Microsoft PowerPoint - sr-SP-Latn_Mikrobiologija_predavanje_1 [Compatibility Mode]

Транскрипт

1 ИСТОРИЈСКИ ПРЕГЛЕД РАЗВОЈА МИКРОБИОЛОГИЈЕ Антони Ван Левенхук ( ) је микроскопом личне производње видио ситна жива бића (округле, штапиће и спиралне форме), која се не могу видјети голим оком. Доц.др. Драго Н. Недић Открића Луја Пастера ( ), допуњена експериментима Роберта Коха ( ), утицала су на стварање нове гране медицине - бактериологије, која је каснијим открићем вируса и паразита прерасла у микробиологију. Пастер је поставио и темеље имунологије. Веома су значајна Пастерова открића на заштити од бјеснила. Ефикасност своје вакцине против бјеснила доказао је први пут на дјечаку Жозефу Мајстеру, кога је угризао бијесан пас. Анегдота о открићу имунитета Пастеров сарадник, Шарл Шамберлан, требао је да зарази пилиће док је Пастер био на одмору. Умјесто тога, Шарл је и сам отишао на одмор. Луј Пастер (fr. Louis Pasteur; ) био је микробиолог и хемичар. - Експериментално је потврдио да су бактерије изазивачи бoлeсти. - Пронашао је методу за заштиту намирница познату као пастеризација. - Поставио је основе имунологије унапређењем метода вакцинације и проналаском вакцине против бјеснила. У наредној фази истраживања, Пастер је изучавао пилећу кoлeру. Срећним стицајем околности, сој бактерија којим је заразио пилиће био је ослабљен. Када је следећи пут покушао да их зарази, установио је да то није могуће. Инфицирање ослабљеним сојем бактерија учинило је да пилићи постану имуни на ово обољење. По повратку, заразио је пилиће старим бактеријским културама, они су се разбољели, али су касније неочекивано оздравили. Шамберлан је сматрао да је дошло до грешке, али је Пастер исправно поставио теорију да су преживјели пилићи постали имуни на бактерију чију су инфекцију пребољели. Током 1870-их, примијенио је своје методе имунизације на сточну бoлeст антракс. 1

2 Хајнрих Херман Роберт Кох (њем. Heinrich Hermann Robert Koch) ( ) је био љекар и микробиолог. Добитник је Нобелове награде за медицину и физиологију Уз Луја Пастера сматра се оснивачем бактериологије. Роберт Кох је са својим сарадницима: - разрадио прецизну технику култивисања бактерија, - усавршио микроскоп, - направио прве фотографије бактерија и - увео анилинске боје у бактериологију. - Открио је бацил антракса. - На теоријском плану, развио је Кохове постулате. Листер је на основу Пастерових открића: - разрадио методологију заштите операционог поља од загађења бактеријама и - поставио темеље асепсе и антисепсе. (До тог доба због компликација у постоперативном току умирало је од бактеријских инфекција и 80% оперисаних болесника). Едвард Џенер, је: извршио прву успјешну вакцинацију против великих богиња. Имунологија је релативно млада медицинска наука чије основе леже на открићима Беринга и Верникеа који су први примијенили серум против дифтерије. Од до је златно доба серологије, када су откривене нове могућности за постављање дијагнозе разних болести. Вријеме од до одликује се радовима Паула Ерлиха, који је увео појам рецептора. У исто вријеме Иља Мечников је изучавао проблеме имунологије, када је доказао да елементи бијеле лозе (леукоцити) могу да прождиру (фагоцитују) бактерије. Снажан развој имунологије у току последњих дјеценија указао је да имуни одговор није само последица инвазије микроорганизама, већ да може настати и као последица дјеловања других антигена - тумора, пресађеног ткива, као и сопствених промијењених ћелија. Година је значајна по томе што Паул Ерлих уводи у медицину лијечење хемијским средствима, па се он сматра оснивачем хемиотерапије. Крај године, отвара ново поглавље у историји медицине открићем сулфонамида. Александар Флеминг (engl. Alexander Fleming; ) је био британски микробиолог године је из гљиве Penicillium notatum изоловао први антибиотик, пеницилин. - Нобелову награду за медицину 1945.године подијелио је са енглеским биохемичарем Чејном и аустралијским љекаром Флоријем, који су његов изум први пут примијенили. 2

3 Изучавање вирусних болести и вируса у тијесној је вези са развојем електронске микроскопије и проналажењем нових могућности за њихово откривање и култивисање. Сазнање да постоје ситнија жива бића од бактерија потиче од Пастера, а везано је за откриће бактериолошких филтара године. Ивановски је први доказао постојање вируса код мозаичне болести дувана, односно микроорганизама који пролазе кроз бактериолошке филтре и могу да инфицирају друге биљке. Убрзо после тога откривен је први хумани вирус изазивач жуте грознице којег је открио Рид, године. Ендерс и сарадници су утврдили да вируси могу да се култивишу in vitro у ћелијама сисара. Почетком XX вијека Рикец је утврдио постојање нове врсте микроорганизама који су по њему добили име рикеције. Упоредо са развојем бактериологије у XIX и почетком XX вијека интензивно се развија и паразитологија - наука која се бави проучавањем морфолошких и биолошких особина паразита животињског и биљног свијета. МОРФОЛОГИЈА И ФИЗИОЛОГИЈА БАКТЕРИЈА Бактерије су: - једноћелијски организми, - микрометарских димензија (1µm = 10-6 m), - и поред релативно једноставне грађе способни су да обављају све функције неопходне за живот (исхрана, дисање, раст и размножавање). Бактерије су прокариоти (имају примитивно једро). По одређеним карактеристикама разликују се од биљних и животињских ћелија - еукариота (имају право једро). Прокариоти се карактеришу следећим особинама: асексуално се размножавају простом диобом (бинарна фисија); немају право једро и једарце, већ је нуклеусни еквивалент огољен (без једарне мембране) и расут по цитоплазми; имају мезосоме (дупликате цитоплазматске мембране), а недостају им Голџијев апарат, ендоплазматски ретикулум и митохондрије; имају молекуле хемијских једињења која су специфична само за бактеријску ћелију: пептидогликан (муреин), теикоинска и дипиколинска киселина. МОРФОЛОГИЈА БАКТЕРИЈСКЕ ЋЕЛИЈЕ - ПРОКАРИОТА Основне микроскопске - морфолошке карактеристике бактерија су: облик, величина, распоред - груписање, способност кретања и способност бојења. Ове особине су генетске карактеристике појединих бактеријских врста и значајне су за њихово препознавање (идентификацију). 3

4 Бактерије се на основу облика дијеле на четири морфолошке групе: 1. сферични облици - коке, 2. бацили, 3. спирални и 4. квадратни облици. 1. Сферични облици - коке (coccus - зрно) пречника су око 1 µm. Најчешће су лоптастог облика, ређе подсјећају на копље или на зрно кафе. Распоред кока у зависности је од генетски кодираног положаја септума у току диобе, као и од њихове способности да се издвоје (појединачне коке), односно да остану груписане по двије (парови - диплококе), четири (тетраде), осам (пакетићи - sarcinae), у низу (ланци) или да формирају групе кока које својим распоредом подсјећају на гроздове. 2. Цилиндрични облици - бацили (bacillus - штапић) - могу бити прави или лако савијени, - различите дужине (1-8 µm) и - пречника (0,5-1 µm). - Полови су им заобљени, заравњени, зашиљени или задебљали. Раван диобе се најчешће поставља попречно (трансверзално) и бацили се потом одвоје (појединачни распоред), остају удружени по два (диплобацили) или у низу (стрептобацили), а неки се ређају као летве у тараби (палисад). Поједини бацили се дијеле уздужно и уколико се по завршеној диоби потпуно не одвоје, њихово груписање подсјећа на клинасто писмо. 3. Спирални облици - опруге (Spirilium - опруга) -различите су дужине (5-20 µm) и -пречника (0,5-2 µm), -састоје се од мањег или већег броја увојака, обавијених око замишљене, уздужно постављене осе. Дијеле се трансверзално, а потом заузимају појединачни распоред. Веома су фине структуре, па се тешко микроскопски уочавају у освијетљеном видном пољу. Дијеле се на: -ригидне, непокретне спириле (Spirillium); -флексибилне, покретне спирохете (Spirocheta) и -прелазне облике вибрионе (Vibrio). Међу флексибилним спиралним облицима од посебног су значаја за медицину три рода који се морфолошки разликују по дужини, броју и распореду увојака, односно присуству органела кретања - аксијална влакна: - а) борелије (Borreliae) имају мањи број развучених увојака; - б) трепонеме (Treponemae) посједују већи број увојака и аксијална влакна, зашиљене су на половима, па подсјећају на вадичеп и - в) лептоспире (Leptospirae) имају велики број густо збијених увојака, савијене су на половима и подсјећају на ручку од пегле. 4. Квадратни облици подсјећају на коцке. Живе у изразито хипертоничној средини са високим концентрацијама соли (Мртво море), па их зато називају халофилне бактерије. Утврђено је да се омотачи халофилних бактерија по хемијском саставу битно разликују од ћелијског зида прокариота. За сада није доказано да су изазивачи инфекција код људи. Прелазни облици између кока и бацила називају се кокобацили, а између бацила и спирила вибриони, које карактерише облик сличан зарезу (кратки савијени покретни штапићи са монополарном флагелом). Инволутивни облици су бактерије измијењених морфолошких особина и способности бојења које настају под дејством различитих неподесних фактора у микросредини, односно старењем културе. 4

5 Микроскопска идентификација бактерија обавља се оптичким микроскопом (раздвојна моћ 0,2 µm; увећање x). Бактерије се микроскопирају у нативном или, чешће, у обојеном препарату. Нативан препарат служи за посматрање живих необојених бактерија код којих се уочавају облик, величина и активно кретање у видном пољу. Микроскопирање се обавља оптичким микроскопом на два начина: у освијетљеном или тамном видном пољу (најчешће се користи за посматрање покретних, спиралних облика бактерија). Обојени препарат се претходно фиксира (бактерије су убијене топлотом, алкохолом или неким другим средством) и служи за уочавање облика, величине, распореда и појединих структура унутар обојене бактеријске ћелије. У лабораторијској техници за бојење бактерија користи се једна боја (просто бојење) или двије и више боја (сложено бојење). Дански љекар Christian Gram. увео је давне године стандарну технику сложеног бојења У зависности од хемијског састава ћелијског зида (садржаја пептидогликана), способност бојења бактерија је различита кад се користе двије боје: генцијана виолет и карбол фуксин. Тако се бактерије обојене техником по Граму могу обојити љубичасто (грам-позитивне) или црвено (грам-негативне). Бактерије које немају ћелијски зид (микоплазме, L-облици) не могу се обојити јер не посједују састојке у ћелијском зиду који реагују на бактериолошке боје. Боје по поријеклу могу бити природне (кармин, индиго) и вјештачке - анилинске. Чешће се користе анилинске боје (карбол, фуксин, метиленско плаво и друге) за бојење по Граму, Цил-Нилсену (Ziehl-Neelsenu), Хаузеру (Hauser). Неке бактеријске врсте садрже у ћелијском зиду поред пептидогликана и воскове који отежавају продор боје у бактеријску ћелију. Због тога се бацил туберкулозе и други ацидо-алкохолно резистентни бацили боје специјалном техником уз загријавање: бојење по Цил-Нилсену. И бактеријске споре имају одређене састојке (у свом омотачу) који онемогућавају бојење по Граму, па се користе специјалне технике за ацидорезистентне облике (бојење по Хаузеру). Спирални облици бактерија са изразито фином структуром и флагеле бактерија не могу се обојити, па се за њихову микроскопску идентификацију користи техника импрегнације солима тешких метала, које доводе до бољег контраста наведених структура у видном пољу. Данас се често користи и техника имунофлуоресценције, у којој се као извор свјетлости користи ултравиолетна свјетлост. Електронска микроскопија (скенинг и трансмисиона) служи за испитивање ултраструктуре бактеријске ћелије коришћењем снопа електрона (раздвојна моћ 0,001 µm; увећање x). На електронској микрофотографији се уочавају ћелијске и ванћелијске структуре макромолекуле, њихов положај и међусобни односи, такозвана архитектура молекула. Јасно је да у тако малој запремини сваки молекул треба да буде у најоптималнијем положају и односу са осталим молекулима да би се успјешно обављали бројни биохемијски процеси неопходни за живот бактеријске ћелије. Прецизне микрохемијске анализе омогућавају да се до детаља проучи биохемизам различитих молекула: протеина, угљених хидрата, нуклеинских киселина и њихових деривата присутних у прокариотској ћелији. Захваљујући наведеним савременим методама молекуларне биологије, наша знања о структури бактеријске ћелије, њеном биохемизму и функцијама последњих дјеценија су се знатно измијенила и обогатила. 5

6 ГРАЂА БАКТЕРИЈСКЕ ЋЕЛИЈЕ Бактеријама су за живот неопходне следеће интрацелуларне структуре смјештене у полутечној - гранулираној цитоплазми: - једарни материјал (DNK и RNK), - рибозоми, - мезозоми и различита субмикроскопска зрнца (полисахариди, метафосфати, липиди, који представљају резерве енергетског потенцијала), - вакуоле и друге инклузије. Сви наведени састојци бактеријске ћелије обавијени су за живот неопходном цитоплазматском мембраном. Електронским микроскопом запажено је да ћелијске овојнице бактерија могу бити трослојне јер садрже цитоплазматску мембрану, ћелијски зид и капсулу (слузав омотач). Бактерије преживљавају без ћелијског зида и капсуле, док им је за живот неопходна селективно пропустљива цитоплазматска мембрана око које се налази периплазматски простор у коме су смјештени ензими потребни за обављање различитих метаболичких активности. Бактерија која је изгубила ћелијски зид и обавијена је само цитоплазматском мембраном има увијек лоптаст облик и изразито је осјетљива, преживљава само у хипертоничној средини. У зависности од количине муреина у ћелијском зиду од грампозитивних бактерија настају протопласти, а од грам-негативних сферопласти. Мада постоје незнатне разлике у изгледу протопласта и сферопласта, оба облика су изгубила способност размножавања. Једарни материјал (нуклеусни еквивалент) расут је по цитоплазми у виду двоструко упреденог спиралног ланца DNK (најчешће прстенастог облика), који је једним крајем везан за мезозом, у ком се вјероватно и синтетише. Од мезозома започиње процес диобе бактеријске ћелије. Поред двоструког ланца DNK који служи за добијање одређених генетских информација (бактеријски хромозом), постоје и издвојене есктрахромозомске јединице DNK, такозвани плазмиди, који се аутономно репликују. Транспозони (гени скакачи) су мале линеарне молекуле DNK, такозване инсерционе секвенце, које посједују препознатљиве маркере и способне су да се самостално крећу између плазмида и хромозомске DNK. У цитоплазами су присутне и молекуле RNK, које се, у зависности од функција које обављају у бактеријској ћелији, обиљежавају као: месенџер - m RNK (комплементарна је једном ланцу DNK и носи информације из DNK у цитоплазму), транспортна - t RNK (преноси аминокиселине које се укључују у синтезу протеина) и рибозомална - r RNK (представља дио рибозома који је задужен за синтезу протеина). Цитоплазматска мембрана је еластична, селективно пропустљива опна преко које се врши пасиван и активан транспорт молекула било да напуштају или улазе у бактеријску ћелију. Сложене је хемијске грађе, садржи протеине, липиде и ензиме. У цитоплазматској мембрани се синтетишу и омотачи бактеријске ћелије (ћелијски зид и капсула). 6

7 Ћелијски зид је ригидни омотач издвојен од цитоплазматске мембране периплазматским простором. Захваљујући ћелијском зиду бактерија је боље заштићена од различитих утицаја у спољашњој средини и добија карактеристичан облик (кока, бацил) који је генетски условљен. Неке бактеријске врсте немају ћелијски зид. Ова особина је генетски кодирана и ти облици се називају микоплазме (Mykoplasmae). Под утицајем антибиотика, лизозима и других фактора бактерија током живота може привријемено или стално да изгуби ћелијски зид, па тако настају L-облици (име су добили по Листеровом институту, гдје су први пут изоловани). L-облик је микроорганизам који се тешко култивише јер је без ћелијског зида, а истовремено губи све карактеристике које су везане за овај омотач: облик, способност бојења, размножавања простом диобом, отпорност на физичке и хемијске агенсе и антигенска својства. Код грам-позитивних бактерија у ћелијском зиду су, поред доминантног пептидогликана (50-90%), присутне и теикоинска киселина и молекуле протеина и полисахарида смјештене у муреински сакулус. Сви побројани састојци су добри антигени и носиоци вируленције. Код грам-негативних бактерија у ћелијском зиду пептидогликан је присутан у малој количини (5-10%), обавијен је вишеслојном спољашњом мембраном сложеног састава (липополисахариди, фосфолипиди и протеини - порини, који служе за активан транспорт молекула кроз ћелијски зид). Соматски О-антиген смјештен је у ћелијском зиду и представља ендотоксин. Поред наведених основних састојака, бактерије могу посједовати: капсулу, флагеле, фимбрије и спору. Капсула је јасно издвојен спољашњи омотач који обавија једну или више бактерија. Поједине бактеријске врсте умјесто капсуле имају слабије изражен слузави омотач који се често оптичким микроскопом и не види. Капсула је генетска карактеристика појединих бактеријских врста: пнеумокока, менингокока, бацила антракса и других. Разликује се по хемијском саставу од ћелијског зида а може бити полисахаридне и полипептидне природе. Инкапсулиране бактерије стварају свој слузави омотач под повољним животним условима - у организму домаћина, а губе га у неповољним условима - спољашња средина, неподесне хранљиве подлоге и друго. Капсула је носилац вируленције јер штити бактерију од ћелијских и хуморалних одбрамбених механизама у току инфекције. Капсуларни, К- антигени, служе за одређивање групне и типске припадности појединих бактеријских врста. Губитком капсуле бактерија може да постане авирулентна. Бичеви (flagellae) су органеле које бактерији служе за активно кретање. Бичеви су фини, једва видљиви протоплазматски продужеци састављени од протеина - флагелина, а полазе из базалних гранула смјештених непосредно испод цитоплазматске мембране. Код покретних бактерија они представљају флагеларне, Н-антигене. Покретне бактеријске врсте посједују већи или мањи број различито постављених флагела. Распоред флагела је генетски кодиран, а на основу њиховог броја и распореда бацили се дијеле на следеће групе: монотриха, лофотриха, амфитриха и перитриха. Непокретни бацили се називају атриха 7

8 Фимбрије - пиле, посједује већина бактерија. Смјештене су на површини бактеријске ћелије као цитоплазматски продужеци који су у односу на флагеле знатно краћи и бројнији. Пиле служе бактерији за адхезију (причвршћивање) на ћелије респираторног, урогениталног и дигестивног тракта домаћина. Ове ћелије посједују рецепторска мјеста која су строго специфична за одређене фимбрије. Пиле су значајан фактор вируленције јер омогућавају адхерирање бактерија, чиме се олакшава насељавање - колонизација домаћина. Доказано је да су пиле протеинске природе носиоци антигености бактеријске ћелије (фимбријални антигени) и да отежавају фагоцитозу. Код E.coli први пут је утврђено да се спајањем фимбрија може пренијети генетски материјал (плазмидска DNK) из ћелије даваоца (F+) у ћелију примаоца (F-). Овај процес размјене генетског материјала назива се конјугација и значајан је за преношење одређених особина (резистенције, токсичности и друго). DNK се преноси преко секс пила које имају централни канал кроз који се транспортује DNK. Споре представљају отпорне облике бактерија који се стварају у неповољним животним условима. Споре продукују спорогени бацили, док коке и бактерије спиралног облика ријетко спорулишу. Бактерије у облику спора могу да живе годинама у неподесним животним условима јер су им неке животне функције смањене (метаболизам, исхрана), док су раст и размножавање заустављени. Споре су резистентне на различите штетне факторе (повишена и снижена температура, сушење, зрачење, дезинфицијенси) захваљујући дипиколонској киселини, која у облику калцијум-дипиколината представља дио кортекса споре (5-10%). Зависно од генетских особина спорогене бактерије садрже споре које се разликују по величини и облику: а) пречник споре је већи од пречника бацила који се деформише и такви облици се називају клостридије, од латинске ријечи клострум (clostrum - вретено); б) пречник споре је исти или мањи од пречника бацила, па не долази до деформације и такви облици задржавају назив бацили. За микроскопско разликовање спорогених бацила значајна је и локализација споре, која може бити постављена: а) централно (бацил антракса); б) субтерминално (клостридије гасне гангрене); в) терминално (клостридије тетануса). Процес спорулације започиње у тренутку кад се спорогени бацил нађе у неповољним условима (анаеробне бактерије у средини са кисеоником). Тада се на једном мјесту у бацилу сакупљају DNK, RNK, дио цитоплазме (са осталим састојцима), дио цитоплазматске мембране и дио ћелијског зида. Потом се ови издвојени дијелови бактеријске ћелије обавију са неколико овојница и кутикулом, која даје чврстину спори (захваљујући редукованој количини воде и присуству калцијум-дипиколината и муреина). Потпуно формирана спора се ослобађа, а преостали дијелови бацила отпадају. Пошто спора садржи све неопходне виталне структуре, она ће, кад се поново нађе у повољним животним условима, да се преобрати у свој првобитни - вегетативни облик. Исклијавање (терминација) је исто толико сложен боилошки процес као и стварање споре (спорулација). Герминација започиње прскањем омотача споре под дејством индукујућих - ензимских фактора. ХЕМИЈСКИ САСТАВ БАКТЕРИЈА По хемијском саставу бактерије се врло мало разликују од других живих ћелија. Бактеријска ћелија се састоји од различитих елемената (азота, угљеника, кисеоника, водоника и др.). Најважнији састојак бактеријске ћелије је вода, која чини 70-80% укупне масе бактерије. У укупном сувом остатку (20-30%) садржаја ћелије бактерије налази се: 8-15% азота, 45-55% угљеника, 30% кисеоника и 6-8% водоника. 3-10% чине остали елементи: натријум, калијум, калцијум, фосфор, гвожђе, манган и др. Већина бактерија је негативно наелектрисана. 8

