Kompendium i Bakteriologi - Ping Pong

Kompendium i Bakteriologi
Karolinska Institutet
Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi
Vårterminen 2008
1. BAKTERIESYSTEMATIK
Taxonomi
(kommer från grekiska orden taxos = ordning och nomos = lag) kallas den vetenskap som
arbetar med att klassificera och ge namn åt olika organismer. Ett idealiskt
klassificeringssystem bör bygga på släktskap mellan organismer som vi ser dem idag, samt
också spegla deras evolutionära (fylogenetiska) ursprung. Även om vi idag kan se tydliga
spår av bakteriers verksamhet i tidigare tidsåldrar (exempelvis i form av fossila bränslen) så
finns det inte några fossila lämningar av bakterieceller som vi kan studera för att bestämma
det fylogenetiska ursprunget till olika bakteriegrupper. Därför har bakterietaxonomin varit
hänvisad till att klassificera bakterier genom att bestämma egenskaper som nu finns hos
bakterierna. Detta kallas ett fenetiskt klassificeringssystem.
Fig 1.1
2
Bakteriers indelning
De encelliga organismerna kan inte hänföras vare sig till växtriket (Plantae) eller djurriket
(Animalia), varför de flesta läroböcker hänför de encelliga organismerna till ett eget rike,
(Protista). Detta rike indelas i eukaryoter och prokaryoter. Till eukaryoter hör protozoer,
alger och svampar. De kännetecknas alla av att kärnan är omsluten av ett kärnmembran, samt
att de har olika typer av cellorganeller, t ex mitokondrier. Till prokaryoter, som saknar
egentlig kärna och inte har några distinkta cellorganeller, hör bakterier och eventuellt virus.
Moderna molekylärbiologiska tekniker har på senare tid visat att bakterier i själva verket
består av två helt olika grupper av organismer – eubakterier och archaebakterier. Till
archaebakterierna, som skiljer sig från eubakterierna i ett flertal fundamentala egenskaper, hör
bl a metanogena, termofila och halofila bakterier, medan eubakterierna omfattar alla
medicinskt intressanta bakteriegrupper.
Det finns 11 huvudgrupper (ordningar) av eubakterier. Huvudgrupperna delas sedan upp i
familjer, som i sin tur indelas i genus och slutligen arter. Arterna namnges med genus- och
speciesnamn enligt det namnsystem som infördes av Linné. Genusnamnet skrivs med stor
första bokstav och species med små bokstäver, exempelvis Staphylococcus aureus. Om
samma bakterienamn förekommer många gånger i en text skriver man ofta ut bara första
bokstaven i genusnamnet, t ex S. aureus.
Tabell 1.1 Indelning av bakterier
PROKARYOTER
ORDNING
FAMILJ
GENUS
SPECIES
SEROTYP, BIOTYP, FAGTYP etc
KLON
ex Eubacteriales
ex Enterobacteriaceae
ex Escherichia
ex E. coli
ex E. coli K1, (med kapseltyp 1)
Ex E.coli stam MC1061
3
2. BAKTERIERS MORFOLOGI OCH KEMISKA
SAMMANSÄTTNING
Bakterier är encelliga organismer. Till formen är de flesta stavformiga (raka, böjda eller
spiralformade) men det förekommer också sfäriska fbakterier, så kallade kocker ( jfr
Staphylococcus, Streptococcus). Bakterier är mycket mindre än växt- och djurceller (s.k.
eukaryota celler. De flesta kocker har en diameter på ca 1µm. Diametern på stavformiga
bakterier är ofta inte mer än 0,5 µm medan längden kan variera från 1,5 upp till 20µm. De
allra minsta bakterierna, Mycoplasma, är inte mer än 0,2-0,3 µm i diameter och utgör de
minsta cellulära livsformerna vi känner till. Bakterier, är enklare uppbyggda än eukaryota
celler och benämns som prokaryota celler. Deras arvsmassa (kromosom) omges inte av något
kärnmembran, och de saknar fleras andra strukturer så som mitokondrier och endoplasmatiskt
retikel. Skillnaderna mellan prokaryota och eukaryota celler sammanfattas i Tabell 2.1.
Tabell 2.1
prokaryota
1(2)
-
Antal kromosomer
Kromosom omgiven av kärnmembran
Histoner associerade med kromosomerna
Mitokondrier
Vakuoler för upplagring av näring
Golgi-apparat
Endoplasmatiskt retikel
eukaryota
3 el fler
+
+
+
+
+
+
Bakterier karakteriseras av att de har en mera komplex ytstruktur än t ex animala celler. De
omges, med undantag för Mycoplasma, av en rigid cellvägg som är belägen utanför
cytoplasmamembranet. Cellväggen ger bakterierna många av deras karakteristiska egenskaper
såsom förmåga att överleva i mycket varierande osmotiska miljö och resistens mot mekanisk
påverkan. Cellväggen bestämmer också bakteriecellens form och färgbarhet, samt den
antigena specificiteten. Dessutom har cellväggens kemiska sammansättning betydelse för
bakteriens känslighet för antibiotika och vissa desinfektionsmedel. Cellväggens
sammansättning har hos de flesta bakteriearter stor betydelse för deras virulens.
Morfologi
När man studerar bakterier i vanligt ljusmikroskop ser man inte mycket av deras finstruktur.
Begränsningen ligger i mikroskopets upplösningsförmåga som maximalt kan bli ca 0.2µm.
Vanligt ljusmikroskop har trots detta stor betydelse inom bakteriologin då klassificering av
bakterier i stor utsträckning bygger på skillnader i storlek, form och färgbarhet. Vid
diagnostiskt arbete studeras främst färgade bakterier intorkade på ett objektglas. Bakterier
färgas bästa med basiska färgämnen. Dubbelfärgning enligt den danske bakteriologen Gram
(1884) tillåter indelning av bakterier i Gram-positiva och Gram-negativa. Denna indelning är
4
av grundläggande betydelse för diagnostiken och det föreligger dessutom viktiga biokemiska
och fysiologiska skillnader mellan bakterier med olika färgbarhet i gramfärgning.
Gramfärgning. För att färga bakterier enligt Gram fixeras de intorkade bakterierna med
värme genom att föra in objektglaset i en låga under ca en sekund. Därefter färgas preparatet
med kristallviolett (ett basiskt anilinfärgämne) som ger alla bakterier en blåviolett färg.
Preparatet behandlas därefter med aceton/etanol varvid en del bakterier avfärgas (Gramnegativa) medan de övriga behåller sin blå färg (Gram-positiva). Slutligen färgas preparatet
med fuksin (ett rött basiskt färgämne) som ger avfärgade bakterier en röd färg. Gram-positiva
bakterier blir alltså blåvioletta medan Gram-negativa blir röda vid gramfärgning.
Mikroskopi. Levande ofärgade bakterier kan studeras med hjälp av faskontrastmikroskop
eller mörkfältsmikroskop. För att studera bakteriecellers finstruktur krävs elektronmikroskopi.
Bakterier indelas efter sin form i stavar (cylindriska), kocker (sfäriska) och spiralformade
(spiriller och spirocheter). Många bakterier har mycket varierande utseende beroende på
odlingsbetingelserna. Sådana bakterier brukar kallas pleomorfa eller polymorfa. Vanligen kan
man emellertid lätt klassificera en bakterie som tillhörande en av de morfologiska huvudtyper,
som visas i Fig 2.1.
Fig 2.1 Olika bakteriegruppers mikroskopiska morfologi
I Fig. 2.2 visas en schematisk bild av en stavformig bakterie så som den ser ut om man
studerar ett snitt i elektronmikroskopet. Den innehåller en kärnekvivalent, cytoplasma med
ribosomer och ibland inklusionskroppar, cytoplasmamembran, cellvägg, kapsel, pili och ofta
flageller.
5
Fig 2.2 Schematisk bild av en stavformig bakteries cellmorfologi
Cytoplasmamembranet
Bakterier cytoplasmamembran skiljer sig inte från andra biologiska membraner vad beträffar
den principiella uppbyggnaden. Cytoplasmamembranet är en semipermeabe barriär som
selektivt bestämmer vilka lösliga substanser som skall tas upp respektive utsöndras. Specifika
transportsystem för olika näringsämnen (t ex aminosyror, socker) är knutna till membranet
liksom enzymer involverade i cellväggssyntesen. Dessutom har cytoplasmamembranet hos
bakterier en liknande funktion som mitokondrierna hos eukaryota celler: det är säte för
elektrontransport och oxidativ fosforylering.
Cellväggen
Cellväggen hos bakterier är ett fast skal som ger bakteriecellen dess form. Vissa antibiotika,
däribland penicillin, verkar genom att hämma syntesen av specifika cellväggskomponenter.
Cellväggen kan försvagas genom odling i närvaro av låga penicillinkoncentrationer, men
också genom inverkan av enzymer. Då får man en sfärisk cell omgiven endast av
cytoplasmamembranet, eventuellt med små rester av cellväggen kvar. Dessa sfäriska celler
fungerar metaboliskt men är osmotiskt fragila, dvs måste ha en lämplig osmotisk miljö (0.5-1
M sackaros) för att hålla, men brister om de suspenderas i en buffer med låg salthalt.
Gram-positiva bakterier. Cellväggen hos Gram-positiva bakterier varierar kraftigt i
tjocklek: den kan utgöra ända upp till 25 % av bakteriens vikt och vara upp till 80nm, men
tjockleken kan också vara betydligt mindre, ca 15nm och utgöra endast 10% av vikten. Den
består av två huvudkomponenter, mukopeptiden (peptidoglykan) och teikonsyra, plus andra
proteiner och polysackarider beroende på bakteriearten. Den dominerade komponenten i den
Gram-positiva cellväggen är mukopeptiden (Fig 2.3), som består av ett nätverk av
polysakaridkedjor, sammanbundna med korta peptider. Polysackarid-delen innehåller Nacetylmuraminsyra och N-acetylglukosamin. Polysackariddelen tycks vara gemensam för
hittills undersökta bakterier medan sammansättningen av den tetrapeptid som sticker ut från
N-acetylmuraminsyran varierar mellan olika species. Tetrapeptiden är hos Staphylococcus
aureus sammansatt av, från muraminsyran räknat, L-alamin, D-glutaminsyra. L-lysin och Dalanin. Tvärbryggan består hos samma bakterie av en pentaglycin som sammanbinder den
fjärde aminosyran med aminosyra nr tre i en närliggande tetrapeptid. Mukopeptiden hos olika
6
bakterier skiljer sig också med avseende på antalet muraminsyramolekyler som är
substituerade med en peptidkedja, liksom frekvensen av tetrapeptidkedjor som
sammanbundna med varandra. Hos Staphylococcus aureus är praktiskt taget alla
muraminsyramolekyler försedda med tetrapeptid och ca 90 % av dessa är sammanbundna
med varandra med en pentaglycinkedja. Detta göra att stafylokocker har en ovanligt tät och
rigid cellvägg som därigenom har en stor mekanisk hållbarhet.
Fig 2.3 Mukopeptiden hos Staphylococcus aureus
Hos de Gram-positiva bakterierna finns förutom mukopeptiden en annan
cellväggskomponent, teikoinsyra. Denna kan ha olika sammansättning hos olika species och
utgör polymerer av antingen glycerolfosfat eller ribitolfosfat, till vilka olika socker,
aminosocker och aminosyror är kopplade. Teikoinsyra är kovalent bunden till Nacetylmuraminsyra i mukopeptiden men förekommer också i en form som är förankrad i
cytoplasmamembranet med hjälp av fettsyror bundna till teikoinsyran (s.k. lipoteikoinsyra).
Teikonsyror finns endas hos Gram-positiva bakterier och utgör ofta dominerande antigen på
bakteriens yta.
Gram-negativa bakterier. Cellväggen hos Gram-negativa bakterier är som regel tunnare (ca
10nm) än hos de Gram-positiva, men är trots detta mera komplext uppbyggd. Gram-negativa
bakterier har liksom de Gram-positiva ett skikt av mukopeptid som står för den mekaniska
hållfastheten. Hos de Gram-negativa bakterierna är dock mukopeptidskiktet mycket tunnare
än hos de Gram-positiva. Uppbygganden av mukopeptiden är i princip densamma som hos
Gram-positiva, men aminosyrasammansättningen är ofta en annan. Utanför mukopeptiden
finns hos Gram-negativa bakterier ett yttre membran som består av fosfolipid7
proteinkomplex. Det yttre membranet är sammanbundet med mukopeptiden genom ett
lipoprotein, vars lipiddel sitter i den lipofila delen av det yttre membranet. På utsidan av det
yttre membranet finns en lipopolysackarid, vars lipiddel, som kallas lipid A, är förankrad i
yttre membranets lipofila del. Lipopolysackariden är toxisk och utgör det så kallade
endotoxinet.
Fig 2.4 Schematisk bild av den Gram-negativa cellväggens uppbyggnad
LPS – Lipopolysackariden har stor betydelse för de Gram-negativa bakteriernas patogenitet.
Polysackariddelen står för antifagocytära egenskaper samt har de dominerande antigena
egenskaperna, medan lipid A står för de toxiska egenskaperna. Lipid A är starkt pyrogen samt
har i kombination med andra delar av cellväggen en rad biologiska effekter.
Polysackariddelen av LPS utgör ett värmestabilt antigen som kallas för O-antigen.
Tillsammans med det flagellära H-antigenet ligger O-antigenet till grund för den serologiska
indelningen av många tarmbakterier, t.ex. Salmonella.
Tabell 2.4 Egenskaper hos bakterier som har samband med deras Gram-färgbarhet
Egenskap
Känslighet för penicillin G och V
Tjocklek hos cellväggen
Lipidinnehåll i cellväggen
Teikonsyra i cellväggen
Förekomst av endotoxin
Känslighet för lysozym
Lyseras av komplement (MAC)
8
Gram-positiva
Gram-negativa
+
20-80nm
1-3 %
+
+
-
ca 10nm
10-20%
+
+
Kapsel
Alla bakterier omges antagligen yttersta av någon form av mukös substans. I vissa fall bildar
detta slem en fast gel med ungefär samma tjocklek runt hela bakterien och man talar då om en
kapsel. Kapseln har ingen metabolisk funktion men skyddar bakterien mot kroppens
försvarsmekanismer (framförallt fagocytos) och möjliggör därigenom att bakterien överlever i
kroppen och ger upphov till sjukdom. Bakterier kan förlora sin kapsel genom mutation och
förlorar då i de flesta fall sin virulens. Kapselbildande bakterier har som regel kolonier med
slät, glänsande yta och är ofta slemmiga. När den kapselbildande förmågan har gått förlorad
blir kolonierna mindre och får en ojämn, ”rå” yta. Förlust av kapselbildande förmåga sker ofta
genom selektion vid odling av bakterien i laboratoriet, där kapseln inte utgör någon selektiv
fördel.
Kapseln består oftast av polysackarid, som varierar i sammansättning mellan olika bakterier.
Kapslar av polypeptidnatur förkommer också. Kapselsubstanserna är antigena, vilket ger
möjlighet till immunoserologisk identifiering. Så till exempel kan Streptococcus pneumoniae
(pneumokocker) delas upp i mer än 70 olika typer med olika antigen-specificitet. Kapseln kan
göras synlig i mikroskopet genom negativ färgning med tusch. Den syns då som en klar zon
mellan den tuschfärgade omgivningen (tusch består av kolpartiklar) och den refraktila (eller
färgade) bakteriecellen.
Flageller
Bakterier som har förmåga till aktiv rörlighet drivs av flageller som förankrade i
cytoplasmamembranet och som går rakt igenom den utanför liggande cellväggen. Flageller
har en diameter på 10-20nm och kan bli 15-20µm långa. Flagellerna är uppbyggda av 3-6
proteinfibriller. Proteinet kallas flagellin. Bakteriers rörelse styrs ofta av yttre kemiska
signaler som gör att bakterien rör sig emot eller ifrån en viss kemisk substans (s.k.
kemotaxis).
Pili (fimbrier)
Hos både Gram-negativa och Gram-positiva bakterier förekommer trådlika utskott som kallas
pili eller fimbrier. De är kortare och rakare än flageller. De består av protein och utgår liksom
flagellerna från cytoplasmamembranet. Längs ut på pili finns ett särskilda proteiner, olika hos
olika bakterier, som förmedlar bindning till olika celler och vävnader hos andra organismer
(djur och växter). Bindningen sker ofta till olika art- eller organ-specifika sockermolekyler på
cellytan och förklarar delvis varför olika bakterier infekterar olika djur eller olika organ. Hos
vissa Gramnegativa bakterier förekommer en speciell pilusform som kallas för F-pilus. Med
hjälp av dessa sker överföring av DNA mellan bakterier, så kalllad konjungation (se kap. 3).
Sporer
Bakterier tillhörande Bacillus och Clostridium kan utveckla en mycket specialiserad
intracellulär bildning som kallas spor eller endospor. Den är ett violstadium av den vegetativa
cellen i vilken den bildas. Sporer kan överleva i årtionden utan tillförsel av näring.
Sporbildningen induceras av näringsbrist, framförallt av energikällan. Om sporen placeras i
ett näringsmedium kan den gro (germinera) och utvecklar då en vegetativ bakterie som kan
tillväxa och dela sig. Närvaro av vatten är en förutsättning för geminering. Sporen är mer
9
refraktil än bakterien i övrigt och kan därför ses i ljusmikroskop inuti bakterier som har bildat
en spor. Den färdiga sporen är svårare att färga än den vegetativa bakterien och den ses därför
som en ofärgad oval i den i övrigt färgade bakterien. Sporer karakteriseras av en mycket låg
metabolisk aktivitet, stor resistens mot värme, uttorkning och toxiska kemikalier. Därigenom
kan smitta med sporbildande bakterier, till exempel stelkrampsbakterien, spridas med
förorenad jord där sporerna kan ha överlevt i åratal. Det är den rikliga förekomsten av sporer i
vår omgivning som gör det nödvändigt att autoklavera vätskor (d v s upphetta till 120-140°C i
ånga) eller sterilisera fasta material vid temperaturer upp till 180°C.
