INFEKČNÍ ONEMOCNĚNÍ

Bakterie

Bakterie jsou jednobuněčné mikroorganismy, které nemají pravé jádro s jadernou membránou a řadíme je mezi prokaryota. Na rozdíl od virů jsou schopné vlastní reprodukce. Množí se zpravidla mimo hostitelskou buňku - extracelulárně, některé i v hostitelské buňce – intracelulárně. Přítomnost nukleové kyseliny umožňuje reakci organismu a tvorbu imunitní odpovědi. Velikost bakterii je různá. Mezi nejmenší bakterie patří mykoplasmata s velikostí okolo 0,2 μm. Díky své velikosti a absenci buněčné stěny jsou schopny měnit svůj tvar, což jim umožňuje procházet i bakteriologickými filtry. Mezi velmi malé bakterie řadíme dále chlamydie (0,3 μm) nebo rickettsie (0,5 μm). Většina bakterií dosahuje velikosti od 0,5 do 3 μm. 

V současnosti je největší známá bakterie Thiomargarita namibiensis, která může dosahovat velikosti až 0,75 mm.

Tvar těla může být kulovitý – koky (Streptococcus). Pokud je uspořádán do shluků  ve tvaru hroznů (Staphylococcus). Protáhlý štíhlé tyčinky jsou charakteristické pro mykobakterie, které jsou původcem tuberkulózy. Pokud jsou tyčinky velmi protáhlé, označujeme je vlákna (např. původce červenky – Erysipelothrix rhusiopathieae).  Dále mohou být tyčinky prohnuté – vibria (původce cholery – Vibrio cholerae) nebo spirálovitě zahnuté – spirochéty nebo Helicobacter pylori. U některých bakterií je typická mnohotvárnost – pleiomorfie.  Pleimorfií se vyznačují také starší kultury kultivovaných bakterií.  

Bakterie je tvořena nepravým jádrem (nukleoid), které není obklopenou jadernou membránou a cirkulární DNA je volně v cytoplazmě.  Obsah bakteriální buňky vyplňuje cytoplasma a na jejím povrchu je cytoplasmatická membrána tvořená dvojitou vrstvou fosfolipidů, v niž jsou vnořeny různé bílkoviny. Celá prokaryotní buňka je pak zpravidla chráněna bakteriální stěnou.  Je přítomna u většiny bakterií, nevyskytuje se však u mykoplazmat. Ta je tvořena vrstvou peptidoglykanu.  U grampozitivních bakterií vrstva těchto polysacharidů velmi silná a při Gramově barvení fixuje komplex krystalové violeti s jódem tak silně, že zůstává buňka i po odbarvování modrá. U gramnegativních bakterií je vrstva peptidoglykanu tenčí a na povrchu je pokryta fosfolipidovou membránou, která brání prostupu krystalové violeti. V cytoplasmě jsou dále rozptýleny ribozómy, vakuoly, inkluzní tělíska, plazmidy a různé typy granul. Některé bakterie mají na svém povrchu fimbrie nebo bičíky, které slouží k pohybu.  

Růst a množení bakterií

Pro bakterie je charakteristické nepohlavní množení.  Délka reprodukčního cyklu je v závislosti na podmínkách prostředí dlouhá od 20–150 minut. Růstový a reprodukční cyklus bakterií začíná prodlužováním buňky a replikací kruhové DNA bakterie. (fáze růstu). Nově vzniklé nukleoidy jsou následně od sebe odpoutávány vznikající membránou (tvorba septa). V konečné fázi dochází k dělení buněk, kdy z buňky mateřské vznikají dvě dceřinné. Za ideálních podmínek probíhá dělení bakterií geometrickou řadou. Během každé generační doby = délka jednoho růstového cyklu se počet buněk zdvojnásobí. Ve skutečnosti však k tomu nedochází, protože množení bakterií je limitováno podmínkami prostředí a živinami.

 


Růstová křivka bakterií zahrnuje 4 důležité fáze:


 

Klasifikace bakterii

Nejkompletnější přehled bakterií a archeí včetně jejich taxonomického zařazení je publikováno v Bergey’s manual of systematic bacteriology (první vydání v roce 1984, aktuální je 2. vydání).

