Uvrstitev mikroorganizmov v svet živih organizmov

Prve, najenostavnejše oblike življenja so se pojavile na Zemlji pred več kot tremi milijardami let. Tekom evolucije so se te enostavne oblike spreminjale in izpopolnjevale, tako da danes na našem planetu živi nekaj milijonov različnih vrst živali, rastlin in mikroorganizmov. Na tisoče jih bodo še odkrili in znanstveno opisali.

Svet mikroorganizmov vključuje množico mikroskopskih organizmov, ki so ena sama celica ali so drobni večcelični organizmi, sem štejejo tudi virusi, viroidi in prioni, ki so necelični.

 

 

Evolucijska razmerja med živimi organizmi

Evolucija življenja uči, da se je živo razvilo iz ene skupne pracelice, ki je nastajala nekaj sto milionov let iz neživega. Izvor te celice še ni dokazan, predvidevajo pa, da bodo tako pracelico našli v močvirjih.

Celice se po strukturi razlikujejo, so pro- in evkariotske, vendar celična zgradba ne odraža sorodnosti med organizmi.

Z novimi raziskovalnimi metodami, s katerimi ugotavljamo redosled nukleotidov v nukleinskih kislinah celic, smo prišli do natančnega določanja sorodnosti med organizmi in do novih spoznanj.

Danes se za ugotavljanje sorodnosti med organizmi primerjajo sekvence nukleotidov v ribosomski RNK – večja ko je skladnost sekvenc, večja je sorodnost.

 

S preučevanjem rRNK so ugotovili, da obstajajo 3 ločene vzporedne celične linije, 2 prokariotski (bakterije in arheje – arheje so odkrili šele 1970) in 1 evkariotska.

 

 

Skupine mikroorganizmov

 

• Protozoa,
• mikroskopske alge,
• glive: kvasovke, plesni,
• modrozelene alge,
• arheje,
• virusi,
• (viroidi, prioni).

 

 

Mikroorganizmi v okolju

 

Mikroorganizmi so prisotni praktično povsod. Nahajajo se v hrani, v vodi, ki jo pijemo in uporabljamo za umivanje in pranje, na naši posodi in perilu. Zrak, ki ga vdihavamo je poln mikrobov. Lahko se nahajajo v neverjetnih okoljih, kjer ne preživi noben drug organizem. Lahko živijo kilometre v zemeljski notranjosti. Najdemo jih v vročih termalnih vrelcih, pri temperaturi 90 °C, nekaj malega tudi pri temperaturi 250 °C. Nekateri uspevajo v žvepleni kislini, drugi spet v destilirani vodi.

Naseljujejo površine ljudi, živali in rastlin. Dobro rastejo v ustih in črevesju (⅓ človeškega blata so bakterije). V človeškem organizmu je stalno prisotnih na milijarde mikroorganizmov, t.j. normalna mikroflora (vsa mezodermalna tkiva zdravih ljudi so sterilna).

 

 

Vloga mikroorganizmov v prehranjevalni verigi

 

Vsi živi organizmi morajo biti sposobni spreminjati kemične spojine iz okolja v take snovi, ki jih lahko vgradijo v svoje celice. Kemične reakcije, ki se pri tem odigravajo imenujemo metabolizem. Kot razgrajevalci oz. dekompozitorji imajo mikrobi odločilno vlogo v biogeokemičnem ciklusu, v katerem sproščajo hraniva za proizvajalce organske hrane, t. j. fotosintetske organizme (zelene rastline in alge).

Enostavne anorganske snovi se spreminjajo v zamotane organske spojine v fotosintetskih organizmih, ki so vir hrane za vse živalske potrošnike. Ta hraniva se končno nahajajo v telesih rastlin in živali. Trupla živali in rastline mikrobi predelajo nazaj v enostavne kemične sestavine, ki jih spet porabijo fotosintetski organizmi.

Na Zemlji se tako stalno odvijajo procesi razgradnje in sinteze, pri katerih se materija in energija pretvarjata iz ene oblike v drugo. Pri tej pretvorbi imajo mikroorganizmi neprecenljivo vlogo.

 

 

 

Vloga mikroorganizmov v človekovem življenju

 

 

Površen opazovalec opazi pomen mikroorganizmov najprej po škodi, ki jo ti povzročajo ljudem, živalim in rastlinam. S temi mikrobi, ki povzročajo bolezni, se ukvarja humana in veterinarska mikrobiologija in fitopatologija. Tudi na drugih področjih so mikroorganizmi večkrat nezaželeni (v naravi, industriji…), vendar pa nesporno velja, da je njihova koristna vloga dominantna.

Ker je učbenik namenjen študentom zdravstvene nege in bo torej v njem poudarek na humani medicinski mikrobiologiji, bomo pozitivno vlogo mikroorganizmov v človekovem življenju prikazali na kratko v uvodnem delu.

 

Že iz davnine uporabljamo bakterije in glive v gospodinjstvih in industriji.

 

Sodelujejo pri:

• proizvodnji piva (kvasovke),
• izdelavi mlečnih proizvodov (mlečnokislinske bakterije),
• izdelavi kruha (Saccharomyces cerevisiae – kvasovka),
• fermentaciji zelja v kislo zelje (glive),
• izdelavi kisa (bakterije, ki tvorijo ocetno kislino),
• nastanku čokolade (delovanje kvasovk na kakavova zrna),
• proizvodnji acetona in 2- propanola iz odpadkov bogatih z ogljikovimi hidrati (g. Clostridium in Bacillus).

 

Novo obdobje v zdravljenju infekcijskih bolezni se je začelo z odkritjem antibiotikov, ki so produkti plesni in bakterij:

• sinteza steroidnih hormonov in karotinoidov (plesni),
• sinteza aminokisline – glutaminska kislina iz sladkorja in amonijevih soli (Corynebacterium glutaminicum)
• danes so znane mutante, ki sintetizirajo mnoge aminokisline, nukleotide in druge “biokemikalije” v velikih količinah.

 

Mnoge bakterijske encime uporabljamo v predelovalni industriji:

• amilaze za hidrolizo škroba,
• proteaze za strojenje kož,
• pektinaze za bistrenje sadnih sokov,
• nekatere surovine, ki jih je na Zemlji v izobilju (zemeljski plin, nafta, celuloza) se samo s pomočjo mikroorganizmov lahko pretvorijo v celično snov (biomaso).

 

Mikrobi so pomembni simbionti v želodcu prežvekovalcev (rumen). Prežvekovalci sami nimajo encimov za razgradnjo celuloze.

S pomočjo mikrobov dobivamo tudi energijo. Z razgradnjo hlevskega gnoja nastaja metan, gorivo za motorna vozila in ogrevanje. Za pretvorbo naših odpadkov v koristno energijo, bodo ti “biološki generatorji” lahko zelo pomembni kot vir energije v industriji in gospodinjstvih.

 

Mikroorganizmi so lahko male biološke tovarne, ki proizvajajo koristne produkte, kot so: dodatki hrani, stabilizatorji živil, začimbe, zdravila, cepiva…

 

Hitro se razvija področje industrijske mikrobiologije – biotehnologija. Največ obeta gensko inženirstvo, ki so ga legalizirali leta 1980 v ZDA. Gensko inženirstvo je, na kratko, izolacija gena, ki ima informacijo za sintezo določene želene substance in vgraditev tega gena v bakterijo oz. glivo, ki nato proizvaja želeni produkt.

Nova industrija izkorišča delovno moč milijonov drobnih živih celic, ki imajo zavidljivo sposobnost prilagajanja, enostaven in hiter način razmnoževanja, relativno enostavno ter poceni prehrano in proizvajajo veliko človeku koristnih snovi.

 

 

 

Medicinska mikrobiologija

 

 

Je področje mikrobiologije, ki obravnava bakterije, glive in viruse, ki povzročajo bolezni pri človeku. Ukvarja se z ustrojem teh drobnih, s prostim očesom nevidnih organizmov, z njihovimi lastnostmi, ki pogojujejo nastanek bolezni. Obravnava tudi reakcije človeka, ki je tekom svoje evolucije razvil učinkovit obrambni sistem. Vključuje preventivne metode, ki nam pomagajo, da do bolezni ne pride. Preučuje pota širjenja mikroorganizmov in s tem pota širjenja bolezni. Obravnava sredstva in metode za uničevanje miikroorganizmov, tako v okolju kot v človeku.

 

 

Celični organizmi, prokaritske in evkariotske celice

 

 

Vsi živi organizmi na našem planetu se dele na celične in necelične (acelularne). Celični so lahko ena sama celica ali ogromno celic. Necelični organizmi so zgrajeni iz manjšega ali večjega števila molekul, makro- in mikromolekul.

 

 

Celični organizmi

 

Vsi (živali, rastline, mikrobi) imajo celo vrsto skupnih lastnosti. Zgrajeni so iz celic (nekaj ali zelo veliko) ali so ena sama celica. Enocelični so mikroorganizmi, rastline in živali so večcelične.

 

Vsi vsebujejo 3 osnovne molekule:

• deoksiribonukleinsko kislino DNK,
• ribonukleinsko kislino RNK,
• beljakovine (encimi).

 

Predvsem encimi omogočajo celicam življenjske aktivnosti in sintezo ostalih sestavin, t.j. ogljikovih hidratov in maščob.

Z odkritjem elektronskega mikroskopa, ki nam drobne strukture poveča (cca. 50.000 x), so spoznali, da so celice dveh tipov, pro- in evkariotske.

 

 

Prokariotske celice

 

Ime izvira iz grščine (protis – primitiven, enostaven; karyon – jedro). To so torej celice s primitivnim jedrom.

 

Njihove najpomembnejše značilnosti, ki jih ločijo od evkariotskih celic so:

• so najmanjše celice (njihova povprečna velikost je 1 – 4 μm),
• nimajo izoblikovanega jedra,
• nimajo jedrne membrane,
• ne delijo se z mitozo,
• membranskih struktur, kot so mitohondriji, kloroplasti, golgijev aparat, endoplazmatski kanali in lizosomi, nimajo, imajo pa mezosome in ribosome,
• celično membrano ovija celična stena, ki je iz peptidoglikana,
• nekatere imajo flagele,
• metabolizem imajo zelo zapleten in raznovrsten.

 

 

Evkariotske celice

 

Ime je tudi izpeljano iz grščine (eu – pravi; karyon – jedro). To so torej celice s pravim jedrom.

 

Njihove značilnosti so:

• so večje od prokariotskih (večinoma več kot 5 μm),
• jedro je jasno izoblikovano in ločeno od citoplazme z dvojno jedrno membrano,
• jedro se mitotično deli,
• imajo mitohondrije, protoplaste, endoplazmatske kanale, golgijeve strukture, lizosome…
• celična stena, v kolikor je prisotna, ne vsebuje peptidoglikana,
• nekatere imajo psevdopodije,
• poznajo v glavnem en način metabolizma.

 

 

Necelični organizmi

 

To so organizmi, ki so zgrajeni samo iz manjšega ali večjega števila makro- in mikromolekul. So zelo drobni (velikost nekaj μm). Med seboj se razlikujejo po obliki, velikosti in zgradbi. Vsebujejo samo DNK ali RNK, nekateri imajo še nekaj proteinov, lahko tudi zelo malo encimov.

Vsi so obvezno paraziti: bakterij, rastlinskih, živalskih ali človeških celic.

Sem spadajo virusi in viroidi.

 

1. Bakterije

 

 

Njihove osnovne značilnosti so vsesplošna razširjenost, hitra rast in razmnoževanje, kratka življenjska doba (hitra menjava generacij, genetska spremenljivost), ogromna biokemična zmožnost in spremenljivost metabolizma.

 

 

 

1.1.   Poimenovanje

 

 

Glede na obliko, barvanje, prehrano… razvrščamo bakterije v sistematske skupine: deblo (phillum), red (ordo), družina (familia), rod (genus), vrsta (species).

Vsaka bakterija, kot vsak organizem, je označena z dvemi imeni (C. Linné – binarna latinska nomenklatura): ime rodu (pišemo z veliko začetnico) in ime vrste (pišemo z malo začetnico) – npr. Proteus mirabilis, Streptococcus pneumoniae.

Natančno prepoznavanje oz. identifikacijo mikroorganizmov, tako bakterij kot virusov, omogočajo nove diagnostične metode, ki vključujejo izolacijo nukleinske kisline in determinacijo genov v molekuli nukleinske kisline. Ti postopki, ki so hitri in natančni, se postopno uvajajo kot rutinski diagnostični postopki tudi pri nas.

Sorodnost v sestavi NK je kriterij v sistemizaciji, t.j. uvrščanje sorodnih organizmov v skupine. Sorodnost mikroorganizmov na molekularni ravni definira mednarodna komisija. Po dogovoru te komisije velja, da če imajo organizmi 40 do 60 % homologne DNK (zaporedje baz v NK se ujema), pripadajo istemu rodu, če pa je homolognost v DNK 70 %, jih uvrstimo v isto vrsto.

 

 

1.2.   Morfologija in struktura bakterij

 

 

1.2.1.  Osnovne značilnosti

 

 

1.2.1.1.    Oblika

 

So različnih oblik, v glavnem se pojavljajo v treh osnovnih: kroglasta, paličasta in spiralna.

Leta 1980 je A.E. Walsby opisal štirioglate bakterije, ki so jih našli v naravnih slanih jezerih ob Črnem morju; te je poimenoval Arcula (majhna škatlica).

 

Okrogle bakterije so koki; ti so lahko:

• posamični – mikrokoki,
• dva koka skupaj – diplokoki,
• v verižici – streptokoki,
• nakopičeni v grozd – stafilokoki,
• kadar ostanejo skupaj po 4 celice, so to tetrade, 8 celic v skupini pa imenujemo sarcina.

 

Paličaste bakterije so bacili; ti so lahko:

• cilindrične oblike, ravni ali rahlo zviti,
• dolgi ali kratki,
• posamični ali po delitvi ostanejo skupaj (diplo-, streptobacili),
• se naložijo drug na drugega kot plot – palisade,

 

Spiralne bakterije so lahko:

• prav rahlo upognjene, vejice – vibrio,
• dolge, trde palčke z več spiralnimi zavoji (15 in več) – spirile,
• dolgi, upogljivi mikrobi z mnogimi zavoji – spirohete.

 

 

Sprememba oblike

 

Na obliko vplivajo fizični in kemični dejavniki v okolju. Predvsem kadar gojimo bakterije na umetnih gojiščih v laboratoriju, se njihova tipična oblika spremeni (kroglaste se povečajo, paličaste se zadebelijo…), tem oblikam rečemo involutivne (degenerativne) oblike. Nastanejo zaradi neugodnih vplivov okolja.

 

 

1.2.1.2.    Kemična sestava

 

Zastopani so enaki elementi, v podobnih odstotkih, kot pri vseh celicah. Glavnina je voda, ki jo je v mladih celicah 90 %, v starejših pa 75 %. Suhega ostanka je torej od 10 do 25 %; v njem so zastopani elementi kot so C (50 %), O (20 %), N (15 %), H (8 %), P (3 %), S (1 %).

 

 

1.2.1.3.    Velikost

 

Vse so mikroskopsko majhne. Merimo jih z μm (milijonti del m); v povprečju merijo od 1 do 4 μm. Če bi sestavili 100 okroglih bakterij v vrsto, bi bile za debelino lista.

 

 

1.2.1.4.    Prostornina (volumen)

 

Prostornina bakterijske celice je zelo majhna. Da se bakterijska celica lahko reproducira in živi, so ji potrebni različni encimi, proteini, verjetno nekaj tisoč. Potrebuje tudi NK, lipide, ogljikove hidrate, minerale, vodo… Ker so to tako majhne celice, imajo relativno veliko površino; manjša kot je prostornina, večja (relativno) je površina. Velika površina jim omogoča hitro izmenjavo snovi z okolico. Bakterije lahko v kratkem času izločijo v okolje ogromne količine raznih produktov (encimov in toksinov).

0,6 ml bakterijske suspenzije ima površino pribl. 19 m². Tako površino ima npr. mladenič težak 65 – 70 kg. Ta ogromna površina jim omogoča hiter metabolizem in s tem tudi hitro rast. 500 kg težko govedo sintetizira v 24 urah 0,5 kg beljakovin, 500 kg kvasovk pa v istem času 50.000 kg.

 

 

1.2.2.  Zgradba bakterijske celice

 

Ločimo naslednje osnovne dele:

• ovojnice,
• citoplazma z “jedrom”,
• izrastki na površini bakterijske celice.

 

 

1.2.2.1.    Ovojnice

 

Bakterije imajo lahko 3 različne ovojnice, ki ena vrh druge ovijajo citoplazmo:

• kapsula,
• celična stena,
• citoplazmatska membrana.

Kapsule ne najdemo pri vseh bakterijah. Celična stena je značilna za vse, razen za rod Mycoplasma.

 

 

Kapsula

 

Značilna je za mnoge bakterijske vrste, ki jih obkroža tanjši ali debelejši sloj sluzave, želatinozne mase. Če je kapsula široka, se vidi že v svetlobnem mikroskopu. Bakterije, ki imajo kapsulo, imenujemo inkapsulirane (pnevmokoki, Klebsiella, Bacillus anthracis…)

 

Kemično se sestava kapsule razlikuje pri različnih vrstah bakterij, pa tudi v okviru iste vrste imajo različni tipi bakterij različno sestavo kapsule. Večinoma sestavljajo kapsulo polisaharidi, ki se mrežasto povezujejo; to so celuloza, dekstran, levan, dekstrin… Pri g. Bacillus se mrežasto v polimer povezujejo D- glutaminske kisline, pri Streptococcus sk. A in C pa hialuronske kisline, pod to plastjo pa je proteinska snov. Streptococcus pneumoniae ima kapsulo iz različnih polisaharidov in glede na sestavo kapsule ločimo 80 različnih tipov. V kapsuli se nahajajo kapsularni antigeni, to so komplicirane snovi z visoko molekulsko maso, ki po vstopu bakterij v organizem sprožijo nastanek protiteles.

 

S serološkimi reakcijami določamo kapsularne antigene (K- Ag). Obstaja več seroloških reakcij. Ena od njih je mikroprecipitacija. Kapsula v kontaktu s serumom, v katerem so homologna protitelesa, prične nabrekati (Neufeldov fenomen ali fenomen nabrekanja kapsule). Test se v praksi uporablja za identifikacijo streptokokov, meningokokov, klebsiel…

Debelo kapsulo imajo: g. Pneumococcus, Klebsiella, Bacillus anthracis.

Tanko kapsulo imajo: Meningococcus, β- hemol. Streptococcus, Bordetella pertussis, Haemophilus influenzae…

Kapsulo težko obarvamo z bazičnimi barvili, zato se po Gramu skoraj ne obarva (bel rob).

 

Kapsulo ustvarjajo samo žive bakterije. Lastnost je genetsko determinirana. Včasih inkapsulirane bakterije izgubijo zmožnost ustvarjanja kapsule, če rastejo na umetnih gojiščih brez dodatka nativnih beljakovin (kri, serum). Izguba kapsule je začasna, v organizmu spet delajo kapsulo. Z izgubo kapsule izgube tudi virulenco.

 

Sluzna ovojnica je brezoblična koloidna masa, ki lahko obdaja inkapsulirane bakterije ali take brez kapsule. Bakterijska celica jo izloča ekstracelularno. Vsebuje več vode od kapsule. Na trdnih gojiščih delajo take bakterije sluzave kolonije. Ima enak pomen za bakterijo kot kapsula.

 

Vloga kapsule ni povsem poznana. Verjetno ščiti bakterijo pred zunanjimi vplivi, predvsem pred antibakterijskimi sredstvi kot so lizocimi, kolicini, bakteriofagi in fagociti.

Ugotovljeno je, da kapsula pnevmokokov, piogenih streptokokov, B. antraksa preprečuje fagocitozo teh bakterij. Pri teh vrstah je kapsula vzrok njihove virulence.

 

 

Celična stena

 

Je elastična in trdna (rigidna) ovojnica. Leži nad citoplazmatsko membrano (in pod kapsulo). Za bakterijo je življenjskega pomena. Brez celične stene bakterija v kratkem času odmre. Stena ščiti bakterijo pred fizičnimi vplivi okolja, daje bakteriji trdnost in obliko. Stena je odporna proti visokemu ozmotskemu pritisku v celici: 1 x 10⁶ – 2 x 10⁶ Pa (10 – 20 atm). Stena ni semipermeabilna, vendar zadržuje v celici določene encime (nukleaze, fosfataze).

V steni se nahajajo t.i. O- antigeni, značilni za serološke skupine posameznih bakterijskih vrst. Lipopolisaharidi in druge sestavine celične stene vplivajo na barvanje po Gramu, kot tudi na zmožnost vezave bakteriofagov.

Tudi celična stena varuje bakterijo pred delovanjem litičnih encimov.

Celična stena bakterij ima specialno kemično zgradbo; v njej najdemo posebne spojine, ki ne nastopajo nikjer drugje v živem svetu. To je zelo pomembno dejstvo, saj lahko z določenimi kemičnimi snovmi (antibiotiki) delujemo na te sestavine celične stene (preprečujemo njihovo sintezo, vezavo), kar škodi bakteriji, gostitelju (človeku, živali, rastlini) pa ne (Penicilin, Cefalosporin, Vankomicin, Bacitracin…).

 

Osnovna sestavina celične stene vseh bakterij je murein (peptidoglikan oz. mukopolisaharid). Ta daje trdnost bakterijski celici. Murein je makromolekula, sestavljena iz verig N- acetilglukozamina (NAG) in Nacetilmuramske kisline (NAM) povezanih med seboj z 1,4 glikozidnimi vezmi, to so ravne verige, ki predstavljajo osnovo mureina. Te verige so med seboj prečno povezane s tetrapeptidi, ki se pritrjajo na NAM. Aminokisline, ki jih najdemo v teh tetrapeptidih so tipične za murein; to so:

• L- alanin (L- ala),
• D- glutaminska kislina (D- glu),
• mazodiaminopimelicna kislina (mazo DAP) ali L- lizin (L- lys),
• D- alanin (D- ala).

Tako nastane mrežasta makromolekula, ki kot vreča (mureinski sakulus) obdaja celotno bakterijo.

 

Murein kot osnovna struktura celične stene ima predvsem varovalno vlogo, prepleten in obložen pa je z dodatnimi snovmi.

 

Glede na zgradbo in vsebnost dodatnih snovi na celični steni, razlikujemo gram pozitivne in gram negativne bakterije. Leta 1884 je Gram uvedel metodo diferencialnega barvanja bakterij. Gram pozitivne se obarvajo vijolično, gram negativne pa rožnato rdeče. Vzrok je zgradba celične stene, iz česar izhajajo tudi posebne lastnosti omenjenih skupin.

Gram negativne (G^–) imajo relativno malo mureina (10 – 20 %). Murein je v enojnem sloju, na to plast se nalagajo lipopolisaharidi, fosfolipidi in proteini (80 %). Ovojnica, ki leži nad mureinom, je strupena za ljudi in živali. Strup, ki ga vsebuje, je poznan kot endotoksin. To je snov, ki povzroča gastrointestinalne motnje, vročinsko stanje… pri ljudeh, ki se okužijo npr. s Salmonelami. Endotoksin je Ag, imenujemo ga tudi somatski, ali O- Ag.

Gram pozitivne (G⁺)imajo več slojev mureina (60 – 100 %), zelo malo ali nič polisaharidov, tudi proteinov je zelo malo. Pogosto najdemo teihoično kislino (polimere glicerolfosforne in ribitolfosforne kisline), ki uravnavajo transport ionov v celico. Dokazano je, da bakterije, ki imajo veliko teh kislin, prenesejo večje koncentracije NaCl.

 

Najvažnejše lastnosti celične stene so:

• zavaruje celico pred razpokom, do katerega bi prišlo zaradi visokega ozmotskega pritiska v celici,
• celici daje trdnost in obliko,
• celico obvaruje pred delovanjem mnogih antibiotikov in drugimi uničujocimi kemikalijami,
• vpliva na barvanje po Gramu,
• je lahko vzrok toksičnim simptomom pri boleznih, ki jih povzročajo Gram negativne bakterije,
• v celični steni se nahaja bazalno zrno, iz katerega izhaja biček (flagelum) – pri bakterijah, ki imajo bičke.

 

Murein v celični steni lahko uničimo z mukopolisaharidazami, kot je npr. lizocim, ali penicilin. Takrat bakterija nabrekne in poči. Take bakterijske celice z odstranjeno ali poškodovano celično steno imenujemo sferoplasti, protoplasti, ali L- oblike (large body). Te oblike lahko živijo krajši čas v izotoničnem okolju, vendar ne kažejo vseh aktivnosti.

 

 

Citoplazmatska membrana

 

Je elementarna membrana, kot pri vseh celicah. Zgrajena je iz fosfolipidov in proteinov. V glavnem je membrana proteinska (40 – 70 %) in iz fosfolipidov je (15 – 40 %), nekaj malega je ogljikovih hidratov in RNA. Je iz dvojnega fosfolipidnega sloja, v katerem so vložene molekule beljakovin. V primerjavi s celično membrano evkariotskih celic ne ugotovimo večjih razlik, le da membrana bakterij ne vsebuje sterolov.

 

Membrana se na večih mestih ugreza in guba v notranjost citoplazme, stvarja lamele oz. vrečke, t.i. intracitoplazmatska telesca, periferna telesca ali hondrioidi, oz. mezosomi. Na teh mestih so številni encimi, važni za transport snovi, permeaze in citohromi – encimi, ki omogočajo celično dihanje. Eden od mezosomov je pomemben tudi pri celični delitvi, nanj se pritrja bakterijski kromosom.

Mezosomi pri bakterijah prevzamejo funkcijo mitohondrijev pri evkariotskih celicah (nekateri biologi menijo, da so mitohondriji nastali iz simbiontskih bakterij – zaradi izgleda mitohondrijev in ker ti tudi vsebujejo nekaj DNA).

 

Celična membrana je osmotska pregrada, ki uravnava vstopanje in izstopanje snovi v in iz celice. Omogoča tudi selektiven transport hranil v notranjost in izstop razkrojkov v okolje, kar omogočajo “proteinski mostovi”, ki so vloženi v maščobno plast membrane. Izmenjava snovi skozi membrano poteka torej z aktivnim transportom, z difuzijo, voda pa po principu osmoze.

 

 

Vloga celične membrane:

• prenos molekul,
• izločanje eksoencimov in drugih metabolitov,
• dihanje,
• razmnoževanje (mezosom),
• sinteza celične stene.

 

 

1.2.2.2.    Citoplazma

 

Citoplazma imenujemo vse, kar celična membrana ovija. V glavnem je tekoča, nehomogena, vsebuje trdne delce, ki so suspendirani v tekočini.

Osnovo, tekočo vsebino, imenujemo matriks. To je komplicirano sestavljena mešanica, ki vsebuje pribl. 80 % vode, v kateri so razpršeni ioni, aminokisline, proteini, peptidi, purini, pirimidini, nukleotidi…, ogljikovi hidrati, vitamini… Te snovi so osnovni gradbeni elementi, ki jih rabijo bakterije za biosintezo in kot vir energije. V citoplazmi so tudi nerabne snovi – razkrojki.

V celici se nahaja tudi DNA – jedrni material (bakterijski kromosom) – in ribosomi (drugih organelov ni). Pri sporogenih bakterijah je v citoplazmi tudi spora.

 

 

Jedrna masa (bakterijski kromosom)

 

Bakterije so prokariotske celice. Nimajo razmejenega, vidnega jedra. Jedrna masa je razsuta po citoplazmi, v manjših in večjih skupkih.

Ker nimajo tipičnega jedra, imajo ti jedrni deli različna imena, kot so: nukleoidi, hromatinska telesca ali bakterijski kromosom. Večinoma imajo bakterije samo en kromosom (lahko pa tudi več).

Kromosom je kot nitka (fibrila), ki je večkrat zavita. To je dvojna DNA veriga, ki se zapira v obliki prstana. V dolžino meri pribl. 1 mm (je 1000 x daljša od bakterije). Vsebuje pribl. 1000 do 4000 genov. Na enem mestu se kromosom pritrja na mezosom, kar omogoča pravilno porazdelitev genetskega materiala pri delitvi celice (ni mitoze). Kromosom E. coli vsebuje 5 x 10⁶ parov baz. Prepis vseh genov (obrat kromosoma za 360°) traja 110 minut.

 

 

Plazmid

 

Je del bakterijskega genoma, ki ni vključen v bakterijski kromosom. To so ekstrakromosomske genetične strukture, ima jih velik odstotek bakterij ali celo vse. To je dvojna DNA veriga, na kateri leži 50 do 100 genov. Ta DNA se samostojno podvojuje (replicira), lahko pa se vključi tudi v bakterijski kromosom. Plazmidi se lahko prenašajo med bakterijami.

Plazmidi običajno določajo lastnosti, ki za bakterijo niso življenjskega pomena, npr. stvarjanje hemolizina, encimov, toksinov…

Znani plazmidi so npr. F- plazmid, Col- plazmid, R- plazmidi, Penicinilaza- plazmid.

 

F- plazmid determinira fimbrije (seksualne fimbrije), ki so potrebne za konjugacijo (prenos bakterijskih genov).