10
3. BAKTERIEGENETIK
Kromosomen
Den genetiska informationen hos bakterier är liksom hos alla högre organismer lagrad i DNA,
vilket innebär att de i stort sett följer samma genetiska lagar som allt annat levande.. Det
följande kapitlet kommer därför endast att ta upp sådant som skiljer bakterier från andra
organismer och som är av särskild betydelse för förståelsen av bakterier som
sjukdomsalstrare.
Genomet är den totala mängden genetisk information hos en organism. Hos
Bakterier, som är haploida, består genomet som regel en enda ringsluten kromosom,
bestående av dubbeltrådigt DNA. Hos vissa bakteriearter, t.ex. Vibrio cholerae , är genomet
fördelat på två kromosomer. Kromosomen ligger fri i cytoplasman och är inte omgiven av
något kärnmembran. Kromosomen är bunden till cytoplasmamembranet, sannolikt till de s.k.
mesosomerna, vilket är av betydelse för distributionen av en kopia av kromosomen till
vardera dottercellen i samband med celldelningen. Till skillnad från eukaryota celler tycks
bakteriens kromosom inte vara organiserad i nukleosomer. Två olika histonliknande proteiner
är dock bundna till DNAt, som är organiserat som en rosett av hårt tvinnade (super-coil)
loopar. Antalet gener varierar från 500 till ca 6000 mellan olika arter. Bakterie-DNA saknar
introner, vilket innebär att varje gen transkriberas direkt till ett mRNA som sedan translateras
till ett eller flera proteiner.
Extrakromosomalt DNA
Flertalet bakterier innehåller förutom kromosomen en eller flera plasmider som alltså är en
del av genomet. Plasmider replikeras oberoende av kromosomens replikering och föreligger
oftast i flera (10-100) kopior per cell. Dessa extrakromosomala DNA-molekyler är också
dubbeltrådiga och ringslutna, men innehåller i allmänhet inte mer än något tiotal gener. Dessa
gener kodar för proteiner som behövs för plasmidens replikering och fortbestånd (s.k.
maintenance genes). Ibland finns också gener som gör att plasmiden kan överföras mellan
olika bakterier genom konjugation (tra-transver genes). Många plasmider innehåller också
gener som kodar för antibiotikaresistens, olika virulensfaktorer, eller bakteriociner som
hämmar tillväxten hos bakterier tillhörande samma eller andra arter. Plasmider som har
förmågan att överföras till andra bakterier kallas för konjugerande plasmider eller F-faktorer,
medan sådana som kodar för antibiotikaresistens kallas R-faktorer. Många F-faktorer är
också R-faktorer vilket innebär att antibiotikaresistens kan överföras mellan bakterier med
hög frekvens (se kap. 9).
Bakteriofager (fager) är bakteriespecifika virus. Liksom bland växt- och djurvirus
förekommer både DNA- och RNA-fager samt kubisk och helikal symmetri. Liksom andra
virus är fager beroende av specifik receptormedierad adsorption till värdcellen för att kunna
infektera denna. Fagerna är därför i allmänhet genus- eller artspecifika. Känsligheten för olika
11
fager kan också variera inom en art, beroende på förekomsten av olika fagrereceptorer på
bakteriens yta. Detta kan utnyttjas för indelning eller typning av bakterier, s.k. fagtypning.
Lysogeni. En lysogen bakterie innehåller ett integrerat fag-genom (pro-fag) i sin kromosom –
alltså en form av latens. Endast DNA-fager kan ge upphov till lysogeni. Lysogena bakterier är
immuna mot infektion med samma fag. Det händer också att förekomsten av en progag
förändrar värdbakteriens fenotyp, genom att integreringen skett på sådant sätt att det ändrar
uttrycket av någon bakteriell gen. Vissa fager bär också på gener som ger helt nya funktioner
åt värdbakterien, t ex produktion av toxiner (difteritoxin hos Corynebacterium diphtheriae
och erytrogent (pyrogent) toxin hos Streptococcus pyogenes) eller förändring av ytantigen hos
vissa Salmonella. Fenomenet kallas lysogen omvandling och skiljer sig från transduktion (se
nedan).
Transposoner
Transposoner är DNA-fragment som karaktäriseras av att de kan integreras på många olika
ställen i kromosomen eller i plasmider. Transposoner är till skillnad från plasmider inga
replikon pga. att de saknar startpunkt för replikering (origin of replication). Trots detta
dupliceras de ofta i samband med att de förflyttas, vilket innebär att deras antal ökar i
bakterien. Ett speciellt enzym, transposas, som kodas av transposonet, interagerar med
transposonets ändar och med specifika målsekvenser i mottagar-DNAt. Olika transposaser
känner igen olika målsekvenser som förekommer med olika frekvens i mottagar- DNAt. Den
enklaste formen av transposibla element är endast 150-1500baspar långa och kallas för
insertionssekvenser (IS). IS har 20-40 baspar långa omvända repetitioner i ändarna.
Egentliga transposoner är större och innehåller förutom genen för transposas också gener som
kodar för resistens mot lika toxiska substanser, t ex antibiotika. Så kallad klass I transposoner
består av en eller flera resistensgener som omges av två IS-fragment (som också kan förflyttas
separat).
Överföring av DNA mellan bakterier
Överföring av genetiskt material mellan bakterier kan ske på tre olika sätt: konjugation,
transduktion och transformation.
Konjugation innebär överföring av DNA genom cell- till cellkontakt, t ex via F-pili.
Konjugation med hjälp av F-pili förekommer bara hos gram-negativa bakterier. Hos grampositiva bakterier förekommer speciella adhesionsproteiner på ytan av cellväggen som göra
att de kan aggregera med mottagarbakterier. Även denna typ av konjugation bestäms av
plasmider. Hos vissa streptokocker utsöndrar mottagarbakterien små peptider, sexferomoner, (mol vikt ca 1000) som krävs för att konjugation ska ske.
Transduktion innebär överföring av DNA från en bakterie till en annan via bakteriofager.
Vid generaliserad transduktion plockar fager slumpmässigt upp fragment av kromosomalt
DNA som packas i fag-huvudet i stället för i fag-genomet. Fragment motsvarande 1 % av
bakteriogenomet kan plockas upp. Detta DNA kan sedan injiceras i en ny bakterie varefter det
kan integreras i värdbakteriens kromosom genom homolog rekombination. Eftersom inget
fag-DNA finns närvarande sker ingen produktion av fagpartiklar. Även hela plasmider kan
överföras genom transduktion. Resistensplasmider hos stafylokocker överförs f a genom
transduktion.
12
Transformation innebär att bakterier tar upp fragment av DNA från omgivningen. Förmågan
att ta upp DNA kallas kompetens och varierar beroende på tillväxtbetingelserna. Hos vissa
bakterier tycks kompetensen vara naturlig och beroende av specifika proteiner (hos Bacillus
subtilis, pneumokocker, Haemophilus m fl) medan andra måste specialbehandlas på
laboratoriet för att de ska kunna transformeras ( t ex E. coli).
Genetisk variation
I samband med replikeringen av DNA uppstår spontana mutationer med en frekvens av ca
10-10 per baspar. Då en genomsnittlig gen omfattar ca 1000 baspar innebär det att
muationsfrekvensen per gen är ca 10-7, d.v.s. en mutation i en viss gen inträffar bara ca en
gång per 10 miljoner celldelningar. På grund av att generationstiden i allmänhet är så extremt
kort (20-30 minuter vid växt i rika näringsmedier) nås koncentrationer av över 109
bakterier/ml efter ca 16 timmars odling i buljong. I en sådan bakteriekultur där det alltså skett
mer än 109 replikeringar av DNAt kan man således räkna med att finna 10-100 bakterier per
ml med en mutation i gen A, lika många med en mutation i gen B, gen C o s v. De flesta
mutationer leder inte till någon märkbar förändring av genprodukten pga att de inte ändrar
aminosyrasammansättnigen leder tillBeroende på selektionstrycket kommer dessa olika
mutanter antingen att selekteras bort eller anrikas. En antibiotikaresistent mutant t ex
överlever och anrikas bara om kulturen utsätts för medlet i fråga. Mutanter med förändrade
antigena egenskaper klarar sig bättre i värdindivider som bildat antikroppar mot det
ursprungliga antigenet. Mutationer som leder till förlust av virulensfaktorer innebär som regel
en sämre överlevnad in vivo. Vid växt in vitro har emellertid dessa faktorer ingen betydelse.
Förlust av förmågan att bilda kapselpolysackarid eller O-antigen kan till och med leda till att
bakterien växer bättre in vitro (se S-R variation kapitel 2). Även vidhäftningsorgan (t ex
fimbrier) och olika toxiner kan förloras då bakterier odlas under lång tid på laboratoriet.
Genom överföring av kromosomalt DNA via transformation, konjugation eller transduktion
och efterföljande rekombination kan nya kombinationer av egenskaper uppstå. Egenskaper
som kodas av gener på plasmider eller transposoner som lätt integreras i plasmider, överförs
med hög frekvens mellan olika bakterier och bidrar till den stora genetiska variationen inom
en bakterieart.
13
4. ODLING AV BAKTERIER
Substrat
Vid odling av bakterier i laboratoriet för att utföra experiment eller för diagnostik har man två
huvudtyper av näringssubstrat att välja mellan: dels definierade substrat vars beståndsdelar är
kända både kvalitativt och kvantitativt, dels icke definierade substrat. De definierade
substraten innehåller vanligen glukos eller någon annan sockerart som kol- och energikälla,
ett ammoniumsalt eller en blandning av aminosyror som kvävekälla och slutligen oorganiska
salter. Basen i de odefinierade substraten utgörs av hydrolyserade proteiner (nötkött eller
kasein); detta substrat kan berikas ytterligare genom tillsats av serum eller blod, jästextrakt
och olika sockerarter. Allmänt gäller att ju mer anpassad en bakterieart är till ett parasitärt
levnadssätt dess rikare substrat kräver den.
Agar
Både definierade och odefinierade substrat kan användas i flytande eller fast form. För att
erhålla fasta substrat tillsätts agar, en polysackarid som utvinns ur alger. Under upphettning
till 100oC löser sig agar i vatten (substratet). Om man gör en 1,5 % lösning av agar och låter
den svalna stelnar den till ett gel vid 40-45oC.
Koloni
I flytande lösningar växer bakterier diffust och ger upphov till en grumling. På fasta medier (t
ex agarplattor) växer bakterierna som regel i form av runda bildningar (kolonier), som efter
växt i 24-48 timmar är i storleksordningen 1-5 mm i diameter.
Optimala tillväxtbetingelser
För optimal tillväxt av en bakterie måste inte bara näringssubstratet utan även den fysikaliska
miljön vara anpassad efter dess behov. Några väsentliga faktorer är temperatur, pH, syre- och
koldioxidhalt.
Temperatur
Arter som växer bäst vid 35-45oC kallas mesofila; hit hör de flesta humanpatogena
bakterierna. I naturen fritt levande bakterier har i regel ett lägre temperaturoptimum, 15-30oC
och kallas psykrofila. Termofila bakterier har sitt temperaturoptimum vid 50-60oC, de kan
isoleras i varma källor eller i jord som är upphettad genom vulkanisk aktivitet.
Observera att kyla inte är någon desinfektionsmetod. Även om tillväxten av humanpatogena
bakterier är optimal endast vid ett ganska snävt område kring 37oC, kan bakterieceller bevaras
intakta i fruset tillstånd under mycket lång tid och åter börja föröka sig om temperaturen höjs.
Surhetsgrad
Flertalet humanpatogena bakterier har ett optimum inom ett ganska smalt intervall omkring
pH 7. Ett undantag utgör Vibrio cholerae som har sitt optimum vid pH 8.2 och kan växa vid
pH upp till 10. Detta kan man utnyttja vid diagnostiken genom att odla faecesproven från
misstänkta kolerafall på substrat med alkaliskt pH varigenom växten av andra bakterier än V.
cholerae hämmas.
14
Bakteriell tillväxt
Bakterier förökar sig genom enkel delning. Då tiden mellan två celldelningar
(generationstiden) är konstant i en optimal näringsmiljö sker alltså en fördubbling av antalet
bakterier under ett visst tidsintervall. Bakterieantalet ökar således logaritmiskt med tiden. Om
man studerar tillväxten av en bakterie i ett slutet system, t ex i en kolv med näringsmedium,
finner man att en exponentiell förökning bara äger rum under en begränsad period (Fig 5.1).
Fig 4.1 Bakteriers tillväxt i ett slutet system: ”tillväxtkurvan”
Lag-fas
När bakterier ympas (tillförs) i ett näringsmedium tar det som regel en viss tid innan tillväxten
kommer igång beroende på att baktereierna måste adaptera sig till den nya miljön. Denna
första fas kallas för lag-fasen och varierar i längd beroende på bakteriearten samt hur stor
miljöförändring den utsatts för.
Log-fas
När bakterierna har adapterat sig till den nya miljön börjar de att dela sig. Eftersom ökningen
är exponentiell, d v s logaritmen för cellantalet ökar lineärt med tiden, kallas denna period för
log-fasen, eller exponentiella fasen. Generationstiden (tiden mellan två celldelningar) varierar
från art till art och är beroende av vilket näringsmedium som används. Escherichia coli kan i
ett rikt näringsmedium dela sig var 20:e minut vid 37oC, medan generationstiden i ett fattigt
medium (glukos + salter) är 45-60 minuter.
Stationärfas, deklinationsfas
Log-fasen följs av en stationärfas och därefter en deklinationsfas beroende på att allt fler
bakterieceller slutar dela sig och så småningom dör. Observera dock att enskilda
bakterieceller kan vara viabla under mycket lång tid (veckor, månader; sporbildande bakterier
kan överleva i decennier). Orsaken till att den exponentiella tillväxten hejdas och att kulturen
övergår i stationärfas är dels att det ansamlas metaboliter som har toxisk effekt (t ex syror som
bildas vid jäsning) dels att bakterierna har en begränsad mängd näring till sitt förfogande. För
aeroba bakterier utgör syre ofta en begränsande faktor.
Tillväxt av bakterier i kroppen
Bakteriers tillväxthastigheten är som regel lägre i människokropppen än i laboratoriet.
En humanpatogen bakterie som i ett näringsrikt medium har generationstid på 30 minuter, kan
i en infektionshärd ha en generationstid på flera timmar. Ett extremt exempel på detta är en
infektion med abscessbildning (orsakad av t ex stafylokocker). I abscessen ackumuleras
15
organiska syror och andra jäsningsprodukter samtidigt som tillgången på näringsämnen
minskar, vilket leder till relativt långsam bakterietillväxt. Å andra sidan finns exempel på
bakterier som växer betydligt snabbare i kroppen än utanför denna (t.ex. Streptococcus
pyogenessom orsakar halsfluss), och sådana som inte alls kan tillväxa utanför kroppen (t.ex.
leprabacillen, Mycobakterium leprae)
En helt annan miljö för bakteriell tillväxt finner man i tarmen. Ny näring tillförs här med
jämna intervall medan avfallsprodukter liksom ett stort antal mikroorganismer utsöndras.
Förhållandena i tarmen liknar dem vid s.k. kontinuerlig odling där man kontinuerligt tillför
näringsämnen och håller faktorer som pH och redoxpotential relativt konstanta. Detta
medverkar till selektion av en för varje individ mycket konstant tarmflora (se kap. 11).
I sin naturliga miljö tillväxer många bakterier fästa till en yta som är omgiven av vätska som
innehåller de näringsämnen som bakterierna behöver. Genom att bakterierna också binder till
varandra med hjälp av polysackarider och proteiner som de utsöndrar bildas ett tjockt lager av
bakterier som kallas för biofilm. En del sjukdomsalstrande bakterier växer som biofilm i
kroppen och är därigenom skyddade från angrepp av vårt immunsystem och från antibiotika.
16
5. ANTIBIOTIKA
Antibiotika är substanser som direkt hämmar mikroorganismers tillväxt i koncentrationer
som är oskadliga för värdorganismen. Idén om selektiv toxicitet utvecklades i slutet av 1800talet av Ehrlich, som syntetiserade och testade en mängd olika substanser, men med liten
framgång. I början av 1930-talet lyckades Domagk syntetisera en substans, Prontosil, som
visade sig ha god effekt på infektioner orsakade av Streptokocker. Prontosil visade sig dock
vara utan effekt mot denna bakterie vid test in vitro. Denna paradox löstes snart, då det visade
sig att personer som behandlades med Prontosil utsöndrade sulfanilamid i urinen, och att
denna substans var aktiv mot Streptokocker både in vivo och in vitro. I början av 40-talet
lyckades Florey och Chain, med utgångspunk från 20 år gamla iakttagelser av Flemming, att
framställa penicillin i ren form från odlingar av Penicillium svamp. Dessa upptäckter blev
inledningen på den moderna kemoterapin som inneburit lindring och bot för milliarder och
som räddat livet på milliontals människor.
De flesta antibiotika isoleras från olika bakterier (Streptomyceus-arter) och svampar
(Penicillium, Cephalosporum). Man gjorde tidigare skillnad mellan kemoterapeutika, som är
syntetiska substanser, och antibiotika som bildas av olika svampar och bakterier. I dag
används ofta de båda begreppen synonymt, bl a beroende på att vissa "antibiotika" kan
syntetiseras samt att många antibiotika som framställts genom odling av svampar och
bakterier senare modifieras genom kemisk syntes (s k semisyntetiska antibiotika).
