Bakteriologi Professor Gunnar Sandström Avd för klinisk mikrobiologi Karolinska Institutet Karolinska universitetssjukhuset Huddinge, Stockholm gunnar.sandstrom@ki.se
Vad innehåller en bakterie? Alla har: Kromosom (DNA), olika RNA-typer Ribosomer (proteinsyntesmaskiner) Cellmembran De flesta har: Cellvägg Grampositiv Gramnegativ (har dubbelmembran)
Bakterier är prokaryota Bakterier saknar cellkärna (grek. karyos= kärna) Två riken Arke Eubakterier
Arke Arke varma källor saltsjöar kärr (metanbildare) Ingen medicinsk betydelse
Eubakterier Indelas efter färgningsmetoder i: Grampositiva bakterier, t ex stafylokocker Gramnegativa bakterier, t ex coli-bakterien Syrafasta stavar, t ex tuberkelbakterien Spiroketer, t ex Borrelia, Treponema pallidum Grampositiva och gramnegativa kan vara runda (kocker) eller stavar
Eukaryota celler Har cellkärna = eukaryota celler (Grek karyos = kärna) Organismer med eukaryota celler Fyra riken Protista (encelliga organismer, t ex amöba) Svampar Växter Djur
Bakterier kan ha: Flageller (rörelseorgan) Pili (trådlika utskott för vidhäftning eller cell-cellkontakt) Sporer (för överlevnad under svåra förhållanden) Kapsel (av kolhydrat, kan skydda mot fagocytos) Plasmider små extra kromosomer
Virulens Virulent bakterie: Orsakar ofta alltid infektion hos värden Opportunist: Bakterie som bara orsakar infektion hos människor med nedsatt immunförsvar (skador, främmande kroppar, immunbristsjukdomar med mera)
Virulensfaktorer Farliga bakterier har /kan ha: Exotoxiner: proteiner som utsöndras: Cytolysin (hämolysin): förstör cellmembran Hindrar proteinsyntes, t ex difteritoxin Påverkar nerver, nervsystem, t ex tetanus (stelkramp), botulinus (förlamning) Diarrétoxin, t ex koleratoxin Proteaser, hyaluronidas, fibrinolysin: bakterien kan sprida sig i vävnader
Virulensfaktorer Adhesionsfaktorer (vidhäftning) Utan adhesion, ingen infektion! Bakterier i sjukhusmiljö har god förmåga att kolonisera Bindningen oftast mycket specifik Pili (Gramnegativa bakterier) Cellväggsproteiner (t ex fibrinogenbindande)
Virulensfaktorer Kapsel skyddar mot fagocytos Förmåga att överleva i leukocyter och makrofager Resistens mot serums baktericida aktivitet (komplement med mera)
Gramfärgning Färgning (blå färg) Avfärgning (alkohol) Kontrastfärgning (röd färg) Blå bakterier behåller färg Grampositiva Röda bakterier, avfärgade Gramnegativa Beror på skillnader i cellväggens uppbyggnad
Grampositiva kocker (Enterokocker)
Cellväggen hos Grampositiver Strukturbärande element: Mukopeptid (peptidoglykan) består av socker (N-acetylglukosamin omväxlande med N-acetylmuraminsyra) bildar en jättemolekyl, flera hundra lager tjock. Kedjorna korskopplade genom korta kedjor av aminosyror (en del av D-typ) Ger mekanisk stabilitet
Cellväggen hos Grampositiver Förutom mukopeptid finns teikonsyra, lipoteikonsyra med mera Proteiner: förmedlar näringsupptag eller adhesion Syntes av cellväggen (peptidoglykan) hämmas av penicillin bakteriens död
Gramnegativ stav (E. coli)
Cellväggen hos Gramnegativer Innerst mukopeptid tunt lager Utanför: periplasmatiskt rum: Innehåller enzymer för syntes av cellvägg och näringsupptag Ytterst: Yttre membran av lipider och allra ytterst lipopolysackarid (LPS) även kallad endotoxin.
Gramnegativ cellvägg
LPS (endotoxin) Består av tre delar: Lipid A (innerst, toxisk del) Core-del (kolhydrat, konservativ) O-antigen (repeterande enhet av tre fyra sockermolekyler), bakteriens ansikte utåt. O-antigen mycket varierande mellan olika stammar, t ex mer än 100 olika O-antigen beskrivna för E. coli-stammar
Lipid A Består av två glukosmolekyler och fettsyror. Den toxiska delen av LPS Injektion av LPS orsakar feber, leukocytos, aktivering av immunförsvaret I höga doser cirkulatorisk chock (blodtrycksfall, otillräcklig blodcirkulation), organskador, död.