9 ХЕМИЈСКИ САСТАВ БАКТЕРИЈА Од органских једињења значајне су: - бјеланчевине (40-80%), - угљени хидрати (10-30%), - масти (1-30%) и - нуклеинске киселине: рибонуклеинска и дезоксирибонуклеинска - RNK и DNK (5-30%). Поред тога, у састав бактерија улазе различити пурини, полипептиди и аминокиселине. Минерални састав бактерија је различит и зависи од микросредине. Основни елементи неопходни за живот бактерија су натријум, калијум, фосфор, калцијум, магнезијум, гвожђе, бакар, сумпор и хлор. Фосфор, на примјер, улази у састав нуклеинских киселина, фосфолипида и кофермената, док је натријум важан за одржавање осмотског притиска бактеријске ћелије. ИСХРАНА БАКТЕРИЈА Да би један микроорганизам могао да расте и обавља физиолошке функције, мора да се храни. Значи, исхрана је основна физиолошка функција не само микроорганизама већ и сваког живог организма. Исхрана има два основна задатка: да обезбеди супстанце које су неопходне за изградњу и репродукцију и да обезбеди енергију за непосредну употребу. Ова основна два задатка тијесно су повезана и некада је тешко јасно повући границу између њих. На примјер, угљени хидрати се користе и у једном и у другом наведеном случају. Нема велике разлике у потреби за храном једне бактерије или вишег организма. Ако се упореде њихове тежине, видеће се да су односи слични. И за једне и за друге неопходни су угљеник, азот, фосфор, сумпор, водоник, кисеоник, магнезијум, калцијум и гвожђе. ИСХРАНА БАКТЕРИЈА Неорганске материје од изузетног су значаја за живот бактерија. Према улогама које имају дијеле се у двије групе елемената: каталитичке, који се уносе у виду различитих соли (натријум, калијум, магнезијум). Од метала су важни цинк, олово, алуминијум, титан, молибден, бакар и др. Они учествују у различитим физиолошким процесима и пластичне, који су значајни за синтезу протеина. То су: угљеник, кисеоник, водоник, азот, сумпор и фосфор. Угљеник је веома распрострањен у природи. Улази у састав сваке ћелије, па је неопходан елемент у исхрани свих живих бића. Према начину асимилације угљеника сви микроорганизми могу се подијелити на: а) аутотрофне (литотрофне), који могу да буду фототрофни и хемотрофни и б) хетеротрофне (органотрофне). Аутотрофи своје потребе за угљеником задовољавају тако што га добијају из једноставних неорганских једињења, стварајући сложенија органска једињења. Према начину коришћења енергије могу да буду: фототрофи, чији је извор енергије Сунчева свјетлост и за које се каже да су значајни у микробиологији земљишта и хемотрофи, чији су извор енергије најпростија хемијска једињења. Обично оксидацијом неорганских једињења добијају хемијску енергију. Особина микроорганизма да користи увијек одређене изворе угљеника може да се користи у дијагностичке сврхе (идентификација биохемијским тестовима). Хетеротрофним микроорганизмима припадају патогени облици, који као храну користе органске материје средине у којој се налазе (ткива, крв и др.). Паратрофи су микроорганизми (рикеције, хламидије, вируси) који енергију и градивни материјал користе из живих ћелија људи и животиња. На прелазу између аутотрофа и хетеротрофа налазе се миксотрофни микроорганизми. Неке бактерије су према једној врсти материја аутотрофи, а према другој хетеротрофи. На примјер, азотобактер користи азот из ваздуха синтетишући га у бјеланчевине, а као извор угљеника користи једино угљене хидрате. 9

10 КОРИШЋЕЊЕ МИНЕРАЛНИХ МАТЕРИЈА Врло велики значај у исхрани бактерија имају минералне материје. Фосфор улази у састав једарне супстанце и неопходан је за живот ћелије. Такође се налази и у аденозинмонофосфату (AMP), аденозиндифосфату (ADP) и аденозинтрифосфату (ATP), који чине микроенергетске везе. Извор фосфора су органска и неорганска једињења фосфора. Сумпор је важан састојак протеина протоплазме. Извор сумпора чине сулфиди, сулфати, амонијум-сулфат, а за неке бактерије разна органска једињења сумпора, као што су цистин и метионин. Гвожђе је неопходно у исхрани пошто улази у састав ензима и важно је у процесима дисања. Калијум је значајан за синтезу протеина и трансформацију угљених хидрата. Неке гљивице у присуству калијума боље расту. Натријум стимулише раст ћелија. Калцијум је свакако значајан као катализатор који убрзава неке хемијске реакције. Магнезијум је неопходан за живот јер учествује у синтези протеина, а важан је и као катализатор. Микроелементи су бор, молибден, цинк, кобалт, никл, бакар, јод, бром, манган, силицијум, алуминијум, жива и др. Значајни су пошто улазе у састав коензима. Фактори раста представљају сложена органска једињења која бактерије нису у стању да синтетишу, а која служе за обављање важних физиолошких функција. Ови фактори нису извор енергије и не служе директно за репродукцију. Најважнији фактори раста јесу: витамини из B-комплекса (B1 и B2), као и H-витамин. Налазе се у млијеку, мишићима и биљкама, одакле их бактерије користе. Даље су као фактори раста значајни X и V фактори, који се налазе у крви. Неке аминокиселине не могу да синтетишу грам-позитивне бактерије и зато се морају додавати подлогама. Најзад, пурини и пиримидини врло су значајни за раст грам-позитивних бактерија које из њих синетишу нуклеинске киселине. НАЧИНИ ИСХРАНЕ БАКТЕРИЈА Да би бактерија дошла до хране, она мора својим егзоензимима (ензими који се излучују у спољашњу средину) да разгради велике молекуле у мање честице, које тако могу да прођу кроз цитоплазматску мембрану. На примјер: дигестијом се протеини разграде у олигопептиде и слободне аминокиселине, а угљени хидрати у олигосахариде и моносахариде. Ови ензими су значајни јер разградњом протеина у организму човјека или животиње настају тешка оштећења. Овојнице бактеријске ћелије имају способност да регулишу улаз и излаз појединих материја из бактерије у спољашњу средину и обрнуто. Главну баријеру чини селективна цитоплазматска мембрана, у којој постоје два типа транспорта хранљивих материја у ћелију: активни и пасивни. НАЧИНИ ИСХРАНЕ БАКТЕРИЈА Да би бактерија дошла до хране, она мора својим егзоензимима (ензими који се излучују у спољашњу средину) да разгради велике молекуле у мање честице, које тако могу да прођу кроз цитоплазматску мембрану. На примјер: Пасиван транспорт је онај у коме учествују различите силе (термодинамичке, хидростатичке и хидрокинетичке) чији је крајњи резултат апсорпција, осмоза и дифузија како би се изједначиле концентрације различитих супстанција у спољашњој средини и унутрашњости бактерије. Активан транспорт има пресудан значај јер омогућава знатно већу концентрацију различитих једињења у бактеријској ћелији у односу на околину у којој се бактерије налазе. У том транспорту различитих материја најважнију улогу имају пермеазе, систем ензима који се налази у цитоплазматској мембрани. Има их више од 30 и свака пермеаза је специфична за одређене супстрате. Захваљујући постојању активног транспорта кроз цитоплазматску мембрану осмотски притисак у унутрашњости бактерије је пута већи од осмотског притиска околине у којој бактерија борави. 10

11 ЕНЗИМИ БАКТЕРИЈА И МЕТАБОЛИЗАМ БАКТЕРИЈСКЕ ЋЕЛИЈЕ Ензими су специфични протеини синтетисани од живе ћелије који регулишу брзину биохемијских реакција у живој и мртвој ћелији када су повољни услови. То су и катализатори хемијских реакција који омогућавају да се једна реакција одвија милион пута брже него у вјештачким условима. После прераде веће количине супстрата ензими излазе из реакције непромијењени. Вјерује се да свака ћелија има око ензима. Назив ензими потиче од грчких ријечи en - у и zyme - квасац. По својој природи они су протеини велике молекулске тежине који могу да реагују само са једним супстратом, пошто су апсолутно специфични. На ензимске реакције утичу многобројни фактори, као што су: -температура, -ph средине, -ултравиолетна свјетлост, и -концентрација ензима, односно супстрата. Дијеле се у шест група: оксидоредуктазе, трансферазе, хидролазе, лијазе, изомеразе и синтетазе. ЕНЗИМИ БАКТЕРИЈА И МЕТАБОЛИЗАМ БАКТЕРИЈСКЕ ЋЕЛИЈЕ Ензими се састоје из двије компоненте: апоензима, који је протеин, и коензима, који је различитог састава и врши ензимске реакције. Апоензим омогућава адсорпцију молекула на ензим. Апоензим и коензим чине холоензим. Ензими бактерија се не разликују од ензима човјека и осталих животиња. Неке бактерија стварају некомплетне ензиме, који, да би постали комплетни, морају се употпунити фактором који се назива кофактор. Кофактори су обично јони гвожђа, магнезијума или неких других метала или водоника. Материја на коју може да дјелује ензим назива се супстрат. ЕНЗИМИ БАКТЕРИЈА И МЕТАБОЛИЗАМ БАКТЕРИЈСКЕ ЋЕЛИЈЕ Бактерије имају многобројне ензиме, који одређују поједине бактеријске врсте, тако да се на основу скупа ензима могу подијелити на типове и разне варијетете. Зато се у бактериолошкој дијагностици користе различити супстрати појединих ензима како би се бактеријске врсте могле идентификовати. Као супстрати обично се користе различити угљени хидрати, уреа, нитрати и др. Бактерије имају двије врсте ензима: -конститутивни су они за чије лучење није потребан супстрат, већ су производи које независно од супстрата ствара жива ћелија и -индуцибилни ензими. То су ензими који настају у процесу еволуције живог свијета као последица прилагођавања бактерије на различите супстрате. Најбољи примјер су стафилококе, неки сојеви, које у присуству пеницилина продукују ензим пеницилиназу који има способност да разграђује бета-лактамски прстен. ЛОКАЛИЗАЦИЈА ЕНЗИМА У ЋЕЛИЈИ Ензими се налазе у протоплазми, ћелијском зиду, рибозомима и др. Неки ензими се излучују у спољашњу средину и називају се егзоензими. Они имају важну улогу у разградњи материја околине у којој се једна бактерија налази. Најчешће разлажу оне супстрате који су неопходни за исхрану: протеине, целулозу, липиде итд. Разграђене молекуле различитих супстрата на мање честице или растворљиве комплексе бактерија може да користи као храну. Разграђујући протеине ткива неки ензими доводе до оштећења ткива домаћина. Када хранљиве материје уђу у ћелију, на њих дјелује група ендоензима, који су важни у два процеса: синтези ћелијских састојака и стварању резервног материјала и ослобађању енергије из хранљивих састојака. 11

12 ЛОКАЛИЗАЦИЈА ЕНЗИМА У ЋЕЛИЈИ Метаболизам је скуп свих хемијских процеса који се одигравају у живој ћелији, при чему се добија енергија потребна за биосинтезу, раст и друге активности, као што је, на примјер, покретљивост. У процесима метаболизма најважнију улогу имају ензими. У свим метаболичким процесима одвијају се двије врсте реакција: а) анаболизам - реакције при којима се троши енергија и синтетишу нова једињења неопходна за живот и б) катаболизам - реакције при којима долази до разлагања материја и ослобађања енергије. Ова два процеса су тијесно повезана. У метаболизму постоје и двије врсте метаболичких процеса: а) оксидоредукције - реакције при којима се једна од реагујућих супстанци оксидише (прима кисеоник, губи водоник, губи електроне), а друга редукује (губи кисеоник, прима водоник, прима електроне) и б) биолошке оксидације које се према крајњем примаоцу водоника дијеле на неколико типова: аеробна респирација, или дисање чији је крајњи прималац водоника молекуларни кисеоник, и анаеробна респирација, у којој су крајњи примаоци водоника нитрати, сулфати, карбонати. Ферментација или врење је анаеробно дисање у коме су крајњи примаоци водоника нека органска једињења. ДИСАЊЕ БАКТЕРИЈА Дисање бактерија је метаболички процес стварања енергије у коме је неко органско или неорганско једињење давалац електрона. Аеробно дисање се одликује тиме да је крајњи прималац електрона молекуларни кисеоник из ваздуха који се редукује у воду. Следећа карактеристика аеробног дисања јесте да се у том процесу ослобађа велика количина енергије и обавља синтеза великог броја молекула аденозинтрифосфата (ATP). Процес ослобађања енергије започиње као ферментација. Када бактерија дође у додир са кисеоником, процес се наставља као аеробна респирација. ДИСАЊЕ БАКТЕРИЈА Енергија коју стварају жива бића назива се биоенергија. Егзоергеничка реакција је она при којој се ствара енергија. Реакција у којој се енергија троши назива се ендоергеничка. За спајање ове двије реакције служе једињења која су способна да преносе енергију. Најпознатије једињење фосфора које ту функцију у бактерији обавља јесте аденозинтрифосфат (ATP). То је коензим који функционише као носилац фосфата и енергије. Као што је познато, ензими не производе енергију, али могу да дјелују каталитички на стварање енергије када се налазе у цитоплазматској мембрани или периплазматском простору. Ензими који се налазе у матриксу цитоплазме биокатализују биосинтезу. Зато је потребно да постоји посредник који ће енергију ослобођену у цитоплазматској мембрани пренијети до матрикса цитоплазме. Тај посредник је ATP. У ATP енергија се сакупља и чува. Разградњом гликозе ослобађа се енергија која служи за синтезу ATP. Када дође до хидролитичке разградње ATP, он ослобађа око калорија и фосфорну киселину. Ослобађање ATP се дешава често за вријеме оксидоредукција којом приликом једна супстанца бива редукована а друга оксидисана. Оксидација је губитак електрона, док је редукција примање електрона. Биолошке оксидације су оксидоредукције које се дешавају у живим ћелијама. КОЕНЗИМИ Коензими су каталитички агенси које стварају живе ћелије и који су потребни за многе ензимске реакције. Разликују се од ензима по томе што су термостабилни, дијализују се и имају мању молекулску тежину. У процесима дисања значајни су следећи коензими: никотинамидадениндинуклеотид (NAD), назива се коензим I. Може да се наизмјенично оксидише и редукује, те дјелује као преносилац водоника. Налази се у свим живим ћелијама, а највише га има у квасцу; никотинамидадениндинуклеотид - фосфат (NADP), назива се и коензим II. Има фосфорни радикал више од NAD и врло је раширен у живим ћелијама; флавинмононуклеотид (FMN) значајан у метаболизму угљених хидрата и служи за преношење водоника са NAD или NADP на цитохроме. Исту улогу има и флавинадениндинуклеотид (FAD); кокарбоксилаза (тиаминпирофосфат), врло распрострањен у ћелијама; коензим А (CoA), преносилац ацетил - групе; коензим Q (убиквинон), члан велике фамилије хинонских коензима, од којих су Q 6 - Q 9 пронађени у микроорганизмима. Саставни су дијелови митохондрија; аденозиндифосфат (ADP) и аденозинтрифосфат (ATP), коензими који су преносиоци фосфата. 12

13 ЦИКЛУС ТРИКАРБОНСКЕ КИСЕЛИНЕ ИЛИ КРЕБСОВ ЦИКЛУС Аеробно дисање протиче у двије фазе, које се одвијају заједно доводећи до оксидације супстрата у CO 2 и H 2 O уз ослобађање енергије у виду ATP. У првој фази се угљени хидрати, масти и друга једињења без азота оксидишу до CO 2 сталним одузимањем парова водоникових атома. То је Кребсов циклус или циклус трикарбонске киселине. Друга фаза обухвата оксидацију водоникових атома кисеоника и стварање ATP. Овај циклус дјелује у митохондријама еукариота или мезозомима прокариота, који се зато врло често називају енергетским централама ћелије. ЕНЗИМИ РЕСПИРАТОРНОГ ЛАНЦА Најважнији ензими респираторног ланца јесу флавопротеини, хинони и цитохроми. Сви они се налазе у цитоплазматској мембрани и мезозомима бактерија. Флавопротеини су ензими који имају жуту простетичну групу насталу од витамина и рибофлавина и који могу да преносе водоник до молекуларног кисеоника, при чему настаје H 2 O 2, који је токсичан за ћелије. Аеробне бактерије имају ензим катализу који разграђује H 2 O 2 у воду и кисеоник. Хинони су непротеинске материје које имају ензимска својства и не налазе се у сваком респираторном ланцу. Цитохроми садрже један атом гвожђа, који овим ензимима даје оксидативне и редуктивне особине. дијеле се у три главне групе: цитохром а, цитохром в и цитохром с. Цитохром оксидаза реагује са кисеоником из ваздуха, а крајњи продукт је вода. ЕНЗИМИ РЕСПИРАТОРНОГ ЛАНЦА АНАЕРОБНО ДИСАЊЕ Анаеробно дисање је врло слично аеробном, само што се разликују компоненте респираторног ланца и што су крајњи примаоци водоника сулфати, карбонати и нитрати. Овај тип дисања се одвија без присуства кисеоника, па кисеоник не може да буде никада крајњи прималац. Према томе, преносилац електрона не може да буде цитохром-оксидаза, него је то други дио цитохрома. ФЕРМЕНТАЦИЈА Ферментација је ензимско разлагање органских једињења у коме органска једињења служе и као даваоци и као примаоци електрона. Једињења која су даваоци електрона јесу шећери, најчешће гликоза. Ферментације се могу одвијати само у одсуству кисеоника, па је то био разлог што је Пастер тврдио да је живот могућ и без кисеоника, али уз помоћ врења. ОДНОС БАКТЕРИЈА ПРЕМА МОЛЕКУЛАРНОМ КИСЕОНИКУ Постоји неколико типова бактерија у зависности од њиховог односа према кисеонику. Стриктни или облигаторни аероби су бактерије које енергију добијају аеробном респирацијом у којој је крајњи прималац водоника кисеоник, без кога оне не могу да живе. Стриктни анаероби су бактерије које не могу да живе у присуству кисеоника. Поред тога, анаеробне бактерије немају ензим катализу и нису у стању да разграђују H 2 O 2, који дјелује токсично на ћелије. Факултативни аероби или факултативни анаероби су бактерије које користе или кисеоник или га добијају из соли, као што су NaNO 3, Na 2 SO 4, или из карбоната. Имају ензиме за продукцију енергије како у присуству, тако и у одсуству кисеоника. Микроаерофилне бактерије су оне које могу да живе само у ограниченим концентрацијама кисеоника. У таквим условима повећава се концентрација CO 2 и до 10%. Овакве бактерије се називају капнеичне. Индиферентне бактеије су оне за чији метаболизам није потребан слободан кисеоник, али исто тако кисеоник их не спречава да живе. Такве су, на примјер, анаеробне бактерије. Сви ови односи су од великог значаја за гајење бактерија у лабораторијским условима. 13