För att kunna välja lämpligt antibiotikum och dosering för behandling av olika bakteriella
infektioner måste man mäta bakteriens skänslighet för antibiotika. Den mest exakta metoden
att bestämma bakteriers antibiotika-känslighet är den s k spädnings-metoden,vilken innebär
att man gör en spädningsserie av antibiotika i något lämpligt odlingsmedium varefter man
ympar en konstant mängd bakterier till varje spädningsrör. Rören inkuberas därefter under
förhållanden som är lämpliga för tillväxt av bakterierna. Den lägsta antibiotikakoncentration
som fullständigt hämmar tillväxten ( minimum inhibitory concentration= MIC) ger ett mått på
bakteriernas antibiotika-känslighet och uttrycks i g/ml. Vissa antibiotika är baktericida, dvs
de dödar bakterierna, medan andra substanser är bakteriostatiska, vilket innebär att de bara
hämmar tillväxten. Då man använder sig av ett bakteriostatiskt medel för behandling så krävs
det att patienten har ett fungerande immunförsvar för att man slutgiltigt skall bli av med
infektionen. Hos patienter med vissa typer av immundefekter, t ex dåligt fungernade
neutrofila granulocyter, kan det vara viktigt att välja ett antibiotikum med baktericid effekt.
För rutinmässig bestämning av antibiotikakänsligheten används som regel inte
spädningsmetoden utan i stället den s k agar diffusionsmetoden där små filtrerpapperslappar
indränkta med en exakt mängd antibiotikum lägges på ytan av en agarplatta, på vilken man
ympat en tät matta av bakterier. Plattan inkuberas sedan så att bakterierna kan växa ut och
bildar en sammanhängande matta av kolonier. Under denna tid diffunderar antibiotikum från
lappen ut i agarmediet och bildar en koncentrationsgradient som gör att man får en
hämningszon runt lappen vars storlek är proportionell mot bakteriens känslighet för
substansen i fråga.
17
Gemensamt för de flesta antibiotika är att de på olika sätt hämmar bakteriernas metabolism så
att de slutar tillväxa eller dör. Ett antibiotikum måste alltså hämma någon livsviktig funktion
hos bakterien, t ex syntesen av cellvägg, proteiner eller nukleinsyror.
Här nedan följer en kort beskrivning av några vanliga antibiotika och deras
verkningsmekanismer.
Sulfonamider och närstående antibiotika
Sulfa hämmar syntesen av folsyra. Till skillnad mot bakterier syntetiserar människan inte
folsyra utan denna måste tillföras med födan ; vilket förklarar att sulfa hämmar bakterier men
int människans celler.
Sulfonamiderna har en bakteriostatisk effekt mot både Gram-positiva och Gram-negativa
bakterier. Resistens är dock inte ovanlig på grund av specifika resistensgener (se nedan).
Pseudomonas aeruginosa är alltid resistent.
Cellväggsynteshämmare. Penicilliner och cefalosporiner är kemiskt nära besläktade men
bildas av två olika svamparter. De innehåller båda en s k beta-laktamring som är essentiell för
deras aktivitet och brukar därför gemensamt kallas för beta-laktamantibiotikum. Betalaktamantibiotikum hämmar syntesen av cellvägg genom att de binder sig till enzymer som
sätter ihop mukopeptiden. Hos de flesta bakterier finns mellan 5 och 10 olika enzymer som är
inblandade i denna mycket komplicerade och dynamiska process och som binder olika betalaktamantibiotika med olika affinitet. Dessa enzymer är delvis artspecifika vilket innebär att
känsligheten för olika beta-laktam-antibiotika varierar mellan olika bakterier. Hämningen av
mukopeptidsyntesen leder till aktivering av autolysiner( mureinhydrolaser) som bryter ner den
befintliga mukopeptiden vilket leder till lys av bakterien. Beta-laktamantibiotika är således
baktericida.
Benzylpenicillin, eller penicillin G är den ursprungliga formen av penicillin. PcG är mycket
aktivt mot Gram-positiva bakterier t ex Streptokocker och Stafykocker. En nackdel med PcG
är att det är mycket syrakänsligt och kan därför ej tas per oralt utan måste injiceras. Genom att
ändra lite på PcG kunde man få fram en form som kan tas per oralt, nämligen
fenoxymetylpenicillin, eller PcV. PcG och PcV har två nackdelar, dels verkar i huvudsak på
Gram-positiva bakterier, dels är de känsliga för beta-laktamas (penicillinas), ett enzym som
produceras av många bakterier och som inaktiverar penicillin. Genom att koppla olika
sidogrupper till penicillin-molekylen har man fått fram en lång rad penicilliner med olika
egenskaper; t.ex sådana som även hämmar Gram-negativa bakterier eller sådana som inte
inaktiveras av beta-laktamas.
På liknande sätt har man framställt olika Cephalosporiner med effekt mot olika typer av
bakterier.
Förutom att vissa människor kan utveckla allergi ger denna grupp av läkemedel inga
biverkningar.
Proteinsynteshämmare. Makrolider, av vilka Erythromycin är den mest använda, binder till
bakteriens ribosomer och hämmar därmed proteinsyntesen Erythromycin är bakteriostatiskt
och är liksom penicillin mest aktivt mot Gram-positiva bakterier, men har också god effekt
mot Clamydia och Mycoplasma. Används som alternativ till Pc, fr.a. hos
Pc-allergiska personer
18
(Clindamycin och Lincomycin är kemiskt skilda från makroliderna men har likartad
verkningsmekanism och ungefär samma antibakteriella spektrum. Clindamycin är dessutom
mycket aktivt mot Bacteroides och andra anaeroba bakterier.)
Tetracyklinerna hämmar också proteinsyntesen. Tetracyklin, Oxitetracyklin, Doxycyklin och
Metacyklin är bakteriostatiska och har alla ett brett antibakteriellt spektrum. De används ofta
för behandling av bronchit och atypiska pneumonier orsakade av Mycoplasma, Clamydia m
fl. Tetracykliner lagras upp i benvävnad och tänder och får därför ej ges till gravida kvinnor
och till barn.
Kloramfenikol är en annan proteinsynteshämmare som har ett mycket brett antibakteriellt
spektrum. På grund av sin toxicitet ( anemi ) används det dock bara vid direkt livshotande
infektioner t.ex meningit och typhoidfeber.
Det används också för lokalbehandling, t ex i ögonsalvor, där dosen blir mycket liten och ej
orsakar några biverkningar.
Fusidinsyra som också hämmar proteinsyntesen används i stort sätt bara för lokal behandling
av infektioner orsakade av Staphylococcus aureus, t ex i ögonen.
Nukleinsyrasynteshämmare. Nitrofurantoin är en syntetisk substans som hämmar DNAsyntesen hos många bakterier. På grund av att det metaboliseras mycket snabbt och utsöndras
med urinen kan det endast användas för behandling av urinvägs-infektioner.
Kinoloner som också är syntetiska substanser hämmar enzymer som behövs vid DNAsyntesen. De har ett brett antibakteriellt spektrum och är i allmänhet mera aktiva mot Gramnegativa än mot Gram-positiva bakterier. Ciprofloxacin och andra kinoloner används numera
ofta mot urinvägsinfektioner och prostatit samt ibland mot okomplicerad gonorré.
Rifamycin är ett "riktigt" antibiotikum som produceras av en svamp. Det binder sig mycket
effektivt till bakteriernas RNA-polymeras och hämmar därigenom transkriptionen. Trots god
effekt på ett stort antal både Gram-positiva och Gram-negativa bakterier används det nästan
uteslutande för behandling av tuberkulos.
Nya antibiotika med bättre antibakteriella och farmakologiska egenskaper utvecklas ständigt.
Ett särskilt motiv till att finna nya substanser är att bakterier snabbt utvecklar resistens mot de
medel som används flitigt.
Antibiotikaresistens
Utvecklingen av antibiotikaresisten är ett stort kliniskt problem.
Frekvensen, med vilket detta sker, varierar beroende på både bakterie och antibiotikum. Vissa
bakteriearter, t ex coliforma och S.aureus, utvecklar resistens mycket snabbare än andra..
Resistens utvecklas relativt lätt mot penicilliner, tetracyklin och streptomycin, men nästan
aldrig mot metronidazol.
Antibiotikaresistens kan uppkomma på två olika sätt.
1. Genom spontana kromosomala mutationer.
2. Genom upptag av resistensgener.
19
Skillnaden mellan dessa två mekanismer kan illustreras med streptomycin-resistens som
kan uppkomma på båda sätten. En enstaka mutation kan leda till en förändring av
bakteriens ribosomer så att streptomycin inte längre binder sig.
Denna förändring leder till resistens mot streptomycin, men innebär också att ribosomen
fungerar något sämre. Detta innebär att i en antibiotikafri miljö växer den resistenta
mutanten sämre. I närvaro av streptomycin kommer däremot endast den resistenta
mutanten att kunna föröka sig och man får en anrikning av resistenta bakterier ( en resistent
stam). Bakterier kan också bli resistenta mot streptomycin genom att de tar upp en
resistensgen från en annan bakterie. Resistensgener är gener som kodar för specifika
proteiner som inaktiverar antibiotika,eller på annat sätt motverkar deras effekt på bakterien.
Resistens mot streptomycin beror på ett enzym som inaktiverar streptomycinet. En sådan
gen kan inte uppstå genom en enstaka mutation utan har sannolikt utvecklats under en
mycket lång tid som skydd mot naturligt förekommande antibiotikum.
Resistensgener är ofta lokaliserade till plasmider som kan överföras mellan bakterier
genom konjugation,transduktion eller transformation. Överföringen kan ibland ske över
artgränserna. Många individer har t ex i sin normala tarmfloran stammar av E.coli och
andra enterobakterier som innehåller resistensgener som kan överföras till patogena
bakterier så som Salmonella och Shigella. Samma plasmid kan innehålla flera olika
resistensgener ( upp till 9 st),vilket innebär att en bakterie kan bli resistent mot flera olika
antibiotikum samtidigt.
Exempel på resistensgener
Antibiotikum
Resistensgen, kodar för:
Penicilliner och Cefalosporin
Beta-laktamas; enzym som spjälkar
ß-laktam-ringen
Proteiner som transporterar ut tetracyklin ur
bakterien
Enzym som acetylerar kloram-Fenikol som
därigenom blir inaktivt
Enzym som metylerar 23S-RNA, Lincomycin leder
till minskad bindning av Clindamycin antibiotika
till ribosomen
Tetracykliner
Kloramfenikol
Erythromycin
20
6. STERILISERING OCH DESINFEKTION
Sterilitet innebär frånvaro av levande mikroorganismer. Eftersom mikroorganismer avdödas
logaritmiskt blir sterilitet ett sannolikhetsbegrepp. För att uppnå sterilitet använder man
metoder som syftar till att det efter behandling får finnas högst en levande mikroorganism på
en miljon enheter.
Desifektion innebär att man reducerar antalet sjukdomsalstrande (patogena) mikroorganismer
under infektionsdosen, dvs att dessa oskadliggörs eller avlägsnas i sådan utsträckning att de
inte längre kan sprida smitta.
Sterilisering
Sannolikheten att en mikroorganism avdödas under en steriliseringsprocess är konstant per
dosenhet. Detta innebär att resultatet av en sterilisering blir beroende av såväl det initiala
antalet mikroorganismer som steriliseringsprocessens specifika effekt. Den förstnämnda
faktorn påverkas av hygienen vid tillverkningen (av engångsartiklar) eller rengöring och
desinfektion (av t ex medicinska instrument) före sterilisering.
Ursprungsmängden mikroorganismer vid sterilisering kan bestämmas genom räkning av
bakteriemängden på slumpmässigt uttagna stickprov av de föremål som ska steriliseras.
Steriliseringsprocessens effekt kan bestämmas med hjälp av mikrobiologiska indikatorer, s k
sporprover. Vid dessa test använder man standardiserade preparationer av bakterier i
sporform, vilka har en känd och konstant motståndskraft mot steriliseringsmediet.
Metoder för sterilisering
Autoklavering dvs sterilisering med mättad vattenånga
Torrsterilisering dvs sterilisering med hetluft
Formalinsterilisering dvs sterilisering med lågtemperaturånga med förgasad formaldehyd
Etylenoxidsterilisering
Strålsterilisering dvs sterilisering med joniserande strålning
Kemisk sterilisering dvs sterilisering med kemiskt medel i vätskeform
Autoklavering. För sterilisering av flergångsartiklar som ska användas sterila inom
sjukvården används vanligen mättad vattenånga under övertryck I ångautoklav vid minst
121oC i 15 min eller 134oC i 3 min. Ångan måste befinna sig under övertryck för att uppnå
denna temperatur. För att ångan ska nå alla ytor och tränga igenom de förpackningar som
används, evakueras all luft i autoklavrummet före autoklaveringen.
Torrsterilisering. Sterilisering med hetluft s k torrsterilisering kräver vanligen betydligt
högre temperatur och/eller längre behandlingstider. Temperaturer på 160oC (2 tim) till 180oC
(30 min) är vanligt förekommande. Eftersom många förpackningsmaterial ej tål dessa höga
temperaturer är användningsområdet för torrsterilisering mer begränsat än för autoklavering.
Torrsterilisering kontrolleras fysikaliskt genom registrering av temperatur och tid,
mikrobiologiskt genom sporprover med Bacillus subtilis-sporer.
Formalinsterilisering. Sterilisering med lågtemperaturånga och förgasad formaldhyd s k
formalinsterilisering används vid behandling av föremål som ej tål upphettningen i de två
tidigare nämnda metoderna. Vanligen används formaldehyd i gasform och mättad vattenånga
vid 65oC eller 78-80oC. Processen kontrolleras fysikaliskt genom mätning av tryck,
temperatur och tid, mikrobiologiskt genom sporprov (med en kombination av B.
stearothermophilus- och B. subtilis-sporer).
Gassterilisering med etylenoxid används främst vid fabrikssterilisering av medicinska
engångsartiklar. Gasen är dessvärre såväl brandfarlig och explosiv som carcinogen. Det är
därför viktigt att såväl personal som patienter skyddas för exposition av toxiska mängder.
Restmängder av gasen avlägsnas ur steriliserande artiklar genom långvarig förvarning före
användning. Kontroll av steriliseringsprocessen utförs med B. subtilis sporprov.
Strålsterilisering. Dvs sterilisering med joniserande strålning är industriella metoder som i
allmänhet utnyttjar en elektronaccelerator (beta-strålning) eller gammasterilisering med
kobolt-60 som strålkälla. Även gastäta förpackningar kan strålsteriliseras.
Kemisk sterilisering. Sterilisering med kemiskt medel i vätskeform. För instrument eller
dylikt som ska användas sterila men ej tål någon av de ovannämnda steriliseringsmetoderna
används ofta nedsänkning i en 2%-ig buffrad alkalisk glutaraldehydlösning (vid
rumstemperatur). Inverkningstid för väl rengjorda föremål är vanligen tre timmar. Metoden
innebär en lägre säkerhet än ovanstående alternativ och används bara när dessa ej är
tillämpbara.
Desinfektion
Desinfektion innebär att man reducerar antalet sjukdomsalstrande mikroorganismer i sådan
utsträckning att de inte längre kan sprida smitta. Metoderna att oskadliggöra eller avlägsna
smittsamma mikroorganismer till en nivå under infektionsdosen varierar i olika situationer.
Desinfektion kan utföras med fysikaliska eller kemiska metoder, de sistnämnda har nackdelen
att vara mer eller mindre toxiska även för människa.
Beroende på användningsområde, indelas desinfektion i ytdesinfektion, föremålsdesinfektion
och desinfektion av hud och slemhinnor.
Fysikalisk desinfektion. Värme, t ex kokning i fem minuter under lock, kan sägas vara
förstahandsmetod när det gäller desinfektion. Det är en effektiv, enkel och billig metod.
Kortare tid och lägre temperatur (lägst 85oC) används t ex av s k spoldesinfektioner, vilka
arbetar med en inledande avsköljning och rengöring och avslutas med en
hetvattensdesinfektion vid ca 85oC.
Kemisk desinfektion. När värmedesinfektion ej kan användas återstår kemiska metoder. De
antimikrobiella substanser som kommer till användning kan indelas enligt följande.
Alkoholer
22
Kvartära ammoniumföreningar
Fenoler
Aldehyder
Jodföreningar
Klorföreningar
Många kemiska deinfektionsmedel motverkas av blod och andra organiska substanser. Grampositiva och Gram-negativa bakterier, tuberkelbakterier, svampar, virus och bakteriesporer
har olika känslighet för desinfektionsmedel. Valet av kemisk desinfektionsmetod grundas på
kunskaper om antimikrobiell effekt, toxicitet, materialpåverkan, nedbrytbarhet samt
kostnader. Nedan följer en kort översikt av de viktigaste substansgrupperna.
Alkohol. Alkoholer har ett brett antimikrobiellt spektrum. Alkohol (etanol eller isopropanol)
används främst för hud- och ytdesinfektion. Desinfektionseffekten beror på koncentration och
tid. Bästa (snabbaste) avdödning anses ske vid 70% för etanol medan lägre koncentration med
till ca 50% kan användas av isopropanol. Nödvändig inverkningstid är mycket kortare för
alkoholer än för andra kemiska desinfektanter. Alkoholer utövar sin antimikrobiella effekt
genom denaturering av mikrobiella proteiner.
Invertsåpor. Kvartära ammoniumföreningar (invertsåpor) används främst för
huddesinfektion och sårvård. De har även en viss fettlösande/rengörande effekt. Effekten
inaktiveras lätt av små mängder tvål eller organiskt material. Antimikrobiell effekt föreligger
främst mot grampositiva bakterier och är mest uttalad vid neutralt pH. Den antibakteriella
effekten förklaras genom att den positivt laddade molekylen binds till bakterieytan och förstör
bakteriecellens cellmembran.
Fenolderivat (främst halogenerande alkyl- eller arylfenoler) är mycket aktiva
desinfektionsmedel. Dess effekt påverka endast obetydligt vid närvaro av organisk substans.
Fenolpreparat används huvudsakligen för yt- och instrumentdesinfektion. De är
svårnedbrytbara i naturen och därför mindre lämpliga ur miljösynpunkt. Det antimikrobiella
spektrat är brett: grampositiva och gramnegativa bakterier, tuberkelbakterier, svampar och
vissa virus. Fenolpreparat utövar sin effekt genom att förstöra organismernas cellmembran
samt genom hämning av vissa vitala enzymfunktioner.
