FACULTATEA DE ZOOTEHNIE

MICROBIOLOGIA ALIMENTELORCURS

2011Partea I

NOIUNI DE MICROBIOLOGIE GENERAL

NOIUNI INTRODUCTIVE1.1.DEFINIIA I OBIECTUL DE STUDIU AL MICROBIOLOGIEI

Microbiologia reunete tiinele biologice care au ca obiect de studiu vieuitoarele invizibile cu ochiul liber numite microorganisme.

De-a lungul timpului, acestea au purtat denumiri diferite n funcie de nivelul cunoaterii lor: miasme (HIPPOCRATE- 460-377 a. Chr.) , germeni (,,seminaria morbi" n concepia medicului italian FRACASTORO,1468-1553),animaliculi (ANTONIUS van LEEUWENHOEK, 1632-1723), fermeni, microbi. Termenul de ,,microb" a fost inventat de Charles Sedillot n 1878 i i are originea n cuvintele greceti micros - mic i bios - via. Dei nu este considerat academic, el rmne de uz comun, la fel ca i sintagma ,,germeni microbieni".

Lumea microorganismelor este imens i extrem de variat ca urmare a evoluiei pe parcursul a aproximativ 3 miliarde de ani cu succesiuni de ordinul minutelor ntre generaii, justificnd opinia potrivit creia trim ntr-o lume a microorganismelor i nu ntr-o lume cu microbi.

Mult vreme, oamenii au fost tentai sa cread c lumea vie se rezum numai la ceea ce le relevau organele de sim, dei, nc din preistorie sesizaser o serie de efecte ale activitii acestora: unele benefice pe care, pragmatici, cutau s le obin (dospirea pinii, fermentaia alcoolic, lactic, acetic etc.), altele extrem de duntoare (bolile infecioase).Medicii, filozofii, chiar i unii poei ai acelor timpuri reflectau asupra cauzelor posibile ale acestor fenomene fr a putea depi ns stadiul de simple ipoteze. Descoperirea microorganismelor a devenit posibil abia n doua jumtate a sec. XVII ca urmare a inventrii aparatelor de amplificare optic. Studiul microcosmosului viu cu ajutorul microscoapelor din ce n ce mai performante a relevat existena de fiine vii cu structur celular i subcelular (acelular).

Microorganismele celulare sunt algele microscopice, protozoarele, ciupercile microscopice (fungii, micromiceii) i bacteriile. Ele au, n general, toate cele trei artibute ale vieii: flux material, flux energetic i flux informaional.

n categoria microorganismelor acelulare sunt incluse virusurile i viroizii, care dispun doar de flux informaional, dar i prionii (proteinele infecioase transmisibile) - ageni patogeni neconvenionali pentru a cror descoperire PRUSINER a primit premiul Nobel n 1997.

Pe msura perfecionrii metodelor de studiu i implicit a acumulrii de noi cunotine despre microorganisme, n cadrul microbiologiei s-au conturat numeroase discipline distincte cu un caracter fundamental (algologia, protozoologia, micologia, bacteriologia, virusologia, genetica microorganismelor, ecologia microorganismelor ,a.) i aplicativ (microbiologia medical, microbiologia veterinar, microbiologia alimentelor, microbiologia solului, microbiologia petrolului, microbiologia cosmosului etc.)

Principalele caractere distinctive ale microorganismelor, care constituie obiectul de studiu al microbiologiei medicale i veterinare sunt redate n tabelul 1.Microbiologia are numeroase conexiuni interdisciplinare. Ea faciliteaz nelegerea i aprofundarea cunotinelor de morfopatologie, boli infecioase, imunologie, biologie molecular i reclam pentru a putea fi neleas i nsuit, cunotine de biochimie, indispensabile pentru studiul metabolisului bacterian, noiuni de biofizic pentru nelegerea funcionrii unor structuri bacteriene (membrana citoplasmatic, membrana extern a peretelui bacterian etc.), noiuni de anatomie i histologie pentru nelegerea funcionrii unor bariere antimicrobiene mecanice ( epiteliul cutanat i cel al mucoaselor, esutul conjunctiv dens, splarea mucoaselor prin secreii i excrete, transportul mucociliar) .a. Tabelul 1

Caracterele difereniale ntre principalele categorii de microorganisme

Caracterul diferenialPrioniViroiziVirusuriBacteriiMicei

Tipul de organizareacelularacelularacelular.Celular procariotCelular eucariot

Tipuri de acid nucleic-1 (ARN)1 (ADN sau ARN)2 (ADN i ARN)2 (ADN i ARN

Organizarea materialului genetic-ARN de talie micGenom viralUn singur cromozom i plasmideMai muli cromozomi

Echipament enzimatic i metabolism propriuAbsenteAbsenteAbsentePrezentePrezente

CretereAbsentAbsentAbsentPrezentPrezent

Mod de reproducere

Sintez amplificat prin conversieSunt sintetizai de celula gazdSunt sintetizate de celula gazdIndependent, sciziparitateIndependent, sexuat sau asexuat

Difereniere celularNu este cazulNu este cazulNu este cazulAbsent Prezent

Parazitism absolutConstant, obligatoriuConstant,

obligatoriuConstant, obligatoriuAbsentAbsent

Forme biologice de existen n natur1.P.P.C.=protein prionic celular normal2.P.P.S.=protein prionic patologic scrapie1.ARN mic intranuclear1.Virion infecios, temporar extracelular

2.Virus vegetativ, intracelular, n curs de sintez3.Virus integrat, fixat n genomul celulei gazd 1.Celul vegetativ, 2.Spor (form de conservare )

1.Miceliu sau pseudomi

celiu

2.Spori de nmulire3.Spori de rezisten

Poziia pe scara filogeneticLa grania dintre viu i neviuLa grania dintre viu i neviuLa grania dintre viu i neviuOrganisme vii cu organizare simpl (protiste )Organisme vii cu diverse grade de complexitate.

1.2. SISTEMATICA MICROORGANISMELOR

Stabilirea poziiei microorganismelor n sistematica biologic a ntmpinat n decursul anilor dificulti obiective, generate de criteriile care au stat la baza mpririi lumii vii n dou sau mai multe regnuri (fig. 1), de marea diversitate a acestor vieuitoare i de faptul c unele categorii de microorganisme se apropie prin caracteristicile lor de regnul animal (protozoarele) iar altele de regnul vegetal (algele, ciupercile microscopice, bacteriile).

Fig.1 Sistematizarea lumii vii n 5 regnuri

Privite n ansamblu, aceste vieuitoare au ns trsturi distinctive de restul lumii vii, fiind situate pe o treapt inferioar de evoluie i organizare.

Lundu-se drept criteriu de baz nivelul de organizare biologic (subcelular, unicelular sau pluricelular; eucariot sau procariot), la propunerea lui H a e c k e l (1866), reluat de S t a n i e r (1964), microorganismele au fost incluse ntr-un al treilea regn, alturi de cel vegetal i animal - regnul Protista - divizat n protiste superioare, care grupau microorganismele eucariote (algele, protozoarele, miceii) i protiste inferioare, reprezentate de microorganismele procariote (algele albastre-verzi i bacteriile).

n 1968, M u r r a y ncadreaz bacteriile i algele albastre-verzi n regnul Procaryotae, taxon nsuit de Determinatorul Bergey (1984) lucrare de o nalt probitate tiinific, unanim acceptat de bacteriologii din ntreaga lume.

Un an mai trziu (1969), W h i t t a k e r creeaz regnul Fungi, care grupeaz ciupercile microscopice, prin desprinderea subncrengturii cu acelai nume, subsecvent ncrengturii Thallophyta, din regnul vegetal.

Ulterior, virusurile, deoarece se deosebesc de celelalte microorganisme prin cel puin dou trsturi eseniale structura subcelular i lipsa metabolismului propriu , au fost ncadrate ntr-un regn de sine stttor, regnul Vira.1.3. ISTORICUL MICROBIOLOGIEI

Existena fiinelor microscopice a fost intuit de foarte mult vreme dar, din lipsa mijloacelor tehnice, descrierea acestora a fost posibil abia dup ce inventarea microscopului a permis extinderea simurilor umane dincolo de capacitatea lor normal de percepie. Dac din acest motiv studiul microorganismelor a nceput foarte trziu, diferitele procese produse de microorganisme - n special bolile contagioase, care decimau milioane de oameni au fost n atenia oamenilor de tiin din cele mai vechi timpuri.

Pn la HIPOCRATE (460-375 Hr) se considera c bolile sunt cauzate de intervenia unor fore supranaturale. Hipocrate, fondatorul medicinei raionale, afirma c toate bolile sunt naturale, produse de factori naturali i nu de zeiti, iar n ceea ce privete bolile molipsitoare, el le considera ca fiind rezultatul ptrunderii n organism a unor particule prezente i vehiculate de aer. Aceste particule au fost numite miasme, iar teoria care le admitea existena, teoria miasmatic.

Trei sute de ani mai trziu, un scriitor i filozof roman, Varro (116-23 H) identifica miasmele cu nite animale mici animalia minuta invizibile cu ochiul liber. El coreleaz apariia unor mbolnviri cu particularitile arealului respectiv, cum ar fi existena mlatinilor. n lucrarea sa Rerum rusticarum de agricultura, Varro afirma:

Dac ntr-un loc sunt mlatini, acolo cresc animale aa de mici, c ochii nu pot s le vad i acestea ajungnd n corp, cu aerul, pe gur sau pe nas, produc boli grele.

Implicaia practic a teoriei miasmatice a fost considerabil pentru acele vremuri deoarece recomanda msuri eseniale de prevenire a rspndirii bolilor molipsitoare, care constau n fierberea apei i fumigaii cu sulf n spaiile considerate contaminate.

Cu toate acestea, pn acum un secol i jumtate epidemiile evoluau nestnjenite; ciuma, holera i variola decimau uneori 80% din populaia arealelor geografice afectate (orae, ri, continente), iar difteria, tifosul exantematic, febra tifoid fceau ca mortalitatea prin boli contagioase s depeasc cu mult pierderile de viei omeneti determinate de toate celelalte calamiti naturale i rzboaie. Istoria evului mediu poate fi considerat, aadar, istoria marilor epidemii a cror apariie i recrudescen erau favorizate de pauperitatea msurilor profilactice de care dispunea omenirea la acea dat i de empirismul aplicrii lor.

Msurile antiepidemice nu au putut fi nelese pn cnd n sprijinul ipotezelor privind existena microorganismelor au fost aduse dovezi clare, indubitabile.

Se poate afirma c istoria microbiologiei i progresele ei sunt strns legate de curiozitaea tiinific a lui Leeuwenhoeck i de geniul lui Pasteur.

LEEUWENHOECK (1632-1723), negustor i cercettor amator, care avea pasiunea lefuirii lentilelor, a reuit s evidenieze cu ajutorul unui microscop construit de el nsui, prezena n saliv, urin, puroi, apa de canal i alte materiale, a unor organisme minuscule pe care le-a denumit viva animalicula .

Descrierile lui Leeuwenhoeck sunt nsoite de desene surprinztor de exacte, care au fost reproduse n lucrarea Arcana naturae ope microspiorum detecta prezentat n anul 1675 Societii Regale de Biologie din Londra i tiprit la Delf n 1695. Deoarece lucrarea reprezint primul studiu de microbiologie din lume, ea este considerat certificatul de natere al microbiologiei.