 

Col- plazmid odreja nastajanje določenega bakteriocina. Garcia je leta 1925 opisal baktericidno snov, ki jo sproščajo določeni tipi E. coli. Ker je to snov proizvajala E. coli, jo je poimenoval kolicin. Kasneje so ugotovili, da take snovi sproščajo tudi druge bakterije in so jih imenovali bakteriocini.

Bakterije, ki imajo Col- plazmid so Col⁺, tiste, ki ga nimajo, so Col^–. Bakteriocinogeni sevi so lahko koristni za človeka, ubijajo patogene mikrobe (npr. v črevesju), lahko pa take bakterije škodujejo, če so patogene in pomorijo normalno floro.

Različni tipi bakterij iste vrste sproščajo različne bakteriocine, npr. vrsta Pseudomonas aeruginosa izloča 37 različnih bakteriocinov. Določitev bakteriocina nam pomaga razlikovati seve oz. tipe bakterij v okviru iste vrste (določanje bakteriocinskih tipov uporabljamo v epidemioloških raziskavah).

 

R- plazmidi določajo odpornost bakterij, pa tudi drugih mikroorganizmov na antibiotike, kemoterapevtike, težke kovine in in druga antimikrobna sredstva.

Prvotno so ta plazmid imenovali R- faktor. Ta R- faktor kot rezistenco, ki jo ta določa in je često multipla, so leta 1960 prvič opisali Mitsuhashi, Harada in Hashimoto na Japonskem. Ob epidemiji bacilarne griže so ugotovili, da je Shigella, ki je povzročila epidemijo, rezistentna na kloramfenikol, tetracikline, streptomicin in sulfonamide. Ta rezistenca se je prenesla “in vitro” s konjugacijo. Kmalu po tem so našli po vsem svetu rezistentne seve med bakterijami iz genusov Shigella, Escherichia, Klebsiellain drugih redov bakterij. Med naštetimi bakterijami so bile take, ki so bile rezistentne kar na 8 antibiotikov hkrati. Bakterije, ki imajo R- plazmid označimo kot R⁺ celice.

 

Penicinilaza- plazmid določa sintezo encima penicinilaze. To je encim, ki razgradi penicilin, tako da so take bakterije rezistentne na penicilin. Praktično vsi patogeni stafilokoki imajo ta encim, pa tudi mnoge druge vrste.

 

O nastanku plazmidov obstaja hipoteza, po kateri naj bi plazmidi nastali iz fagov (virusov, ki se razmnožujejo v bakterijah).

 

 

Ribosomi

 

To so drobna zrna v citoplazmi, sestavlja jih v glavnem rRNA in beljakovine. To so organeli, kjer poteka sinteza beljakovin. V mladih celicah jih je veliko (pribl. 1000), v starejših manj (pribl. 200 do 400).

Pri bakterijah so ribosomi drugačni kot pri evkariotskih celicah, sestavljeni so iz 30 in 50 S enot (S – sedimentacijska konstanta po Svedbergu), pri evkariotih so iz 40 in 60 S enot. Ribosomi se redko nahajajo kot posamična zrna, v glavnem se povezujejo v poliribosom.

 

 

Citoplazmatska zrna

 

Citoplazmatska zrna ali metahromatska zrna so zrnca, ki se z metilenskim modrilom obarvajo drugače, kot ostali deli citoplazme. To so t.i. Babes-Ernstova zrna ali volutinska zrna. Običajno so okrogla, zgrajena iz polimetafosfata in encimov. Ti fosfati so rezerva energije (kot ATP). V citoplazmi najdemo še polisaharidna zrna, lipidna, glikogenska, žveplena zrna…

 

 

Pigmenti

 

Mnoge bakterije delajo na gojiščih obarvane kolonije, ker izločajo barvila ali so celice pigmentirane. Sposobnost stvarjanja pigmenta je genetsko determinirana lastnost. Največkrat so pigmenti rumeni, oranžni in rdeči.

 

Tipične vrste, ki imajo pigmente so: Sarcina, Micrococcus, Nocardia, Corynebacterium, Mycobacterium…

 

Pigmenti zaščitijo te bakterije pred svetlobo in delovanjem UV žarkov. Pigmenti nastajajo v bakteriji kot stranski produkt metabolizma. Nekateri pigmenti imajo tudi antibiotske učinke. Mnoge obarvane vrste sintetizirajo antibiotike.

 

 

1.2.2.3.    Spore

 

Spora je odporen, mirujoč stadij bakterije. Zmožnost stvarjanja spor imajo predvsem nekatere paličaste bakterije; te imenujemo sporogene (kroglaste in spiralne bakterije praviloma ne delajo spor, izjema je g. Sporosarcina – kroglasta bakterija, ki je sporogena). Spore delata rodova Bacillus in Clostridium.

 

Spora je okroglo ali ovalno telo, ki se pri določenih pogojih nahaja v citoplazmi; to so t.i. endospore. Spore so lahko nameščene terminalno, centralno ali subterminalno v telesu bakterijske celice.

Vsaka bakterija napravi samo eno sporo. Spora se začne oblikovati kot zrnce ugreznjene citoplazmatske membrane v notranjosti bakterije. Zrnce se veča in zraste v okroglo ali ovalno sporo. V začetku je spora v bakterijski celici, pozneje pa ostanek bakterije razpade in zrela spora se osvobodi. Zrelo sporo ovija močna celična stena – ovoj iz več slojev (stena, skorja, plašč in eksosporidij).

 

Sporulacija se prične, ko bakterija zaide v zanjo neugodne pogoje, kot so:

• pomanjkanje hrane, vode,
• nizka ali previsoka temperatura,
• anaerobni pogoji (za aerobne bakterije) ali aerobni pogoji (za anaerobne vrste).

 

Metabolizem spore je zelo reduciran. Kemična sestava spore je drugačna kot v vegetativni obliki bakterije. Spora vsebuje veliko dipikolinične kisline (10 %), ki je v vegetativni obliki sploh ni. Ima več encimov, veliko Ca⁺⁺. Glede vsebnosti vode, so mnenja različna, večina meni, da je v spori manj vode. Spora ima tudi posebne antigene.

 

Najvažnejša razlika med sporo in vegetativno obliko je velika odpornost spor proti sušenju, zvišani temperaturi, dezinfekcijskim sredstvom in drugim antibakterijskim agensom.

V tkivih bakterije ne delajo spor. Spore nekaterih vrst lahko ostanejo žive več kot 3 ure pri temperaturi 120 °C, večinoma pa propadejo pri 115 – 120 °C po 15 – 20 minutah. Sterilizacija uniči tudi spore; najhitrejši način sterilizacije je avtoklaviranje, kjer deluje vodna para pod pritiskom. Ker so spore najtrdovratnejše za uničevanje, prav spore različnih bacilov uporabljamo za t.i. biološko kontrolo sterilizacije.

Spore so tudi zelo odporne na sušenje. Spore Bacillus anthracis se ohranijo v zemlji 60 let in ko pridejo v organizem vzklijejo.

Letalne koncentracije dezinfekcijskih sredstev za uničevanje spor so 10.000 – 100.000 x večje kot za vegetativne oblike. Praktično nimamo dezinfekcijskega sredstva, s katerim bi uničili spore (po dezinficiranju spore ostanejo).

Zakaj so spore odpornejše še ni gotovo dokazano, verjetni vzroki pa so nepropustnost korteksa, manjša vsebnost vode, nizek metabolizem, Ca⁺⁺ in dipikolinična kislina.

 

Ko spora pride v okolje, ki je ugodno za življenje bakterije (ustrezna temperatura, vlaga, hrana, kisik…), spora nabrekne, zid poči in mlada bakterija vzklije; iz ene spore samo ena bakterija (sporulacija ni oblika razmnoževanja). Npr. g. Bacillus vzkali v aerobnih pogojih, g. Clostridium pa v anaerobnih.

 

 

1.2.2.4.    Izrastki na bakterijski celici

 

Na bakterijski celici sta lahko dve vrsti izrastkov; to so:

• flageli ali bički, to so organeli za gibanje in
• fimbrije ali pili, organeli za pritrjanje na tkiva gostitelja in konjugacijo.

 

Flageli

 

Flageli so dolgi bičkasti izrastki, ki izvirajo iz bazalnega zrna, ki se nahaja v celični steni. Z običajnim svetlobnim mikroskopom jih ne vidimo; vidimo jih lahko le, če jih po posebni metodi obarvamo.

V glavnem bičke sestavlja posebna beljakovina – flagelin. Bički vsebujejo tudi Ag, ki jih imenujemo flagelarni ali H- antigeni. Ti se razlikujejo od somatskih ali O- antigenov, ki so v celični steni.

Bičke imajo predvsem paličaste bakterije; lahko imajo

• samo en biček – monotrihne,
• šop bičkov na enem ali obeh koncih bakterije – lofotrihne,
• bičke razporejene po vsej površini – peritrihne.

 

Bički so organeli gibanja (lokomocije). Gibljive so tudi nekatere bakterije, ki nimajo bičkov. Te imajo lahko t.i. aksialni filament, ki je trdna palčka, ki poteka vzdolž telesa bakterije. V tem primeru se bakterije premikajo tako, da rotirajo okoli te vzdolžne osi (kot sveder). To so npr. Borrelia, Treponema, Leptospira.

 

 

Fimbrije ali pili

 

Fimbrije ali pili so kratki, zelo tanki izrastki na celični steni, ki izvirajo iz citoplazmatske membrane. Vidni so samo v elektronskem mikroskopu. Imajo jih le nekatere bakterije, tiste z bički ali brez njih. Npr. Escherichia coli, Shigella flexneri, nekatere Salmonele. Imajo jih lahko tudi mnoge G⁺ bakterije.

Ti izrastki niso povezani z gibanjem. Pomagajo bakterijam, da se pritrdijo na celice gostitelja – faktor adhezije. S fimbrijami se bakterije pritrjajo zlasti na sluznico dihal in prebavil. Bakterije s fimbrijami imajo zmožnost haemaglutinacije.

Ena bakterijska celica ima 100 – 500 fimbrij. Nekatere vrste bakterij iz skupine enterobakterij imajo t.i. seksualne fimbrije. Te fimbrije se nahajajo na površini t.i. F⁺ celic. Celica ima lahko 1 ali 5 – 6 takih fimbrij, ki so pribl. 10 x daljše od ostalih fimbrij. S tako fimbrijo se F⁺ celica (moška), pritrdi na F^– celico (žensko). Iz fimbrije nastane kopulacijski kanal, po katerem pride do prenosa dela DNA iz F⁺ celice v F^– celico. Ta pojav imenujemo konjugacija.

 

 

1.3.   Kaj potrebujejo bakterije za življenje?

 

 

Voda. Sušenje bakterije uniči, torej je voda nujno potrebna, da bakterije aktivno živijo. Daljše obdobje lahko preživijo samo spore bakterij.

 

Anorganske soli. Potrebujejo jih za uravnavanje ozmotskega pritiska in delovanje encimov (sulfati, fosfati, Na, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Co, Cu, Mo…).

 

Ogljik. Lahko ga izkorišcajo iz CO₂ iz zraka, večinoma (medicinsko pomembne), pa dobivajo ogljik iz organskih spojin (ogljikovih hidratov, alkoholov, aldehidov, ketonov, aminokislin, maščobnih kislin…).

 

Dušik. Nekatere vežejo dušik iz zraka, večinoma pa ga pridobivajo iz spojin (nitrati, nitriti, aminokisline, purini, pirimidini…).

 

Faktorji rasti (rastni faktorji). To so vse snovi, ki jih ne morejo same sintetizirati, ampak jih morajo sprejeti že pripravljene. To so snovi, ki jih bakterije nujno potrebujejo za rast in normalne življenske funkcije. Potrebne so v zelo majhnih kolicinah. Večinoma so te snovi del bakterijskih encimov. To so bakterijski vitamini: nikotinska kislina (niacin), pantotenska kislina (PABA), tiamin (B1), biotin (H), riboflavin (B2)…

 

Ogljikov dioksid (CO₂). Vse bakterije ga potrebujejo za svojo presnovo, vendar ga pogosto v zadostnih količinah dela sama bakterija (ob procesih dihanja). Mnoge se razmnožujejo bolje ob dodatnih količinah CO₂ (npr. Neisseriae).

 

Kisik (O₂). Glede na potrebe po kisiku so bakterije lahko:

• striktni ali obligatni aerobi – lahko živijo samo ob prisotnosti večjih količin molekularnega kisika,
• striktni ali obligantni anaerobi – ne morejo živeti ob prisotnosti molekularnega kisika,
• mikroaerofili – lahko živijo ob prisotnosti majhnih količin molekularnega kisika,
• fakultativni anaerobi – lahko živijo ob prisotnosti ali odsotnosti molekularnega kisika (te bakterije imajo dvojen sistem encimov in uporabljajo tisto metabolno pot, ki jim v danih okoliščinah ustreza).

 

Koncentracija H+ ionov (pH okolja). Patogene bakterije v glavnem uspevajo v fizioloških razmerah gostitelja, t.j. pri pH 7,2 – 7,6. Slabo se razmnožujejo pri pH, ki je nižji od 6 ali višji od 9. Poznane so izjeme, npr. Vibrio cholerae (pH 8 – 9), Lactobacillus acidophilus (pH 4).

 

Toplota. Za patogene velja optimalna temperatura pribl. 37 °C. Mnoge se razmnožujejo v območju 20 – 43 °C. Neisseria gonorhoae je zelo občutljiva za spremembo temperature, uspeva v ozkem območju 37 °C.

Za saprofitne bakterije (tiste, ki živijo v okolju), je najugodnejša temperatura 20 – 30 °C. Izjema je npr. Pseudomonas aeruginosa, ki raste tudi v hladilniku (pri temperaturi 4 °C).

Glede na toploto, ki ustreza skupini bakterij, so te lahko:

• mezofilne – uspevajo pri srednjih temperaturah (večina medicinsko pomembnih),
• psihrofilne – uspevajo pri nizkih temperaturah in
• termofilne – uspevajo pri višjih temperaturah.

 

 

 

 

1.4.   Metabolizem

 

 

To je sprejemanje snovi iz okolice, razgrajevanje hraniv na manjše komponente, pridobivanje energije iz teh hranil in sinteza lastnih sestavin.

V vsakem organizmu, tudi v bakterijah, ki so samo enocelicne, potekajo procesi razgradnje ali disimilacije (katabolični procesi) in sinteze ali asimilacije (anabolični procesi).

V teku življenja in rasti bakterije sprejemajo iz okolja vodo in hrano. Voda prihaja v bakterijsko celico pasivno – z difuzijo (oz. ozmozo). Z aktivnim transportom selektivno vstopajo snovi, ki jih bakterija potrebuje kot vir energije in za izgradnjo sebi lastnih snovi.

Hrana, ki jo uporabljajo bakterije kot vir energije, je v glavnem v obliki velikih molekul. To so polisaharidi, beljakovine in maščobe. Te molekule ne morejo pasirati skozi celično membrano, zato se morajo predhodno razgraditi.

 

 

1.4.1.  Bakterijski encimi

 

Vse te metabolne procese uravnavajo bakterijski encimi (biokatalizatorji). Bakterijski encimi so glede na mesto delovanja:

• eksoencimi – izločajo se izven bakterijske celice in
• endoencimi – ostajajo in delujejo v celici.

 

 

Eksoencimi so najpogosteje hidrolaze. Ti encimi razgrajujejo ogljikove hidrate (karbohidraze), proteine (proteaze) in maščobe (esteraze). Po delovanju teh encimov nastanejo manjše molekule (monosaharidi, aminokisline, maščobne kisline in gliceril), te pa lahko vstopajo v celico.

S temi encimi tudi patogene bakterije okvarijo tkiva gostitelja.

 

Endoencimi so v celici in sodelujejo pri dveh tipih reakcij:

• razgrajujejo snovi, pri čemer se sprošča energija,
• udeleženi so pri celični sintezi.

Največ endoencimov je v ribosomih, nekaj se jih nahaja na celični membrani, predvsem na mezosomih.

 

Encimski sestav bakterije je za določeno vrsto bakterije karakterističen. Zato na osnovi ugotavljanja bakterijskih eksotoksinov, določimo bakterijsko vrsto. Na tem principu temelji prepoznava oz. identifikacija predvsem črevesnih bakterij.

Bakterije so relativno majhne celice, pa imajo kljub temu vse sestavine in vse encime, ki omogočajo življenje (verjetno nekaj 1000 encimov). Zato se je v njihovi produkciji encimov razvila posebna ekonomika. Imajo t.i. konstitutivne in inducibilne encime.

 

Konstitutivni encimi so del bakterijskega ustroja, njihova konstitucija. So vedno prisotni v bakterijski celici.

Inducibilni encimi se začno stvarjati šele na pobudo določenega induktorja, npr. snovi v okolju. Lahko bi rekli, da nastajajo ti encimi le takrat, ko jih bakterija potrebuje.

Običajno so geni za te encime pod vplivom represorja (blokirani). Substrat (hrana) deluje kot induktor, sproži sintezo encimov, ki nato ta substrat razgradijo.

 

Bakterijski encimi v glavnem delujejo povezano, kot baterije, oz. cela serija encimov, ki sodelujejo v razgradnji določene makromolekule (npr. polisaharid, E₁ → disaharid, E₂ → monosaharid).

Najpogosteje je nastajanje in prenehanje sinteze encimov regulirano po t.i. mehanizmu povratne inhibicije (oz. feed back inhibition). Nastali končni produkt inhibira nastanek cele verige encimov.

1.4.2.  Načini prehranjevanja bakterij

 

Okolje, kjer živijo bakterije, je lahko naravno (zemlja, voda, rastline, živali, clovek), lahko so živila ali umetna gojišča.

 

Glede na način prehranjevanja so bakterije lahko:

• autotrofne in
• heterotrofne.

 

Autotrofne predstavljajo zelo majhno skupino. Živijo v anorganskem okolju. Lahko so

• fotosintetske – izkoriščajo sončno energijo, imajo fotosintetska barvila (CO₂ + H₂O → sladkor),
• kemosintetske – energijo dobivajo z oksidacijo CO, CO₂, NH₃, NO₂, NO₂, spojine Fe…

 

Največja skupina so heterotrofne. Mednje spadajo tudi vse, ki imajo medicinski pomen. Te dobivajo energijo z razgradnjo organskih snovi. Razgrajujejo polisaharide, disaharide, oligosaharide, monosaharide, alkohole, ketokisline, proteine, aminokisline…

Iz te skupine so lahko t.i. saprofiti, ki kot hrano izkoriščajo nežive organske snovi (razpadle produkte višjih organizmov). So pomembne in koristne kot dekompozitorji. V procesu trohnjenja oz. gnitja, pretvarjajo organsko snov v anorgansko (predvsem sproščajo N iz organskih spojin). Glavnina vseh bakterij so saprofiti.

Paraziti (patogeni), ne morejo živeti od odmrlih organskih snovi. Vse kar potrebujejo za življenje, dobijo od živih celic gostitelja. Med njimi ločimo:

• obligantne (striktne) parazite, ki lahko živijo izključno v organizmu, in
• fakultativne (pogojne) parazite, ki lahko izkoriščajo organsko hrano ali živ organizem; fakultativnim parazitom pravimo tudi oportunisti.

S svojimi encimi patogeni mikrobi tudi okvarijo tkiva gostitelja.

 

 

1.4.3.  Kako bakterije dobijo energijo iz organskih molekul?

 

Metabolne poti pri bakterijah so lahko enake kot pri drugih organizmih:

• aerobno (celično dihanje) – razgradnja glukoze v CO₂ + H₂O + 38 ATP (ciklus citronske kisline),
• anaerobno (vrenje) – razgradnja glukoze v C₂H₅OH + CO₂ + 2 ATP.

 

Poznane so še mnoge druge, stranske metabolne poti. Kot vir energije uporabljajo različne substrate in delajo mnogo različnih končnih produktov. Metabolizem poteka zelo hitro, kar je nasledek sorazmerno velike površine. Kot končne produkte izdelujejo mravljinčno kislino, mlečno kislino, ocetno kislino, metanol…, pri čemer se sproščajo plini (CO₂, H₂, SO₂, NH₃…)

 

 

1.5.   Rast in razmnoževanje bakterij

 

 

Rast bakterij je proces, kjer se povečata volumen in teža bakterijske celice.

 

Razmnoževanje ali multiplplikacija je reprodukcijski proces, pri katerem se poveča število bakterij. Navadno z izrazom rast poimenujemo razmnoževanje (rastejo na gojišču).

 

Kadar bakterija zraste do kritične velikosti, se jedrna snov deli, napravi se pregrada, ki razdeli citoplazmo, nato vraste še celična stena. Hčerinski celici se lahko oddelita, ali pa jih ostane več skupaj (diplo-, strepto-, stafilo-…)

Najpreprostejši način razmnoževanja bakterij je delitev (ali cepitev), redkeje se razmnožujejo z brstenjem, razmnoževanje je lahko razvejitev, preko L- oblik in spolno (konjugacija).

 

Delitev. Paličaste in spiralne bakterije se se pred delitvijo nekoliko podaljšajo, kroglaste pa se povečajo. Ko bakterija doseže določeno velikost, se v sredini, pravokotno na vzdolžno os, pojavi septum, kasneje vraste še celična stena.

 

Brstenje je zelo redek način razmnoževanja (nekatere paličaste in kroglaste bakterije). Na določenem mestu se pojavi brst, ki se oddeli in zraste v odraslo obliko.

 

Razvejitev srečamo pogosto, ko bakterije rastejo v nenormalnem okolju (stare kulture). Na enem koncu bakterije izraščata dve “veji”, ki se oddelita in zrasteta do normalne velikosti.

 

Stvarjanje L- oblik. Normalno srečamo ta način razmnoževanja pri g. Mycoplasma (bakterija brez celične stene). V izjemnih primerih se lahko tako razmnožujejo tudi g. Proteus, Esherichia coli, Streptobacillus…

Bakterijska celica se močno poveca, nastane “large body”, nato pa razpade v veliko drobnih delcev. Ti delci so tako majhni, da prehajajo skozi bakteriološke filtre (0,2 μm). Iz vsakega takega delca zraste nova celica.

 

Spolno razmnoževanje (konjugacija). Pri nekaterih vrstah črevesnih bakterij (E. coli, Shigella, Salmonella, Proteus…) obstajajo t.i. moške (F⁺) in ženske (F^–) celice.

F⁺ celice imajo seksualne fimbrije. S tako fimbrijo se celica pritrdi na F^– celico. Skozi to fimbrijo, ki se pretvori v kopulacijski kanal, pride do prenosa dela bakterijskega kromosoma, ali plazmoda, iz F⁺ v F^– celico. Geni se nato integrirajo v bakterijski kromosom celice sprejemnika. Nastane rekombinanta, celica s povsem novimi lastnostmi.

Konjugacija seveda ni razmnoževanje v pravem pomenu, ampak je križanje ali hibridizacija.

 

 

Hitrost razmnoževanja (ali “rast”) merimo tako, da ugotavljamo število celic (gostoto kulture – fotometrično) na volumen tekoče kulture.

 

Kadar pride nekaj mirujočih bakterij v ugodno okolje, začnejo rasti in se množiti.

 

Razmnoževanje bakterij poteka v treh fazah.

1. Faza mirovanja. Traja 1 do 4 ure. Celice se v tej fazi povečajo, metabolizem je inteziven.
2. Faza logaritmične rasti. V tej fazi se celice najhitreje množijo, linearno s časom število celic narašca logaritmično.

Vsaka bakterijska vrsto ima drugačen čas regeneracije oz. podvojitve (t.i. generacijski čas). Generacije se menjajo na 20 – 30 minut, pa do 24 ur. Npr. Esherichia coli in večina črevesnih bakterij ima generacijski čas 15 – 20 minut, Treponema pallidum 2 min, Mycobacterium tuberculosis 13 – 15 ur. Celice so v fazi intenzivne rasti manjše, mlajše, fiziološko najdejavnejše. V 1 ml je tedaj 10⁵ – 10¹⁰ celic.

V tej fazi so tudi najobčutljivejše na delovanje dezinficiensov in kemoterapevtskih sredstev.

Zaradi nabiranja zgorelin (odpadnih produktov metabolizma), se navadno po nekaj urah ta nagla rast ustavi, razmnoževanje preide v naslednjo fazo.

1. Stacionarna faza. Traja več ur. Bakterije se razmnožujejo počasneje. Prirastek je enak odmiranju.
2. Faza odmiranja. Celice propadajo – kultura postane sterilna po nekaj dneh ali več mesecih.

 

 

1.5.1.  Bakterijska genetika

 

V 19. stoletju, ko so začeli intenzivneje preučevati bakterije, so mnogi bakteriologi menili, da se lastnosti bakterij spreminjajo neomejeno. Prepričani so bili, da se lahko bacili spremenijo v koke… Vzrok temu so bile nerazvite bakteriološke tehnike – nečiste kulture. To je t.i. teorija pleomorfizma (Nageli leta 1877).

Teorijo monomorfizma je utrdil Robert Koch, ki je trdil, da so vse lastnosti bakterij stalne, nespremenljive. Pasteur in njegovi sodelavci niso nikoli sprejeli teorije monomorfizma, vendar so bile preiskovalne tehnike takrat slabe in te teorije niso uspeli zavreči.

Šele leta 1893 so Almquist iz Švedske, Lehman in Neuman iz Nemcije ter Smith iz ZDA začeli objavljati svoja opazovanja o spremenljivosti morfoloških in drugih lastnosti bakterij. Novi pleomorfisti so dokazali, da se lastnosti bakterij spreminjajo, vendar ne neomejeno, spremembe so omejene z dedno osnovo.

 

Kot za vsa živa bitja, tudi za bakterije veljajo zakoni dednosti (da producirajo sebi enake potomce), vendar se tudi bakterije lahko spreminjajo. Spremembe (variacije) se pri bakterijah pokažejo hitreje in so številnejše. Vzrokov za to je več.

• Bakterije so veliko manjše od višje razvitih organizmov, poleg tega so enoceličarji, zato prihajajo v tesen kontakt druga z drugo, z drugimi bitji in z neživim okoljem. Njihove celice se ne povezujejo v tkiva (pri višje razvitih organizmih zaščitene spolne celice), zato so neposredno izpostavljene zunanjim vplivom.
• Bakterije se množijo neprimerljivo hitreje od drugih organizmov. Generacije se menjajo v povprečju na 20 – 30 minut (pri višje razvitih organizmih na vsakih nekaj let ali celo desetletij). Pri bakterijah se v 24 urah izmenja pribl. 100 generacij (pri višje razvitih organizmih bi za 100 generacij potrebovali 1000 let in več).
• Bakterije so haploidne celice, zato se vsaka genetska sprememba fenotipično pokaže.

 

Zaradi navedenih lastnosti so bakterije primerne za genetske raziskave. Mnoge spremembe bakterij bistveno vplivajo na širjenje, identifikacijo in zdravljenje nalezljivih bolezni.

 

Lastnosti novih generacij bodo enake lastnostim predhodnih generacij vse dotlej, dokler bodo življenjski pogoji enaki. Ko se pojavijo spremenjeni življenjski pogoji, se pojavijo tudi spremembe pri bakterijah (mutacije selekcionira okolje samo – preživijo samo tiste variante, ki so v določenem okolju uspešne).

 

 

1.5.2.  Genotip in fenotip

 

Genotip je vsota vseh dednih lastnosti. Je celotni potencial lastnosti, ki jih organizem kaže v “času opazovanja”, in tistih, ki so neizražene.

Materialna osnova dednosti so geni. Vsota vseh genov je genom. Geni določajo velikost, obliko, vrsto in aktivnost encimov, tip metabolizma, tvorbo kapsule, bičkov, fimbrij…

 

Fenotip je vsota vseh lastnosti (morfoloških, fizioloških in drugih) v času opazovanja (zunanji izgled).

Fenotip se tekom življenja menja. Pod vplivom okolja se izražajo različne lastnosti, ki so v danem okolju primerne. Lastnost, ki je v genih ni, se ne more pokazati. Fenotip je torej odvisen od genotipa in okolja.

 

Genotip je skupni potencial vseh lastnosti, obsega veliko večjo zbirko lastnosti, ki se tekom življenja pokažejo (ali pa nikoli). Lastnost, ki v genih ni zapisana, se ne pokaže (razen če pride do mutacije).

 

 

1.5.3.  Geni

 

Geni so deli molekule DNA. En gen je različno velik odsek na molekuli DNA, lahko je to samo

nekaj nukleotidov, ali nekaj 100 oz. 1000. En gen je odgovoren za sintezo ene polipeptidne verige.

 

Po svoji vlogi so geni lahko strukturni in regulacijski. Strukturni geni določajo zgradbo (strukturo) in sintezo določenega proteina oz. encima, regulacijski geni pa odrejajo začetek in konec sinteze (regulirajo nastajanje in “ugašanje” encimov)

V bakterijah je veliko strukturnih genov. Vsak od njih odreja strukturo specifičnega proteina (preko mRNA). Pogosto se več strukturnih genov povezuje v enoto operon. Ti geni ležijo linearno, drug za drugim v kromosomu. Navadno odrejajo sintezo encimov, ki so med seboj v koordinaciji, npr. za razgradnjo polipeptidov (polipeptid → oligopeptid → dipeptid → aminokislina).