Aldehyder (främst fromaldehyd och glutaraldehyd) har ett brett antimikrobiellt spektrum med
effekt mot gramnegativa såväl som grampositiva bakterier, tuberkelbakterier, svampar, virus
och i viss utsträckning även mot sporer. Vanligen använd en 2%-ig lösning, som har bäst
effekt vid neutralt till lätt alkaliskt pH. En nackdel med aldehyder är risken för allergiska
reaktioner. Aldehyddesinfektion används därför enbart för instrument-desinfektion.
Aldehyder utövar sin bakteicida effekt genom att de fria aldehydgrupperna reagerar med
mikroorganismernas preoteiner.
23
Jodföreningar kan indelas i jodoforer (dvs jod i föreningar med organiska substanser som i
vattenlösning avger fri jod) samt oorganiska jodföreningar. Jodoforer används framför allt vid
huddesinfektion. Jodföreningarnas antimikrobiella effekt beror på dess förmåga att oxidera
organiska ämnen. Desinfektionseffekten, som är beroende av mängden fri jod avtar således
kraftigt vid närvaro av organiska substanser. Jodföreningar har ett brett antimikrobiellt
spektrum.
Klorföreningars (t ex hypoklorit) antimikrobiella spektrum och verkningsmekanism
påminner mycket om dem hos jodföreningar. Klordesinfektion används främst vid yt- och
instrumentdesinfektion. Klorering av dricksvatten är en allmänt förekommande metod för att
motverka spridning av vattenburna infektioner. Klors, liksom jods, antimikrobiella effekt
inaktiveras vid närvaro av organsik substans.
Väteperoxid avänds bl.a. som deinfektionsmedel för kontaktlinser och har god effekt på
många bakterier och amöbor. Många bakterier, däribland Staphylococcus, bildar katalas som
bryter ner väteperoxiden.
Avslutande synpunkter
Ytdesinfektion bör alltid utföras då man vet eller misstänker att en yta kontaminerats med
infekterat material. Desinfektion ska ske så snart som möjligt efter infektionstillfället.
Instrumentdesinfektion utförs inom sjukvården av föremål som kontaminerats med blod eller
annat material som kan misstänkas utgöra smittkälla. Noggrann rengöring bör alltid föregå
desinfektionen av instrument m m. Om värmedesinfektion är tillämpbar utgör denna
förstahandsalternativet, i övriga falll får kemisk desinfektion utföras. Den mest lämpade
metoden bestäms i det enskilda fallet av önskad antimikrobiell effekt, toxicitet,
materialpåverkan, nedbrytbarhet samt kostnader.
24
7. KROPPENS FÖRSVAR MOT BAKTERIER
Det konstitutiva försvaret
Försvaret mot infektion kan delas in i en konstitutiv och en inducibel del. Det konstitutiva
skyddet utgörs av kroppens yttre barriärer, komplement-systemet, fagocyterande cellerna,m
m, som fungerar utan tidigare kontakt med smittämnet, medan det inducibla skyddet utgörs av
immunglobuliner och cytotoxiska T-celler.
Människan har liksom alla högre organismer en rad försvarsmekanismer som förhindrar
mikroorganismer att tränga in och föröka sig i olika vävnader. Det första hindret för en
infektion utgörs av huden och slemhinnorna. En intakt hud är praktiskt taget ogenomtränglig
för bakterier och infektion kan i princip bara ske om huden är skadad på ett eller annat sätt.
Slemhinnorna med sitt slemlager är också en mekanisk barriär för många bakterier men är
samtidigt inkörsporten för flera bakteriella infektioner, dels genom att slemhinnan lättare
skadas, men också genom att vissa bakterier kan binda specifikt till slemmhinnan, och
invadera slemhinnecellerna. Förutom att hud och slemhinnor utgör en rent mekanisk barriär
finns där flera andra faktorer som skyddar mot bakterier .
MEKANISKA FAKTORER
1. Sköljande effekt av sekret, tårar, saliv etc Urinflödet i urinvägarna
2. Mikroorganismer fastnar i mukös
3. Transport av mukös genom cilierörelser
4. Blinkreflex, Host- och nysreflexer
5. Kontinuerlig avstötning av hornämne från huden
KEMISKA FAKTORER
1. Sebum från talg-körtlar hämmar vissa bakterier. Genom inverkan av enzymer från
normalfloran bryts också sebum ner till fria fettsyror som är antibakteriella
2. Hudens pH (3-5) hindrar tillväxt av många bakterier
3. Saltsyran i magsäcken hindrar många bakterier
4. Lysozym, som spjälkar mukopeptiden i cellväggen hos många bakterier finns i tårvätska,
saliv, tarmsekret
5. Thiocyanat i saliven
6. Spermin i semen
Trots förekomsten av ovan nämnda skyddsfaktorer koloniseras hud och vissa slemhinnor
redan vid födelsen av ett mycket stort antal bakteriearter som kommer att utgöra den s k
normalfloran. Den normala bakteriefloran utgör också ett viktigt skydd mot kolonisation med
patogena bakterier. Detta beror dels på att normalbakterierna producerar metaboliter ( t ex
laktat, fettsyror, lågt pH) som hämmar vissa andra bakterier, dels genom att de har större
förmåga att utnyttja tillgänglig näring. Dessutom bildar många arter s k bakteriociner som
dödar andra bakterier . Effekten av bakteriociner är ofta riktad mot andra bakterier inom
samma art,men kan också vara riktade mot enstaka andra arter ( t ex staphylococcin från
S.aureus dödar både Corynebakterier och andra stafylokocker).
25
Inre skydd
Vävnaderna omedelbart under ytan på hud och slemhinnor är normalt steril. Bakterier som
tränger igenom de yttre barriärerna kommer omedelbart i kontakt med det inre ospecifika
försvaret som i huvudsak består av komplementsystemet och de professionella fagocyterna, polymorfo-nukleära (neutrofila) granulocyter, monocyter och makrofager ( rörliga, samt
stationära tillhörande RES). Dessa försvarsmekanismer föreligger inte i aktiv form i alla
vävnader utan mobiliseras då bakterier eller andra smitämnen tränger in i vävnaden. Den
reaktion som då utlöses kallas inflammation och kännetecknas av en lokal
rodnad,värmeökning, svullnad och ömmhet. Orsaken till dessa symptom är en vidgning av
kapillärerna, som resulterar i en ökad genomblödning (rodnad och värme) samt en ökad
permeabilitet hos kärlen som resulterar i att plasma tränger ut i vävnaden (svullnad). Smärtan
beror bl a på ökat tryck i vävnaden . Vita blodkroppar, särskilt neutrofila granulocyter, fastnar
på de inflammatoriskt förändrade kärlendotelet och tar sig ut ur blodkärlet genom diapedes
och rör sig genom kemotaxis mot infektionshärden och den skadade vävnaden. Genom
inflammations-reaktionen kommer således både fagocyter och viktiga serumproteiner såsom
antikroppar och komplement till infektionshärden. Den inflammationsreaktion som orsakas av
bakteriella infektioner sätts ofta igång via komplementsystemet, som aktiveras av många
bakterier ( se nedan). C3a och C5a, som bildas genom komplementaktiveringen, påverkar bl a
mastceller så att dessa frigör histamin. Histamin och även andra kininer, f.a. bradykinin,
påverkar permeabilitet och genomblödning i kapillärbädden. C5a är dessutom starkt
kemotaktiskt för både neutrofila granulocyter och monocyter. Vävnadsmakrofager bidrar
också till inflammations-reaktionen genom att frisätta IL-1 (Interleukin-1) som ökar
granulocyternas vidhäftning till kapillärendotelet (cellerna i kärlväggen) och därmed deras
förmåga att ta sig ut ur blodkärlen. Från makrofager frisätts också TNF( tumor necrosis
factor) som bl.a kan aktivera neutrofila granulocyter. IL-1 och TNF är också av stor betydelse
för utvecklingen av den shock som ses i samband med många bakteriella infektioner. IL-1
framkallar också feber.
Komplementsystemet. Komplementsystemet består av 9 olika proteiner ( C1, C2, etc) som
tillsammans kan stimulera inflammation och fagocytos, och som direkt kan döda vissa
mikroorganismer. Många bakterier binder komplement (C3b, som är en spjälkningsprodukt av
C3) till sin yta, vilket leder till att de kan tas upp av fagocyter via s k C3b-receptorer. Faktorer
som stimulerar fagocytos kallas opsoniner. Exempel på bakteriella ytmolekyler som binder
C3b är lipopolysackariden (LPS) i cellväggen hos Gram-negativa bakterier, teikoinsyran hos
Gram-positiva bakterier samt själva cellväggs-mukopeptiden. C3b som bundits till bakteriens
yta gör också så att andra komplementfaktorer tillsammans bildar ett s.k. lytiskt komplex. Det
lytiska komplexet kan göra hål i bakteriens membran, vilket leder till att bakterien dör. Grampositiva bakteriers cellmembran skyddas av en tjock cellvägg och dödas därför ej av
komplement. Gram-negativa bakterier däremot har ett yttre membran som skadas av
komplement.
Fagocytos. Upptaget (endocytos) av bakterier induceras genom att bakterien binds till ytan av
fagocyten. Denna bindning sker f.a. via specifika receptorer som känner igen C3b eller Fcdelen av antikroppar som bundit sig till bakteriens yta. Viss bindning och endocytos kan dock
ske i frånvaro av både komplement och antikroppar. Upptaget av bakterier eller andra
smittämnen sker genom att det bildas en invagination (inbuktning) i fagocytens cellmembran
som så småningom omsluter smittämnet. Bakterien hamnar således inuti fagocyten, omsluten
av ett membran som härstammar från fagocytens cellmembran. Denna membransäck kallas
fagosom.
26
Antibakteriella
faktorer i
lysosomerna tömmer
sig i
fagosomen och
dödar bakterien
Fig. 7.1. Fagocytos av bakterie
I samband med själva endocytosprocessen ökar fagocytens metabolism, vilket leder till ökad
mjölksyraproduktion och därmed sänkt pH i fagocyten. Flera av de enzymer som finns i
granula (små membranvesikler inuti fagocyten) har surt pH-optimum. Granula innehåller
framför allt ett flertal antibakteriella faktorer, men också ett stort antal hydrolytiska enzymer.
Bland de bakteriedödande faktorerna märks lysozym som bryter ner bakteriens cellvägg, sam
en lång rad syre-radikaler som skadar både bakterier och andra mikroorganismer. Granula rör
sig mot fagosomen och samman-smälter med denna så att innehållet i granula töms in i
fagosomen. Bakterien dödas och bryts ner.
Neutrofila granulocyter har i vävnader en livslängd på bara några timmar. Många
granulocyter dör därför i infektionshärden och frisätter då många av de ovan nämnda
faktorerna som kan skada vävnaden. Substanser som kan locka till sig fler granulocyter
(kemotaxiner) frisätts också. Stora mängder döda granulocyter tillsammans med bakterier
(döda och delvis nedbrutna) och serum bildar var (pus).
En viktig slutsats av vad som sagts här ovan är att många av de framträdande symptomen vid
bakteriella infektioner( feber, inflammation, viss vävnadsskada) beror på en mobilisering och
aktivering av kroppens försvarsmekanismer.
27
Det inducibla försvaret mot infektioner
Den relativa betydelsen av antikroppar respektive cellförmedlad immuniteten varierar mellan
olika typer av bakteriella infektioner. Vid många vanliga infektioner tycks dock antikroppar
vara viktigast. Antikroppar som binder till olika receptorer på bakteriens yta, t ex pili och
andra adhesiner, kan hindra bakterien från att binda till slemhinnor och andra vävnader.
Denna funktion är särskilt viktig i skyddet mot bakterier som infekterar via slemhinnor t.ex i
munhålan, svalget, tarmen och ögat. Det är då framför allt sekretoriska IgA-antikroppar som
är av betydelse. Antikroppar mot extracellulära toxiner och enzymer kan neutralisera dessa
och är av särskild vikt som skydd mot t ex tetanus och difteri. Antikroppar mot bakteriens yta,
t.ex kapselpolysackarid, O-antigen och andra ytantigen möjliggör ofta fagocytos av bakterien
via Fc-receptorer på fagocyten. Bindning av antikroppar till dessa ytantigen leder också till
aktivering av komplementsystemet. Komplement-aktiveringen leder dels till att C3b binds till
ytan av bakterien, vilket ytterligare stimulerar fagocytosen (se ovan), dels till bildning av
lytiskt komplex som kan döda Gram-negativa bakterier. Det förekommer också att
antikroppar kan hämma tillväxten av vissa bakterier genom att blockera transport-funktioner
eller liknande.
Cellförmedlad immunitet anses ha stor betydelse i försvaret mot intracellulära bakterier så
som Mycobacterium tuberculosis, och Salmonella typhi. Mekanismerna är till stor del okända,
men innebär bl a att T-celler aktiverar makrofagerna så att de blir bätre på att döda de
intracellulära bakterierna.
28
8. PATOGENITET
Terminologi
Vi har lärt oss att tänka på bakterier som något farligt, någonting illasinnat, som ”otäcka
baciller”. I själva verket är mikroorganismerna en konstant del av vår omgivning. Man har
uppskattat att mängden mikrobiologisk protoplasma på jorden uppgår till mer än 20 gånger
den animala protoplasman. Mikroorganismerna svarar bl a för livets fortbestånd på jorden
genom nedbrytning av dött organiskt material till för växterna lämpliga beståndsdelar och för
stora delar av fotosyntesen. På och i människokroppen pågår en ständig ”kontinuerlig odling”
av bakterier, vår normalflora, som är av stor betydelse för vårt välbefinnande (kap 11).
Vissa bakterier orsakar dock vid sin växt på värdorganismen en skada på denna. Dylika
bakterier kallas patogena. Med patogenitet menas förmågan att framkalla sjukdom hos
värdorganism. Virulens betecknar ofta graden av patogenitet, men har på senare tid blivit
synonymt med patogenitet.
Virulensfaktorer är egenskaper hos mikroorganismer som ökar virulensen. Dessa varierar
ofta mellan kloner inom samma species. Bakteriens speciella patogena egenskaper samt
värdorganismens försvar mot dessa egenskaper avgör om bakterien kommer att orsaka skada
på värdorganismen. I varje högre organism pågår ett ständigt ”ställningskrig” mellan
värdorganismen och dess invaderande bakterier.
Primära patogener kallas de mikroorganismer som i princip alltid orsakar sjukdom vid
förstagångsinfektion, t ex pestbakterien eller mässlingvirus.
Sekundära patogener kallas de mikroorganismer som kan föröka sig i eller på
människokroppen utan att nödvändigtvis framkalla sjukdom, men som blir patogena när
någon del av kroppens försvarsmekanismer försvagas.
Infektion innebär att en mikroorganism dels överlevt på en värdorganism, och dels förökar
sig på denna. Infektion är dock inte synonymt med sjukdom eller skada, eftersom människan
under hela sitt liv är infekterad med en normalflora av bakterier. Ofta används begreppet
kolonisation synonymt med detta begrepp.
Parasitism innebär att en organism lever på och av en värdorganism, dock inte nödvändigtvis
så att den senare skadas. En del av vår parasiterande normalflora är emellertid också till nytta
för oss, vilket kallas symbios. Vid kommensalism lever de två organismerna tillsammans
utan att varken dra nytta av eller skada varandra. Alla bakterier som lever på människan
betecknas dock som parasiter, vilket alltså innebär parasitism i ordets inskränkta betydelse.
Immunitet betecknar en värdorganisms relativa motståndsförmåga mot en mikroorganism.
Den kan vara fullständig, ofullständig eller saknas helt.
29
Inflammation är kroppens försvarsreaktion på en lokal skada, t ex ett sår, en krosskada eller
en infektion med en patogen bakterie. Det viktigaste skeendet i inflammationsreaktionen är en
vidgning av kapillärerna och en ökning av deras permeabilitet för blodplasma och leukocyter,
vilket ger symptomen rodnad, svullnad, värmeökning och smärta.
Smittsamhet, d.v.s. förmåga till spridning mellan olika värdorganismer, har stor betydelse för
patogena organismer. Hög virulens och smittsamhet utmärker mikroorganismer som orsakar
epidemier.
Virulensfaktorer hos bakterier
För att vara patogena måste en bakterie ha en mängt olika egenskaper eller förmågor, såsom:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Överföring mellan individer eller från omgivning till individ
Adhesion till lämpliga kroppsceller
Metabolism för att föröka sig och att uttrycka andra virulensfaktorer
Vävnadsnedbrytande enzymer
Lokala och/eller perifera toxiner
Invasitivitet in i celler och in i organ
Resistens mot kroppens konstitutiva försvarsmekanismer
Resistens mot kroppens inducibla (adaptiva) försvar
Spridning från värdorganismen till omgivning eller annan individ
Av de ovanstående faktorerna orsakas själva skadan av lokala och/eller perifera toxiner, i viss
mån av vävnadsnedbrytande enzymer och av cellulär invasivitet. Dessutom lär vi oss allt mer
om hur stora delar av effekter och skador på kroppen orsakas av de av infektionen utlösta
cytokinerna och av kroppens eget immunförsvar.
Invasivitet och toxicitet. Traditionellt skiljer man på två typer av patogena egenskaper hos
bakterier - Invasivitet och Toxicitet. Invasivitet betecknar bakteriens förmåga att adherera till
och invadera vävnader. Toxicitet betecknar bakteriens förmåga att bilda giftiga produkter,
toxiner, vilka kan orsaka lokal skada men också spridas med blod och lymfa och förorsaka
skada i mer eller mindre specifika organ (perifera). Vissa bakterier är övervägande invasiva
(Shigella Species) medan andra är utpräglat toxiska (Clostridium tetani, Clostridium
botulium). De flesta bakterier har både invasiva och toxiska egenskaper (stafylokocker,
streptokocker).
Smittsamhet. Bakterier som lämnar en individ måste överleva utanför individen, t ex i luft
eller vatten. Vissa humanpatogena arterär dock känsliga för uttorkning, solljus etc. och måste
därför spridas genom nära kontakt mellan individer t ex pneumokocker och meningokocker.