Constatrile lui Leeuwenhoeck nu au fost urmate de un progres rapid al cunotinelor, aa cum ar fi fost de ateptat. n schimb, ele au devenit obiectul unor polemici nverunate cu privire la originea microorganismelor, ntre preoi - partizani ai concepiei creaioniste i oamenii de tiin - susintori ai teoriei generaiei spontane. Aceast teorie, fondat nc din antichitate de marii filozofi materialiti Anaximandru, Democrit, Aristotel, Teofrast i alii, ncerca s explice apariia unor vieuitoare n alt mod dect prin actul creaiei divine. Aa s-a ajuns la acreditarea unor idei, cel puin bizare, potrivit crora broatele se nasc spontan din nmol, petii din frunzele copacilor czute n ap, oarecii din rufe murdare, viermii din brnz sau carne alterat, puricii din praf etc.Teoria generaiei spontane a fost susinut de numeroi adepi pn trziu, n cursul secolului XIX. Chiar i astzi, ca o expresie a ignoranei, unii oameni continu s cread c puricii pot s apar din praf.

Utilizarea microscopului n secolul XVII a relevat organizarea anatomic foarte complex a acestor vieuitoare, semnnd ndoial n convingerile partizanilor acestei teorii, n sensul c structuri att de complexe nu ar putea s apar instantaneu din praf sau nmol.

Mai mult, n 1668 biologul englez FRANCESCO REDI a demonstrat printr-o experien simpl c larvele se nasc din prini, acoperind cu tifon, pentru a evita depunerea oulor de musc, vasele n care au fost introduse fragmente de carne. Cu toate aceste dovezi tiinifice, partizanii generaiei spontane susineau c dac mutele se nasc din ou, apoi fiinele invizibile se nasc de la sine.

Secolul al XVIII-lea a nregistrat puine progrese n cunoaterea lumii microorganismelor descoperite de Leeuwenhoeck. Aceast perioad se caracterizeaz prin acumulri de date privind morfologia microorganismelor, consecutiv perfecionrii aparatelor optice i prin ncercri de sistematizare a cunotinelor existente.

LINN (1707-1778), n celebra lucrare Systema naturae, aprut n 1735, ncadreaz organismele microscopice n genul Chaos, nzestrndu-le cu puteri infernale (furia infernalis) care aveau semnificaia unei activiti patogene.

n 1854, FERDINAND COHN creaz termenul de bacterie i mpreun cu EHRENBERG propune desprinderea acestui grup de microorganisme din regnul animal, argumentnd ncadrarea lui n regnul vegetal pe baza prezenei peretelui celular.

n istoria microbiologiei, secolul al XVIII-lea se ncheie cu o realizare empiric genial n domeniul imunologiei. n 1789 EDWARD JENNER (1749-1823), bazndu-se pe o ndelungat experien popular, obine prima imunizare artificial a oamenilor mpotriva variolei utiliznd o suspensie de cruste recoltate de pe ugerul vacilor bolnave.

Toate aceste descoperiri i experiene empirice au constituit pai importani n cucerirea microcosmosului invizibil, anticipnd trecerea la etapa constituirii microbiologiei ca tiin independent.

Aceast etap cuprinde a doua jumtate a secolului XIX i este indisolubil legat de numele marelui savant LOUIS PASTEUR (1822-1895), considerat n unanimitate printele microbiologiei.

Plecnd de la observaia c fermentaiile alcoolic, lactic i butiric sunt rezultatul aciunii unor microbi, Pasteur fundamenteaz ntre anii 1857-1865 teoria microbian a infeciilor. El demonstreaz experimental relaia cauzal dintre micobi i infecie bazndu-se pe rezultatele cercetrilor efectuate asupra agentului etiologic al antraxului.Dei numeroi oameni de tiin ai acelor timpuri (Delafond, 1838; Pollender, 1849; Rayer i Davaine, 1850) au observat n sngele animalelor moarte de dalac (antrax) formaiuni bacilare cu lungimea de dou ori mai mare dect diametrul globulelor roii, iar Davaine le-a intuit rolul etiologic, Pasteur a fost acela care a demonstrat c prezena acestor germeni n organele oilor moarte reprezint cauza real a morii i nu consecine ale bolii.

Bazat pe descoperirile sale privind mecanismele fermentaiilor i a infeciei, Pasteur demonstreaz indubitabil c microorganismele nu apar spontan n substraturile n care se multiplic ci prin contaminare, de vreme ce un mediu nutritiv sterilizat ntr-un recipient nchis etan rmne steril la infinit. Flacoanele sale cu lichide sterile se pstreaz i astzi la fel de limpezi ca n ziua n care au fost sterilizate. El a pus astfel bazele sterilizrii, oferind i mijloacele adecvate: pupinelul sau cuptorul lui Pasteur, autoclavul lui Chamberland.n paralel cu elucidarea cauzelor bolilor contagioase, eminentul cercettor a fcut descoperirea epocal a vaccinurilor microbiene, care a revoluionat medicina i gndirea biologic.

Vaccinul contra holerei aviare a fost primul vaccin atibacterian bazat pe atenuarea patogenitii microbilor n condiii de laborator. Descoperirea principiului atenurii s-a datorat unei neglijene a colaboratorul su, Chamberland, care a uitat la termostat un timp mai ndelungat o cultur de Pasteurella multocida, agentul etiologic al holerei aviare. Inoculat la ginile sntoase, aceasta nu a mai produs infecia iar psrile respective au devenit rezistente la tulpina virulent ce le-a fost administrat ulterior.

Inspirat de aceast ntmplare, trei ani mai trziu, n 1881, a procedat la atenuarea unei tulpini de Bacillus anthracis izolat de la oi moarte de antrax, pe care a inoculat-o apoi unor oi sntoase. Rezultatul a fost acelai, n sensul c dup reinocularea cu o cultur virulent oile au supravieuit deoarece deveniser imune.

La 28 februarie 1881 Pasteur a comunicat aceast descoperire Academiei de tiine. Rspunznd nencrederii cu care a fost primit de adversarii si, savantul a procedat la efectuarea unei demonstraii la o ferm din apropierea Parisului, n faa unei asistene compus din medici umani i veterinari, farmaciti, agricultori, politicieni i alte categorii de ceteni.

Experimentul a constat n vaccinarea anticrbunoas a unui lot de oi i neadministrarea vaccinului la un lot martor. Dup 15 zile, ntregul efectiv a fost inoculat cu o suspensie de bacili crbunoi viruleni. Experimentul a avut rezultatul scontat, spulbernd scepticismul inamicilor vaccinrii.

Prin aplicarea vaccinrii iniiate de Pasteur, incidena antraxului s-a redus considerabil, ceea ce a fcut ca utilizarea lui s se extind cu repeziciune n ntreaga lume.

Geniul lui Pasteur este i mai pregnant ilustrat prin prepararea vaccinului antirabic. Fr a cunoate natura agentului etiologic al turbrii, de a crui existen nu s-a ndoit ns nici un moment, Pasteur a reuit s obin prin treceri succesive pe creier de iepure, virusul rabic fix. Acesta este incapabil s reproduc turbarea inoculat subcutanat, n schimb confer imunitate fa de infecia cu virus slbatic (de strad).

Practica imunizrii antirabice cu virusuri fixe s-a pstrat pn n zilele noastre.

Lui Pasteur i revine i meritul de a fi izolat i descris numeroi ageni etiologici ai unor infecii ale omului i animalelor: Clostridium septicum (vibrionul septic al lui Pasteur), stafilococii, streptococii, etc.

Pasteur a avut numeroi discipoli, n jurul su constituindu-se o adevrat coal la care s-au format emineni microbiologi.

Dintre acetia, lui EMILE ROUX i ALEXANDRE YERSIN li se datoreaz studiul toxinelor microbiene, ultimul fiind i descoperitorul agentului etiologic al ciumei (Yersinia pestis), iar Edmond Nocard mpreun cu Roux au izolat i identificat mai muli germeni microbieni cunoscui astzi sub denumirea de micoplasme.

CHARLES EDUARD CHAMBERLAND este autorul unor inovaii tehnice deosebit de utile activitii curente de laborator, ca de exemplu primul filtru bacteriologic i autoclavul.

Pintre discipolii lui Pasteur se numr i Victor Babe, fondatorul colii romneti de microbiologie.

Marile descoperiri ale lui Pasteur n-au ntrziat s-i gseasc laturi aplicative i n alte domenii ale medicinii. Aa a fost cazul introducerii antisepsiei n chirurgie de ctre JOSEPH LISTER (1827-1917), cel mai convins i activ susintor al teoriei biologice a infeciilor formulat de Pasteur, cruia i scria:

Dac vei veni vreodat la Edinburg, vei gsi, cred, cea mai bogat rsplat vznd n spitalul nostru ce binefaceri pentru umanitate produce opera dumneavoastr. Este vorba despre considerabila scdere a mortalitii prin infecia de spital ca urmare a folosirii fenolului n dezinfecie.

Un alt fondator al microbiologiei, ROBERT KOCH (1843-1910), inspirndu-se din lucrrile lui Pasteur, va completa conceptul de infecie introducnd criterii stricte de stabilire a responsabilitii etiologice a unui microorganism, care au rmas n literatura de specialitate sub numele de postulatele sau triada lui Koch.

Numele su mai este legat de descoperirea agentului etiologic al tuberculozei, introducerea mediilor de cultur solide n practica bacteriologic, semnalarea fenomenului de alergie i prepararea primei substane revelatoare ( tuberculina).

n perioada marilor descoperiri ale lui Pasteur i Koch au fost identificai i descrii agenii etiologici a numeroase boli, cum ar fi: Clostridium tetani de ctre NICOLAER i KITASATO(1884), salmonelele, de ctre EBERTH (1884), SALMON i SMITH (1886), Escherichia coli de ctre ESCHERICH (1885), .a.

Secolul XX, a marcat o nou perioad de importante descoperiri i aprofundare a unor aspecte pn atunci incomplet elucidate, precum: introducerea substanelor chimioterapice i a antibioticelor n terapia infeciilor, relevarea unor aspecte morfofiziologice de finee ale microorganismelor, descoperirea virusurilor i a mecanismului infecei virale, efectuarea primelor studii de genetic molecular, dezvoltarea imunologiei i afirmarea ei ca ramur independent a tiinelor biologice.n jurul anului 1910 PAUL ERLICH introduce n practica medical primul chimioterapic salvarsanul -, folosit cu succes n tratamentul sifilisului.

Antibioticele au intrat n patrimoniul terapiei antimicrobiene n anul 1941, cnd Ernst Chain i Howard Florey trateaz primii pacieni cu penicilin. Efectul antibacterian al acestei substane a fost descoperit nc din 1929 de ctre ALEXANDER FLEMING, n urma sesizrii antagonismului exercitat de o ciuperc din genul Penicillium fa de o cultur de stafilococ.

Aprofundarea cunoaterii morfologiei i fiziologiei microorganismelor este tributar progreselor nregistrate n domeniul opticii, electronicii i chimiei.

Astfel, vizualizarea virusurilor i cunoaterea ultrastructurii microorganismelor au devenit posibile dup inventarea microscopului electronic (1930-1940), iar determinarea structurii chimice a acestora i a activitii enzimelor bacteriene, prin folosirea izotopilor radioactivi.

n cadrul etapei contemporane de evoluie a microbiologiei, a debutat i s-a dezvoltat genetica microbian, tiina care are ca obiect ereditatea i variabilitatea microorganismelor.

Avnd un aparat genetic mai redus, virusurile i bacteriile au constituit obiectul de studiu al cercetrilor fundamentale de genetic.

Primele observaii care au contribuit la stabilirea sediului informaiei genetice la microorganisme i macroorganisme au fost efectuate de ctre GRFFITH n 1928 pe bacteria Diplococcus pneumoniae (pneumococul). El a constatat c n contact cu pneumococi viruleni omori prin cldur, pneumococii nepatogeni devin viruleni.n 1944, AVERY i colaboratorii si au reuit transformarea genetic a unor pneumococi neviruleni n tipul virulent cu ajutorul ADN extras din pneumococii viruleni, demonstrnd astfel, c acidul dezoxiribonucleic (ADN) este suportul material al ereditii.

