Przegląd
Bakterie gronkowca, zidentyfikowane jako przyczyna różnych infekcji piogennych u człowieka w 1880 roku (przez Sir Alexandra Ogstona), są Gram-dodatnie i charakteryzują się nieregularnymi skupiskami. Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i można je znaleźć na skórze i błonach śluzowych (nosogardło i przewód pokarmowy) różnych zwierząt i ptaków.
Rodzaj dzieli się na gronkowce koagulazo-dodatnie, które są patogenne i gronkowce koagulazo-ujemne (np. Staphylococcus epidermidis), które są powszechnymi komensalami na skórze. W pewnych warunkach mogą one zachowywać się jak patogeny oportunistyczne i wywoływać infekcje. Jako bakterie zewnątrzkomórkowe, gronkowce są bardzo odporne i dlatego są w stanie przetrwać przez długi okres czasu na różnych powierzchniach.
Częste przykłady bakterii z rodzaju Staphylococcus obejmują:
- Staphylococcus aureus
- Staphylococcus epidermidis
- Staphylococcus saprophyticus
- Staphylococcus haemolyticus
- Staphylococcus intermedius
- Staphylococcus warneri
* Nazwa Staphylococcus pochodzi od greckich słów „staphyle”, co oznacza winogrona i „coccus”, co oznacza ziarno lub jagodę.
Klasyfikacja Staphylococcus
Domena: Bakterie – Jednokomórkowe prokariota szeroko rozpowszechnione w każdym środowisku na całym świecie. Występują jako pasożyty lub jako organizmy wolno żyjące, przy czym niektóre gatunki są pożyteczne dla człowieka.
Azyl: Firmicutes – Azyl Firmicutes składa się z wielu bakterii Gram-dodatnich z kilkoma gatunkami wykazującymi właściwości Gram-ujemne. Wytwarzają one również nieaktywne przetrwalniki (niektóre gatunki), które przeżywają różne stresy środowiskowe
Klasa: Bacilli – Klasa Bacilli składa się z Gram-dodatnich bakterii o niskim G+C – mniej niż 50 procent guaniny i cytozyny w ich DNA. Podczas gdy większość gatunków ma wygląd pręcików, ich kształt może wahać się od rozgałęziających się cienkich nitkowatych pręcików do coccobacilli w zależności od gatunku.
Porządek: Bacillales – Rząd Bacillales składa się z bakterii Gram-dodatnich, z których większość ma kształt małych pręcików. W większości reprezentatywnych rodzajów wykazano, że większość gatunków tworzy również endospory.
Rodzina: Staphylococcaceae
– Członkowie tej rodziny są bakteriami Gram-dodatnimi. Występują powszechnie na skórze, w jelitach, układzie oddechowym i jamie ustnej, a w pewnych warunkach są zdolne do wywoływania zmian ropnych i posocznicy.
Genus: Staphylococcus (Charakterystyka rodzaju Staphylococcus została omówiona poniżej)
Występowanie. Dystrybucja i ekologia
Członkowie rodzaju Staphylococcus są rozprzestrzeniani na całym świecie i można ich znaleźć wszędzie tam, gdzie żyją ludzie i inne ciepłokrwiste zwierzęta.ciepłokrwistych zwierząt. Wcześnie badacze zauważyli, że bakterie Staphylococcus często występują w połączeniu z innymi organizmami (szczególnie ciepłokrwistymi).
Prowadziło to do wniosku, że skóra ssaków jest głównym siedliskiem tych organizmów. Jednakże niektóre z tych organizmów zostały zidentyfikowane również w innych regionach ciała, w tym między innymi w jamie ustnej, przewodzie jelitowym i gardle.
W tych regionach ciała gronkowce występują rzadziej w porównaniu ze skórą, gdzie występują w dużej liczbie. Oprócz ssaków, gatunki Staphylococcus izolowano również od ptaków.
Choć gatunki Staphylococcus występują częściej na odsłoniętej skórze, mogą być łatwo zmywane jako przemijające. Z tego powodu w czystej skórze występują one w niewielkiej liczbie. W tym miejscu warto jednak zaznaczyć, że członkowie rodzaju są klasyfikowani do dwóch głównych grup (przejściowych i rezydentów) na podstawie ich obecności w różnych regionach ciała ssaków.
Transient species to te, które pochodzą z obcych źródeł i lądują na skórze ssaków. Formy te są tymczasowymi mieszkańcami, ponieważ można je łatwo usunąć poprzez umycie skóry. Rezydenci, z drugiej strony, są rdzenni i mają tendencję do utrzymywania się przez dłuższy okres czasu.