Den extrema formen utgörs dels av de s.k. könssjukdomarna, vilka är beroende av direkt
kontakt mellan könsorgan eller motsvarade för sin överföring av agens, dels av s.k.
blodsmitta, där agens endast överförs från blod till blod.
Andra bakterier överlever utmärkt i naturen, t ex Escherichia coli och vissa humanpatogener
är egentligen vattenbakterier (Aeromanas, Vibrios). Vibrio Cholerae är exempel på en
normalt vattenlevande bakterie, som har förmåga att tillväxa i human tarm. Där framkallar
bakterien extensiva diarréer, sjukdomen kolera, vilken ger en omedelbar spridning ut i
vattendragen.
30
Infektionsdos betecknar vanligen mängden bakterier som behövs för att orsaka en infektion
hos en normalt känslig individ. För Shigella dysenteriae ligger infektionsdosen vanligen kring
ett tiotal bakterier, men man behöver inmundiga 108 vibrio-bakterier för att insjukna i kolera.
Adhesion. Vid de flesta infektioner kommer de externa bakterierna först i kontakt med
kroppens slemhinnor, t ex i mag-tarmkanalen, i luftvägarna, i de genitala och
urinvägsorganen, etc. Undantag utgörs egentligen endast av sår- och stick-infektioner. På
slemhinnorna finns ett sekret, som ofta rör sig mot en organöppning och även innehållet i
organet kan vara i mer eller mindre konstant rörelse mot öppningen, såsom i tarm, urinvägar,
luftvägar, etc. För att motverka denna infektionshämmande aktivitet har bakterierna utvecklat
olika mekanismer för att adherera till epitelceller på olika slemhinnor.
Extracellulära enzymer
I kroppen består näringen dels av de komponenter som finns i sekret eller i plasman, men
också av celldebris då skada uppkommit. För att tillgodogöra sig denna mängd av näring
bildar bakterierna ofta relevanta hydrolaser (Tabell 6.1), vilka utsöndras för att verka
extracellulärt. Vissa enzymer underlättar genom sin nedbrytning av celldebris och av
fibrinansamligar också spridningen av bakterierna. Vidare kan vissa av dessa ha en direkt
vävnadsskadande effekt, t ex proteaser på hornhinnan och fosfoliepaser på cellmembranen.
Tabell 6.1 Extracellulära enzymer
Hyaluronidas
Plasminogenaktivator (kinas)
DNas
Koagulas (protrombinaktivator)
Proteas
Kollagenas
Lipas
Fosfolipas
Hyaluronidas spjälkar hyaluronsyra som ger bindväven dess sega, sammanhållande karaktär.
Det har därför ansetts bidra till spridningen av t ex streptokocker och klostridier (”spreading
factor”). Några definitiva experimentella bevis för att så är fallet har dock ej erhållits; tvärtom
har antikroppar mot hyaluronidas ej hindrat infektionens spridning, och hos streptokocker kan
enzymet degradera bakteriens egen kapsel.
Proteaser. Diverse proteaser utsöndras av många både patogena och icke-patogena bakterier.
Dessa proteaser har varierande substratsspecificitet och kan medverka till vävnadssönderfall.
Lipas. Clostridium perfringens (gasbrandsbakterien) bildar ett specifikt kollagenas, vilket
bryter ner kollagen i muskelfibrerna och därmed underlättar infektionens spridning. Lipaser
och fosfolipaser utsöndras också av många bakterier. Lipasernas betydelse för patogeniteten
är okänd, medan många fosfolipaser har en direkt nedbrytande effekt på cellmembraner och är
sålunda direkt cytotoxiska.
Toxicitet
Med toxin menas en substans av biologiskt ursprung (till skillnad mot toxiska kemikalier)
som utövar en skadande effekt på celler eller hela organismer. Toxiner är ofta proteiner, men
många marina toxiner och bakteriellt endotoxin utgörs av enklare substanser.
31
Bakteriella exotoxiner utgörs av protein-toxiner som utsöndras av bakterierna under
tillväxten, dvs de produceras av membranbundna ribosomer och utsöndras direkt
extracellulärt efter avspjälkning av signalpeptiden. Hos gram-negativa bakterier kan de dock
ansamlas i det periplasmatiska rummet eller i det yttre membranet, varefter de frisätts genom
läckage eller då bakterien går i lys. Även hos vissa grampositiva bakterier (Klostridier) har
man funnit att proteintoxinet inte alltid utsöndras aktivt. Begreppet exotoxin har därför
alltmer blivit synonymt med toxin av proteinnatur.
Bakteriella endotoxiner däremot består av lipopolysackariden (LPS) i det yttre
cellmembranet och finns hos alla gramnegativa bakterier. Endotoxin utgör följaktligen en del
av bakterien och frisätts först då bakterierna går i lys. Trots de numera inadekvata namnen
behålls dock den principiella indelningen i exo- och endotoxiner pga. ett antal övriga
särskiljande egenskaper (Tabell 6.2).
Tabell 6.2 Egenskaper hos exo- och endotoxiner
Exotoxin
Endotoxin
utsöndras
protein
termolabilt (vanligen)
bildas av både G+ och G- bakterier
har specifika toxiska egenskaper
hög toxicitet per viktsenhet
är goda antigen
neutraliseras bra av specifika antikroppar
del av cell envelope
lipopolysackarid (LPS)
termostabilt
bildas enbart av G- bakterier
har ospecifik toxicitet (lipiddelen)
låg toxicitet per viktsenhet
är sämre antigen (polysackariddelen)
neutraliseras dåligt av specifika antikroppar
Exotoxiner = proteintoxiner
Flera av dessa har visats ha mycket hög specifik toxisk aktivitet, både vad gäller LD50-dos och
deras verkningar på cellulär nivå. Ett enskilt exotoxin är den dominerande patogenitetsfaktorn
vid många sk. toxinsjukdomar, t ex stelkramp, difteri, botulism och kolera m fl
diarrésjukdomar. Ofta beror dock den sjukdomsalstrande förmågan hos en bakterie på flera
samverkande faktorer (flera toxiner, vidhäftningsförmåga, interaktion med immunsystemet
etc).
Många toxiner absorberas vid produktionsstället och utövar sin effekt på andra ställen i
kroppen (perifert). Andra utövar en lokal effekt, såsom att skada vävnadsceller eller störa
kroppens försvarsceller. Alfa-toxin från Staphylococcus aureus är ett exempel på ett toxin
med utpräglad lokal effekt, men som vid produktion i stora mängder eller i blod (sepsis) också
får perifera effekter.
Förgiftningar
Man talar ofta om matförgiftning, vilket ordagrant innebär att man via maten tillförts gift,
eller bakteriella toxiner. Detta förekommer endast vid växt av bakterien Clostridium
botulinum i mat, där bakterien under olyckliga och näringsmässigt speciella omständigheter
bildar botulinumtoxin. Vid konsumtion absorberas toxinet och förlamning av den
32
tvärstrimmiga muskulaturen blir följden (botulism). Vidare förekommer matförgiftning
orsakad av Staphylococcus aureus, vilken bildar enterotoxiner i maten vid för hög
förvaringstemperatur. Symptomen kraftiga kräkningar och diarré kommer inom 1-6 timmar
och klingar av inom ett dygn. Alla övriga falla av diarréutbrott efter olämplig mathantering
beror på infektion av tarmen med i födoämnet levande bakterier och eventuella toxiner
bildas inuti värdorganismen. Ett mer korrekt ord är här livsmedelsburen smitta.
Blodförgiftning är ett annat vanligt begrepp. Det syftar egentligen på växt av patogena
bakterier i blodet och har ingenting med eventuell toxinproduktion av dessa bakterier att göra.
Ett mer korrekt ord är här blodinfektion eller sepsis.
Toxinsjukdomar
Botulism och stelkramp orsakas av botulinumtoxin respektive tetanustoxin. Dessa toxiner
tillhör de mest toxiska substanser man känner till; ca 100 g skulle teoretiskträcka för att
förgifta hela mänskligheten. Den höga specifika toxiciteten beror på att dessa toxiner selektivt
angriper nervsystemet. Botulinumtoxinet blockerar nervimpulserna i både centrala och
perifera synapser hos det kolinerga nervsystemet genom att blockera frisättning av acetylkolin
från nervterminalerna. Första symptomen är svårighet att koordinera ögonrörelserna, vilket så
småningom följs av total förlamning.
Tetanustoxinet transporteras från sårinfektionen via de perifera känselnerverna till
ryggmärgens framhorn, där toxinet hämmar transmittorfrisättning i inhibitoriska synapser.
Detta orsakar spasm i den tvärstrimmiga muskulaturen. De molekylära mekanismerna för
dessa toxiners hämning av transmittorfrisättingen är okända.
Clostridium difficile orsakar antibiotikaassocierad (hemorrgisk) diarré och kolit.
Symptomen är helt relaterade till förekomsten av två toxiner, ett enterotoxin, toxin A och ett
mycket potent cytotoxin, toxin B. Båda toxinerna har cytoskelettpåverkan, men de molekylära
mekanismerna är okända.
Dysenteri i sin mest allvarliga form orsakas av Shigella dysenteriae, vilken bildar ett mycket
potent toxin som är cytotoxiskt och enterotoxiskt. Det orsakar skador på tarmslemhinnan med
blodig diarré som följd och i vissa fall förlamning via okända mekanismer.
Difteri orsakas av Corynebacterium diphtheriae. Dödligheten är helt relaterad till det toxin
som denna bakterie utsöndrar och som sprids i hela kroppen. Difteritoxin hämmar
proteinsyntesen och orsakar celldöd. Organskador bl a på hjärtmuskulaturen blir följden.
Kolera är en utpräglad toxinsjukdom. Utan att invadera tarmslemhinnan förökar sig
kolerabakterien Vibrio cholerae i tarmen och producerar där koleratoxin. Toxinet hämmar den
aktiva absorptionen av natriumjoner från tarmen varvid kloridjoner utsöndras aktivt till
tarmlumen. Joner och vatten följer med och vid svåra sjukdomstillstånd kan på så sätt 10-20 l
vätska innehållande elektrolyter förloras per dag. Liknande enterotoxiner bildas av vissa E.
coli.
Invasivitet
Bakterier kan komma in i kroppen via sår och stick och bakterier kan adherera till slemhinna
och växa där. Bakterierna kan vidare ”invadera” slemhinneepitelet och växa i dessa celler
33
eller passera genom epitelet och växa vidare i submukosan och/eller spridas vidare via
lymfan/blodet.
Den cellulära invasiviteten är beroende av specifika viurlensfaktorer. Mekanismen är
ofullständigt känd, men vissa bakteriella ytproteiner stimulerar via cellmembranet epitelcellen
till ett endocytotiskt upptag av enstaka bakterier. Begreppet invasivitet används ibland också
om bakteriers förmåga att växa i (invadera) vävnader och organ. Denna förmåga
sammanhänger med bakterien produktion av extracellulära enzymer och toxiner, samt
förmåga att motstå kroppens ospecifika försvarsmekanismer.
Förmåga att motstå kroppens försvarsmekanismer
Antifagocytär kapsel. Förmåga att motstå fagocytos av kroppens fagocyterande celler
(neutrofila leukocyter och makrofager) är en viktig virulensfaktor. Denna egenskap beror
oftast på förekomsten av antifagocytärt material av kolhydratnatur på bakteriecellens yta, i
mikroskopet synligt som en kapsel runt bakterien. Kapseln utgörs av en hydrofil gelmassa,
som hindrar fagocyterande cellers cytoplasmamembran att omsluta bakteriecellen. Kapselns
antifagocytära effekt kan medieras via flera mekanismer. En är att de hydrofila egenskaperna
hos kapseln hindrar kontakten mellan fagocyt och bakterie. Man har visat att bakterier med
hydrofob yta åtminstone in vitro fagocyteras mycket lättare än mer hydrofila bakterier.
En annan antifagocytär mekanism sammanhänger med att de flesta bakterier måste opsoneras
innan de kan tas upp av fagocyter. Opsonering innebär att bakterien reagerar med olika
serumfaktorer som stimulerar fagocytos. Många bakteriers cellvägg (både mukopeptid och
LPS) aktiverar komplement via den alternativa vägen, vilket leder till att C3b avsätts på
bakteriens cellväggsyta. Via C3b-receptorer på ytan av fagocyter kan dessa binda sig till
bakterierna och fagocytosprocessen induceras. Kapseln gömmer C3b, som ju sitter på
cellväggsytan innanför kapseln. Kapseln förhindrar därigenom den specifika kontakten mellan
bakterie och fagocyt.
Betydelsen av kapsel hos vissa bakterier (t ex pneumokocker, Haemophilus, meningokocker)
är av oomstridd betydelse. Flera väl fungerande vacciner bygger på inducering av ett
antikroppssvar mot kapselsubstans, varefter de erhållna antikropparna binder till kapselns yta
och fungerar som opsoniner.
Cellväggen. Flera olika komponenter i bakteriens cellvägg har visats öka bakteriens förmåga
till överlevnad in vivo. Mukopeptiden hos vissa patogena stafylokockstammar har befunnits
hämma inflammationssvaret och därmed indirekt öka bakteriens förmåga att orsaka skada. Ett
speciellt cellväggsprotein, ”protein A”, hos samma bakterieart, är antifagocytärt, troligen pga.
sinförmåga att binda antikroppars Fc-del. Därmed hämmas antikroppars specifika
opsonerande bindning till bakterien. Streptokocker har förutom en antifagocytär kapsel
bestående av hyaluronsyra också ett antifagocytärt cellväggsprotein, kallat M-protein.
E. coli, som ingår i den normala tarmfloran, kan orsaka ett flertal olika sjukdomstillstånd, t ex
gastroenterit, peritonit, meningit, pyelonefrit och sepsis. Förmågan hos bakterien att sprida sig
till andra organ och framkalla sjukdom har korrelerats till olika cellväggs- (O-) och kapsel(K-) antigen. Vissa O-antigena grupper av E. coli är mer patogena än andra. Vissa K-antigen
är antifagocytära och gör dessutom bakteriecellen resistent mot lytiska faktorer i serum. Kantigen kan vidare förmedla adhesion till tarmslemhinnan.
34
Intracellulär förökning. Vissa bakterier har förmåga att efter fagocytos av ”professionella”
fagocyter leva vidare och föröka sig intracellulärt i fagocyten, trots förekomst av ett flertal
bakteriedödande substanser i lysosomerna (t ex Salmonella typhi, Mycobacterium, vissa
Staphylococcus aureus, Brucella, Chlamydia). Fagocytosen blir i dessa fall, i stället för ett
eliminerande av bakterien, ett skydd för denna mot t ex antikroppar och antibiotika och ett sätt
för bakterien att sprida sig genom att följa fagocytens vandringar. Mekanismerna för denna
resistens mot avdödning i fagocyten är oklara. Sannolikt samverkar flera faktorer:
Mycobacterium och Chlamydia överlever i fagocyter delvis pga. att lysosomerna inte töms i
fagosomen. Brucella abortus och S. typhi överlever trots att lysosomerna tömmer sina
antibakteriella faktorer i fagosomen. I dessa fall tror man att bakterierna kan hämma en del av
de bakteriedödande syre-metaboliter som bildas i samband med fagocytos. Väteperoxid
inaktiveras av katalas och superoxid av superoxid-dismutas. Båda dessa enzymer förekommer
hos många aeroba och fakultativa bakterier. Infektioner med bakterier som överlever
intracellulärt blir oftast långvariga och ibland kroniska (tuberkulos, brucellos).
Denna intracellulära överlevnad ska inte förväxlas med den som kan ske i epitelceller av t ex
Shigella (se Invasivitet ovan) eller med den som Rickettsier och Chlamydia kräver för sin
förökningscykel. I dessa fall inducerar bakterierna själva ett upptag i ”vanliga” celler, vilka
inte har några antibakteriella lysosomer i sitt cytoplasma.
Olika startegier hos bakterier att undgå det konstitutiva försvaret.
Bakteriers förmåga att föröka sig i kroppen och därmed orsaka sjukdom beror i stor
utsträckning på deras förmåga att undvika kroppens olika försvarsmekanismer. Viktiga är
naturligtvis också bakteriens metaboliska egenskaper, dvs dess förmåga att utnyttja tillgänglig
näring i den fysikaliska miljö (pH, temp, osmolaritet etc) som vävnaden utgör.
Bakteriers försvar mot komplement. Det mest effektiva försvaret mot de olika
antibakteriella effekterna av komplementfaktorerna är att förhindra deras aktivering. Bakterier
kan göra detta på flera olika sätt. Det vanligaste är att bakterien bildar en kapsel som inte
binder komplement. Detta förekommer t ex hos Pneumokocker, vissa beta-hämolyserande
streptokocker, Meningokocker och Haemophilus. Flera bakterier, bl.a. Staph.aureus och vissa
streptokockarter binder immunglobuliner (IgG) via Fc-delen, vilket delvis hämmar
komplement-aktivering.
En helt annan strategi är att bakterien utsöndrar substanser som aktiverar och binder
komplement så att ingen aktivering sker på bakteriens yta. Löslig teikoinsyra från Staph.
aureus och mukopolysackarid slem från Pseudomonas aeruginosa är exempel på sådana
substanser som konsumerar komplementfaktorerna. Proteolytiska enzymer från bakterier kan
också bryta ner komplementfaktorer. Streptococcus pyogenes utsöndrar till exempel ett
proteas som bryter ner C5a vilket leder till minskad invandring av neutrofila granulocyter
Förmågan att mostå komplement är en viktig egenskap även hos andra sjukdomsalstrande
mikroorganismer.Flertalet av de ovan beskrivna mekanismerna att undvika komplement finns
också hos olika protozoer.