Delovanje celotnega operona ali posameznega strukturnega gena regulira (nadzira) operator gen. Operator gen je funkcionalno povezan s proteinsko citoplazmatsko snovjo (represorjem). Ko je represor vezan na operator gen, celoten operon oz. strukturni geni ne delujejo, so “ugasnjeni”. Nastanek te beljakovine (represorja) uravnava regulator gen. Operator in regulator gen sta torej regulacijska gena.

Ob pojavu induktorja (substrat) oz. določene snovi, ki jo mora bakterija razgraditi, se ta induktor veže na represor kot korepresor. Tako spremenjeni represor ne more več blokirati operator gena in začne se sinteza encimov, vse dokler induktor ne izgine (dokler substrat ni razgrajen).

Npr. bakterija Esherichia coli: induktor je sladkor laktoza, ki inducira sproščanje encimov (galaktozidaza, permeaza, acetilaza).

 

 

1.5.4.  Spremembe (variacije) bakterij

 

Variacije so dveh vrst.

1. Fenotipične (modifikacije ali fiziološke adaptacije) – fenotipične spremembe v okviru določenega genotipa. Vse bakterijske celice se spremenijo naenkrat, če populaciji spremenimo pogoje. Te spremembe so povratne (reverzibilne).
2. Genotipične (mutacije) – spremembe v genetskem materialu (v molekuli DNA). So različno obsežne in so izpostavljene selekciji. Taka sprememba se pokaže le na posameznih celicah v populaciji (10^-7 do 10^-10 celic). Te spremembe so nepovratne (ireverzibilne).

 

Variacije povzročajo različne spremembe: velikost, oblika, stvarjanje kapsule, bičkov, celične stene…

 

 

Variacije v virulenci

 

Patogene so tiste bakterije, ki lahko povzročijo bolezen (ker lahko delajo kapsulo, encime, toksine). Vendar morajo biti patogene bakterije dovolj virulentne, da lahko povzročijo bolezen. Imeti morajo kapsulo, dovolj encimov in morajo izločati toksine.

Virulenca je stopnja patogenosti (patogenost je genetsko determinirana lastnost, virulenca pa je fenotipično izražanje patogenosti).

Variacije, pri katerih se zmanjša ali izgubi virulenca, lahko pa tudi poveča, so zelo pogoste. Popolna izguba virulence je atenuacija.

Večina patogenih bakterij delno ali dokončno izgubi virulenco, če jih dolgo časa gojimo na umetnih gojiščih. Nekatere vrste jo izgubijo hitro, druge počasi, tretje pa sploh ne (npr. Leptospire hitro, Staphylococcus počasi, Bacillus anthracis šele po nekaj letih).

 

Patogene bakterije, ki so atenuirane, izgubijo virulenco, zadržijo pa svoje imunološke sposobnosti. Zato take atenuirane bakterije uporabljamo kot cepiva za preprečevanje nalezljivih bolezni. Iz atenuiranih sevov izdelujemo žive vakcine.

BCG vakcina (proti tuberkulozi) je pripravljena iz seva Mycobacterium tuberculosis (bovini tip – goveji tip), ki je atenuiran več let na neugodnem gojišcu (250 pasaž – krompirjevo gojišče z dodatkom žolčnih soli in glicerola).

Virus stekline so včasih atenuirali tako, da so virus presajali skozi možgane kuncev (potrebnih je bilo pribl. 300 pasaž, da je prišlo do atenuacije virusa). Danes kot cepivo proti steklini uporabljamo sodobnejša cepiva iz virusnih podenot (“subunit” cepiva). Ta cepiva dobimo bodisi z dezintegracijo virusov, vzgojenih v celičnih kulturah, ali z genskim inženiringom.

Avirulentni ali slabo virulentni sevi lahko ponovno pridobijo virulenco – se sprevržejo v “divji” sev.

 

 

1.5.5.  Prenos bakterijskih genov

 

Sprememba v bakterijskem genomu je lahko posledica mutacije v celični DNA, ali pa si bakterija pridobi gene od zunaj in jih vgradi v svoj kromosom.

 

Obstaja več načinov prenosa bakterijskih genov:

• transformacija,
• konjugacija,
• transdukcija,
• lizogena konverzija,
• genski inženiring.

 

Bakterijski geni se lahko prenesejo iz ene bakterije v drugo bakterijo iste vrste ali med različnimi bakterijskimi vrstami. Celica, ki je dajalec genov, je donor, celica, ki gene sprejme, pa je recipient. Sprejeti geni se vgradijo v kromosom recipienta, nastane rekombinanta.

Gene lahko prenašajo bakteriofagi, lahko pa se fagova DNA intergira v bakterijski kromosom.

Pri genskem inženirstvu je človek tisti, ki vgradi želene gene v bakterijski kromosom ali plazmid.

 

 

1.5.5.1.    Transformacija

 

Transformacija je vgraditev dela DNA molekule iz celice donorja v celico recipienta. To je najstarejši poznani način prenosa dednega materiala.

Grifith (leta 1928) je vbrizgal miši žive avirulentne pnevmokoke (brez kapsule) skupaj z mrtvimi virulentnimi pnevmokoki (s kapsulo). Miš je zbolela za pljucnico, iz krvi živali pa so izolirali žive virulentne bakterije (s kapsulo). Virulenca se je torej prenesla iz mrtvega seva na živi sev.

Kasneje (leta 1944) so napravili preizkus “in vitro” – Avery, MacLeod, McCarty, v ZDA. Preizkus je bil napravljen z izolirano, prečiščeno DNA molekulo. S tem preizkusom je bilo tudi dokazano, da je DNA dedni material.

Pri transformaciji sprejme celica recipienta majhen del DNA molekule celice donorja. Celica, ki je zmožna vgraditi takšen del DNA, je kompetentna celica. Del celične stene se razgradi (hidrolitični encimi, ki jih kodira DNA molekul) in DNA donorja vstopi v celico recipienta. Nova DNA se vgradi (intergira) v DNA recipienta in nastane rekombinanta.

Tak način prenosa “čiste” DNA je poznan zlasti pri Pneumococcus, Haemophilus influenzae, in g. Bacillus.

 

 

1.5.5.2.    Konjugacija

 

Konjugacija je genetska rekombinacija, kjer pride do direktnega stika med dvema celicama.

Prva sta jo odkrila in opisala Ledeberg in Tatum (leta 1946).

Pri konjugaciji celica donorja prenese večji del DNA v celico recipienta. F⁺ celica se s seksualno fimbrijo spoji z F^– celico. Iz seksualne fimbrije se stvori kopulacijski kanal, po katerem se prenese DNA.

Pojav je poznan pri nekaterih G^– bakterijah. Poteka med različnimi bakterijskimi vrstami: E. coli, Salmonella, Proteus, Serratia, Pseudomonas aeruginosa… Bakterijski plazmidi se večinoma prenašajo s konjugacijo (za plazmide domnevajo, da so nastali iz fagov).

 

 

 

 

 

1.5.5.3.    Transdukcija

 

Transdukcija je prenos bakterijskih genov s pomočjo bakteriofagov. Gre za prenos od 30 do 150 bakterijskih genov iz donorja v recipienta. Bakteriofag tekom svojega razmnoževanja (v fazi intergracije) vgradi bakterijsko DNA v svojo kapsido (namesto fagove DNA). Pri infekciji druge bakterije (recipienta) injicira DNA donorja.

Pojav sta prva opisala Zinder in Ledeberg (leta 1952).

 

 

1.5.5.4.    Lizogena konverzija ali lizogenija

 

V primeru lizogenije gre za pojav, ko fagi inficirajo bakterijsko celico, a se iz nje ne sprostijo. Fagova DNA se interira v bakterijski kromosom. Takemu, skritemu fagu rečemo profag. Kot tak lahko profag zelo dolgo ostane v bakterijski celici. Taki celici pravimo, da je lizogenicna in je imuna pred infekcijo z isto vrsto faga. Redko se profagi sprostijo v virulentne fage (UV žarki…)

Bakterije, ki imajo integriran profag, dobijo nove lastosti. Znani so primeri, ko bakterije pridobijo zmožnost izdelave toksinov, npr. Corynebacterium diphteriae (β- fag), enterotoksin stafilokokov, streptokokov in nekaterih klostridijev.

 

 

1.5.5.5.    Genski inženiring

 

To je umetna izolacija delčka DNA iz ene celice in vnos tega delčka “in vitro” v drugo celico. Nova celica dobi eno ali več novih lastnosti. Za prenos se največ uporabljajo plazmidi. Kot dajalce genov lahko uporabljamo viruse, bakterije, glive, rastline, živali. Zlasti pomembno za človeka je, da v bakterije oz. glive lahko vgradimo človeške gene in tako pridobivamo humane produkte.

Gensko inženirstvo se uporablja v biotehnologiji za proizvodnjo antibiotikov, dušičnih spojin, inzulina, rastnega hormona, beljakovin iz odpadkov, goriva…

Z gensko manipulacijo je možno ustvariti tudi zelo škodljive bakterije, iz saprofitov bi lahko npr. vzgojili take, ki bi izdelovali smrtonosne toksine in bi bili istočasno rezistentni na poznane antibiotike, kar bi lahko uporabili v biološki vojni.

 

Poizkusi z bakterijsko rekombinacijo so odprli nove razsežnosti genske manipulacije v letu 1970. Takrat so prvič vnesli gen v bakterijo in vzgojili celično linijo, ki je proizvajala želeni produkt.

 

Izolacija encima endonukleaze (leta 1960). Ta encim cepi vez med sladkorjem in fosfatom v molekuli DNK in tako odpre verigo DNK na določenem mestu. To so t.i. “genetske škarje”, imenovane restrikcijski encimi. Do danes je poznanih preko 100 takih encimov.

Paul Berg (leta 1971) je v bakterijo vnesel virusno DNK virusa SV 40 (povzročitelj tumorjev pri opicah) in to virusno DNK vgradil v bakterijski kromosom (leta 1980 je prejel Nobelovo nagrado za kemijo).

 

 

Uporabnost genskega inženirstva

 

Medicina

 

• 1990 začetek industrijske aplikacije.
• 1986 inzulin pod imenom Humilin – humani inzulin, pridobljen na bakterijah.
• 1980 interferon, pridobljen v v E. coli – za zdravljenje virusnih bolezni, levkemij, Kaposi sarkoma, malignega melanoma, multiplega melanoma.
• Antisens molekule (deli NK), ki nevtralizirajo mRNK – terapevtik, uporaben kot blokator mRNA za sintezo HIV.
• 1986 humani rasni hormon (Protropin).
• 1994 Faktor VII – za zdravljenje hemofilije.
• TPA (tissue plasminogen activator) – zdravilo, ki rastaplja krvne strdke.
• Vakcine (cepiva) proti hepatitisu B, v izdelavi proti: AIDS-u, koleri, malariji, herpes simplex.

 

Genske sonde (začetni nukleotidi) – delčki DNK, ki lahko prepoznajo in se vežejo na določen odsek DNK v gostiteljevi celici. Te genske sonde označimo z radioaktivnimi izotopi ali z encimi.

Z metodo hibridizacije DNA lahko odkrivamo dedne bolezni: cistična fibroza, chorea Huntington, Alzheimerjeva bolezen. Metoda se uporablja tudi pri identifikaciji bakterij in virusov.

 

Izolacija, polimerizacija in hibridizacija delov DNA (PCR metoda).

 

“Fingerprint” of DNK (prstni odtis DNK):

• ekstrakcija DNK,
• restrikcija v fragmente,
• ločitev fragmentov po velikosti z elektroforezo,
• dodatek radioaktivnih začetnih nukleotidov,
• nastanek pasov (temne proge), kjer so se začetni nukleotidi vezali.

 

Leta 1985 so dognali, da so v molekuli DNA kratki, ponavljajoči se segmenti DNA, katerih vloga ni poznana. Ti segmenti se nahajajo med strukturnimi (funkcionalnimi) geni. Najdemo jih pri vseh ljudeh. Število teh segmentov in število ponovitev pa je pri vsakem človeku drugacno (pri nekom se del ponovi 2 x, pri drugem 20 x, tretjem 200 x…).

Metoda “fingerprint” of DNA je bila legalizirana leta 1987, mnogi pravniki pa to metodo izpodbijajo, saj so tudi ti rezultati neprepričljivi.

 

Najbolj ambiciozen projekt je odkrivanje celotnega humanega genoma, saj ta obsega pribl. 100.000 genov. Predvidevajo, da bo to delo potrebovalo še pribl. 15 let. Do danes so identificirali pribl. 4550 genov.

 

 

Živinoreja

 

• 1980 goveji rastni hormon – 41 % večja proizvodnja mleka.
• Prašičji rastni hormon – prašiči z več mesa in manj maščobe.
• 1989 ribji rastni hormon – za večji prirast rib v ribogojnicah.

 

 

Poljedelstvo

 

• Geni za odpornost proti herbicidom – prenos iz bakterij v tobak.
• 1988 pri gojenju paradižnikov – odpornost proti patogenim virusom (uporabljajo plazmide iz bakterije Agrobacterium tumefaciens).

 

2. Glive (fungi)

 

 

Mikrobiološka panoga, ki preučuje glive, je mikologija. Glive vključujejo kvasovke, plesni in “prave gobe”. So posebna skupina organizmov, ki obsega pribl. 250.000 vrst. So stara življenska oblika, vsaj 400 miljonov let, lahko pa so tudi starejše.

So evkarioti, nefotosintetični, celico ovija celična stena, ki je večinoma iz hitina. Skupno z bakterijami so glive dekompozitorji v prehranjevalnih verigah v naravi (razgrajujejo organske snovi v okolju).

To so plesni, ki rastejo na kruhu, sadju, siru, na vlažnem tekstilu; kvasovke, ki jih potrebujemo za peko kruha in peciva, izdelavo alkohola; so tudi užitne in strupene gobe.

Ker izločajo ogromno encimov, jih uporabljamo v živilski industriji za fermentacijo, izdelujejo tudi antibiotike, ki jih uporabljamo za zdravljenje mnogih infekcijskih bolezni.

Nekatere povzročajo infekcijske bolezni tudi pri ljudeh, razkrajajo hrano, lahko izločajo močne toksine, ki povzročijo tudi smrt sesalcev.

 

Glive so lahko enocelični organizmi, veliko pa jih je večceličnih (iz velikega št. celic). Od bakterij se razlikujejo po večih lastnosti:

• celice so večje (1 – 30 μm),
• zgradba celice je drugačna (evkarioti),
• načini razmnoževanja so drugačni.

 

 

 

2.1.   Plesni

 

 

Plesni so velika skupina gliv. Njihovo telo sestavljajo cevaste celice brez klorofila, običajno brezbarvne. Te cevaste celice tvorijo niti (hife), ki rastejo kot prepletena masa, ki ji rečemo micelij. Micelij se kot prah, kosmi oz. pajčevina razprostira po podlagi.

Pri identifikaciji plesni nam pomaga izgled hif, ki so lahko septirane ali neseptirane. Septirane hife so prečno pregrajene, posamezne celice so ločene s pregradami (septumi). Septumi imajo odprtinice (pore), ki omogočajo pretakanje citoplazme in organelov. Pri neseptiranih hifah fizične pregrade med celicami ni.

Večinoma so hife vegetativne. Te rastejo in oblikujejo telo plesni, nastane t.i. kolonija. Razen vegetativnih hif izraščajo navpično t.i. zračne hife, ki nosijo organe za razmnoževanje.

 

 

2.1.1.  Spore plesni

 

Na koncu zračnih hif so organi za razmnoževanje, kjer nastajajo posebne celice – spore. Iz vsake spore lahko nastane (v ugodnih pogojih) nova kolonija plesni.

Značilnost spor je, da nastajajo v ogromnih količinah, se z lahkoto širijo na velike razdalje, mnoge so odpornejše od vegetativnih celic.

Plesni lahko delajo spolne in nespolne spore. Spolne spore nastajajo v spolnem ciklu razmnoževanja, ki se izmenjuje z nespolnim.

 

 

 

 

 

2.1.1.1.    Nespolne spore

 

Nastajajo z enostavno delitvijo celic. Veliko glivičnih bolezni pri človeku nastane ob kontaktu z različnimi vrstami nespolnih spor. Patogene glive tudi identificiramo po obliki nespolnih spor.

 

Konidiospore (konidije) so so oblika nespolnih spor, ki jih dela največ plesni. Na posebnih zračnih hifah nastane konidiofor, ki je kot grozd. Konidije niso odporne, so pa lahke in se z zračnimi tokovi širijo na velike razdalje.

Mnoge patogene plesni stvarjajo konidije, ki lahko inficirajo ljudi.

 

Sporangiospore so spravljene v mešičkih, sporangijih, ki nastajajo na koncu zračnih hif. Ko spore dozorijo, mešiček poči in spore se razletijo po okolju.

Sporangiospore so praviloma nenevarne za ljudi. Včasih povzročijo infekcije pri neodpornih ljudeh.

 

Klamidiospore nastajajo na vegetativnih hifah, na koncu ali obstransko (lateralno). So odporne proti visoki temperaturi, izsušitvi in zamrznitvi.

Te spore so zelo značilne za določeno patogeno vrsto (Candida albicans).

 

Artrospore (ali oidiospore) nastajajo v hifi tako, da celična stena posameznih celic na koncu hif zadebeli. Tako nastale spore se odločijo od hife.

Artrospore mnogih gliv povzročajo nevarne mikoze pri človeku.

 

 

2.1.1.2.    Spolne spore

 

Nastajajo s spajanjem jedr pri spojitvi dveh gamet na najbližjih hifah; te so lahko:

• zigospore – velike, okrogle, z debelimi stenami,
• ascospore – okrogle ali ovalne, nastajajo v posebni vreči, ascusu,
• basidospore – nastajajo na distalnem delu hife, v posebnem plodnem telesu, basidiumu (prave gobe, spore so na lističih pod klobukom).

Spolne spore le malokrat lahko povzročijo bolezni pri ljudeh.

 

 

 

2.2.   Kvasovke

 

 

Morfologija kvasovk se razlikuje od oblike drugih gliv, so veliko enostavnejše. Osnovni tip celice je blastospora. To je okrogla ali jajčasta celica, ki se razmnožuje nespolno, z brstenjem. Celice so velike 5 do 8 μm 8 (bakterije 1μm). Redko delajo nitaste oblike (filamente).

Nekatere kvasovke v anaerobnih pogojih delajo nitaste celice (podobne hifam plesni). Te nitke imenujemo psevdohife. Splet teh psevdohif je psevdomicelij. Zelo redko delajo spore, artrospore delajo le nekatere vrste g. Trichosporum, klamidiospore pa samo Candida albicans.

 

 

 

2.3.   Prehrana in gojitev gliv

 

 

Večinoma so glive saprofiti, izkoriščajo odmrle organske snovi za hrano. Te so pomembne v bioenergetskem ciklusu v naravi. Na žalost pa glive razkrajajo tudi les, gumo in druge koristne snovi. Po drugi strani pa so produkti gliv tudi zelo koristni:

• Saccharomyces cerevisae proizvaja etanol pri razgradnji glukoze,
• Aspergillus oryzae proteine v soji razgradi v sojin sok,
• fermentativne lastnosti gliv izkoriščamo pri proizvodnji kruha, sirov…,
• vitamini, encimi, organske kisline, antiastmatična zdravila in antibiotiki so proizvodi gliv.

 

Kultivacija gliv se razlikuje od kultivacije bakterij. Velika večina gliv, zlasti plesni, raste počasneje od bakterij. Glive uspevajo pri nižjih pH vrednostih (5,0 in 6,0), prenesejo izjemno velike koncentracije sladkorja (pogosto več kot 50 % saharoze). Zato glive uspevajo na gojišcih, kjer bakterije ne bi rasle.

Glive največkrat gojimo na Sabouraud agarju. V gojišče običajno dodamo antibiotike, kar prepreči rast bakterijskim kontaminantom.

 

Zrele kulture plesni imajo na milijone spor, ki se hitro in z lahkoto širijo, čim odpremo posodico, kjer plesni rastejo. Osebe, ki delajo z glivami, se morajo zaščititi z zaščitnimi maskami in rokavicami. Spore gliv so dokaj trdožive, lahke in največkrat se človek okuži z vdihanim zrakom. Zlasti nevarne so patogene vrste kot Histoplasma in Coccidioides.

 

Mnoge glive ne povzročajo infekcijskih bolezni, sintetizirajo pa strupe (mikotoksine). Največ zastrupitev (mikotoksikoz) nastane z uživanjem strupenih gob, kot je Zelena mušnica (Amanita faloides); te gobe imajo toksine, ki razgrajujejo jetra in vzdražijo živčni sistem.

Druge toksine glive lahko izločajo, ko rastejo na zrnih žitaric, orehih in na drugih poljskih pridelkih. Npr. Claviceps purpurea sintetizira kemicne spojine, ko raste na rži. Nekatere od teh povzročijo ergotizem (zastrupitev z ergot- alkaloidi).

Aflatoksini so toksične spojine, ki jih običajno sintetizirajo vrste iz rodu Aspergillus in Penicillium, medtem ko rastejo na žitaricah, oreških… Pivo in maslo iz kikirikija, ki ga napravijo iz kontaminiranih žitaric ali oreškov, lahko vsebujejo tolikšne količine aflatoksinov, da lahko povzročijo zastrupitev. Ti strupi v prvi vrsti okvarijo jetra, lahko pa tudi pogojujejo nastanek karcinoma. Razgradijo se šele pri temperaturi, ki je višja od 250 °C, zato jih s toplotno obdelavo živil ne uničimo.

Mikotoksikoze so pogostejše pri živalih kot pri ljudeh, saj se živali pogosteje hranijo s kontaminirano hrano.

 

 

 

2.4.   Patogenost gliv

 

 

Humana medicina preučuje predvsem tiste glive, ki lahko povzročajo bolezni pri ljudeh. Najpogosteje parazitirajo na koži in na roževinastih tvorbah (dlake, nohti), kjer povzročajo površinske lezije. Te bolezni imenujemo dermatomikoze ali tinee. Lahko naselijo tudi sluznice, pa tudi notranje organe; to so sistemske mikoze.

 

Glive so lahko striktni (obligatni) ali pogojni (oportunistični) paraziti človeka. Patogene glive so lahko sestavni del normalne flore, ali pa živijo prosto v okolju kot saprofiti.

Njihova patogenost je pogojena z odpornostjo oz. sprejemljivostjo gostitelja, vnetjem kože ali sluznic, endokrinimi motnjami, bakterijsko infekcijo, ali pa do mikoz pride po jemanju antibiotikov, kortikosteroidov, citostatikov… Pomembne so tudi mikroskopske ranice, higiena kože in poklicna izpostavljenost tem boleznim.

Običajno so mikoze dolgotrajne, kronične bolezni, akutne so le redko. Sistemske mikoze imajo dostikrat letalni izid.

 

Veliko število gliv proizvaja toksine (mikotoskini), bolezni, ki nastanejo zaradi delovanja teh strupov, imenujemo mikotoksikoze.

Strupene gobe (npr. Amanita) povzroči razkroj jetrnih celic in živčevja.

Na zrnih žitaric, na orehih… rastejo plesni, ki proizvajajo toksine (Claviceps purpurea, ki raste na rži, sintetizira več strupenih snovi, ki povzročajo bolezen ergotizem – zastrupitev z ergot- alkaloidi). Pogoste so pri različnih živalih, kjer zaradi delovanja teh strupov nastanejo tumorji na jetrih in okvare ledvic.

Medicinsko najpomembnejši toksini so aflatoksini, ki jih izločajo g. Aspergillus, Cladosporidium, Fusarium in Penicillium. Verjetno ti toksini povzročajo bolezni tudi pri ljudeh. Ti strupi se razgradijo šele pri 250 °C, zato jih toplotna obdelava živil ne razgradi.

 

Za mikozami otroci zbolevajo pogosteje od odraslih, moški pa pogosteje od žensk. Širijo se z direktnim kontaktom med ljudmi ali iz živali na človeka, lahko pa se človek okuži s kontaminiranimi predmeti, prahom, zemljo ali s hrano.

Povzročitelji sistemskih mikoz se nahajajo v okolju (zemlja, prah) in pridejo v človeka v glavnem skozi dihala.

Dermatomikoze so pogosto povezane s poklicno dejavnostjo – brivci, delavci v hlevih, strojarji, lasuljarji, rejci živali, kanalski delavci zbolevajo pogosteje.

 

 

3. Virusi

 

 

Definicija: virusi so zelo majhni, enostavno grajeni mikroorganizmi; njihova osnovna značilnost je, da imajo samo eno nukleinsko kislino in se lahko razmnožujejo samo v živih celicah.

 

Beseda virus je iz latinščine, kjer pomeni strup, smrad, sluz. L. Pasteur je imenoval virus vse mikrobe, ki povzročajo nalezljive bolezni.

 

Virusi lahko zajedajo v bakterijah; to so bakteriofagi ali kratko fagi. V rastlinskih celicah se razmnožujejo fitofagi, v živalskih celicah zoofagi, v človeku zajedajo humani virusi.

So najmanjša živa bitja (lastnost živega se je zreducirala na NK). Leta 1966 sta Diner in Raymer odkrila agens, ki je še manjši od virusa in je zmožen infekcije. Imenovala sta ga viroid. Sestavlja ga samo NK in sicer nizkomolekularna RNA, kapside ni. Omenjeni viroid povzroča bolezen na rastlinah (npr. bolezen vretenastih gomoljev pri krompirju).

 

 

 

3.1.   Evolucijski razvoj

 

 

Obstajajo tri hipoteze o verjetnem izvoru virusov:

1. Nekateri avtorji menijo, da so večji virusi nastali iz okrnelih bakterij.
2. Virusi naj bi bili prva življenjska oblika, pravirusi naj bi se reproducirali v pramorju, ki je bilo polno organskih spojin.
3. Možno je tudi, da so se virusi razvili z odcepitvijo določenega števila genov iz celice gostitelja.

 

 

 

3.2.   Morfologija in struktura virusov

 

 

3.2.1.  Oblika

 

Z elektronskim mikroskopom so odkrili 5 osnovnih oblik virusov:

• večinoma so okrogli,
• daljše ali krajše paličice,
• oblika izstrelka (kratka, široka paličica, na enem koncu ravna, na drugem zaobljena – Rabdo v.),
• kvader oz. opeka ali elipsa (Pox v.),
• oblika paglavca (glava + rep) – bakteriofagi.

 

 

3.2.2.  Velikost

 

Po velikosti se virusi nahajajo med največjimi molekulami in najmanjšimi bakterijami.

Merimo jih v nm (10^-6 mm) in so veliki od 10 do 300 nm. Največji so Pox v., ki so skoraj tako veliki kot najmanjše bakterije. Med najmanjšimi je V. slinavke in parkljevke, ki je manjši od makromolekul beljakovin.

 

Za določitev velikosti virusov se največkrat uporabljajo naslednje metode:

• filtracija skozi membranske filtre (kolodij, derivati celuloze…),
• sedimentacija v ultracentrifugi,
• optično merjenje v elektronskem mikroskopu.

 

 

3.2.3.  Zgradba

 

Vsak virusni delec (virion – elementarno telesce, infektivna enota, virus, nukleokapsida) je zgrajen iz dveh delov:

• “jedro” – notranjost (sredica),

 

Notranjost je bistveni del viriona, t.j. ena od nukleinskih kislin, ali RNK ali DNK. Ta NK vsebuje gene za razmnoževanje virusa.

Ovoj ali virusna kapsida ovija NK, pri virusih, ki nimajo dodatnih ovojnic, ima vlogo pri pritrditvi virusa na površino celice. Kapsido sestavljajo identične gradbene enote (makromolekule beljakovin) ali kapsomere. Kapsomere so lahko različnih oblik: okrogle (Adeno v., Papova v., Picorna v., Reo v.), lahko so v obliki votlih prizem (Herpes v.)… Število kapsomer je pri isti vrsti virusa stalno (Picorna v. 32, Reo v. 92, Herpes v. 162, Adeno v. 252…).

 

Poleg teh dveh sestavin (NK in kapside) imajo nekateri virusi še zunanje ovojnice, ki izvirajo iz celice, kjer se je virus razmnoževal. Ta ovojnica je lahko enoslojna ali dvoslojna. Sestavljena je iz lipidov in beljakovin, včasih vsebuje tudi ogljikove hidrate.

Ovojnici pravimo peplos. Na površini se običajno nahajajo še krajši izrastki različnih oblik – peplomeri. Ta ovojnica ima podobno sestavo kot celična membrana (V. influenzae) ali je podobna jedrni membrani, kadar virusi nastajajo v jedru celice (Herpes v.).

 

 

 

3.2.4.  Simetrija

 

Glede na lego kapsomer, delimo viruse v 3 skupine:

• spiralno simetrični (Ortomikso v. in Paramikso v.),
• kubično simetrični (Adeno v., Herpes v.),
• kompleksno grajeni (Pox v.).

 

 

3.2.5.  Kemična sestava

 

Virusna nukleinska kislina

 

Virusi imajo samo eno od NK, ali RNK ali DNK, ki vsebuje navodila za razmnoževanje virusa. Pri virusih so prvič ugotovili, da je lahko dedna informacija shranjena v RNK in tudi v enovrvičasti DNK.