14 БИОЛУМИНИСЦЕНЦИЈА Зона раста појединих бактерија: I Аерофили II Микроаерофили III Анаероби Биолуминисценција је емитовање свјетлости од стране живих бића. Среће се код бактерија код којих је дошло до одступања од основног респираторног ланца. Биолуминисценција се састоји у томе што отпуштање свјетлости представља резултат узајамног дјеловања флавомононуклеотида са луциферазом, кисеоником и алдехидом. У овом случају бактерије не добијају сву енергију пошто се један дио претвара у свијетлосну. ХРОМОГЕНЕЗА Неке бактерије стварају једињења која се називају пигменти. То је особина претежно аеробних бактерија, а спектар створених боја је различит. Каротеноиди су црвени, наранџасти или жути пигменти који су нерастворљиви у води. Исти пигмент се налази у жуманцету или шаргарепи. Антоцијанини су пигменти црвене или плаве боје који су растворљиви у води. Меланини су црни, смеђи, наранџасти или црвени пигменти. Трипирилметени су црвени пигменти. Феназини су црвенонаранџасти пигменти. Према способности бактерије да лучи пигменте или не, они могу да буду ендопигменти или егзопигменти. За испитивање способности стварања пигмената морају да се користе специјалне подлоге. Зна се да на боју пигмената утиче ph подлоге. Мало се зна о физиолошкој улози пигмената. Како се обојени облици виђају само у присуству кисеоника, сматра се да су пигменти важни фактори за дисање бактерија. ЗНАЧАЈ БАКТЕРИЈА У КРУЖЕЊУ ЕЛЕМЕНАТА У ПРИРОДИ Живот на Земљи не би могао да се замисли без бактерија и њиховог метаболизма. Из угљен-диоксида, нитрата, фосфата и других једињења и елемената који се налазе у атмосфери, води и земљи, помоћу Сунчеве енергије бактерије су у стању да синтетишу врло сложена једињења. Поједини продукти биосинтезе бактерија доспијевају у земљу, одатле у биљке и животиње, а затим и у човјека. После смрти разграђени продукти метаболизма људи, животиња и биљака поново доспијевају у земљу и атмосферу. Те продукте у земљи разграђују бактерије земљишта у угљене хидрате, аминокиселине, воду, сумпорводоник, угљен-диоксид и бројна једноставна једињења. На тај начин је завршено кружење тамо гдје је и започело, да би почело тамо гдје се завршило. Кружење азота -Као крајњи продукт разградње бјеланчевина настаје амонијак. Амонијак користе бактерије земљишта тако што га оксидишу у нитрите, а ове у нитрате. Тај процес се назива нитрификација. -Биљке користе азот најлакше из нитрата. У земљи живе бактерије које могу да везују азот из атмосфере и да тако обогаћују земљу азотом. Денитрифицирајуће бактерије могу да редукују нитрате у нитрите до молекуларног азота, који одлази у атмосферу. Азот из земље уграђује се у биљке које животињама служе као храна. Из лешева животиња органска једињења азота бактеријским ензимима разграђују се до амонијака. -На тај начин бактерије имају велику улогу у кружењу азота у живом и неживом свијету природе. 14

15 Кружење угљеника. - Дисањем живих бића и разградњом органских једињења ослобађа се CO 2 и тако ослобођен доспијева у атмосферу. Фотосинтетске и хемосинтетске бактерије синтетишу органска једињења угљеника која су потребна за изградњу саставних дијелова ћелија. Кружење сумпора. - Сапрофитске бактерије из земље разграђују многобројна органска једињења сумпора, у аеробним условима до сулфата, а у анаеробним условима до сумпор-водоника. Ова проста једињења сумпора користе фотосинтетске бактерије и зелене биљке за синтезу једињења која садрже сумпор. Кружење фосфора. - Биљке у природи могу да користе само растворљива једињења фосфора. Сложенија органска једињења са нерастворљивим фосфором разграђују бактерије земље у фосфате и друга једињења са растворљивим фосфором. На сличан начин у природи круже и други елементи тако што из воде, атмосфере или из земље, као неорганска једињења, доспијевају у биљке. У биљкама се из простих једињења синтетишу органска која доспијевају у животиње или људе а из њих директно поново долазе у земљу, воду или атмосферу. У свему томе бактерије имају најважнију улогу. РАСТ И РАЗМНОЖАВАЊЕ БАКТЕРИЈА Биолошки системи - живи организми, садрже ћелије које расту, дијеле се и на крају оспособљавају за обављање специфичних функција. Прокариота такође расту и дијеле се, али се ријетко диференцирају. Основна витална активност свих микроорганизама јесте раст и размножавање. Раст је процес при којем се синтетишу макромолекуле, што доводи до повећања масе (волумена и тежине). Бактерије прво удвоструче своју величину, што је предуслов да започне процес диобе. Репродукција је цикличан процес у коме се непрекидно смјењују двије виталне функције: раст и размножавање. Бактерије се размножавају у природној средини и у вјештачким - лабораторијским условима (на хранљивим подлогама). Уколико се диоба одиграва у оптималним условима репродукција тече невјероватном брзином јер се већина бактеријских врста подијели три до четири пута за вријеме једног сата. Број ћелија у току диобе расте геометријском прогресијом и тако настају, од једне ћелије, формације видљиве голим оком (колоније). Генерацијско вријеме је процес који обухвата развој једне бактеријске ћелије од тренутка њеног настанка, раста, па до момента кад се поново подијели (енгл. doubling time). Приказ експоненцијалног повећања броја ћелија у току репродукције бактерија ВРИЈЕМЕ ГЕНЕРАЦИЈЕ БРОЈ ЋЕЛИЈА n 2 n На подесним хранљивим подлогама израчунато је да је вријеме једне генерације за већину патогених бактерија 15 минута. Међутим, постоје бактерије (изазивачи туберкулозе) које се знатно спорије репродукују јер се тешко адаптирају на лабораторијске услове (15 до 20 сати). Бактерије се најчешће умножавају асексуално - простом диобом (бинарна фисија). Поред овог начина размножавања, бактерије се могу репродуковати и следећим процесима: пупљењем (бацил туберкулозе), гранањем (актиномицеси), фрагменатцијом (велика тела L-облика) и конјугацијом (спајањем сексуалних фимбрија). ФАКТОРИ КОЈИ УТИЧУ НА РАЗМНОЖАВАЊЕ БАКТЕРИЈА На раст и размножавање утичу: Унутрашњи фактори (генетска конституција микроорганизама и старост бактеријске културе) и спољашњи фактори - микросредина (услови in vivo на домаћину или in vitro). У лабораторијским условима динамика размножавања бактерија може се пратити in vitro ако се бактеријама обезбеде оптимални услови живљења најприближнији оним in vivo, на које је микроорганизам адаптиран у природној средини. Спољашњи фактори значајни за виталне функције бактерија (раст и размножавање) имају двојак утицај - користан или штетан. У лабораторијама циљ је да се бактеријама обезбеде оптимални услови раста имајући у виду њихове генетске карактеристике, на примјер: аеробне или анаеробне бактерије, мезофилне или психрофилне бактерије, као и потреба за одређеним факторима кој се обезбеђују in vitro. Примјери из наведене таблице показују ефекте бројних фактора који могу бити корисни фаворизујући или штетни за бактеријску ћелију. 15

16 Имајући у виду наведене податке, за раст и размножавање бактерија in vitro, неопходно је обезбедити следеће: хранљиве подлоге, које морају да садрже састојке као што су: вода, протеини, угљени хидрати, фактори раста (витамни, амниокиселине) и друго; рн средине слабо алкалан (око 7), који одговара већини патогених бактерија (изузетак је вибрио колере који захтева алкалнији рн, или бруцеле - киселији рн); оптималну температуру око 37 о С за мезофилне бактерије (најчешће патогене бактерије). У односу на оптималну температуру, бактерије се дијеле на четири групе: а) криофилне - размножавају се и на 0 о С; б) психрофилне - на нижим температурама од 20 о С; в) мезофилне - на 35 о - 37 о С и г) термофилне - на температурама вишим од 40 о С; одговарајућу влажност; изотоничну средину са одговарајућим рн; присуство кисеоника за стриктно аеробне бактерије; за стриктно анаеробне одсуство кисеоника; за микроаерофилне оптимална концентрација угљен-диоксида, док факултативно аеробне бактерије живе у средини са кисеоником и без њега. Ритам размножавања бактерија детаљно је проучен in vitro а промјене које настају у току диобе називају се заједничким именом цитоморфоза (промјене величине, структуре и виталних функција бактеријске ћелије). У току размножавања у течној подлози може се пратити неколико фаза, које се графички престављају у координатном систему. За размножавање (култивисање) бактерија in vitro користе се подлоге које садрже тачно одмјерене (по рецептури) састојке неопходне микроорганизму. Хранљиве подлоге садрже различита сложена хемијска једињења која су бактерији потребна за обављање основних животних функција - за исхрану, дисање, раст и размножавање. По поријеклу хранљиве подлоге се дијеле на природне (млијеко, јаја, жуч, асцитес и друго) и вјештачке (бујон, пептонска вода, хранљиви агар и друго). Подлоге по конзистенцији могу бити течне, полутечне и чврсте. Чврстину хранљивим подлогама даје агар који се добија из алге агар-агар (живи у топлим јужним морима), који на температури од 45 о С бујон преводи у чврсто стање. Међутим, већина патогених бактерија расте на обогаћеним основним хранљивим подлогама. За обогаћење подлога најчешће се користе глукоза као извор енергетског потенцијала, ткивне течности (крв, серум) као извор нативних бјеланчевина, фактори раста за бактерије «пробираче» (хемофилус, бацил туберкулозе и друге). Диференцијалне подлоге служе за разликовање лактоза позитивних од лактоза негативних цријевних бактерија. Најчешће се користи Ендо агар и SS агар, који је истовремено и селективна подлога јер се на њој омогућава раст само салмонелама и шигелама, тј. патогеним цријевним бактеријама. Биохемијске пологе служе за доказивање ензимске - биохемијске, активности бактерија. Бактерије засијане на одговрајуће хранљиве подлоге инкубирају се на оптималној температури, у термостату, и за 20 сати дају видљив раст - културу. Зависно од материјала који се засијава, израсла бактеријска култура добија одговарајуће називе: хемокултура - бактерије из крви болесника израсле на хранљивој подлози; пиокултура - бактерије из гноја; уринокултура - бактерије из мокраће; копрокултура - бактерије из фецеса (измет); биликултура - бактерије из жучи. 16

17 Културелне особине бактерија могу се посматрати на течним и чврстим хранљивим подлогама. Бујон може бити дифузно замућен, са талогом на дну епрувете, скрамом на површини, зрнцима на дну и уз зид епрувете. Изглед колонија на чврстој хранљивој подлози је значајан за идентификацију. Колоније могу бити крупне или ситне, прозрачне или замућене, обојене или необојене, слузаве или суве конзистенције, глатке или храпаве површине, равних или изрецканих ивица и друго. За идентификацију културе значајне су следеће карактеристике: -хемолиза на крвом агару, -мирис културе, -феномен аутолизе и друго. БАКТЕРИЈСКЕ ВАРИЈАЦИЈЕ Промјене - варијације, јављају се код свих живих организама па и код бактерија. У вези са варијацијама бактеријске ћелије развила се, последњих дјеценија, нова научна дисциплина - генетика бактерија. У оквиру једне бактеријске популације могу настати различите промјене: -морфолошке, -културалне, -физиолошке, -биохемијске, -антигенске, и -варијације у смислу повећења, слабљења или губљења вируленције (повећање вируленције назива се егзалтација, док је атенуација појам за смањење вируленције). Промјене осјетљивости бактерија на антибиотике и хемиотерапеутике такође спадају у варијације. Промјене у бактеријској ћелији могу бити: - пролазне - фенотипске варијације, и - сталне - генотипске варијације. Карактеристике фенотипских варијација/модификација (пролазне) су: а) настају под утицајем фактора средине у којој се бактерија налази, а могу бити и последица прилагођавања постојећим условима (адаптација); б) агенси који доводе до варијација могу бити физички (повишена температура), хемијски (фенол), биолошки (серуми, антибиотици) и други; в) промјеном су захваћене све јединке у оквиру бактеријске популације, г) настале промјене нису стабилне, не преносе се на потомство и д) после престанка дејства индукујућег агенса промјене се губе - реверзибилан процес. Карактеристике генотипских варијација/мутација (сталне) су: а) настају спонтано у оквиру бактеријске популације без обзира на услове средине; б) спонтаном мутацијом је захваћен мали број јединки из бактеријске популације. На примјер: учесталост јављања резистентних стафилокока у оквиру осјетљиве популације на пеницилин је само 1 x 10-7 ; в) настале промјене су стабилне и преносе се на потомство; г) DNK служи за преношење генетских информација на следеће генерације, а путеви преношења DNK су различити: бактериофагом - трансдукција, конјугацијом и друго; д) пошто су настале промјене стабилне, мутација је иреверзибилан процес. 17

18 Значајно је да DNK прелази из резистентног облика у осјетљив посредовањем бактериофага или конјугацијом и преноси информацију за продукцију ензима, нпр. пеницилин бета-лактамаза, које инактивишу антибиотике. Новонастала резистенција преноси се на потомство и тако осјетљив сој бактерија постаје резистентан. Поред спонтаних генотипских варијација, понекад настану и индуковане мутације које су изазване различитим мутагеним факторима. Најчешће су то физички и хемијски агенси, нпр. ултраљубичасти зраци, X зраци, гама зраци, Н 2 О 2, NaNO 2. Aдаптације бактерија су сврсисходне и за бактерије корисне промјене; чешће су модификације, а ређе мутације. УТИЦАЈ СПОЉАШЊИХ ЧИНИЛАЦА НА БАКТЕРИЈЕ Многобројни фактори спољашње средине различито утичу на микроорганизме, при чему долази до заустављања њиховог раста или смрти. Сви фактори спољашње средине могу да се подијеле у три групе: физички (температура, сушење, дјеловање јонизујућих зрака, филтрација, механичка сила, атмосферски притисак и др.); хемијски (реакција средине у којој микроорганизми бораве, дејство киселина, база и др.), биолошки (антагонизам, антибиотици и др.). АНТИСЕПСА И АСЕПСА Антисепса подразумијева употребу хемијских средстава која уништавају вегетативне форме патогених микроорганизама, док Асепса означава стање без присуства микроорганизама које је постигнуто употребом физичких агенса. Игњац Семелвајс, мађарски акушер из друге половине XX вијека, борећи се против смртоносних инфекција породиља, увео је коришћење карбола за прање руку и инструмената. Зато се сматра оцем антисепсе. Џозеф Листер, енглески хирург, пренио је Семелвајсова искуства у операционе сале и на тај начин смањио смртност од инфекција које настају у току или после оперативног захвата. До тога доба смртност у појединим болницама је била и до 80% оперисаних. Временом је антисептична хирургија прешла у асептичну, што подразумијева коришћење стерилних инструмената, завојног материјала и других предмета у току операције и после. Физичка и хемијска средства која убијају или спречавају размножавање микроорганизама једним именом се називају антимикробна средства, а зависно на коју врсту микроорганизама дјелују, називају се још и антибактеријска, антивирусна, антигљивична итд. СТЕРИЛИЗАЦИЈА Стерилизација је поступак којим се уништавају сви микроорганизми, њихови вегетативни облици и споре најчешће примјеном физичких средстава. Када се каже да је нешто стерилно, мисли се на неки предмет или средину у којима нема живих микроорганизама. Савремена хирургија не би постизала изванредне резултате да хируршки инструментни и завојни материјал нису стерилни. Производња неких животних намирница не може да се замисли без поступка којим се уништавају бактерије или смањује њихов број. Идентификовање микроорганизама не би могло да се обави ако посуде и подлоге не би биле стерилне. Стерилизација помоћу топлоте. - Топлота убија микроорганизме тако што доводи до коагулације протеина. Разне бактеријске врсте различито су осјетљиве на топлоту. Топлота од 47 о С убије Гонокок за неколико минута, док ентерокок може да преживи 30 минута на 60 о С. Бактеријске споре су отпорне на дјеловање топлоте. Могу у кључалој води да преживе неколико минута, док неке могу да остану живе и после 24 сата. Већина вегетативних облика бактерија угине за 30 минута на 60 о С. Старији дио бактеријске популације је отпорнији на дејство топлоте од млађег дијела. Ефекат топлоте у киселој средини је најбољи. 18

19 Сува топлота се примјењује на више начина: опаљивањем површина или отвора боца или епрувета отвореним пламеном. Овај начин стерилизације се најчешће употребљава у бактериолошким лабораторијама; спаљивањем или кремацијом стерилишу се лешеви лабораторијских животиња или људи, као и завојни материјал који је употребљаван; жарењем се стерилише омча или еза; Сув, врео ваздух се користи у сувом стерилизатору, апарату који се много примјењује у медицини и стоматологији. То је пећница са системом за терморегулацију којом се постиже жељена температура. Главни недостатак овог апарата јесте немогућност равномјерног загријавања свих унутрашњих дијелова, при чему остају «хладни џепови». Зато савремени суви стерилизатори имају вентилаторе који равномјерно распоређују врео ваздух како по дну, тако и по угловима сувог стерилизатора. Сматра се да је вријеме од 60 минута довољно да се изврши стерилизација на температури од 180 о С. Вријеме стерилисања се рачуна од момента када је постигнута жељена температура. После завршене стерилизације стерилизатор треба да се лагано охлади и када се сасвим охлади, тек тада се отвара. У противном може да дође до ломљења предмета од стакла. Топлота која зрачи. - Инфрацрвени зраци могу да се користе за стерилизацију стаклених бризгалица на температури од 180 о С у току 10 минута. Врућа вода (око о С) убија бактеријске споре много брже него сув врео ваздух исте температуре. Топла вода и водена пара могу да се примијене на више начина. Пастеризација је метод који се примјењује за смањење броја вегетативних облика бактерија у животним намирницама, најчешће млијеку. Овим поступком, који није стерилизација у правом смислу ријечи, убијају се бацили туберкулозе, пиогене коке, цријевне бактерије и др. Пастеризација може да буде - брза (70 о С за 20 секунди) или - спора (62,8 о С са 30 минута). Тиндализација служи за убијање како вегетативних, тако и спорогених облика бактерија, најчешће у биолошком материјалу и температуром од 57 о С. Овим поступком се стерилишу подлоге, серуми, ткивне течности и др. Тиндализација се састоји у томе да се материјал за стерилизацију подвргне дјеловању топлоте од 57 о С, при чему за 60 минута угину сви вегетативни облици бактерија. Затим се боца са течношћу која треба да се стерилише ставља на температуру од 37 о С преко ноћи, како би из спора исклијали вегетативни облици. Поновним стављањем на температуру од 57 о С доћи ће до смрти исклијалих вегетативних облика. Овај поступак се понавља три пута. Пара која струји користи се за стерилизацију завојног материјала у апарату који се назива Кохов лонац. То је суд чији је доњи дио испуњен водом изнад које се налази решетка. На њу се ставља материјал који треба да се стерилише. Испод суда или бурета налази се извор топлоте. У овом апарату вегетативни облици бактерија угину за 20 минута, а споре за 90 минута. У мирнодопским условима нема ширу примјену, али се може користити у условима импровизације. Кључала вода убија вегетативне облике за 5 минута, а већину спора за 20 минута. Додавањем води 2 %-тног раствора натријум-карбоната повећава се ефикасност стерилизације и спречава рђање металних инструмената. Пара под притиском је најефикасније физичко средство за стерилизацију и примјењује се у апарату који се назива аутоклав. Аутоклав је метални цилиндар различите величине саграђен од јаког материјала који може да издржи притисак од најмање 3,92 бара. Масиван поклопац и гумена заптивка у горњем дијелу омогућавају да се херметички затвори, што је услов за постизање жељеног притиска, а самим тим и температуре. Изнад нивоа воде која се налази на дну аутоклава поставља се решетка на коју се ставља материјал који треба да се стерилише. Сваки аутоклав мора да има сигурносни вентил који се отвара када притисак у унутрашњости аутоклава пређе допуштену границу. Пошто се добро затвори и укључе гријачи, пара која се ствара истискује сув ваздух све до момента када кроз излазни вентил почне да шишти пара. Затим се овај вентил затвори, а преко инструмената се контролишу притисак и температура. После завршене стерилизације аутоклав треба да се охлади и тек онда отвори. Уколико би дошло до ранијег отварања аутоклава, предмети под притиском и врела пара могли би да изазову тешке повреде. Када се аутоклав превише охлади, у унутрашњости настаје вакуум и аутоклав се не може отворити. У том случају га треба лагано загријавати и када се притисци изједначе, може се лако отворити. Данас постоје аутоклави са аутоматском регулацијом, чиме се искључују грешке у руковању. 19

20 У аутоклаву се стерилишу сви материјали и предмети које пара не оштећује: подлоге, вода, разни раствори, хируршке рукавице, тубуси, катетери, разни предмети од гуме и пластике, завојни материјал, мантили, капе, маске и друго. У бактериолошкој лабораторији аутоклавирају се бактеријске културе и загађене подлоге прије прања посуђа. Аутоклавирање се користи и у конзервирању животних намирница. ДРУГИ ФИЗИЧКИ АГЕНСИ КОЈИ СЕ КОРИСТЕ ЗА СТЕРИЛИЗАЦИЈУ Ултраљубичаста свјетлост таласне дужине од 200 до 300 µm има бактерицидан ефекат. Широку примјену има гермицидна лампа, која служи за смањење броја бактерија у лабораторијама, операционим салама, љекарским ординацијама, болесничким собама и сл. примјена ултраљубичасте свјетлости је ограничена због мале продорности ултравиолетних зрака и немогућности стерилисања површина које се налазе у сјенци, због слабе рефлексије. Ултраљубичаста свјетлост слабо дјелује на споре. При употреби ултравиолетних лампи морају се користити заштитне наочаре због могућности оштећења рожњаче. Такође је неопходно да се ултравиолетне лампе свакодневно бришу како би се уклонила прашина која може да апсорбује ултравиолетне зраке и тако смањи ефикасност лампе. Јонизујући зраци дјелују бактерицидно. Користе се X или гама зраци. Предност ових агенса је у томе што не оштећују неживе материје, на примјер пластичне масе, тканине, лијекове и намирнице. Користе се за стерилизацију воде. Гама зраци имају већу моћ продирања, до 50 cm. Дужина излагања материјала који се стерилише гама зрацима је од 2 до 3 дана. Ова зрачења дјелују тако што изазивају деструкцију DNK. Најширу примјену су нашла у стерилизацији предмета од пластичних маса за једнократну употребу. Ултразвук или суперсоничне вибрације разарају бактерије. Најснажније дјелују вибрације од више од 500 килоцикла у секунди. Дјелују тако што разарају бактеријске ензиме. Данас се настоји да се ултразвук искористи за стерилизацију млијека, вакцина и др. 20