Bakteriers försvar mot fagocytos. Hämning av komplementaktivering innebär i allmänhet
också ett skydd mot fagocytos. Bakterier har dock utvecklat flera andra mekanismer att undgå
fagocytos. Det kanske mest radikala sättet är att bakterien utsöndrar toxiner som dödar
35
fagocyter. Sådana, s.k. leukocidiner, förekommer bl a hos Staph.aureus och hos Streptococcus
pyogenes. Många bakterier producerar substanser som hämmar fagocyternas aktivitet. Ett
exempel är Bordetella pertussis (kikhostebakterien) som utsöndrar ett enzym som leder till
minskad rörlighet, och oförmåga hos fagocyten att ta upp bakterien. Streptokocker och
Pseudomonas bildar enzym som förstöra C5a, som är ett viktigt kemotaxin
( kemotaxiner är substanser som lockar till sig fagocyter). Förekomsten av en kraftig
polysackarid-kapsel kan inte bara hämma komplementaktivering utan kan också utgöra ett
rent fysikat hinder mot fagocytos genom att fagocyterna helt enkelt inte får tag i bakterier som
är omgivna med stora mängder slem.
Hittills beskrivna mekanismer har alla syftat till att förhindra, eller minska, upptaget i
fagocyter. Att bli upptagen av en cell är inte nödvändigtvis till nackdel för en mikroorganism,
eftersom den där är skyddad från antikroppar och många andra antimikrobiella faktorer.
Förmågan att ta sig in i och föröka sig i olika värdceller finns hos flera olika bakteriearter och
beskrivs på annat håll i denna lärobok. Vi skall här endast beröra olika mekanismer för
överlevnad i professionella fagocyter. Avgörande för dödandet och nedbrytningen av
fagocyterade mikroorganismer är tömningen av olika antimikrobiella substanser från granula
in i fagosomen. Mikroorganismer som på något sätt kan hämma fusionen mellan lysosom och
fagosom har alltså goda möjligheter att överleva inuti fagocyten. Mycobacterium tuberculosis
har i sin cellvägg en substans som hämmar fusionen mellan lysosomer och fagosom. Andra
bakterier som hämmar fusionen är Legionella pneumophila och Clamydia psittaci.
Mekanismerna är dock okända i dessa fall. Flera bakterier har förmåga att ta sig ur
fagosomen ut i cytoplasman och undkommer på detta sätt de lysosomala faktorerna, t ex
Shigellabakterien och Listeria monocytogenes . Vissa bakterier, däribland Salmonella typhi,
har också förmågan att hämma fagocytens syremetabolism och därmed bildningen av toxiska
syre-radikaler.
Olika strategier hos bakterier att undgå det inducibla immunförsvaret
Ett sätt för bakterier att skydda sig mot det inducibla immunförsvaret är att vara
immunologiskt inerta, dvs att inte ha några strukturer som kan kännas igen som främmande
eller att maskera de egna antigenen med substanser från värdorganismen. Ingen bakterie är
helt immunologiskt inert, Meningokocker typB och E.coli K1 är dock utrustade med en kapsel
som ger mycket dåligt antikroppssvar.
Många bakterier maskerar sig med hjälp av substanser från värdorganismen. Syfilisbakterien,
Treponema pallidum, binder hyaluronsyra till sin yta medan Staphylococcus aureus fäller ut
fibrin på sin yta.
En annan möjlighet att undgå antikroppar är att gömma sig intracellulärt. Typexemplet är här
tuberkelbakterier som förökar sig i makrofager och där cirkulerande antikroppar inte tycks ha
någon betydelse för försvaret.
Antigen variation. Många mikroorganismer har utvecklat system för att förändra sina
antigena egenskaper. Ett av de bäst studerade exemplen är Trypanosoma brucei som ger
upphov till sömnsjuka. Denna protozoo har på sin yta ett glykoprotein som genomgår
periodiska antigena förändringar under pågående infektion. Parasiten har flera hundra gener
som kodar för olika antigena varianter av glykoproteinet, men bara en gen uttrycks åt gången.
Detta innebär att när antikroppar mot en variant bildats och antalet protozooer i blodet börjar
minska så ersätts de snart av en ny antigen variant. På liknande sätt kan vissa bakterier ändra
36
sina antigena egenskaper. Gonokocker har ett stort antal gener som kodar för olika varianter
av pilin, som är det protein som bygger upp bakteriens adhesionsfimbrier.
Proteolytisk nedbrytning av immunglobuliner. Ett stort antal bakterier bildar enzymer som
specifikt kan bryta ner sekretoriskt IgA. Sådana enzymer bildas av gonokocker,
meningokocker, pneumokocker, Haemophilus influenzae samt flera icke-patogena
Streptokocker i munhålan.
37
9. SPECIELL BAKTERIOLOGI
I detta kapitel beskrivs några vanliga sjukdomsalstrande bakterier, främst sådana som kan ge
infektioner i ögat men också några andra som kan vara bra att känna till.
GRAMNEGATIVA AEOROBA STAVAR
PSEUDOMONAS
Gram-negativa, icke sporbildande rörliga stavar med polärt belägen flagell. Ett stort antal
Pseudomonas-arter beskrivna. De förekommer fritt levande i jord och vatten, saprofytärt på
huden, ibland i faeces. En del Pseudomonas-arter växer vid +4oC (t ex i kylskåp), en del kan
växa i mycket utspädda näringslösningar, t o m i destillerat vatten. Detta har gett problem vid
befuktningsanläggningar t ex kuvöser. Vissa Pseudomonas-arter kan växa i
desinfektionslösningar ( t ex hexaklorofen) vilket också kan ge betydande nosokomiala
problem. Utmärkande ur patogenitetssynpunkt är opportunism, d v s infektion inträffar i
samband med nedsatta försvarsfunktioner. Huvudsaklig humanpatogen är Pseudomonas
aeruginosa. Många arter är växtpatogener.
Pseudomonas aeruginosa
Morfologi: Gram-negativa slanka stavar. Rörliga med polär flagell. Kapsel saknas.
Metabolisam: Strikt aeroba. Kan utnyttja enkla substrat såsom ammoniumjoner och
koldioxid som enda kväve- respektive kolkälla. Jäser glukos men ej andra sockerarter. Starkt
oxidas-positiva men indol-negativa. Näringsagar färgas grönaktig av pigmenten pyocyanin
(blått) och pyoverdin (gult) vilka diffunderar ut från de 1-2 mm stora kolonierna.
Typning: På bas av ytantigen samt bacteriocin- respektive fagkänslighet.
Patogenitet: P. aeruginosa är vanlig vid blandinfektioner, särskilt vid omfattande
brännskador och urinvägsinfekterioner. Den kan också orsaka infektioner i hud, öga, öra etc.
P. aeruginosa är den vanligaste patogenen hos patienter med cystisk fibros varvid den orsakar
trakeobronkit och svår pneumoni. Ger också keratit och konjunktivit. Riskfaktor är dålig
linshygien.
P. aeruginosa är oppurtunistisk patogen och kräver därför för infektion att de normala
försvarsfunktionerna är nedsatta genom t ex sårskada, immundefekt, kemoterapi eller
strålning. Alternativt kringgås mekaniska försvarsbarriärer såsom t ex vid användning av
respiratorer, intratrakeal tub, katetrar e dyl instrument, som kan vara kontaminerade.
Immunitet: Human immunitet mot P. aeruginosa är ej klarlagd. Vacciner bestående av olika
somatiska antigen samt toxoid har i begränsade studier visats ge viss skyddande effekt, liksom
passiv immunisering med immunglobuliner. Detta talar för betydelsen av humoral immunitet.
Även cellförmedlat försvar torde vara betydelsefullt med tanke på benägenheten till infektion
hos personer med nedsatt cellmedierat immunförsvar.
38
Terapi: P. aeruginosa tillhör de mest antibiotikaresistenta bakterierna. Den är resistent mot t
ex penicillin, ampicillin, tetracyklin, kloramfenikol och sulfonamider. I allmänhet är den
känslig för de nyare aminoglykosiderna (t ex Gentamicin, Tobramycin) samt för Carbenicillin
och tredje generationens cefalosporiner. Systeminfektioner behandlas med kombinationer av
beta-laktamantibiotikum och aminoglykosider. På grund av multiresistensen ger P.
aeruginosa.
GRAM-NEGATIVA FAKULTATIVT ANAEROBA STAVAR
ENTEROBAKTERIER
Familjen Enterobacteriaceae omfattar 145 olika arter varav många är primärt patogena eller
opportunistiska för både djur och människor. Arter ingående i denna familj karaktäriseras bl a
av att de är gram-negativa, icke-sporbildande stavar som växer bra på enkla substrat. De flesta
är rörliga med peritrika flageller med undantag av Shigella och Klebsiella som är orörliga.
Samtliga arter är aeroba eller fakultativa.
Enterobacteriaceae förekommer på växter, i jord och vatten samt i tarmarna hos djur och
människor. De flesta arterna isoleras lätt på selektiva substrat där de ger upphov till för arten
karakterisktiska kolonier. Identifiering kan sedan göras genom att studera bakteriernas
förmåga att jäsa olika kolhydrater, vilket ger ett för arten typiskt jäsningsmönster. De ur
medicinsk synpunkt viktigaste släkterna utgörs av Escherichia, Shigella, Salmonella,
Yersinia, Klebsiella, Enterobacter och Proteus. Bakterier tillhörande Enterobacteriaceae är
ofta bärare av R-plasmider, som kodar för resistens mot ett flertal antibiotika samtidigt.
Behandling av komplicerade infektioner bör därför föregås av resistensbestämning av det
aktuella isolatet före val av antibiotika.
Escherichia coli (Coli-bakterien)
Morfologi: Gram-negativ, icke-sporbildande stav
Metabolism: Fakultativ. Temperaturoptimum 37oC (15-45oC). Under optimala betingelser
har E. coli en generationstid på 20 min.
Patogenitet: E. coli orsakar som regel ej sjukdom så länge den befinner sig i tarmen. Utanför
tarmen ger den emellertid upphov till bl a urinvägsinfektion (90% av alla UVI i öppen vård
orsakas av E. coli), peritonit, sårinfektion, sepsis, meningit (vanlig vid neonatal meningit),
cystit, pyelit, pyelonefrit, cholecystit och sårinfektioner. Vissa stammar kan ge upphov till
diarré-sjukdomar. Beroende på patogenitetsmekanismerna indelas dessa tarmpatogena E. coli
i fyra grupper:
1. Enterotoxigena (ETEC) stammar bildar ett värmelabilt (LT; koleratoxinliknande)
och/eller ett värmestabilt (ST) enterotoxin vilka ger upphov till rikliga tunna diarréer.
Vanligaste orsaken till ”turistdiarré. EIEC.
2. Enteroinvasiva (EIEC) stammar invaderar epitelcellerna och orsakar vattniga
diarréer innehållande slem och polymorfonuklära leukocyter.
3. Enterohemorragiska (EHEC) stammar bildar ett shigaliknande cytoxin (se S.
dysenteriae). Orsakar hemorragisk kolit med blodtillblandad, smärtsam diarré.
Virulensen är kopplad till en 60-70 Md plasmid. Merparten av alla EHEC-stammar
hör till en viss serogrupp (O157:H7).
39
4. Enteropatogena (EPEC) stammar binder till mukosan och bryter ned enterocytens
mikrovilli. Patogenitetsmekanismen i övrigt okänd. Orsakar diarré, kräkningar, feber.
Livshotande för spädbarn.
En förutsättning för att E. coli skall kunna orsaka infektion är att den har förmåga att binda till
epitelceller i t ex tarm eller urinvägar. E. coli har på sin yta olika pili som utövar denna
funktion. Typ 1 pili är vanligt förekommande hos många stammar och binder till mannosinnehållande receptorer på epitelcellerna. Urinvägspatogena E. coli är ofta bärare av Pfimbrier som binder till galaktopyranosyl-galaktopyranosid medan enterotoxigena stammar är
bärare av olika kolonisationsfaktorer varav CFA-1 och CFA-2 är de viktigaste.
Epitelcellsreceptorn för ETEC-stammar är okänd.
Diagnostik: E. coli är den vanligast isolerade bakterien i det kliniskt bakteriologiska
laboratoriet. Prov för faeces, urin och sår innehåller ofta en blandning av olika bakterier vilket
försvårar isolering och identifiering. Selektiva och differentierande substrat, som hämmar
växt av bakterier, måste därför ofta tillgripas. Dessa fungerar så att endast ett fåtal arter kan
växa medan t ex E. coli ger upphov till kolonier med en för arten karakteristisk färg och
morfologi (t ex Endoagar). Slutlig artbestämning görs ofta genom att mäta isolatets
biokemiska reaktioner med olika substanser t ex jäsning av olika kolhydrater vilket ger ett för
arten karakteristiskt mönster.
E. coli har både O-antigen (LPS; 150 olika typer), H-antigen (flagell; 100 typer) och Kantigen (kapsel; 50 typer). Ett enskilt isolat karakteriseras ofta serologiskt med avseende på
O-, H- resp K-antigen. E. coli används som indikatorbakterie för fekal förorening i vatten och
livsmedel.
Klebsiella pneumoniae
Förekommer i luftvägar samt tarmen hos 5-10% av normalbefolkningen. Nästan alla kliniska
Klebsiella-isolat utgörs av K. pneumoniae eller K. oxytoca.
Morfologi: Gram-negativa, icke sporbildande, korta, tjocka stavar. Orörliga. Bildar kapsel.
Metabolism: Fakultativ. Temperaturoptimum 37oC (12-43oC).
Patogenitet: Orsakar bl a primär lobär pneumoni, lungabscess, meningit och sårinfektioner.
Bakterien utgör den efter E. coli vanligaste orsaken till uretrit. Med undantag av pneumoni
och urinvägsinfektion, förekommer de flesta Klebsiella-infektioner som ”sjukhussmitta”,
speciellt på neonatal- och intesivvårdsavdelningar. Spridningen sker ofta med
infusionslösningar och respiratorutrustning. Kapseln (skyddar bakterien mot fagocytos) samt
en adhesionsfaktor (fäster bakterien till värdcellen) anses vara av betydelse för virulensen.
Vissa K-antigen korsreagerar med K-antigen hos H. influenzae och S. pneumoniae som också
orsakar pneumoni och meningit. Möjligen föreligger liknande patogenetiska mekanismer för
dessa bakterier. Vissa K. pneumoniae producerar ett enterotoxin liknande E. coli ST (se även
E. coli). Klebsiella är vanligen känsliga för cefalotin men resistenta mot ampicillin och
carbenicillin. R-plasmidmedierad mulitresistens förekommer ofta.
40
Enterobacter aerogenes, E. cloacae
Morfologi: Gram-negativa, icke sporbildande stavar. Rörliga. Bildar kapsel.
Metabolism: Fakultativ.
Patogenitet: Enterobacter är oppurtunistiksa bakterier som orsakar sjukdom utanför sin
naturliga hemvist. Enterobacter orsaker bl a nedre luftvägsinfektion, sårinfektion, bakteremi
och urinvägsinfektion. Enterobacter utgör en vanlig orsak till sepsis i samband med
kontaminerade infusionslösningar. Bakterien producerar ofta beta-laktamas.
Serrata marcescens
Morfologi: Gram-negativa, icke-sporbildande stavar. Rörliga. Bildar kapsel.
Metabolism: Fakultativ.
Patogenitet: Opportunist. i huvudsak som ”sjukhussmitta”. Sprids via katetrar,
respiratorutrustning etc till patienter med nedsatt immunitet. Orsakar nedre luftvägsinfektion,
sårinfektion, sepsis, urinvägsinfektion. Endokardit bland missbrukare. Förekommer ibland vid
ögoninfektioner (konjunktivit och keratit)
Proteus mirabilis, Proteus vulgaris
Morfologi: Gram-negativa, icke sporbildande, rörliga stavformade bakterier.
Metabolism: Fakultaivt anaerob.
Patogenitet: Efter E. coli och Klebsiella-Enterobacter den vanligaste orsaken till
urinvägsinfektion. Proteus producerar mycket ureas vilket orsakar karakteristisk doft av
ammoniak från urinen samt ökar risken för njursten (ureatstenar). Förekommer även vid
sårinfektioner, pneumonier och sepsis. P mirabilis är känslig för de flesta antibiotika. P.
vulgaris ofta multiresistent. Förekommer ibland vid ögoninfektioner (konjunktivit och keratit)
SALMONELLA
Salmonella är en primär patogen bakterie som orsakar gastroenterit, septikemi respektive
enterisk feber och som sprids med förorenat vatten och livsmedel. Nomenklaturen är
komplicerad och baseras på serologiska skillnader som ger upphov till indelningen i olika
”arter”. Serotyperna definieras genom bestämning av O- och H-antigenen enligt ett system
utvecklat av Kaufmann-White. En stam kan samtidigt uppvisa flera olika O- och H-antigen.
H-antigenen kan dessutom variera i två olika faser. Detta medför att beskrivningen av ett
Salmonella-isolat såsom t ex Salmonella 1, 4, 5, 12:i:1, 2 blir tämligen ohanterlig och därför
tillskrivs varje serotyp i stället ett eget ”artnamn”, t ex S. typhimurium. Mer än 2 000 ”arter”
av Salmonella finns beskrivna. Förekommer parasitärt i tarmen hos djur och människor.
Morfologi: Gram-negativa, icke spor-bildande stavar. Vanligen rörliga med peritirka
flageller.
41
Metabolism: Växer på enkla substrat. Temperaturoptimum 37oC (15-42oC).
Patogenitet: Gastroenterit kan orsakas av ett stort antal arter efter förtäring av förorenat
vatten eller livsmedel. Efter en inkubationstid om 12-48 timmar uppträder symptom såsom
illamående, kräkningar, buksmärtor och diarré. Infektionen går normalt över spontant. Hos
frivilliga försökspersoner gav 10 000 bakterier upphov till sjukdom hos 25% av
försökspersonerna. Bakterierna förökar sig sannolikt i tunntarmen. Bakterierna penetrerar
mukosan och en viss förökning sker i enterocyterna. Spridning av bakterierna till lamina
propria resulterar i en ytlig inflammatorisk reaktion med infiltration av polymorfonukleära
leukocyter. Den diarré som förekommer vid Salmonella-inducerad gastroenterit antas bero på
den inflammatoriska processen som utlöser en lokal produktion av prostaglandiner. Dessa
aktiverar adenylatcyklassystemet vilket resulterar i en aktiv utsöndring av vatten och
elektrolyter.