F. IACOB i J. MONOD lanseaz n 1961 ipoteza existenei unui ARN mesager prin intermediul cruia informaia genetic este transferat de la ADN la ribozomi. Tot ei elaboreaz teoria reglajului genetic al activitii celulare (teoria operonului), pentru care au primit premiul Nobel.

Lui GEORGE PALADE, A. CLAUDE i C. DUVE laureai ai premiului Nobel n 1974, le datorm descoperirea rolului ribozomilor n sinteza proteinelor.DEZVOLTAREA MICROBIOLOGIEI N ROMNIA

nceputurile cercetrii i practicii microbiologice n Romnia se situeaz spre sfritul secolului al XIX-lea.

VICTOR BABE (1854-1925) a fost fondatorul colii romneti de microbiologie. Marele savant romn s-a format lucrnd n perioada 1881-1884 n laboratorul lui PASTEUR i n 1885 n laboratorul lui KOCH. BABE a desfurat o prodigioas activitate tiinific elabornd peste 1.000 lucrri, 25 monografii i primul tratat de bacteriologie n colaborare cu VICTOR CORNIL n 1883. Descoperirea n 1887 a incluziilor produse de virusul turbrii n celulele piramidale din cornul lui Ammon, cunoscute sub numele incluziile lui Babe-Negri, a serurilor imune (mpreun cu LEPP n 1889), a paraziilor din hematiile unor specii de animale, paternitatea acestei descoperiri fiind recunoscut prin crearea genului Babesia n care au fost ncadrate microorganismele respective, reprezint contribuiile cele mai importante cu care VICTOR BABE a mbogit tezaurul tiinei romneti i universale. Alturi de acestea trebuie menionate i numeroasele sale cercetri asupra antagonismului bacterian i descrierea granulelor metacromatice din citoplasma bacilului difteriei (corpusculii Babe-Ernst).

Paralel cu activitatea tiinific, VICTOR BABE a dezvoltat i o bogat activitate didactic, organizatoric i obteasc, conturndu-se ca o figur luminoas de savant patriot.

Savanii care ulterior au dezvoltat n mod strlucit coala de microbiologie medical romneasc au fost: IOAN CANTACUZINO (1863-1934), CONSTANTIN IONESCU-MIHESTI (1883-1962), MIHAI CIUCA (1883-1969), DUMITRU COMBIESCU (1887-1961), iar n domeniul virusologiei CONSTANTIN LEVADITI (1874-1953) i TEFAN S. NICOLAU (1896-1967).

PAUL RIEGLER (1867-1938) a fost fondatorul colii romneti de microbiologie veterinar. Elev al lui VICTOR BABE, el a introdus la noi n ar practica diagnosticului bacteriologic n medicina veterinar. n 1911 a fondat institutul de seruri i vaccinuri de uz veterinar (n acea perioad, al treilea de acest fel n lume), care n 1922 primete numele lui PASTEUR. A desfurat o susinut activitate tiinific, remarcndu-se prin lucrrile sale privind bacilul morvei.ALEXANDRU VECHIU (1890-1954) s-a remarcat printr-o activitate multilateral. El a condus, dup RIGLER, Institutul Pasteur i Catedra de Microbiologie a Facultii de Medicin Veterinar din Bucureti. VECHIU a fost printre primii cercettori care au reuit atenuarea virusului pestei porcine prin lapinizare (adaptarea pe iepure).

ALEXANDRU CIUC (1880-1972) a fost profesor de Boli Infecioase la Facultatea de Medicin Veterinar din Bucureti. Prin activitatea sa tiinific a adus contribuii importante n probleme ca: infecia experimental cu bacilul morvei la taurine, tipizarea virusului febrei aftoase, tratamentul durinei cu neosalvarsan etc.

ILIE POPOVICI (1902-1982), personalitate fecund i multilateral, a adus printre altele, contribuii deosebite n problema preparrii de noi vaccinuri contra febrei aftoase, turbrii, agalaxiei contagioase a oilor i caprelor i holerei aviare.

NICOLAE MUNIU (1909-1977), dup o serie de lucrri inedite privind bacilul morvei, a iniiat i organizat cercetarea i producia de biopreparate n domeniul febrei aftoase.

NICOLAE STAMATIN, profesor de Microbiologie la Facultatea de Medicin Veterinar din Bucureti, continund tradiia inaugurat de PAUL RIGLER a contribuit la nflorirea colii romneti de Microbiologie Veterinar.Practica veterinar i datoreaz, printre altele, dou vaccinuri cu mare valoare profilactic: vaccinul anticrbunos preparat din tulpina acapsulogen 1190 R i vaccinul antirujetic preparat din tulpina VR2 - vaccinuri adoptate ulterior i n alte ri. Totodat, cercetrile fundamentale ntreprinse n domeniul biologiei sporogenezei, a antagonismului microbian, a bacteriofagilor speciilor din genul Bacillus, contribuiile aduse n domeniul clasificrii stafilococilor i pasteurelelor, completeaz palmaresul care l situeaz pe NICOLAE STAMATIN printre reprezentanii de frunte ai Bacteriologiei veterinare romneti.Pe lng ,,pionierii Microbiologiei romneti, se cuvine a fi menionate i alte personaliti reprezentative, care au desfurat o rodnic activitate pe tarmul microbiologiei veterinare, ca:

ALEXANDRU POP, microbiolog, erudit a adus contribuii originale n domeniul brucelozei i al unor probleme de imunologie teoretic.

CONSTANTIN SURDAN a elaborat numeroase lucrri privind pararickettsiile.

VALENTIN VOLINTIR, pionier al unor domenii de cercetare, a diagnosticat i izolat, primul n ara noastr, ageni etiologici ca Listeria monocytogenes, Moraxella bovis etc.

POPA OCTAVIAN, autor al unor lucrri privind salmonelozele animalelor i cursuri de Microbiologie i Imunologie la F.M.V. Timioara.

ANDREI STOENESCU (1914-2001), strlucit reprezentant al microbiologiei veterinare romneti, a condus destinele disciplinei de Microbiologie i Imunologie n cadrul Facultii de Medicin Veterinar Iai, din anul 1962 (data nfiinrii disciplinei), pn n anul 1974. Profesorul Stoenescu a desfurat o prestigioas activitate de cercetare, concretizat n peste 130 lucrri tiinifice originale. Demne de menionat, datorit prioritii lor naionale, sunt studiile privind encefalomielita infecioas (boala de Teschen) la porc n nordul Moldovei.

ALEXANDRU GRECIANU (1930-1998), distins intelectual, remarcabil cercettor microbiolog i cadru didactic de excelen, a continuat consolidarea colii de Microbiologie din cadrul F.M.V. Iai, n perioada 1974-1995. Pe plan tiinific, a adus contribuii originale la metodologia identificrii grupului E. coli i la stabilirea corelaiilor existente ntre serogrup i specia animal receptiv. La ora actual, cercetarea de vrf n domeniul microbiologiei veterinare la noi n ar este efectuat de ctre cadrele didactice i doctoranzii de la cele patru faculti de Medicin Veterinar, cercettorii din cadrul Institutului Pasteur, medicii specialiti din laboratoarele veterinare centrale i din reeaua laboratoarelor judeene.

NOIUNI DE BACTERIOLOGIE GENERAL

Bacteriologia este ramura microbiologiei care se ocup cu studiul microorganismelor unicelulare cu structur procariot, numite bacterii (termen creat de Ferdinand Cohn n 1872).

Celula bacterian de tip procariot se caracterizeaz printr-o organizare simpl, primitiv, fiind lipsit de membrane intracelulare i unele organite (mitocondrii, aparat Golgi i reticul endoplasmatic propriu-zis) - structuri prezente n celulele eucariote (celula animal, vegetal i micetic).

Bacteriile sunt metabolic active deoarece dispun de echipament enzimatic propriu, care realizeaz reaciile celulare de degradare i biosintez.

Principala modalitate de multiplicare a bacteriilor este diviziunea simpl binar sau sciziparitatea.

Unele specii bacteriene pot exista n natur sub dou forme biologice alternative: forma vegetativ care reprezint celula bacterian propriu-zis, dotat cu toate nsuirile caracteristice speciei din care face parte i sporul bacterian - form de rezisten i de conservare a speciei n condiii ostile, improprii vieii.

2.1 NOIUNI DE TAXONOMIE i NOMENCLATUR BACTERIAN2.1.1 TAXONOMIA BACTERIILOR

Taxonomia (gr. taxon = grup) sau sistematica biologic este tiina clasificrii.

Un taxon biologic reunete o sum de indivizi asemntori ntre ei n virtutea descendenei dintr-un strmo comun, deci posesori ai unei informaii genetice comune. Prin urmare, clasificarea organismelor vii este o clasificare natural sau filogenetic.

Comparativ cu celelalte regnuri, clasificarea organismelor procariote pe baza acestui criteriu a ntmpinat numeroase dificulti, generate de cauze obiective cum ar fi imposibilitatea studierii bacteriilor ca indivizi ci doar ca populaii din cauza dificultilor de manipulare a unei singure celule.

Gruparea bacteriilor n categorii taxonomice pe criterii filogenetice a devenit posibil relativ recent, prin aplicarea tehnologiilor moderne de biologie molecular i biochimie n studiile de genetic bacterian.

Principalii parametri luai n studiu, n acest scop, sunt :

1. coninutul relativ de guanin ( citozin( G(C%) al ADN purificat; cu ct coninutul G(C a dou bacterii este mai apropiat, cu att acestea sunt mai nrudite;

2. omologia secvenelor nucleotidice ale ADN, cuantificat prin formarea moleculelor hibride pornind de la dou catene ADN cu origini diferite;

3. studiul secvenelor oligonucleotidice ale ARN ribozomal; gradul de nrudire a dou organisme este direct proporional cu omologia secvenelor nucleotidice din ADN sau cu numrul de secvene oligonucleotidice comune din ARN ribozomal.

4. studiul structurii primare a enzimelor izofuncionale sau a citocromului C;

5. studiul imunologic al proteinelor bacteriene omoloage.

Pe baza criteriului omologiei materialului genetic, n ultimii ani clasificrile convenionale ale bacteriilor dar i a celorlalte categorii de microorganisme au fost supuse unor repetate remanieri.

Dei acest criteriu de identificare i ncadrare taxonomic a bacteriilor este, indiscutabil, cel mai obiectiv, din cauza gradului crescut de dificultate tehnic i a aparaturii pe care o reclam, n practica bacteriologic curent se recurge n continuare la identificarea pe baza caracteristicilor fenotipice (morfologice, culturale, metabolice, antigenice, ecologice, de patogenitate, de sensibilitate la factori fizici, chimici i biologici etc. ).

Categorii de taxoniUnitatea taxonomic de baz a lumii vii este specia. Specia bacterien poate fi definit ca populaii de celule cu caractere fenotipice comune, prin care difer semnificativ de alte populaii. Fiecare populaie care aparine unei specii poart numele de tulpin bacterian, clon sau su. Ea este o cultur pur care i are originea ntr-o singur izolare dintr-un mediu natural.

Pentru practica bacteriologic, tulpina bacterian are, prin analogie cu organismele superioare, valoarea unui individ. Toate examenele necesare identificrii bacteriilor i ncadrrii lor taxonomice se execut pe tulpini bacteriene i nu pe celule izolate, plecnd de la premiza c o populaie de celule bacteriene, care constituie o tulpin provine din descendena uneia sau a unui numr restrns de celule i c este genetic omogen.

Taxonii de rang superior speciei, n succesiunea lor ascendent, sunt: genul, familia, ordinul, clasa i diviziunea (ncrengtura sau phylum).

Genul reprezint un grup taxonomic alctuit din mai multe specii nrudite cu specia tip. El poate fi format dintr-o singur specie (gen monotipic) sau din mai multe specii. Toate bacteriile i au locul n cadrul unui gen iar identificarea genului st la baza diagnosticului bacteriologic curent.

Familia grupeaz mai multe genuri nrudite dintre care unul este considerat genul tip. Numeroase genuri nu au fost ncadrate nc n familii.