Molekulska masa molekul RNK in DNK je zelo različna. Pri malih virusih je DNA 1,5 – 1,8 x 10⁶ (Parvo v.) do 160 x 10⁶ (Pox v.).

RNK je navadno enovrvičasta (lineana), enotna molekula, ali iz več fragmentov, ki so ohlapno povezani. Večina RNK virusov ima enovrvičasto RNK, izjema so Reo v., kjer je dvojna RNK.

DNK je večinoma dvojna veriga. Izjema so Parvo v., ki imajo enovrvičasto DNK. DNK je lahko linearna, prstanasta (ciklična), lahko je nekajkrat zvita, v obliki pentlje).

 

 

Virusne beljakovine

 

Beljakovine (proteini) so glavnina viriona. Njihova vloga je zaščita virusnega genoma. So gradbeni elementi kapside, so tudi virusn encimi.

Pogojujejo antigenske lastnosti virusa (serološka specifičnost). Uporabljamo jih za izdelavo cepiv iz virusnih podenot.

 

 

Virusni lipidi

 

Virusi z zunanjimi ovojnicami imajo tudi lipide (v obliki fosfolipidov in glikolipidov). Taki virusi so občutljivi na eter in nekatera druga organska topila.

Vloga lipidov še ni povsem znana.

 

 

Encimi

 

Virusi imajo malo encimov. Najbolj proučen je encim nevraminidaza, ki ga ima V. influenzae in nekateri paramiksovirusi. Vloga neuraminidaze je, da razgrajuje neuraminsko kislino v sluzi in s tem utekočinja sluz).

 

Znani so še drugi virusni encimi:

• RNA- polimeraza,
• timidin- kinaza,
• obratna transkriptaza.

 

Retroviridae imajo encim obratna (reverzna) transkriptaza. Z odkritjem tega encima je bila ovržena “osrednja dogma v biologiji”, ki pravi, da se dedne informacije vedno prenašajo od DNK na RNK in nato sledi translacija v protein. Obratna transkriptaza izvrši prepis dedne informacije iz virusne RNK v DNK.

 

 

 

3.3.   Gojenje virusov

 

 

Ker se virusi lahko razmnožujejo samo v živih celicah, uporabljamo za gojitev 3 sisteme:

• poskusne živali,
• oplojena kurja jajca (ali jajca druge perutnine),
• tkivne in celične kulture.

 

 

3.3.1.  Razmnoževanje virusov

 

Za svoje razmnoževanje potrebujejo virusi žive celice, ki jim dajejo energijo in mehanizme za sintezo; prav tako iz celic črpajo vse nizkomolekularne sestavine, ki jih vgradijo v lastne beljakovine in svojo nukleinsko kislino.

Prve raziskave o razmnoževanju virusov so bile narejene z bakteriofagi, za živalskimi virusi pa šele kasneje, ko so bile vpeljane nove tehnike za gojenje virusov.

Z vstopom virusne NK v celico se metabolizem celice usmeri izključno v sintezo virusnih delcev. V vsakem primeru je moten normalen metabolizem celice, čeprav različni virusi celico različno močno poškodujejo, oziroma motijo, njeno normalno delovanje.

Med razmnoževanjem virusi na različne načine prenašajo svoje dedne informacije znotraj celice in tudi različno sintetizirajo informacijsko RNK (mRNK), kar je odvisno od njihove nukleinske kisline.

 

 

3.3.2.  Razmnoževanje bakteriofagov

 

Razmnoževanje poteka v petih fazah (stopnjah):

1. Pritrditev oz. adsorbcija virusa: Vsak virus mora na površini celice najti ustrezen receptor, da se lahko veže na celico veže. Virusi imajo na površini ustrezne receptorje, ki morajo biti komplementarni (se prilegajo) receptorjem na površini ustrezne celice. Vsi virusi, tudi bakteriofagi, so zelo selektivni –lahko inficirajo samo določen tip bakterij.
2. Prodiranje ali penetracija: Pri bakteriofagih prodira v celico samo fagova DNK. Celotna kapsida ostane na površini bakterije. Pri animalnih virusih lahko vstopa v celico celoten virion (viropeksija), vendar se v vsakem primeru kapsida razgradi, za nadaljnji razvoj virusa je pomembna njegova NK.
3. Eklipsa (faza pritajenega virusa): V tem stadiju, ki traja različno dolgo, od 10 minut pa do nekaj ur, se v celici odigrava živahna biosinteza. Virusna nukleinska kislina zaobrne ves metabolizem celice, sintetizirajo se nove virusne NK in kapside. V celici nastajajo tudi nekateri patološki produkti. Sinteza se odvija v jedru celice ali v citoplazmi.
4. Integracija (pakiranje): Virusni delci, ki so se v fazi eklipse sintetizirali, se sestavljajo v kompletne virione, zato tej fazi pravimo tudi sestavljanje ali dozorevanje virusov.
5. Sproščanje: Zreli virusi se sprostijo iz celice. Nekateri virusi se sproščajo iz celice eksplozivno, (celica poči – lizira). Drugi pa zapuščajo celico počasi (z brstenjem); ti navadno dobijo še dodatne ovojnice.

 

Z uporabo novih preiskovalnih tehnik (imunoflorescenca, faznokontrastna mikroskopija, citokemični postopki barvanja…) je uspelo spremljati proces razmnoževanja virusov v celici od vstopa virusa v celico, pa do sproščanja zrelih virionov iz celice. Tako so preučili tudi razmnoževanje animalnih virusov, RNK in DNK.

 

 

3.3.3.  Razmnoževanje RNK virusov

 

Za razmnoževanje RNK virusov bomo kot zgled navedli razmnoževanje Polio virusov (čeprav se vsi RNK virusi ne množijo na ta način).

 

Polio v. ima enovrvičasto RNK, njegovo razmnoževanje poteka v citoplazmi celice, neodvisno od celične DNK.

Polio virus se pritrdi (adsorbira) na točno določen receptor na celični membrani. Receptor na celični membrani je specifičen za vrsto organizma (speciesna specifičnost receptorja). Polio v. lahko inficirajo samo celice človeka, v eksperimentu (v celični kulturi) pa tudi celice drugih primatov.

Virion prodre skozi celično membrano – viropeksija (vstopi celoten virion). Dokler je virusna NK prekrita z beljakovinsko kapsido je inertna (neaktivna). Vstopu virusa v citoplazmo celice sledi razgradnja kapside (slačenje virusne NK). Za RNK viruse še ni gotovo, če virusno kapsido razgradijo litični encimi iz celičnih lizosomov.

Osvobojena RNK Polio v. je infektivna, imenujemo jo + veriga in deluje že kot informacijska RNK (mRNK). Iz te RNK se na ribosomih izvrši translacija zapisa za sintezo virusnih beljakovin in novih RNK molekul.

Sintetizirane virusne sestavine se nato kompletirajo, virusna RNK se spaja z virusnimi beljakovinami.

Zreli virusi se sprostijo iz celice eksplozivno ob razpoku (lizi) celice.

 

Večina drugih RNK virusov zapušča celico z brstenjem. V tem primeru dobijo dodatne ovojnice, na površino virusa se nalagajo sestavine celične membrane, ali se na virusno površino oprimejo sestavine jedrne membrane, v kolikor virusi dozorevajo v jedru celice (npr. Herpes v.)

 

 

3.3.4.  Razmnoževanje DNK virusov

 

Pri Pox virusih se sinteza in pakiranje virusnih delcev odigrava v citoplazmi celice. Pri raznih drugih DNK virusih (Adeno v., Herpes v., Papova v.…) se proces razmnoževanja virusov odigrava v različnih delih celice.

Pri Herpes virusih se celotna nukleokapsida (NK in ovoj) sintetizira in oblikuje v celičnem jedru. Pri Adeno virusih pa v različnih delih celice (DNK v jedru, virusne beljakovine pa v citoplazmi). Beljakovine nato potujejo v jedro in se tam kompletirajo z DNK v virione.

Začetek razmnoževanja teh virusov je podoben, kot je bilo opisano za RNK viruse. Ko virus vstopi v celico, se kapsida razgradi, osvobodi se dvovijačna DNK. Ta virusna DNK potuje v celično jedro. Iz virusne DNK se prepiše (transkribira) informacija na t.i. zgodnjo mRNK, ki ima sedaj zapis za virusno DNK in t.i. tumorski, T- antigen. Ta T- antigen je odgovoren za genezo tumorjev (onkogeni virusi). Temu sledi prepis še na t.i. kasno mRNK, ki ima informacijo za sintezo virusnih beljakovin. Ta kasna mRNK potuje v citoplazmo, kjer se sintetizirajo virusne beljakvine. Nastale beljakovine pridejo v jedro

celice, kjer se kompletirajo z virusno DNK v zrele virione.

V celičnih kulturah so ugotovili, da ves ciklus razmnoževanja traja 16 – 20 ur. Pretežen del virionov celice ne zapusti (ostanejo latentno v celici).

Med razmnoževanjem virusov se lahko pojavijo tudi nepopolni virioni. Običajno jim manjka NK. Nepopolni virusni delci Polio in Adeno virusov so samo kapside, brez NK.

 

 

3.4.   Lastnosti virusov

 

 

Virusi kažejo nekatere lastnosti, ki jih zasledimo tudi pri drugih mikroorganizmih, pa tudi take, ki so značilne prav za njih.

 

 

3.4.1.  Selektivnost

 

Pomeni izbor gostitelja. Virusi so zelo izbirčni glede svojih gostiteljev. Nekateri kažejo manjšo, drugi večjo selektivnost. Nekateri so patogeni za mnoge živalske vrst. V. stekline je patogen skoraj za vse sesalce, ARBO virusi inficirajo sesalce, ptiče, nekatere reptile in artropode, V. hepatitisa A (VHA) inficira samo človeka, za V. poliomielitisa so dovzetni samo človek in opice.

 

 

3.4.2.  Tropizem

 

Pomeni histološko selektivnost, izbor določenega tkiva oz. celic. Virus se navadno od vstopnega mesta širi in se razmnožuje prav v določenem tkivu, v celicah, ki imajo ustrezen receptor. V. influenzae v sluznici zgornjih dihal, V. poliomielitisa v živčnem tkivu, V. hepatitisa v jetrnih celicah, HIV napada prvenstveno subpopulacijo limfocitov T (limfociti T₄ – celice pomagalke).

 

Selektivnost virusov je močno izražena pri določenih vrstah bakteriofagov. Npr. Anti-Vi-tifusni fagi: z njimi lahko identificiramo različne Salmonelle typhi, ki jih ne moremo prepoznati po njihovih biokemičnih in seroloških lastnostih. Postopek se imenuje fagotipizacija. To metodo uporabljamo tudi pri prepoznavanju različnih sevov stafilokokov, Pseudomonas aeruginosa… Metodo uporabljamo v epidemioloških raziskavah (pri iskanju vira okužbe, npr. v bolnišnicah ob pojavu bolnišnične okužbe).

 

 

3.4.3.  Variabilnost

 

Lastnosti virusov (njihova antigenska struktura) se zelo hitro spreminjajo. Znana je antigenska spremenljivost V. influenzae, pa tudi HIV.

Virulenco virusom lahko oslabimo, jih atenuiramo (kot bakterije) in iz takih sevov pripravljamo cepiva.

Variabilnost virusov je lahko koristna lastnost, mnogokrat pa povzroči velike težave, epidemije ob pojavu novih patogenih vrst virusov.

Za veliko spremenljivost virusov je več vzrokov:

• kratek življenjski ciklus virusov; virusi se množijo še hitreje od bakterij – ob infekciji z enim virusom se jih iz celice sprosti veliko,
• nimajo samostojnega metabolizma, lažje pride do napak,
• zgrajeni so samo iz NK, ki je zavarovana le s tankim proteinskim ovojem in zato dostopna zunanjim vplivom,
• pojav eklipse: sinteza in intergacija novonastalih virusnih partiklov znotraj celice omogoča številne “napake” in možnosti rekombinacije virusne NK – možna je vgraditev genov gostiteljeve celice v virusni genom, ali ob sočasni infekciji celice z dvema virusoma vgraditev genoma drugega virusa.

 

 

 

3.4.4.  Agresivne spremembe, ki jih povzročajo virusi v celicah

 

Metabolizem celice, ki jo je inficiral virus, je v glavnem odvisen od virusne NK. Posledica vdora virusa v celico je motena sinteza makromolekul beljakovin in drugih snovi v celici, čemur pogosto sledi sprememba oblike celice ali njen propad.

Spremembe so različne:

• vidne degenerativne (nekrotične) spremembe na koži in sluznicah (V. slinavke in parkljevke), v jetrnih celicah (V. hepatitisa), v motoričnih nevronih (V. poliomielitisa),
• prehodna proliferacija (burna množitev) inficiranih celic, nato celice propadejo (Vaccinia v., Variola v.); proliferacija je lahko dolgotrajna in vodi v nastanek tumorja (onkogeni virusi),
• tudi v celičnih kulturah povzročijo virusi različne citopatogene učinke, morfološke spremembe celic in citolizo,
• nekateri virusi iz skupine Mixovirusov (npr. V. influenzae) in Adenovirusi izdelujejo toksine,
• nekateri virusi imajo tudi hemolitčne zmožnosti.

 

 

3.4.5.  Virusna hemaglutinacija

 

Nekateri virusi imajo zmožnost zlepljanja eritrocitov določene živalske vrste. Na svojih ovojnicah imajo posebne receptorje (hemaglutinine), ki ustrezajo veziščem na eritrocitih. Taki virusi se lahko s temi receptorji vežejo tudi na celice sluznice dihal ali prebavil.

Znano je, da V. influenzae A in B aglutinira kurje eritrocite. Enako zmožnost ima V. rubele, pa tudi nekateri drugi virusi, V. mupsa, Newcastle v.…

Virusno haemaglutinacijo izkoriščamo pri diagnostiki virusnih bolezni (serološke reakcije – virusna hemaglutinacija in inhibicija hemaglutinacije).

 

 

3.4.6.  Teratogene lastnosti

 

Virusi so tako majhni, da prehajajo iz materinega krvotoka skozi placento v plod. Zato potencialno vsaka virusna infekcija lahko prizadane embriogenezo.

Evidentno je, da povzroča prirojene okvare na plodu V. Rubele, Cytomegalo v. (CMV), HIV. Tudi drugi virusi, V. Herpes simplex, V. varicella-zooster, V. coxsackie B, lahko povzročijo okvare na plodu ali splave. Tudi intrauterine infekcije plodu, v prvi tretjini nosecnosti infekcije z V. poliomielitisa, V. ošpic, V. influenzae, V. mupsa, V. hepatitisa. Lahko povzročijo nepravilnosti v razvoju plodu. Zato nosečnic v prvih treh mesecih nosečnosti ne cepimo.

Kongenitalna rubela se kaže z defekti v razvoju srca in velikih krvnih žil (ductus Botallii apertus, stenoza pulmonalne vene), defekti v razvoju očesa (katarakta, glaukom, nevrosenzorična gluhost…).

 

 

3.4.7.  Onkolitične lastnosti

 

Veliko število virusov, predvsem iz skupine ARBO, kaže tropizem do raznih tumorskih celic in levkemičnih celic. Ti virusi se v tumorskih celicah množijo in hitro povzročijo njihovo nekrozo.

 

 

 

 

3.4.8.  Onkogeno delovanje

 

Virusi lahko povzročajo nastanek rakavih tumorjev. Ameriški patolog Rous je leta 1911 prvi potrdil, da je rakavi tumor pri kokoših (Rousov sarkom) virusne etiologije.

Znano je veliko število rastlinskih tumorjev, tumorjev pri nevretenčarjih (insektih) in dvoživkah, kjer je virusna etiologija dokazana.

Od tumorjev, ki jih najdemo pri ljudeh, so povzročitelji v glavnem iz družine Papovaviridae. Ime izvira iz najizrazitejših sprememb, ki jih ti virusi povzročajo: papilom, poliom in vakuola. Ti virusi so izrazito onkogeni oz. tumorogeni virusi.

1. papilloma povzroča papilome (izrastke) tudi pri ljudeh in živalih (govedo, konj, pes, ovce, koze, podgane). Znanih je 9 seroloških tipov. Povzročajo nastanek kožnih bradavic (veruca vulgaris), genitalne kondilome, laringealne papilome.

Papilloma v. tip 16, 18 so izolirali pri invazivnem karcinomu na ustju maternice. Domnevajo, da je ta virus povzročitelj karcinoma.

Prav tako verjetno povzroča karcinom na ustju maternice Herpes v. tip 2, ki ga pogosto najdejo pri tej bolezni skupno s papilloma virusi.

Tudi V. Epstein-Barr je dokazano onkogen. Lahko povzroča različne bolezni. Virus kaže afiniteto do limfocitov B. Pri nas je najpogostejša oblika bolezni infektivna mononukleoza (limfadenopatija in vročina). V drugih predelih sveta, npr. v predelih srednje Afrike, pogosto povzroči nastanek tumorja čeljusti, v glavnem pri otrocih, na Kitajskem pa je posledica infekcije s tem virusom pogosto nazofaringealni karcinom.

 

 

 

3.5.   Interferenca in interferoni

 

 

Infekcija z enim virusom (interferentnim ali inducer vir – motečim) prepreči razmnoževanje drugega virusa v organizmu (in tudi istega virusa).

 

 

3.5.1.  Interferoni

 

Zgodovina interferona se pričenja leta 1957 leta v Londonu, kjer sta Alick Isaacs in Jean Lindenmann preučevala reakcije organizma ob virusni infekciji. Ugotovila sta, da snov, ki jo izloča inficirana celica, krepi odpornost ostalih celic proti virusni infekciji. Ista avtorja sta odkrila, da celice ob virusni infekciji reagirajo z izločanjem interferonov. Danes vemo, da obstaja vsaj deset vrst interferonov, ki jih proizvajajo človeške celice, vsi so proteini oz. glikoproteini. Znano je tudi, da se interferoni različnih živalskih vrst med seboj razlikujejo.

Interferoni so naravne antivirusne snovi, ki nastajajo v inficiranih živalskih, rastlinskih, bakterijskih, človeških in drugih celicah. Delajo jih celice v organizmu, ali v celični kulturi. Nastali interferon preprečuje razmnoževanje virusov.

 

Interferoni se razlikujejo od specifične imunosti oz. od delovanja specifičnih protiteles:

• delujejo na vse viruse, ne samo na tiste, ki so povzročili njihov nastanek (proti antigensko različnim virusom),
• interferenco lahko dokažemo tudi v celičnih kulturah, bakterijskih kulturah, v oplojenih kurjih plodovih, kjer ni limfatičnih organov – ni protiteles,
• interferenca se pojavi hitro po infekciji – v 12 do 48 urah (protitelesa kasnijo pribl. 10 do 14 dni),
• interferenca se hitro izgubi, ko virus izgine iz organizma (imunost je dolgotrajna, lahko tudi doživljenjska).

3.5.2.  Nastanek interferona (induktorji)

 

Indukcijo interferona največkrat sproži virus, lahko sama NK, ali le del molekule NK, nekatere bakterije, ki se množijo intracelularno (brucele, rikecije, klamidije) in povsem umetno sintetizirane snovi (riboinozinska kislina, dvojna poli I, policitidilna kislina RNK).

Interferon je produkt inficirane celice. Virusi, ki se hitro množijo in so močno citopatogeni so slabi induktorji interferona. Virusi, ki se počasi množijo, celico le malo poškodujejo in so dobri induktorji.

 

 

Mehanizem nastanka interferona

 

Vsaka celica ima gen (gene) v svoji DNK za sintezo interferona, vendar je v normalnih okoliščinah ta gen “ugasnjen” – pod vplivom represorja. Induktorji interferona vplivajo kot depresorji na celično DNK, da ta formira interferon specifično mRNK. Z delovanjem te mRNK pride v citoplazmi do sinteze interferona. Nastali interferon prepreči sintezo novih virusnih delcev.

 

 

3.5.3.  Delovanje interferonov

 

Kako deluje nastali interferon, še ni povsem jasno. Možnih je več razlag:

• prepreči sintezo virusnih delcev (formira se TIP, t.j. “translation inhibitory protein”, ki ne vpliva na normalen metabolizem celice),
• spremeni celično membrano tako, da virusi ne morejo izhajati iz celice,
• aktivira imunski sistem v organizmu, ki spozna inficirano celico kot tujek in jo eliminira.

 

Čeprav so zmožne proizvajati interferone vse celice (bakterije, živalske celice, rastlinske celice), je za organizem najbolj učinkovit homologni interferon, za človeka njegov lastni oz. humani.

 

 

3.5.4.  Fizikalne, kemične in biološke lastnosti interferonov

 

Inficirana celica proizvaja več različnih interferonov. Uvrstimo jih v tri razrede, α, β in γ, glede na vrsto celice, ki jih proizvaja v največjih količinah. Interferoni α in β so kemično podobni, nastajajo v levkocitih in fibroblastih iz vezivnega tkiva mišic in kože. Interferoni γ so povsem drugačni, proizvajajo jih celice imunskega sistema.

Vsi interferoni so glikoproteini, molekulske mase 20.000 – 40.000. Bolj so obstojni v kislem mediju, prenesejo pH od 2 do 10. Občutljivi so na delovanje proteoliticnih encimov, ki jih razgradijo (zlasti tripsin). Prav tako jih denaturira visoka temperatura.

 

 

3.5.5.  Učinkovitost interferona

 

Do ⅓ embrionalnega razvoja embrio nima zmožnosti stvarjanja interferonov (usodnost intrauterinih infekcij).

Prevelika tenzija kisika inhibira nastajanje interferona (hiperventilacija pljuč ob virusnih infekcijah negativno vpliva na potek bolezni).

Kortikosteroidni hormoni delujejo antagonistično z interferoni.

Nizka temperatura zmanjša proizvodnjo interferonov (koristno delovanje povišane telesne temperature ob virusnih infekcijah – piroterapija).

 

V naravni obrambi proti virusnim infekcijam imajo interferoni pomembno vlogo. V času inkubacije, se v relativno malo inficiranih celicah proizvajajo interferoni, ki se izločajo v sosednje celice, kjer preprečujejo razmnoževanje virusov.

 

 

3.5.6.  Uporaba interferonov

 

Za interferone je ugotovljeno, da kažejo razen antivirusnega tudi antitumorsko delovanje. Zato jih v kliniki uporabljajo tako za zdravljenje virusnih kot tudi za zdravljenje rakastih bolezni.

Velik problem je predstavljalo pridobivanje humanega interferona v zadostnih količinah. Do leta 1980 so bile edini vir humanega interferona človeške celice. Prvotni vir tega interferona je bil laboratorij Kari Cantella v Helsinkih, kjer so velike količine človeških levkocitov namerno inficirali z virusi, da so začeli sproščati interferon. Iz krvi 90.000 krvodajalcev so dobili 1 g nečistega interferona, v tem gramu je bilo le 1 % čistega interferona. Cena tako pridobljenega interferona je bila seveda astronomska, 1 g je bil vreden 50 milijonov ameriških dolarjev.

Te težave je rešila metoda genskega inženiringa in uporaba tega postopka v biotehnologiji. Danes se humani interferon pridobiva na bakterijah, ki jim vgradimo v njihov genom humani gen za sintezo želenega interferona. Seveda so tudi proizvodnji stroški takega interferona neprimerljivo manjši.

 

 

Seznam virusnih bolezni, kjer za zdravljenje uporabljamo interferone

 

• Influenca,
• infekcije, ki jih povzročajo rino virusi,
• herpetični keratokonjuktivitis,
• herpetični gingivostomatitis,
• labialni in genitalni herpes,
• oftalmični zoster,
• adenovirusni keratokonjuktivitis,
• infekcije kože in vidnih sluznic, ki jih povzroča virus vaccinia,
• akutni virusni hepatitis B,
• kronični aktivni hepatitis B,
• steklina, skupaj v kombinaciji z antirabično vakcino,
• hemoragična mrzlica.

 

 

Seznam rakavih bolezni, kjer za zdravljenje uporabljamo interferone

 

• Bradavice (Verrucae),
• condyloma acuminatum,
• laringealni papilom,
• nazofaringealni karcinom,
• papilom urinskega mehurja,
• karcinom na ustju maternic,
• karcinom jajčnikov,
• karcinom dojke,
• karcinom kože,
• nevroblastom,
• osteosarkom multipli mielom,
• akutna limfaticna levkemija,
• kronicna limfaticna levkemija,
• Hodgkinova bolezen.

 

Uporabnost interferonov v kliniki je v porastu, njihova prava vrednost pri zdravljenju virusnih in tumorskih bolezni se kaže šele sedaj, oz. se bo izkazala v prihodnosti.

 

 

3.6.   Prioni

 

 

So povzrocitelji počasi razvijajočih se infekcijskih bolezni. Zgrajeni so samo iz proteinov. Ime prion jim je dal Stanley B. Prusiner, vodilni raziskovalec prionov.

Prioni preživijo vročino, radiacijo in kemikalije, ki običajno ubijejo viruse. Izgleda, da so zgrajeni izključno iz proteinov, saj jih razgrajujejo proteolitični encimi, nukleaze pa ne.

Vprašanje je, kako se razmnožujejo, saj velja za centralno dogmo v biologiji, da je za razmnoževanje potrebna DNA in RNA.

Znanje o prionih je zelo skromno. Nekateri virologi menijo, da so prioni izjemno majhni neobičajni virusi, z močno kapsido, ki prekrije in onemogoča zaznati nukleinsko kislino. Možno pa je, kot pravi Prusiner, da prioni uporabijo gostiteljeve gene za svojo replikacijo.

 

Prioni so povzročitelji t.i. počasno razvijajočih se infekcijskih bolezni.Znane so vsaj 4 bolezni, ki jih povezujejo s prioni:

• Kuru – bolezen domorodcev iz Nove Gvineje,
• Scrapie – bolezen ovac in koz,
• BSE – bovine spongiform encephalopaty (“bolezen norih krav”),
• Creutzfeldt-Jakobova

 

4. Zaščita pred infekcijami

 

 

 

4.1.   Zaščita pred virusnimi infekcijami

 

 

Ker do danes poznani antibiotiki in kemoterapevtiki na večino patogenih virusov ne delujejo učinkovito, so najpomembnejši načini borbe proti virusnim infekcijam sanitarno-profilaktični oz. protiepidemični ukrepi (izolacija bolnikov, borba proti prenašalcem virusov, uničevanje rezervoarja…).

Najpomembnejši preventivni ukrep je aktivna imunizacija ali vakcinacija (cepljenje). V manjši meri uporabljamo pasivno imunizacijo, t.j. vnos že izdelanih protiteles. Taka zaščita je kratkotrajna in navadno traja le 1 – 2 tedna.

 

 

 

4.2.   Cepiva

 

 

Cepljenje ali aktivna imunizacija je vnos pripravljenega antigena v telo. S tem spodbudimo organizem, da stvori imunost (tvorba protiteles, manj celična imunost).

 

 

4.2.1.  Zgodovina cepljenja

 

Kitajci so že pred več kot 2000 leti segrevali kraste bolnikov s črnimi kozami in jih vtirali v kožo zdravim ljudem. Pri ponovnem pojavu črnih koz taki ljudje niso zboleli. Žena angleškega ambasadorja v Carigradu (L. Montague), je leta 1718 to metodo prenesla v Anglijo.

Prvo odkritje cepiva pripada angleškemu zdravniku Edvardu Jennerju, ki je leta 1798 uporabil limfo goveda, ki je zbolelo za kravjimi kozami, za cepljenje ljudi proti črnim kozam. Od tod tudi ime vakcina in vakcinacija (vacca – krava).

 

Od trga odkritja do odkritja naslednjega cepiva je preteklo 90 let, ko je Louis Pasteur leta 1885 izdelal cepivo proti steklini. Za tako dolg zaostanek je več razlogov. Medtem ko je Jenner enostavno vzel virus kravjih koz za imunizacijo ljudi (virus za človeka ni patogen, je pa antigensko tako soroden virusu črnih koz, da zaščiti človeka pred črnimi kozami), se je moral Pasteur precej namučiti, preden je izdelal antirabično cepivo (virus stekline je patogen skoraj za vse sesalce).

Moral je najprej najti povzročitelja stekline, ga iz stekle živali izolirati in vzgojiti v poskusnih živalih. Nato je bila potrebna atenuacija, tako da ni bil več virulenten za človeka, istočasno pa je moral zadržati imunogene lastnosti. Pasteur je cepivo pripravljal iz hrbtnega mozga inficiranih kuncev, viruse je oslabil s sušenjem. Kasneje so antirabično cepivo pripravljali na možganih ovac, koz, konj, oslov, virus pa so oslabili s kemikalijami, kot sta eter in fenol.

 

Leta 1934 so v ZDA izdelali prva cepiva proti poliomielitisu (za gojenje virusov so uporabljali hrbtni mozeg opic).

 

Leta 1935 je bilo pripravljeno prvo cepivo proti influenci (uporabili so mišja pljuča).

 

Tem prvim cepivom so sledila mnoga druga cepiva.