Enterisk feber (tyfoidfeber) orsakas av S. typhi. Sjukdomen liknar i början gastroenterit och
sprids på samma sätt. Efter 7-10 dagar tillkommer symptom som feber, trötthet, huvudvärk
och anorexi. Symptomen tilltar gradvis under flera dagar. Makulopapulära utslag, sk rose
spots, förekommer på bålen under några dagar i andra eller tredje veckan. 50% av patienterna
har förstorad lever och mjälte. Symptomen kvarstår 3-4 veckor och avklingar därefter gradvis.
I komplicerde fall eerhålles en spridning av bakterier till andra organ (hjärta, leder, hjärna,
skelett) samt infektioner i tarmen som medför hyperplasi, nekros av lymfoida folliklar i
tunntarmen, sårbildning i mukosan, med åtföljande intestinala blödningar. Mjältruptur
förekommer. Vid obehandlad, komplicerad enterisk feber kvarstår febern i ca 30 dagar och
mortaliteten är ca 20%. Med adekvat antibiotikabehandling reduceras dödligheten till <1%.
Salmonella är vanligen känslig för kloramfenikol, ampicillin, trimetoprim-sulfa. R-plasmider
förekommer.
Immunitet: Ett allmänt vaccin mot Salmonella finns ej då bakterien uppvisar så många
serotyper. Stora ansträngningar har emellertid gjorts för att utveckla ett vaccin mot S. typhi.
Det nuvarande tillgängliga vaccinet utgörs av acetondödade bakterier och ger ett 70% skydd i
ca 3 år. Kliniska prövningar med ett nytt oralt vaccin bestående av levande attenuerade S.
typhi-bakterier pågår för närvarande. Bakterierna är genetiskt modifierade på så sätt att de
saknar både Vi-antigenet och en komplett lipopolysackarid.
Epidemiologi: Ca 50% av all salmonellos härstammar från förtäring av infekterad kyckling.
Även infekterat nötkött och mejeriprodukter är vanliga smittspridningsvägar. S. typhi
förekommer endast hos människa och smittspridning sker huvudsakligen med vatten och
livsmedel som förorenats med humant fekalt material.
GRAM-NEGATIVA FAKULTATIVT ANAEROBA STAVAR
HAEMOPHILUS
Bakterier tillhörande Haemophilus-gruppen är små Gram-negativa stavar, som förekommer
parasitärt hos människor och djur. Haemophilus influenzae är den dominerande
humanpatogena arten. Den förekommer i övre luftvägarna hos människa och bärarfrekvensen
i nasofarynx hos barn är ofta så hög som 80%, medan den hos vuxna ligger på 20-50%. Vid
störningar i kroppens normala motståndskraft som t ex vid vanlig förkylning eller influensa
kan den ge upphov till öroninfektioner, sinuit, men också mera allvarliga sjukdomar som
42
pneumoni, sepsis och varig meningit. Förutom H. influenzae omfattar Haemophilus-gruppen
H. parainfluenzae, H. haemolyticus och H. ducreyi.
Haemophilus influenzae
Morfologi: Små Gram-negativa stavar med rundade ändar. De mest virulenta stammarna har
polysackaridkapsel men stammar som saknar kapsel kan också förorsaka sjukdom.
Metabolism: Fakultativ H. influenzae kräver komplexa näringsmedier för växt. Speciellt för
Haemophilus är att de flesta arter kräver hematin (kallas X-faktor) och nikotinamid-adenindinukleotid (NAD, kallas V-faktor). På blodagar växer H. influenzae med knappt synliga
kolonier, men intill kolonier av anda bakterier, t ex stafylokocker, bildar den större kolonier,
1-2 mm i diameter. Detta kallas satellitfenomen och beor på att stafylokocker producerar Vfaktor som diffunderar ut i mediet kring kolonien. Hematin finns i viss mängd i vanlig
blodagar, men halten ökar om blodkropparna lyserats genom uppvärmning.
Typning: Kapsulerade stammar indelas i sex serotyper på grundval av olika kapselantigen.
Typ b dominerar som orsak till svåra infektioner hos människa.
Patogenitet: Kapsulerade H. influenzae har invasiv förmåga och kan sprida sig till vävnader i
närheten av nasofarynx och har sedan en tendens att förorsaka bakteremi med risk för
spridning till hjärnhinnorna, där de kan förorsaka varig meningit. Över 90% av stammar som
förorsakar sepsis och meningit är av typ b. Kapseln har antifagocytär effekt. Okapsulerade
stammar ger upphov till otitis media, sinuiter och pneumoni. H. influenzae har fimbrier som
har betydelse för adhesion till luftvägarnas epitel. Förekommer vid konjunktivit särskilt hos
barn.
Terapi: H. influenzae är som regel känslig för ampicillin och amoxicillin, tetracyklin och
aminoglykosider. Den är mindre känslig för andra penicillinpreparat och erytromycin.
Ampicillinresistenta stammar ökar i frekvens.
Immunitet: Immunitet mot infektioner med H. influenzae uppstår efter sjukdom. Av
betydelse är cirkulerande antikroppar mot kapselsubstans men också mot yttre
membranproteiner. Antikropparna är, i närvaro av komplement, baktericidaoch har
opsonineffekt. Allvarliga infektioner med H. influenzae (som t ex meningit) är vanligast hos
barn i åldern 6-18 månader; de är ovanliga hos större barn och vuxna då man som regel har
skyddande antikroppshalter i blodet från 10 års ålder. Immunitet mot H. influenzae typ b kan
fås hos små barn genom att vaccinera med konjugatvaccin, dvs ett vaccin där man har kopplat
kapselpolysackariden till ett lämpligt bärarprotein som difteritoxoid, tetanustoxoid eller ett
yttre membrankomplex från Neisseria menigitidis grupp B.
Övriga Haemophilus-arter
H. parainfluenzae och H. haemolyticus finns både i luftvägarna och kan i enstaka fall
förorsaka samma sjukdomar som H. influenzae. H. dycreyi förorsakar ulcus molle, en sexuellt
överförd sjukdom som förekommer endemiskt i hela världen, dock i högre frekvens i
utvecklingsländer. Den förorsakar genitala sår. Man har på senare tid ägnat H. ducreyi och
ulcus molle ökat intresse då det är sannolikt att genitala sår ökar risken för överföring av HIV
och därmed spridning av AIDS, särskilt i Afrika.
43
STAPHYLOCOCCUS
Genus Staphylococcus omfattar över 20 olika arter som förekommer på hud (päls) och
slemhinnor hos olika djur. Minst 10 olika arter har isolerats från människans hud och
slemhinnorna i de övre luftvägarna. S. haemolyticus, S. saprophuticus, S. capitis och S.
Aureus kan isoleras från 50-70% av befolkningen . De flesta av dessa arter kan ge upphov till
sjukdom hos människan. Helt dominerande är dock S. aureus, som kan ge upphov till variga
infektioner och abscessbildning i de flesta av kroppens vävnader.
Olika stafylokockarter skiljs från varandra med avseende på förmågan att bilda syra från olika
sockerarter, förekomsten av vissa metaboliska enzymer samt produktionen av olika
extracellulära enzymer. S. aureus skiljer sig från övriga humana arter genom sin förmåga att
bilda koagulas och ett värmestabilt DNAs (nukleas).
Staphylococcus aureus
S. aureus förekommer i de yttre delarna av näsan samt på huden (särskilt perineum) hos ca
50% av befolkningen. Många stammar av S. aureus ger också upphov till variga infektioner
hos människan. Detta gäller också för stammar som ingår i normalfloran och som således kan
betraktas som opportunister.
Morfologi: S. aureus är liksom alla stafylokocker Gram-positiva sfäriska bakterier som ofta
ligger i oregelbundna hopar (druvklaseanordning). De saknar flageller och är orörliga. Vissa
stammar kan ha en synlig kapsel bestående av polysackarid. Har pigment som varierar från
vitt via gult till orange. De flesta stammar av S. aureus har dock ett gult pigment som givit
dem sitt namn aureus.
Metabolism: Fakultativt anaeroba. Bildar stora mängder katalas. Växer i allmänhet bra på de
flesta komplexa medier. Kan jäsa många kolhydrater och bildar bl a laktat. De kan växa i
9%NaCl. Tål uttorkning relativt väl och klarar 50oC i 30 minuter. Tillväxten sker bäst
omkring 37oC medan pigmentbildningen är bäst vid rumstemperatur 20-25oC).
Typning: Typindelning av S. aureus kan ske med avseende på känsligheten för olika
bakteropfager (fagtypning). Typningen har fr a epidemiologisk betydelse. Antigen typning
görs som regel ej.
Patogenitet: S. aureus är en av de vanligaste orsakerna till infektioner i huden och i sår. Alla
kroppens vävnader kan dock infekteras med S. aureus. Typiskt för många infektioner
orsakade av S. aureus är bildningen av ett varfyllt hålrum i vävnaden (abscess), som
begränsas av utfällt fibrin och inflammatoriska celler. Abscessen tillväxer åt det håll där
motståndet är minst vilket innebär att abscesser i huden (furunklar, karbunklar) till slut
tömmer sig genom att huden brister. Abscessens väggar hindrar i viss mån spridning av
bakterierna och bör därför inte skadas genom yttre påverkan. Om S. aureus kommer ut i
blodet (bakteremi) kan endokardit, osteomyelit, meningit och pulmonära infektioner
utvecklas. Variga infektioner i bihålor, mellanörat och tonsillerna förekommer också, men är
mera ovanligt. Infektioner orsakade av S. aureus drabbar framför allt patienter på sjukhus i
samband med operationer, stora sårskador, brännskador mm. Vanlig orsak till ögoninfektion,
vagel och konjunktivit. Även endophthalmit förekommer i samband med kirurgiska ingrepp
eller sårskada på ögat.
44
Infektioner med S. aureus betraktas delvis som opportunistiska. Bakterien kan lätt överföras
från en patient till en annan mottaglig individ genom direkt kontakt eller via
sjukvårdspersonal.
Stammar av S. aureus som bildar enterotoxin kan ge upphov till akut gastorenterit med
våldsamma kräkningar, illamående och diarré. Toxinet (5 serotyper A-E) produceras i föda
som kontaminerats med S. aureus. Vanligast i kokt kallt kött, potatissallad, vispgrädde mm.
Ett till fyra µg räcker för att ge symptom hos människa.
Vissa stammar tillhörande viss fag.typ bildar epidermolytiskt toxin (exfoliatin) som kan ge
upphov till sk scalded skin syndrome. Denna sjukdom drabbar uteslutande spädbarn och
innebär att det yttre skiktet (stratum granulosum) av huden lossnar. Läkning sker utan
ärrbildning.
Toxic shock syndrome är en annan sjukdom orsakad av toxinbildande S. aureus. Sjukdomen
är mest känd som ”tampong-sjuka” och karkteriseras av hög feber, lågt blodtryck,
generaliserad erytroderma, fjällning av huden. Symptomen beror på ett toxin som kallas
”toxic schock syndrome toxin-1” (TSST-1) eller ”S. aureus pyrogent toxin”. Toxinet är
besläktat med pyrogent toxin från Streptococcus pyogenes.
S. aureus bildar ett mycket stort antal extracellulära toxiner och enzymer som på olika sätt
bidrar till dess virulens. Flera cellväggskomponenter har också betydelse för bakteriens
förmåga att binda sig till olika vävnader samt för förmågan att överleva i kroppen.
Cellväggsmukopeptiden hos S. aureus liksom teikonsyran, aktiverar komplement enligt den
alternativa vägen och utlöser därigenom en inflammationsreaktion.
Komplementaktiveringen innebär dock att bakterierna opsoneras av C3b vilket leder till ökad
fagocytos.
Ett fåtal stammar bildar kapselpolysackarid bestående av glukosaminuronsyra. Kapseln
förloras ofta vid odling i laboratoriet. Man tror därför att många fler stammar av S. aureus
bildar kapselpolysackarid då de växer in vivo. Stammar med kapsel är mer virulenta i olika
djurmodeller än sådana som saknar kapsel.
Praktiskt taget alla stammar av S. aureus bildar protein A, som sitter kovalent bundet till
mukopeptiden och exponeras på bakteriens yta. Protein A binder sig till Fc-delen av
immunglobuliner från de flesta däggdjur. Alla subklasser av humant IgG, utom IgG3 och
några IgM-varianter adsorberas till ytan av S. aureus. Interaktionen mellan protein A och
antikropparnas Fc-del leder till lokal eller generell anafylaxi; artus reaktion; aktivering av
komplement enligt både den klassiska och alternativa vägen; hämning av opsonerande
antikroppar genom tävling med Fc-receptorerna på fagocyter; induktion av histaminfrisättning från leukocyter samt prolifertion av B-lymfocyter. Trots alla dessa olika effekter
har man inte kunnat visa att protein A har någon direkt betydelse för stafylokockens virulens.
På ytan S. aureus finns också receptorer för lång rad bindvävssubstanser, såsom fibronektin,
kollagen, laminin och heparansulfat, som gör att bakterierna kan fastna på i stort sett alla
vävnader i kroppen.
45
De flesta stammar av S. aureus bildar också flera toxiner (alfa-, beta-, gamma- och deltatoxin) som är hemolytiska. Alfa-toxin är det mest potenta av dessa och anses vara en viktig
virulensfaktor. Alfa-toxin är allmänt cytotoxiskt, dermonekrotiskt och letalt.
Leukocidin lyserar specifikt neutrofila granulocyter och skyddar därigenom bakterien från
fagocytos av dessa celler.
Alla stammar av S. aureus bildar koagulas som aktiverar protrombin vilket leder till utfällning
av fibrin som bildar en skyddande vägg runt infektionshärden. Fibrin på ytan av bakterierna
skyddar också delvis mot fagocytos. Vissa stammar bildar också stafylokinas, som aktiverar
plasminogen till plasmin och därigenom bryter ner fibrinet.
S. aureus bildar flera extracellulära enzymer som kan bryta ner olika vävnader och som bidrar
till den vävnadsskada som är typiskt för stafylokockinfektioner. Här kan nämnas hyalas, lipas,
flera proteaser sam DNas.
Immunitet: Människan har i allmänhet en god naturlig immunitet mot S. aureus.
Genomgången infektion ger ingen påtagligt ökad immunitet. Efter mera omfattande
infektioner, såsom septikemi, ses ökade halter av antikroppar mot vissa
cellväggskomponenter samt vissa extracellulära toxiner. Försök att vaccinera patienter med
återkommande furunkulos (bölder i huden) har inte givit någon säkert positiv effekt.
Terapi: Mindre infektioner kräver ingen behandling. Vid större lokala infektioner (abscesser)
måste varet tömmas samt antibiotika ges för att hindra spridning av infektionen. Vid
systemiska infektioner måste omfattande antibiotikaterapi sättas in. S. aureus är primärt
känslig för penicillin. Många stammar, särskilt på sjukhus, bildar emellertid beta-laktamas
och måste behandlas med isoxazolyl-penicilliner eller med tredje generationen av
cefalosporiner. Stammar som är resistenta mot isoxazolyl-penicilliner (methicillinresistenta S.
aureus=MRSA) uppträder allt oftare och måste behandlas med annat än beta-laktamantibiotikum, t ex vancomycin eller aminoglykosider.
Övriga stafylokockarter
Flera sk koagulas-negativa stafylokocker ingår i normalfloran . Vanligast är S. epidermidis
som finns hos alla människor på huden i näsan och på. S. epidermidis kan ge variga
infektioner i samband med kirurgiska ingrepp, särskilt vid insättande av olika proteser: kärl,
hjärtklaffar, höftleder etc. Endokardit och septikemi kan också utvecklas liksom
ögoninfektioner. S. saprophyticus förekommer vid urinvägsinfektioner hos sexuellt aktiva
kvinnor.
STREPTOCOCCUS
Bakterier tillhörande streptokockgruppen är Gram-positiva sfäriska eller ovala kocker, som
oftast växer i kedjor. Streptokocker utgör en stor del av normalfloran hos både människor och
djur. De flesta streptokocker förekommer i luftvägarna, men en del förekommer i tarmen.
Inom släktet finns tre av de viktigaste humanpatogenerna. Streptococcus pyogenes, grupp A
streptokocken, förorsakar ett antal olika akuta infektioner och kan ge upphov till reumatisk
feber och akut glomerulonefrit. Streptococcus agalactiae, grupp B streptokocken , är en av de
46
viktigaste orsakerna till neonatal sepsis och meningit. Streptococcus pneumoniae är den
vanligaste orsaken till både akut bakteriell pneumoni och akut varig meningit.
Streptokockerna indelas i följande grupper:
1) pyogena streptokocker (Lancefields grupper). De vanligaste Lancefields-grupperna
som förekommer hos människa är A, B, C, D, F och G. Av dessa är A, B och D de
medicinskt viktigaste.
2) penumokocker som består av en enda art, Streptococcus pneumoniae, som
serologiskt delas in med avseende på dess polysackarid-kapsel.
3) viridans-streptokocker som är alfa-heomolytiska och tillhör normalfloran i
luftvägarna hos människa.
4) andra i huvudsak icke-hemolyserande streptokocker.
Till de fysiologiska egenskaper som ligger till grund för indelningen av streptokocker hör typ
av hemolys, förmågan att växa vid olika temperaturer eller i närvaro av 6,5% NaCl samt
förmågan att hydrolysera hippurat. Beta-hemoloytiska streptokocker ger upphov till en klar
zon runt kolonierna på blodagar. Alfa-hemolys innebär att det bildas en grön missfärgning
och partiell hemolys runt kolonierna. Den serologiska indelningen (enl Lancefield) grundar
sig på förekomsten av en C-substans (kolhydrat) i cellväggen. C-substansen som är
gruppspecifik, finns från A till T. Flera arter kan alltså ha samma C-antigen.
