Repetition av bakteriekunskap

**Bakterier**
Bakterier ordet kommer från nylatinets bacteʹrium, av grekiskans baktēʹrion som betyder ”liten stav”, alltså har ordet egentligen samma grundbetydelse som bacill från början. Idag är Bacteria dock namnet på en domän av prokaryota organismer. Bakterier är mycket mindre än växt- och djurceller (s.k. eukaryota celler). Bakterier är mikroskopiskt små, encelliga organismer utan cellkärna = prokaryoter. Deras arvsmassa (kromosom) omges inte av något kärnmembran, och de saknar fleras andra strukturer så som mitokondrier och endoplasmatiskt retikel.

**Bakteriers storlek**
Längdmåttet i SI-systemet är meter. En mikrometer är alltså en miljondels meter (10-6). Det ger att 1 μm = 1 tusendels millimeter = 0,001 millimeter. Det går alltså 1000 μm på 1 millimeter. Bakterier kan variera kraftigt i storlek. Det beror på näring och miljö.

De minsta bakterierna kallas för ultramikrobakterier (exempelvis **Sphingomonas sp**) är bara 0,0002 mm långa (0,2 μm). **Mycoplasma**, är inte mer än 0,2-0,3 μm i diameter. En av de största kända bakterierna, **Epulopiscium fishelsoni**, som lever på gälarna hos kirurgfisk, kan bli 0,6 mm (600 μm) lång och 0,15 mm (150 μm) bred. Arten **Thiomargarita namibiensis**, som lever i sedimenten på havsbottnen utanför Namibias kust, kan nå en diameter på upp till 0,75 mm (750 μm) och är synlig för blotta ögat. Många cyanobakterier är också betydligt större än typiska laboratorieodlade bakterier. Bakterier växer när de odlas i laboratorier i kolonier. Kolonierna är synliga för blotta ögat på en odlingsplatta, men alltså inte enskilda bakterier.

Bakterier systematiseras och klassificeras på ett visst sätt. Arterna namnges med genus/släkte och species/art enligt det namnsystem som infördes av Linné. Genusnamnet/släkte skrivs med stor första bokstav och species/art med små bokstäver, exempelvis **Staphylococcus aureus**. Om samma bakterienamn förekommer många gånger i en text skriver man ofta ut bara första bokstaven i genusnamnet, t ex **S. aureus**.

(Som minnesregel för den systematiska ordningen använder jag; **D**i**SKOF**a**G**r**A**)

**Bakterier och arkéer har olika distinkta former beroende på art och förekomstplats.**
**Sfäriska kallas kocker**

**Kocker som förekommer:**

* parvis kallas diplokocker
* i klasar stafylokocker
* i rader streptokocker

**Cylindriska stavformiga kallas stavar**

* men om staven är böjd och oregelbundet cylindrisk ges den ofta namnet vibrion
* Stavar förekommer ensamma eller i kedjor.
* En del stavar är spiralformiga och kallas spiriller.

**Många bakterier och arkéer har mer komplicerade former**

* **Spiroketer** påminner om en **tvinnad tråd**.
* Andra är försedda med **stjälkar eller bihang och utskott** av olika form, ofta med funktionen att **fästa** prokaryoten på ytor eller att öka den näringsupptagande cellytan mot omgivningen.
* De kan också ha fantasifulla former, t.ex. stjärnor eller platta, perfekta kvadrater.
* Slutligen växer vissa prokaryoter i form av **långa trådar**, s.k. **filament**
* och **aktinomyceterna** växer ofta på ett sätt som mycket **påminner om svampmycel**.

**Cellvägg och egenskaper hos bakterier**

Bakterier karakteriseras av att de har en mera komplex ytstruktur än t ex animala celler. De omges (med undantag för **Mycoplasma)** av en **rigid cellvägg** som är belägen **utanför cytoplasmamembranet**.

