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