Základní klasifikace bakterií je možná dle jejich barvitelnosti.  Ze spousty barvících metod nejdůležitější metodou je diagnostické barvení dle Grama


Při barvení dle Grama se fixovaný preparát nejprve obarví krystalovou violetí, která způsobí tmavomodré až modrofialové zabarvení buněk. Následuje přidání Lugolova roztoku, který v obarvených buňkách tvoří komplexy s barvivem (Lugolův roztok obsahuje jód).  Dále se preparát oplachuje alkoholem. U grampozitivních bakterií nedochází k vymytí komplexu krystalové violeti s jódem a bakterie tak zůstávají tmavomodré. U gramnegativních je nutné dobarvení safraninem nebo fuchsinem a bakterie jsou pak zbarveny dočervena. U grampozitivních bakterií přidání těchto slabých barviv tmavěmodré zbarvení neovlivní. 


Velký význam má toto barvení při diagnostice, kdy dříve než se bakterie identifikují kultivací, lze určit, zda se jedná o grampozitivní nebo gramnegativní. Na základě toho lze pak rozhodnout o nasazení vhodné terapie např. antibiotiky. Některé druhy bakterii nejsou schopny barviva přijímat a běžným Grama barvením se neobarví. Řadíme zde tzv. acidorezistentní bakterie a nejvýznamnějším zástupcem jsou mykobakterie, původci tuberkulózy (Mycobacterium tuberculosis).  Známky acidorezistence vykazují i bakteriální spory.

Zástupci grampozitivních bakterií:

-          podrží si komplex barviva s jodem a jsou tmavomodré

Staphylococcus (hnisavé infekce, mastitidy)  

Streptococcus (hnisavé infekce, mastitidy, hříběcí)

Erysipelothrix (červenka prasat)

Lactobacilus (nepatogenní bakterie)

Bacillus (antrax, hniloba včelího plodu)

Clostridium (tetanus, botulismus)

Zástupci gramnegativních bakterií:

-          rychle se odbarví, a jsou pak červené

Escherichia (edémová choroba prasat)

Salmonella (pulorová nákaza)

Pseudomonas (mastitidy, septikemie včel) Moraxella (infekční keratokonjunktivitida skotu)

 

Sporogenní a nesporogenní bakterie

Schopnost tvořit spory je vytvořena u některých grampozitivních bakterií. Mezi významné rody patří Bacillus a Clostridium, které tvoří spory uvnitř buňky (endospory). Tvar, velikost a uložení spor je charakteristické pro daný druh bakterií. Zpravidla jsou oválného nebo kulovitého tvaru a vyznačují se vysokou odolností vůči vlivům zevního prostředí, nulovým metabolismem a nízkým obsahem vody. K procesu tvorby spor (sporulace) dochází v případě nepříznivých životních podmínek.  Sporulací se mateřská buňka rozpadá a nově vzniklá spora se uvolňuje do prostředí.  Taková to spora může přežívat v prostředí i několik let. Dostane-li se spora do příznivých podmínek, dochází k jejímu klíčení a její aktivaci. Aktivovaná spora začne přijímat vodu a tím ztrácí svou odolnost. Dochází k uvolnění sporových obalů a ke vzniku nové vegetativní buňky.  

 

Potřeba kyslíku

Podle schopnosti tolerovat přítomnost kyslíku rozlišujeme aerobní a anaerobní bakterie. Aerobní bakterie vyžadují pro svůj metabolismus a růst kyslík. Můžeme zde zařadit např. rod Pseudomonas, Vibrio, Mycobacterium. Přítomnost kyslíku naopak působí inhibičně nebo toxicky u anaerobních bakterií, které vyžadují absenci kyslíku v prostředí. Mezi takové to bakterie patří např. rod Clostridium, Fusobacterium. Některé anaerobní bakterie jsou aerotolerantní, což znamená, že kyslík pro svůj metabolismus nevyužívají, ale přítomnost kyslíku snášejí, např. Clostridium perfringens. Většina bakterií je nicméně schopna přežívat v aerobních i anaerobních podmínkách, kdy v přítomnosti kyslíku je jejich metabolismus účinnější a jsou schopny rychlejší růstu a rozmnožování. Patří zde např. rod Escherichia coli, Staphyloccocus, Salmonella, Bacillus. Zvláštní skupinu tvoří bakterie s anaerobním metabolismem u nichž nízké koncentrace kyslíku množení urychlují. Tyto bakterie vyžadují mikroaerofilní atmosféru, která má specifické složení. Řadíme zde např. rody Campylobacter, Lactobacillus.