W porównaniu z rezydentami Staphylococcus, gatunki przejściowe są również obecne w małych ilościach i nie rozmnażają się szybko. Podczas rutynowego chirurgicznego szorowania rąk, formy przejściowe są całkowicie niszczone, podczas gdy liczba rezydentów zmniejsza się.
Ogólna morfologia i struktura komórkowa
Jak sama nazwa wskazuje, bakterie Staphylococcus mają kształt kulisty (cocci). W przeciwieństwie do innych bakterii cocci, które mogą występować jako pojedyncze komórki lub w parach itp, Staphylococcus występuje w skupiskach i dlatego przypominają one kiście winogron.
W tych skupiskach pojedyncze komórki mogą różnić się wielkością. Jednakże, takie zróżnicowanie zostało również wykryte pomiędzy różnymi gatunkami, a ich wielkość waha się od 0,5 do 1 mm średnicy.
Przy oglądaniu pod mikroskopem wykazano, że niektóre gatunki wytwarzają karłowate kolonie, które mają stosunkowo gładki i błyszczący wygląd. Ogólnie rzecz biorąc, bakterie gronkowca są niemotylne i dlatego nie posiadają struktur (np. rzęsek lub flagelli) wymaganych do poruszania się.
* Gronkowiec gronkowcowy jest wynikiem podziału pojedynczego kokcyka w więcej niż jednej płaszczyźnie.
* Niektóre z gatunków (np. staphylococcus aureus) wytwarzają pigmenty, które powodują, że ich kolor wydaje się żółtawy/złoty, gdy są oglądane pod .
Ściana komórkowa
W przypadku większości bakterii komórka jest otoczona ścianą komórkową. Ta ściana komórkowa składa się z peptydoglikanu i kwasu teichoinowego u Staphylococcus (które są również używane do rozróżniania różnych gatunków Staphylococcus).
Pomimo że peptydoglikan typu L-Lys-GlY5-6 występuje u kilku Staphylococci (Staphylococcus aureus, Staphylococcus hycus, i Staphylococcus cohnii itd.), skład kwasu teichoinowego między tymi gatunkami różni się, co umożliwia ich rozróżnienie (np.np. Staphylococcus aureus zawiera kwas teichoinowy N-acetyloglukozaminylowy rybitolu, podczas gdy Staphylococcus simulans zawiera kwas teichoinowy glicerolu).
Obecnie. W ścianie komórkowej bakterii z rodzaju Staphylococci zidentyfikowano trzy główne składniki.
Należą do nich:
- Białka powierzchniowe związane ze ścianami
-
Podstawowe białka powierzchniowe związane ze ścianami.Związane ze ścianą białka powierzchniowe
- Mureina
- Kwasy tiochinowe
Mureina, która składa się z pasm glikanów usieciowanych przez peptydowe wyposażenie, jest ciągła i pokrywa całą komórkę. Będąc makromolekularnym woreczkiem, mureina jest jedną z głównych cech wyróżniających bakterie Staphylococci o wysokim stopniu usieciowania.
Kwas teichonowy, z drugiej strony, jest najpierw produkowany jako odpowiednie prekursory biosyntetyczne, które przypominają prekursory zaangażowane w biosyntezę mureiny. Badania wykazały, że prekursory kwasu teichoinowego, wraz z białkami związanymi z powierzchnią, przyłączają się do mureiny podczas jej składania.
* Pod mikroskopem elektronowym wykazano, że ściana komórkowa Staphylococcus aureus jest stosunkowo gruba, od 20 do 40nm. Jest to charakterystyczne dla bakterii Gram-dodatnich, które zawierają grubszy peptydoglikan w porównaniu z bakteriami Gram-ujemnymi.
* Mureina tworzy peptydoglikan ściany komórkowej i w ten sposób nadaje jej wytrzymałość strukturalną.
* Kwas teichonowy, który jest również ważnym składnikiem ściany komórkowej, przyczynia się do fizjologii bakterii i w ten sposób przyczynia się do interakcji z gospodarzem, odporności na substancje przeciwdrobnoustrojowe, jak również zwiększa wirulencję.
* Białka powierzchniowe są kowalencyjnie połączone z peptydoglikanem i pełnią szereg funkcji, w tym promują patogenezę.