Ordinul este un taxon format din familii nrudite, mai rar utilizat, puine grupe de bacterii fiind ncadrate n ordine.

Clasa este un taxon superior, care grupeaz mai multe ordine nrudite.

Diviziunea reprezint o grupare de clase nrudite.

Pentru identificarea i ncadrarea taxonomic corect a tulpinilor bacteriene izolate ntr-un laborator de microbiologie cu dotare clasic este necesar confruntarea caracterelor fenotipice evideniate pe parcursul examenului bacteriologic cu datele existente n determinatoare, manuale i ghiduri.Determinatorul cu cea mai larg utilizare n ntreaga lume este

,, Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology". 2.1.2. NOMENCLATURA BACTERIILOR

Conform normelor generale de nomenclatur n biologie fiecare bacterie este numit prin dou cuvinte latinizate, care caracterizeaz foarte sintetic bacteria respectiv.

Primul cuvnt indic genul i se scrie cu iniial majuscul iar cel de-al doilea, specia.Numele genurilor sunt inspirate , de regul, de :

- caracterele morfologice, frecvent forma i modul de grupare (Bacillus = baston mic; Staphylococcus = ciorchine de strugure; Sarcina = pachet, etc.), asociate uneori cu habitatul natural al bacteriei (Lactobacillus = bastona din lapte);

- numele bacteriologului care a izolat primul bacteria respectiv sau a avut merite deosebite n studiul ei : Brucella (Bruce), Pasteurella (Pasteur), Escherichia (Escherich) etc.

Cel de-al doilea cuvnt denumete specia i este descriptiv pentru substantivul care reprezint genul.

Numele speciei se scrie ntotdeauna cu liter mic. El se poate referi la :

- un caracter morfologic, cultural sau biochimic (Staphylococcus aureus, Lactobacillus acidophilus, etc.);

- gazda receptiv (Brucella suis, Streptococcus equi, Mycoplasma gallinarum etc.);

- boala, un simptom sau o leziune caracteristic (Clostridium tetani, Bacillus anthracis, Mycoplasma agalactiae, Listeria monocytogenes, etc.);

- numele bacteriologului care a descris primul bacteria (Actinobacillus lignieresii, Clostridium chauvoei, Coxiella burneti, etc.).

Numeroase specii bacteriene au i nume comune, folosite deseori n vorbirea curent, ca de exemplu : bacilul piocianic sau bacilul puroiului albastru , pentru Pseudomonas aeruginosa; bacilul lui Koch sau B.K., pentru Mycobacterium tuberculosis; bacilul tetanosului, pentru Clostridium tetani, etcOrdinul i familia sunt denumite cu numele genului celui mai reprezentativ pentru gruparea taxonomic respectiv, la care se adaug sufixele ,,ales pentru ordin i ,,aceae pentru familie (ex. genul reprezentativ Rickettsia, ordinul Rickettsiales, familia Rickettsiaceae).

Din anul 1980 se consider valide numai denumirile (taxonii) citai n Lista Oficial a Denumirilor Bacteriene (Aproved List of Bacterial Names), care este reeditat periodic. Taxonii noi propui i modificrile aduse acestei liste dup ultima ediie trebuie s fie oficializate prin publicarea n revista ,,International Journal of Systematic Bacteriology (Rpuntean Ghe. i col., 2005)..2.2 MORFOLOGIA I BIOLOGIA BACTERIILOR

2.2.1 MORFOLOGIA CELULEI VEGETATIVE

Cunoaterea caracteristicilor morfologice (forma celulei, dimensiunile, modul de grupare, afinitile tinctoriale) are o importan deosebit n identificarea i ncadrarea taxonomic a bacteriilor deoarece, n practica curent a diagnosticului bacteriologic, acestea constituie criterii taxonomice de baz.

2.2.1.1 Forma i modul de grupare a bacteriilor

Dup forma celulei, bacteriile pot fi grupate n patru categorii distincte: sferice, cilindrice, spiralate sau helicoidale i ptrate (fig.1).

Fig. 1. Forme posibile la bacterii1.coc sferic; 2.coc oval; 3.coc asimetric cu un pol ascuit i unul rotunjit; 4.coc asimetric reniform; 5.form cocoid; 6.cocobacil; 7.bacil fin; 8.bacil asimetric n form de mciuc; 9.bacil cu capetele retezate; 10.bacil cu capetele rotunjite; 11.vibrion; 12.spirochet cu spire mari; 13.spirochet cu spire mici.

La cele mai multe specii bacteriene, celulele fiice rezultate n urma diviziunii se separ i rmn independente. La unele specii ns, majoritatea celulelor-fiice nu se despart timp de una sau mai multe generaii formnd constant grupri caracteristice cu valoare taxonomic. Modul de grupare a bacteriilor este determinat de raportul geometric dintre planurile succesive de diviziune.

Bacteriile sferice

n terminologia curent aceste bacterii poart denumirea de coci. Cocii pot avea form sferic, oval, lanceolat sau reniform, diametrele celulei fiind aproximativ egale. In funcie de raporturile care se stabilesc ntre celulele-fiice dup diviziune, cocii pot fi izolai sau grupai. Principalele moduri de grupare sunt (fig. 2):

- diplococul, care rezult prin diviziunea celulelor n planuri succesive paralele, celulele fiice rmnnd grupate cte dou;

- streptococul, constituit din coci nlnuii ca urmare a diviziunilor succesive n planuri paralele i a persistenei legturilor ntre celulele fiice pe parcursul mai multor generaii;

- tetrada sau tetracocul - o grupare de patru celule rezultat din dou diviziuni succesive n planuri perpendiculare;

- sarcina - o grupare de opt coci sub forma a dou tetrade suprapuse, care rezult n urma a trei diviziuni n planuri perpendiculare: al doilea pe primul i al treilea pe primele dou;- stafilococul, la care planurile succesive de diviziune sunt dispuse n direcii diferite astfel nct celulele rezultate formeaz grmezi neregulate, asemntoare ciorchinilor de struguri

Fig.2 Modalitile de grupare a cocilor n funcie de orientarea planurilor de diviziune celular.

Bacteriile cilindrice cunoscute sub denumirea comun de bacili, au form de bastonae. Raportul dintre cele dou axe variaz ns foarte mult, nct, unii bacili au un aspect filamentos sau chiar ramificat iar alii se apropie de forma sferic-oval, fiind numii din acest motiv cocobacili.

Bacilii pot fi drepi sau uor ncurbai la mijloc sau la una din extremiti, cu capetele tiate drept ca la Bacillus anthracis, rotunjite ca la majoritatea speciilor, ascuite ca la Fusobacterium fusiformis, sau dilatate n form de picot sau de haltere - caracteristic a genului Corynebacterium.Diviziunea bacililor are loc dup un singur plan transversal pe axul longitudinal. Dup diviziune bacilii pot rmne izolai sau grupai cte doi (diplobcili), n lanuri cu lungimi variabile (streptobacili), n palisad (asemntor dinilor unui pieptene) sau sub form de idiograme chinezeti (fig. 3).

Fig.3. Modalitile de grupare a bacililor: 1.diplobacil; 2.grupare n forma literei V; 3.streptobacil; 4.filament; 5.filament cu citoplasm granular; 6.form ramificat; 7.grupare n palisad; grupare n ideograme chinezeti.

Bacteriile spiralate sau helicoidale

In funcie de numrul de spire i flexibilitatea peretelui celular, exist trei subtipuri morfologice de bacterii spiralate :

- vibrionul, cu aspect de virgul sau asemntor literei ,,S;

- spirilul, cu mai multe spire i un perete celular rigid, care i confer stabilitate morfologic i dimensional.;

- spirocheta, alctuit de asemenea din mai multe spire dar care sunt flexibile (se pot strnge sau relaxa) datorit elasticitii peretelui celular .Bacteriile ptrate au fost puse n eviden n probele de ap hipersalin prelevate din blile Peninsulei Sinai. Ele formeaz adesea placarde de 4-16 celule rezultate din mai multe diviziuni succesive, la care se disting cu mult claritate planurile de diviziune. Forma ptrat a acestor bacterii i faptul c sunt mult aplatizate (0,1 0,5 m grosime) se explic prin lipsa presiunii interne a celulelor n mediu hiperosmotic, situaie n care, teoretic,bacteriile pot lua orice form.

3.2.1.2. Constantele fizice

Dimensiunile bacteriilor variaz n funcie de specie, ntre 0,1 15 micrometri (m) lungime (bacteriile filamentoase ajunnd pn la 500 m) i 0,02 2 m diametru transversal. Din acest punct de vedere bacteriile pot fi grupate n trei categorii : mici 0,3 1,5/0,1 0,5 m (ex. Brucella spp.); mijlocii 2 3/0,5 1 m (ex.Escherichia spp.); mari 10 - 15/1 - 2 m (ex. Bacillus spp., Clostridium spp. ).

Volumul bacteriilor oscileaz ntre 0,oo3 x 10-12 (ex. Mycoplasma spp. ) i 7,068 x 10-12 (Bacillus megatherium ).

Densitatea sau greutatea specific a celulelor bacteriene este ceva mai mare dect a apei, situndu-se ntre 1,07 i 1,032. Datorit densitii apropiate de cea a apei bacteriile plutesc n mediile lichide, din care pot fi separate prin centrifugare.

2.2.1.3. Structura celulei bacteriene

Celula bacterin este constituit dintr-un nveli i un coninut. Unele specii bacteriene sunt prevzute n plus cu organite de micare (cilii sau flagelii) i/sau cu organite de aderen (pilii sau fimbriile). In figura 4 este reprezentat schematic structura unei bacterii ipotetice, cu toate componentele menionate.

Fig.4 Schema unei celule bacteriene tipice (www. ArabsLAB. com)

NVELIULPrincipalele componente ale nveliului celulei bacteriene sunt :

- membrana citoplasmatic, prezent la toate bacteriile n contact intim cu citoplasma;

- peretele celular situat la exteriorul membranei, prezent la toate bacteriile cu excepia micoplasmelor;

- capsula i glicocalixul structuri extraparietale prezente numai la un numr restrns de specii bacteriene i numai n anumite condiii de mediu.Membrana citoplasmaticNumit i membran plasmatic sau membran celular, aceast component esenial a tuturor bacteriilor acoper de jur mprejur citoplasma, separnd-o de faa intern a peretelui celular. Examinat la microscopul electronic, membrana citoplasmatic apare ca o formaiune triplu stratificat, cu o grosime de 7,510 nanometri (nm), constituit dintr-un strat subire electronotransparent delimitat de ambele pri de cte un strat mai gros, electronoopac.

Scheletul biochimic al membranei este format dintr-un strat dublu de fosfolipide orientate cu extremitatea hidrofil (radicalul fosforic) spre exteriorul i respectiv spre interiorul celulei i extremitatea hidrofob (dou lanuri de acizi grai), fa n fa (fig.5).

Acest strat bimolecular fosfolipidic confer membranei rolul de barier osmotic i constituie sediul a numeroase proteine funcionale: porine (prin oligomerizare delimiteaz pori transmembranari, mai mult sau mai puin specifici, prin care au acces nutrienii), proteine de legare i transport a nutrienilor n celul i a cataboliilor n sens invers, enzime (hidrolitice, respiratorii .a.).

Fig.5 Membrana citoplasmatic - reprezentare schematic a unui model tridimensional (dup Lodish i Rothman,1979; cit.de Zarnea G., 1983).

Membrana citoplasmatic este implicat, de asemenea, n reglarea proceselor de diviziune celular i sporogenez.Prin invaginarea i plierea membranei spre interiorul celulei bacteriene iau natere nite formaiuni numite mezozomi, care i mresc suprafaa funcional. Peretele celularPeretele celular este situat la exteriorul membranei citoplasmatice, mai gros dect aceasta (15 30 nanometri), rigid i poros.