Diagnostika bakterií

Odběr vzorku pro bakteriologické vyšetření

Pro diagnostiku a získané výsledky je velice důležitá preanalytická fáze, která obecně zahrnuje adekvátní přípravu pacienta a vlastní odběr vzorku jeho transport a příjem vzorků laboratoří. Pro vlastní vzorky je důležité, aby byly odebrány ze správného místa, což je takové místo, kde předpokládáme nejvyšší přítomnost mikroorganismu. V souvislosti s vývojem onemocnění je potřeba odebrat vzorky ve správný čas, ideálně v době, kdy je v daném místě bakterií nejvíce.


Jakákoliv diagnostika může být znehodnocena, pokud jsou vzorky při odběru nebo přepravě kontaminovány. Důležitý je správný odběr, a to asepticky. Vzorky odebíráme vždy do vhodných souprav, které jsou označené a sterilní (nádoby, zkumavky, transportní půdy apod.). Pokud jsou odesílány vzorky do laboratoře je kromě označení vzorku nutné vyplnit žádanku, kde je stanoveno požadované vyšetření a další důležité informace.


K vyšetření musí být vzorek dopraven co nejdříve. Pokud nelze provést diagnostiku ihned, lze uchovat likvor, hemokultivační lahvičky a bakterie na tamponu v transportní půdě AMIES při pokojové teplotě nejvýše 24 hodin. Ostatní biologický materiál (moč, stolice, sražená krev, sputum, aspiráty, tekutý materiál a jiný cizorodý materiál lze skladovat při chladničkové teplotě (+4°C).

amies

Obr. 1.: Sterilní odběrová souprava-tampón a Amiesovo médium

Materiál k bakteriologickému vyšetření

      výtěry

      stěry z postižených tkání

      sekrety

      sekční materiál

      krev

      mozkomíšní mok

      moč

      výkaly 

Mikrobiální diagnostika umožňuje přímý a nepřímý průkaz původce daného onemocnění.

 

Přímý průkaz v bakteriologii

Je založen na přímé identifikaci původce ve vzorku, tím, že můžeme pozorovat např. prostřednictvím mikroskopie v nativních nebo barvených preparátech. Základní metodou přímého průkazu je ale především kultivace na Petriho miskách nebo ve zkumavkách.  Další identifikace konkrétního druhu je možná vyšetřením biochemických vlastností nebo stanovením antigenů. V klinické praxi má dále význam stanovení citlivosti vůči antibiotikům.  V současnosti má pro přímou identifikaci rostoucí význam průkaz nukleových kyselin prostřednictvím metod molekulární biologie.

MIKROSKOPIE

V přímé diagnostice pomocí mikroskopu lze využít nativní nebo barvené preparáty. Nativní preparáty se pro bakteriologické vyšetření používají ojediněle.  Mnohem více se využívají při diagnostice plísní nebo parazitů.  Pro bakteriologii nachází nebarvené preparáty uplatnění při diagnostice syfilitidy.  Nejčastěji se pro diagnostiku využívají preparáty barvené podle Grama. Kromě velikosti, tvaru a uspořádání nám umožňují rozlišit bakterie na modrofialové (grampozitivní) a červené (gramnegativní). 


Podstatou rozdílu v barvení jsou odlišnosti ve stavbě bakteriální stěny. Na rozdíl od gramnegativních, kde se komplex krystalové violeti s jódem alkoholem vyplaví, v gramnegativní zůstává a díky tomu jsou zde v zabarvení rozdíly.


Význam rozdělení na grampozitivní a gramnegativní spočívá ale především v odlišné citlivosti na různé skupiny antibiotik.