Cellväggen ger bakterierna många av deras karakteristiska egenskaper såsom förmåga att överleva i mycket varierande osmotiska miljöer och resistens mot mekanisk påverkan. Cellväggen bestämmer bakteriecellens form och färgbarhet. Kroppens adaptiva immunförsvar kan bilda antigener mot specifika strukturer och på så sätt känna igen och oskadliggöra sådan som är kroppsfrämmande och potentiellt skadligt. Det krävs en specifik antikropp för en specifik bakterie. Den antigena specificiteten hos en bakterie avgörs av dess cellvägg. Dessutom har cellväggens kemiska sammansättning betydelse för bakteriens känslighet för antibiotika och vissa desinfektionsmedel. Virulens, själva ordet kommer från latinets **virulentia** och betyder egentligen ”stank”, ordet härrör i sin tur från viruleʹntus ”giftig”, av virus). En bakteries virulens anger dess grad av förmåga att framkalla sjukdom. Högvirulenta mikroorganismer ger kraftiga symtom och/eller sprids lätt. Virulens kan mätas genom djurförsök.Cellväggens sammansättning har hos de flesta bakteriearter stor betydelse för deras virulens.

**Cellväggen:**

* ger bakterierna deras form
* ger stöd åt cellen
* kan liknas vid ett slags skal
* ger bakterier förmåga att överleva i mycket varierande osmotiska miljöer
* ger bakterier resistens mot mekanisk påverkan
* avgör hur bakterier kan färgas in
* ger bakterier särskild antigen specificitet
* påverkar bakteriers känslighet för antibiotika och vissa desinfektionsmedel
* har hos de flesta bakteriearter stor betydelse för deras virulens.

**Det finns två typer av cellväggar.**
Hos bakterier förekommer två olika typer av cellvägg: **grampositiv** och **gramnegativ**. De allra flesta bakterier har **gramnegativ cellvägg**. Den är tunn, mjuk och smidig och består av ett tunt lager peptidoglykan omgivet av ett yttermembran. Grampositiva bakterier har en tjock, hård och stel cellvägg som är uppbyggd av ett tjockt lager peptidoglykan. Med s.k. gramfärgning undersöks vilken typ av cellvägg en bakterie har.

**Färgning**

* Droppa rikligt med Kristallviolettlösning på det fixerade preparatet. Låt verka någon minut.
* Skölj av med Lugols lösning.
* Täck därefter preparatet med Lugols lösning som får ligga kvar någon minut (betning).
* Avfärga preparatet med sprit till dess nästan ingen ytterligare färg avgår.
* Skölj genast med sakta rinnande vatten.
* Kontrastfärga med Safranin ca 20 sekunder.
* Skölj av preparatet med vatten och torka det mellan läskpapper. Gnid inte preparatytan med papperet!

* **Grampositiva** bakterier tar upp **basiska färgämnen** (t ex **kristallvioloett)** och **binder detta** med Lugols lösning så att **avfärgning och motfärgning** med **kontrastfärgämne** **ej kan ske**. De grampositiva bakterierna ser **blåvioletta** ut.
* De **gramnegativa** bakterierna **avfärgas** däremot **av alkohol** och **upptar kontrastfärgämne**t (t ex **safranin**). Dessa bakterier ser **rosaröda** ut.

Här beskrivs gramfärgning om det behövs repetition på det
media type="youtube" key="4QlimbyuK0M" height="360" width="640"

## Lite kemirepetition först:

**Organiskt kemi**

* Kolväten kan vara raka eller cykliska.
* Ett kolväte som bara innehåller enkelbindningar kallas för alkaner.
* Alkaner av olika längd får olika namn beroende på mämgden kolatomer den innehåller (metan, etan, propan, butan, pentan, hexan, heptan, oktan, nonan, dekan).
* När en eller flera väten byts ut mot något eller några andra molekyler eller föreningar i ett kolväte kallas det för **substituering**. Det ger ämnet ett nytt namn och nya egenskaper.
* Ett kolväte kan också innehålla dubbelbindningar (och får då ändelsen (alk)en i stället).
* När en dubbelbindning öppnas och ett väte eller eller andra atomer binds in kallas det att man adderar någon över en dubbelbindning = **additionsreaktion**.
* När motsatsen sker och ett väte eller en annan molekyl lossas och en dubbelbindning återfås kallas det för en **eliminationsreaktion**.
* Kolväten där olika grupper byts ut eller adderas ger olika ämnen så som alkoholer, ardenner med mera.
* En **OH-grupp** kallas för en **hydroxylgrupp**.
* En **alkohol** är ett **kolväte med en eller flera OH** grupp(er).