21 Филтрација је метод помоћу кога се разне течности ослобађају бактерија и вируса, али не и уништавају. При филтрацији течности пролазе кроз филтре чије су поре таквих димензија кроз које не могу да прођу ни најмања жива бића, већ остају на филтру као на цједилу. Користе се мембрански филтри за ослобађање течности од вирусних честица. Течности могу да се потискују кроз филтре помоћу повећаног притиска или вакуума. Најширу примјену имају порцулански, азбестни и мембрански филтри. Филтрација је у суштини физичко - хемијски процес у коме важну улогу имају како пречник пора тако и наелектрисање честица од којих је филтар саграђен. Механичка сила разграђује бактерије а у ту сврху се употребљавају стаклене перле у боцама које се стављају у мућкалице. Атмосферски притисак, било низак или врло висок, микроорганизми добро подносе. Лиофилизација је поступак који се састоји од истовременог сушења и наглог смрзавања живих микроорганизама. Користи се за прављење живих лиофилизованих вакцина или за чување лабораторијских сојева разних микроорганизама. После завршене стерилизације потребно је очувати постигнуту стерилност. То се постиже завијањем материјала који се стерилише, обично у хартију, или употребом металних или стаклених посуда које се после обављене стерилизације чувају затворене у подесним просторијама или плакарима у којима су накнадне контаминације сведене на најмању меру. КОНТРОЛА СТЕРИЛИЗАЦИЈЕ Најсигурнији начин да се контролише исправност функционисања стерилизатора јесте стално праћење мјерних инструмената: манометара и термометара. Постоје и друге методе: Биолошка контрола обавља се помоћу бактеријских спора које се налазе у специјалним стакленим цевчицама смјештеним у стерилизатор. После обављене стерилизације цевчице се шаљу у лабораторије у којим се доказује да ли су споре за вријеме стерилизације уништене или не. Физичко- хемијска контрола се врши помоћу хемијских супстанција које имају одређену тачку топљења. Овакве хемикалије се стављају у епрувете које се отвором окрену према дну посуде у којој се налазе. Уколико се постигне жељена температура, растопљена супстанција ће да исцури из епрувете. ДЕЈСТВО ХЕМИЈСКИХ СРЕДСТАВА НА МИКРООРГАНИЗМЕ АНТИСЕПТИЦИ И ДЕЗИНФИЦИЈЕНСИ Примјена хемијских средстава је вишеструка. Она се користе за: уништавање микроорганизама у спољашњој средини; спречавање раста и размножавања бактерија на кожи и слузокожама; спречавање кварења животних намирница и биолошких препарата - конзерванси, и лијечење болести које су изазване микроорганизмима. Антисептици су супстанце које се примењују за уништавање вегетативних облика патогених бактерија у или на живом ткиву које их добро подноси. Дезинфицијенси се користе за дезинфекцију радних површина, санитарних чворова и др. Ове супстанце могу да дјелују бактериостатички, бактерицидно, спороцидно (уништавају споре), фунгистатично или фунгицидно и вирусно. Дезинфицијенси могу да се класификују на неколико начина: према хемијском саставу, начину дјеловања, спектру активности и терапијским индикацијама. 21

22 Дезинфицијенси и антисептици који се најчешће употребљавају групишу се према механизмима дјеловања: а) Дезинфицијенси који денатуришу протеине Киселине дјелују својим слободним Н-јонима, доста оштећују ткива, па се ријетко користе. Базе убијају бактерије ОН јонима. Широку примјену има каустична сода, која се примјењује за дезинфекцију штала, посуда, рубља, постељине и др. Користи се и креч као кречно млијеко. Алкохоли се употребљавају као 70%-тни раствор, и то етил-алкохола. Примјењује се за дезинфекцију руку као растварач који уклањањем масти омогућава бољи контакт између неког другог дезинфицијенса и коже. Дезинфицијенси и антисептици који се најчешће употребљавају групишу се према механизмима дјеловања: б) Дезинфицијенси који мијењају пропустљивост бактеријских овојница Детерџети мијењају пропустљивост бактеријских овојница и могу да буду катјонски и анјонски. Анјонски се најчешће употребљавају у домаћинствима, а од катјонских најефикаснији је зефиран, који се као 1%- тни реаствор користи за дезинфекцију руку хирурга. Феноли су најстарији дезинфицијенси који се као врло ефикасни и данас употребљавају у 1%-тном раствору. Вегетативне облике убија за 20 минута. Као 5%-тни раствор се употребљава за дезинфекцију гноја, фецеса и др. Крезоли се лако растварају у води. Најширу примјену има трикрезол као 1,15 %-тни раствор за конзервирање серума и вакцина. Лизол је мешавина крезола и сапуна и ефикаснији је од фенола. Употребљава се као 1-2%-тни раствор за дезинфекцију рубља, а као 5%- тни раствор за дезинфекцију пљуваоница. Креозол је мешавина крезила и гвајакола, а користи се за убијање бацила туберкулозе као 0,5%-тни раствор. Тимол је добар дезинфицијенс пријатног мириса и додаје се пастама за зубе. Хлорофени су јаки дезинфицијенси са токсичним дјеловањем и употребљавају се као дихлорофен, тертрахлорофен и хексахлорофен. в) Дезинфицијенси који реагују са реактивним групама ензима Соли тешких метала се употребљавају као растворљиве соли живе, сребра и бакра. Широку примјену има живин хлорид или сублимат који се користи само за дезинфекцију руку као 0,1%-тни раствор. Од соли сребра најчешће се користе таргезин и сребронитрат, као и протаргол за дезинфекцију ока и слузокоже гениталног тракта. Соли бакра се користе за уништавање шугавца и вашију, као и за уништавање алги у базенима за купање. Халогени елементи (хлор и јод). - У гасовитом стању хлор се употребљава за дезинфекцију воде. Велику примјену има и хлорни креч који садржи 30% калијум-хипохлорита. Користи се као хлорно млијеко: 1 дио хлорног креча и 4 дијела воде. Од органских једињења хлора капорит је најпознатије и служи за дезинфекцију испљувка. Раствор јода је најбољи кожни дезинфицијенс. Користи се као 7%-тни раствор јода у 96%-тном алкохолу. в) Дезинфицијенси који реагују са реактивним групама ензима Формалдехид је гас непријатног мириса који се употребљава као дезинфицијенс за уништавање вегетативних облика бактерија на прибору за јело, намјештају, подовима итд. Етилен-оксид се користи за дезинфекцију инструмената. Веома је запаљив. Боје уништавају како грам-негативне тако и грам-позитивне бактерије. Најширу примјену имају метиленско плаво, генцијана виолет и друге. Конзерванси су материје које се користе за чување животних намирница. Најбољи конзерванси су шећер и органске киселине, као што су сирћетна, салицилна, бензоична и друге. За конзервирање серума користе се фенол, формол, мертиолат и глицерол. 22

23 ХЕМИОТЕРАПЕУТИЦИ И АНТИБИОТИЦИ Лијечење инфекција имало је свој развојни ток, који се може подијелити у три етапе, приказане оним редоследом којим су лијекови откривани: а) екстракти биља - ипекакуана, кинин, б) синтетисана хемијска једињења - хемиотерапеутици, сулфониламиди; в) билошки продукти које синтетишу гљивице и бактерије - антибиотици. Данас се употребљавају лијекови из свих наведених група, мада се највише користе антибиотици јер одговарају неопходним критеријумима за употребу у лијечењу људи. Критеријуми су бројни: а) циљани ефекат - дјелују селективно на микроорганизам и не оштећују ткива домаћина; б) брзо се ресорбују, лако доспијевају до ткива и споро се излучују из организма; в) минималне концентрације лијека су довољне да доведу до бактериостатичког односто бактерицидниог ефекта. Још увијек није пронађен идеалан лијек који би задовољио све потребне критериијуме. Ерлих (Paul Ehrilich) први пут помиње, почетком овог вијека, појам «чаробно тане», тражећи лијек са селективно токсичним ефектом. Од лијекова који су се највише користили у лијечењу бактеријских инфекција у одређеном периоду, уведени су појмови хемиотерапијска, сулфонамидска и антибиотска ера. Хемиотерапијска ера започиње од открића (1915) арсеновог једињења - салварзна, који је Ерлих примијенио у лијечењу трипанозомијазе илуеса. Међутим, овај лијек, као и већина других хемиотерапијских средстава, дужом употребом даје токсичне ефекте, тако да су стално тражена нова хемијска једињења. Домак (Gerhard Domagk) проналази пронтозил - претеча сулфониламида. Тако је од открића пронтозила (1935) започела сулфонамидска ера у терапији. СУЛФОНАМИДИ Сулфониламиди су хемијска једињења која садрже заједничко језго - бензолов прстен, а њихови деривати добијају се заменом Н-јона у SO 2 NH 2 групи. До данас је синтетисано неколико стотина сулфонамидских препарата, а њихов механизам дејства заснован је на феномену биолошке компетиције (конкуренције). Доказано је да је молекул сулфониламида по хемијској структури веома сличан пара-аминобензоевој киселини (РАВА). За обављање метаболичких функција бактерији је неопходно да у свој ензимски систем угради пара-бензоеву киселину која јој служи за синтезу фолне киселине (неопходан састојак нуклеинских киселина). Уколико се у средини из које бактерија користи РАВА нађу довољне количине сулфонамида, у току лијечења болесника, тада бактерија грешком изврши замену и у свој ензимски систем угради сулфонамидско једињење, што доводи до инхибиције синтезе за живот неопходне нуклеинске киселине. Механизам биолошке конкуренције је показао да је бактериостатички ефекат сулфонамида најбоље изражен у логаритамској фази раста јер је у тој фази и метаболизам бактеријске ћелије најактивнији. Сулфонамиди су подијељени зависно од времена ресорпције у организму. Уколико припадају групи која се тешко ресорбује, користе се за лијечење цријевних инфекција, док они који се добро ресорбују могу бити: а) краткотрајног дјеловања (4 сата) б) средње дугог дјеловања (10 сати ) и в) дугог дјеловања (24 сата и дуже). Дозирање сулфонамида је различито и зависно од дужине дјеловања. Бактериостатички ефекат сулфонамида је ограничен на пиогене коке и неке грам-негативне бациле (шигеле, хемофилус); ако се примјењује смјеша сулфометаксазола и триметоприма (бактрим), тада је ова новонастала смеша много ефикаснија. Бактрим има бактерицидан ефекат и широк спектар дејства због чега се често користи. Такође се могу употребљавати комбинације сулфонамида и атибиотика (најчешће стрептомицина), које су врло ефикасне за бактерије резистентне на појединачне сулфонамидске препарате. 23

24 АНТИБИОТИЦИ Антибиотици су добили име по еколошком појму антибиоза, који је први описао Луј Пастер (Louis Pasteur) године. Антибиотици су биолошки метаболички продукти са бактериостатичким ефектом, а у већим концентрацијама дјелују бактерицидно. Антибиотска ера лијечења бактеријских инфекција почела је за вријеме Другог свјетског рата, када су Чејн и Флори (Shain, Florey) успјели да добију веће количине пречишћене активне супстанце из плијесни пеницилијум нотатум (Penicillium notatum), који је Александар Флеминг (Alexander Fleming) 12 година раније случајно открио у контаминираној (загађеној) култури стафилокока. Материја коју је открио Флеминг названа је пеницилин (први откривени антибиотик). Од Флемингова открића до данас пронађено је више хиљада антибиотика. Антибиотици се по поријеклу могу подијелити у три групе: а) продукти гљивица - пеницилин, стрептомицин, цефалоспорин и други; б) продукти бактерија - бацитрацин, полимиксин и други; в) полусинтетски и синтетски продукти - полусинтетски пеницилини, рифампицин, хлорамфеникол, еритромицин и други. Од открића пеницилина године, број новооткривених антибиотика расте из године у годину. И поред великог броја откривених и произведених антибиотика, врло мали број се користи за терапијске и профилактичке сврхе (20-30). Због тога и даље непрекидно постоји потреба за проналажењем нових и ефикаснијих антибиотика. Јер, бактерије, с једне стране, веома брзо постају резистентне на новопримијењене, а с друге стране, велики број антибиотика је веома токсичан за поједина ткива домаћина. Поред антибиотика, често се у савременој терапији користе, појединачно или у комбинацији са њима, хемиотерапеутици: сулфонамиди, триметоприм, налидиксинска киселина, нитрофурантион, изониазид, парааминосалицилна киселина (PAS ) и други. Механизам дејства већине антибиотика и хемиотерапеутика за бактеријску ћелију је познат. На основу тога је извршена њихова подјела на шест група: 1. инхибитори синтезе ћелијског зида - пептидогликана (пеницилини, цефалоспорини, бацитрацин, ванкомицин); 2. инхибитори функције цитоплазматске мембране (полиени, полимиксин, имидазол); 3. инхибитори синтезе протеина - рибозоми (амиогликозиди, тетрациклини, хлорамфеникол, еритромицин, линкоцин, клиндамицин, фуцидинска киселина); 4. инхибитори синтезе нуклеинских киселина (рифампицин, налидиксинска киселина); 5. инхибитори ћелијских метаболита (сулфонамиди, триметоприм, пара-аминосалицилна киселина, сулфони, етамбутол, изониазид, нитрофурантоин) и 6. инхибитори непознатог механизма дјеловања (метронидазол). Подјела антибиотика извршена је и на основу њихове ефикасности према једној или више врста микроорганизама: Антибиотици широког спектра су они лијекови који дјелују на грампозитивне, грам-негативне бактерије и прелазне облике - рикеције и хламидије. Антибиотици ужег - селективног спектра су ефикаснији само за одређене групе бактерија (грам- позитивне или грам-негативне). Подјела антибиотика заснована је на њиховој хемијској грађи па су ови лијекови разврстани у одређене групе: -бета-лактамска једињења, -макролиди, -тетрациклини, -аминогликозиди, -полипептиди, -полиени и други. Ефекат антибиотика на бактеријску ћелију се обиљежава у зависности од њиховог дејства in vitro. Бактерије могу бити: - осјетљиве - сензитивне (S), пошто на њих дјелује антибиотик; - отпорне - резистентне (R) јер на њих антибиотик који би се користио за лијечење не дјелује, и - смањене осјетљивости - интермедијарне (I), па су за њих потребне веће дозе антибиотика од уобичајених. 24

25 Резистенција на антибиотике настала у оквиру бактеријске популације може бити: -примарна (генетски кодирана) и -секундарна (стечене током живота, најчешће адаптацијом на услове микросредине). Поједине бактерије имају изванредну моћ адаптације; могу да живе у присуству неких антибиотика. Најбољи примјер за то је бацил туберкулозе, који је постао стрептомицин - зависан, јер је адаптирао свој метаболички систем да функционише само у присуству овог лијека. То значи да је стрептомицин за њега постао неопходан фактор раста. Имајући у виду чињеницу да све бактерије нису подједнако осјетљиве на антибиотике, као и да се антибиотици често користе нерационално и у великим количинама (болничка средина), данас има све више антибиотикорезистентних бактерија. У почетку антибиотске ере, кад је први пут примијењен пеницилин, утврђено је да је у нашој средини било свега око 6 % стафилокока резистентних на пеницилин (то су примарно резистентни мутанти настали спонтано у оквиру осјетљиве популације). Данас се у болничкој средини налази око 70-90% резистентних стафилокока и сматра се да су оне постале отпорне на пеницилин адаптацијом на постојеће услове (широка примјена антибиотика у хоспиталној средини). Овај вид секундарне резистенције настаје: а) селекцијом резистентних мутаната у оквиру бактеријске популације или б) преношењем плазмидске (екстрахромозомске) DNK такозваних фактора резистенције (R), који се преносе трансдукцијом (бактериофагом) или конјугацијом преко секс фимбрија. Процес конјугације обавља се преко «цитоплазматских мостова» створених између R + (резистентних) и R - (осјетљивих) ћелија. Због великог броја резистентних бактерија присутних у различитим клиничким узорцима који се достављају лабораторији на преглед, неопходно је увијек кад се изолују патогене бактерије да се испита њихова осјетљивост in vitro на антибиотике и хемиотерапеутике. ИСПИТИВАЊЕ ОСЈЕТЉИВОСТИ БАКТЕРИЈА НА ХЕМИОТЕРАПЕУТСКА СРЕДСТВА Метод испитивања осјетљивости бактерија на хемиотерапеутике in vitro уведен је педесетих година, и назива се антибиограм. Испитивање осјетљивости узрочника бактеријских инфекција изводи се у лабораторији на два начина: а) дифузионом методом на чврстој хранљивој подлози и б) дилуционом методом на чврстим и течним хранљивим подлогама. Последњих година користи се и аутоматизовани метод испитивања осјетљивости (обрада резултата компјутером). Дифузиона метода антибиограма заснива се на принципу да је омогућено продирање и ширење антибиотика у хранилиште (градијент концентрације), па је тако бактерија у непосредном контакту са лијеком чије се дејство испитује. Ова метода се изводи са дисковима (кружно исечени филтар-папирићи одређеног пречника) или таблетама које садрже познате концентрације антибиотика чији се ефекат испитује. На равномјерно засијану хранљиву подлогу лепе се дискови на одређеној оптималној раздаљини и после двадесетчасовне инкубације на 37 о С читају се резултати. Зона инхибиције је кружни простор око диска у коме бактерија осјетљива на антибиотике не расте, пошто је размножавање инхибирано присутним лијеком. Мерењем пречника зоне инхибиције одређује се степен осјетљивости бактерија на антибиотике. У лабораторијама је неопходно стандардизовати поступке извођења антибиограма јер се само на овај начин добијају реални налази осјетљивости. 25

26 Дилуциона метода антибиограма је квалитативно-квантитативан поступак којим се може истовремено испитати осјетљивост бактерија и одредити најмања количина антибиотика која спречава њихово размножавање, то је тзв. минимална инхибиторна концентрација (MIK). За дилуциони антибиограм користи се серија епрувета са опадајућим двоструким разблажењима антибиотика у бујону, који се засијава оптималним бројем бактерија. После инкубација на 37 о С следећег дана се очитава MIK антибиотика, а то је епрувета са највећим разблажењем антимикробног средства које је спријечило размножавање бактерија (бујон је остао бистар). Вриједност MIK антибиотика је значајан показатељ за одређивање оптималних терапијских доза које треба постићи у току лијечења. Још прецизнији резултати добијају се уколико се врши пресијававање бујона из свих епрувета које садрже веће концентрације антибиотика од MIK (бистар бујон) на чврсте хранљиве подлоге без антибиотика. После инкубације следећег дана се добијају вриједности минималних бактерицидних концентрација (МВК), тј. одређује се најмања количина антибиотика која је уништила присутне бактерије, па зато и нема пораста на засијаним агар-плочама. МБК антибиотика су начешће 2-4 пута веће од добијених вредности MIK. Нежељене последице антибиотикотерапије - Антибиотици су лијекови који су од досад откривених терапијских средстава дали најбоље резултате у лијечењу бактеријских инфекција. Међутим, у одређеним ситуацијама и они могу да изазову нежељене ефекте. Тако: а) дужа употреба неких антибиотика изазива штетне појаве у организму лијечене особе - стрептомицин оштећује слушни живац, хлорамфеникол изазива промјене у костној сржи, сулфонамиди оштећују бубрежно ткиво; б) антибиотици широког спектра дејства у току лијечења могу изазвати поремећаје равнотеже - дизбиозе физиолошке микрофлоре и појаве опортунистичких инфекција; в) доказано је тератогено (тератос - наказа) дејство неких антибиотика на плод уколико мајка у прва три месеца трудноће узима лијек; г) последњих годоина је утврђено да поједини антибиотици имају и канцерогени (carcinom - рак) ефекат; д) поједини антибиотици из групе пеницилина доводе код преосјетљивих особа до анафилаксије која се манифестује уртикаријом, а у појединим случајевима може довести до смрти обољелог због анафилактичког - пеницилинског шока. Набројане компликације које се могу јавити код људи који користе антибиотике указују на неопходну опрезност приликом њиховог коришћења. Опортунистичке инфекције најчешће су последица нерационалне антибиотикотерапије, а изазване су условно патогеним бактеријама и гљивицама (опортунисти) које насељавају (колонизују) кожу и слузокоже домаћина. Рационална антибиотикотерапија подразумијева давање антибиотика у оптималним терапијским дозама и у оптималном временском периоду. Концентрација антибиотика у крви треба да буде 4-5 пута већа од познатих вредности MIK (добијених дилуционом методом антибиограма) да би се постигло излијечење - ерадикација етиолошког агенса. Антибиотици се могу давати и у профилактичне (заштитне) сврхе. Тако се код обољелих од реуматске грознице, туберкулозе, при хируршким интервенцијама, код имунолошких оштећења и при трансплантацији ткива и органа антибиотици дају у циљу заштите - антибиотикопрофилаксије. 26

