacznia się ją barwieniem na kwasooporność (Ziehl–Neelsen).

Bakterie różnią się też zapotrzebowaniem na tlen. Tlenowce bezwzględne go potrzebują, beztlenowce bezwzględne są przez niego zabijane (np. Clostridium), a beztlenowce względne rosną z tlenem lub bez niego.

Bakterie rozmnażają się przez podział komórki: jedna komórka dzieli się na dwie. Niektóre, takie jak Clostridium i Bacillus, tworzą endospory: odporne formy przetrwalnikowe, które przeżywają ciepło, wysuszenie i alkohol.

Wiele bakterii uwalnia egzotoksyny, białka o swoistym działaniu. Toksyna tężca powoduje skurcze mięśni; toksyna cholery powoduje wodnistą biegunkę.

Bakterie mogą być oporne na antybiotyki, na przykład wytwarzając enzym niszczący lek (beta-laktamazę), wypompowując go (pompy wypływu) albo zmieniając jego cel. Geny oporności mogą przechodzić między bakteriami.

3Jak rozprzestrzeniają się zakażenia i jak je zatrzymujemy

Zakażenie wymaga łańcucha zakażenia. Przerwanie dowolnego ogniwa je zatrzymuje:

1. Czynnik zakaźny: sam patogen.
2. Rezerwuar: miejsce jego bytowania, takie jak człowiek, zwierzę, woda lub gleba.
3. Wrota wyjścia, takie jak kaszel, krew lub kał.
4. Droga przenoszenia: kontakt (ręce), kropelki, cząstki unoszące się w powietrzu, żywność i woda (droga fekalno-oralna) lub wektor, taki jak komar.
5. Wrota wejścia, takie jak usta, rana lub cewnik moczowy.
6. Podatny gospodarz, na przykład osoba bez odporności.

Okres wylęgania (inkubacji) to czas od zakażenia do pierwszych objawów. Choroba przenosząca się ze zwierząt na ludzi to zoonoza. Podstawowy współczynnik reprodukcji R0 to średnia liczba osób zakażonych przez jeden przypadek w populacji w pełni podatnej.

Higiena rąk jest najskuteczniejszym pojedynczym środkiem przeciwko szerzeniu się zakażeń w szpitalach. Płyn alkoholowy nie zabija przetrwalników, więc po kontakcie z Clostridioides difficile myje się ręce wodą z mydłem.

Sterylizacja zabija wszystkie drobnoustroje, w tym przetrwalniki, na przykład w autoklawie parą pod ciśnieniem w temperaturze około 121 °C. Dezynfekcja zmniejsza liczbę drobnoustrojów na przedmiotach, ale może pozostawić przetrwalniki. Antyseptyka robi to samo na skórze lub tkankach.

Szczepionki uczą odpornościowy układ adaptacyjny. Mogą zawierać żywe osłabione drobnoustroje (MMR), zabite drobnoustroje lub ich fragmenty albo mRNA, które sprawia, że komórki wytwarzają jedno białko wirusowe.

4Jak rozumować przy zadaniu z mikrobiologii

Większość zadań opisuje organizm lub pacjenta. Rozumuj od budowy do skutku:

1. Ustal grupę: bakteria, wirus, grzyb, pasożyt lub prion.
2. W przypadku bakterii przypomnij sobie kluczowe cechy: kształt, wynik barwienia Grama, zapotrzebowanie na tlen, przetrwalniki, toksyny.
3. Zapytaj, gdzie organizm żyje i jak się rozprzestrzenia. To podpowiada, jak mu zapobiegać.
4. Zapytaj, jak wyrządza szkodę: przez inwazję tkanek, toksynę czy reakcję immunologiczną.
5. Niech budowa kieruje leczeniem i kontrolą. Brak ściany komórkowej oznacza, że penicylina nie zadziała; przetrwalniki oznaczają, że alkohol nie wystarczy.

5Przykład krok po kroku

Śledź rozumowanie. Spróbuj przewidzieć następny krok, zanim go otworzysz.

6Typowe błędy

• Leczenie zakażeń wirusowych antybiotykami. Antybiotyki działają tylko na bakterie.
• Odwracanie kolorów w metodzie Grama. Gram-dodatnie są fioletowe; Gram-ujemne są różowe.
• Mylenie endotoksyny (część zewnętrznej błony bakterii Gram-ujemnych) z egzotoksynami (białka uwalniane przez bakterie).
• Nazywanie dezynfekcji sterylizacją. Tylko sterylizacja niezawodnie zabija przetrwalniki.
• Poleganie na alkoholowym płynie do rąk w przypadku organizmów przetrwalnikotwórczych, takich jak C. difficile.
• Myślenie, że osoba nie może przenosić zakażenia w okresie wylęgania. W przypadku niektórych zakażeń może.

7Jak wyglądają zadania egzaminacyjne

• Łatwe (pojęcia i fakty): definicje i klasyczne organizmy. Czym jest patogen czy okres wylęgania, jaki organizm wywołuje malarię, na jaki kolor barwią się bakterie Gram-dodatnie.
• Średnie (stosowanie pojęć): mechanizmy. Jak działa oporność, dlaczego działa szczepionka lub metoda sterylizacji, jak toksyna wywołuje objawy.
• Trudne (przypadki i analiza): pacjent lub klasyczne badanie. Rozpoznajesz organizm na podstawie wywiadu, wyjaśniasz, dlaczego badanie lub leczenie zawodzi, albo interpretujesz eksperymenty, takie jak Griffitha czy Johna Snowa.

W trudnych zadaniach zacznij od budowy organizmu. Ściana, otoczka, przetrwalniki i toksyny wyjaśniają większość objawów, wyników badań i wyborów leczenia.