**Aminosyror**

* 20 st i olika kombinationer bygger upp allt liv på jorden.
* En **amin** är ett kolväte med den funktionella gruppen = **NH2**
* Karboxylsyror kallas också för organiska syror. **Karboxylsyror** bildas genom oxidation av alkohol. **Kolvätet** får en **karboxylgrupp = COOH.**
* En aminosyra är både en amin och en karboxylsyra på en gång. Det gör att det beroende på omgivande lösnings pH blir positivt eller negativt laddade.

**Peptider**

* En **peptid** är en kemisk förening som består av **två eller flera aminosyror,** förenade genom peptidbindningar
* **Peptidbindning**: när aminosyror kopplas samman är det **amingruppen** på den **ena aminosyran** som **reagerar med karboxylgruppen** i den **andra aminosyran**.

**Proteiner**

* Proteiner är uppbyggda **av en eller flera polypeptider** som i sin tur kan vara **uppbyggda av** flera hundra **aminosyror**.
* **Några** proteiner innehåller **också andra ämnen** som inte är aminosyror men som också behövs för att **proteinet ska fungera**.

**Kolhydrater**

* **Kolhydrater** består av **sockermolekyler i olika kombinationer och varianter**.
* När **kol, hydroxigrupper och väte** kombineras ihop på olika sätt få olika socker.

**Socker**
Socker delas in efter hur många sockerenheter de innehåller.

* **Monosackarider** består av endast en sockermolekyl. Typen av sockermolekyl kan variera men den sitter inte ihop med en annan.
* **Disackarider** består av två sammankopplade sockermolekyler
* **Polysackarider** består av många sammankopplade sockermolekyler.

En av de vanligaste sockerarterna är glukos. Den innehåller 6 kolatomer och kallas därför hexos. En glukosmeolekyl har fem OH-grupper och en aldehydgrupp. Ordet kommer från glukos (från grekiska glykyʹs "söt"). '***Glukos'*** kallades tidigare **glykos** och andra synonymer är **dextros** eller **druvsocker**. I vissa föreningar som innehåller glukos används namnet glykos. Bara för att förvirra..... Men det är alltså samma sak.

# **Grampositiva bakterier**

Grampositiva bakterier har inget yttre cellmembran. Grampositiva bakterier omsluts av en tjock cellvägg av peptidoglykan. Peptidoglykan består av **sackaridkedjor** som via **kovalenta bindningar** hålls ihop av **peptidkedjor**.

Disackariden **N-acetylmuraminsyra** och disackariden **N-acetylglukosamin** korslänkas av **peptider.**

**Peptidoglykan**
**Peptidoglykan** (eller egentligen då mer korrekt **peptidoglukan)** kallas också för murein och utgör den fasta huvudbeståndsdelen i (i princip) alla bakteriers cellvägg. Peptidoglykan utgörs av en jättemolekyl som omger cellen och ger den form och stadga.

* Peptidoglykan består av två olika sockerderivat (kolhydrater, glukoser) **N-acetylglukosamin** som kan förkortas **NAG** och **N-acetylmuraminsyra**som kan förkortas **NAM.** Det sistnämnda **är helt unikt för bakterierna** och saknas helt i andra organismer.
* NAG och NAM utgör sackaridkedjor som är korsbundna med peptider.
* En av de peptider som ingår i korsbindningen är en peptid som kallad **D-alanin.**
* Cellväggen består hos grampositiva bakterier förutom av peptidoglykan också av en annan cellväggskomponent; '***teikoinsyra/teikonsyra'***.
* Det är endast grampositiva bakterier som har **teikoinsyra**.
* Teikoinsyra utgör en viktig antigen på grampositiva bakteriers ytor.
* Grampositiva bakterier färgas blå/lila vid gramfärgning.
* Grampositiva bakterier har en större känslighet för lysozym (se ordlista längre ner) samt för antibiotika.