Postup barvení: 

-          fixace vzorku

-          primární barvení krystalovou violetí (Gram I), 20-30 s, barvivo slijeme

-          přelití preparátu Lugolovým jodovým roztokem (Gram II), 20-30 s, barvivo slijeme

-          opláchnutí a odbarvení alkoholem (Gram III), opláchnutí vodou

-          osušení filtračním papírem a dobarvení karbofuchsinem (Gram IV), 60 s

-          opláchnutí vodou, osušení a zaschnutí

Některé bakterie jsou vůči barvení Grama rezistentní. Takové to bakterie označujeme jako acidorezistentní.  Příkladem těchto bakterií jsou mykobakterie, které jsou původcem tuberkulózy. U mykobakterií se využívá např. barvení dle Ziehla-Neelsena.  Pod mikroskopem lze pozorovat růžové acidorezistentní tyčinky na modrém nebo zeleném pozadí.

Postup barvení:

-          barvení se provádí za horka, opakovaný ohřev do výstupu par, a to koncentrovaným karbolfuchsinem

-          odbarvení kyselinou sírovou nebo alkoholem

-          opláchnutí a dobarvení metylenovou modří nebo malachitovou zelení

Pro identifikaci specifických vlastností již konkrétních druhů bakterií, které jsme diagnostikovali např. kultivací lze využít některé ze speciálních metod barvení, a to barvení na spory, pouzdra, granula nebo bičíky.

Barvení na spory lze využít pro hodnocení morfologie bakterií rodu Bacillus nebo Clostridium. Spory jsou kvůli svému odolnému obalu velmi špatně propustné pro barviva.  Z tohoto důvodu je nutné použít pro obarvení koncentrovanější barviva. Využívá se barvení podle Schaefer-Fultona, kdy se spory barví zeleně a vegetativní buňky růžově.

Postup barvení:

-          přelití fixovaného preparátu roztokem malachitové zeleně

-          zahřívání nad plamenem do výstupu par, nesmí vařit

-          opláchnutí vodou

-          nanesení roztoku karbolfuchsinu (30-60 s)

Spory lze zviditelnit i bez barvení a to ve fázovém kontrastu, kdy díky vysokému indexu lomu spory v nebarveném preparátu jasně září.

Barvení na pouzdra

Bakterie, které vytváří kolem své buňky pouzdra obarvit negativním barvením dle Burriho. Bakterie se zde barví dle použitého barviva a pouzdra tvoří světlé dvorce na černém pozadí.

Postup barvení:

-          homogenizace bakteriální suspenze v kapce destilované vody

-          smíchání s kapkou tuše

-          nátěr na sklíčko, zaschnutí a fixace plamenem

-          obarvení methylenovou modří, karbolfuchsinem nebo malachitovou zelení

-          opláchnutí vodou a osušení


KULTIVACE

Vypěstování bakterií na vhodných půdách představuje stále nejdůležitější metodu v přímém průkazu bakterií. Kultivace umožňuje kvalitativní i kvantitativní stanovení mikroorganismů. Pro kultivaci jsou důležité očkovací pomůcky, vhodné sterilní živné půdy, kultivační nádoby (pro mikroaerofily nádoby s řízenou atmosférou), termostat nebo temperovaný box. V případě psychrofilní bakterií pak chladnička.

Prvním krokem kultivace je přenesení mikroorganismu z vyšetřovaného vzorku (tzv. inokulum) do sterilní živné půdy. Tento postup se nazývá očkování – inokulace. Nutné je postupovat tak, aby nedošlo ke kontaminaci vzorku (pracujeme asepticky).


Očkování je prováděno do kultivačních medií, kterých existuje celá řada v závislosti na požadavcích mikroorganismů na výživu, růstové faktory – vitamíny, aminokyseliny, pH, osmotický tlak, apod. Kultivační média mohou být přírodního nebo syntetického původu s tekutou, polotuhou nebo tuhou formou.  Půdy tekuté označujeme jako bujony a nalévají se do zkumavek, půdy pevné jako agary a při přípravě se nalévají do Petriho misek, kde ztuhnou.


Podle účelu použití dělíme půdy na transportní (zachování životaschopnosti při transportu vzorků do laboratoře), konzervační (umožňují uchování mikroorganismů po delší dobu), resuscitační, pomnožovací (selektivní: podporují růst určité skupiny bakterií, neselektivní), izolační (opět může být selektivní a neselektivní).