 

Prva cepiva so pripravljali v različnih poskusnih živalih, šele kasneje so za proizvodnjo virusnih cepiv uporabili oplojena kurja jajca in izbrane celične kulture.

Med tem obdobjem, ob koncu 19. stoletja, so bile že razvite bakteriološke tehnike, identificirani so bili mnogi povzročitelji bakterijskih bolezni. Tedaj so napravili prva cepiva proti antraksu, kugi, tifusu, škrlatinki… Pasteur je v tem času napravil cepivo proti antraksu in atenuirano vakcino proti steklini.

 

V 20. stoletju se je nadaljevalo obdobje uvajanja novih cepiv z odkritjem imunološkega učinka tetaničnega in difteričnega anatoksina (Ramon). Z uvedbo tega cepljenja je bila davica praktično eradicirana, izredno uspešna se je pokazala vakcina proti tetanusu, saj med II. svetovno vojno praktično ne beležimo več tetanusa med vojaki zaveznikov, pri Nemcih pa še vedno. To je bil izjemen dosežek preventivne medicine.

Teže je bilo z uveljavitvijo cepljenja proti tuberkulozi z znanim cepivom, ki sta ga pripravila Calmett in Guérin (BCG). Zaradi nesrečnega slučaja (“tragedija v Lübecku”), ko so cepili s premalo mitigiranim cepivom in je zbolelo in umrlo veliko otrok, so cepivu dolgo časa odrekali vrednost.

Vsekakor gre zasluga za padec oslovskega kašlja obvezni vakcinaciji proti tej bolezni.

Naša generacija je doživela in doživlja spektakularen uspeh cepljenja. Nove možnosti izdelave cepiv z uporabo genskega inženirstva in izdelavo točno poznanih, čistih antigenov obetajo nove možnosti za izdelavo cepiv, upajmo, da kmalu tudi proti AIDS-u.

 

 

4.2.2.  Vrste cepiv

 

Danes poznamo več vrst cepiv:

• cepiva z živimi mikrobi,
• cepiva z mrtvimi mikrobi,
• cepiva iz posameznih delov virusa (virusne podenote – subunits vakcine),
• cepivo iz anatoksinov (pripravljeno iz bakterijskih eksotoksinov),
• cepiva iz kapsularnih Ag (sestavine bakterijske kapsule).

 

 

Žive vakcine

 

Kot cepivo uporabljamo žive, atenuirane viruse (bakterije). Ta cepiva so učinkovitejša od mrtvih vakcin. Delujejo kot naravna infekcija. Vzpodbudijo nastanek velike količine protiteles, ki se dolgo ohranijo v organizmu. Po vnosu v telo se mikrobi množijo, tako na mestu vnosa, kot tudi na oddaljenih mestih. To, da se antigen množi, podaljša antigenski učinek.

Viruse atenuiramo tako, da jih večkrat presajamo skozi celične kulture, oz. poskusne živali, da izgubijo virulenco. Bakterije gojimo na zanje neugodnih gojišcih. Zaželeno je, da so atenuirani mikrobi genetsko stabilni in da jih cepljena oseba ne izloča iz telesa.

Z živimi vakcinami spodbudimo obilno tvorbo cirkulirajočih protiteles, kot so IgM in IgG, pa tudi obilico lokalnih protiteles IgA. IgA so protitelesa, ki se nahajajo v vseh izločkih, veliko jih je na sluznicah dihal in prebavil, t.j. ravno na mestih, kjer mikrobi najpogosteje vstopajo v telo pri naravni infekciji. Ni še povsem razjasnjeno, kako te vakcine vzpodbujajo celično imunost in kako vplivajo na proizvodnjo interferonov.

 

Cepiva z živimi virusi (mikrobi) imajo tudi slabe strani:

• celične kulture, kjer vzgajamo viruse, so lahko inficirane – latentne, neopazne infekcije z V. kurje levkemije, opičjimi Papova v. SV40, CMV… (novejša cepiva pripravljamo v humanih diploidnih celičnih kulturah (HDC) – za pripravo cepiv proti poliomielitisu, ošpicam, rdečkam, mumpsu, steklini);
• možno je, da se avirulentni tip virusa v organizmu sprevrže v divji (virulentni) sev;
• možno je povečano onkogeno delovanje virusa v organizmu, zlasti iz skupine Herpes v. (V. Epstein-Barr, V. Herpes simplex tip 2).

 

S sodobnimi tehnikami priprave cepiv je bojazen, da pride do navedenih stranskih učinkov, minimalna.

Žive vakcine se za cepljenje zdrave populacije uporabljajo največ, ker dajejo najboljše imunološke učinke.

 

 

Mrtve vakcine

 

Ta cepiva dobimo tako, da s fizikalnimi in kemičnimi postopki (segrevanjem, zamrzovanjem, formalinom in drugimi kemikalijami) uničimo infektivnost mikrobov, zadržijo pa svoje antigenske lastnosti. Pri virusih uničimo njihovo NK.

Antigen se v organizmu ne množi, zato je tvorba protiteles v tem primeru manjša. Stimulirajo samo nastanek cirkulirajočih prititeles IgM in IgG. Protitelesa se stvarjajo proti antigenom kapside. Da podaljšamo učinek cepiva cepivu dodajamo t.i. adjuvanse (precipitate mineralov, oljne emulzije), ki povečajo vsebnost Ag in antigen dalj časa zadržujejo na mestu aplikacije. Na ta način se delovanje antigena podaljša na več tednov, sicer pa se učinek porazgubi v 3 do 7 dneh (zaradi dodatka adjuvansov so možne lokalne reakcije – ciste, vozlički).

Mrtva cepiva so slabše imunogena, imunost je kratkotrajna. Njihova dobra stran je, da so neškodljiva (zgled za tako cepivo je cepivo proti oslovskem kašlju) Kadar cepimo slabotne otroke ali osebe z imunskimi pomanjkljivostmi, lahko uporabimo za primovakcinacijo mrtvo cepivo, revakciniramo pa z živim.

 

 

Cepiva iz posameznih delov virusa (virusne podenote)

 

Po uporabljanju živih in mrtvih virusnih cepiv, kjer se kot antigen uporabi celoten virion, so opazili pomanjkljivosti teh cepiv. Znanstveniki so se začeli truditi, da bi iznašli cepivo brez stranskih učinkov. Rešitev se je pokazala, ko so točno spoznali zgradbo virusov in vlogo posameznih delov virusa. Ugotovljeno je, da je virusna kapsida, njeni proteini, najvažnejša kot nosilec antigenskih lastnosti. In da je virusni genom nezaželen (možnost mutacij, onkogenost, vgraditev v genom celice). Kasneje je bilo potrjeno, da so pri virusih z ovojnicami antigenske lastnosti tudi v ovojnici. Torej so kot cepivo uporabili dele kapsid in ovojnic.

Prvo tako poskusno cepivo je bilo pripravljeno iz virusa influencae (kompleten atenuiran virus je povzročal febrilno stanje). Pripravili so poskusno cepivo iz 2 Ag iz virusne kapside, hemaglutinin in neuraminidaza. Ta vakcina je bila manj pirogena, vzpodbudila pa je nastanek nevtralizirajočih protiteles. Sedaj aktualno cepivo proti influenci je prav tako tip cepiva iz virusnih podenot, pri katerem v cepivu kombinirajo različne H in N Ag virusov, aktualnih v preteklih epidemijah.

Uspelo je pripraviti cepivo proti hepatitisu B, ki je že več let v uporabi in daje dobre imunološke učinke. Cepivo vsebuje HBS Ag (površinski Ag viriona), danes ga pridobivajo z genskim inženiringom.

V poskusni fazi je vakcina proti hepatitisu A.

Uporabljajo tudi vakcino proti steklini, ki vsebuje 5 različnih polipeptidov, 2 iz nukleokapside in 3 iz ovojnice (to cepivo je brez stranskih učinkov).

Tudi proti ošpicam obstaja tak tip cepiva in daje 100 % serokonverzijo.

 

Taka cepiva ne vsebujejo infektivnih virusov, niso toksična, v njih se nahaja antigen točno poznane kemične strukture.

Tvorba protiteles je manjša in počasnejša kot pri živih vakcinah, ne spodbujajo nastanek interferonov.

 

 

Do danes je uvedena uspešna vakcinacija proti sledečim virusnim boleznim:

• poliomielitis, ošpice, rdečke, mumps (V. parotitis) – proti tem boleznim je v Sloveniji obvezno cepljenje,
• influenca, rabies, rumena mrzlica, variola, nekatere boleznim, ki jih povzročajo ARBO virusi (meningoencefalitis), hepatitis B,
• v pripravi so cepiva proti respiratornim virusom, HA, Herpes v. (V. Herpes simplex, CMV, V. varicella-zooster, V. Epstein-Barr).

 

Obvezno cepimo v Sloveniji tudi proti naslednjim bakterijskim boleznim:

• tuberkuloza – BCG (cepivo je atenuiran bovini tip Mycobacterium tuberculosis),
• davica in tetanus (uporabljamo anatoksin),
• oslovski kašelj (cepivo je mrtva Bordetella pertussis in parapertussis).

 

 

 

4.3.   Pasivna imunizacija

 

 

V organizem vnašamo že pripravljena protitelesa – protitelesa, ki jih je izdelal drug organizem, t.i. imune serume (to ni cepljenje ali vakcinacija).

Imunost, ki jo organizem tako pridobi, je kratkotrajna (1 do 2 tedna). Zato se tak način imunizacije redko uporablja, npr. če želimo zaščititi manjšo skupino profesionalno ogroženih ljudi.

 

Uporabljamo gama globuline, t.j. je frakcija serumskih beljakovin, ki delujejo kot protitelesa. Te uporabljamo v profilaksi nekaterih bolezni: tetanus, rumena mrzlica, ošpice, HB, HA in pri dolgotrajni uporabi steroidnih zdravil.

Uporabljajo se humani imuni serumi (serum rekonvalescentov je hiperimuni gama globulin).

Uporabo živalskih imunih serumov se ne priporoča, razen v skrajni sili, ko ni na voljo humanega seruma, zaradi možnih alergičnih reakcij (serumska bolezen).

 

 

Intrauterino pridobljena pasivna imunost

 

Bazira na IgG, ki tekom intrauterinega razvoja prehajajo iz materinega krvotoka v plod. Ta imunost je dolgotrajnejša, protitelesa se ohranijo v otrokovem krvotoku 4 do 6 mesecev. Ta protitelesa, ki jih otrok dobi od matere, zavarujejo dojenčka v prvih mesecih življenja proti tistim nalezljivim boleznim, ki jih je mati prebolela ali je bila cepljena proti njim.

 

 

 

4.4.   Kemoprofilaksa in kemoterapija virusnih bolezni

 

 

Sredstvo, ki se uporablja za zdravljenje, mora biti selektivno toksično, škoditi mora povzročitelju bolezni, ne pa gostitelju (princip selektivne toksičnosti je izpostavil Paul Erlich konec 19. stoletja).

 

Napredek pri iskanju specifičnih, učinkovitih antivirusnih substanc je relativno skromen. Eden od vzrokov je bilo prepričanje, da je nemogoče zaustaviti razmnoževanje virusov v celici, ne da bi pri tem poškodovali tudi celico.

Kasnejše raziskave so pokazale, da lahko inhibiramo posamezne faze razmnoževanja virusov v celici, celice pa ne poškodujemo. Lahko pa tudi s kemičnimi sredstvi preprečimo vdiranje virusa v celico, ali onemogočimo izstop virusov iz celice.

Vsako preučevanje antivirusnih substanc mora vključiti test na toksičnost sredstva, teratogenost in onkogenost, možnost nastanka mutant in tako pojav rezistence (seveda se testi opravljajo na poskusnih živalih, zato ne smemo pozabiti stavka R. Kocha: “Gospoda, nikoli ne pozabite, da ljudje niso miši!”)

 

 

Adamantani ovirajo vdiranje virusa v celico (inhibitorji začetnega stadija virusne infekcije).

Znan je 1-amantanamin-hidroklorid; je eden od mnogih aminoderivatov adamantana. Kot zdravilo je znan pod imenom Amantadin, Symetrel (1966).

Dobro deluje kot profilaktično sredstvo proti influenci A2, zdravilni učinek je veliko slabši. V poizkusih “in vitro” so ugotovili, da preprečuje razmnoževanje Arena v. (V. limfocitnega horiomeningitisa, V. bolivijske hemoragične mrzlice) in V. rubele.

 

N-metilisatin-beta-tiosemikarbazon je inhibitor sinteze nekaterih virusnih proteinov. Komercialno ime je Metisazon ali Marboran.

Način delovanja ni poznan. DNA virusa in mnogi virusni antigeni nastajajo normalno, ne sintetizirajo pa se vse strukturne beljakovine virusa.

Deluje na Pox v. (V. variola in V. vaccinia).

Ima profilaktično vrednost pred infekcijo z V. črnih koz (Indija, Brazilija, Pakistan). Uporabljali so ga tudi za zdravljenje, skupaj z imunoglobulini.

 

Ker je bilo ugotovljeno, da so virusne nukleinske kisline bistvene za razmnoževanje virusa, so začeli uporabljati strukturne analoge purinskih in pirimidinskih nukleozidov kot antimetabolite.

Uporabljajo se halogenirani pirimidini:

 

Jododeoksiuridin (IUDR, 1964).

Sredstvo inhibira timidinkinazo in se kot analogon timidina vgradi v virusno DNA.

To sredstvo so najprej uporabljali kot kemoterapevtik za zdravljenje tumorjev. Kmalu pa so ugotovili, da ima tudi antivirusno delovanje.

Inhibira razmnoževanje mnogih DNA virusov, zlasti V. Herpes simplex, V. varicela-zooster, CMV, V. vaccinia.

Vendar so se hitro pojavile mutante, ki so odporne na to sredstvo. Zaradi toksičnosti in premajhne učinkovitosti tega sredstva, se uporablja le lokalno, npr. pri herpetičnem keratitisu. Razen na virusno DNA vpliva tudi na celično.

 

Trifluorotimidin (kapljice za oči)

Je zelo učinkovit pri zdravljenju herpetičnega keratitisa, deluje na seve Herpes v., ki so rezistentni na IUDR.

 

Obstajajo še drugi derivati nukleozidov, ki pa se v klinični praksi ne uporabljajo.

 

Vidarabin (adenin-arabinozid, 9-beta-D-arabinofurano-ziladenin, Ara-A) je analog purina (1977).

Način delovanja ni točno poznan, verjetno inhibira DNA- polimerazo.

Ara-A je zelo učinkovit pri zdravljenju infekcij, ki jih povzročajo V. Herpes simplex, V. Varicella-zooster, CMV… Dajemo ga intravensko, ni toksičen in se uporablja pri sistemskih infekcijah, zlasti pri herpetičnem encefalitisu.

 

Aciklovir (Zovirax, 1985, 9-2-hidroksietoksimezil-gvanin, aciklogvanozin) je analog gvanozina.

Močno inhibira viruse V. Herpes simplex, slabo pa učinkuje na ostale DNA viruse. Nima učinka na celice organizma. Inhibira virusno DNA- polimerazo.

Uporablja se za zdravljenje herpetičnega keratitisa, genitalnega herpesa, noric.

 

Virazol (Ribavirin, 1-beta-D-ribafuranozil-1, 2,4-triazol-3-karboksamod) je sintetični nukleozid.

Inhibira različne DNA in RNA viruse. Inhibira sintezo gvanozin-5-fosfsta in s tem sintezo virusne DNA oz. RNA.

Fosfonoocetna koslina specifično zavira razmnoževanje V. Herpes simplex, tako da ovira delovanje DNA- polimeraze, ki jo inducira virus. Na celično DNA- polimerazo ima le neznaten učinek.

 

Azidotimidin (AZT, 1992). Uporablja se pri zdravljenju AIDS-a.

 

Foscarnet (1991). Za zdravljenje retinitisa, ki ga povzroča CMV in je pogosta infekcija pri bolnikih z AIDS-om.

 

Ganciclovir. Proti infekcijam s CMV.

 

Ribavirin. Za zdravljenje infekcij respiratornih sincicijskih virusov.

 

Nekatere spojine, kot so Levamisol in Isoprinozin, ne delujejo kot antimetaboliti, ampak so dobri imunostimulatorji.

Raziskovanja so potrdila dober učinek Isoprinozina pri bolnikih z V. Varicella-zooster in V. Herpes simplex.

 

 

Pridobivanje humanih interferonov z biotehnologijo je pocenilo proizvodnjo interferonov in zato se ti vedno več uporabljajo za zdravljenje virusnih bolezni in pri nekaterih tumorjih.

 

 

4.4.1.  Delovanje kemoterapevtikov in antibiotikov na mikroorganizme

 

Kemična antimikrobna sredstva, ki ubijajo ali inhibirajo razmnoževanje mikroorganizmov v živem organizmu in jih uporabljamo za zdravljenje nalezljivih bolezni, imenujemo kemoterapevtska sredstva.

 

Bistvena razlika med temi sredstvi in dezinficiensi je v sledečem:

• dezinfekcijska sredstva, ki delujejo mikrobicidno oz. mikrobiostatično, okvarijo tudi celice oz. tkiva živega organizma (gostitelja), zato jih za zdravljenje ne moremo uporabljati (ta sredstva uporabljamo samo v človekovem okolju, nekatera, zelo razredčena, tudi za dezinfekcijo kože in sluznic);
• kemoterapevtska sredstva ne okvarijo celic oz. tkiv gostitelja in nimajo vpliva na normalno funkcijo organizma; v nekaterih primerih imajo sicer neželene učinke (“stranske učinke”), ki pa na organizem delujejo znatno manj kot na povzročitelja.

 

Razlika med kemoterapevtiki in antibiotiki:

• kemoterapevtike dobimo sintetsko, v laboratorijih;
• antibiotiki so antimikrobna sredstva, ki jih izločajo živi organizmi, večinoma glivice in bakterije (v novejšem času so tudi antibiotiki sintetsko pripravljeni, oz. so polsintetski).

 

 

 

 

4.5.   Odkritje kemoterapevtskih sredstev

 

 

Razna kemična sredstva so že davno uporabljali za zdravljenje nekaterih nalezljivih bolezni. Določena sredstva so začeli uporabljati iz izkušenj, ne da bi vedeli po kakšnem principu delujejo.

Že v 17. stoletju so kinin uporabljali za zdravljenje malarije, emetin za zdravljenje amebiaze.

Mnogi poizkusi zdravnikov v preteklosti, da bi uporabili razna dezinfekcijska sredstva za zdravljenje nalezljivih bolezni, še ne pomenijo znanstvenega pristopa h kemoterapiji. Vsi ti poizkusi so se končali z neuspehom. Ta sredstva so kvarno vplivala tudi na človeka. Ti neuspehi so povzročili zastoj v razvoju kemoterapije.

 

Šele v 19. stoletju z delom Paula Erlicha se je začel razvoj kemoterapije na znanstveni osnovi.

Erlich je iskal tisto “čarobno zrno”, ki ubija povzročitelje bolezni, dočim tkiva bolnika ne prizadene. Bil je prvi, ki je formuliral princip selektivne toksičnosti.

Po zelo dolgem in napornem delu je Erlichu leta 1910 uspelo, da je pripravil t.i. Neosalvarsan (substanca 606) iz skupine arsenofenaminov (vsebuje živo srebro), ki je dal rezultate pri zdravljenju luesa. Že pred tem se je Arsenophenylglycine (substanca 418) izkazal kot zdravilo za spalno bolezen.

Napredek je bil dosežen tik pred prvo svetovno vojno, ko so ugotovili, da so akridinska barvila (genciana vijolično) dobro sredstvo za dezinfekcijo ran.

 

Obdobje naglega razvoja kemoterapije infekcijskih bolezni se je začelo leta 1935, ko je Nemec Domakg iznašel prvi preparat sulfonamida Protonozil. Ta se je izkazal izredno dobro pri zdravljenju bolezni, ki jih povzročajo gonokoki, meningokoki in pnevmokoki.

Po tem odkritju so sledila številna odkritja in sinteze različnih sulfonamidov, ki so omogočili zdravljenje večih bolezni, med njimi tudi tuberkulozo.

 

Že pred odkritjem sulfonamidov so spoznali sredstva z antimikrobnim delovanjem, ki so jih proizvajale razne bakterije in glivice.

Njihovo delovanje temelji na anabiozi. Ta sredstva imenujemo antibiotiki.

 

Že leta 1877 sta Pasteur in Joubert opazila, da Bacillus anthracis preprečuje rast drugim bakterijam.

Emmerich in Löwe sta leta 1879 izolirala iz bakterije Pseudomonas aeruginosa (B. pyocianeus) prvi antibiotik Piocianaza. Ta je ubijal piogene koke, B. davice, kolere, Salmonellae A. Na žalost pa je bil strupen tudi za človeka, zato se v praksi za zdravljenje nalezljivih bolezni ni uveljavil.

Po dolgem zastoju je šele leta 1929 Fleming odkril Penicilin. Opazil je, da so kolonije piogenih kokov izginile tam, kjer je na gojišče padla spora plesni Penicilium notatum.

Chain in Florey s sodelavci sta v letih 1938 do 1940 izolirala ta antibiotik v čistem stanju in dokazala, da je izredno učinkovit za zdravljenje infekcijskih bolezni, ki jih povzročajo Gram⁺ in Gram^– koki.

Leta 1940 je Waksman iz plesni Streptomyces griseus izoliral antibiotik Streptomicin. Ta zelo ucinkovito ubija Gram– bakterije, tudi Mycobacterium tuberculosis.

Od tedaj pa do danes je izoliranih in sentitiziranih nekaj tisoč antibiotikov. Med vsemi temi jih je sorazmerno malo klinično uporabnih.

 

 

 

4.6.   Mehanizem antimikrobnega delovanja

 

 

V bakterijski celici se odigravajo številne biokemične reakcije. Če prekinemo oz. zavremo samo eno teh reakcij, bo bakterijska celica uničena.

Kemoterapevtska sredstva delujejo mikrobiostatično ali mikrobicidno. Za večino kemoterapevtskih sredstev poznamo mehanizem delovanja, prav za vse pa še ne.

 

 

Metabolični antagonizem

 

Kemoterapevtsko sredstvo zaradi kemične podobnosti z nekim esencialnim metabolitom mikroba vstopa v reakcijo z encimom, katerega substrat je omenjeni metabolit. Tako kemoterapevtsko sredstvo blokira encim, ki je bakteriji življenjsko potreben.

 

 

Inhibicija sinteze celične stene

 

Bakterijska celica, ki ne more sintetizirati celične stene, odmre.

 

 

Inhibicija funkcije citoplazmatske membrane

 

Različna kemična sredstva lahko tako spremenijo celično membrano, da onemogočijo njene najvažnejše funkcije: preprečujejo difuzijo (onemogocajo prehrano bakterijske celice), uničujejo dihalne encime in ovirajo biosintezo na membrani.

 

 

Inhibicija sinteze proteinov

 

Mnoga sredstva v različnih fazah prekinejo sintezo proteinov. Preprečijo sintezo aminokislin, peptidov, polipeptidnih verig, purinskih in pirimidinskih baz. Najpogosteje preprečijo prenos aminokislin, delujejo na 50- S ribosomske podenote in inhibirajo 30- S ribosomske podenote, kar prepreči povezavo v poliribosome.

 

 

Inhibicija nukleinske kisline

 

Ta sredstva delujejo različno, nekatera se vežejo na DNA, nastali kompleks DNA-kemoterapevtik onemogoča sintezo mRNA. Nekatera depolimerizirajo DNA. So pa tudi taka, ki se vgradijo v DNA namesto purinskih in pirimidinskih baz.

 

Nepoznano delovanje

 

 

 

 

4.6.1.  Metabolični antagonisti

 

V to skupino štejejo v glavnem kemoterapevtiki sulfonamidi (para-aminosalicilna kislina, izoniazidi, tiosemikarbazoni, deoksiuridini).

 

 

Sulfonamidi so velika skupina spojin; v kolikor se na mestu amido skupine (NH–) zamenjajo različni radikali, dobimo nove spojine. Med seboj se razlikujejo po času delovanja in po antimikrobnem učinku.

 

 

Princip delovanja

 

PABA (para-aminobenzojeva kislina) je osnovni metabolit mnogih bakterij. Bakterijski encim pretvori PABA v folno kislina. Folna kislina je življenjskega pomena za mnoge mikrobe, je vmesni metabolit pri sintezi purinov:

 

 

Živalske in človeške celice ne morejo sintetizirati folne kisline in so odvisne od dodatka te kisline od zunaj (iz hrane). Tudi vse bakterije nimajo te sintetske zmožnosti. Teh bakterij ne moremo blokirati s sulfonamidi.

Če dodamo PABA (v prebitku) v gojišče, zavremo učinek sulfonamidov. Enak učinek dosežemo z dodatkom folne kisline.

Sulfonamidi delujejo bakteriostatično na mnoge G⁺ in G^– bakterije, kot so: β- hemolitični streptokoki, B. anthracis, meningokoki, šigele, koliformne bakterije, salmonele, Pasterella in tudi nekatere Chlamydiae.

 

 

4.6.2.  Inhibitorji sinteze celične stene

 

So antibiotiki, ki ovirajo sintezo mureina: Penicilin (cefalosporini, Bacitracin, Vankomicin)

 

 

Penicilini

 

So skupina antibiotikov, ki jih dobimo iz vrst rodu Penicillium in Aspergillus. Najpogosteje jih dobimo z ekstrakcijo iz raznih sevov Penicillium notatum in P. chrysogenum. V novejšem času jih pridobivamo polsintetsko.

Osnovna kemična struktura penicilina je iz jedra – tiazolidinski prstan in betalaktonski prstan. Na betalaktonski prstan je pritrjena stranska veriga, ki daje specifičnost posameznim vrstam penicilina.

 

Posamezne vrste penicilinov označujemo s črkami F, G, K, O, V in X. Vsi ti penicilini se med seboj razlikujejo po fizikalnih, kemičnih in farmakoloških lastnostih. Največ se uporablja penicilin V, ker je stabilen proti kislinam, in penicilin G.

 

 

Spekter delovanja

 

Vsi penicilini v nizkih koncentracijah delujejo bakteriostatično, v večjih pa baktericidno. Bakterije, ki so bile v kontaktu s penicilinom, zaradi izgube celične stene dobijo razne nenavadne oblike (L- oblike).

Penicilin G deluje antibakterijsko na G⁺ in G^– koke in na spirohete, posebno na Treponemo pallidum. Deluje tudi na Chlamidije.

Penicilin V deluje na G⁺ bakterije in na G^– koke, vendar ima slabši učinek od penicilina G.

 

 

Neželeni učinki

 

Mnogi sevi stafilokokov in koliformnih bakterij in g. Bacillus izločajo penicinilazo. Nekatere druge vrste bakterij izločajo amidazo. Oba encima razgrajujeta penicilin, zato so ti sevi rezistentni proti penicilinu. V novejšem času penicilinom dodajajo klavulonsko kislino, ki izniči delovanje penicinilaze.

Lahko povzročajo gastrointestinalne motnje, alergične reakcije.

 

 

4.6.3.  Inhibitorji funkcije citoplazmatske membrane

 

Citoplazmatska membrana bakterij in glivic je občutljivejša od membrane živalskih oz. človeških celic. Zato je možna selektivna kemoterapija.

Med najpogosteje uporabljane antibiotike te skupine spadajo Polimyxin, Nistatin in Amphotericin.

 

 

Polimyxin

 

So antibiotiki izolirani iz sevov Bacillus polimyxae, to so bazični peptidi.

Obstaja 5 različnih vrst, ki jih imenujemo A, B, C, D in E. Praktično uporabljamo Polimiksin B in E, ostali so preveč toksični.

Polimyxin B se slabo resorbira v črevesju, zato ga dajemo intramuskularno in intravenozno. Dobro deluje na G^– bakterije. Baktericiden je za Pseudomonas aeruginosa, ki je odporen proti večini drugih antibiotikov.

Povzroča celo vrsto neželenih učinkov; je nevrotoksičen, nefrotoksičen, povzroča bolečine na mestu aplikacije.

 

 

Amphotericin B in Nistatin

 

Iz različnih vrst Streptomycesa pridobivamo nekaj antibiotikov, ki delujejo antimikrobno na citoplazmatsko membrano glivic in plesni. Oba omenjena antibiotika sta antimikotika, delujeta na glive, na bakterije nimata učinka.

Amphotericin B je fungiciden za Cryptoccocus neoformans, Blastomyces bradiliensis, Bl. dermatidis, Coccidioides imitis, Histoplasma cepsulatum. Neželeni učinki so, da je nevro- in nefrotoksičen.

Nistatin deluje na Candido albicans in je zelo malo toksičen.

 

 

4.6.4.  Inhibitorji sinteze proteinov

 

Sem šteje veliko število antibiotikov. Ovirajo prenos aminokislin in njihovo vgraditev v polipeptid.

 

 

4.6.4.1.    Inhibitorji ribosomskih podenot 30 S

 

Ta skupina deluje tako, da prepreči vezavo mRNA ali ovira premikanje mRNA proti 30 S enotam. Blokirajo mesto za aminoacetilakceptor.

Sem spadajo tetraciklini in aminoglikozidi.