Structura morfochimic a peretelui celular este determinant pentru grosimea, gradul de rigiditate i afinitatea sa fa de anumite substane colorante (afinitatea tinctorial). In funcie de modul n care se coloreaz prin metoda Gram, bacteriile se mpart n Gram pozitive (colorate n violet) i Gram negative (colorate n rou), iar prin metoda Ziehl Neelsen, n acidorezistente (colorate n rou) i neacidorezistente (colorate n albastru).

Peretele celular este format dintr-un strat bazal care ader la membrana citoplasmatic, similar ca i compoziie chimic la toate bacteriile i un strat superficial cu o structur diferit la cele trei categorii tinctoriale (Gram pozitive, Gram negative, acidorezistente), numit stratul structurilor speciale. Stratul bazal este un polimer glicopeptidic numit peptidoglican sau murein (lat. murus=zid). El este format din macromolecule lungi de dizaharide aminate nlnuite alternativ (N-acetilglucozamin i acid N-acetilmuramic), dispuse paralel i legate ntre ele prin puni polipeptidice, realiznd astfel o reea care ncorseteaz celula i i confer rezisten mecanic (fig.6 A i B).

A

B

Fig. 6 Structura reelei de peptidoglican a peretelui celular la bacteriile Gram pozitive (A) i Gram negative (B). La bacteriile Gram pozitive peretele celular este gros i rigid, alctuit din 70-80% peptidoglican structurat ntr-o reea tridimensional foarte rezistent (fig.6 A). Stratul structurilor speciale conine proteine, acizi teichoici, lipoteichoici i la numeroase specii, acizi teichuronici, care sporesc rigiditatea peretelui celular (fig. 7 A).

Peretele bacteriilor Gram negative, dei mai subire, are o structur mai complex (fig. 7 B). Stratul bazal este format dintr-un complex peptidoglican-lipoprotein, cu un coninut mai mic de peptidoglican (~20%) structurat bidimensional (fig. 6B), iar stratul structurilor speciale este constituit dintr-o membran extern n care predomin liopopolizaharidele (LPS). Componenta lipidic (lipidul A), situat proximal, se leag de un miez polizaharidic (core) identic ca structur la toate bacteriile, care se continu cu un lan de trei, patru sau cinci uniti zaharidice repetate ce constituie un important antigen al bacteriilor Gram negative (atg. O). Diferenele de structur chimic a atg.O identificate la tulpinile unor specii bacteriene (ex. Escherichia coli, Salmonella enterica) a permis clasificarea lor n mai multe grupe serologice. Complexul LPS n ntregime are efect toxic constituind endotoxina bacteriilor Gram negative.

Intre peretele celular i membrana citoplasmatic a bacteriilor Gram negative se gsete un spaiu periplasmatic, care conine proteine de legare cu rol n chimiotaxie i numeroase enzime (fosfataza alcalin, enzime hidrolitice, deoxiribonucleaze etc.) cu rol n pregtirea substanelor care au traversat peretele pentru trecerea lor prin membrana citoplasmatic.

La bacteriile acidorezistente, structurile speciale sunt foarte bogate n complexe formate din acid micolic i ceruri, fapt care explic rezistena acestora la decolorarea cu acizi (coloraia Ziehl Neelsen).

A

B

Fig. 7 Structura peretelui bacterian: A -la bacteriile Gram pozitive; B-la bacteriile Gram negative (www ArabsLAB.com)

Peretele celulelor bacteriene are o semnificaie biologic multipl :

- prin rigiditatea sa, asigur meninerea formei celulelor bacteriene;

- ndeplinete rol protector fa de factorii nocivi de mediu, n special fa de ocul osmotic, avnd n vedere c mediile de via ale bacteriilor sunt hipotonice n raport cu coninutul celulei bacteriene;

- prin porii si, mediaz schimbul de substane ntre celula bacterian i mediu;

- particip la procesul de cretere i diviziune celular urmnd membrana citoplasmatic n formarea septurilor transversale, care separ celula-mam n cele dou celule-fiice;

- conine receptori pentru bacteriofagi i bacteriocine;

- conine enzime autolitice care se activeaz n momentul sporulrii

elibernd sporul prin liza sporangiului i n momentul germinrii determinnd liza nveliurilor sporale.

Orice factor muralitic, care altereaz sau inhib sinteza peptidoglicanului (lizozimul, antibioticele de tip penicilinic, carenele nutritive etc.) determin, att ,,in vitro ct i ,,in vivo, apariia unor bacterii cu morfologie modificat, cunoscute sub denumirile de protoplati - forme bacteriene complet lipsite de perete provenite din bacterii Gram pozitive i sferoplati - forme rezultate din bacterii Gram negative, care mai pstreaz urme de perete. Dac agentul muralitic dispare din mediu, sferoplatii au capacitatea de a iniia sinteza i ansamblarea peptidoglicanului revenind la forma iniial. Aceste bacterii lipsite de perete celular sau cu peretele deficient sunt distruse prin deshidratare (uscare osmotic) n mediile hipertone i prin plasmoptiz (spargerea celulei prin hiperhidratare) n cele hipotone, deoarece membrana celular neprotejat de perete este incapabil s reziste presiunii osmotice. Capsula

Capsula este o formaiune extraparietal, prezent numai la anumite specii bacteriene i numai n anumite condiii de mediu. Speciile patogene capsuleaz de regul n organism dar i pe mediile de cultur care conin un lichid organic (ser sanguin, plasm, lichid ascitic).Bacteriile capsulogene care intereseaz patologia veterinar sunt: Bacillus anthracis, Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae , Clostridium perfringens, Pasteurella multocida.

Capsulele acestor specii se deosebesc prin structura chimic, gradul de aderen la peretele cellular i grosime (fig. 8). .

Fig.8 Tipurile de structuri capsulare la bacterii: 1.microcapsula; 2.capsula propriu-zis; 3.stratul mucos; 4.zoogleea.P.C. - perete celular; M.C. microcapsul; mc membran citoplasmatic.Din punct de vedere chimic, capsula este format din 98% ap, restul fiind reprezentat de polizaharide sau polipeptide (n funcie de specie), care constituie antigene bacteriene cu o mare specificitate, notate cu litera ,,K".

Funcia biologic a capsulei este de a proteja celula bacterian fa de aciunea unor factori nocivi. n organism, capsula are rol n evitarea procesului de fagocitoz, constituind un important factor de patogenitate. nafara organismului, prin coninutul crescut de ap capsula protejeaz bacteriile de efectele deshidratrii.

CONINUTUL

Coninutul celulei bacteriene se compune din citoplasm i genom bacterian.

Citoplasma

Citoplasma celulei bacteriene are consisten de gel, nu prezint cureni citoplasmatici i n consecin, nici deplasri evidente ale elementelor componente.

Citoplasma reprezint sediul materialului genetic i al unor structuri cu caracter de granule, incluzii i vacuole. Spre deosebire de celulele eucariote, in citoplasma celulelor bacteriene lipsesc mitocondriile, aparatul Golgi i reticulul endoplasmatic propriu-zis.

Ribozomii sau granulele lui Palade reprezint elementele de baz ale citoplasmei, n care apar ca mici granule relativ sferice, cu un diametru de 10-20 nanometri, numrul lor fiind de ordinul zecilor de mii.

Din punct de vedere chimic, ribozomii sunt alctuii din acid ribonucleic (65%) i proteine (30-35%).

Sub raport funcional, ribozomii constituie sediul sintezei proteinelor structurale i enzimatice.

Incluziile sunt structuri inerte, prezente inconstant n citoplasma bacteriilor. Ele reprezint materiale de rezerv care se acumuleaz n celul direct proporional cu vrsta i coninutul mediului n substane nutritive. Din punct de vedere chimic, incluziile sunt formate din polimeri organici (amidon, glicogen, acid poli-(-hidroxibutiric), cristale de substane anorganice (sulf, carbonat de calciu) i polimeri anorganici.

Cromatoforii, prezeni la bacteriile fotosintetizante, sunt organite specializate n procesele de biosintez prin mecanisme analoage fotosintezei plantelor.

Vacuolele sunt variabile ca mrime (0,3 0,5 m) i numr (6-20/celul), fiind mai frecvent ntlnite la celulele tinere. Ele pot conine lichide cu rol n reglarea presiunii osmotice, sau gaze.

Pigmenii sunt substane colorate prezente n citoplasma bacteriilor cromogene. Speciile patogene pentru om i animale, productoare de pigmeni sunt: Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Rhodococcus equi, Mycobacterium tuberculosis..

n funcie de localizarea pigmenilor, bacteriile pot fi:

cromofore (pigmentul este present n citoplasm); paracromofore (pigmentul este legat de faa intern a peretelui cellular), de exemplu, stafilococii;

cromopare (pigmentul este eliberat din celul n mediul extern) de exemplu, bacteriile din genul Pseudomonas.Semnificaia biologic a pigmenilor bacterieni difer n funcie de natura chimic a pigmentului, fr a fi complet elucidat.

Ei pot avea rol fotosintetic (clorofilele), protector (pigmenii carotenoizi protejeaz bacteriile fa de radiaiile ultraviolete), funcie vitaminic, antibiotic sau enzimatic (vitamina K, respectiv, piocianina, flavoproteinele).

In citoplasma celulelor bacteriene se gsete cea mai important parte din echipamentul enzimatic rspunztor de metabolismul celulei, precum i diferite tipuri de ARN (mesager, ribozomal i solubil).

Citoplasma constituie sediul metabolismului bacterian unde se desfoar procesele de asimilaie i dezasimilaie, precum i alte funcii vitale ale celulei bacteriene cum sunt reproducerea i sporogeneza.

Materialul genetic

Materialul genetic al bacteriilor este constituit din nucleu i din plasmide .

Nucleul este format dintr-un singur cromozom i nu este delimitat de o membran proprie. Pentru a marca aceste diferene fa de nucleul celulelor eucariote, termenul de ,,nucleu a fost nlocuit cu termenii de ,,nucleoid, ,,genom bacterian, ,,cromozom bacterian sau ,,nucleozom.

Cromozomul este constituit dintr-o macromolecul de ADN bicatenar care conine 4 x 106 perechi de nucleotide i are o lungime de aproximativ 1 mm. Macromolecula de ADN se afl ns ntr-o stare condensat, prin pliere, spiralare i superspiralare astfel nct ocup doar 5-16% din volumul celulei.

Pe lng ADN, cromozomul bacterian mai conine cantiti reduse de proteine, lipide i ARN.

Plasmidele sunt molecule mici de ADN dublu catenar, independente de cromozom, caracteristice pentru celula procariot.

Att cromozomul ct i plasmidele au posibilitatea de autoreplicare. Replicarea plasmidelor are loc independent de cea a cromozomului.

Funcia biologic a materialului genetic const n determinarea caracterelor care definesc fiecare specie bacterian i transmiterea lor ereditar

ORGANITELE CELULAREOrganitele celulare (cilii sau flagelii, pilii i fimbriile) sunt formaiuni extraparietale facultative, prezente numai la unele specii bacteriene, cu rol n procesele de adaptare la mediu.Cilii (flagelii )

Cilii sunt organite de form cilindric, cu diametrul de 12-25 nanometri i lungimea de 25-30 micrometri, cu rol n n micare, bacteriile ciliate fiind mobile. Cel mai adesea nu pot exista simultan cilii i capsula.ntre speciile bacteriene ciliate exist diferene sub aspectul numrului i al modului de dispunere a cililor pe suprafaa celulei bacteriene, distingndu-se urmtoarele categorii de bacterii: atricha (neciliate), monotricha (un singur cil dispus polar), lofotricha (un smoc de cili la unul din poli) amfitricha (unul sau mai muli cili la ambii poli), i peritricha (numeroi cili pe toat suprafaa celulei) fig. 9.