27 РАСПРОСТРАЊЕНОСТ МИКРООРГАНИЗАМА У ПРИРОДИ Микроорганизми су широко распрострањени у природи која нас окружује. Налазе се у земљи, води, ваздуху, прехрамбеним производима, разним предметим, у организму човјека и животиња, отпацима, ђубриштима и др. Сложене односе микроорганизама са средином у којој живе изучава посебна биолошка наука - екологија. Захваљујући изванредним способностима прилагођавања микроорганизми могу да живе тамо гдје других облика живота нема, на примјер у нафти. Од великог броја микроорганизама само мали број њих је способан да изазове болест, и то су они који су се прилагодили одређеним условима. Погрешно је зато мислити да су микроорганизми важни само као узрочници разних обољења. Велики број бактерија је неопходан за живот других живих бића. Када би оне нестале, даљи живот на Земљи би био немогућ. Врло важну улогу имају бактерије које живе у земљи јер су способне да разграђују органске материје које преводе у минерале. Минерале користе биљке без којих не би било живота на Земљи. Неке бактерије имају важну улогу у пречишћавању вода, индустријским врењима, производњи животних намирница и друго. Најважнија боравишта микроорганизама су земља, вода и ваздух Земља је највећи резервоар микроорганизама од којих су неки важни за хуману медицину. Из земље они прелазе у воду или ваздух. У једном граму земље може да се нађе и више од једне милијарде микроорганизама, што зависи од врсте земље, њене влажности, температуре, рн и хранљивих материја у њој. Распрострањеност бактерија у земљи није равномјерна. На површини (1-2 mm) има мало бактерија због дјеловања сунчеве свјетлости. Највише бактерија живи на дубини од cm, гдје се одвијају снажни метаболички процеси. Идући у дубину број бактерија се смањује. У земљи живе различите врсте бактерија: трулежне, нитрифицирајуће, азотофиксирајуће итд. У земљи се налазе аеробне и анаеробне бактерије у вегетативном облику или спорама. Затим, у земљи се налазе разне гљивице, вируси, јаја хелимината и др. Помоћу ових микроорганизама омогућено је кружење елемената у природи - угљеника, азота, фосфора и др. Микроорганизми такође учествују у измени структуре и хемијског састава земљишта. Многобројне гљивице су произвођачи антибиотика. Патогене бактерије и други микроорганизми доспијевају у земљу преко фецеса, урина и других излучевина људи и животиња. Класификују се у три групе: I група: земља је стално мјесто боравка - актиномицете, проузроковачи микоза, клостридијум ботулинум; II група: спорогени облици гдје је земља резервоар у коме микроорганизми могу дуже вријеме да бораве - бацил антракса, клостридијум тетани и други, који могу неколико дјеценија да преживе у земљи; III група: патогене бактерије и вируси који у земљу доспијевају најчешће преко фецеса или урина и који могу у земљи да бораве неколико часова до неколико недеља. Епидемиолошки, земља је извор загађења свих повреда (убод, посјекотина и др.) које су загађене земљом у којој се налазе микроорганизми или споре патогених бактерија. Земља је такође и извор гљивичних и паразитарних обољења (јаја хелмината). Налаз E.colli и Streptococcus faecalis у земљи је од изузетног значаја у санитарној бактериологији - индикатори или показатељи фекалног загађења. Вода је природно мјесто боравка многих микроорганизама. Врсте и количина бактерија у води зависе од врсте микроорганизама који се налазе у земљи. Микроорганизми воде су значајни у процесима кружења елемената у природи. Уколико се у води налази више органских материја, утолико у њој има више бактерија. Нарочито много микроорганизама има у близини већих насеља, сточних газдинстава и фекалних депонија. У водама мора и океана живе микроорганизми који су се прилагодили животу у присуству већих концентрација соли и на ниским температурама. Вода има велики епидемиолошки значај за настанак различитих епидемија - хидричне епидемије. При процјени ваљаност воде значајан је укупан број бактерија, њихова врста, а нарочито налаз патогених микроорганизама. Уколико се у води нађу индикатори фекалног загађења, таква вода је неупотребљива за пиће. 27

28 Ваздух је средина у којој се налази велики број микроорганизама, али ваздух није природна средина за размножавање микроорганизама. Микроорганизми се путем ваздуха могу пренијети на велике раздаљине. За разлику од земље и воде, средина у којим се микроорганизми могу размножавати, у ваздуху микроорганизми могу да проведу само краће вријеме, а затим угину, најчешће због дјеловања Сунчеве свјетлости, сасушивања, промјена температуре, недостатка хранљивих материја и др. У ваздуху могу дуго да остану споре гљива и бактерија, сарцине и друге бактерије које продукују пигменте. Број микроорганизама у ваздуху варира и зависи од терена, метеоролошких услова, раздаљине од површине земље итд. Највише микроорганизама има у ваздуху изнад великих градова, а најмање у шумама и на планинама. У зимском периоду ваздух садржи мање бактерија него у топлим месецима. Морски ваздух садржи мање бактерија него ваздух у континенталном дјелу. Епидемиолошки су значајне затворене просторије у којима бораве људи: учионице, касарне, биоскопске сале и др. Ваздух лагано издахнут из плућа је стерилан. Патогени микроорганизми у ваздух доспијевају од болесних људи и клицоноша, али и са предмета из околине људи - одјећа, обућа итд. Споре многих микроорганизама разносе се путем ваздуха, обично вјетром. Најзначајније су капљице које болесник или клицоноша избацује из система за дисање, које се називају Флигеове капљице (Flügge) јер изазивају капљичне инфекције. Приликом кашљања, кијања или говора човјек избацује у спољашњу средину велики број честица назофарингеалног секрета. Ако човјек само једном кине, тада избаци у спољашњу средину од до честица. Ове честице могу да потичу из дубљих дијелова система за дисање. Величине су од 10 µm до 2 mm, а избацују се на дањину од 50 до 100 cm. НОРМАЛНА - ФИЗИОЛОШКА ФЛОРА ЧОВЈЕКА Отпадне воде су врло богате микроорганизмима, међу којима се налазе и узрочници заразних болести, као што су салмонеле, цисте ентамебе хистолитике, јаја хелмината, и отпорни вируси, као што су полиовируси, вирус инфективног хепатитиса, коксаки вируси и други. Често се у отпадним водама срећу условно патогене бактерије и микобактерије, међу којима је свакако најзначајнији бацил туберкулозе. Отпадне воде садрже велики број сапрофитних бактерија које су значајне у порцесима труљења и фермантације разних органских материја. Ове бактерије су значајне и у процесима биолошког пречишћавања отпадних вода. На биљкама могу да живе бактерије, гљивице и вируси изазивачи заразних болести биљака. На њима могу да се нађу и патогени микроорганизми, као што су бактерије и јаја паразита. На биљке најчешће доспијевају из земље, воде или ваздуха. На површини људског тела и у шупљинама које су повезане са спољашњом средином налази се велики број различитих микроорганизама. Већина од њих су: - апатогене бактерије - коменсали, и - условно патогене бактерије - опортунисти (који на мјестима гдје нормално бораве, колонизујући приридне отворе, представљају физиолошку микрофлору). Физиолошка микрофлора може бити: -резидуална (стална) или -транзиторна (пролазна). Резидулана бактеријска флора варира у појединим дијеловима људског организма, јер зависи од низа еколошких и других фактора микросредине. Утврђено је, на основу детаљних истраживања, да резидуална микрофлора има око бактерија. Транзиторна микрофлора колонизује одређене органе и ткива у налетима и релативно брзо бива елиминисана јер јој то није природно боравиште. 28

29 НОРМАЛНА - ФИЗИОЛОШКА ФЛОРА ЧОВЈЕКА Повремено у одређена ткива и органе доспијева и патогена бактеријска флора, која, или због смањене вируленције, или због повећане отпорности домаћина, не изазива патолошке промјене. Условно патогене бактерије могу да изазову опотурнистичке инфекције ако промјене мјесто нормалног боравка и колонизују неки други орган или ткиво, или ако им се повећа вируленција. Опортунистичке инфекција настају чешће код особа са ослабљеним механизмима одбране: обољели од AIDS-а - синдром стечене имунолошке дефицијенције, малигних обољења, хроничних болести и друго. Кожа - На кожи, нарочито на њеним откривеним дијеловима, у фоликулима длака, у изводним каналима знојних и лојних жлезда, као и на прелазима слузокоже у кожу (природни отвори), налазе се различите врсте сапрофитских грам-позитивних кока и бацила: стафилококе, дифтероиди, антракоиди и други, а у пазушним јамама и око полних органа опортунисти - ацидорезистентни бацили и гљивице. Слузокожа горњих дисајних путева - Слузокожу носа најчешће колонизују дифтероиди и стафилококе. Међутим, поред нормалне бактеријске флоре, у ову регију врло често удисањем доспијевају и разне друге бактерије из спољашње средине - транзиторна микрофлора. Слузокожа ждријела колонизована је најчешће алфа-хемолитичким стрептококом, стафилококом, најсеријама и друго. Дигестивни систем - На слузокожи усне дупље нормалну бактеријску флору сачињавају: алфа-хемолитичке стрептококе, стафилококе, лактобацили, спириле и други. На деснима, између зуба и криптама крајника често се налазе и анаеробне бактерије (фузиформни бацили, пептококе и пептострептококе). Слузокожа цријева човјека насељена је бактеријама, али постоје разлике како у броју, тако и у врстама присутних микроорганизама. У желудац бактерије доспијевају храном, водом и пљувачком, али се ту не задржавају јер им не погодује кисела реакција желудачног сока. Изузетак од овог правила су ацидорезистентни бацили. У горњим дијеловима танког цријева присутан је незнатан број бактерија, који се постепено увећава, да би у дебелом цријеву и ректуму достигао огромне размере (у једном граму цријевног садржаја има бактерија, међу којима доминира анаеробна флора (Bacteroides). Доказано је да се дневно, столицом, из организма одраслих излучује 128 x микроорганизама, што је 1/3 укупне тежине фецеса. Бактеријска флора мијења се током живота, зависно од узраста и начина исхране људи. Код одраслих особа нормалну цријевну флору сачињавају анаеробне грам-негативне цријевне бактерије које су и најбројније. Од аеробних цријевних бактерија најзаступљенија је E. colli, а затим слиједе остале условно патогене ентеробактерије, ентерококе, лактобацили, стафилококе и друге. Дигестивни систем Физиолошка микрофлора цријева је са домаћином најчешће у коменсалском или симбиотском односу. Познато је да E. colli синтетише витамине из В-комплекса (који су неопходни људском организму) у количинама које задовољавају свакодневне потребе; такође својим метаболизмом ствара у дебелом цријеву киселу реакцију која не погодује патогеним цријевним бактеријама - изазивачима тифуса, дизентерије и колере. 29

30 Урогенитални систем - Слизокожа урогениталног система само је на спољним отворима насељена апатогеним бактеријама, док је уретра мушкараца и жена стерилна. Лактобацили, нарочито Дедерлајнов (Döderlein), насељавају слузокожу вагине и својим метаболизмом одржавају кисео рн, који заштићује локалну вагиналну регију од колонизације патогених бактерија. Сви остали дијелови тијела који долазе у директан контакт са спољашњом средином штите од колонизације патогеним бактеријама различити неспецифични механизми одбране. Тако, на примјер, коњуктиву ока штите сузе, у којима се налази лизозим. Крв, ликвор и друга ткива мезидермалног и ендодремалног поријекла код здравих људи примарно су стерилни. Током порођаја и доласка на свијет започиње колонизација коже и слузокожа новорођенчета различитим микроорганизмима који су ту доспјели кроз порођајне путеве и касније из спољашње средине. Микрофлору новорођенчета представљају транзиторни и резидуални микроорганизми - коменсали, који живе у динамичкој и хармоничној равнотежи са домаћином, у такозваној еубиози. Уколико се овај однос микроорганизама поремети (дизбиоза), може доћи до нежељених последица, тј. до болести. Веома је важно, у болничкој средини, спријечити насељавање коже и слузокоже респираторног, дигестивног и урогениталног система новорођенчета резистентним болничким сојевима. У том циљу данас се у великим болничким центрима дјеца одмах по рођењу смијештају у изоловане просторије (кохорте), у којима се одговарајућим мјерама заштите (антисепса и асепса) првог дана живота онемогућава контакт новорођенчета са болничким сојевима. Следећих дана, кад је колонизација новорођенчета апатогеним бактеријама окончана, оно се смијешта у просторије за старију новорођенчад (друга кохорта). Дигестивни систем новорођенчета је стерилан, да би га неколико часова после рођења постепено населиле цријевне бактерије: ентерококе, млијечне стрептококе, анаеробне спорогене бактерије, лактобацили, E. colli и други условно патогени микроорганизми, чији се однос мијења зависно од начина исхране (мајчино млијеко или вјештачко храњење). ОДНОСИ ИЗМЕЂУ МИКРООРГАНИЗАМА У природи постоје сложени односи између живих бића, који се своде на борбу за опстанак. Бактеријске популације су изузетно ријетко изоловане једне од других и оне се удружују или једне на друге различито утичу. Међусобни однос двију бактеријских популација, на примјер А и В, може да буде различит: Раст бактеријске популације В има позитиван ефекат на раст популације А. Примјер: популација В ствара продукт који стимулише раст популације А - феномен сателитизма у коме стафилокок лучи метаболит који појачава ефекте V фактора раста из крви, а овај стимулише раст хемофилуса инфлуенце. Присуство бактеријске популације В може негативно да утиче на раст популације А. Примјер: популација В лучи супстанцију која дјелује токсично на популацију А. E. colli лучи бактериоцине који убијају друге бактерије. Ефекат метаболита В је неутралан на популацију А. ОСНОВНИ ОБЛИЦИ УДРУЖИВАЊА МИКРООРГАНИЗАМА Неутрализам - То је однос између бактеријских популација у коме не постоји никакав међусобни утицај, што је мало вјероватно. Свакако да се последице оваквог односа не могу утврдити расположивим средствима посматрања. Мутуализам или синергизам - То је асоцијација у којој оба жива бића која живе заједно имају користи. Најбољи примјер за то јесте Плаут- Винцентова ангина, тешко заразно обољење усне дупље које је изазвано фузиформним бактеријама и борелијама који живе заједно. Појединачно ове бактерије нису у стању да изазову обољење. Мутуализам утиче и на ток болести. Тако је клиничка слика дифтерије тежа уколико је бацил дифтерије удружен са пиогеним стрептококом. Коменсализам - То је најчешћи облик удруживања између двије различите бактерије од којих једна има користи, а друга нема ни штете, ни користи. Најбољи примјер су аеробне бактерије, које трошећи кисеоник за своју метаболичку активност стварају услове за размножавање анаеробних бактерија. 30

31 ОСНОВНИ ОБЛИЦИ УДРУЖИВАЊА МИКРООРГАНИЗАМА Антагонизам или аменсализам - То је појава када је раст једне бактеријске популације заустављен присуством друге која се нормално размножава. Примјер: кисела реакција слузокоже вагине, настала због присуства Дедерлајнових лактобацила, спречава насењавање патогених бактерија. Многе гљиве и неке бактерије имају способност да продукују супстанце које дјелују бактерицидно или бактериостатички на другу бактеријску врсту. Овај вид аменсализма назива се антибиоза. Компетенција или конкуренција представља суров облик удруживања или заједничког живота који се одвија у борби за храну, простор итд. Овај вид асоцијације је одиграо велику улогу у еволуцији живог свијета. Лакше преживљава онај микроорганизам који се брже прилагођава новонасталим условима, најчешће измијењеним условима спољашње средине. Разбојништво или предаторство је однос два жива бића у коме веће прождире мање. Познато је да ентамеба хистолитика «једе» E. colli из дијела нормалне бактеријске флоре цријева човјека. ОСНОВНИ ОБЛИЦИ УДРУЖИВАЊА МИКРООРГАНИЗАМА Инквинилизам је биолошка асоцијација. У овом односу један члан не може да живи без другог и за њега је просторно везан. Инквилини не оштећују свога носиоца и он на њих не реагује. Ако услед присуства инквилина дође до поремећаја физиолошких процеса у носиоцу, инквинилизам прелази у паразитизам. Паразитизам - То је асоцијација у којој мање и неразвијеније живо биће живи на рачун већег, организованијег, наносећи му штете. Живот једног паразита зависи од проналажење подесне средине у којој може да живи. Када продре у домаћина, судбина једног паразита може да буде следећа: паразит може да угине; паразит може да остане у домаћину а да не изазива патолошке промјене; паразит може после продирања да се размножава и да изазива патолошке промјене, тј. болест и паразит може да доведе до смрти домаћина. ОСНОВНИ ОБЛИЦИ УДРУЖИВАЊА МИКРООРГАНИЗАМА Идеалан паразит врло дуго живи у свом домаћину, јер смрћу домаћина умире и паразит. То је особина неусавршених паразита. Патогени микроорганизми могу своме домаћину да нанесу велике штете које настају као последица присуства паразита, његове исхране и метаболизма. Неки паразити излучују токсичне супстанце које оштећују ткива домаћина. Поред патогених, постоје и условно патогене бактерије или опортунисти. Промјеном природног мјеста боравка и када ослабе одбрамбене снаге домаћина, ове бактерије «подивљају», изазивајући разне инфекције. E. colli је нормални становник дебелог цријева људи. Када доспе у уринарни систем, изазива инфекцију. Ектопаразити паразитирају на спољашњим површинама домаћина. То су ваши, стафилококе и друге бактерије. Ендопаразити паразитирају у тјелесним шипљинама, ткивима или ћелијама домаћина. Најчешће су то бактерије и вируси. ИНФЕКЦИЈА И ОТПОРНОСТ ПАТОГЕНОСТ И ВИРУЛЕНЦИЈА Патогеност је генетска особина микроорганизама да изазову болест. Нпр. бацил дифтерије може да изазове само дифтерију, бацил туберкулозе само туберкулозу итд. Микроорганизми могу да буду патогени само за човјека - као што је узрочник сифилиса или гонореје. Неки организми су патогени само за животиње, док су поједини патогени како за људе, тако и за животиње. Вируленција представља степен патогености који може да се мијења. Смањење вирулентности назива се атенуација, при чему један микрооганизам губи способност да изазове обољење, али задржава остала физиолошка својства која могу да буду значајна у имуном одговору домаћина. Насупрот атенуацији, егзалтација вирулентности означава повећање вирулентности. Губитком вирулентности поједини микроорганизми постају авирулентни и могу да се користе за вакцинацију животиња и људи. 31

32 ИНФЕКЦИЈА И ОТПОРНОСТ ПАТОГЕНОСТ И ВИРУЛЕНЦИЈА Поред патогености, врло важна особина микроорганизама јесте специфичност, која се састоји у томе да после продора у организам домаћина једна врста микроорганизама изазива одређено патолошко стање. Веома је важна и органотропност, то јест способност неког микроорганизма да изазове оштећења појединих ткива или органа. Тако вибриони колере, салмонеле и шигеле, као и неке друге бактерије, оштећују слузокожу цријева. Патогена својства микроорганизама у тијесној су вези са њиховом способношћу да доведу до оштећења ткива или ћелија домаћина различитим ензимима, продуктима метаболизма, токсинима. Способност једног микроорганизма да продре у домаћина назива се инвазивност и везана је за дјеловање разних ензима који могу да оштете ткива и тако продру у дубље слојеве ткива. Инвазивност једног микроорганизма чини скуп различитих фактора који омогућавају или ширење микроорганизма у домаћину или супротстављање процесу фагоцитозе. Овоме треба придодати и ефекте који настају у организму домаћина дјеловањем бактеријских токсина. ФАКТОРИ КОЈИ ОМОГУЋАВАЈУ ШИРЕЊЕ МИКРООРГАНИЗАМА У МАКРООРГАНИЗМУ Хијалуронидаза или фактор продорности је ензим који продукују многе патогене бактерије. Дјелује тако што разграђује хијалуронску киселину, која чини цементну масу везивног ткива. Под дјеловањем хијалуронидазе ткива се растресу и на тај начин се бактеријама омогућава продирање у дубље слојеве ткива. Најснажнији произвођачи хијалуронидазе су неке пиогене коке и узрочници гасне гангрене. Киназе продукују многе бактерије. Имају способност да растварају коагулуме фибрина или да спријече коагулацију крвне плазме. Најбољи произвођачи киназа су стафилококе и стрептококе. Када дође до продора бактерија у ткива, као одбрамбени механизам домаћина стварају се коагулуми у малим крвним судовима који чине препреку за даљи продор. Бактерије које стварају киназе врло лако разоре ову баријеру. Колагеназе су ензими који разграђују колаген мишића. Ако се изолују у чистом стању, користе се у медицини за уклањање ожиљака. ФАКТОРИ КОЈИ СПРЕЧАВАЈУ ФАГОЦИТОЗУ Капсула бактерија представља најзначајнији антифагоцитни фактор. Ћелијске површинске структуре, као што је М-протеин стрептокока, имају способност да дјелују антифагоцитно тако што инактивишу опсонине, који су неопходни за процес фагоцитозе. Коагулаза је ензим који продукују неке бактерије. Овај ензим убрзава коагулацију крвне плазме. Створени фибрин се таложи на површину бактеријске ћелије, при чему настаје овојница која бактерију штити од фагоцитозе. Леукотоксини су супстанце које луче бактерије и које дјелују токсично на леукоците, па се тако смањује број фагоцита. Неки микроорганизми немају наведене механизме којима би се штитили од фагоцитозе, али су се прилагодили да после фагоцитозе настављају да се дијеле у фагоциту. Примјер за то је бацил туберкулозе, или узрочник гонореје. БАКТЕРИЈСКИ ТОКСИНИ Токсини бактерија су отровне материје које у организму човјека или животиње изазивају оштећења поједних ткива. У природи многа жива бића стварају токсине: у животиња - змије отровнице, шкорпиони, неке врсте паукова; у биљака - рицин, аконитин и др.; гљивица - афла-токсин; бактерија - бацил дифтерије, клостридијум тетани, клостридијум ботулинум, стрептококе, стафилококе, вибриоколере и др. Бактеријски токсини могу да буду излучени у спољашњу средину и онда се називају егзотоксини. Ендотоксини су материје које бактерије не луче у спољашњу средину, већ се штетни ефекти испољавају после смрти бактеријске ћелије. Токсини бактерија су материје протеинске природе које дјелују као ензими или антиметаболити. Када се егзотоксини подвргну дејству температуре и формалина, после одређеног времена изгубе токсичност, а сачувају антигеност. Новонастала супстанција назива се токсоид и користи се за вакцинацију људи и животиња. Продукција токсина једне бактеријске врсте може да буде условљена генетским феноменима трансдукције, а такође је од значаја и пренос способности лучења токсина преко плазмида или транспозона. Врло често DNK бактериофага уграђена у хромозомски материјал бактерије даје ново својство - способност лучења токсина. Таква бактерија је лизогена и у себи носи профаг - потенцијални летални ген. 32