Morfologi: Gram-positiva sfäriska eller ovala kocker som växer i kedjor med varierande
längd, från ett enda par och upp till ett 30-tal celler. Medicinskt viktiga streptokocker bildar
inga sporer och är inte rörliga. En del organismer bildar kapsel bestående av polysackaridkomplex eller hyaluronsyra.
Metabolism: Fakultativa och växer bäst på rika näringsmedier. Kolonierna på blodagar är
små – från knappnålsstorlek upp till 0,5-2 mm i diameter. Många arter producerar under växt
på blodagar α (grön-) eller β (klar-) hemolys av erytrocyterna i mediet. Det är också på
grundval av denna hemolys som bakterierna indelas. Streptokocker är biokemiskt aktiva och
bryter ned ett antal kolhydrater, proteiner och aminosyror. Extracellulära enzymer med
hyaluronsyra och DNA som substrat produeras av vissa stammar och kan bidra till virulensen.
en del stammar, speciellt de som tillhör grupp A (S. pyogenes), producerar extracellulära
toxiner, bl a det erytrogena toxinet, som ger upphov till hudutslaget vid scarlatina.
Streptococcus pyogenes
Patogenitet: Förorsakar fryngiter och tonsilliter, scarlatina, sinuiter, otiter, sårinfektioner,
impetigo (ev tillsammans med stafylokocker), erysipelas, mastiter, puerperal-infektioner
(barnsängsfeber). Dessutom följdsjukdomar som reumatisk feber och glomerulonefrit. Mproteinet (ett cellväggsprotein) och hyaluronsyrekapseln är både virulensfaktor genom att
utöva antifagocytär effekt. Bildar extracellulära hemolysiner (streptolysin S och O),
leukocidin, erytrogent toxin (förorsakar hudutslag vid scarlatina), hyaluronatlyas, streptokinas
(aktiverar plasminogen) m fl.
Svalginfektioner med Grupp A-streptokocker är mycket vanliga och under vinterhalvåret är
frekvensen bacillbärare hög. Överföring av smitta sker genom droppinfektion eller kontakt.
Diagnostik: Kolonimorfologi på blodagar. Streptokockerna växer som ofärgade kolonier,
med jämn kant oc hslät eller lätt granulerad yta, omgivna av en klar hemolystisk zon.
47
Påvisande av anti-streptolysin-antikroppar i patientserum (AST) har stort diagnostiskt värde.
Bakterierna typindelas med avseende på M-protein i cellväggen.
Terapi: Måttlig resistens mot desinfektionsmedel och värme. Dödas vid pastörisering av
mjölk. Är känsliga för penicillin G. Tetracyklinresistens har iakttagits hos 5-10% av
stammarna.
Immunitet: Immunprofylax, dvs vaccinering eller seruminjektion förekommer ej mot
streptokockinfektioner. Vuxna personer har som regel förvärvad immunitet mot det
erytrogena toxinet (tre serologiska typer) genom subkliniska infektioner och får därför inga
hudutslag vid streptokockinfektioner. Detta hindrar inte att de kan få akuta svalginfektioner
och andra streptokockinfektioner med hög feber och allmän påverkan. Immunitet erhålles
efter genomgången infektion, men denna är kortvarig. Som regel är skyddet riktat mot Msubstansen och därför typspecifikt. Behandling av streptokockinfektioner med penicillin är
viktig, bl a för att förhindra följdsjukdomar. De vanligaste följdsjukdomarna är reumatisk
feber med polyartrit, endokardit och glomerulonefrit. Dessa sjukdomar beror inte på spridning
av bakterierna med infektion utan är sterila inflammatoriska processer uppkomna på
immunolgisk bas.
Streptococcus agalactiae (Grupp B)
Patogenitet: Streptococcus agalactiae är framförallt en djurpatogen som ger bl a mastit hos
kor. Förekommer också i normalfloran i genitalia, tarm och svalg hos människa. Som
humanpatogen ger den framförallt ögoninfektion (ophtalmia neonatorum), pneumoni, sepsis
och meningit under barnets första två levnadsmånader och har då överförts i samband med
förlossningen. Incidensen grupp B-infektioner hos barn i den här åldern har uppskattats till 13 fall per 1000 födslar med en mortalitet på 30-60% av de infekterade barnen.
Diagnostik: Bildar i allmänhet beta-hemolys. Kan indelas i 5 typer med avseende på
polysackaridkapsel.
Terapi: Grupp B streptokocker är mindre känsliga för penicillin än övriga streptokocker och
infektioner behandlas därför oftast med en kombination av penicillin och aminoglykosider.
De dödas vid pastörisering av mjölk.
Immunitet: Typspecifika antikroppar är skyddande mot infektion. Det är därför troligt att
bara barn som inte har fått transplacentalt IgG från modern är känsliga för infektion.
Streptococcus pneumoniae
Patogenitet: Är den absolut vanligaste orsaksorganismen vid pneumoni. Liksom vid andra
bakteriella pneumonier är underliggande sjukdom och virusinfektioner predisponerande
faktorer vid enna infektion. Pneumokocken ger också upphov till meningit. Infektioner i de
övre luftvägarna som sinuit och otitis (öroninflammation) media är ofta förorsakade av
pneumokocker. Kan ge konjunktivit. Särskilt hos barn med annan pneumokockinfektion, t.ex.
otoit
Endast kapselbärande organismer är virulenta, då kapseln skyddar mot fagocytos och
komplement-aktivitet. Bildar enzym som bryter ner sekretoriska IgA-antikroppar.
48
Diagnostik: Streptococcus pneumoniae ger på blodagar upphov till små alfa-hemolyserande
kolonier. Är känslig för optochin. Serologisk bestämning av pneumokocker baseras på
förekomst av polysackarid-kapsel. Det finns 84 olika kapseltyper, där ca 15 av dem svarar för
80% av alla infektioner.
Terapi: Bakterien är som regel känslig för penicillin, men multiresistenta stammar har på
senare år rapporterats in från olika håll.
Immunitet: Typspecifika antikroppar riktade mot kapselantigen är skyddande, då de kan
opsonera bakterien för fagocytos och komplementaktivitet. Immuniteten är dock kortvarig.
Vaccinationer med ett vaccin innehållande flera kapseltyper utförs på vissa riskgrupper.
Streptococcus salivarius, S. mutans, S. mitis, S. sanguis m fl
(viridans-gruppen)
Patogenitet: Ingår i normalfloran i munhåla och svalg. Denna grupp streptokocker är
lågvirulenta, men kan ge upphov till rotinfektioner och infektioner i tandköttsfickor.
Medverkar till uppkomst av karies. Förorsakar även subakut bakteriell endokardit
(endocarditis lenta). Denna sjukdom uppkommer endast om endokardiet är skadat tidigare
antingen genom reumatisk feber eller genom kongenitalt hjärtfel. Alfa-streptokocker som ofta
kommer ut i blodet från munhålan kan då få fotfäste och ge en fortskridande förstöring av
hjärtklaffarna. Disposition för denna sjukdom utgör indikation för profylaktisk
penicillinbehandling vid tandextraktion.
Diagnostik: Koloniutseende och hemolys påminnande om pneumokockens, men skiljs från
denna då viridans-gruppens bakterier är resistenta mot optochin.
Terapi: Behandlas framgångsrikt med penicillin.
GRAM-NEGATIVA KOCKER
NEISSERIA
Neisseria omfattar N. meningitidis (meningokocken), N. gonorrhoeae (gonokocker) och arter
som tillhör den normala svalgfloran (N. lactamica, cinerea, flavescens, subflava, sicca och
mucosa). De är Gram-negativa diplokocker. N. meningitidis förekommer normalt i svalget
med en frekvens av 5-15%, men vid epidemier kan bacillbärarfrekvensen bli mycket högre. N.
gonorrhoeae finns i urogenitalorganen hos människa ofta utan att orsaka symptom.
Neisseria meningitidis
Morfologi: Gram-negativa diplokocker. I var eller i likvor från patienter ser man dem
företrädesvis intracellulärt i leukocyterna. Kapsel av polysackaridnatur.
Metabolism: Aerob. Koldioxid (10%) stimulerar växten. Fordrar komplexa näringsmedier.
Typning: Meningokocker indelas i nio serogrupper baserade på kapselpolysackariderna. A,
B, C, Y och W-135 är de dominerande serogrupperna.
49
Patogenitet: Meningokocker förorsakar sjukdom endast hos människa. Liksom flera
potentiellt patogena bakterier förekommer den i svalget hos många individer utan att ge
upphov till några symptom. Den kan dock under vissa omständigheter sprida sig via blodet till
andra delar av kroppen, i detta fall hjärnhinnorna, där den ger upphov till varig meningit. Det
är sannolikt att cirkulerande antikroppar, som bildas under bärarskap, har betydelse för att
hindra spridningen av meningokocker från svalget och ut i blodet.
Terapi: Är känslig för penicillin.
Immunitet: Immunitet mot meningokockinfektioner är beroende av cirkulerande
gruppspecifika antikroppar som har opsonerande och baktericid effekt i närvaro av
komplement. Den högsta incidensen av allvarlig sjukdom är hos barn i en ålder av mellan 6
och 18 månader, vilket motsvarar tiden för nedgång i transplacentala antikroppar och ökning
av egna antikroppar uppkomna genom antigenstimulans. Epidemisk förekomst av
meningokockmeningit är ovanlig, men ökad incidens av sjukdomen har förekommit på flera
ställen i Skandinavien under de sista 10 åren. Vaccin bestående av kapselpolysackarid finns
tillgänglig mot grupp A, C, Y och W-135 meningokocker; mot grupp B har man vacciner
under prövning.
Neisseria gonorrhoeae
Morfologi: Gram-negativa diplokocker. I varprover ses de ofta intracellulärt i leukocyterna.
Är oftast försedda med pili, som har betydelse för virulensen.
Metabolism: Aerob. Koldioxid (10%) stimulerar växten. Fordrar komplexa näringsmedier.
Typning: Beroende på mycket utpräglad tendens till antigen variation hos stammar av N.
gonorrhoeae finns ingen serologisk typning i rutinmässig användning. Med auxotypning kan
man indela gonokocker i olika grupper beroende på deras behov av olika metaboliter i
näringsmediet. Auxotypning ger viss indikation på stammar med olika virulens, men är inte
av sådant kliniskt värde att metoden används rutinmässigt.
Patogenitet: N. gonorrhoeae förorsakar sjukdom endast hos människa. Den sprids genom
smittbärare som kan vara asymptomatiska eller ha obetydliga symptom. Bakterien förorsakar
företrädesvis uretrit, epididymit, cervicit, salpingit, men kan även ge artriter och sepsis.
Virulenta stammar är försedda med pili, som har betydelse för adhesion till slemhinneepitel.
Man har också påvisat ett enzym hos virulenta stammar som bryter ned IgA. Barn som föds
av mödrar med gonorré blir lätt infekterade i ögonen (konjunktivit) vilket obehandlat kan leda
till blindhet.
Diagnostik: Förekomst av multipla bönformade diplokocker intracellulärt i leukocyter är
myckt typiskt för gonorré vid mikroskopi av ett utstryk från ett prov från urogenitalia. Hos
prov från kvinnor kan bakterier från normalfloran likna gonokocker. Diagnosen verifieras
med odling.
Terapi: De flesta stammar är känsliga för penicillin. En ökning globalt sett av resistensen har
dock skett, både genom ändring i penicillinbindande protein i cellväggen och genom att vissa
stammar bildar ett plasmidkodat beta-laktamas. Ökad resistens mot erytromycin, cefoxitin och
tetracyklin har också påvisats hos stammar isolerade i vissa länder.
50
Infektioner med gonokocker förefaller inte ge någon immunitet och upprepade infektioner är
vanliga. Detta kan bero på att gonokocker uppvisar en extrem variabilitet i sina ytanitgen,
både pili och yttre membranprotein. En annan bidragande orsak kan vara att infektionen i de
flesta fall är ytlig och relativt kortvarig, så att antigenstimulansen inte är tillräcklig för att
påvisbart antikroppssvar. Vid komplicerade fall med spridning av infektionen utvecklas
antikroppar, som kan påvisas serologiskt.
Gonorré är ett stort globalt hälsoproblem. Prevention är svår beroende på att det inte finns
några effektiva metoder att påvisa asymptomatiska fall, samt att ökande resistens av bakterien
mot penicillin medför många fall som inte svarar på penicillinbehandling.
Moraxella catarrhalis
Klassificerades tidigare som Neisseria, eftersom de är Gram-negativa diplokocker.
Taxonomiska studier har visat klara skillnader mellan Moraxella och Neisseria; dessutom har
det visat sig att M. catarrhalis har väsentligt större potential att förorsaka luftvägsinfektioner
än Neisseia. M. catarrhalis förekommer i luftvägarna; bärarfrekvensen i nasofarynx hos barn
kan vara upp till 40-50%, men är låg hos vuxna. it.
Patogenitet: B. catarrhalis förorsakar otitis media och sinuiter, speciellt hos barn. Det
förefaller som om infektioner med denna bakterie har ökat så att andelen otiter med B.
catarrhalis kan utgöra 23-30%. Den isoleras också ofta från patienter med långvarig hosta.
Pneumoni förorsakad av B. catarrhalis förekommer framförallt hos patienter med dåligt
immunförsvar och hos äldre personer med kronisk bronkit. Förekommer ibland vid
konjunktiv
Terapi: B. catarrhalis kan bilda β-laktamas och andelen β-laktamas-positiva isolat har ökat
från några procent till över 80% på 10 år. Detta medför att diagnostiken av luftvägspatogener
är viktig, då olika patogener skall behandlas med olika antibiotika.
Immunitet: Cirkulerande antikroppar bildas vid infektioner med B. catarrhalis men i vilken
utsträckning och hur länge de skyddar mot reinfektion är oklart.
CHLAMYDIA
Chlamydia är strikta intracellulära parasiter, dvs de kan endast föröka sig i eukaryota celler.
De är energi-parasiter och utnyttjar ATP som produceras av värdcellen. De kan odlas i
vanliga cellodlingar, såsom HeLa-celler, mus-fibroblaser m fl. Bakterien uppträder i två
former; dels en infektiös (extracellulär) form som ej tillväxer och delar sig, sk elementarpartiklar (EP), dels en intracellulär reproducerande form, retikulär-pariklar (RP). EP har en
rigid cellvägg, liknande den hos gram-negativa bakterier och cellväggen är toxisk. EP är alltså
den form som sprider sig mellan individerna, den infektiösa formen, medan RP inte klarar sig
extracellullärt och ej är infektiösa.
EP tas upp i cellerna genom fagocytos. Fagosomen sammansmälter inte med lysosomerna. EP
omvandlas i fagosomen till RP som delar sig. Efter ca 20 timmar börjar RP att kondenseras
till EP. Samtidigt börjar lysosomerna tömma sig, varpå fagosomerna med EP går sönder och
de infektiösa elementar-partiklarna frigörs. Eps toxicitet och frisättande av lysosomala
enzymer i vävnaden bidrar till patogeniteten och kan t ex förklara ödem och blödningar i
lungvävnad vid primär atypisk pneumoni orsakad av C. psittaci.
51
Chlamycia trachomatis
Förekomst: Människan tycks vara enda värd.
Typning: Två grupper kan urskiljas med hjälp av serotypning av ytantigen (grupperna A-L)
och deras olika sjukdomsbilder. LGV-gruppen ger upphov till den sexuellt överförda
sjukdomen lymfogranuloma venereum. EP från denna grupp har ytantigenet L 1-3. TRICgruppen innehåller serotyperna A-K. Serotyperna A, B, C ger upphov till trakom, en
infektion i konjuktivan. Serotyperna D tom K ger inklusionskonjunktivit samt genitala
infektioner (urethrit, epididymit, cervicit och salpingit).
Patogenitet: Intracellulär parasit. Dödas ej efter upptag i monocyter. Dödas dock av
polymorfonukleära granulocyter som är de viktigaste (vanligaste) i infektionshärden vid C.
trachomatis-infektioner. EP har toxisk aktivitet. LGV-gruppen är mer invasiv än övriga C.
trachomatis och sprider sig från det primära såret i genital-slemhinnan till regionala
lymfkörtlar som genomgår en varig smältning, framförallt i ljumsken.
Trachom är en konjunktivit som leder till vaskularisering och senare ärrbildning i cornea,
vilket kan resultera i partiell eller total blindhet. Tårflödet hindras, vilket underlättar
sekundärinfektioner med andra bakterier. 4-5% av alla invånare i vissa områden i Nord-Afrika
är blinda pga trachom.
Inklusionskonjunktivit drabbar framförallt spädbarn som smittas vid förlossningen av C.
trachomatis. Man ser ett akut insjuknande med kraftig infiltration av mononukleära celler i
konjuktivan (framförallt nedre ögonlocket) samt purulent exudat. Klamydiainfektion utgör
idag den vanligaste formen av ophthalmia neonatorum. En liknande infektion förekommer
hos vuxna och är då oftast en autoinfektion, men sjukdomen kan också spridas via t ex vatten
(swimming pool-konjunktivit). Neonatal smitta av bakterien kan också leda till pneumoni hos
spädbarnen.
Den idag vanligaste ”könssjukdomen” orsakas av TRIC-gruppens C. trachomatis. De
viktigaste symptomen hos män är varig urethrit, vilken påminner kliniskt om gonorré. Proktit
förekommer också. Hos kvinnan är infektionen oftast lokaliserad till cervix. Allvarliga
komplikationer utgörs av salpingit som kan resultera i sterilitet.
Diagnostik: Säkrast är att isolera bakterien genom odling i lämpliga celler som sedan färgas
för klamydia-inklusioner eller analyseras med FA-teknik. Ett antal metoder som innebär
immunologisk påvisning av antigenet ”bedside” framförallt för genitala klamydia har
utvecklats kommersiellt.
Terapi: Behandlas med tetracyklin, erythromycin eller sulfisoxazol under 2-3 veckor.
Reinfektion vanligt.
52