Anpassningsförmåga Bakterier är anpassningsbara: Utveckling av antibiotikaresistens via - Mutationer i kromosomen - Ny genetisk information från andra bakterier Antibiotikaresistens kan vara viktig för överlevnad och spridning i sjukvården
Fysiologi Näringsbehov: E. coli växer i enkelt medium (salter, glukos, ammoniak) Streptokocker behöver flera aminosyror och vitaminer Klamydia måste ha cellkultur för att växa Vissa bakterier (t ex Treponema) kan inte odlas
Identifiering av bakterier Gramfärgning och andra färgningsmetoder Grampos / Gramneg; Stavar / kocker Om Grampositiva kocker: Ligger två och två (pneumokocker?) Ligger i hopar (stafylokocker?) Ligger i kedjor (streptokocker?)
Identifiering Växt på olika typer av agarplattor Koloniutseende, lukt Hämolys på blodagarplattor (streptokocker) Växt aerobt, anaerobt eller kräver koldioxid
Identifiering Biokemiska reaktioner: Jäsningar med olika kolhydrater Bildning av vissa produkter (indol, smörsyra, svavelväte) Enzymaktivitet (DNas, koagulas) Reaktion med olika antisera DNA-sekvensering
Medicinskt viktiga bakterier Stafylokocker: Staphylococcus aureus Koagulas-negativa stafylokocker: Staphylococcus epidermidis
Stafylokocker
Staph. aureus S. aureus bildar många toxiner: koagulas, hämolysiner, leukocidin, DNas, enterotoxin (diarréer, kräkningar) Protein A binder antikroppar Bildar ofta abscesser (koagulas) Kan spridas på vårdavdelningar
Staph. aureus Finns normalt i näsa och perineum hos 30% av oss Orsakar hudinfektioner, sårinfektioner, sepsis, matförgiftning, osteit (benröta). Förmåga att utveckla antibiotikaresistens
Koagulasnegativa stafylokocker Finns normalt i huden och näsan Orsakar infektioner hos patienter med främmande kroppar, t ex venkatetrar, pacemaker, konstgjorda höftleder med mera. Vanliga som föroreningar i blododlingar
Streptokocker Grampositiva kocker i kedjor Grov indelning efter hämolys: Betahämolys: Klar hämolys på blodagar Alfahämolys: Grön hämolys Icke-hämolytiska
Streptokocker
Betastreptokocker Betastreptokock grupp A = Str. pyogenes Virulent bakterie, orsakar halsfluss, scharlakansfeber, sårinfektioner, hudinfektion (erysipelas = rosfeber), impetigo, otit, sepsis, myonekros ( köttätande mördarbakterien )
Betastreptokocker
Betastreptokock grupp A Virulensfaktorer Toxiner: Streptolysiner (hämolysiner), hyaluronidas (spreading factor) streptokinas (fibrinolysin) erytrogent toxin M-protein
Streptokockfaryngit
Scharlakansfeber
Erysipelas
Alfa-hämolytiska streptokocker Finns normalt i munhåla och tarm Vanligen ofarliga, men kan orsaka Karies (S. mutans) Tandinfektioner Endokardit (infektion i hjärtklaffar; 100% dödlighet utan behandling)
Pneumokocker Streptococcus pneumoniae Alfahämolytiska Ligger två och två (diplokocker) Finns i nasofarynx hos barn Orsakar pneumoni, otit, sinusit, sepsis, meningit
Grampos kocker (pneumokocker)
Streptokock grupp B Farlig för spädbarn, orsakar neonatal sepsis och meningit. Finns mer eller mindre normalt i vagina hos kvinnor
Enterokocker Finns normalt i tarmen Naturligt resistenta mot många antibiotika Orsakar infektioner hos nergångna patienter (intensivvård, hämatologi, transplantationer)
Sporbildare Grampositiva stavbakterier Aeroba: Bacillus Bacillus subtilis (höbakterien) Bacillus anthracis (antrax, mjältbrand) Anaeroba: Clostridium Clostridium perfringens (gasbrand) C. tetani (stelkramp), C.botulinum (botulism), C. difficile (antibiotika-associerad diarré)
Clostridium perfingens gasbrand
Gramnegativa stavar Enterobakterier (Enterobacteriaceae) Escherichia coli Den mest studerade bakterien Finns i tjocktarmen
E. coli Kan orsaka infektioner: Urinvägsinfektioner Sepsis (från urinvägar eller tarmkanal) Diarré (ETEC, turistdiarré; EHEC = enterohämorragisk E. coli)
Urinvägsinfektioner Nedre (cystit, blåskatarr) Övre (pyelonefrit, njurbäckeninflammation) Vanligen specialiserade E. coli med pili, P-pili