Fig. 9. Numrul i modalitile de dispunere a cililor pe suprafaa celulei bacteriene: 1- atricha; 2- monotricha; 3- lofotricha; 4- amfiticha; 5- peritricha. Bacteriile realizeaz o micare de rostogolire cnd cilii se rotesc n sensul acelor de ceasornic i o deplasare n linie dreapt cnd acetia se rotesc n sens antiorar. n determinarea direciei de deplasare intervin mecanisme de tip chimiotactic; substanele utile metabolismului bacterian (glucidele, aminoacizii, ionii de calciu i de magneziu, oxigenul pentru bacteriile aerobe etc.) sunt atractante, exercitnd un chimiotactism pozitiv asupra bacteriilor ciliate iar cele nocive (alcoolii, ionii de hidrogen, ionii hidroxil, metalele grele etc.) au un efect repelant (de respingere) printr-un chimiotactism negativ.

Din punct de vedere chimic, cilii sunt compui dintr-o protein contractil numit flagelin. Asemntor substanelor capsulare, flagelinele bacteriene reprezint antigeni cu mare specificitate, notai cu litera ;;F". Pilii (fimbriilePilii sunt apendici filamentoi mult mai subiri i mai scuri dect cilii dar mult mai numeroi, aezai peritrich pe suprafaa bacteriilor i vizibili numai la microscopul electronic. Denumirile prin care sunt desemnate aceste structuri sugereaz caracteristicile lor morfologice: fimbrii (lat. fimbria = franjuri), pili (lat. pilus = pr).

In funcie de unele caractere morfologice, de numr i de funcia biologic pe care o ndeplinesc, se deosebesc 6 tipuri de pili, notate cu cifre romane de la I la V i cu litera F (pilul sexual sau donor).

In ultimii ani exist tendina de a departaja, din punct de vedere semantic, cei doi termeni - ,,fimbrii i ,,pili - n sensul utilizrii primului pentru desemnarea tipurilor I-V i a celui de-al doilea, numai pentru pilii de sex.

Fimbriile sunt formaiuni tubulare compacte, fr canal, cu ajutorul crora bacteriile ader la suprafaa epiteliilor i a altor substraturi, fiind considerate factori de patogenitate.

Pilii de tip F, denumii i pili sexuali, sunt structuri tubulare strbtute de canal axial. Ei sunt codificai de o plasmid numit factorul ,,F (de fertilitate sau de sex), care confer celulei purttoare proprietatea de donor de material genetic sau celul-mascul (F+).

Rolul pililor ,,F este analog organului copulator, deoarece prin lumenul lor are loc transferul de ADN de la o celul bacterian F+ la una F- n cadrul procesului de conjugare - o form primitiv de sexualitate, singura posibil la bacterii. 2.2.2. FIZIOLOGIA BACTERIILOR

2.2.2.1. COMPOZIIA CHIMIC A CELULEI BACTERIENE

Compoziia chimic elementar a bacteriilor, sub aspectul coninutului n elemente biogene, nu difer de a celorlalte organisme vii.

Compoziia molecular se difereniaz ns de cea a organismelor vegetale i animale prin prezena unor constitueni moleculari specifici bacteriilor.

O celul bacterian conine aproximativ 3000-6000 tipuri de molecule diferite, dintre care aproximativ jumtate aparin compuilor anorganici cu mas molecular mic (apa i srurile minerale), iar cealalt jumtate, compuilor organici cu diverse grade de complexitate structural (glucide, lipide, acizi nucleici, proteine).

Apa reprezint 75-80% din masa celular. Cea mai mare cantitate se gsete liber n citoplasm i doar o mic parte sub form legat (n structura constituienilor celulari)

Ea provine din mediul extern, de unde bacteriile o preiau prin difuzie simpl i ntr-o msur mai mic din unele procese metabolice, fiind rezultatul unor reacii oxidative ale compuilor ce conin hidrogen n molecul.

Rolul apei:

- constituie mediul de dispersie pentru celelalte componente celulare;

- particip la procesele metabolice;

- n prezena apei libere proteinele structurale, dar mai ales cele enzimatice se degradeaz termic foarte uor, asfel nct bacteriile n stare vegetativ sunt omorte la 55-60C n 15-20 minute. Sporii, deoarece conin foarte puin ap liber, rezist la temperaturi mult mai ridicate (100-120C temperatur umed). Datorit efectului ei bactericid, cldura utilizat prin diverse procedee (autoclavare, tindalizare, etuvare .a.) constituie principalul factor de sterilizare a materialelor din laboratoarele de diagnostic microbiologic.Srurile minerale reprezint 3 30% din greutatea bacteriilor uscate. Elementele care intr n compoziia lor sunt: P, K, Na, Cl, S, O, H, Fe i n proporii mai reduse, Mg, Cu, i Zn.

Srurile minerale ndeplinesc urmtoarele funcii biologice:

asigur reglarea presiunii osmotice la nivelul membranei citoplasmatice;

realizeaz sistemul tampon adecvat meninerii pH-ului optim al mediului celular;

activeaz unele sisteme enzimatice, rol pe care l ndeplinesc mai ales ionii de Cu i de Mg;

intr n structura unui important numr de constituieni celulari (rol plastic).

Proteinele reprezint 40-80% din greutatea uscat a celulei bacteriene i se gsesc sub form simpl, sub form de complexe glucido-lipido-polipeptidice i sub form de heteroproteine (mucoproteine, cromoproteine, nucleoproteine). n structura lor apar anumii aminoacizi existeni doar la bacterii (de ex., acizii teichoici, acidul micolic, acidul diaminopimelic, acidul glutamic dextrogir). Din punct de vedere al rolului pe care l ndeplinesc, proteinele bacteriene pot fi grupate n :

proteine constitutive, care fac parte din structura diferitelor componente celulare, i

proteine enzimatice, care constituie biocatalizatorii ntregii activiti metabolice a celulei bacteriene.

Din aproximativ 3000 de tipuri de proteine ale unei celule bacteriene, 2000 sunt enzime. Numrul mare de enzime confer bacteriilor o intens activitate metabolic. Fiecare specie bacterian dispune de un echipament enzimatic caracteristic, care poate fi pus n eviden utiliznd substraturi adecvate enzimelor i diferii reactivi.Examenul caracterelor metabolice ale bacteriilor constituie un criteriu de baz n identificarea tulpinilor bacteriene (criteriu taxonomic).

Clasificarea enzimelor1. Dup locul de aciune:

endoenzime (enzime intracelulare care catalizeaz reaciile de biosintez);

exoenzime (enzime eliminate de bacterii n mediul exterior, unde acionez asupra substanelor cu molecul complex transformndu-le n nutrieni, sau confer bacteriilor virulen).

2. Dup modul de aciune asupra substratului nutritiv:

hidrolaze (proteinaze, RN-aze, DN-aze, lipaze, carbohidraze etc.);

transferaze;

oxidoreductaze (desmolaze);

izomeraze (racemaze).

3. Dup modul de apariie:

enzime constitutive (elaborate permanent);

enzime inductibile sau adaptative (sintetizate numai n prezena nutrienilor asupra crora acioneaz);

enzime mutative (absente la o specie, ele apar consecutiv unei mutaii iar sinteza lor are loc numai la mutanta respectiv).

Glucidele totalizeaz 14 25% din greutatea celulelor bacteriene uscate, proporia lor variind n funcie de specia bacterian, vrsta culturii i compoziia chimic a substratului nutritiv. Ele sunt reprezentate de aproximativ 200 tipuri de molecule, incluznd mono-, di-, tri- i polizaharide. Spre deosebire de celula vegetal, n structura bacteriilor nu intr celuloza. Glucidele ndeplinesc, dup caz, rol plastic, energetic sau de material de rezerv.

Lipidele, prezente n celula bacterian n proporie de 1 20 % din greutatea uscat a bacteriilor, pot fi din punct de vedere chimic, gliceride, fosfatide, steride i ceruri. Fosfatidele i cerurile sunt prezente cu precdere la bacteriile acido-alcalo-alcoolo-rezistente din genul Mycobacterium. Cu excepia micoplasmelor, bacteriile nu conin colesterol.

Alturi de glucide, lipidele constituie rezervele nutritive ale celulei bacteriene cu un potenial energetic crescut.

Acizii nucleici. Spre deosebire de virusuri, care conin un singur tip de acid nucleic, n celula bacterian sunt prezeni ambii acizi nucleici.

Acidul dezoxiribonucleic (ADN) reprezint aproximativ 1(5 din coninutul celulei, fiind constituientul nucleoidului, respectiv al cromozomului bacterian i al plasmidelor (fragmente de material genetic extracromozomal).

Acidul ribonucleic (ARN), se gsete n citoplasm sub cele trei forme diferite sub aspectul mrimii moleculei i al funciei biologice pe care o ndeplinesc n mecanismul sintezei proteinelor: ARN mesager, ARN de transport sau solubil i ARN ribozomal.

ARN-ul total constituie 10 20 % din greutatea uscat a celulei.

Rolul biologic al acizilor nucleici este acelai la toate organismele vii. El a fost menionat la structura celulei bacteriene i urmeaz a fi detaliat n capitolul de genetic microbian.2.2.2.2. NUTRIIA LA BACTERII

Microorganismele, ca i celelalte organisme vii, sunt caracterizate printr-o activitate fiziologic nentrerupt, mai mult sau mai puin intens, n cursul creia cresc, se divid ,i modific structura, compoziia chimic i poziia n mediu, etc. Exercitarea acestor activiti presupune prezena n mediile lor de via a unor substane nutritive utilizabile n sinteza constituienilor celulari (surse plastice) i a unor surse de energie .

Exigene i tipuri nutritive la bacterii

Posibilitile bacteriilor de a folosi diverse surse plastice i energetice sunt extrem de variate.

Considerate n ansamblu, microorganismele sunt cele mai omnivore organisme cunoscute, deoarece i realizeaz metabolismul folosind cele mai diverse surse de substane nutritive: de la N molecular, CO2 i S, pn la substanele organice complexe.

In raport cu sursa de energia pe care o utilizeaz n procesul de nutriie, bacteriile se ncadreaz n dou tipuri principale :

- tipul fototrof care utilizeaz energia luminoas transformnd-o n energie de legare chimic cu ajutorul unor pigmeni asemntori clorofilei;

- tipul chimiotrof, lipsit de pigmeni fotosintetizani, pentru care unica surs de energie o reprezint reaciile biochimice de oxidoreducere.

Pe baza capacitii de a utiliza substanele anorganice i organice ca surse de material de sintez i energie se difereniaz :

- tipul litotrof ( lith = piatr ) sau autotrof ( n sensul de independent , liber ) cruia i aparin bacteriile capabile s-i sintetizeze toi constituenii celulari pornind de la surse simple anorganice de C i de N ca : CO2 , NH3, NO2 ,NO3 ,etc.;

- tipul organotrof sau heterotrof n care se ncadreaz bacteriile dependente de materia organic, care nu se pot dezvolta dect n prezena substanelor organice ca surse de energie , C i N .

Deci, n timp ce autotrofele prin sintezele lor genereaz substane organice, heterotrofele le descompun.

Ansamblnd cele dou criterii, bacteriile fototrofe pot fi mprite n fotoautotrofe ( fotolitotrofe ) i fotoorganotrofe ( fotoheterotrofe ), iar bacteriile chimiotrofe se pot clasifica , de asemenea, n chimioautotrofe ( chimiolitotrofe ) i chimioorganotrofe ( chimioheterotrofe Deoarece bacteriile autotrofe nu intereseaz bacteriologia medical i medical-veterinar, n continuare vor fi menionate numai sursele de substane organice pentru cele mai importante elemente biogene necesare bacteriilor chimioheterotrofe, categorie n care se ncadreaz majoritatea bacteriilor patogene.