# Gramnegativa bakterier

Gramnegativa bakterier har ett yttre plasmamembran rikt på **lipopolysackarider** (**LPS**).
LPS är hos **gramnegativa bakterier alltid uppbyggda av tre delar**, som kan ha mycket **olika sammansättning**:

1. **lipid A**, fettkomponenten, är ett **endotoxin och förankrar LPS i yttermembranet**
2. **en stam av en oligopolysackarid** förbinder lipid A med en mycket variabel sockerkedja.
3. Den yttre delen, alltså **den variabla sockerkedjan** kallas **O-antigen** (och är ett värmestabilt antigen). Den kallas O-antigen, därför att denna del ger upphov till antikroppar (**anti**body **gen**erating).

* Den variabla delen (sockerkedjan) ger alltså upphov till **antikroppar med olika specificitet** vilket ger de gramnegativa bakterierna deras antigenkaraktärer.
* **Polysackariddelen** ger också **gramnegativa bakterier antifagocytära egenskaper**.

**LPS och immunförsvarsreaktion**
Immunförsvaret känner igen bakterier med hjälp av LPS, och fri LPS framkallar därför en kraftig immunreaktion (chock, feber och apoptos). När bakterier dör frigörs stora mängder LPS, och immunreaktionen på detta kan framkalla värre sjukdomssymptom än sjukdomen i sig. Av den anledningen så klassar man traditionellt LPS som (endo)toxiner, trots att bakterierna inte producerar LPS i syfte att förgifta sin värd, utan för att bygga upp sin cellvägg. Om en värds immunförsvar reagerar extremt kraftigt på LPS kan det leda till sepsis eller septisk chock, vilket måste diagnostiseras och behandlas tidigt. Det kan annars få kraftiga konsekvenser och till och med leda till döden.

**Plasmamembranets uppbyggnad hos gramnegativa bakterier**

* Plasmamembranet har poriner
* och kan även ha flageller (med vilka bakterien kan förflytta sig).

* Först kommer ett **plasmamembran**
* innanför det finns ett ”**periplasmic space”/periplasmatiska utrymmet**
* sedan kommer liksom hos de grampositiva bakterierna en **cellvägg** / ett skikt av peptidoglykan som står för den mekaniska hållfastheten hos bakterien.
* Innanför peptidoglykanlagret kommer **ytterligare ett periplasmatiskt utrymme** / ”periplasmic space”
* och **innerst ett plasmamembran till**.

* Hos de gramnegativa bakterierna är peptidoglykanskiktet mycket tunnare än hos de grampositiva.
* Uppbyggnaden av peptidoglykanet är dock i princip densamma som hos grampositiva bakterier, men **aminosyrasammansättningen** är **ofta en annan.**
* Gramnegativa bakterier är mer **motståndskraftiga mot antibiotika och mekanisk nedbrytning.**
* Gramnegativa bakterier har **högre lipidinnehåll** i cellväggen, de innehåller inte teikonsyra och är mindre känsliga för lysozym.
* Gramnegativa bakterier färgas **rosaröda** vid gramfärgning.

# Syre eller inte syre

Bakterier kan växa i närvaro eller frånvaro av syre. Om de växer i syrerik miljö kallas de **aeroba**, om de växer i syrefattig miljö kallas de för **anaeroba**.