Shigella Shigella orsakar diarré Genetiskt varianter av E. coli Tjocktarmsdiarré med inflammation, blod, slem och leukocyter i faeces Tenesmer (smärtsamma trängningar) Vanligen utlandssmitta
Klebsiella Klebsiella pneumoniae kan finnas i tarmen Kan orsaka UVI, sepsis, även pneumoni Slemmiga kolonier på grund av kapsel
Salmonella Salmonella orsakar tarminfektioner Två typer av infektioner: a/ Sepsis, huvudsymptom feber Salmonella typhi tyfoidfeber Salmonella paratyphi paratyfoidfeber b/ Diarré huvudsymptom Övriga Salmonella-typer
Proteus Finns i tarmen Kan orsaka urinvägsinfektioner Bildar ureas frisätter ammoniak, kan leda till infektionsstenar
Andra Gramnegativa stavar Haemophilus influenzae Liten Gramneg stav Orsakar otit, sinusit, pneumoni Kapslade stammar kan orsaka meningit, numera ovanlig på grund av vaccination
Andra Gramnegativa stavar Campylobacter vanligaste orsaken till bakterieutlöst diarré (som vi kan påvisa!) Normalflora hos hönsfåglar. Självbegränsande diarré normalt Helicobacter pylori orsakar magsår (duodenalsår, sår i ventrikeln kan vara cancer)
Anaeroba Gramnegativa stavar Finns normalt i munhåla och tarm Colonfloran är till 99% anaerob De anaeroba bakterierna spelar stor roll vid infektioner utgångna från munhåla och tarm (blindtarmsinflammation, tarmperforation med mera) Bacteroides viktigaste gruppen
Helicobacter pylori
Gramnegativa kocker Gramnegativa diplokocker: Neisseria gonorrhoeae gonorré N. meningitidis meningit, sepsis
Gramnegativa kocker (meningokocker)
Meningokocksepsis
Mykobakterier Syrafasta stavar (tar upp färg, avfärgas inte av saltsyra) Mycobacterium tuberculosis tuberkulos Mycobacterium leprae lepra, spetälska
Tuberkulos
Tuberkulos, efter behandling
Tuberkulos, efter behandling
Lepra
Lepra
Obligat intracellulära bakterier Kan inte odlas på syntetiska medier, endast i cellkulturer eller försöksdjur Rickettsia orsakar fläckfeber, löss eller loppor sprider sjukdomen Chlamydia trachomatis orsakar könssjukdomen klamydia, ögoninfektioner, trakom (blindhet i u-länder) Chlamydia pneumoniae pneumoni
Spiroketer Treponema pallidum: Syfilis (lues) Könssjukdom, flera stadier Primärstadiet: Sår, läker utan behandling Sekundärstadiet 7 10 v senare, feber, utslag Latent stadium Tertiärstadium: Skador i CNS, hud, skelett, blodkärl med mera Kongenital syfilis: Sen abort eller missbildat barn
Syfilis Treponema pallidum går inte att odla Diagnostik: Baserad på serologi (påvisande av antikroppar i blod eller andra kroppsvätskor)
Borrelia Borrelios (Lyme disease) Erytema migrans Neuroborrelios meningit Akrodermatit kronisk infektion Leder, hjärta kan också angripas Sprids med fästingar Diagnostik: Serologi, men många friska människor i Stockholms län har antikroppar
Spiroket (Borrelia)
Borrelios Varierande tid (dagar - veckor, ibland månader) efter fästingbett kan infektionen manifesteras som: 1. Erythema migrans (blårött utslag med centrifugal spridning)
Cellväggslösa bakterier Mycoplasma pneumoniae Naturligt resistenta mot penicillin Orsakar pneumoni, framför allt hos ungdomar
Vilka bakterier orsakar? Pneumoni:
Vilka bakterier orsakar? Pneumoni: Pneumokocker (Streptococcus pneumoniae) Mycoplasma pneumoniae Chlamydia pneumoniae Legionella Mycobacterium tuberculosis
Vilka bakterier orsakar? Öroninflammation?
Vilka bakterier orsakar? Öroninflammation Pneumokocker Haemophilus influenzae Moraxella catharralis Betastreptokock grupp A
Vilka bakterier orsakar Sinusit (bihåleinflammation)?
Vilka bakterier orsakar Sinusit (bihåleinflammation) Pneumokocker (Streptococcus pneumoniae) Haemophilus influenzae Moraxella catarrhalis
Tonsillit? Vilka bakterier orsakar
Vilka bakterier orsakar Tonsillit Betastreptokocker grupp A (Streptococcus pyogenes)
Vilka bakterier orsakar sårinfektioner?