Principala surs de carbon pentru aceste bacterii o reprezint glucidele i polialcoolii. Sursele de azot organic sunt reprezentate n primul rnd de aminoacizi, urmai n cazul a numeroase specii, de alte substane cu azot diferite ca grad de complexitate: uree, peptone, proteine . Unele bacterii patogene pot folosi i surse de azot anorganic, cum este amoniacul rezultat din hidroliza ureei sau din reducerea nitrailor n nitrii i a nitriilor n amoniac.

Inafar de carbon i azot, toate bacteriile au nevoie de macroelemente (P, S, O, H, K, Mg, Fe, Ca,Mn etc.) i microelemente ( Cu, Zn, Mo etc.), acestea din urm fiind indispensabile activitii catalitice a unor enzime.

2.2.2.3 METABOLISMUL BACTERIAN

Prin analogie cu celula vegetal i animal, metabolismul bacterian implic totalitatea reaciilor biochimice catalizate enzimatic care permit bacteriilor s obin din nutrieni, att compuii necesari pentru sinteza constituienilor celulari, ct i energia necesar pentru aceste sinteze i pentru alte activiti care necesit consum de energie. Activitatea metabolic a bacteriilor poate fi difereniat n metabolism energetic care include catabolismul i respiraia i metabolism de sintez sau anabolismul.

2.2.2.3.1 Catabolismul

Substraturile exogene care pot constitui surse energetice i plastice pentru bacteriile heterotrofe sunt reprezentate n majoritatea cazurilor de compui organici cu structur complex : proteine, glucide, lipide. Eliberarea energiei prin procesele de catabolism se realizeaz treptat, n trei faze distincte.

Faza I .

Macromoleculele sunt dezansamblate n unitile lor de construcie: proteinele n aminoacizi, polizaharidele n monozaharide, iar lipidele n glicerol i acizi grai. In aceast prim faz se elibereaz de obicei mai puin de 1% din energia total a macromoleculelor care se pierde n bun parte sub form de cldur.

Faza II.

Aminoacizii, monozaharidele i acizii grai rezultai n prima etap sufer o degradare incomplet cu formarea de produi intermediari - amoniac, acid piruvic, acizi grai inferiori, etc.- bioxid de carbon i ap. Energia eliberat reprezint aproximativ o treime din energia total a substraturilor iniiale.

In aceast faz, hexozele pot fi metabolizate pe ci diferite - calea glicolizei, calea Entner-Doudoroff sau calea hexozomonofosfatului - dar produii finali nu sunt foarte diferii. In mod similar , aminoacizii pot fi catabolizai pe ci diferite , dar, indiferent de calea utilizat , rezultatul const n formarea de acetil-Co A sau de intermediari ai ciclului acizilor tricarboxilici ( ciclul Krebs ) .

Faza III

In cursul acestei faze, produii intermediari sunt descompui n CO2 i H2O pe calea acizilor tricarboxilici, rezultnd, de regul, cantitatea maxim de energie. Nu toate substraturile ajung ns la aceast ultim faz. In multe cazuri, degradarea se oprete la produii intermediari care sunt deseori preluai sub form de precursori i introdui n filiera reaciilor anabolice sub aciunea enzimelor biosintetizante.

Pentru produii finali rezultai din activitatea catabolic, celula bacterian dispune de multiple ci de utilizare, i anume :

-hidrogenul rezultat din procesele de oxidare este introdus n circuitul respirator pentru reaciile de reducere cu cedare ctre ali acceptori.

-oxigenul rezultat n urma reaciilor de reducere este valorificat n procesele de oxidare;

-energia rezultat n diferite etape ale catabolismului este utilizat n procesele endergonice (consumatoare de energie) ale biosintezelor celulare.

2.2.2.3.2 Respiraia

Bacteriile ,ca toate celelalte vieuitoare, respir, ceea ce n sensul obinuit al cuvntului nseamn c ele consum oxigen pentru a produce cu ajutorul lui reacii chimice exoterme eliberatoare de energie. Pasteur a observat cel dinti c unele specii bacteriene triesc i se nmulesc n absena oxigenului mai bine chiar dect n prezena lui, deci respir fr oxigen. Aceast constatare, pe lng altele, a dus la o lrgire a coninutului noiunii de respiraie, n sensul c se numete proces respirator orice reacie chimic eliberatoare de energie care se petrece ,,in vivo" n prezena sau n absena oxigenului.

Bacteriile chimiotrofe i procur cea mai important parte a energiei prin procesul de respiraie celular, care const ntr-o succesiune de reacii de oxido-reducere biologic ce pot avea loc n aerobioz sau anaerobioz. Principala surs de energie o constituie glucidele, n special glucoza (fig. 10).Prin oxidoreducere biologic se nelege pierderea atomilor de H (e i H+) din molecula unei substane chimice ( S ) care se oxideaz elibernd energie i transferul lor ctre o substan acceptoare ( A ), care se reduce, conform ecuaiei:SH2 ( A< => S ( AH2 ( energie

Respiraia la bacterii se rezum n esen, la preluarea hidrogenului rezultat din reaciile catabolice prin intermediul unor enzime numite dehidrogenaze i cedarea lui ctre un acceptor final care poate fi oxigenul sau alt substan.

Dup natura acceptorului final de electroni de H , respiraia bacterian este de trei feluri:

- respiraia aerob (oxibiotic), un proces de oxidare complet a substraturilor cu ajutorul oxigenului molecular ca acceptor final de H i eliberarea unei cantiti mari de energie (de exemplu, glicoliza) ;

- respiraia anaerob (anoxibiotic) n care acceptorul final de H poate fi orice substan anorganic, exceptnd oxigenul;

- fermentaia, un proces de oxidare parial, care are loc n condiii de anaerobioz sau n prezena oxigenului dar fr intervenia lui i n care electronii din structura unei substane organice sunt transferai pentru a se forma ali compui organici. Energia este obinut, aadar, prin utilizarea compuilor organici att ca donatori ct i ca acceptori de electroni. Spre deosebire de respiraia aerob, n cursul fermentaiei se elibereaz o mic parte din energia coninut n substratul iniial, rezultnd numeroi produi de degradare parial, care difer n funcie de microorganismul care a produs fermentaia (fig.11).

Fig. 10 Glicoliza i fermentarea glucozei

Fig. 11 Produii de fermentaie a glucozei relizat de unele bacterii i levuriDeoarece eliberarea brusc a energiei din substraturile oxidate - ntr-o singur treapt (aa cum arat reacia de mai sus) - ar fi duntoare pentru celul, transferul hidrogenului ctre acceptor se realizeaz n mai multe etape, cu participarea unui ntreg arsenal de enzime respiratorii (dehidrogenaze piridinice, flavinice, citocromi) .Ele se reduc i se oxideaz succesiv prin preluarea i respectiv cedarea hidrogenului de la una la alta ctre acceptorul final, constituind sistemul transportor de electroni sau catena de respiraie celular.O parte din energia eliberat prin oxido-reduceri este utilizat direct pentru unele funcii celulare (transportul activ al nutrienilor, biosinteze, mobilitate etc.) iar energia suplimentar (care depete nevoile de moment ale celulei bacteriene) este nmagazinat n macromolecule de adenozin-trifosfat (ATP) - compus macroergic care deriv din acidul adenozin-monofosforic (AMP) prin dou fosforilri oxidative consecutive, cuplate cu lanul respirator.2.2.2.3.3 Anabolismul

Anabolismul const n reacii enzimatice prin care se efectueaz sinteza constituienilor celulari, pornind de la produii intermediari ai catabolismului sau de substanele preluate din mediu.

Ca i procesele de catabolism, reaciile de biosintez se realizeaz tot n trei faze care se succed n sens invers:

- producerea de subuniti care vor intra n componena macromoleculelor specifice fiecrui constituient celular;

- activarea subunitilor cu ajutorul energiei eliberate prin descompunerea compuilor macroergici de tip ATP (adenozin-trifosfat) n care a fost stocat pe parcursul degradrii diferiilor compui ;

- formarea de macromolecule prin polimerizarea sau condensarea subunitilor activate.

Totui, cile catabolice i anabolice pentru un anumit substrat nu sunt complet reversibile. Reaciile anabolice au ca punct de plecare , de cele mai multe ori, compui intermediari foarte diferii de cei care rezult din catabolismul compusului respectiv iar enzimele implicate sunt parial diferite . De exemplu, catabolismul serinei duce la formarea de piruvat, n timp ce sinteza ei ncepe de la 3-fosfoglicerat; histidina este catabolizat la (-cetoglutarat, iar sinteza ei este iniiat de la ribozo-5-fosfat; degradarea glicogenului la acid lactic este catalizat de 12 enzime dintre care numai 9 catalizeaz reacii reversibile .

2.2.2.4. CRESTEREA I MULTIPLICAREA BACTERIILOR

2.2.2.4.1 Creterea bacteriilor

Creterea se poate realiza uni- sau multidimensional, n funcie de locul i modalitatea de dispunere a substanei nou elaborate.

Dup Lamanna (cit. de Zarnea, 1984), exist urmtoarele posibiliti teoretice de cretere a celulei bacteriene:

- creterea la una din extremiti ;

- cretera la ambele extremiti ;

- creterea n vecintatea constituirii viitorului sept de diviziune ;

-creterea prin intususcepiune (depunerea de substan nou diseminat i intercalat printre constituienii celulari preexisteni);

- cretere prin depunerea materialului nou n zona periferic a celulei (limitrof nveliului).

In cursul creterii celulei bacteriene, raportul suprafa / volum se micoreaz treptat datorit faptului c n timp ce suprafaa bacteriilor crete cu o raie ptratic, volumul lor se mrete cu o raie cubic. Ori, activitatea normal a bacteriilor este condiionat de existena unui raport optim ntre volumul celulei, care consum i suprafaa ei, prin care se face absorbia substanelor nutritive i eliminarea cataboliilor. In consecin , pe parcursul creterii, aportul de substane nutritive din mediu satisface din ce n ce mai puin exigenele metabolice ale celulei iar echilibrul ei chimic se altereaz deoarece circulaia substanelor prin difuzie n ambele sensuri devine mai dificil. Din cauza acestor perturbri, atunci cnd disproporia dintre suprafa i volum atinge un anumit punct critic, raportul lor adecvat se restabilete prin diviziunea celulei. Astfel, diviziunea celular este prin ea nsi o form necesar de reglare a activitii celulei bacteriene (Buiuc i colab., 2002)2.2.2.4.2. Multiplicarea bacteriilor

Spre deosebire de organismele pluricelulare la care multiplicarea celulelor duce la mrirea taliei individului, la bacterii i la toate celelalte organisme unicelulare, ea are ca rezultat creterea numrului de indivizi i implicit a populaiei respective.

Majoritatea speciilor bacteriene se multiplic prin diviziune direct (diviziune simpl, sciziparitate) iar un numr redus de grupuri taxonomice se poate multiplica pe alte ci: prin corpi elementari, ramificare, nmugurire, spori.

Multiplicarea prin diviziune direct const n scindarea unei celule bacteriene care a atins punctul critic de cretere n dou celule-fiice, cel mai frecvent identice. La bacteriile de form alungit (bacili, spirochete), diviziunea se face transversal dup un plan perpendicular pe marele ax al celulei, n centrul acesteia i rareori excentric. La coci, diviziunea se poate realiza dup unul, dou sau trei planuri perpendiculare succesive.

In urma diviziunii, celulele rezultate se pot separa sau, la numeroase specii, pot s rmn unite una sau mai multe generaii realiznd grupri caracteristice cu valoare taxonomic.

Diviziunea celulei bacteriene este precedat i iniiat de replicarea semiconservativ a ADN-ului cromozomial. Nucleoizii nou formai sunt segregai prin intervenia mezozomilor, astfel nct cele dou celule surori vor fi dotate cu o copie a genomului celulei parentale

Multiplicarea prin corpi elementari a fost descris la chlamidii, la care, pe lng diviziunea direct exist posibilitatea desfurrii unui ciclu vital. Punctul de plecare al acestui ciclu este reprezentat de corpii elementari-structuri corpusculare mici (0,20,5micrometri), electronoopace. In celula gazd, fiecare corp elementar crete transformndu-se n corp iniial sau reticulat (0,8 1,5 micrometri), care se multiplic prin diviziune direct. Celulele fiice rezultate se vor reorganiza transformndu-se n corpi elementari.