 

 

Tetraciklini

 

So antibiotiki s širokim spektrom delovanja. Delujejo močno bakteriostatično na Gram⁺ in Gram^– bakterije, rikecije in nekatere klamidije. Največ se uporabljajo Klortetraciklin, ki ga dobimo iz Streptomyces aureofaciens, in Oksitetraciklin.

 

 

Spekter delovanja

 

Večina sevov Pseudomonas aeruginosa, Proteus in enterokoki, mnogi sevi stafilokokov in sevi Candida albicans so rezistentni na vse tetracikline.

 

 

Neželeni učinki

 

Deponirajo se v kosteh in zobnem tkivu, zlasti v fetalni dobi (okvara jeter). Reducirajo in uničujejo normalno floro, predvsem v črevesju, vagini in ustni votlini, zato se razbohotijo Pseudomonas, Proteus, enterokoki, Candida, pride do superinfekcije.

 

 

Streptomycin

 

Prvega je odkril Waksman leta 1943 iz glivice Streptomyces griseus. Zaradi ototoksičnosti se ne uporablja.

Deluje bakteriostatično na Gram^– in Gram⁺ bakterije, močno na Mycobacterium tuberculosis in na Borelliae. Deluje na večino bakterij, ki so rezistentne na penicilin, hitro pa se pojavi rezistenca in celo odvisnost od Streptomycina.

Okvari 8. možganski živec (ataksija, gluhost).

 

 

4.6.4.2.    Inhibitorji ribosomskih podenot 50 S

 

Ta sredstva preprečujejo vezavo tRNA na 50 S podenote ribosomov.

 

 

Chloramphenicol

 

Prvotno so ga izolirali iz Streptomyces venezuelae.

Ima enak spekter delovanja kot tetraciklini. Je antibiotik širokega spektra. Posebno učinkovit je za zdravljenje črevesnega tifusa in paratifusa, enterokolitisov in infekcij, ki jih povzroča Haemophillus influenzae.

Neželeni učinki so superinfekcije s Candido albicans, anemije.

 

 

4.6.5.  Inhibitorji na DNA

 

Ta sredstva inhibirajo sintezo in (ali) funkcijo DNA. Mnoga ta sredstva se zaradi toksičnosti ne morejo uporabljati za klinično zdravljenje.

Novobiocin, Rifamycin, Grizeofulvin.

 

 

 

4.7.   Rezistenca na kemoterapevtska sredstva

 

 

Veliki uspehi pri zdravljenju mnogih infekcijskih bolezni z raznimi kemoterapevtskimi sredstvi so bili kmalu zasenčeni. Pokazalo se je, da postanejo mnogi povzročitelji nalezljivih bolezni hitro ali počasi odporni proti enemu ali več kemoterapevtikom oz. antibiotikom. Pojav rezistence otežuje ali celo onemogoči zdravljenje določene infekcijske bolezni.

Danes so vzroki za pojav rezistence razjasnjeni, zato lahko rezistenco v glavnem tudi preprečujemo.

 

Rezistenca se razvije z mutacijo ali adaptacijo.

Število rezistentnih mutant je pri različnih bakterijskih vrstah različno in se giblje od 1 : 10⁵ do 1 : 10¹⁰ (pri Mycobacterium tuberculosis je število mutant rezistentnih na Streptomycin 10^-10, na izoniazid pa 10^-6).

Rezistentne mutante se pojavljajo v populaciji spontano, ne glede na to ali so bile izpostavljene določenemu antibiotiku, antibiotik jih le selekcionira (preživijo).

Rezistenca se iz generacije v generacijo povečuje. Iz mutant se rezistenca prenaša v nove bakterije, tudi v druge vrste (s transformacijo, konjugacijo, transdukcijo).

 

 

4.7.1.  Mehanizem nastanka rezistence

 

• Kemoterapevtik inducira v bakteriji nastanek inducibilnega encima, ki razgradi kemoterapevtik: penicilaza, amidaza, kloramfenikolacetiltransferaza (razgradi kloramfenikol), kanamicin-fosforilaza (inaktivira kanamicin).
• Bakterija začne proizvajati večje količine konstitutivnega encima, ki razgradi antibiotik: streptomycin-adenil-transferaza.
• Povečano nastajanje metabolita, ki konkurira z antibiotikom (npr. povečana količina PABA ali dodatek folne kisline pri sevih rezistentnih na sulfonamide).
• Nastanek nove metabolne poti, s tem bakterija zaobide encimski blok.
• Sprememba propustnosti celične stene oz. membrane, tako da antibiotik ne more v notranjost celice.
• Zmanjšanje topnosti sredstva v bakteriji.

 

 

4.7.2.  Odvisnost mikroorganizma od antibiotika

 

Nekateri redki sevi bakterij ne le da postanejo rezistentni na antibiotik, ampak postanejo od njega celo odvisni. Izkoriščajo antibiotik kot svoj esencialni metabolit (hrano). Taki sevi se brez antibiotika zelo počasi razmnožujejo, oz. se sploh ne množijo.

Najpogosteje postanejo odvisni od Streptomycina. To je znano za vrste Klebsiella in Aerobacter.

 

 

4.7.3.  Medicinski pomen rezistence

 

Pred odkritjem antibiotikov in kemoterapevtikov so bile mnoge nalezljive bolezni težko ozdravljive, ali pa jih sploh ni bilo mogoče pozdraviti. Široka uporaba teh sredstev pa je privedla do pojava rezistentnih sevov.

 

Ko so leta 1936 začeli uporabljati sulfonamide za zdravljenje gonoreje, med temi bakterijami ni bilo rezistentnih sevov. Danes je večina gonokokov rezistentnih na sulfonamide.

Podobno je bilo z meningokoki. Do leta 1963 med njimi praktično ni bilo sevov odpornih na sulfonamide in Penicilin. Danes so te bakterije rezistentne na celo vrsto antibiotikov.

Ko so leta 1950 na Japonskem začeli uporabljati Streptomycin in Chloramphenicol za zdravljenje bacilarne dizenterije, ni bilo sevov Shigella rezistentnih na te antibiotike. Že leta 1953 je bilo preko 40 % sevov odpornih na ta dva antibiotika.

Posebno dramatičen je porast rezistentnih stafilokokov. V začetku leta 1943 je bila večina teh bakterij občutljiva na Penicilin. Že leta 1948 je bilo 70 do 80 % teh bakterij rezistentnih, kasneje so bili praktično vsi patogeni stafilokoki rezistentni na Penicilin. Zdaj penicilinskim preparatom dodajajo klavulonsko kislino, ki nevtralizira penicinelazo bakterij, ker ima večjo afiniteto do encima kot penicilin.

Iz leta v leto se število rezistentnih bakterij povečuje. Rezistentni sevi se množijo zlasti v zdravstvenih ustanovah.

Sredi leta 1952 je prvič opisana t.i. multipla antibiotska rezistenca na Japonskem pri Šigelah. Sevi izolirani pri epidemijah bacilarne griže so bili rezistentni na 3 antibiotike, sulfonamide, tetracikline in Streptomycin. Že tri leta kasneje se je pridružila še rezistenca na Chloramphenicol.

Tako multiplo rezistenco so kasneje pogosto zasledili. Značilna je zlasti za stafilokoke in povzročitelje črevesnih nalezljivih bolezni (Enterobakteriaceae), ti so lahko rezistentni na 10 in več antibiotikov hkrati.

 

 

 

4.8.   Neželeni (stranski) učinki kemoterapevtskih sredstev

 

 

Pojav stranskih učinkov se giblje v širokih mejah. Pojavijo se pri 0,5 do 18 % ljudi.

 

Najvažnejši so:

• toksične reakcije,
• reakcije preobčutljivosti,
• pojav rezistentnih sevov,
• biološke komplikacije v gostitelju.

 

 

4.8.1.  Toksične reakcije

 

Mnogi antibiotiki so bolj ali manj strupeni.

Na pojav in resnost reakcije vpliva gostitelj (človek): telesna teža, starost, etnična pripadnost, zdravstveno stanje.

Vsi ti faktorji vplivajo na izražanje toksičnosti: ali bo oblika reverzibilna ali ireverzibilna, lokalna ali sistemska, težja ali lažja.

 

 

Lokalne

 

Najpogosteje se pojavijo na mestu aplikacije: iritacija, bolečina (Bacitracin, Polimiksin B).

Gastrointestinalne motnje: slabost, bruhanje, driska (Klortetraciklin, Kloramfenikol, sulfonamidi – tuberkulostatiki).

Flebitis (intravenozno apliciran Kloramfenikol, Oksitetraciklin).

 

 

Sistemske

 

Pokažejo se na različnih sistemih. Najpogosteje prizadenejo jetra, ledvice, hematopoetske organe, periferno živčevje in centralno živčevje:

• hematotoksične učinke imajo npr. Nepmicin, Kanamicin, Polimiksin B, Gentamicin,
• nefrotoksični so Neomicin, Kanamicin, Polimiksin B, Gentamicin, sulfonamidi,
• hematološke spremembe povzročajo Streptomicin, Kloramfenikol, sulfonamidi,
• nevrotoksični so Streptomicin, Kloramfenikol, Polimiksin B, Kanamicin, Grizeofulvin.

 

 

4.8.2.  Preobčutljivost

 

Nekateri antibiotiki, zlasti Penicilin, Kloramfenikol, Klortetraciklin, sulfonamidi, izzovejo različne oblike preobčutljivosti.

 

 

Lokalne

 

Urtikarija ali druge spremembe na koži, dokaj pogosti so tudi stomatitisi.

 

 

 

 

Sistemske

 

Te reakcije so lahko znatno težje, najtežja oblika je anafilakticni šok, ki se lahko konča tudi s smrtjo. Najpogostejši vzrok takih reakcij je Penicilin.

 

 

4.8.3.  Pojav rezistence

 

Ta se lahko pojavi zato, ker je bil povzročitelj že rezistenten, ali pa se razvije zaradi premajhne doze antibiotika ali ne dovolj dolge oz. nepravilne aplikacije.

 

 

4.8.4.  Biološke komplikacije

 

Te se pojavijo navadno po dolgotrajni uporabi antibiotikov. Najpogostejše so superinfekcije, prekinjena naravna imunizacija, recidivi in hipovitaminoze oz. avitaminoze.

 

 

Superinfekcije

 

V času zdravljenja in po zdravljenju določene infekcijske bolezni z antibiotikom se bolnik pogosto okuži s kakim drugim mikrobom, ali pa se razbohoti mikrob, ki je sicer v mešani normalni flori.

Najpogosteje take komplikacije nastanejo po daljši terapiji z antibiotikom širokega spektra. Vzrok so najpogosteje pogojno patogeni mikrobi (oportunisti), kot so Proteus, Klebsiellae, Pseudomonas aeruginosa, koliformne bakterije, vrste stafilokokov in enterokokov, Candida albicans in druge glive. Našteti mikrobi predstavljajo v glavnem normalno floro človeka. Jemanje antibiotikov poruši ravnotežje v normalni flori, preostali mikrobi so brez antagonizma in se razmnožijo.

Glede na lokalizacijo superinfekcije pride do otitisa, enterokolitisa, bronhopnevmonije.

 

 

Prekinjena naravna imunizacija

 

Znano je, da se imunost stvarja kot odgovor na prisotnost antigena v organizmu. Če bolnika v začetnem stadiju bolezni zdravimo z učinkovitim antibiotikom, ta hitro uniči velik del mikrobov. Odstranitev antigena ima za posledico izostanek stvarjanja protiteles. Tako ostane bolnik neimuniziran in pri ponovnem kontaktu z istim mikrobom spet zboli.

 

 

Recidivi

 

Ponovno ponavljanje kliničnih znakov bolezni po njenem izboljšanju.

Do tega pojava pride pogosto, če ne dajemo dovolj močne doze antibiotika, ali antibiotika ne dajemo dovolj dolgo. Tedaj se mikrobi zadržijo v tkivih in se ponovno razmnožijo.

To je pogosto pri črevesnem tifusu, ki ga zdravimo s Kloramfenikolom.

 

 

Hipovitaminoze in avitaminoze

 

Mnoge glive in bakterije v črevesju proizvajajo znatne količine vitaminov B- kompleksa in K vitamin, antibiotiki širokega spektra pa uničijo tudi normalno floro.

 

 

5. Normalna telesna mikroflora

 

 

Človeka stalno obdaja veliko število raznih vrst mikrobov. Mikroorganizmi pridejo na in v človeka različno: iz zraka, vode, s hrano, iz zemlje, iz rastlin, živali in od drugih ljudi. Zato so koža, sluznice prebavil in dihal, urogenitalnih poti in konjunktive naseljene z mikrobi (vsa mezodermalna tkiva zdravih ljudi so sterilna). Naselijo se v človeku, čim se ta rodi, ko vdihne prvi zrak in ga spremljajo do smrti.

 

Večina mikrobov v človeku hitro propade. Človek ni ugodno okolje za razmnoževanje večine mikroorganizmov. Take imenujemo slučajna (prehodna) mikroflora; ti propadejo.

Nekateri pa so se prilagodili na razmere, ki vladajo na oz. v človeškem organizmu. Človek ima tudi znatne koristi od te flore. Ti predstavljajo stalno, normalno mikrofloro.

Število in vrsta mikroorganizmov se v normalni flori spreminja, kar je odvisno od klimatsko-meteoroloških pogojev, vode, hrane, osebne higiene…

 

 

 

5.1.   Flora na površini kože

 

 

Stalno mikrofloro najpogosteje sestavljajo mikrokokaceae in korinebakterije.

Od mikrokokov so v največjem številu g. Micrococcus in koagulaza negativne vrste g. Staphylococcus, predvsem Staphylococcus epidermidis.

Od korinebakterij so prisotni razni difteroidni bacili (podobni bacilu davice, vendar nepatogeni) in lipofilne vrste Corynebacterium acnes.

 

Številne so tudi vrste g. Propioonibacterium, te so običajno v foliklih lojnic obraza in vratu. Te vrste pogosto povzročajo aknavost kože.

 

Gram^– vrste so redkejše od Gram⁺. Od Gram^– najdemo Acinetobacter calcoaceticus (na vlažnih delih kože, pod pazduho).

 

Kot prehodno floro najdemo na koži tudi enterobakterije: Klebsiella, Proteus, Pseudomonas (tudi te so prisotne na vlažnih predelih).

 

Med prsti na nogah, so pogosto prisotne glive: Candida albicans, C. parasilosis, C. tropicalis, različne vrste g. Trichophyton, Microsporum in Epidermofyton. To so glive, ki lahko povzročajo dermatomikoze.

 

Okrog ušes, pod pazduho in v okolici spolovil pogosto najdemo acido- alkoholorezistentne mikobakterije (nepatogene, ki jih lahko pomotoma zamenjamo z Mycobacterium tuberculosis).

 

Sestava in številčnost mikrobov na koži je v veliki meri odvisna od baktericidnih snovi, ki jih izločajo nekateri mikrobi, predvsem Micrococcus epidermidis. Izločene snovi onemogočajo razmnoževanje zlasti Gram^– bakterijam.

 

 

5.2.   Flora nosu, nazofarinksa in paranazalnih sinusov

 

 

Pri dihanju prihaja v dihala z vdihanim zrakom večje število mikrobov. Ti pridejo večinoma samo do nazofarinksa, traheje in bronhijev; običajno hitro propadejo.

 

Pljuča zdravih ljudi so sterilna.

 

V nosu in nazofarinksu se mikrobi zadrže dalj časa. Pogosto najdemo tu razne nepatogene najserije, Gram⁺ diplokoke, stafilokoke in streptokoke.

 

Paranazalni sinusi so sterilni.

 

Na sluznici nosu in žrela so prisotne tudi mnoge patogene vrste: hemolitični streptokoki, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Haemophylus influenzae, Neisseria meningitidis, Klebsiella pneumoniae, Corynebacterium diphteriae, Bordetella pertussis.

Včasih najdemo tukaj tudi odporne črevesne bakterije: Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli in Proteus.

Prisotni so tudi entero v. in rino v.

Od gliv je pogosta Candida albicans, zlasti pri otrocih.

 

 

 

5.3.   Flora v ustih

 

 

Mikroflora v ustih je pestra in komplicirano sestavljena. V ustih imamo dva glavna predela: tekoči del (slina – saliva) in trdni del (sluznica, zobje, zobni plaki, t.j. zobni kamen in ostanki hrane).

V usta pridejo mikrobi z zrakom, respiratornim sekretom iz nosne votline, s hrano, vodo, z rok in predmetov.

Število mikrobov v ustih se menja tudi čez dan. Največ jih je zjutraj (pred zajtrkom). Po zajtrku se število zmanjšuje kontinuirano do večerje. Takrat število naraste, po večerji pa spet upade. Nato se število mikrobov v ustih povečuje do jutra.

Zobne paste in cigaretni dim začasno (kratkotrajno) zmanjšajo število mikrobov.

Kot se spreminja število mikrobov, se spreminja tudi njihova sestava.

 

Največ mikrobov je na trdnih delih ustne votline, v slini jih je malo in se zadržijo kratek čas (jih pogoltnemo ali izpljunemo).

Streptococcus sanguinis, ki ga najdemo na trdnih delih, proizvaja H₂O₂, ki inhibira razmnoževanje drugih mikroorganizmov.

 

Stalna mikroflora ust je 40% aerobov in 60% anaerobov. V 1 ml sline je 107 bakterij. Največ jih je iz rodov Streptococcus, Micrococcus, Veillonella; slede Lactobacillus, Staphylococcus, Bacterioides, Fusobacterium, Leptotricha, Treponema, Vibrio in koliformne bakterije.

Od gliv so prisotne Candida, Sacharomyces, Geotrichum, Penicillium, Aspergillus.

Protozoi, ki jih najdemo v ustih, so Entamoeba gingivalis in Trichomonas tenax.

 

V kriptah gingive in obzobnih žepih so anaerobni pogoji; tu uspevajo anaerobi in fakultativni anaerobi. Najpogostejši so različni Gram⁺ in Gram^– bacili in vrste g. Veillonella, Peptococcus, Peptostreptococcus, Bacterioides, Fusobacterium. Najdemo tudi nekatere Treponeme, T. microdentium, T. denticola, Vibrio sputorum in nekatere Neisseriae. Vse naštete najdemo v glavnem pri odraslih, pri otrocih pa redko.

 

Zobni plaki so obloge iz organskih snovi, ki se formirajo na površini zob. Sestojijo iz organskih snovi, v katerih so “vsajene” bakterije. Najpogosteje so to Streptococcus, S. sangvis, S. mutans, S. salivarius in Actinomyces, A. viscosus, A. israeli, često še Veillonella, Bacterioides in Fusobacterium.

 

 

 

5.4.   Flora v prebavnem traktu

 

 

V želodec stalno prihaja znatno število mikrobov, ki pa jih prebavni encimi in solna kislina hitro uničijo. Tudi dvanajstnik je praktično sterilen. V tankem črevesu je zelo malo mikrobov, v spodnjem delu tankega črevesa pa najdemo enterokoke, sarcine, laktobacile, kolimorfne bakterije in glive.

 

Debelo črevo vsebuje znatne količine prebavljene hrane, kar je odlično okolje za razmnoževanje mikroorganizmov. V debelem črevesu je masa različnih bakterij, te predstavljajo več kot ⅓ teže blata. Najdemo preko 400 različnih bakterijskih vrst. To so predvsem koliformne bakterije (Escherichia coli, g. Proteus, Pseudomonas aeruginosa). Poleg teh pa še Lactobacillus, stafilokoki, streptokoki, g. Bacterioides. Clostridium perfringens in drugi klostridiji. Borellia, Treponema.

Od gliv se nahajajo Candida albicans, g.Geotrixa, Cryptococcus, Penicillium, Aspergillus.

Med virusi najdemo enteroviruse, od protozojev pa razne amebe.

Relativno pogosto najdemo tudi povzročitelje nalezljivih črevesnih bolezni (0,1 % ljudi ima salmonele). Pogosto najdemo tudi patogene stafilokoke, hemolitične streptokoke, enteropatogene ešerihije coli, polioviruse, viruse hepatitisa A (VHA), kokseki in enteroviruse, histolitično amebo in girdijo lamblijo.

 

 

 

5.5.   Flora v urogenitalnem traktu

 

 

Spodnji del uretre pri moškem vsebuje Gram⁺ koke, difteroidne bacile in včasih tudi Trichomonas. V smegmi se nahaja Mycobacterium smegmatis (ki ga lahko zamenjamo z bacilom tuberkuloze).

Uretra žensk je sterilna, ali pa v sprednjem vsebuje delu maloštevilne Gram⁺ koke.

 

V vagini je znatno število Gram⁺ bacilov; to so Döderleinovi bacili oz. vrsta Lactobacillus acidophylus. Ti bacili proizvajajo velike količine organskih kislin iz glikogena, zato je pH v vagini kisel, kar preprečuje razmnoževanje drugim bakterijam. Če se uniči ta normalna flora, se spremeni reakcija v vagini v nevtralno ali celo alkalno. Takrat se namnožijo drugi mikrobi (α hemoliticni in nehemoliticni streptokoki, koliformne bakterije, difteroidni bacili, zlasti pogosto se namnoži Trichomonas vaginalis).

 

 

 

5.6.   Kri in tkiva

 

 

Vsa mezodermalna tkiva so pri zdravem človeku brez mikrobne flore (sterilna).

 

6. Odnosi med mikroorganizmi in človekom

 

 

Za medsebojne odnose med človekom in mikroorganizmi, ki živijo na in v njem, uporabljamo različne izraze:

• kolonizacija je naselitev mikroorganizmov na telesnih površinah,
• če mikrobi vdrejo v tkiva in se tam razmnožujejo, govorimo o infekciji,
• infekcijo, ki povzroči znatne spremembe v delovanju organizma, pa imenujemo bolezen.

 

Ali bo prišlo po okužbi (vnosu mikroorganizmov v telo) do težke ali lažje oblike bolezni, ali pa bolezen sploh ne bo nastopila, je odvisno po eni strani od fizioloških lastnosti mikrobov in njihovega števila, po drugi strani pa od obrambnih sposobnosti gostitelja.

 

Vsi ljudje in živali (zlasti vretenčarji) imajo razvite obrambne mehanizme, ki organizem varujejo pred vsemi škodljivimi vplivi iz okolja, tudi pred patogenimi mikroorganizmi. Ti mehanizmi so številni in različni ter pri različnih ljudeh različno močno izraženi. Obrambna zmožnost organizma se spreminja tudi tekom življenja.

Vsi mehanizmi obrambe pred škodljivimi vplivi okolja predstavljajo odpornost (rezistenco) gostitelja; občutljivost (sprejemljivost) je pomanjkanje odpornosti.

 

Patogenost, virulenca in število mikrobov na eni strani in občutljivost oz. odpornost gostitelja na drugi strani predstavljata medsebojno vzročno povezane biološke pojave, ki so odločilni pri nastanku in izražanju bolezni.

 

 

 

6.1.   Lastnosti mikrobov, ki jim omogočajo povzročiti bolezen

 

 

6.1.1.  Patogenost in virulenca

 

Patogenost je potencialna sposobnost mikroba, da povzroči bolezen.

Bolezni, ki jih povzročajo mikroorganizmi (biološki agensi) so nalezljive (infekcijske) bolezni. Te lahko povzročajo bakterije, glive, rikecije, virusi, protozoi.

Od 10.000 znanih vrst mikroorganizmov jih je pribl. 300 takih, ki lahko povzročajo bolezni ljudi in živali; te imenujemo patogeni.

Patogenost je genetična (dedna) fiziološka lastnost mikroorganizma (tako kot pigment, flageli, razgradnja določenega substrata). Patogeni mikrobi različno izzovejo bolezni. Nekateri delajo strupene snovi, ki okvarijo celice oz. tkiva, drugi mehanično okvarijo celice, ko se v njih razmnožujejo, mnogi ovirajo normalen metabolizem celice.

Posamezne ali vse lastnosti, ki povzročajo bolezen, so lahko različno močno izražene. Isti sev patogenih mikrobov lahko v različnih okoliščinah izdeluje mnogo, malo ali nič strupnin (fenotipična variacija).

 

Kako so ti faktorji patogenosti izraženi, nam pove virulenca mikroba. Virulenca je stopnja patogenosti.

Tako je lahko patogen mikroorganizem zelo virulenten, srednje virulenten, slabo virulenten ali avirulenten.

Beseda virulenca izhaja iz latinščine (virulentia – strupenost).

 

Patogenost je stalna, nespremenljiva lastnost. Virulenca se menja, odvisno od okoliščin.

Patogenost in virulenco lahko opazujemo smo v živem organizmu.

 

 

6.1.2.  Specifičnost gostitelja

 

Nekateri mikroorganizmi so patogeni samo za človeka, drugi samo za določeno živalsko vrsto. Poznamo tudi take, ki so primarno patogeni za razne vrste vretenčarjev, lahko pa zboli tudi človek; take bolezni imenujemo zoonoze.

Zato ne zadošča, če za določen mikroorganizem rečemo, da je patogen, vedno moramo navesti gostitelja, na katerega se nanaša patogenost.

Npr.: Shigella je patogena za človeka, Bacillus anthracis pa je patogen za mnoge domače in divje živali ter za človeka.

 

 

6.1.3.  Vstop (vstopna mesta) mikrobov v gostitelja, infektivna doza

 

Noben patogen in virulenten mikroorganizem ne more izzvati bolezni, če na nek način ne pride v gostitelja. Izjema so nekateri mikrobi, ki izločajo toksine v različne snovi, največkrat v hrano; ti toksini nato z živilom pridejo v telo (eksotoksini).

 

Pomembna je tudi t.i. infektivna doza (število mikrobov ali količina toksina), ki pridejo v telo.

Mikrobi lahko izzovejo bolezen le, če se v gostitelju naselijo in razmnožijo.

 

Vstopna mesta (vstopna vrata) so za posamezne mikroorganizme različna; navadno so to prav določena mesta na oz. v gostitelju.

Največkrat so vstopna mesta sluznice (očesna sluznica, ustna votlina, nazofarinks, prebavila, urogenitalne poti). Pogosto vstopno mesto je poškodovana koža. Za majhno število mikrobov je lahko vstopno mesto kri.

Nekateri mikroorganizmi imajo lahko samo eno vstopno mesto, npr. Salmonella typhi vstopa le skozi limfne noduse ob črevesju. Drugi imajo lahko več vstopnih mest, npr. Bacillus anthracis na koži, vidni sluznici, sluznici dihal in prebavil.

 

 

6.1.4.  Invazivnost in toksičnost

 

Ko mikrobi vstopijo v gostitelja, bo njihova učinkovitost odvisna od invazivnosti in toksičnosti.

 

[wp_ad_camp_1]

Invazivnost (napadalnost) vključuje vse lasnosti mikrobov, ki jim omogočajo:

• prodiranje v tkiva gostitelja,
• preživetje v tkivih,
• razmnoževanje in širjenje v gostitelju.

 

Toksičnost (strupenost) vključuje vse izločke, ki gostitelja zastrupljajo, okvarijo celice in njihovo funkcijo.

 

Stroga ločitev med invazivnostjo in toksičnostjo ni možna.

 

 

6.1.4.1.    Faktorji invazivnosti

 

Ko patogeni mikrobi vdrejo v organizem, se v njem obdržijo le, če premagajo obrambne mehanizme gostitelja.

 

 

Faktorji adhezije

 

Pri naselitvi na telesne površine je pomemben tesen stik med mikroorganizmom in gostiteljem.

Nekateri mikroorganizmi imajo posebne receptorje na svoji površini (virusi).

 

Adhezini – razni receptorji na površini mikrobov:

• Streptococcus salivarius se veže na sluznico jezika, redko na površino zob;
• Neisseria gonorrhoae ima posebne pile za pritrjanje na sluznico;
• Streptocoocus pyogenes ima poseben M- Ag v fimbrijah;
• Escherichia coli (enteropatogeni sevi) imajo fimbrije, s katerimi se pritrdijo na epitelne celice v sluznici črevesa.

 

 

Faktorji, ki zavirajo fagocitozo

 

Med različnimi obrambnimi mehanizmi ima pomembno vlogo fagocitoza. Različne celice v organizmu požro mikrobe in jih s svojimi encimi razgradijo. Mnogi patogeni mikroorganizmi zavirajo (inhibirajo) fagocitozo in se zato lahko razmnožujejo v gostitelju.

 

Kapsula: pri nekaterih inkapsuliranih bakterijah, kot so pnevmokoki, Klebsiella, B. anthracis, kapsula onemogoča fagocitozo. Fagociti nimajo encimov za razgradnjo kapsule, zato se lahko zgodi, da bakterije “požrejo”, ne morejo pa jih razgraditi.

Take bakterije se lahko v fagocitih širijo po organizmu s krvjo in limfo na oddaljene mesta, kjer se sprostijo iz fagocitov in se začno živahno razmnoževati.

 

Bakterije brez kapsule lahko delajo sluzne ovojnice, ki so navadno proteinske. Tudi take ovojnice inhibirajo fagocitozo, najpogosteje tako, da absorbirajo opsonine (protitelesa, ki pospešujejo fagocitozo).