Fakultativ kommer av det franska ordet facultatif som betyder ”valfri”. Ordet kommer ursprungligen från latinet facultas ”förmåga”, ”duglighet”, ”möjlighet”. I biologin används ordet för att ange en organisms förmåga att leva i närvaro eller frånvaro av en viss omvärldsbetingelse eller att anta alternativa levnadssätt. **En fakultativt anaerob organism kan leva också i frånvaro av syre och en fakultativt aerob också i närvaro av syre.**

(Stafylokocker)
S. aureus
S. epidermidis || Neisseria
N. meningitidis
N. gonorrhoeae

Orala Neisseria || Lactobacillus
(Laktobaciller)
L. casei || Escherichia coli
(kolibakterier)
A naeslundii
A oris
(Streptokocker)
S. pyogenes (beta- hämolytiska streptokocker)

Alfa-streptokocker S. pneumoniae (pneumokocker)
S. oralis
S. sanguinis S. gordonii S. salivarius S. mitis
S. mutans
H influenzae
(Sporbildnande) || Aggregatibacter
tuberculosis

Parvimonas micra || Veillonella
V. parvula || Propionibacterium
P. acnes || Prevotella
P. intermedia
(svartpigmenterad)

Icke pigmenterade
P. gingivalis (svart-
C. rectus

## Biofilmer

Mer än 60 procent av alla infektioner som drabbar människan orsakas av bakterier som växer på ytan av någon av kroppens vävnader eller på en implantatyta. Karies och tandlossning hör till de vanligaste och mest kostsamma infektionerna orsakade av sådana bakterier. Mikroorganismer som växer i på dessa ytor, i så kallade mikrobiella biofilmer, uttrycker andra egenskaper än fria bakterier som växer i näringslösning. Till exempel kan uttrycket av sjukdomsframkallande egenskaper vara betydligt starkare i biofilmer.

En biofilm kan variera i tjocklek från ett encelligt skikt till flera millimeter. Bakterieinnehållande plack på tandytor, som kan utgöra förstadium till karies, är biofilmer. En bakterieart, som inte själv kan fästa vid ytor, kan ofta fastna på andra bakteriers glykokalyx och växa i form av en biofilm (coaggregation). Bakterier i biofilmer är mer motståndskraftiga mot antibiotika, rengöringsmedel, olika typer av antimikrobiella medel och fagocytos än vad planktoniska bakterier är. Biofilmer utvecklar också snabbt resistens mot nya antimikrobiella medel. De är mer stresståliga och quorum sensing förekommer.

## Ordlista

**enterotoxin**, av bakterier utsöndrat protein som ger symtom från mag–tarmkanalen i form av kräkningar, diarré och ev. chock. Ett tiotal enterotoxiner är karakteriserade till struktur och verkningsmekanism. Några, däribland det noggrant studerade koleraenterotoxinet, orsakar vätske- och saltutträde utan att förstöra tarmcellerna. Cytotoxiska enterotoxiner från bakterier i bl.a. släktena Shigella och Campylobacter skadar cellerna och ger ofta diarré med blodblandad avföring. Enterotoxiner från vissa stafylokockstammar är motståndskraftiga mot kokning och är den vanligaste anledningen till s.k. matförgiftning. Enterotoxiner från vissa stammar av Escherichia coli och Salmonella-bakterier är också vanliga orsaker till tarmsymtom.

**endotoxiner,** giftiga ämnen som finns i cellväggen hos flertalet gramnegativa bakteriearter. De frigörs framför allt när bakteriecellen spricker. Endotoxiner utgörs av lipopolysackarider, som är stabila mot kokning. Lipiddelen står för giftverkan. Endotoxiner har feberframkallande (pyrogen) verkan om de sprutas under huden eller i kärlsystemet. De får därför inte förekomma i vätskor avsedda för injektion. Större mängder kan orsaka dödlig chock vid t.ex. sepsis (bakteriell ”blodförgiftning”) orsakad av gramnegativa bakterier. Även inandning av endotoxiner i små vattendroppar från t.ex. befuktningsanläggningar kan ge feber. Lipopolysackarider stimulerar flertalet B-lymfocyter att bilda antikroppar.

**erythrogent toxin**, streptokocker bildar erytrogena toxiner som sprider sig i hudens ytskikt via små lymfbanor och ger en skarpt avgränsad rodnad. De skadar plasmamembranen på små blodkärl under huden.