Mezi základní kultivační půdy využívané v laboratořích patří krevní agar, Endova půda, MacConkeyův agar nebo bujon. Na krevním agaru roste většina známých mikrobů. Na půdě Endově nebo MacConkeyově agaru lze určit kolonie gramnegativních bakterií (především enterobakterie e pseudomonády).  V případě, že vzorek obsahuje málo mikrobů, využívá se bujon. Kromě základních a obohacených médií existuje média selektivní, selektivně diagnostická nebo chromogenní pro diagnostiku konkrétních skupin a druhů bakterií. U selektivních půd je podpořen růst určité skupiny bakterií a růst ostatních je potlačen, např. krevní agar s 10 % NaCl pro záchyt stafylokoků. U diagnostických půd se ověřují biochemické vlastnosti některých bakterií, z tohoto důvodu obsahují vhodný substrát a indikátory biochemické aktivity (nejčastěji indikátory změny pH).  Zpravidla se využívají kombinace obou předchozích. Příkladem selektivně-diagnostických půd je Endova půda, XLD agar nebo MacConkey agar. Chromogenní půdy obsahují chromogen, což je substrát s navázaným barvivem. V případě, že bakterie obsahuje příslušný enzym, rozštěpí chromogen a uvolněné barvivo způsobí charakteristické zabarvení, např. pro průkaz Escherichia coli nebo salmonel.

Délka inkubace a teplota je závislá na typu půdy a prokazovaných bakteriích. Zpravidla se kultivuje při teplotě 37 °C, 1 až 3 dny, kdy vyroste většina bakterií. Mezi bakterie, které mají dlouhou generační dobu, a tedy rostou i velice dlouho patří mykobakterie. Na agarech rostou 6-10 týdnů, což komplikuje jejich diagnostiku.


Po kultivaci je možné provést zhodnocení vzhledu vykultivovaných kolonií a to makroskopicky. Hodnotíme tvar, okraje a velikost kolonií, jejich barvu, přítomnost zápachu nebo vůně a také rychlost růstu kolonií.  Dále můžeme provést mikroskopické vyšetření, viz výše.

KONEČNÁ IDENTIFIKACE DRUHU

Konkrétní druh bakterií je kromě morfologie makroskopické a mikroskopické možné určit na základě biochemických vlastností. Např.:

Průkaz tvorby sirovodíku – reakce je pozitivní u Salmonel, negativní u Escherichia coli.

Test na průkaz katalázy – většina aerobních a fakultativně anaerobních bakterií tvoří enzym katalázu, který rozkládá peroxid vodíku na vodu a kyslík (pozitivní reakce u stafylokoků, negativní u streptokoků).

Dále se využívá průkaz specifických antigenů, např. u salmonel nebo Escherichia coli, a to pomocí sklíčkové aglutinace. Stále častěji je pro detekci a přímé určení původce využíváno metod na základě analýzy DNA nebo proteinů (PCR).


Určení dalších potřebných vlastností bakterií

V klinické praxi má velký význam určení citlivosti a rezistence vůči antibiotikům. Vzácněji je potřeba prokázat virulenci a toxicitu, která se dříve prováděla prostřednictvím biologického pokusu. Díky uplatňování konceptu 3R se však začaly používat pro tato stanovení buněčné kultury. V současnosti se ale stále více využívá k průkazu toxinů, faktorů virulence a metabolitů metod molekulární biologie.

 

Nepřímý průkaz v bakteriologii

Nepřímá diagnostika bakterií je založena na průkazu protilátek.  Většinou se k průkazu protilátek využívá krevním sérum, proto se nepřímé metody označují jako serologické. Kromě krve lze protilátky stanovovat také v moči, slinách, v likvoru nebo v jiných tělesných tekutinách. Jejich koncentrace však oproti krvi bývají zpravidla nižší. Nepřímá diagnostika je založena na sledování koncentrace protilátek za delší časový úsek (2-3 týdny).  Odebírají se proto vždy párové vzorky, a to z období akutních klinických příznaků (počátek onemocnění) a z období rekonvalescence. Pro posouzení stádia onemocnění je důležité odlišení protilátek typu IgM (časná akutní infekce) a IgG (již proběhlá infekce). Pro nepřímou diagnostiku lze využít celou řadu testů. K nepřímému průkazu bakterií lze využít také průkaz specifické buněčné imunity – tuberkulinace.