33 ИДЕНТИФИКАЦИЈА Начин испитивања материјала у микробиолошкој лабораторији зависи од поријекла и природе узорка (гној, урин, крв, столица, ликвор и др.). Значајни су правилно узимање, слање и обрада узорка, при чему се користе различити поступци са циљем да се на вријеме докаже - идентификује, узрочник болести (етиолошки агенс). Да би идентификација била успјешна, неопходна је добра сарадња медицинског особља (које треба да организује исправно узимање узорка од пацијента, брз транспорт и неопходну документацију која се доставља лабораторији - пропратни, спроводни лист) и микробиолога (који ће уобичајеним поступцима да обради узорке у циљу што бржег изоловања узрочника болести, а по потреби и испитивања њихове осјетљивости in vitro на антибиотике). Неопходно је бактериолошки налаз и резултате антибиограма што прије доставити ординирајућем љекару како би он на вријеме започео лијечење обољелог најефикаснијим антимикробним средством. Од микробиолога се тражи да што прије пошаље такозвани претходни (прелиминарни) налаз, који се може добити за неколико сати уколико је лабораторија опремљена савременом технологијом, односно уколико користи брзе дијагностичке поступке. Идентификација Још увијек се у великом броју лабораторија користе класичне методе идентификације, које се изводе поступно - сукцесивно, уходаним редоследом испитивања микроскопских својстава (нативан и обојен препарат); изгледа културе (на чврстој и течној подлози); физиолошкобиохемијских особина антигенске структуре и вируленције. У зависности од изоловане врсте бактерија, понекад је довољно да се за идентификацију користи само микроскопирање (гонокок у директном препарату из уретралног секрета); знатно чешће се користе два и више поступака идентификације, што је и разлог да вријеме издавања бактериолошких налаза варира од једног до три дана. Идентификација За прецизну идентификацију предуслов је да се испитивање обавља са чистом бактеријском културом која посједује одређене карактеристике значајне за препознавање и класификацију етиолошког агенса; као што су: 1. морфолошка својства у директном микроскопском препарату или препарату из културе (облик, распоред, способност бојења по Граму); 2. културелне особине - изглед колонија (облик, величина, површина, ивице, конзистенција, обојеност, мирис и др.) и карактеристичан раст у бујону (талог, замућеност, зрнца, скрама); 3. физиолошко - биохемијске карактеристике: а) способност раста на различитим хранљивим подлогама, при различитим температурама и рн; у присуству, односно одсусутву кисеоника или при повећаним концентрацијама угљен-диоксида, б) покретљивост у течним или получврстим подлогама, в) стварање пигмента и зоне хемолизе на крвном агару и г) доказивање редуктивних особина бактерија, Идентификација д) доказивање присуства ензима који разлагањем угљених хидрата у подлози стварају киселу реакцију (А - ацидује) и/или гас (G); разградњом аминокиселина, желатина, хидролизом урее и др., што се уз помоћ индикатора у подлози показује промјеном боје - шарени (биохемијски) низ; 4. антигенска грађа (доказивање групних и типских антигена присутних у ћелијском зиду, капсули, флагелама и фимбријама), која се утврђује серолошким тестовима помоћу специфичних серума која садрже позната антитијела - серотипизација, и 5. вируленција (доказивање токсина, ензима и других фактора вируленције инокулацијом бактерија и њихових егзопродуката у осјетљиву лабораторијску животињу - биолошки оглед). 33

34 ЕПИДЕМИОЛОГИЈА Инфекција (infectio - зараза) или инфективни процес подразумијева сложен биолошки процес који се развија између микроорганизма и домаћина. Инфективне или заразне болести су раширене по цијелом свијету и до данас је познато да их има више од Изазивачи заразних болести могу да буду бактерије, рикеције, хламидије, вируси, гљивице и паразити. Инфективни процес, при чему долази до нарушавања здравља домаћина може да буде у облику болести са јасном клиничком сликом или у виду лаких и атипичних облика. Инфективни процес може да прође и без видљивих клиничких знакова болести. То су прикривене инфекције. Некада и после уласка микроорганизама у организам домаћина не долази до појаве болсти, већ настаје стање које се назива клицоноштво. Зато неки аутори под појмом инфекција подразумијевају стање у коме је дошло до имуног одговора без обзира на промјене које настају под утицајем микроорганизама. Епидемиологија Да би настала инфекција, потребно је да буде испуњено пет услова, који чине пет карика Вограликовог ланца: 1. извор инфекције, 2. путеви ширења, 3. улазна мјеста, 4. диспозиција и 5. вируленција микроорганизма ВИРУЛЕНЦИЈА МИКРООРГАНИЗАМА 5 ОТПОРНОСТ ДОМАЋИНА 4 ИЗВОР ИНФЕКЦИЈЕ 1 ПУТЕВИ 2 ШИРЕЊА 3 УЛАЗНА ВРАТА ВОГРАЛИКОВ ЛАНАЦ Епидемиологија 1) Извор инфекције су најчешће болестан човјек или болесна животиња. Микроорганизми се у спољашњу средину излучују преко разних излучевина. Код цријевних болести узрочници се налазе у фецесу, код капљичних инфекција инфективна је слуз из дисајних путева. Извор заразе може да буде оболело лице у инкубационом периоду, акутни или хронични клицоноша. 2) Путеви ширења инфекције могу да буду различити: а) додиром: - директно (полне болести, бјеснило и др.). - индиректно преко заражених предмета, рубља, играчака итд; б) преко животних намирница (месо, млијеко, поврће и др.) - тифус, паратифус, дизентерија и зоонозе - бруцелоза, туберкулоза, шап и др.; в) водом се шире хидричне епидемије - тифус, колера и др,; г) ваздух. Опасност од инфекција које се шире ваздухом већа је за оне који се налазе у затвореним просторијама него за оне који су на отвореном простору; Њемачки хигијеничар Flügge је доказао да се говором, кијањем или кашљањем избацују честице слузи које као аеросол краће или дуже вријеме лебде у ваздуху. Епидемиологија д) земља је епидемиолошки значајна за настанак многобројних болести - трбушног тифуса, паратифуса и других, и болести које су изазване анаеробним спорогеним бацилима, као што су клостридијум тетани и клостридије проузроковачи гасне гангрене. Ови микроорганизми у земљу доспијевају преко фецеса оболелих људи, клицоноша или здравих и болесних животиња; ђ) инсекти преносе узрочнике заразних болести на различите начине: муве - механички ножицама, крилима итд. За узрочника маларије комарац анофелес је главни домаћин пошто у њему полно сазрева. Ваши преносе узрочнике пегавог тифуса а буве узрочнике куге са пацова на људе. При преношењу заразе преко инсеката разликује се инфекција инокулацијом (ујед) и контаминацијом, када је фецес инсекта заражен или када се утрљава течност која се ослободи после гњечења инсекта (коксална течност, на примјер). 34

35 Епидемиологија 3. Улазна врата су један од важних услова за настанак инфекције и могу да буду различита: горњи дисајни путеви, дигестивни тракт - путем уста, кожа и слузокоже итд. 4. Диспозиција је битан фактор у настанку заразне болести и зависи од многобројних фактора како унутрашњих, тако и спољашњих. Диспозиција је склоност ка некој болести, појединца или групе, па се говори о диспозицији поједница или диспозицији групе. Према томе, диспозиција је стање супротно од отпорности домаћина. Постоје болести од којих могу да оболе сви који дођу са њом у контакт. То су болести са апсолутном диспозицијом - мале и велике богиње, куга, грип, полне болести. У настанку болести веома су важни: старосно доба, расна припадност, пол, раније прележане болести, навике у исхрани, климатски и метеоролошки услови, прехлада, топлота, услови становања, занимање, хигијенски услови, социјално - економски фактори, ратови и кризе, а такође на могућост настанка болести утичу и велика окупљања људи као што су разне прославе, свадбе, кућне свечаности итд. Епидемиологија 5. Вируленција микроорганизма као мјера патогености такође је врло важна за настанак болести. Од вирулентности микроорганизма зависи тежина клиничке слике. Уколико се прекине само једна карика у Ворграликовом ланцу, до инфекције неће доћи. ВИРУЛЕНЦИЈА МИКРООРГАНИЗАМА 5 ОТПОРНОСТ ДОМАЋИНА 4 ИЗВОР ИНФЕКЦИЈЕ 1 ПУТЕВИ 2 ШИРЕЊА 3 УЛАЗНА ВРАТА ВОГРАЛИКОВ ЛАНАЦ Епидемиологија Раширеност заразних болести може да има различите облике: -Епидемија - ширење болести не само заразне него и сваке друге. -Ендемија - стално јављање у већем или мањем броју неке заразне или незаразне болести у одређеном географском подручју - покрајини, области или земљи. -Пандемија - општа епидемија која се нагло шири у целој земљи или захвата и више земаља. Зоонозе су болести животиња од којих најчешће оболијевају људи који се баве одређеним професијама: ветеринари, месари, сточари, циглари, рудари, каналски радници, шумски радници. Болести које настају као последица посла који појединац обавља називају се професионалне болести. Епизоотија, ензоотија и панзоотија су одговарајући појмови за заразне болести животиња. По начину уласка микроорганизама у организам домаћина инфекције могу да буду егзогене, када микроорганизми улазе из спољашње средине, и ендогене, када микроорганизми нормалне бактеријске флоре домаћина доспијевају у друга ткива изазивајући инфекцију. ВРСТЕ ИНФЕКЦИЈА Локална настаје када се патогени микроорганизми задрже на мјесту продора (на примјер, дифтерија). Фокална (жаришна) означава инфекцију која је ограничена, најчешће око корена зуба (гранулом) или крајника. Из таквог жаришта токсичне материје се разносе по цијелом организму (ткивним течностима). Примарна инфекција је она која је изазвана једном врстом микроорганизама. Такво је, на примјер, запаљење плућа које је изазвано пнеумококом. Секундарна инфекција је она која се надовезује на примарну (на примјер, запаљење плућа изазвано пнеумококом које је настало код човјека обољелог од грипа). Суперинфекција означава стање када се постојећа инфекција неком бактеријом погоршава инвазијом исте бактеријске врсте. Код неких имуних стања не постоји могућност суперинфекције, као, на примјер, код сифилиса. Мјешовита инфекција је она која је изазвана са два или више различитих микроорганизама. Примјер за то је гасна гангрена коју изазива неколико врста клостридија. 35

36 ВРСТЕ ИНФЕКЦИЈА Инапарентна или асимптоматска инфекција је она код које нема изражених клиничких знакова болести. Тако инфекција која је изазвана вирусом дјечје парализе обично протиче без симптома. Инфекције поменуте врсте имају велики значај у стварању активне природне имунизације. Латентна или притајена инфекција је она која се налази у стању мировања за дужи временски период (инфекција медијастиналних лимфних жлијезда која је изазвана бацилом туберкулозе). Генерализована инфекција је она која настаје као последица ширења микроорбанизама по цијелом тијелу. Ширење може да настане путем крви (хематогено), лимфе (лимфогено), каналикуларно и пер континуитатем. ВРСТЕ ИНФЕКЦИЈА Бактеријемија је боравак бактерија у крви приликом којег се бактерије не дијеле, кратак боравак. Септикемија је стање продора бактерија у крв, у којој се и размножавају. Стање је праћено високом температуром и грозницом (трбушни тифус). Пијемија је септикемија изазвана пијогеним кокама. Токсемија означава присуство бактеријских токсина у крви. Реинфекција је поновна инфекција изазвана истом бактеријом. Такве су, на примјер, стрептококне инфекције ждријела које се често понављају. Акутна и хронична инфекција појмови су који дефинишу трајање инфекције. Акутне инфекције нагло почињу и кратко трају. Хроничне су продужене акутне инфекције и дуго трају. Тако, на примјер, запаљење бубрега може да буде акутно, али и хронично, које може да траје до краја живота обољелог. ОТПОРНОСТ ОРГАНИЗМА И УЛОГА ИМУНОГ СИСТЕМА У ОДБРАНИ ОД ИНФЕКЦИЈА У одбрани од инфекција имуни систем човјека има најзначајнију улогу. Дијете рођено са тешким оштећењима имуног система, ако не живи у средини изолованој од инфективних агенса, неће моћи да преживи. Слично томе, тешка оштећења имуног система у одраслом добу, као последица дјеловања зрачења, вируса сиде и других агенса, доводе до тешких инфекција бактеријама, вирусима, гљивама и паразитима и могу бити смртоносна. Сви кичмењаци имају имуни систем. Одбрамбени системи бескичмењака су примитивнији и најчешће са заснивају на способности неких ћелија у организму да «прогутају и сваре» различите микроорганизме. Овај облик одбране постоји и код кичмењака, али представља само један дио много савршеније одбрамбене стратегије организма. ОТПОРНОСТ ОРГАНИЗМА И УЛОГА ИМУНОГ СИСТЕМА У ОДБРАНИ ОД ИНФЕКЦИЈА Имунологија је грана медицине и биологије која изучава механизме којима организам препознаје њему стране материје и начине којима на њих реагује. Да би опстали међу хиљадама различитих и потенцијално опасних бактерија, вируса и паразита, виши кичмењаци су у току еволуције развили системе којима могу да сачувају своју хомеостазу у релативно неповољној околини. Имуни систем је један од најбитнијих хомеостатских механизама. Основне карактеристике имуног система су: препознавање, специфичност и памћење. Препознавање омогућава да организам реагује против страног, а да препозна и не реагује против сопственог. Та могућност разликовања страног од сопственог узрокована је постојањем имунолошке толеранције на састојке сопственог организма. Специфичност имуног одговора испољава се у способности његових продуката (на примјер, антитијела) да реагују само агенсима који су изазвали њихово настајање. Ова подударност између агенса који је изазвао имуни одговор - антигена, и продукта који је настао као последица тог имуног одговора - антитијела, често се пореди са односом кључа и браве. 36

37 ОТПОРНОСТ ОРГАНИЗМА И УЛОГА ИМУНОГ СИСТЕМА У ОДБРАНИ ОД ИНФЕКЦИЈА Памћење је способност имуног система да сачува сјећање, меморију на контакт са одређеним страним агенсом. При поновном контакту са истим агенсом настаће, као последица овог памћења, имуна реакција која се квантитативно и квалитативно разликује од претходне. У великом броју случајева имуни одговор има одбрамбени карактер. У овом дијелу разматраће се баш карактеристике имунолошке реактивности које су значајне за одбрану организма од бактерија, вируса и паразита. Међутим, имуни одговор може изазвати и оштећења организма (реакције преосјетљивости или може бити управљен против ћелија и ткива организма у коме је настао (аутоимуност). Затим, имуна реакција може бити управљена против малигно измијењених ћелија (тумора) или против пресађених ткива и органа (трансплантација). Сва ова сазнања, као и боље разумевање ћелијске и молекуларне основе имуних реакција, довела су до експлозивног развоја имунологије у последње три дјеценије тако да она данас далеко превазилази домете својих донедавно основних циљева: изучавање неспецифичних и специфичних механизама заштите од заразних болести. УРОЂЕНА ОТПОРНОСТ НЕСПЕЦИФИЧНИ МЕХАНИЗМИ ОДБРАНЕ Здраве особе су у стању да се заштите од неких штетних микроорганизама присутних у животној средини помоћу већег броја механизама који од рођења дјелују у организму и чија ефикасност не зависи од претходних контаката са тим микроорганизмима. Таква врста одбрамбених механизама је неспецифична и дјелује на различите микроорганизме, као и на друге штетне агенсе. Неспецифична отпорност организма условљена је неким општим особинама јединке или врсте. ФАКТОРИ КОЈИ УТИЧУ НА УРОЂЕНУ ОТПОРНОСТ Наслеђе - Има улогу у отпорности од инфекција. Тако неке особе које имају генетски одређене абнормалности еритроцита показују отпорност на изазивача маларије (Plasmodium falciparum) који паразитира у еритроцитима. Склоност оболијевању од туберкулозе испољена је у појединим породицама, па и код близанаца који су живјели у веома различитим животним условима. У експериментима на животињама показано је да различити сојеви исте животињске врсте (генетски високо сродни сојеви лабораторијских мишева) показују разлике у неким механизмима неспецифичне имуности (на примјер, фагоцитоза) које су генетски одређене. ФАКТОРИ КОЈИ УТИЧУ НА УРОЂЕНУ ОТПОРНОСТ Исхрана - Начин и квалитет исхране веома утичу на механизме неспецифичне одбране. Потхрањеност, нарочито недостатак бјеланчевина у исхрани, као и недостатак витамина (авитаминозе), смањују отпорност на инфекције. Хормони - Биланс хормона је важан за неспецифичну одбрану организма. Шећерна болест, оштећења штитне жлијезде, појачано лучење хормона коре надбубрега могу да доведу до смањене способности фагоцитозе, која је један од главних механизама неспецифичне одбране. Старост - Инфективне болести су «опасније» и имају тежи ток код мале дјеце и код старих особа. То је, прије свега, последица промјена у функционисању специфичног имуног одговора, али може бити и последица незрелости ћелија које учествују у неспецифичној одбрани код новорођенчади, односно промјена у ткивима и органима у старости које погодују развитку инфекције. 37

38 МЕХАНИЗМИ УРОЂЕНЕ ОТПОРНОСТИ Механичке баријере и секрети - Кожа и слузокоже чине добру «прву линију фронта» у заштити од продора и штетних дејстава патогених микроорганизама. Слузокожа горњих дисајних путева има трепље - цилије, које спречавају дубље продирање честица у респираторне путеве. Желудачни сок садржи киселину и ензиме који могу да разоре неке унијете бактерије. Пљувачка и секрет носне слузокоже садрже мукополисахариде који спречавају дјеловање неких вируса. Зној и продукти лојних жлезда садрже масне киселине које имају значајно бактерицидно дејство. Посебно значајан ћелијски продукт у неспецифичним механизмима одбране је лизозим. То је ензим који се налази у полиморфонуклеарним леукоцитима, макрофагима, ткивним течностима, зноју и сузама. Он може да убије грам-позитивне бактерије разарајући једну врсту гликопротеина садржаних у зиду бактеријске ћелије. Лизозим може да дјелује и на неке грам-негативне бактерије, мада су оне отпорне на дејство лизозима због присуства додатних липополисахаридних компонената у спољним слојевима мембране. Лизозим се синтетише у паротидним жлездама, слузокожи система за дисање и система за варење, слезини и лимфним ж. МЕХАНИЗМИ УРОЂЕНЕ ОТПОРНОСТИ Фагоцитоза - Микроорганизми или друге честице које прођу кроз кожу или слузокожу као «прву линију одбране организма» улазе у ткивне течности у међућелијским просторима или у крвоток. Они затим, активношћу ћелија могу да буду унијети у цитоплазму ћелије или у специјализоване вакуоле. Ћелије које имају способност да активно унесу у своју цитоплазму ове нападаче организма називају се фагоцити. Ако се овим механизмима у ћелију уносе растворљиви молекули (на примјер, стране бјеланчевине), тај процес се назива пиноцитоза. Фагоцитоза је моћно оружје у одбрани од микроорганизама. Посебан значај фагоцитозе је у томе што је она, за разлику од имуног одговора као механизма одбране, одмах ефикасно оружје, већ при првом контакту са штетним агенсом. Од времена кад је руски зоолог Ели Мечников (Elie Metchnikoff) први описао фагоцитозу године, па до најновијих открића о улози фагоцита у имуном одговору и одбрани од тумора, функција ових ћелија је предмет интензивних проучавања. Постоје двије врсте фагоцитних ћелија: полиморфонуклеарни леукоцити и мононуклеарни фагоцити (моноцити и макрофаги). МЕХАНИЗМИ УРОЂЕНЕ ОТПОРНОСТИ Када један микроорганизам пробије епителну баријеру, у субепителном ткиву наилази на већ присутне фиксне макрофаге, који се називају хистиоцити. Као последица запаљењске реакције која се јавља као одговор на продор микроорганизама, из крви, између ендотелних ћелија зидова малих крвних судова, на мјесто продора микроорганизма долазе полиморфонуклеарни леукоцити и моноцити. а) Полиморфонуклеарни леукоцити воде поријекло из костне сржи и стално су присутни у циркулацији. Ове ћелије живе само неколико дана, веома брзо нестају из циркулације, али се и стално обнављају доласком младих ћелија из костне сржи. У крви човјека има укупно 30 милијарди полиморфонуклеара. б) Мононуклеарни фагоцити такође воде поријекло од матичне ћелије костне сржи. Зрели моноцити излазе из костне сржи и циркулишу крвљу. Чим напусте циркулацију, ове ћелије преузимају функције фагоцита у ткивима и називају се макрофаги. Макрофаги су широко распрострањени у организму, али нису тако многобројни као полиморфонуклеари и њихов вијек је знатно дужи (неколико недјеља или мјесеци). Они могу бити фиксни, и тада чине елементе потке појединих ткива и органа, или су слободни у тјелесним дупљама. МЕХАНИЗМИ УРОЂЕНЕ ОТПОРНОСТИ Три су главне карактеристике ових ћелија (макрофага): 1. Макрофаги су активни фагоцити, то јест имају способност хемотаксије, приближавања страним честицама. 2. Генетски су програмирани да инактивирају и разложе већину фагоцитованих бактерија и других микроорганизама, јер имају специјалне ћелијске органеле - лизозоме, који садрже дигестивне ензиме способне да «сваре» унијете честице. 3. Они су веза између неспецифичне отпорности и имуности, јер, с једне стране, фагоцитозом уклањају и разграђују антигене, а, с друге стране, могу да задрже прерађени антиген на својој површини и да на тај начин омогуће бољу стимулацију специфичних имунокомпетентних ћелија лимфоцита. 38