**exotoxiner**, proteiner som utsöndras av vissa sjukdomsframkallande bakterier. Bland exotoxinerna finns de starkaste gifter vi känner till. Den dödliga dosen för människa är troligen mindre än 1 μg.
Varje exotoxin har sin särskilda giftverkan, t.ex. framkallande av kramp (stelkrampstoxin) eller andningsförlamning (botulinumtoxin). Gifterna kan avskiljas från bakteriecellerna och renframställas. Flera exotoxiner kan avgiftas med formaldehyd. Därvid erhålls en s.k. toxoid, som används som vaccin. De antikroppar som bildas mot vaccinet kan neutralisera giftverkan och är således antitoxiner. Verkningsmekanismen för flera av exotoxinerna är klarlagda. Streptokinas (från streptokocker) används numera i lämplig dos som läkemedel för att lösa upp blodkroppar, t.ex. vid hjärtinfarkt. Botulinumtoxin används i en mycket försvagad form i medicinskt syfte för förlamning av till exempel muskler och svettkörtlar.

**hemolysin:** (av hemo- ”har med blodet att göra” och grekiska lysis ”upplösning”, substans som åstadkommer upplösning eller bristning av röda blodkroppar, vilket leder till att det röda blodfärgämnet, hemoglobin, frisätts.

**katalas:** ett enzym som bryter ned den väteperoxid som bildas vid oxidationsprocesser hos alla aeroba organismer.

**koagulas:** är ett enzym som bryter ned fibrinogen till fibrin och det leder till att protein koagulerar, varvid en fibrinkappa bildas runt bakterierna och bildar ett skydd mot fagocytos. Koagulas inducerar att protrombin omvandlas till trombin vilket ger koagulering i blodplasma. Koagulas är ett enzym karaktäristiskt för bland annat **Staphylococcus aureus** och **S. pseudintermedius.** Dessa bakteriers förmåga att bilda koagulas bidrar sannolikt till att infektioner av mikorganismerna kan leda till att abscesser bildas. Förekomst av koagulas kan utnyttjas för att diagnostisera bakterier. En bakterie som testas positiv för förekomst av koagulas är således koagulaspositiv och bakterier som testar negativt på koagulastest är följaktligen koagulasnegativa.

**koagulasnegativa stafylokocker (KNS):** är de vanligaste förekommande bakterierna på människans hud och slemhinnor. De har gemensamt att de är stafylokocker och att de testar negativ på koagulastestet. KNS är gram-positiva kocker och genuset KNS kan delas in i fler än 40 olika arter. KNS ger normalt inte upphov till sjukdom men under särskilda förhållanden kan KNS bli invasiva och orsaka bla hematogena infektioner

**koagulationsfaktor**: ämne som behövs för att blodet ska kunna koagulera. Numreras med romerska siffror. I är fibrinogen.

'***nosokomial'*** infektion: (nylatin **nosocomialis**, av senlatin **nosocomium** ”**sjukhus**”, av likabetydande grekiska n**osokomeion**, av **nosokomeō** ’sköta eller vårda sjuka’), infektion som uppkommit på sjukhus.

**protein A:** ett protein som bildas av flertalet stammar av bakterien Staphylococcus aureus. Proteinet reagerar med immunglobuliners konstanta delar, företrädesvis hos immunglobulin klass G (IgG). Det används för att rena och påvisa immunglobuliner (antikroppar).

**pyo-:** (sammansättningsform av grekiska pyon ”var"), förled som anger att termen har med var (pus) att göra.

**saprofyt:** (nylatin saprophyton, av sapro = förruttnelse och grekiska phyton ”växt”, egetnligen alltså växt som livnär sig på dött material, men i medicinska sammanhang en bakterie eller annan mikroorganism som lever i fredlig samexistens med sin värd utan att angripa dess levande vävnader.

**virulent:** är en mikroorganisms förmåga att framkalla sjukdom hos sin värd. En **virulensfaktor** kan sedermera definieras som en speciell egenskap mikroorganismen har, som ger upphov till dess virulens.