 

Koagulaza: ta encim izločajo patogeni sevi stafilokokov in nekateri sevi E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus anthracis. Koagulaza aktivira encim v krvni plazmi, ki povzroči koagulacijo krvne plazme in izpad fibrina. Nastali fibrin se naloži na površino bakterijskih celic in oblikuje fibrinsko ovojnico. Ta fibrinska ovojnica ščiti bakterije pred fagocitozo podobno kot kapsula inkapsulirane bakterije.

Koagulaza naredi fibrinsko mrežo tudi okoli stafilokoknih lezij; ta nastala pregrada ščiti stafilokoke pred humoralnimi dejavniki obrambe in učinkom zdravil.

 

Levkotoksini: so proizvodi patogenih bakterij, ki so toksični za levkocite; ubijajo ali okvarijo fagocite.

 

Razmnoževanje bakterij v fagocitih. Mnogih patogenih bakterij fagociti ne uničijo (kapsule, ovojnice). Nekatere vrste se v fagocitih dobro razmnožujejo: Mycobacterium tuberculosis, Neisseria meningitidis, N. gonohroae, Salmonellae, stafilokoki, Shigella. Ti mikrobi so v fagocitih zaščiteni pred učinkom humoralnih baktericidnih faktorjev in se s krvjo in limfo širijo po telesu.

 

 

Bakterijske kinaze

 

To so encimi bakterij, ki raztapljajo koagulume fibrina ali zavirajo koagulacijo krvi.

Največ jih izločajo stafilokoki in streptokoki; to so streptokinaze ali stafilokinaze.

 

Streptokinaze (fibrinolizin) pospešujejo širjenje streptokokov po tkivih. Ko patogeni mikrobi vdrejo v tkiva gostitelja, ta reagira z reakcijo vnetja, kar ima za posledico nastanek fibrinske mreže (pregrade) oz. koaguluma v manjših krvnih žilah. Nastala pregrada razmeji inficirano tkivo od zdravega.

Kinaza pozitivni streptokoki spadajo med najinvazivnejše bakterije prav zaradi njihove fibrinolitične aktivnosti.

 

Hialuronidaza je encim, ki razgradi hialuronsko kislino. Hialuronska kislina je “cement” v medceličnini. Tako si bakterije olajšajo pot širjenja.

Ta encim izločajo stafilokoki, streptokoki, pnevmokoki in klostridiji.

 

Kolagenaza je encim, ki razgrajuje kolagen v mišicah.

Izločajo ga predvsem klostridiji (Cl. perfringens in drugi)

 

Bakterije izločajo še druge encime, ki jim pomagajo vtirati pot v gostitelja.

 

 

6.1.4.2.    Faktorji toksičnosti

 

Mnoge patogene bakterije proizvajajo ali sproščajo iz tkiv gostitelja razne strupene snovi. Pri nekaterih so strupi proizvod bakterijskega metabolizma, nekatere izločajo strupnine v okolico, iz drugih pa se strupi sprostijo, ko bakterije razpadejo (imajo strupeno celično steno). So pa tudi taki mikrobi, ki ob infekciji povzročijo. da se iz tkiva gostitelja začno sproščati škodljive oz. strupene snovi.

Vse te strupnine različno delujejo: okvarijo celice in tkiva gostitelja, motijo fiziološko dejavnost in povzročajo različne bolezenske znake.

 

 

Toksini

 

So strupene snovi, ki imajo antigenske lastnosti. V gostitelju vzpodbudijo nastanek protiteles (antitoksinov).

Bakterijski toksini so lahko eksotoksini in endotoksini.

 

 

Eksotoksini

 

So strupi, ki jih bakterije izločajo v tkiva gostitelja ali v gojišce oz. živilo, kjer rastejo.

Relativno malo bakterijskih vrst izloča eksotoksine: Corynebacterium diphtheriae, Shigella dysenteriae, Clostridium tetani, Cl. botulinum in drugi klostridiji, nekateri sevi streptokokov, stafilokokov, Pseudomonas aeruginosa.

To so najmočnejši poznani strupi – z 200 g prečiščenega eksotoksina Cl. botulinum bi lahko zastrupili vse človeštvo na našem planetu.

 

Eksotoksini kažejo posebno afiniteto do določenih tkiv v telesu. Vežejo se na živčno tkivo, srčno mišico, ledvica…, torej so nevrotropni, kardiotropni, nefrotropni… Nekateri delujejo na več tkiv hkrati (npr. eksotoksin Corynebacterium diphtheriae, ki povzroči degeneracijo srčne mišice, ledvic in jeter).

 

Vsi eksotoksini so proteini, zato so termolabilni; pri 60 °C hitro izgubijo toksičnost, razgradi jih tudi UV svetloba.

Vse razgrajujejo proteolitični encimi, razen eksotoksina Clostridium botulinum.

 

So dobri antigeni. Po vnosu v organizem spodbudijo nastanek velike količine protiteles (antitoksinov). Ta protitelesa v organizmu in “in vitro” nevtralizirajo eksotoksine.

Če eksotoksine obdelamo s formalinom ali zvišano temperaturo, izgubijo toksičnost, zadržijo pa antigenost. Tako detoksicirani se imenujejo toksoidi ali anatoksini. Ti imajo velik praktični pomen pri umetni imunizaciji proti nekaterim boleznim.

Z anatoiksinom obvezno cepimo proti davici in tetanusu.

 

 

Način delovanja posameznih eksotoksinov

 

Corynebacterium diphtheriae raste v zgornjih dihalih in ranah. Toksin se resorbira v kri, inhibira sintezo beljakovin in povzroča nekrozo epitela mišic, srca, ledvic in živčnega tkiva. Toksin je polipeptid mm 62.000, smrtonosen v količini 40 ng.

 

Clostridium tetani kontaminira rane. Spore vzklijejo v anaerobnih pogojih (odmrlo tkivo). Toksin potuje retrogradno po aksonih do centralnega živčnega sistema in se veže na gangliozide. Blokira funkcijo inhibitornih sinaps; povečuje refleks vzdražnosti, vpliva tudi na sinapse med živčnimi vlakni in mišicami (kopiči se acetilholin), kar povzroči močne spazme.

 

Clostridium perfringens in drugi klostridiji plinske gangrene (Cl. novyi, Cl. septicum, Cl. Histolyticum) pridejo v rano z zemljo ali fecesom. V nekrotičnem tkivu (anaerobno) spore vzkalijo in bakterije začnejo izločati toksine. Pride do nekroze in hemolize, fermentirajo ogljikove hidrate, nastajajo plini (krepitacija).

Cl. perfringens izloča alfa toksin, ki je lecitinaza; razgrajuje membrane celic, predvsem eritrocitov, kar vodi v močno hemolizo. Theta toksin povzroča nekroze.

Klostridiji izločajo tudi kolagenaze, DN- aze, nekateri tudi enterotoksine.

 

Clostridium botulinum raste v anaerobnih pogojih v živilih (konzerve, hrana v vakuumski embalaži). Izloča toksin mm 70.000. Iz želodca se toksin resorbira v kri in s krvnim obtokom pride do motoričnih nevronov. Blokira sproščanje acetilholina na sinapsah (nevromuskularnih), kar vodi v diplopijo, disfagijo in respiratorno paralizo.

 

Staphylococcus aureus. Nekateri sevi izločajo enterotoksin, medtem ko rastejo v mesu, mlečnih izdelkih in slaščičarskih izdelkih: mm 40.000, odporen proti visoki temperaturi (ni tipičen eksotoksin; prenese 20 minut segrevanja na 100 °C). Enterotoksin se v črevesju resorbira in deluje na živčne receptorje. Od tu gredo impulzi v centralni živčni sistem (center za motiliteto črevesa). Čez nekaj ur (ali še hitreje) pride do močnega bruhanja, driske so redkejše.

Nekateri Stafilokoki izločajo eksfoliatin, ki povzroči eksfoliacijo kože.

 

Vibrio cholerae. Iz fecesa inficiranih oseb kontaminira hrano ali pijačo. Živi v tankem črevesu. Izloča termolabilen enterotoksin, mm 27.000. Veže se na receptorje gangliozidov v črevesnih resicah. Strup povzroči, da se poveča aktivnost encima adenilat- ciklaze in koncentracija cikličnega AMP v črevesju. To povzroči močno hipersekrecijo vode in klorida, motena je adsorbcija Na. Posledica je močna driska in acidoza.

 

Streptococcus pyogenes. Nekateri sevi izločajo eritrogeni (scarlatinozni ali Dickov) toksin. Način delovanja ni znan. Značilno je, da nastane zaradi delovanja tega toksina makulopapulozen eritem (škrlatinka).

 

 

Endotoksini

 

So sestavina bakterijske celice (O- Ag). Iz bakterij se sproščajo šele, ko bakterijska celica propade, lizira.

So veliko slabši strupi od eksotoksinov. Ne kažejo afinitete do posameznih tkiv. Ne povzročajo značilnih kliničnih znakov.

 

Endotoksine imajo Salmonella, Shigella, Escherichia coli, Neisseria in mnoge druge G^– bakterije.

 

Endotoksini različnih vrst bakterij ne povzročajo različnih kliničnih simptomov. Povzročajo zelo podobne klinične znake, učinki se razlikujejo samo po jakosti.

Simptomi so sledeči: zvišana telesna temperatura, gastrointestinalne motnje, levkocitoza, trombocitopenija, diseminirana intravaskularna koagulacija, povečana permeabilnost kapilar, krvavitve v pljučih, črevesju in drugih trebušnih organih, driske, edemi, včasih tudi šok (smrt).

Najtežja klinična oblika je endotoksična sepsa, ki navadno vodi do ireverzibilnega šoka. Najpogosteje jo povzročijo Salmonella typhi in nekatere druge Gram^– bakterije.

Delovanje endotoksinov je kompleksno in še ne popolnoma razjasnjeno.

 

Kemično so endotoksini glicido-lipido-polipeptidi. Stabilni so pri povišani temperaturi (60 °C jih ne razgradi), tudi pod vplivom UV zadržijo toksičnost. Kisline in alkalije jih ne uničijo, prav tako jih ne razgrajujejo proteolitični encimi.

So slabi antigeni; iz njih ne izdelujemo toksoidov.

 

Mnoge patogene bakterije proizvajajo toksine, ki so po nekaterih značilnostih podobni endo-, po drugih pa eksotoksinom.

Iz Bordetelle pertussis in Brucellae so izolirali toksin, ki je dober antigen in iz njega pripravljamo toksoid.

Nekatere Shigellae imajo endotoksin, ki ni obstojen pri visoki temperaturi in kaže afiniteto do perifernega živčevja.

 

 

Pirogene snovi

 

Mnogi patogeni mikrobi izločajo snovi, ki že v majhnih koncentracijah povzročijo dvig telesne temperature; to so pirogene snovi. Kemizem teh substanc ni dokončno poznan.

Imajo jih mnoge črevesne bakterije, pa tudi saprofiti.

Tudi vbrizgavanje sterilne fiziološke raztopine povzroči pri mnogih ljudeh porast temperature (pri sterilizaciji so razpadle bakterije v tej vodi).

 

 

Hemolizini

 

Mnogi mikrobi, patogeni in nepatogeni, proizvajajo snovi, ki razgrajujejo membrane eritrocitov človeka in raznih živali.

V večini primerov ne vemo, kako vplivajo na patogenost Znano je, da Clostridium perfringens izloča velike kolicine hemolizinov, ki povzročijo razpad velikega števila eritrocitov, kar privede do anemije in zlatenice. Podobno delujejo tudi drugi hemolizini, vendar hemoliza ni tako obsežna.

Hemolizini so dobri antigeni.

 

 

Levkocidini

 

Ubijajo, lizirajo levkocite. Izločajo jih mnoge patogene bakterije, predvsem streptokoki, pnevmokoki in stafilokoki. V glavnem delujejo na polimorfonuklearne levkocite (mikrofage). Na mononuklearne levkocite in histiocite ne delujejo.

 

 

Hipotermični faktorji

 

Izločajo jih Vibrio cholerae, Shigellae; povzročijo padec telesne temperature pod normalo.

 

 

Toksične snovi iz tkiv gostitelja

 

Ob infekciji se iz tkiv gostitelja začnejo sproščati snovi, ki okvarijo tkivo. Najbolj poznana taka substanca je histamin.

 

 

 

6.2.   Obramba organizma pred infekcijo

 

 

Odpornost gostitelja pred povzročitelji nalezljivih bolezni je dvojna:

1. Odpornost, ki je prisotna stalno v normalnem osebku in je nasledek njegovih podedovanih lastnosti – prirojena oz. naravna ali nespecifična odpornost.
2. Odpornost, ki nastane kot reakcija organizma ob vdoru patogenih mikrobov oz. njihovih izločkov v telo – pridobljena ali specifična odpornost (imunost). Ta je usmerjena samo proti tisti vrsti patogenega mikroorganizma, ki je vzpodbudil njen nastanek.

 

 

6.2.1.  Naravna (nespecifična) odpornost

 

Ta je najpomembnejša za ohranjanje zdravja. Usmerjena je proti vsem škodljivim vplivom okolja, varuje nas pred različnimi okužbami in pred škodljivimi neživimi vplivi okolja.

 

Organizem ima več učinkovitih sistemov, ki:

• ga zavarujejo pred vdorom mikrobov v tkiva,
• mikrobe, ki so premagali zunanje pregrade, v tkivih uničijo,
• odstranjujejo strupnine in regenerirajo tkivo.

 

Predvsem sesalci so tekom milijonov let svoje evolucije in koeksistence z mikrobi razvili več vrst obrambe. Najpomembnejši so naslednji dejavniki:

• genetični dejavniki,
• naravna obramba telesnih površin (koža in sluznice – mehanična, kemična bariera, normalna mikroflora),
• nespecifične baktericidne snovi v tkivih oz. telesnih tekočinah,
• fagocitoza in znotrajcelično uničenje mikrobov (vnetje),
• komplement sistem in interferoni.

 

Na učinkovitost vseh teh sistemov vplivajo tudi prehrana, hormonsko ravnovesje, starost, klimatski faktorji…

 

 

6.2.1.1.    Genetični dejavniki

 

Ne vemo še, zakaj se različne živalske vrste močno razlikujejo glede sprejemljivosti za različne mikrobe.

Tudi filogenetsko zelo sorodne vrste se med seboj razlikujejo. Npr. netopirji hitro ozdravijo od stekline in so zato pomemben rezervoar te bolezni, ki je smrtonosna za ljudi, pse, govedo in ptice. Budra in ljudje so zelo občutljivi za bacil davice, medtem ko podgane ne zbolijo.

Tudi sevi oz. rase v okviru iste vrste se lahko razlikujejo med seboj. Npr. črnci in ameriški Indijanci so veliko občutljivejši za TBC od Kavkazijcev (rumencev in belcev).

Tudi posamezniki v okviru iste populacije se razlikujejo. Npr. nekateri zdravstveni delavci v bolnišnicah, pri katerih ni možno ugotoviti imunosti proti TBC, ne zbolijo, kljub temu da so infekciji izpostavljeni, ker delajo s tuberkuloznimi bolniki (podobno je z lepro).

 

 

6.2.1.2.    Naravna obramba telesnih površin

 

Koža in sluznice – mehanična in kemična pregrada.

 

Velja mnenje, da je nepoškodovana koža nepropustna za mikrobe zaradi posebne navzkrižne razporeditve celic epitela.

Vendar nekatere bakterije in virusi pridejo tudi pasivno skozi kožo. Nekateri paraziti se lahko aktivno prevrtajo med celicami kože v notranjost: Ancylostoma duodenale (ličinka), furkocerkarije krvnih metljajev (Shistosom).

Koža ima izločke, kot so mlečna in maščobne kisline v potu, nizek pH, lojnate izločke; vse to mikrobe ubija.

Staphylococcus aureus je zmožen inficirati lasne folikle in žleze (odporen je na kislo okolje in prenese visoke koncentracije NaCl)

 

Celice sluznic so pokrite s filmom sluzi. Mikrobi in tuji delci, ki se ujamejo na sluz, se odstranijo z gibanjem migetalk.

Sluznice se stalno spirajo: s solzami v očeh, s slino v ustih, v prebavni cevi, z urinom v urinskih poteh.

Bolniki s Sjögrenovim sindromom (okvara pri nastajanju in izločanju solz in sline) so zelo izpostavljeni hudim okužbam oči in ust.

Oviran prehod urina pri bolnikih s hipertrofijo prostate močno zveča nevarnost infekcije urinskih poti.

 

Sluznice dihal, prebavil in spolovil so napolnjene z baktericidnimi in virucidnimi snovmi: lizocimi, mukoproteini, spermin…

 

Želodčna kislina je močno baktericidna.

Bolniki z resekcijo želodca ali tisti, ki imajo premalo želodčne kisline, so dovzetnejši za bakterijske črevesne bolezni.

 

Znano je tudi antibakterijsko delovanje izločkov urinarne in vaginalne sluznice.

 

Telesne površine, kožo in sluznice, varuje pred patogenimi klicami normalna flora (kolicini, anabioza, kompeticija).

6.2.1.3.    Nespecifične baktericidne snovi v tkivih oz. telesnih tekočinah

 

V določenih tkivih so okoliščine take, da zavirajo razmnoževanje ali celo preživetje nekaterim mikrobom (oksigenacija tkiva, pH…).

 

Pnevmokoki, streptokoki in meningokoki vsi vstopajo v telo skozi sluznico zgornjih dihal, vendar povzročijo tipično bolezen le v pljučih, žrelu ali na meningah. Podobno tudi drugi mikrobi kažejo afiniteto le do določenega tkiva.

Biokemične razmere v tkivih se razlikujejo. Pomembna je koncentracija kisika; striktni anaerobi se ne morejo razmnoževati v nobenem oksigeniranem tkivu, pač pa v nekrotiziranem.

 

Poznane so številne kemične sestavine normalnega tkiva, ki delujejo baktericidno “in vitro”; o njihovem delovanju “in vivo” nimamo zanesljivih dokazov.

V izvlečkih tkiv najdemo antimikrobne bazične peptide. Te spojine vsebujejo velike količine aminokislin lizina in arginina (so polilizini ali poliarginini):

• izvleček iz različnih tkiv, ki ubija virulentne povzročitelje antraksa,
• ekstrakt timusa, cekuma in pankreasa, ki ubija E. coli, stafilokoke in bacile antraksa,
• spermin, izoliran iz testisev in drugih tkiv, ubija bacile tuberkuloze.

 

 

6.2.1.4.    Fagocitoza in znotrajcelično uničenje mikrobov

 

Najučinkovitejša obrambna reakcija organizma, ko mikrobi že vdro v tkiva, je fagocitoza.

 

Fagociti so razne celice levkocitnega sistema, ki so sposobne “požirati” mikrobe in tuje delce, ki vdro v organizem in te tujke tudi razgraditi.

Fagociti se nahajajo v krvi in drugih tkivih. Obstaja več nacinov razvrstitve teh celic; po Mecnikov-u, ki je prvi opisal pojav fagocitoze, jih razdelimo v 2 skupini:

 

 

 

Makrofagi

 

So izredno pomembni za zaščito telesa. So prva obramba pri vdoru bakterij in drugih antigenov v telo.

Njihove najpomembnejše funkcije so:

• odstranjujejo tuje antigene, bakterije, tumorske in lastne ostarele celice,
• izločajo številne topne snovi, ki sodelujejo pri vnetnih reakcijah in obnavljanju tkiva,
• sprošcajo snovi, ki služijo za povezovanje med makrofagi in limfociti – interlevkini.

 

 

Mikrofagi (nevtrofilci)

 

So ameboidne celice, imajo segmentirano jedro in velika citoplazmatska zrna.

Njihova poglavitna naloga je zaščita organizma pred bakterijsko infekcijo. Pri fagocitozi so učinkovitejši od monocitov. Ko bakterije fagocitirajo, se v notranjosti nevtrofilca sprošcajo litični encimi (lizosomo-granule) in posebne beljakovine, ki imajo baktericidni učinek. Tako mikrobe razgradijo.

Njihova pomembna lastnost je hitra migracija, zmožni so prehajanja skozi stene žil in se hitro odzivajo na kemotaktične dejavnike.

 

 

6.2.1.5.    Vnetje

 

Je učinkovita obrambna reakcija organizma, katere končni učinek je odstranitev tujka in regeneracija tkiva.

 

 

6.2.1.6.    Properdin

 

Je normalna sestavina seruma, iz več beljakovin, pomemben pri uničevanju G^– bakterij in virusov.

 

 

6.2.1.7.    Komplement sistem

 

Sistem komplementa sestavlja pribl. 20 kemično različnih serumskih beljakovin. Te beljakovine reagirajo druga z drugo, s protitelesi in celičnimi membranami.

Posledica teh interakcij so biološki pojavi:

• liza različnih celic, bakterij, virusov,
• nastanek vnetja,
• usmerjanje potovanja fagocitov, pojačana fagocitoza, sproščanje litičnih encimov iz fagocitov,
• ima antitoksični učinek na bakterije, viruse in protozoe.

 

 

6.2.1.8.    Interlevkini

 

Kažejo antivirusno in antitumorsko delovanje.

 

 

6.2.1.9.    Prehrana

 

Je eden najpomembnejših dejavnikov naravne odpornosti. Pri stradanju se zmanjša celotno število levkocitov in fagocitna aktivnost.

 

 

6.2.1.10.Drugi dejavniki, ki vplivajo na splošno odpornost

 

• Hormonsko ravnovesje (diabetes, hormonsko neravnovesje v puberteti, nosečnosti, kortizon in ACTH),
• starost,
• klima,
• higienske razmere.

6.2.2.  Specifična odpornost (pridobljena imunost)

 

Specifično odpornost človek (žival) pridobi tekom naravne infekcije ali umetno z aktivno imunizacijo.

Specifična imunost nastane kot odziv na vdor določenega antigena v telo.

 

Specifično jo imenujemo zato, ker je usmerjena samo proti tistemu povzročitelju, ki je vzpodbudil njen nastanek.

Imunost je lahko večletna, doživljenjska ali pa kratkotrajna.

 

Imunost pogojujejo specifična protitelesa, t.j. humoralna imunost (v telesnih tekočinah raztopljena), in senzibilizirani limfociti T, t.j. celična imunost.

Pri humoralni imunosti nastajajo protitelesa, ki antigene (bakterije, viruse) uničijo – lizirajo, nevtralizirajo…

Pri celični imunosti pa antigene končno uničijo celice – jih fagocitirajo.

 

 

6.2.2.1.    Antigeni

 

Antigen (Ag) ali imunogen je vsaka snov, ki v organizmu vzbudi imunski odziv – nastanek protiteles in celično imunost.

 

Število snovi, ki delujejo kot Ag je enormno veliko. Sem štejejo npr. proteini iz mleka, čebelji strup, molekule hemoglobina, bakterijski toksini, sestavine bakterijskih bičkov, pilov, kapsul…

Najpogosteje so Ag proteini, polisaharidi, glikoproteini ter kompleksi med temi snovmi in lipidi oz. nukleinskimi kislinami.

 

Proteini so najmočnejši antigeni. Ker so sestavljeni iz različnih aminokislin, je možnost različnih kombinacij pri njih največja. Molekule proteinov imajo različno tridimenzionalno strukturo, kar tudi prispeva k imunogenosti.

 

Majhne molekule, kot so peptidi, nukleoidi, hormoni, Penicilin, barve, kozmetični preparati…,same po sebi niso imunogene. Take molekule se v telesu vežejo na lastne proteine telesa in tako delujejo kot tuje. Take male molekule, ki same niso sposobne sprožiti imunskega odziva, imenujemo hapteni.

 

Da neka snov deluje kot Ag, jo moramo vnesti v organizem parenteralno (i.v., i.m., i.p.).

Vsi vzroki, da neka snov deluje kot Ag, še niso poznani, osnovni pogoji pa so:

• telesu tuja snov (ugotavljanje filogenetske sorodnosti živalskih vrst; če vbrizgamo serumske proteine človeka v budro, bodo v njej sprožili obilnejšo tvorbo protiteles kot v opici),
• velikost molekule – skoraj vsi Ag imajo veliko molekulsko maso (nad 10.000),
• trdnost molekule – trdnejša molekula, boljši Ag,
• pestrost sestave – več različnih aminokislin, boljši Ag,
• način vnosa – če pride snov diektno v obtok, močnejši učinek,
• doza – večja kolicina, večji ucinek.

 

 

Specifičnost antigena

 

Molekula beljakovine je naključen klobčič polipeptidne verige. Na zunanji površini takega klobčiča so posamezna mesta – antigenske derteminante ali epitopi. To so tista mesta, ki odločajo o nastanku določenih protiteles. S temi epitopi se Ag tudi vežejo s protitelesi (Ab).

Navadno ima molekula več antigenskih determinant, kar pomeni, da povzroči v organizmu nastanek večih vrst protiteles, proti vsaki determinanti drugačna (človeški serumski albumini imajo 6 različnih antigenskih determinant).

 

 

Najpomembnejši antigeni

 

Bakterijski antigeni so sestavine bakterijske celice in vsi izločki bakterij. O-, H-, K-, Vi- pri salmonelah, M- pri stafilokokih. Mnogi so iz večih frakcij; K- Ag E. coli, ima L-, B-, A- frakcijo.

Vsaka frakcija stimulira nastanek svojih protiteles, ne glede na to ali je Ag pomemben za patogenost ali ne; vsa protitelesa, ki so v serumu, torej nimajo varstvene vloge.

 

Endotoksini gram^– bakterij so istovetni z O- Ag, so slabi Ag.

 

Eksotoksini in toksoidi so dobri Ag.

 

Antigeni gliv so slabi Ag. Redko sprožijo tvorbo protiteles, zato so mikoze pogosto kronične bolezni.

 

Antigeni rikecij in virusov so dobri Ag. Imunost, ki nastane, je trdna in dolgotrajna.

 

Serumski albumini in globulini so dobri Ag, če so iz seruma tujega organizma (filogenetsko oddaljenega), humani (γ- globulini) so slabi imunogeni in ne delajo večjih težav pri dajanju le-teh v profilaktične namene.

 

Normalno je, da človeku lastne snovi ne vzpodbujajo imunskega sistema, ker so to lastne snovi.

Imunologi razlagajo ta pojav tako, da že pred rojstvom telesne beljakovine in polisaharidi onesposobijo celice imunskega sistema, da bi kasneje reagirale na telesu lastne substance. V fetalni dobi celice, ki naj bi se kasneje odzivale, z lahkoto “paraliziramo”. Tako oseba proti lastnim substancam razvije toleranco in reagira samo na tuje snovi. To teorijo imenujemo specifična imunska toleranca (utemeljila sta jo Frank MacFarlane Burnet in David Talmadge in za to delo leta 1960 prejela Nobelovo nagrado). Celice, ki naj bi reagirale na telesu lastne substance, se tudi kasneje v timusu uničijo.

 

Efektorske celice, ki odgovorijo na vstop antigena (so odgovorne za reakcije specifične imunosti) nastajajo v limfatičnih organih.

 

 

6.2.2.2.    Limfatični organi

 

So primarni (centralni) in sekundarni (periferni).

 

Primarni limfatični organi so timus in Fabricijeva burza (pri ptičih), oz. ekvivalentni organ pri sesalcih. Pri odraslih je to rdeči kostni mozeg, pri plodu so to jetra; možno je tudi, da so Payerjevi poloji.

V teh primarnih limfatičnih organih nastajajo imunsko zmožni limfociti (imajo že receptorje na svojih membranah).

 

Sekundarni limfatični organi so vranica in bezgavke (centri v dihalih, črevesju).

V sekundarnih limfatičnih organih (kamor se preselijo imunsko zmožni limfociti), se limfociti srečajo z antigeni in začne se imunski odziv.

 

Imunski sistem vključuje primarne in sekundarne limfatične organe in limfocite.

 

 

6.2.2.3.    Izvor in vloga limfocitov T in B

 

V času embriogeneze se v jetrih in drugih organih razvijejo pracelice.

Po rojstvu se te celice verjetno nahajajo v rdečem kostnem mozgu.

Ta osnovna totipotentna celica se pod vplivom različnih faktorjev diferencira v več smeri. Iz nje nastanejo eritrociti, megakariociti, granulociti, makrofagi in limfoidna celica.

Iz limfoidne celice se v timusu razvijejo limfociti T, v Bursi fabricii (oz. jetrih ali rdečem kostnem mozgu) pa od timusa neodvisni limfociti B.

Kasneje se tako T kot B limfociti preselijo v sekundarne limfatične organe. Tu imamo vedno mešano sestavo limfocitov T in B ter pritrjenih in potujočih fagocitov.

 

 

Limfociti B

 

Razvoj teh limfocitov se začne v primarnih limfatičnih organih (Bursa fabricii oz. njen ekvivalentni organ); tam nastanejo imunsko zmožni mali limfociti, ki imajo na membrani različne receptorje.

Populacija teh limfocitov je zelo pestra, razlikujejo se po imunoglobulinskih receptorjih na membranah.

 

Drugi stadij poteka v sekundarnih limfaticnih organih.

Po stimulaciji z Ag, ki ga do limfocita B prinese fagocit, se limfocit začne živahno deliti. Nastajajo celi kloni enakih limfocitov B.