39 МЕХАНИЗМИ УРОЂЕНЕ ОТПОРНОСТИ Финији механизми помоћу којих макрофаг препознаје, везује и разлаже фагоцитовану честицу предмет су интензивних проучавања. Изгледа да глукопротеини садржани у ћелијској мембрани макрофага имају способност да вежу угљенохидратне компоненте присутне у зиду бактеријске ћелије. Поред тога, макрофаги имају на својој површини и специфичне рецепторе за поједине молекуле који настају у организму, као што су антитијела и компоненте комплемената. Ако један микроорганизам реагује специфичним антитијелима, њега макрофаг може много лакше и брже да препозна, и да га фагоцитује и уништи. Антитијела која имају такву способност стимулације фагоцитозе називају се опсонини. Компоненте комплемената везане, с једне стране, за комплекс настао реакцијом бактерије и специфичних антитијела, а с друге стране, за одговарајући рецептор на ћелијској мембрани макрофага, такође могу стимулисати фагоцитозу. МЕХАНИЗМИ УРОЂЕНЕ ОТПОРНОСТИ Прва фаза у процесу фагоцитозе је улазак микроорганизма у једну вакуолу макрофага, која се назива фагозом. Спајањем фагозома са лизозомима, ћелијским органелама које садрже протеолитичке ензиме способне да разоре микроорганизам, настаје фаголизозом. У фаголизозому, под дејством ензима (у првом реду киселих и алкалних хидролаза), распада се бактеријска ћелија или разлаже нека друга унијета честица. После разарања унијете честице у фаголизозому заостала вакуола се назива резидуално тијело. МЕХАНИЗМИ УРОЂЕНЕ ОТПОРНОСТИ Систем комплемента - Комплемент је систем ензима у крвном серуму који може бити активиран антиген - антитијело комплексима, као и неким компонентама ћелијског зида микроорганизама. Систем комплемента се састоји од већег броја компонената које се каскадно активирају. Неке до ових компонената имају снажан ефекат и способне су да: 1. униште микроорганизме (комплементом посредована лиза бактеријских и других ћелија), 2. стимулишу фагоцитозу (феномен «опсонизације» микроорганизама које макрофаг фагоцитује), 3. стимулишу запаљење (повећањем пропустљивости зидова крвних судова и хемотактичким дјеловањем на леукоците). Неспецифични одбрамбени механизми човјека, од којих су најважнији фагоцитоза и систем комплемената, могу да буду стимулисани и да заштите један организам и без учешћа имуног система, тј. имунокомпетентних ћелија. У природи је много чешће и биолошки ефикасније и сврсисходније када механизми неспецифичне одбране и имуни апарат садејствују у борби против микроорганизама и других штетних агенса (туморске ћелије, страни протеини и др.). У том случају неспецифичне механизме одбране стимулишу ефекторни молекули имуног одговора, као што су антитијела и медијатори ћелијске имуности АНТИГЕНИ Антигени су супстанце различите хемијске природе које унијете у организам могу да изазову имуни одговор, синтезу антитијела или појаву ефекторних лимфоцита. Антигеном изазван имуни одговор управљен је само против те дјелујуће супстанце. Ова специфичност имуног одговора одређена је хемијском структуром антигена. Дијелови молекула антигена који одређују ту специфичност имуног одговора и којима антиген дјелује на имуни систем називају се антигенске детерминанте. То су мјеста на молекулу антигена за које се везују антитијела. Велики молекули могу посједовати већи број различитих антигенских детерминанти, према којима, као последице имуног одговора, могу настати различита антитијела. 39

40 АНТИГЕНИ И ХАПТЕНИ Појам антигена подразумијева супстанцију која може да изазове било имуни одговор, било да се веже у организму или in vitro (у стаклу, у епрувети) са већ формираним антитијелима. Међутим, ове двије особине не морају увијек ићи заједно. Ако један молекул, унијет у организам, има способност да изазове имуни одговор, он се назива имуноген. Супстанце мале молекулске тежине обично не могу да изазову имуни одговор. Међутим, ако се оне вежу за други молекул велике молекулске тежине, то може да изазове имуни одговор специфичан за антигенске детерминанте мањег молекула. Такве супстанце мале молекулске тежине и једноставне грађе, које саме не могу да изазову имуни одговор али се могу везати за већ формирана антитијела, називају се хаптени. ФАКТОРИ КОЈИ УТИЧУ НА ИМУНОГЕНОСТ Имуногеност једне супстанце зависи од њене молекулске тежине. Велики молекули су обично бољи имуногени. Друго важно својство јесте да је један молекул стран за неку индивидуу, односно једну животињску врсту. Тако ће протеини серума добијени из крви голуба бити веома јаки имуногени ако се убризгају мишу, али ће изазвати слаб имуни одговор код пилића. Из истих разлога је већа вјероватноћа да бубрег пресађен неком болеснику неће бити одбачен посредством имуног система ако потиче од родитеља или блиског сродника, него ако потиче од неке друге особе. Физичка форма антигена такође може бити важна за његову имуногеност. Честице - партикулисани антигени, изазивају много јачи имуни одговор него растворљиви молекули. Молекул за који се хаптен везује да би у организму изазвао хаптен специфичан имуни одговор назива се носач. Један комплетан антиген - имуноген, има, према томе, два основна дијела: хаптен - који је носилац специфичности, и носач - који одређује његову имуногеност. ФАКТОРИ КОЈИ УТИЧУ НА ИМУНОГЕНОСТ Зрелост имуног система је неопходан услов за добар имуни одговор. Запажено је да ако се неки антигени убризгају новорођеној животињи, имуни одговор се уопште неће јавити. Од посебног је утицаја чињеница да ако се исти антиген поново убризга у одраслом добу, имуни одговор опет може изостати. Стање организма које карактерише немогућност изазивања имуног одговора као последица претходног контакта са истим антигеном назива се имунолошка толеранција. Откриће феномена имунолошке толеранције је од огромног заначаја за развој имунологије трансплантације и за разумијевање настанка аутоимуних обољења код којих се јавља имуни одговор на нормалне конституенте (ткива и ћелија) организма. АНТИГЕНИ МИКРООРГАНИЗАМА Микроорганизми имају велики број разичитих антигена, који у организму човјека и животиња могу изазвати имуни одговор. Антигени бактерија су како саставни дијелови ових микроорганизама, тако и њихови продукти. а) Антигени који представљају саставни дио бактеријске ћелије су: антигени који се налазе у зиду бактерије - О-антигени; антигени који сачињавају дијелове флагела - Н-антигени; антигени који се налазе у капсули бактерија - К-антигени; антигени површинских слојева бактерија, као што су Vi и М антигени. Сви наведени антигени могу изазвати веома снажан имуни одговор. Један микроорганизам може изазвати имуни одговор на велики број различитих антигена који улазе у његов састав. Међутим, сва антитијела настала као последица дјеловања ових антигена на имуни систем не морају имати заштитни ефекат у одбрани од инфекције. 40

41 АНТИГЕНИ МИКРООРГАНИЗАМА б) Антигенска својства продуката бактерија - Поред других ефеката у организму домаћина, продукти бактерија могу изазвати имуни одговор: 1. егзотоксини бактерија су одлични антигени. Модификацијом егзотоксина, која не утиче на њихову антигенску специфичност, могу се добити токсоиди или анатоксини. Убризгани у организам човјека или животиње, анатоксини изазивају продукцију антитијела која везивањем са антигенским детерминантама токсина могу да спрече његова штетна дејства на организам; 2. ендотоксини грам-негативних бактерија такође су добри антигени и веома се много користе за изучавање ћелијске основе имуног одговора. Антигени вируса и рикеција у организму човјека изазивају добар и хуморални и ћелијски имуни одговор. ИМУНИ СИСТЕМ Микроорганизми које, у њиховим штетним дејствима, не заустави један од механизама неспецифичне одбране, дјелују у организму на другу линију одбране - имуни систем. Имуни систем је састављен од ћелија и ткива који учествују у имуном одговору. Имуни одговор се обично одиграва у органима и ткивима која садрже велики број мононуклеарних леукоцита - макрофага и лимфоцита. Ови органи се обично називају лимфоидни органи. У организму човјека то су: лимфне жлијезде, слезина, тимус и лимфоидно ткиво везано за гастроинтестинални тракт (крајници, Пајерове плоче, слијепо цријево). Костна срж и фетална јетра важни су као извори матичних ћелија лимфопоезе, мада се не могу убројити у лимфоидно ткиво. Протозое, хелминти и гљиве такође садрже антигене који могу изазвати имуни одговор у човјека. Антитијела продукована после стимулације овим антигенима могу имати извјесну улогу у заштити од проузроковача, док друга имају само дијагностички значај. ИМУНИ СИСТЕМ Носиоци имуних реакција у организму виших животиња и човјека су лимфоцити. То су ћелија различите величине (6-12 микрона у пречнику) које карактерише велико једро и релативно оскудна цитоплазма. Мада је улога лимфоцита у имуним реакцијама давно претпостављена, први сигурнији подаци о њиховој суштинској улози у имунитету добијени су истраживањима током последње три деценије. Имуни систем посједује два основна начина да се бори против микроорганизама и реагује на друге антигене: хуморални и ћелијски имуни одговор. Та два начина имуног одговора узрокована су различитим типовима имунокомпетентних ћелија - лимфоцита, који учествују у имуном одговору. Мада лимфоцити могу бити морфолошко идентични, ова се два типа имунокомпетентних ћелија битно разликују по својим функционалним ососбинама и улози у имуном одговору. Разлике у особинама имунокомпетентних лимфоцита јесу последица различитих путева диференцијације и мјеста сазријевања. ИМУНИ СИСТЕМ Диференцијација имунокомпетентних ћелија - Сви лимфоцити, као и остали ћелијски елементи крви у одраслом организму, воде поријекло из костне сржи. У току онтогенезе прекурсори лимфоцита могу потицати из жуманчане кесе или феталне јетре. По изласку из костне сржи прекурсори лимфоцита доспијевају крвљу у примарне лимфоидне органе. Примарни лимфоидни органи су мјеста у којима лимфоцити сазријевају, да би по изласку из ових органа, као имунокомпететне ћелије, били у стању да у секундарним лимфоидним органима - слезини и лимфним чворовиима у првом реду, ступе у контакт са антигеном. Сазријевање лимфоцита у примарним лимфоидним органима је најважнији моменат у њиховој диференцијацији. Сматра се да постоје два примарна лимфоидна органа. Један од њих је грудна жлезда или тимус, док други примарни орган није код сисара, па ни код човјека, прецизно морфолошки дефинисан. Међутим, експерименти са птицама су показали да је код њих овај други примарни лимфоидни орган представљен лимфоидним ткивом смјештеним у непосредној близини клоаке. Овај лимфоепителни орган код птица назива се Фабрицијусова кеса или бурза (bursa Fabricii) према италијанском анатому који ју је први описао. 41

42 ИМУНИ СИСТЕМ а) Улога Фабрицијусове бурзе (и њеног еквивалента) у диференцијацији лимфоцита Бурза је лимфоепителни орган који се код птица налази у близини клоаке. Уклањање бурзе одмах после излијегања пилића доводи до смањене количине имуноглобулина у циркулацији и ослабљења хуморалног имуног одговора, односно синтезе антитијела. При томе ћелијски имуни одговор, зависан од Т-лимфоцита, може бити потпуно очуван. Из тога се може извести закључак да ћелије способне да синтетишу антитијела у току своје диференцијације, код пилића морају да сазру у имунокомпетентне ћелије у бурзи. Еквивалент бурзе код сисара није пронађен, па се сматра да микросредина саме костне сржи сисара омогућава сазријевање ових ћелија. Наведени лимфоцити неопходни за хуморални имуни одговори јер после контакта са антигеном диференцирају у ћелије које стварају антитијела, називају се В (бе) лимфоцити. ИМУНИ СИСТЕМ б) Улога тимуса у диференцијацији лимфоцита Тимус је лимфоепителни орган који је код човјека смјештен у грудној дупљи иза стернума (грудне кости). Лимфоцити из костне сржи по доласку у тимус под утицајем микросредине тимуса (у којој су најважније ћелије епителне потке тимуса) сазријевају у зреле имунокомпетентне ћелије, које се после изласка из тимуса називају Т (те) лимфоцити. в) Субпопулација Т-лимфоцита. - Када су Т-лимфоцити стимулисани антигеном, они се умножавају и диферентују у активисане ефекторне ћелије које су способне за различите функције. Најмање три различите функције у имуном одговору својства су Т-лимфоцита: 1.специфично препознају и убијају сопствене вирусом заражене и туморске ћелије, као и у организам унијете ћелије других особа (при трансплантацији ткива и органа) - «ћелије убице»; 2.пружају помоћ В-лимфоцитима у хуморалном имуном одговору, Т- ћелијама «убицама» и активирају неке нелимфоидне ћелије, као што су макрофаги, и 3.ограничавају (супримирају) одговоре других Т и В лимфоцита. ИМУНИ СИСТЕМ Наведене различите функције својства су различитих субпопулација Т-лимфоцита које се, према овим функционалним својствима, и називају: цитотоксичне, помоћничке и супресорске Т-ћелије. Припадност једној субпопулацији може се утврдити присуством одређених мембранских обиљежја (протеина) на појединим Т-ћелијама. Како и помоћничке и супресорске Т-ћелије дјелују као регулатори имуног одговора, ова два типа ћелија се називају и регулаторским Т-ћелијама. Регулаторске Т-ћелије имају изузетан значај за правилно функционисање имуног система. Смањена активност Т-супресорских ћелија може бити одговорна за настанак реакција преосјетљивости, док оштећење Т-помоћничких лимфоцита доводи до повећане осјетљивост на инфекције. Фатални исход инфекције вирусом сиде последица је селективног уништавања помоћничких Т-ћелија и последичне неспособности организма да разије одбрамбени имуни одговор на различите патогене микроорганизме из спољашње средине. ИМУНИ ОДГОВОР За адекватан имуни одговор на највећи број антигена потребно је да истовремено буду стимулисани и В и Т лимфоцити. Активацији Т и В лимфоцита претходи везивање одговарајућих антигенских детерминанти (епитопа) за рецепторе на овим ћелијама. Постоје значајне разлике у структури рецептора за антиген на Т и В лимфоцитима. В-лимфоцити имају на својој површини имуноглобулинске рецепторе који могу везати слободне молекуле антигена, док Т-лимфоцити могу реаговати само антигенском детерминантом која је исказана на површини неких ћелија организма. Ова разлика проистиче из чињенице да рецептор на Т-ћелијама препознаје антиген заједно са мембранским молекулама који су индивидуално специфични за поједине једнике у оквиру врсте и које кодира комплекс гена. Тај комплекс се због свог заначаја за одбацивање ткива и органа назива главни хистокомпатибилни комплекс (GHK) гена. Протеини које кодирају ови гени могу бити присутни на свим ћелијама једне индивидуе (продукти I класе) или само на неким «специјализованим» ћелијама (продукти II класе). Цитотоксични Т- лимфоцити могу препознати вирусни антиген на мембрани заражене ћелије јер се и овај антиген везује за продукт I класе GHK-а. 42

43 ИМУНИ ОДГОВОР Помоћнички Т-лимфоцити могу препознати страни антиген само на ћелијама које на својој површини имају продукте II класе GHK-а. Ћелије које имају ово својство називају се «антиген презентујуће» ћелије. Интеракција између «антиген презентујуће» ћелије која је на својој површини везала антиген и Т-помоћничког лимфоцита са одговарајућим рецептором први је и основни услов за готово сваки имуни одговор. Сви лимфоцити који на својој површини имају рецептор за исту антигенску детерминанту сачињавају клон имунокомпетентних ћелија. У организму човјека постоји више милиона клонова лимфоцита. После реакција се антигеном Т и В лимфоцити одређеног клона ћелија се умножавају, па се број ћелија тог клона увећава. Истовремено сазријевају антигено стимулисани лимфоцити у ефекторне ћелије, које било директно, било преко својих продуката, могу да неутралишу дејство антигена. ИМУНИ ОДГОВОР Имунолошко памћење (имунолошка меморија) Једна од основних карактеристика имунолошке реактивности јесте способност имуног система да сачува сјећање (памћење) на први контакт са антигеном. У току инфекције неким микроорганизмом јавља се имуни одговор на његове антигене. Уколико је то био први контакт организма са тим антигеном, такав имуни одговор назива се примарни имуни одговор. При том се у организму, као последица дејства антигена (имунизације), јављају ефекторне ћелије и антитијела која су у стању да ступе у контакт са унијетим микроорганизмом и да евентуално неутралишу његова штетна дејства или га елиминишу из организма. Ако после извјесног времена (које може бити и више мјесеци, па и година) исти микроорганизам нападне човјека, имуни одговор ће бити много бржи, снажнији, па и ефикаснији него при првом контакту. Тај одговор се назива секундарни имуни одговор. Он је последица чињенице што се при првом контакту са антигеном поред ефекторних ћелија јавља и већи број ћелија сјећања (ћелија меморије), које имају рецептор за исту антигенску детерминанту као и њихове ћелијемајке. ИМУНИ ОДГОВОР Пошто је при другом, или сваком наредном контакту са антигеном број ћелија које препознају одређену антигенску детерминанту због појаве ћелија меморија знатно већи, то ће број ефекторних лимфоцита у секундарном (терцијарном итд.) одговору бити већи, па ће се и максималан имуни одговор (синтеза антитијела) појавити брже и биће знатно јачи. На слици је приказан ефекат првог и другог контакта са антигеном (имунизације) на количину антитијела у серуму као директно мјерило степена хуморалног имуног одговора. Према томе, вакцинација против неких инфективних обољења омогућава вишегодишњу заштиту, мада количина антитијела убрзо после вакцинације пада на врло низак ниво. Заштита је, дакле, заснована не на постојању антитијела већ првенствено на присуству ћелија меморије које омогућавају брз и снажан секундарни имуни одговор при евентуалном контакту са проузроковачем ових болести. ХУМОРАЛНИ ИМУНИ ОДГОВОР Хуморални имуни одговор карактерише појава специфичних антитијела у крви. Антитијела су способна да се везују са одговарајућим антигеном. Ако је тај антиген био, на примјер, егзотоксин неке бактерије, везивање са антитијелом неутралисаће токсин. Другим ријечима, антитијела могу да заштите организам неутрализацијом биолошких дејстава антигена. Антиген који је дјеловао на имуни систем стимулише директно, или посредством макрофага, В-лимфоците одговарајуће антигенске специфичности, тј. оне који припадају клону ћелија које на својој површини имају рецепторе за његове детерминанте. Стимулација В-лимфоцита доводи до умножавања (пролиферације) ћелија и њиховог сазријевања (матурације) у ћелије које продукују антитијела - плазма ћелије. Плазма ћелије се морфолошки разликују од својих претходника - В-лимфоцита. Оне су знатно веће и различитим техникама in vitro (имунофлуоресценција) може се доказати присуство антитијела у цитоплазми, као и њихова способност да у околину излуче антитијела која синтетишу (техника имуних плака). 43