Multiplicarea prin ramificare, nmugurire i spori - proprie ciupercilor microscopice (micei filamentoi i levuri) este ntlnit doar la actinomicete i unele bacterii fotosintetizante.2.2.2.4.2.1 Dinamica multiplicrii bacteriilor

Deoarece examinarea direct a bacteriilor n diferite medii naturale este foarte dificil, se cunosc puine date referitoare la multiplicarea populaiilor bacteriene n natur (Zarnea, 1994).

Cultivarea bacteriilor n laborator a permis ns un studiu detaliat al dinamicii procesului de multiplicare n condiii experimentale i al relaiilor dintre multiplicare i factorii de mediu.

S-a constatat astfel c o cultur bacterian prezint n cursul existenei sale patru faze, distincte prin viteza de multiplicare a germenilor i prin numrul de celule vii pe unitatea de volum.

Aceste faze sunt: faza iniial de adaptare ,de laten sau de lag, faza de multiplicare exponenial sau logaritmic, faza staionar i faza de declin.

Multiplicarea n mediile lichide.

Faza de laten este cuprins ntre momentul introducerii celulelor bacteriene n mediu, prin nsmnare sau transplantare i momentul cnd ele ncep s se multiplice (n medie, 2 ore), perioad n care cultura nu este vizibil macroscopic.

Faza de multiplicare exponenial sau logaritmic se caracterizeaz prin multiplicarea celulelor bacteriene, la debut cu o vitez progresiv mrit, apoi ntr-un ritm constant i caracteristic pentru fiecare specie bacterian. La majoritatea bacteriilor patogene, n condiii optime , diviziunile se succed la intervale de 20-30 de minute, timp care reprezint vrsta unei generaii i care este urmat de dublarea populaiei bacteriene.

Durata fazei de multiplicare logaritmic este n medie de 6-24 de ore

Faza staionar urmeaz unei scurte perioade (aproximativ 2 ore) n care multiplicarea nu se mai produce n progresie geometric ci ntr-un ritm care scade progresiv. Incetinirea multiplicrii este determinat de modificarea mediului de cultur (scderea concentraiei nutrienilor, acumularea metaboliilor toxici n concentraii inhibitorii, reducerea coninutului n oxigen, etc.), dar mai ales de realizarea unei concentraii maxime de celule bacteriene pe unitatea de volum (3(107 - 3(109 pe ml).

O dovad a faptului c principala cauz este o problem de spaiu, o constituie multiplicarea de nlocuire care caracterizeaz aceast perioad, n care rata de cretere a populaiei bacteriene este nul. Practic, diviziunile continu numai n limita disponibilitilor de spaiu create prin moartea unor celule.

Aceast faz dureaz de la cteva ore pn la 7-8 zile, n funcie de specie.

Faza de declin se caracterizeaz prin absena diviziunilor i moartea logaritmic a celulelor bacteriene pn la sterilizarea mediului. Cauzele care duc la moartea bacteriilor sunt multiple i sunt legate n special de epuizarea substane nutritive, diminuarea rezervelor respiratorii i aciunea toxic exercitat de cataboliii acumulai n mediu. Uneori un numr mic de bacterii poate supravieui cteva sptmni sau luni pe seama substanelor nutritive eliberate prin autoliza celulelor moarte. Fenomenul este cunoscut sub denumirile de reluarea creterii, cretere criptic sau canibalism. S-a estimat c pentru un supravieuitor sunt necesare substanele provenite de la aproximativ 50 de celule moarte (Grecianu A., 1986 ).

In faza de declin, bacteriile prezint un polimorfism accentuat determinat de prezena celulelor mbtrnite, cu forme atipice (celule sferice, mici sau gigante, deformate, filamentoase, ramificate, etc.) i cu afinitate tinctorial sczut. Evitarea erorilor generate de aceste modificri reclam efectuarea examenelor pentru ncadrarea taxonomic, testarea patogenitii, testarea sensibilitii bacteriilor .a., numai pe culturi n faza exponenial.

Multiplicarea bacteriilor pe mediile solide.

Particularitile multiplicrii pe mediile solide se datoreaz n primul rnd absenei micrilor browniene care asigur dispersarea bacteriilor n masa mediilor lichide i accesul nediscriminatoriu al celulelor la resursele nutritive. Prin urmare, att pe suprafaa ct i n profunzimea mediilor solide, n urma multiplicrii rezult aglomerri de milioane de bacterii care, n funcie de abundena inoculului i activitatea aparatului ciliar, pot mbrca macroscopic dou forme: colonia izolat i gazonul bacterian.

Colonia reprezint o mas compact de celule rezultate, de regul, din multiplicarea unei singure celule bacteriene.

Dup declanarea fazei logaritmice, diviziunile se distaneaz treptat pe msur ce colonia crete, deoarece ntre celulele bacteriene care o compun se creeaz diferene privind posibilitile de acces la substanele nutritive din mediu sau la oxigen (n cazul speciilor aerobe) n funcie de poziia lor: limitrof mediului sau n centrul coloniei. Celulele de la periferia coloniilor, deoarece beneficiaz de un aport optim de oxigen i de nutrieni, se multiplic activ n timp ce bacteriile din centrul coloniei pot fi moarte.

Dezvoltarea unei colonii bacteriene este condiionat nu numai de interaciunile celulelor individuale ci i de influena coloniilor vecine; cu ct coloniile sunt mai numeroase i mai dese, cu att sunt mai mici, din cauz c se jeneaz reciproc prin eliminarea de metabolii toxici i prin diminuarea concentraiei nutrienilor.

Gazonul reprezint cultura care rezult prin confluarea coloniilor n cazul unui inocul abundent, sau prin invazia mediului de ctre bacteriile ciliate peritrich,- fenomen numit roire sau crare.2.3. MORFOLOGIA I BIOLOGIA SPORULUI

BACTERIAN

Sporul bacterian este o form de rezisten a unor specii bacteriene n condiii nefavorabile pentru celula vegetativ.

Procesul de formare a sporului are loc n interiorul celulei vegetative (endospor) i poart denumirea de sporogenez. In condiii de mediu optime are loc germinarea sporului, din care va rezulta o nou celul vegetativ.

Faptul c ntr-o celul vegetativ se formeaz un singur spor, iar prin germinarea acestuia rezult o singur celul vegetativ, demonstreaz c sporogeneza la bacterii nu reprezint o cale de nmulire. Excepie fac actinomocetele, singurele bacterii la care, ca i la ciupercile microscopice, sporul reprezint o form de reproducere.

Speciile sporogene patogene pentru om i animale aparin genurilor Bacillus i Clostridium. 2.3.1. Sporogeneza

Sporogeneza este un proces de formare n interiorul celulei bacteriene a unei celule de tip nou, diferit din punct de vedere chimic, enzimatic i fiziologic.

In celula vegetativ, asupra genelor care codific acest proces acioneaz inhibitor un represor sintetizat pe baza unor compui chimici preluai din mediu. Cnd substanele respective sunt epuizate i represorul nu mai este prezent n celul, genele sunt depresate i se exprim fenotipic prin declanarea procesului de sporogenez. Ali factori care influeneaz favorabil sporogeneza sunt: anumite limite de temperatur (la Bacillus anthracis ntre 18o C i 420 C), uscciunea, o anumit densitate a germenilor pe unitatea de volum etc.

Sporogeneza evolueaz n trei faze succesive: stadiul preparator, formarea presporului i maturarea acestuia (fig. 13).

Fig. 13 Fazele sporogenezei: 1 celula bacterian n stadiul premergtor sporogenezei; 2 scindarea materialului genetic cromozomal; 3 formarea presporului prin constituirea septului de sporogenez; 4 formarea cortexului; 5,6 formarea celorlalte nveliuri sporale; 7 spor liber (dup Rducnescu H. i col.,1986).

Pregtirea celulei pentru procesul de sporogenez const n replicarea semiconservativ a AND-ului nuclear cu formarea a doi cromozomi distinci.

Formarea presporului presupune, ntr-un stadiu incipient, separarea celor doi cromozomi printr-un sept transversal rezultat din invaginarea membranei citoplasmatice. Cele dou segmente celulare vor evolua pe ci diferite, unul devenind prespor iar cellalt, sporangiu.

Sporangiul se autolizeaz elibernd sporul (ex. Bacillus cereus), sau rmne ataat de spor un timp nedefinit (ex. Clostridium tetani.Maturarea sporului se realizeaz prin urmtoarele transformri care se petrec n prespor:

morfogeneza nveliurilor sporale;

apariia unor compui chimici specifici, inexisteni n celula vegetativ;

reducerea sensibil a activitii metabolice;

dobndirea rezistenei la factorii fizici i chimici fa de care celula vegetativ este sensibil.

2.3.2. Morfologia sporului

In frotiuri, sporii se pot gsi liberi, ataai de celula n care s-au format sau n interiorul acesteia, avnd form rotund, oval sau cilindric. In cazul cnd sporul rmne n interiorul sporangiului el poate fi aezat central, subterminal (n apropierea unui capt), terminal (la unul din capete) sau lateral (fig. 14).

Diametrul sporului poate fi egal, mai mare sau mai mic n comparaie cu diametrul transversal al celulei bacteriene. In funcie de poziia sporului i raportul dintre cele dou diametre, bacteriile sporulate pot adopta diferite forme cu semnificaie taxonomic, i anume:

bacil nedeformat (bacteridie) cu sporul situat central, caracteristic pentru bacteriile din genul Bacillus;

bacil deformat de sporii care depesc diametrul transversal al celulei vegetative (clostridie), avnd aspect de:

lmie, cnd sporul este situat central;

sticl de lamp de petrol, cnd sporul este situat subterminal;

rachet de tenis sau b de chibrit, cu spor sferic terminal;

bacil asimetric cu sporul excentric, caracteristic speciei Bacillus laterosporus.

Fig.14 Raporturi posibile ntre spor i sporangiu:

1 spor liber; 2 spor central nedeformant; 3 6, diferii spori cu diametrul transversal mai mare dect al celulei (3 - central; 4 subterminal; 5 terminal; 6 lateral).

2.3.3. Ultrastructura sporului

Prile componente ale sporului bacterian sunt redate n figura 15.

Fig.15 Anatomia sporului: 1 smburele sporului; 2 sporoplasma; 3 nucleoplasma; 4 ribozomi; 5 cortex; 6 - nveliuri sporale externe; 7 exosporium.1. inima sporului numit i smbure, ,, core sau protoplast sporal, cuprinde:

sporoplasma, corespunztoare citoplasmei, dar mai dens i cu aspect granular, i

materialul nuclear sau nucleoplasma. 2. membrana intern (intina), similar membranei citoplasmatice, care rezult din creterea septului sporal n jurul protoplastului;

3. cortexul sporal constituit din peptidoglican modificat, similar peretelui bacterian;

4. nveliul extern (exina sau tunicile sporale), pluristratificat;

5. exosporium, un nveli suplimentar analog capsulei, prezent numai la sporii anumitor specii;

6. corpii parasporali, formaiuni cristaloide obseservate pe suprafaa sporilor unor specii bacteriene patogene pentru insecte (ex. Bacillus thuringiensis)

Afinitile tinctoriale ale sporului difer de cele ale celulei vegetative, astfel nct prin metoda Gram se coloreaz palid numai conturul sporului, nu i coninutul. Pentru colorarea acestuia sunt necesare metode energice, care presupun colorarea la cald cu soluii concentrate, capabile s impregneze structurile dense ale sporului.

2.3.3.4. Particularitile sporului