Ena veja producira zrele plazma celice (plazmatke), druga veja pa t.i. spominske celice (z enakimi Ig receptorji na membranah).

Tak razvoj, diferenciacijo limfocitov B, vzpodbudi Ag ob sodelovanju limfocitov T (celice pomagalke).

 

Limfocitov B je 20 % od vseh limfocitov v obtoku. V glavnem se zadržujejo v limfnem tkivu. Imajo kratko življenjsko dobo, nekaj dni oziroma tednov.

Edina poznana vloga limfocitov B oz. plazma celic je sinteza in sproščanje protiteles, so torej odgovorni za humoralno imunost.

Spominske celice v obtoku so pomembne pri ponovnem vstopu istega Ag, saj poteka imunski odgovor sedaj od vsake spominske celice, zato je drugi odziv veliko burnejši.

 

 

Limfociti T

 

Predstavljajo 65 do 80 % cirkulirajočih limfocitov. Živijo več mesecev ali let.

 

Izvirajo iz rdečega kostnega mozga, dozorevajo v timusu. Imajo različne receptorje na svojih membranah.

Selijo se v sekundarne limfatične organe, kjer se pod vplivom Ag diferencirajo v več različnih efektorskih celic.

 

Prav limfociti T so bistvene celice za delovanje imunskega sistema.

Sodelujejo v različnih pojavih, zato so dobili posebna imena.

 

Celice T delujejo kot regulacijske celice, vplivajo na aktivnost limfocitov B in na druge celice T.

Regulacija se kaže na dva načina – pospešujejo in zavirajo imunske reakcije:

• celice T pomagalke (helper cells) so tiste, ki reagirajo z Ag in pomagajo drugim limfocitom, da lahko odgovorijo – pospešujejo protitelesni in celični imunski odziv;
• celice T zaviralke (supressor cells) zavirajo odziv imunskega sistema – zaviralno delujejo na limfocite B in T.

 

Celice T so udeležene pri reakcijah celične imunosti. Ta je pomembna pri infekcijah z znotrajceličnimi paraziti, kot so bacil tuberkuloze, listerije, virusne infekcije, glivične infekcije, ko humoralni faktorji niso učinkoviti. To so senzibilizirani limfociti T.

Reakcije celične imunosti vključujejo pozno preobčutljivost (kontaktno preobčutljivost) in odpornost pri intracelularnih parazitih.

Celice T sodelujejo pri teh pojavih tako, da izločajo številne snovi, ki aktivirajo druge celice, predvsem makrofage. Te snovi so mediatorji celične imunosti – limfokini.

 

Celice T, ki delujejo citotoksično, so celice ubijalke (killer cells). Te so pomembne pri transplantacijski imunosti (zavračanju presadka).

Z direktnim kontaktom ubijejo druge celice, npr. celice inficirane z virusi ali tumorske celice. Napadajo celice “tarče”. Pri tem izločajo posebno snov (perforin), ki povzroči perforacijo celične membrane na celici tarči in smrt celice.

 

Poleg celic T so še druge celice, ki ubijajo celice tarče:

• celice K: te ubijajo s protitelesi prekrite celice (ne vemo še zanesljivo, v katero skupino celic sodijo);
• naravne celice ubijalke (celice NK): za te celice menijo, da so poglavitna obramba proti raku –uničijo vse lastne spremenjene celice, ki bi utegnile postati rakave (tudi njihov izvor še ni pojasnjen).

 

T spominske celice (memory cells).

Vloga T in B spominskih celic je, da pri ponovnem vstopu istega antigena ta naleti na večje število imunsko sposobnih limfocitov. Odgovor je tokrat močnejši in učinkovitejši; tak pojačan imunski odgovor imenujemo “booster efect”.

 

 

Dozorevanje tako T kot B limfocitov se kaže s pojavom specifičnih receptorjev na membrani limfocitov. Ti receptorji so specifične beljakovine, ki omogočajo limfocitu, da prepozna in se veže na določen Ag. Tak limfocit je imunsko zmožen, pripravljen za interakcijo z enim in edinim Ag.

Prisotnost proteinskih receptorjev na membranah limfocitov je veličastno odkritje v imunologiji. Vsiljuje se teza, da je spoznavno mesto za antigen prisotno na limfocitu že pred vstopom Ag. Še več, receptorji so prisotni, tudi če določen Ag nikoli ne bo vstopil v telo.

Mehanizem imunskega sistema deluje torej na to, da telo loči lastne substance od tujih, in na zmožnost vezave limfocitov T in B s specifičnimi receptorji na Ag.

Eden od vzrokov, da organizem lastne substance tolerira je, da so na membranah vseh celic prisotne posebne beljakovine, ki jih imenujemo poglavitni histokompatibilni kompleks (major histocompatibility complex molecules) ali MHC – t.i. MHC antigeni. Kemično so to glikoproteini vezani na celičo membrano.

Najmanj 20 genov določa MHC kompleks. Variacije MHC pri ljudeh so zelo številne. Možnost, da bi

našli dva človeka z enakim MHC je neverjetno majhna, enak je le pri enojajčnih dvojčkih.

Obstajata 2 razreda MHC:

• razred MHC je na membranah vseh telesnih celic;
• razred MHC je prisoten samo na membranah makrofagov in limfocitov B (II. razred MHC igra ključno vlogo pri imunskem odzivu).

 

Imunski odziv

 

Imunski odziv se začne z vstopom Ag v limfni ali krvni obtok. Makrofag, monocit ali polimorfonuklearni levkocit (mikrofag) fagocitira Ag. Glavnina Ag se v fagocitu razgradi (propade), ohranijo pa se antigenske determinante (epitopi), na površini fagocita. Tako fagocit prenese Ag- determinanto v sekundarne limfatične organe (bezgavke, vranica). Fagocitoza je zelo pomembna; Ag, ki ni fagocitiran, je zelo slabo imunogen.

V sekundarnih limfatičnih organih so tako T kot B imunsko zmožni limfociti in tu nastaja več vrst limfocitov T (celična imunost) in protitelesa (humoralna imunost).

Vezava Ag na ustrezen limfocit je zelo zapleten postopek; gre za dvojno prepoznavanje: prepoznavo Ag- determinante kot tuje snovi in prepoznavo II. razreda MHC na površini fagocita kot lastne snovi. Šele ob tej dvojni vezavi se začne burno razmnoževanje limfocitov.

 

 

6.2.2.4.    Razredi in zgradba imunoglobulinov

 

Imunoglobulini se razlikujejo od ostalih serumskih proteinov po tem, da nastajajo v limforetikularnem tkivu (plazma celice), da učinkujejo kot protitelesa in da so zgrajeni iz štirih polipeptidnih verig.

 

Humane imunoglobuline razdelimo v 5 razredov:

• IgG (γG),
• IgA (γA),
• IgM (γM),
• IgD (γD),
• IgE (γE).

 

 

Zgradba imunoglobulina

 

Porter s sodelavci je ugotovil, da so imunoglobulini sestavljeni iz 4 polipeptidnih verig. Iz dveh t.i. težkih (heavy) in dveh t.i. lahkih (light) verig. Težke verige imajo molekulsko maso pribl. 50.000, lahke pa pribl. 20.000. Težke verige so iz pribl. 400 aminokislin, lahke pa iz pribl. 200 aminokislin.

Štiri polipeptidne verige se med seboj povezujejo z disulfidnimi vezmi, S—S vezi (to so ostanki aminokisline cisteina).

 

Težke in lahke verige sestojijo iz stalnega ali konstantnega dela (tu je redosled aminokislin stalen) in spreminjajočega se ali variabilnega dela (v tem delu se menja vrstni red aminokislin). Ta variabilni del pogojuje raznolikost in specifičnost imunoglobulinske molekule.

 

 

 

Celotna molekula Ig se deli na 2 dela:

1. Fragment AB ali Fab, ki deluje kot protitelo in se veže z Ag. Vsaka molekula Ig ima 2 mesti vezave z Ag; to je na variabilnem delu, ki ga imenujemo idiotip. To mesto se kemično, električno in oblikovno prilega antigenskim determinantam na molekuli Ag (je komplementarno mesto antigenski determinanti).
2. Fragment C ali Fc, ki je odgovoren za različne biološke reakcije, kot so vezanje komplementa, prehodnost skozi placento, vezava na fagocite, degranulacija mastocitov, vezava na kožo.

 

 

 

Razen v plazmi, kjer je imunoglobulinov največ, so ti prisotni tudi v ekstravaskularnem prostoru, v izločkih eksokrinih žlez in nekaterih limfocitih.

 

 

Lastnosti posameznih razredov Ig

 

IgG

V krvnem serumu jih je od vseh imunoglobulinov največ (preko 80 %).

So monomeri. Vsaka molekula ima 2 vezišči za Ag (2 Fab), ki sta gibljivo pritrjeni na Fc. Molekula lahko zavzame obliko črke T ali Y.

Ta protitelesa nastajajo pri naravni infekciji ali imunizaciji z virusi, bakterijami in njihovimi produkti (antitoksična).

So enakomerno porazdeljena v krvi in tkivnih tekočinah. Njihova življenska doba je najdaljša, v krvi ostanejo do 40 dni.

Prehajajo skozi placento v plod, zaščitijo otroka pred infekcijo v prvih tednih življenja. Vse druge materine beljakovine so izključene iz plodovega obtoka.

Najdemo jih, čeprav manj, v slini, mleku, nosnih in bronhialnih izločkih.

To so imunoglobulini, ki se vežejo na komplement s Fc fragmentom (reakcija lize). Na ta način se usmrtijo številni patogeni mikrobi, predvsem Gram^– bakterije.

IgG pospešujejo tudi fagocitozo. Delujejo kot opsonini. Ko se vežejo na mikrobe je fagocitoza živahnejša. S Fc se pritrdijo na fagocite, s Fab pa na mikrob.

 

IgA

V serumu jih je pribl. 15 %. Pretežno jih najdemo v izločkih.

So dimeri. Imunoglobulinski molekuli sta povezani z dvema dodatnima verigama. Veriga J (join) in polipeptidna sekrecijska veriga (SV). Ta SV veriga zavaruje IgA pred delovanjem proteolitičnih encimov v izločkih.

V zunanjih izločkih kot so slina, želodčni sok, solze, kolostrum, mleko… prevladujejo dimerni IgA. Izdelujejo jih predvsem plazmatke v submukozi. Večina IgA nastajajo lokalno, zlasti veliko v črevesju.

Biološke lastnosti: večina črevesnih patogenih bakterij in virusov se mora tesno prilepiti na epitelijske celice, da lahko povzroči škodo; zaščitne lastnosti specifičnih protiteles IgA se izražajo prav v oviranju tega tesnega stika.

IgA v mleku prenesejo pasivno imunost na potomce (pri človeku ni možno ugotoviti absorbcije IgA iz materinega mleka, ta je možna le 36 ur po rojstvu, pri prežvekovalcih pa je črevesna sluznica prehodna za IgA kar nekaj mesecev). Vendar IgA iz mleka zavaruje sluznico prebavil. Obramba je usmerjena proti bakterijam in virusom, ki so navzoči predvsem v črevesju. Statistike neizpodbitno dokazujejo veliko večjo obolevnost in umrljivost zaradi infekcij med otroki, ki so bili hranjeni z umetno hrano kot med dojenimi.

Pri človeku sestavlja IgA 97 % beljakovin kolostruma in 10 – 25 % beljakovin mleka.

 

 

IgM

V serumu jih je pribl. 7 %.ž

M pomeni makroglobulin. To so Ig z veliko molekulsko maso 9.000.000; sestavljeni so iz 5 Ig enot. Med seboj se povezujejo s cisteinskimi radikali. Ena molekula IgM ima 10 vezišč za Ag.

Biološke lastnosti: IgM nastajajo redno pri vseh imunskih odzivih; pri primarnem imunskem odzivu jih odkrijemo prej kot IgG in jih je v začetku tudi več, torej velika količina IgM kaže na svežo infekcijo.

So tudi v mleku in kolostrumu.

Sinteza IgM se lahko začne že v plodu, zato so to dejstvo poskusili izkoristiti za odkrivanje intrauterinih infekcij. Otrok s kongenitalno rubelo ima povečano količino IgM. Normalno ima novorojenček zelo malo ali nič IgM. Pri kongenitalni rubeli, toksoplazmozi, infekciji s Treponema pallidum… so v krvi novorojenčka prisotna IgM protitelesa.

 

IgD

So monomeri. V primerjavi z drugimi imunoglobulini jih je v serumu malo. Imajo kratko razpolovno dobo (2,8 dni).

Čeprav so podobni drugim Ig, za njih praktično ni ugotovljena protitelesna aktivnost. Njihovega biološkega pomena ne poznamo, verjetno pa je, da imajo IgD posebno funkcijo kot membranski receptor za Ag na limfocitih B.

 

IgE

So monomeri. Sodelujejo pri alergičnih reakcijah zgodnjega tipa, zato jim pravimo alergični reagini.

Njihova pomembna lastnost je vezava s Fc na tkivne in krvne bazofilce. Če se na tako vezane IgE veže specifičen Ag oz. alergen, se celice degranulirajo in sprostijo mediatorje (predvsem histamin), ki povzročijo lokalne ali sistemske alergične reakcije.

V krvi jih je izredno malo. Limfociti, ki izdelujejo IgE, so večinoma v pljučnem tkivu in sluznici prebavil, zato so ti IgE, ki nastajajo lokalno, najpomembnejši pri nastanku alergičnih reakcij.

IgE so izredno občutljivi za segrevanje (temperatura 56 °C jih uniči v 30 minutah).

Njihovo najpomembnejše delovanje za organizem je škodljivo, ena od koristnih vlog pa bi lahko bila zaščita proti parazitom.

 

 

6.2.2.5.    Humoralna imunost (primarni in sekundarni imunski odziv)

 

Vdoru antigena sledi najprej latentna faza, med katero ni moč dokazati protiteles. Latentna faza traja 2 do 4 dni, odvisno od vrste in količine antigena.

Nato se pojavijo protitelesa. To pojavljanje imenujemo primarni imunski odziv, ki je sorazmerno šibak. Ag sreča in aktivira malo celic, ki so zanj specifične (izbere take, ki imajo ustrezne receptorje na membrani – klonska selekcija). Antigenenske determinante, ki jih nosijo fagociti, se vežejo na ustrezen mali limfocit B v sekundarnem limfatičnem organu. Ta celica se začne razmnoževati in del teh celic se preobrazi v plazmatke, ki izdelujejo protitelesa, druge celice pa so “mirujoče” (spominske celice specifične za isti antigen).

 

Plazmatke poginejo v 2 do 3 dneh in nastajanje protiteles preneha, mirujoče spominske celice (memory cells) pa živijo zelo dolgo; te čakajo na naslednji stik z antigenom. Ta pojav imenujemo imunski spomin.

Ko antigen drugič vdre v telo, se sreča z mnogimi spominskimi celicami in jih aktivira. Sekundarni imunski odziv je zato veliko močnejši in latentna doba je krajša.

 

V primarnem odzivu nastajajo pretežno protitelesa IgM razreda. Izdelovanje teh protiteles traja največ 10 do 12 dni. Nato se pojavijo IgG, ki pa jih je pri primarnem odzivu veliko manj od IgM.

V sekundarnem odzivu nastajajo pretežno IgG in to v velikih količinah, IgM je zelo malo. Pojavljanje IgG traja več mesecev.

 

Za nastanek protiteles je razen limfocitov B nujno sodelovanje fagocitov in limfocitov T. Šele pri interakciji med vsemi tremi celicami se limfociti B aktivirajo in pride do nastanka protiteles.

 

 

6.2.2.6.    Celični imunski odziv

 

Celična imunost je pomembna v obrambi pri infekcijah s fakultativnimi znotrajceličnimi paraziti: bacili tuberkuloze, listerije, virusne infekcije, glivične infekcije. V teh primerih so mikroorganizmi skriti v celicah in zato nedostopni protitelesom.

 

Celična imunost je tudi mehanizem alergične reakcije pozne preobčutljivosti, reakcije zavračanja presadka in verjetno je celična imunost tudi poglavitna obramba proti raku.

 

Vse te pojave posredujejo limfociti T. Celični imunski odziv se začne z vezavo Ag na receptor ustreznega limfocita T, tudi tokrat Ag posreduje makrofag. To se odvija v sekundarnem limfatičnem organu. Ob vezavi Ag na limfocit T, se začne ta razmnoževati in diferencirati v različne efektorske celice T.

 

Limfociti T izločajo po stiku z antigenom številne biološko aktivne snovi – limfokine (t.j. skupina različnih beljakovin). Kemično jih še niso vse karakterizirali, zato jih opredelimo po njihovih bioloških učinkih.

Limfokini delujejo na različne celice, njihove poglavitne celice tarče pa so makrofagi in limfociti.

Nekateri limfokini ustavijo naključno kroženje makrofagov in jih zadržijo na mestu infekcije, drugi makrofage aktivirajo v “jezne makrofage”, da učinkovito uničijo fagocitirane parazite in druge antigene.

 

 

 

6.3.   Preobčutljivostne reakcije

 

 

Biološki izraz imunost je lahko:

• povečana odpornost zaradi delovanja različnih antigenov – profilaksa;
• povečana reaktivnost ali preobčutljivost pri ponovnem kontaktu z istim antigenom – anafilaksa;
• v določenih okoliščinah se posamezniki ne odzivajo na vdiranje antigena – imunska neodzivnost (imunska toleranca, imunska paraliza, anergija, imunosupresija).

 

Alergija ali preobčutljivost je termin, ki označuje okvare, ki so nastale zaradi imunskih reakcij. Alergična reakcija je vsaka reakcija, pri kateri lahko:

• identificiramo antigen,
• ugotovimo vzročno povezavo med antigenom in okvaro tkiva,
• ugotovimo imunološki mehanizem, ki je povzročil poškodbo.

Če tem trem zahtevam ne zadostimo, poškodbe oz. bolezni ne moremo šteti za alergijo.

 

Pri alergičnih reakcijah so udeleženi različni imunski sistemi: IgE, IgM, IgG in celice T.

 

Do alergičnih reakcij pride vedno po ponovnem vstopu istega antigena v telo; večkrat ko smo v kontaktu z isto snovjo, večja je možnost alergije.

 

Gell in Coomb (leta 1963) sta alergične reakcije razdelila v 4 različne tipe.

Posamezni tipi reakcij se v čisti obliki pojavljajo le eksperimentalno, v klinični obliki se več alergičnih reakcij pojavi naenkrat ali si sledijo zaporedoma.

Alergične reakcije so lahko:

• humoralne reakcije: odvisne od protiteles (povzročajo jih bodisi cirkulirajoča protitelesa bodisi protitelesa, ki so vezana na membrane celic);
• celične reakcije: povzročajo jih senzibilizirani limfociti T.

 

Alergije I., II. in III. tipa povzročajo Ig, IV. tip pa limfociti T:

• tip I: anafilaktične reakcije – povzročajo jih alergični reagini (igE);
• tip II: citotoksične (ali stimulacijske) reakcije – odvisne od protiteles;
• tip III: preobčutljivostne reakcije – nastale zaradi imunskih kompleksov.
• tip IV: pozna ali celična preobčutljivost – odvisna od lilmfocitov T.

 

 

6.3.1.  Tip I – anafilaksija (atopična alergija)

 

Je najobičajnejša in klinično najpomembnejša oblika alergije, katere vzrok so protitelesa, ki jim pravimo reagini. Pretežno pripadajo IgE razredu, čeprav domnevajo, da tudi Ig drugih razredov lahko povzročajo te reakcije.

Reagini imajo to lastnost, da se vežejo na membrane posameznih celic. Zlasti močno se vežejo na mastocite (tkivne bazofilce), bazofilne granulocite (krvni bazofilci), pa tudi na trombocite. Ta lastnost jih loči od drugih razredov Ig. Na celice se vežejo s Fc (težke verige Ig).

 

Pri ljudeh najdemo mastocite predvsem v pljučih, sluznici zgornjih dihal, v koži in v prebavnem traktu. Mastociti so polni zrnc, organelov, ki vsebujejo histamin in podobne biološko aktivne snovi – mediatorje anafilaktične reakcije.

Reagine (IgE) najdemo proste v obtoku, v serumu in v sekretih, vendar so pri alergičnih reakcijah pomembni tisti, ki so vezani na membrane celic (na enem mestu je navadno 5.300 do 27.000 IgE, pri alergikih pa 15.000 do 40.000).

 

Alergični simptomi izbruhnejo, ko se na reagine, vezane na mastocite oz. bazofilce, veže alergen. Pomembno je, da se alergen veže na 2 Ig molekuli (gostota IgE na membrani). Reakcija med IgE in alergenom je imunološko specifična.

Ta vezava alergena povzroči degranulacijo celic, sproščajo se različne biološko aktivne snovi, ki povzročijo anafilaksijo.

 

Najpomembnejša substanca, ki se sprošča pri tej reakciji je histamin. Ta povzroči vazodilatacijo krvnih žil, poveča se prepustnost kapilar, kar vodi v edem. Povzroči tudi kontrakcijo gladkih mišic in stimulira izločanje eksokrinih žlez.

V bronhijih gladke mišice kontrahirajo, sluznice otečejo, izloča se sluz. Vse to povzroči oteženo dihanje (predvsem izdih).

Na koži histamin povzroči oteklino in rdečino, pojavi se urtikarija.

Prav tako reagirajo sluznice nosu in oči, poveča se sekrecija in pojavi se solzenje.

 

Čeprav je histamin najbolj poznan mediator, imajo tudi druge substance pomembno vlogo pri anafilaksiji:

• SRS-A (slow reacting substance of anaphylaxis): povzroči kontrakcijo gladkih mišic in bronhiolov; ta kontrakcija ostaja znatno dalj časa kot tista, ki jo povzroči histamin (na delovanje SRS-A ne moremo vplivati z antihistaminiki);
• bradikinin: povzroča vazodilatacijo in kontrakcijo gladkih mišic;
• prostaglandin…

 

Na mestu anafilaktične reakcije se sproščajo tudi sepcifične kemotaktične substance, ki privlačijo eozinofilce. Vloga teh še ni povsem razjasnjena, verjetno pa je, da vsebujejo antihistaminike in da nevtralizirajo učinke tudi drugih mediatorjev anafilaktične reakcije.

 

Simptomi pri anafilaksiji se pokažejo zelo hitro po ekspoziciji alergenu; praviloma v 20 do 20 minutah, včasih pa še hitreje (v nekaj minutah). Zato se ta tip reakcije imenuje tudi reakcija takojšnjega ali zgodnjega tipa.

 

Reakcije so lahko lokalne, kadar alergen vstopa skozi kožo oz. sluznico (dihala in prebavila) ali pa sistemske, ko pride alergen direktno v obtok.

Glavni povzročitelji generalizirane anafilaksije so: Penicilin, biološki preparati (npr. živalski serumi), piki žuželk (čebele, ose, sršeni), hrana (školjke, polži, raki).

 

Navadno so ljudje, ki imajo ta tip alergije (na določen antigen), na splošno bolj občutljivi (hipersenzitivni). To je nespecifična hipersenzitivnost na tobačni dim, parfum, lak za lase…

Domnevajo, da je pri takih ljudeh porušeno razmerje med celicami T zaviralkami in pomagalkami in imajo več celic pomagalk, kar vodi v nastajanje velikih količin IgE (istočasno naj bi nastajalo manj IgA).

 

Raziskave kažejo, da ima ta tip alergije preko 15 % ljudi. Iz leta v leto se število hitro povečuje.

Otrok, katerega eden od staršev ima ta tip alergije, ima 6 x večjo možnost, da bo alergik, kot otrok nealergičnih staršev.

 

Serum alrgičnega človeka lahko senzibilizira nealergika. To dokažemo s t.i. pozitivnim kožnim testom (Prausnitz-Küstner). Če serum alergika injiciramo v kožo, se reagini iz seruma vežejo na mastocite v koži sprejemnika. Ko intradermalno vnesemo alergen, nastane edem in eritem, ki ostane 3 do 5 tednov.

Transfuzija krvi ali seruma alergične osebe nealergiku povzroči preobčutljivost v sprejemniku; ta alergija je torej prenosna.

Ugotovljeno pa je, da reagini ne prehajajo skozi placento, kar pomeni, da plod ne more biti senzibiliziran za materinimi reagini.

 

 

6.3.2.  Tip II – citotoksične reakcije

 

Pri teh reakcijah sodelujejo protitelesa, ki so prosto v serumu (igG in IgM). Antigen je vezan na površino določenih celic, je del celične membrane.

Te reakcije pogosto povzročijo zdravila (njihovi metaboliti) in bakterijski polisaharidi.

 

Alergen je navadno drobna molekula, ki je nameščena na površini celice in šele kot vezana molekula deluje kot antigen (hapten). Ko protitelesa dosežejo tak antigen, se aktivira komplement, kar povzroči zbiranje granulocitov. Iz granulocitov se začnejo sproščati anafilaksini (histamin) in lizocimi. Delovanje teh izločkov privede do poškodbe tkiva; celica, na kateri je antigen, navadno lizira.

 

 

6.3.3.  Tip III – reakcije zaradi imunskih kompleksov

 

Reakcija se pojavi v 1 do 2 urah, izgine pa v 10 do 12 urah.

 

Reakcijo povzročijo cirkulirajoča protitelesa, precipitini iz razreda IgG. Nstali kompleksi Ag—Ab pritegnejo komplement. Nastali skupki Ag—Ab—komplement aktivirajo granulocite, iz teh pa se sproščajo histamini, lizocimi in druge snovi, ki okvarijo tkivo.

 

Največkrat se to dogaja v lumnu malih krvnih žil, kar vodi v vnetje malih krvnih žil; pojav imenujemo alergični alveolitis. Do take rekacije lahko pride ob vdihavanju alergena, kar se pokaže s kašljem, dispnejo in cianozo. Kadar alergična reakcija traja dalj časa, lahko nastanejo nepopravljive poškodbe.

 

Serumska bolezen je drugi primer take alergične reakcije. Vnos Ag (najpogosteje tuji proteini) povzroči nastanek protiteles. Formirajo se kompleski Ag—Ab, ki se odlagajo v različnih tkivih. Ti kompleksi (precipitati) povzročijo okvaro tkiva.

Znaki serumske bolezni so mrzlica, bolečine v sklepih, nabrekle bezgavke; spremembe se lahko lokalizirajo tudi v srcu ali ledvicah.

Prvič so serumske bolezni opisali leta 1905, ko so za zdravljenje davice začeli uporabljati konjski davični antitoksični serum. Ugotovili so, da da je pri določenem številu ljudi po 7 do 14 dneh prišlo do tipičnih bolezenskih znakov (oteklina regionalnih bezgavk, povišana telesna temperatura, srbečica, rdečica, oteklina na mestu injiciranja, urtikarija); značilen je tudi edem obraza (ustnice, očesne veke), oteklina sklepov, prebavne motnje, in nevrološke komplikacije.

Serumska bolezen traja 2 do 3 dni. Pogostejša je pri reinjekcijah kot pri prvem vnosu seruma.

Povzročijo jo lahko tudi humani serumi (hiperimuni γγ), vakcine, Penicilin…

 

 

6.3.4.  Tip IV – pozna preobčutljivost (celična imunost)

 

Reakcija po klasični reakciji, s katero ugotavljamo imunost pri tuberkulozi (tuberkulinski test), imenujemo tuberkulinski tip. Istočasno je reakcija pozne preobčutljivosti.

 

Za to reakcijo so odgovorni senzibilizirani limfociti T. Razvije se počasi; učinki vstopa alergena se pojavijo na vstopnem mestu v 12 do 24 urah (pri lepri v 8 dneh), maskimum doseže v 48 do 72 urah.

Reakcija se kaže kot eritem in induracija. Rekacije ne moremo pasivno prenesti s serumom. Če histološko pregledamo zatrdlino, najdemo predvsem mononuklearne levkocite, limfocite in makrofage.

 

Kot alergično reakcijo jo doumemo, kadar nastane kot odgovor na zdravila, enostavne kemikalije (Ni, Cr…), ob kontaktu s krznom, pri pikih žuželk (komarji, bolhe…). Reakcijo imenujemo kontaktni dermatitis.

 

Sicer pa je to zaščitna reakcija celične imunosti, kadar jo povzročijo:

• bakterije: M. Tuberculosis, Salmonella typhi, Brucella abortus, Streptococcus viridans, pnevmokoki, toksini bacila davice…;
• virusi: v. Ošpic, v. Mumpsa, V. Herpes simplex…;
• glive: Blastomyces dermatides, Coccidiomyces imutis, Hystoplasma capsulatum, Trichophyton sp., Candida albicans…;
• paraziti: hidatidna cista ehinokoka, Leishmania tropica…

 

 

Alergije pri ljudeh so vse pogostejše. Do alergičnih reakcij lahko pride zaradi absorpcije alergenov skozi dihala (inhalacija peloda, prahu…), lahko aleregen vstopa skozi sluznico prebavil (alergeni v hrani – mleko, ribe, jajca, jagode, raki…) ali skozi kožo (J, soli Ni, Cr, krzno…).

 

Najpogostejše oblike alergij so: seneni nahod, bronhialna astma, urtikarija, kontaktni dermatitis, ekcem, migrena, gastrointestinalne alergije.