44 ХУМОРАЛНИ ИМУНИ ОДГОВОР Први корак у стимулацији синтезе антитијела јесте везивање антигенских детерминанти за рецепторе за антиген на површини В- лимфоцита. Ова стимулација В-лимфоцита доводи до пролиферације и, преко већег броја прелазних облика, до диференцијације В-лимфоцита у плазми ћелије. Међутим, за хуморални имуни одговор на већину антигена није довољан само контакт између антигена и В-лимфоцита већ је потребно и садејство (сарадња) помоћничким Т-лимфоцита. То значи да је потребно да Т-лимфоцит који је одреаговао са истим антигеном дјелује својим продуктима на В-лимфоцит. Хуморални имуни одговор у коме је за продукцију антитијела потребна ова сарадња Т и В лимфоцита назива се Т (или тимус) зависни хуморални имуни одговор. Већина антигена микроорганизама, као и других антигена из спољашње средине, јесу такви антигени који захтијевају садејство Т-лимфоцита у хуморалном имуном одговору и називају се Т (или тимус) зависни антигени. Мали број антигена, од којих су најзначајнији представници ендотоксин грамнегативних бактерија и капсуларни полисахарид пнеумокока, могу стимулисати В-лимфоците и изазивати значајну продукцију антитијела и у одсуству Т-лимфоцита. ХУМОРАЛНИ ИМУНИ ОДГОВОР Овај тип хуморалног имуног одговора назива се Т-независни имуни одговор, а антигени који га изазивају Т-независни антигени. На доњој слици приказане су обје могућности стимулације В-лимфоцита: Т- зависним и Т-независним антигенима. АНТИТИЈЕЛА Плазма ћелије луче антитијела која су по својој структури гамаглобулини, односно имуноглобулини. Имуноглобулини су гликопротеини који углавном припадају гамаглобулинској фракцији серумских бјеланчевина. Према својој грађи и одговарајућим функционалним карактеристикама, имуноглобулини се могу подијелити у пет класа. Структура имуноглобулина. - Сви имуноглобулини имају сличну основну структуру. Основна јединица молекула антитијела је састављена од два иста лака (краћа) и два иста тешка (дужа) полипептидна ланца. Већина молекула имуноглобулина има само једну основну јединицу (два тешка и два лака ланца). Имуноглобулин М има пет основних јединица повезаних везним ланцем, а имуноглобулин А двије основне јединице међусобно повезане везним ланцем и секреторном компонентом. Сваки полипептидни ланац у молекулу имуноглобулина састоји се од константног (сталног) и варијабилног (промјенљивог) региона. АНТИТИЈЕЛА Варијабилни региони лаких и тешких ланаца осигуравају специфичност активних мјеста имуноглобулина. Активна мјеста (паратопи) дијелови су варијабилних региона којима се антитијело везује за одговарајуће антигенске детерминанте у реакцијама између антигена и антитијела. Лаки ланци и дијелови тешких ланаца који заједно носе активна мјеста називају се Fab фрагментима молекула имуноглобулина. Дијелови константних региона тешких ланаца који се називају Fc фрагменти имуноглобулина, одговорни су за биолошка дејства антитијела (на примјер, везивање опсонизирајућих антитијела за Fc рецептор на макрофагима 44

45 АНТИТИЈЕЛА Класе имуноглобулина (антитијела). - Према специфичности своје грађе и према улози у имуном одговору, имуноглобулини се дијеле у пет класа: IgM, IgG, IgA, IgD, и IgE. 1. Имуноглобулин G (IgG) - представља 80% имуноглобулина у нормалном хуманом серуму. Већина антитијела у организму човјека продукована у одговору на грам-позитивне бактерије, токсине и неке вирусе припада класи IgG. Синтеза IgG антитијела карактерише секундарни имуни одговор, па су, према томе, они изузетно значајни за ефикасну заштиту против многих инфекција. IgG пролази кроз плаценту, па је значајан за пасивну урођену имуност новорођенчади. Антитијела класе IgG у комплексу са антигеном или у агрегираном облику могу да активирају систем комплемента класичним путем активације. АНТИТИЈЕЛА 2. Имуноглобулин М (IgM) је антитијело највеће молекулске тежине, јер се састоји од пет идентичних основних јединица, од којих свака има два тешка и два лака ланца. Према томе, један молекул имуноглобулина М има десет активних мјеста којима може да веже истоврсне антигенске детерминанте. Неки вируси, пнеумокок и грам-негативни бацили, имају већи број истовјетних антигенских детерминанти на својој површини. IgM је веома ефикасан у везивању ових микроорганизама. Овако везан IgM активира комплемент тако да је могуће да, посредством комплемента, само један молекул имуноглобулина М доведе до лизе једне бактеријске ћелије. Имуноглобулин М је класа антитијела која се прва јавља у хуморалном имуном одговору. IgM не пролази кроз плаценту, па налаз IgM-а у крви новорођенчета указује на интраутерину инфекцију. АНТИТИЈЕЛА 3. Имуноглобулин А (IgA) је главни имуноглобулин у секретима (пљувачки, желудачном соку, жучи, сузама, колоструму). У секретима IgA се налази као димер чије су двије основне јединице спојене везивним ланцем који, као и лаке и тешке ланце, секретује плазма ћелија. У секретима, основне јединице, мономери, везани су и секреторном компонентом коју луче епителне ћелије слузокоже дигестивног и респираторног тракта. IgA је веома значајан у заштити од неких вируса. Поред секреторног, постоји и серумски IgA. 4. Имуноглобулин D (IgD) налази се у веома малој количини у серуму, али се често налази на површини В- лимфоцита. Њихова улога у одбрани организма није утврђена. АНТИТИЈЕЛА 5. Имуноглобулин Е (IgE) такође се налази у минималним количинама у циркулацији. Међутим, он има способност да се везује за базофилне леукоците и да доведе до њихове стимулације. Стимулација рецептора на мембрани базофила (и мастоцита - «ткивних базофила») доводи до њихове дегранулације и ослобађања хистамина и других вазоактивних амина. На тај начин IgE може проузроковати не само одбрану организма од неких антигена већ и бурне реакције које могу да оштете организам од којих је најопаснија анафилактички шок. 45

46 ВРСТЕ АНТИТИЈЕЛА ПРЕМА ТИПУ ЊИХОВЕ РЕАКЦИЈЕ СА АНТИГЕНОМ Осим подјеле на класе, антитијела се могу груписати на основу типа њихове реакције са антигеном. Антитоксини су антитијела која реагујући са антигенима који могу изазвати токсичне ефекте доводе до неутрализације њиховог токсичног дејства. Аглутинини су антитијела која се везују са антигенима на површини честица или ћелија (бактерије, паразити, еритроцити). При том долази до нагомилавања, аглутинације ћелија или честица. Аглутинација се одиграва у двије фазе. У првој фази долази до реакције антитијела са детерминантама на површини честице, а у другој до аглутинације честица. Када се на стакленој плочици суспензија бактеријских ћелија помеша са серумом који садржи антитијела против тих микроорганизама, доћи ће до аглутинације бактерија. Реакција аглутинације може, према томе, корисно да послужи за идентификацију бактерија. ВРСТЕ АНТИТИЈЕЛА ПРЕМА ТИПУ ЊИХОВЕ РЕАКЦИЈЕ СА АНТИГЕНОМ Реакцијом аглутинације може се одредити и постојање аглутинишућих антитијела, односно хуморалне имуности на неки микроорганизам. Реакције аглутинације могу бити квалитативне, полуквантитативне и квантитативне. У квалитативним реакцијама аглутинације доказује се присуство антитијела у серуму помешаном са суспензијом познатог антигена (микроорганизма) или присуство антигена у суспензији честица које су помешане са антитијелима одређене специфичности. Полуквантитативним реакцијама аглутинације може се одредити и титар антимикробских антитијела (аглутинина ) у серуму. Титар представља највеће разблажење серума у коме још долази до реакције аглутинације. Уколико је количина антитијела у серуму већа, утолико ће и титар антитијела бити виши. Титар антитијела се одређује на тај начин што се у више епрувета уносе серијска разблажења серума (обично двострука, 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32 итд.) и константна количина антигена. Епрувете се затим инкубирају на 37 о С 1-2 сата. Резултат се обично одређује тражењем епрувете у којој, при највећем разблажењу серума, још постоји видљива аглутинација. ВРСТЕ АНТИТИЈЕЛА ПРЕМА ТИПУ ЊИХОВЕ РЕАКЦИЈЕ СА АНТИГЕНОМ Аглутинати - Сталожене честице унакрсно повезане молекулима антитијела могу бити видљиве голим оком, али се у граничним сличајевима боље уочавају под микроскопом, лупом или аглутиноскопом. Пораст титра антитијела у току неке болести указује да је испитивани микроорганизам вјероватно узрочник болести и истовремено даје слику о степену хуморалне имуности на тај узрочник. Квантитативне реакције су оне помоћу којих се добија количина антитијела у апсолутним вредностима. Преципитини су антитијела која формирају комплексе са молекулима антигена у раствору. Присуство преципитина најлакше се може доказати ако се раствор антитијела пажљиво нанесе на слој антисерума у епрувети. На мјесту додира два слоја - интерфази, између раствора антигена и испитиваног серума доћи ће до формирања преципитета у виду прстена, па се овај тест назива тест прстена. Тест прстена се широко примјењује у бактериолошкој дијагностици (нпр. Асколијева реакција за дијагнозу антракса). ВРСТЕ АНТИТИЈЕЛА ПРЕМА ТИПУ ЊИХОВЕ РЕАКЦИЈЕ СА АНТИГЕНОМ Настанак нерастворљивих преципитата у реакцији преципитације зависи од релативне концентрације антигена и антитијела. У присуству вишка антитијела неће доћи до преципитације, јер су антигенске детерминанте на молекулима антигена везане тако да је сваки молекул антитијела одреаговао само са једним молекулом антигена па није дошло до међусобног повезивања и стварања преципитационе мреже. Када су антиген и антитијело присутни у оптималном или еквивалентном односу својих концентрација, остварени су најбољи услови за формирање преципитата. У присуству вишка антигена такође неће доћи до стварања максималне количине преципитата, јер нема довољно молекула антитала да би се формирала преципитациона мрежа. Лизини су антитијела која у присуству комплемената могу да лизирају еритроците (хемолизини) или микроорганизме (бактериолизини). Опсонини су антитијела која се везују за површину микроорганизама и омогућавају њихову фагоцитозу коју врше макрофаги (видјети фагоцитозу). Неутралишућа антитијела имају способност да, везујући се за антигенске детерминанте микроорганизама, спријече њихову инфективност за човјека. Ова антитијела су посебно значајна у одбрани од вируса. 46

47 ВРСТЕ АНТИТИЈЕЛА ПРЕМА ТИПУ ЊИХОВЕ РЕАКЦИЈЕ СА АНТИГЕНОМ Комплемент-фиксирајућа антитијела су таква антитијела која при стварању комплекса са антигеном везују комплемент. Ако се једном раствору у коме су присутни антиген и комплемент - фиксирајућа антитијела, додаје комплемент при стварању комплекса антиген-антитијело утрошиће се комплемент. Утрошак комплемента при реакцији антигена са комплемент-фиксирајућим антитијелима може се доказати ако се овом систему дода хемолитички систем. Хемолитички систем представљају овчији еритроцити и серум заморчета имунизованог овчијим еритроцитима који, према томе, садрже антитијела против овчијих еритроцита. Антитијела против овчијих еритроцита лизираће овчије еритроците у присуству комплемента. Према томе, ако у тест-систему није било комплемент-фиксирајућих антитијела, после додавања хемолитичног система доћи ће до лизе овчијих еритроцита. Овај тест за откривање присуства комплемент-фиксирајућих антитијела у серуму (или одговарајућих антигена када се ради серумима познате специфичности) назива се тест фиксације комплемента и један је од најважнијих серолошких тестова у откривању бактеријских (нпр. Treponema palida), вирусних (нпр. аденовируси) и неких гљивичних инфекција. ВРСТЕ АНТИТИЈЕЛА ПРЕМА ТИПУ ЊИХОВЕ РЕАКЦИЈЕ СА АНТИГЕНОМ Блокирајућа антитијела су таква антитијела која се могу везивати за одговарајуће антигенске детерминанте а да при том не доведу до видљивих реакција. Међутим, њихов биолошки значај у неким болестима може бити веома велики. Т-ЋЕЛИЈЕ И Т-ЋЕЛИЈСКИ ИМУНИ ОДГОВОР Различите врсте одговора Т-ћелија на стимулацију називају се ћелијски имуни одговор. Стимулација доводи до промјена у одговарајућим клоновима Т-лимфоцита. 1. Умножавају се ћелије које су одреаговале са антигеном који је везан за продукте гена GHK II класе на мембрани «антиген презентујућих ћелија» (Т-помоћнички лимфоцити) или са антигеном који је везан за продукте гена GHK I класе на вирусом зараженим или туморски, ћелијама (Тцитотоксични лимфоцити). 2. Стимулисане ћелије сазријевају у помоћничке Т-ћелије које луче своје продукте који дјелују на друге лимфоците - интерлеукини, или на полиморфонуклеарне леукоците и моноците - лимфокини. Интерлеукини дјелују на умножавање и сазревање Т-лимфоцита (интерлеукин 2) и В- лимфоцита (интерлеукин 4 и 5). Лимфокини активирају моноците и друге леукоците појачавајући њихову способност фагоцитозе и уништавања микроорганизама. 3. Стимулисане ћелије се умножавају и сазријевају у цитотоксичне Т- лимфоците, који под дејством антигена и интерлеукина 2 стичу способност да убију вирусом заражене ћелије, туморске ћелије или ћелије трансплантата (калема) туђег ткива. Т-ЋЕЛИЈЕ И Т-ЋЕЛИЈСКИ ИМУНИ ОДГОВОР Постојање ефекторних Т-лимфоцита и активност лимфокина може се одредити тестовима in vitro у узорку мононуклераних ћелија добијених из периферне крви човјека. Активност лимфокина најчешће се одређује тестом инхибиције миграције макрофага, који мјери способност лимфокина да у присуству антигена доведе до накупљања макрофага, то јест да спријечи њихову нормалну миграцију. Степен ћелијске имуности код човјека и животиња може се испитати in vivo кожном реакцијом касне преосјетљивости. Ако организам дође у контакт са антигеном који стимулише Т-лимфоците, може се развити секундарни одговор тако да се на мјесту инфекције, односно на мјесту уласка антигена може запазити реакција у виду масовног ћелијског инфилтрата. У кожном тесту касне преосјетљивости антиген се уноси у кожу и локално запаљење, које се јавља као последица дејства лимфокина, мери се после сати степеном и величином задебљања коже (индурација). Будући да се реакција јавља тек један до два дана после уношења антигена, овај тест се назива реакцијом касне преосјетљивости, коју треба разликовати од реакције ране преосјетљивости на истом мјесту али знатно раније (после 2-5 сати) и која је последица стварања микропреципитата антиген-антитијело комплекса у малим крвним судовима. 47

48 Т-ЋЕЛИЈЕ И Т-ЋЕЛИЈСКИ ИМУНИ ОДГОВОР Најчешће коришћен тест кожне реакције касне преосјетљивости јесте туберкулинска проба. Када је она позитивна, указује да је испитивани организам инфициран бацилом туберкулозе или атенуираним микобактеријама, као што је BCG (bacil Calmette-Guerin). Поред туберкулозе, кожним тестовима касне преостељивости може се одредити степен ћелијске имуности на бруцеле, кандиду, вирус мумпса и друге микроорганизме. Дакле, Т-лимфоцити активисани антигенима микроорганизама учествују у одбрани организма или реакцијама директне цитотоксичности или повећањем броја ћелија које учествују у одбрамбеном одговору: активацијом макрофага и леукоцита на мјесту инфекције. Реакције ћелијске имуности (касна преосјетљивост и активност цитотоксичних Т-лимфоцита), поред учешћа у одбрани од инфекција, имају битну улогу у борби организма против измијењених малигних ћелија, као и у реакцијама одбацивања пресађеног ткива. Та открића су довела до развоја посебних субдисциплина имунологије као науке: туморске имунологије и трансплантационе имунологије. ИМУНОСТ НА ИНФЕКЦИЈУ У разматрању инфективних болести неопходно је разликовати саму инфекцију од болести коју она евентуално изазива. Инфекција подразумијева присуство у организму инфективног агенса - бактерија, вируса или паразита. Ако присутни агенс не доведе до видљивог оштећења ткива организма, таква особа може бити само носилац инфективног агенса а да сама није обољела. Носилац инфективног агенса може бити опасан за околину ако се микроорганизми које он носи излучују у екскрете, као што је случај код проузроковача тифуса. Најшира дефиниција имуности јесте да је то способност једног организма да се одупре инфективном или неком другом штетном агенсу. Имуност, односно отпорност на један микроорганизам може бити условљена механизмима неспецифичне отпорности организма или специфичне имунолошке реакције настале као последица стимулације активности имунокомпетентних ћелија - лимфоцита. Према томе, имуност може бити неспецифична (природна, урођена) или стечена (специфична). Основне карактеристике природне и стечене имуности дате су на слици. ИМУНОСТ НА ИНФЕКЦИЈУ ИМУНОСТ НА ИНФЕКЦИЈУ По начину настанка стечена специфична имуност може бити: активна и пасивна. Активна имуност настаје као последица претходне инфекције - природна стечена имуност или као последица вакцинације - вјештачка стечена имуност. Пасивна имуност настаје као последица уношења антитијела у један организам који их сам не синтетише. Пасивна имуност може настати као последица преноса антитијела кроз постељицу из циркулације мајке у плод. То је природна пасивна имуност. Пасивна имуност се може изазвати и вјештачки давањем серума животињског или људског поријекла угроженом човјеку. На тај начин антитијела присутна у серуму даваоца могу одмах реаговати на микроорганизме присутне у тијелу примаоца. Давањем серума или пречишћених имуноглобулина (антитијела) постиже се вјештачка пасивна имуност. Врсте стечене, специфичне имуности показане су на табели: 48

49 ИМУНОСТ НА ИНФЕКЦИЈУ ИМУНОСТ НА ИНФЕКЦИЈУ ИМУНОСТ НА БАКТЕРИЈСКЕ ИНФЕКЦИЈЕ - Природа имуног одговора на бактерије зависи од тога да ли се микроорганизам умножава у ћелији (интрацелуларно) или изван ћелије домаћина (екстрацелуларно). Ако се ради о микроорганизмима који се умножавају изван ћелија, имуни одговор је обично брз и ефикасан и заснива се на дјеловању антитијела. Ако микроорганизми живе интрацелуларно, инфекције се обично теже елиминишу и најчешће зависе од активности Т-ћелија. Неспецифични механизми одбране (фагоцитоза, комплемент) обично сами нису довољни да елиминишу инфекцију, али њихови ефекти могу бити снажно потакнути елементима имуног одговора (антитијела, лимфокини). Инкапсулирани пнеумококи тешко пријањају за површину макрофага, док вирулентни сојеви стрептокока и стафилокока стварају антифагоцитне факторе. Везивање антитијела за неке грам-негативне бактерије може довести до активације комплемента и стварања «рупа» на бактеријском зиду, што омогућава продор лизозима и смрт бактерије. Имуноглобулин А у секретима везивањем за бактерије спречава њихово пријањање за слузокожу дигестивног и респираторног тракта и тиме спречава њихов продор у организам. ИМУНОСТ НА ИНФЕКЦИЈУ Антитијела не дјелују само против бактерија, већ и против њихових токсичних продуката. Антитијела се могу везати за егзотоксине које луче бактерије. Везивање антитијела доводи до стереохемијских измјена, те се спречава оштећење ткива које би егзотоксини иначе изазвали. Ћелијска имуност, такође, има улогу да одбрани од неких бактеријских инфекција. Бацили туберкулозе, лепре, листерије и бруцелозе могу да, фагоцитовани, наставе да живе и да се размножавају у цитоплазми макрофага. Ако је организам претходно имунизован тако да у њему постоје ефекторни Т-лимфоцити способни да стимулишу макрофаге, доћи ће до интрацелуларног убијања фагоцитованих бактерија. Овај стимулишући ефекат Т-лимфоцита није специфичан и интарцелуларно убијање у макрофагима неће бити управљено само против других бактерија које су изазвале настанак ефекторних Т-лимфоцита већ и против других интрацелуларних паразита који би се евентуално нашли у организму. ИМУНОСТ НА ИНФЕКЦИЈУ Имуност на вирусне инфекције Могућност живљења и размножавања вируса у ћелијама одређена је врстом ћелија домаћина и генетским и конституционалним факторима. Макрофаги могу уништити неке вирусе без садејства имунокомпетентних ћелија. Међутим, неки вирусу могу да продру у макрофаг, да се у њему размножавају и да изазову оштећења ћелије - цитопатогени ефекат. Ако у организму постоји хуморална имуност на неки вирус, антитијела могу дијеловати на више начина. Везивање антитијела за вирус може имати неутралишући ефекат јер спречава улазак вируса у ћелију. Антитијела могу довести до лизе вируса активацијом комплемента или њиховог интрацелуларног убијања стимулацијом фагоцитозе. Антитијела су значајна у одбрани од вируса на његовом путу од мјеста продора у организам до ткива које инфицира. Тако, на примјер, вирус полиомијелитиса продире у организам преко дигестивног тракта и на његовом путу до можданих ћелија, које инфицира, могу га лако уништити мале количине антитијела у циркулацији. 49