Přehled serologických reakcí:

AGLUTINACE

Jedna z nejznámějších serologických metod určená pro stanovení koncentrace protilátek proti korpuskulárnímu antigenu.  Výsledkem reakce je vznik aglutinátu, který je vločkovaný. Nejjednodušší metodou je rychlá sklíčková aglutinace, která se využívá v terénní diagnostice tularemie a brucelózy u zajíců.


Dále lze rychlou sklíčkovou aglutinaci využít při vyšetřování pullorové nákazy drůbeže. Princip metody u tularémie spočívá ve smíchání kapky krve s 10násobným množstvím antigenu (komerční preparát). V pozitivním případě dochází k projasnění tekutiny a vzniku vloček. Obdobný princip je i u průkazu brucelózy a pullorové nákazy. 


Další metodou je pomalá zkumavková aglutinace, kterou už je nutné provádět v laboratoři a využívá se k diagnostice vozhřivky u koní. Zvláštním typem aglutinace je sérologická metoda, při níž je antigen navázán uměle na povrch erytrocytů a protilátky se proti příslušnému antigenu prokazují vznikem krevní sraženiny (hemaglutinace).


Nejznámější reakcí tohoto typu je Paul-Bunnellova reakce používaná v diagnostice infekční mononukleózy u lidí.

Pro průkaz protilátek, které nejsou schopny samy vyvolat aglutinaci (inkompletní protilátky) se využívá tzv. nepřímý antiglobulinový test (Coombsova reakce).


PRECIPITACE

Lze ji využít pouze při dostatečném množství protilátek. Serologická reakce je založena na průkazu solubilního antigenu, který reakcí se specifickými protilátkami tvoří zákal – precipitát.


Metoda se provádí primárně v tekutých médiích. Její nevýhodou je malá citlivost.  Z tohoto důvodu existuje celá řada modifikací této metody.  Historicky nejstarší modifikací této reakce je prstencová (kroužková) reakce, která se používá k průkazu antraxu. Označuje se jako Ascoliho reakce. Antraxové antigeny jsou prokazovány specifickými protilátkami. Pozitivní reakce se projeví vznikem šedobílého proužku na rozhraní mezi vyšetřovaným vzorkem obsahujícím antigeny a krevním sérem se specifickými protilátkami. Další modifikace jsou založeny např. na vazbě na pevný nosič (ELISA). Kromě tekutého prostředí může precipitace probíhat i v gelu, což umožňuje lepší zviditelnění výsledné reakce. Příkladem může být radiální imunodifuze, kterou lze využít pro diagnostiku Infekční anémie koní, enzootickou leukózu skotu, Maedi-visna nebo paratuberkulózu přežvýkavců.


Mezi další často využívané metody průkazu protilátek u bakterií patří:

-          imunofluorescence, imunoenzymatické testy (ELISA, RIA) a Western blot.

PRŮKAZ SPECIFICKÉ BUNĚČNÉ IMUNITY

Tuberkulinaceje kožní test, kdy jsou do krve aplikovány antigeny příslušného mikroba. Při pozitivním výsledku dochází k alergické reakci organismu (konkrétně reakce pozdní přecitlivělosti) a dochází v místě aplikace ke ztvrdnutí (indurace) a zduření. V klinické praxi se setkáváme s tuberkulinovými testy, kdy se do kůže aplikuje tuberkulin (antigenní preparát z mykobakterií). Pokud dojde k reakci pozdní přecitlivělosti, znamená to, že se organismus již s bakterií setkal. U lidí je důležité, aby výsledek tuberkulinace byl negativní (většina populace je stále proočkována vůči tuberkulóze).  Tuberkulinace se provádí u skotu, prasat a drůbeže. Tuberkulin se aplikuje u skotu na dlaň před lopatku, u prasat do báze ušního boltce, u drůbeže do ušních lalůčků. Důležité je, aby místo vpichu bylo holé a na rozdíl od jiných aplikací a odběrů se místo vpichu nedezinfikuje. Posouzení velikosti indurace se provádí pomocí kutimetru. Alternativou pro diagnostiku tuberkulózy u zvířat je vyšetření protilátek prostřednictvím metody ELISA.



ÚVODNÍ STRÁNKA

INFEKČNÍ ONEMOCNĚNÍ

Úvod

Imunita

Průběh infekce

Priony

Viry

Bakterie

Dermatomykózy
a systémové mykózy




Ke stažení