Vilka bakterier orsakar sårinfektioner Staphylococcus aureus Betastreptokocker grupp A
diarré? Vilka bakterier orsakar
Vilka bakterier orsakar diarré Campylobacter Salmonella Shigella, E. coli (ETEC, EHEC) Yersinia Vibrio cholerae Staph aureus (toxiner, ingen infektion)
sepsis? Vilka bakterier orsakar
Vilka bakterier orsakar sepsis? E. coli Staph aureus Pneumokocker ovanligare men farliga: Betastreptokocker grupp A Neisseria meningitidis
meningit? Vilka bakterier orsakar
Vilka bakterier orsakar meningit? Meningokocker (Neisseria meningitidis) (barn, ungdomar främst) Pneumokocker (främst äldre) (Haemophilus influenzae tidigare hos barn, nu ovanlig tack vare vaccination)
Vilka bakterier orsakar meningit eller sepsis hos spädbarn?
Vilka bakterier orsakar meningit eller sepsis hos spädbarn? Streptokocker grupp B (S. agalactiae) E. coli
ANTIBIOTIKA Antibiotika (anti = mot, bios = liv) hämmar bakterier eller andra parasiter specifikt kinin första verksamma medlet mot malaria Paul Ehrlich syntetiserade Salvarsan, första medlet mot syfilis Domagk sulfa Fleming, Chain, Florey penicillin
Antibiotikas verkningsmekanismer Cellväggssyntes penicillin, cefalosporin Cellmembran vissa medel mot svamp Ribosomer många medel, t ex tetracycliner, erytromycin Metabolism sulfa, trimetoprim RNA-syntes DNA-syntes - kinoloner
Problem: antibiotikaresistens Bakterier bryter ner antibiotika betalaktamaser penicillin, cefalosporin Förändring av target : förändrat enzym eller RNA i ribosomerna Förhindrat upptag Efflux utpumpning av ett eller flera antibiotika
Penicillin, cefalsporin Hämmar cellväggssyntes Bensylpenicillin, V-penicillin mot streptokocker, syfilis, borrelios Isoaxa-pc mot Staph aureus
Isoxa-penicillin Aktivt mot Staph aureus (utom MRSA) och streptokocker
Ampicillin, amoxicillin Aktivitet som bensylpenicillin, men även mot gramnegativa bakterier, t ex Haemophilus (15 % resistens) Neisseria (gonokocker ofta resistenta) E. coli (20 30 % resistens i dag) Amoxicillin + klavulansyra (betalaktamashämmare)
Cefalosporiner Många olika: Cefuroxim (Zinacef ) klassiker Cefotaxim (Claforan ) bättre aktivitet mot gramnegativa bakt Cefadroxil, Cedax perorala medel Spektrum: Stafylokocker, streptokocker, många gramnegativa bakterier Fortfarande ganska lite resistens
Staph. aureus evolution av resistens Staph aureus penicillinkänslig 1940. Sedan mitten av 40-talet stigande frekvens betalaktamasbildande stammar 1960 kom meticillin effektivt mot betalaktamasbildande stammar, meticillin nu ersatt av isoxa-pc (Ekvacillin, Diclocil, Heracillin)
Staph aureus: utveckling av resistens mot bensylpenicillin
Staph. aureus Omkring 1970 spridning av MRSA (meticillinresistenta Staph aureus), då oftast multiresistenta MRSA resistenta mot alla penicilliner och cefalosporiner Försvann spontant efter några år Återkom mot slutet av 70-talet, troligen för att stanna.
MRSA Resistensmekanism: meca-gen, ett penicillin-bindande protein importerat sannolikt från Staph sciuri (finns hos ekorrar) men S. sciuri är pencillinkänslig Det behövdes två mutationer för att få fram MRSA.
Erytromycin-gruppen Verkar på ribosomerna Aktivitet mot streptokocker, Mycoplasma, Chlamydia Alternativ till penicillin vid pc-allergi
Klindamycin Verkar på ribosomerna Verkar på stafylokocker, streptokocker, många anaerober Biverkan: Diarré orsakad av Clostridium difficile
Tetracyklin Ribosomer Tidigare storsäljare, numera begränsat användningsområde på grund av resistensutveckling Borrelia, Mycoplasma och liknande
Aminoglykosider Ribosomer Streptomycin första effektiva medlet mot tuberkulos (nu avregistrerat) Gentamicin med flera Snabb bakteriedödande effekt Måste injiceras Biverkan: Dövhet, balansrubbningar (åttonde hjärnnerven)
Metronidazol DNA-syntes Varunamn Flagyl Effekt endast på anaeroba bakterier + Helicobacter Kirurgernas favorit vid bukinfektioner Effekt även mot amöba (amöbadysenteri) Giardia och Trichomonas.
Kinoloner Verkar på DNA-syntes Ciprofloxacin, norfloxacin med flera Effekt framför allt mot gramnegativa bakt (E. coli, Salmonella med flera) Snabbt bakteriedödande Tyvärr resistensutveckling