Rozród i cykl życiowy (Staphylococcus aureus)
Podobnie jak wiele innych bakterii, bakterie Staphylococci dzielą się przez rozszczepienie binarne. Podczas tego procesu powstają dwie komórki córki, ale pozostają one połączone ze sobą, co ostatecznie prowadzi do tworzenia się skupisk. Na podstawie różnych badań wykazano, że proces ten u Staphylococcus aureus przebiega pod kontrolą GpsB (niezbędnego białka).
W tym miejscu sugeruje się, że GpsB oddziałuje z FtsZ (ważnym składnikiem maszynerii podziału komórek u bakterii) zwiększając jego aktywność GTPazową. Przyczynia się to do zwężenia otoczki komórkowej, co ostatecznie powoduje podział komórki na dwie części.
Podczas podziału komórki (poprzez rozszczepienie binarne) peptydoglikan również zwiększa swój rozmiar, ponieważ komórka wydłuża się (ściana komórkowa rośnie na zewnątrz od pierścienia FtsZ). W trakcie tego procesu, szkielet peptydoglikanu zostaje przerwany, co powoduje konieczność syntezy nowego materiału ściany komórkowej.
Jest to możliwe dzięki autolizynom (enzymom), które hydrolizują wiązania glikozydowe, które są następnie połączone z N-acetyloglukozaminą i kwasem N-acetylomuraminowym, a luki są wypełniane przez różne materiały ściany komórkowej. Ostatecznie, pozwala to każdej z nowo powstałych komórek mieć własną ścianę komórkową składającą się z peptydoglikanu.
Adaptacje żywieniowe
Wykazano, że gatunki gronkowców krążą między różnymi środowiskami ograniczającymi składniki odżywcze, w tym między innymi siedliskami lądowymi i gatunkami gospodarzy. W przypadku ograniczonych składników odżywczych, utrzymują się one w danym środowisku przez długi czas, co pozwala im przetrwać do czasu poprawy warunków.
Na przykład, gdy Staphylococcus aureus są uprawiane w podłożu ograniczającym poziom glukozy, niewielka pozostałość bakterii (która staje się mniejsza w rozmiarze) jest w stanie żyć przez długi okres czasu ze zdolnością do przetrwania warunków stresowych. Jest to jeden z powodów, dla których gatunki gronkowców są bardzo problematyczne w warunkach klinicznych, gdzie infekują urządzenia medyczne i różne powierzchnie itp.
* Na skórze, komensale takie jak gronkowce koagulazo-ujemne są korzystne, ponieważ promują/zwiększają kompetencje odporności skórnej poprzez wzmocnienie wrodzonej i adaptacyjnej sieci komórek odpornościowych na skórze. To z kolei kontroluje pozostałą prawidłową florę na skórze.
Patogeneza
Chociaż znaczna liczba bakterii Staphylococci występuje jako komensale w różnych regionach ciała, mogą one powodować różne infekcje, z których niektóre mogą być śmiertelne, jeśli nie są leczone. W zależności od warunków, infekcje te mogą być wynikiem mechanicznego naruszenia barier skórnych/śluzówkowych lub w wyniku działania toksyn produkowanych przez bakterie.
Zważywszy, że często występują na skórze, jak również w różnych innych miejscach w organizmie, gatunki Staphylococcus, np. S. aureus mogą wykorzystywać rany lub cewniki wewnątrznaczyniowe, itp. do wywoływania chorób. Kiedy tylko mają okazję wtargnąć do tkanek ciała, kolonizują je i dokonują inwazji, zanim rozprzestrzenią się do innych części ciała poprzez krążenie.
W przypadkach, gdy przenikają przez skórę i docierają do wewnętrznych tkanek ciała, gronkowce wykorzystują swoje białka powierzchniowe (np. białko wiążące kolagen, aby przyczepić się do powierzchni tych tkanek). Sprzyja to przyleganiu, ponieważ wytwarzają one enzymy, które umożliwiają im pozyskiwanie składników odżywczych. W miarę wzrostu i zwiększania liczebności zaczynają rozprzestrzeniać się na sąsiednie tkanki.
Czasami dostają się do krwiobiegu powodując bakteriemię. Oprócz zakażeń krwi, S. aureus jest również odpowiedzialny za zakażenia kości i stawów, a także zapalenie płuc u niektórych pacjentów.
Oprócz infekcji inwazyjnych, Staphylococcus może również powodować choroby poprzez uwalnianie toksyn. Niektóre z toksyn powszechnie uwalnianych przez S. aureus to hemolizyna i leukotoksyna. Toksyny te mogą powodować zespół wstrząsu toksycznego i zespół oparzonej skóry, jak również zatrucia pokarmowe.
W tym przypadku wykazano, że choroby te występują, gdy toksyny wiążą się z cząsteczkami komórek prezentujących antygen. Toksyny te są zdolne do powodowania biologicznego uszkodzenia błon komórkowych, powodując w ten sposób śmierć komórki. W niektórych przypadkach wykazano również, że po połknięciu mogą one powodować rozpad neutrofilów, co chroni bakterie przed wrodzoną odpornością gospodarza.
Niektóre z innych form zakażeń wywoływanych przez bakterie Staphylococci obejmują:
- Powierzchniowe zmiany skórne, jak również zlokalizowane ropnie
- Zapalenie wsierdzia
- Zapalenie wsierdzia
- Zakażenia dróg moczowych
Kultura i mikroskopia
Używając podłoży hodowlanych, możliwe jest wyizolowanie i utrzymanie czystych kultur danego organizmu. Umożliwia to również określenie, czy dany mikroorganizm jest obecny w próbce.
Blood agar jest powszechnie stosowany jako podłoże różnicujące i wzbogacone do hodowli bakterii gronkowców. Tutaj, krew jest używana jako składnik wzbogacający do hodowli drobnoustrojów o szybkim tempie rozwoju.
Jeśli w próbce są obecne różne Staphylococcus, pojawią się one w różny sposób. Na przykład, S. aureus wykazuje jasno lub złotożółty kolor, który wskazuje na pigmentację. S. epidermidis pojawia się w kolorze białym, podczas gdy S. saprophyticus wykazuje jasnożółty lub biały kolor.
Barwienie metodą Grama
Technika barwienia metodą Grama jest stosowana do identyfikacji różnych typów bakterii przy użyciu barwienia metodą Grama.
Wymagania
- Próbka
- Szkło szkiełko podstawowe
- Fiolet krystaliczny
- Safranina
- Roztwór jodu
- Mikroskop Mikroskop złożony
- Palnik
- Woda
Postępowanie
Na czystym szkiełku szklanym, utworzyć cienki rozmaz próbki – można to po prostu osiągnąć przez umieszczenie kropli zawiesiny hodowli na szkiełku przy użyciu pętli inokulacyjnej i rozmazanie w celu utworzenia cienkiej warstwy.
Pozwolić próbce wyschnąć na powietrzu, a następnie utrwalić ją przez przepuszczenie przez delikatny płomień – Przesunąć szkiełko kilka razy nad płomieniem, aby uniknąć miejscowego przegrzania.
Nanieść barwnik fioletu krystalicznego na hodowlę i pozostawić na około 30 sekund do 1 minuty.
Odlać barwnik i spłukać wodą
Dodać roztwór jodyny, upewniając się, że pokrywa on utrwaloną próbkę i pozostawić na 30 sekund do 1 minuty.
Odlać roztwór jodu i spłukać wodą.
Dodać kilka kropli odbarwiacza alkoholowego i spłukiwać wodą przez około 5 minut.
Przeciwbarwić próbkę przy użyciu safraniny lub fuksyny zasadowej przez około 1 minutę, a następnie przemyć wodą.
Usunąć nadmiar wody używając bibuły.
Nałożyć kroplę lub dwie olejku immersyjnego na rozmaz i obserwować pod mikroskopem.
Obserwacja
Pod mikroskopem można stwierdzić obecność gronkowców (np.S. aureus) pojawiają się jako małe kuliste ciała, które tworzą groniaste skupiska o fioletowym lub niebieskawym zabarwieniu. Dzieje się tak dlatego, że ich gruby peptydoglikan pozwala im na zatrzymanie podstawowego barwnika.
Zrozumieć bakteriologię strona główna
Powrót do strony głównej Bakterie i więcej na temat wielkości, kształt i rozmieszczenie
Powrót od Staphylococcus Bacteria do domu MicroscopeMaster
Corey P. Parlet, Morgan M. Brown, Alexander R. Horswill. (2019). Commensal Staphylococci Influence Staphylococcus aureus Skin Colonization and Disease.
Frank Lowy. Staphylococci.
Peter Giesbrecht, Thomas Kersten, Heinrich Maidhof, and Jörg Wecke. (1998). Staphylococcal Cell Wall: Morphogenesis and Fatal Variations in the Presence of Penicillin.
Linki