Archiwum

Wojciech Grudzień

Zbójno

 

Poznanie budowy bakterii jest kluczem do zrozumienia zasad działania i stosowania takich substancji jak np. antybiotyki.

Bakteriologia

• • •

Wszystkie bakterie należą do królestwa Procaryota. Oznacza to, że w przeciwieństwie do Eucaryota nie posiadają jądra komórkowego lecz nukleoid tj. podwójną kulistą nić DNA zanurzoną w cytoplazmie. Morfologicznie bakterie można podzielić na: owalne (np. ziarniaki), cylindryczne (np. pałeczki, laseczki) i spiralne (np. krętki). Bakterie dodatkowo mogą tworzyć kolonie. Specyfiką jest fakt, iż kolonie są charakterystyczne dla danych gatunków bakterii. Drobnoustroje te mogą tworzyć charakterystyczne skupiska widoczne w polu widzenia mikroskopu: ziarniaki, dwoinki, paciorki (łańcuszki), czworaczki (tetrady), pakiety, grona i palisady. Komórki zbliżone morfologicznie do grzybów np. Actinomycetales mogą tworzyć strzępki. W przypadkach, gdy bakterie przyjmują wygląd zróżnicowany, to mówimy o polimorfizmie. Duża grupa drobnoustrojów wyposażona w rzęski, posiada zdolność ruchu. Jednak w bezpośredniej obserwacji pod mikroskopem zawiesiny bakterii, widoczny jest ruch Browna, co może sprawiać wrażenie zdolności ruchu własnego. Bakterie rozpraszają światło zgodnie z prawem Tyndala; dodatkowo zwiększają lepkość mieszaniny zawieszającej.

                Morfologicznie w komórce bakteryjnej można wyróżnić następujące elementy (organelle): otoczka, ściana komórkowa, błona komórkowa, rzęski, fimbrie, mezosomy, nukleoid, cytoplazma, rybosomy, plazmidy, ciałka chromatoforowe i ziarenka zapasowe. Należy zauważyć, że nie wszystkie elementy występują u każdej bakterii.

                Otoczka jest wytworem śluzowym mającym na celu zwiększyć lepkość oraz ochraniać bakterie przed niekorzystnymi warunkami środowiska. W otoczce znajdują się dodatkowo antygeny, które są wykorzystywane w diagnostyce labolatoryjnej np. antygen K u E. coli.

                Ściana komórkowa jest elementem nadającym kształt całej komórce. Dodatkowo pełni funkcję ochronną oraz uczestniczy w regulacji ciśnienia osmotycznego. Niektóre bakterie np. mikoplazmy nie posiadają ściany komórkowej lub posiadają tylko częściową np. riketsje czy chlamydie. Organella ta zawdzięcza swą sztywność i trwałość peptydoglikanowi zwanemu mureiną. Ze względu na specyficzne rodzaje budowy ściany komórkowej wyróżniamy: bakterie G+ (barwiące się metodą Grama) i G– (niebarwiące się metodą Grama). Pierwsza jest zbudowana z jednej warstwy, w której kwas gliceroloteichojowy jednym końcem jest przyłączony do błony komórkowej. Z tego wynika, że w ścianie komórkowej bakterii G+ praktycznie nie ma substancji białkowych (wyjątek stanowi białko M paciorkowców). W niej jest rozproszone około 80% peptydoglikanów. Ściana bakterii G– jest bardziej skomplikowana. Składa się z trzech warstw. Pierwsza zawierająca 10-20% peptydoglikanów. Druga jest zbudowana z białek, fosfolipidów i lipopolisacharydów. Składnik lipopolisacharydowy jest endotoksyną, zaś polisacharyd antygenem O. Trzecia warstwa ma budowę lipoproteinową. Z tego wynika, że bakterie G+ nie wytwarzają endotoksyn, lecz wytwarzają egzotoksyny. Oryginalnym zjawiskiem jest sposób działania na bakterie (głównie G+) lizozymu, w wyniku czego rozpuszcza się ściana komórkowa. Tak pozostałe twory nazywamy protoplastami.

                Rzęski stanowią aparat ruchu bakterii. Bakterie, które posiadają wiele rzęsek nazywamy spirochetami. Są zbudowane z białka flageliny. Organelle te biorą swój początek pod błoną komórkową. Na przekroju widoczne jest włókno osiowe. U spirochet w jednej rzęsce jest kilkaset włókien osiowych. Rzęski zazwyczaj są kilkukrotnie dłuższe od średnicy komórki bakteryjnej a ich średnica wynosi około 15 nm. W rzęskach obecny jest specyficzny gatunkowo antygen. Ze względu na umieszczenie rzęsek na komórce oraz ich ilości bakterie można podzielić na: wkołorzęse (peritricha), czuborzęse (lophotricha), jednorzęse (monotricha) i dwurzęse (ampitricha).

                Fimbrie (pili) są białkowymi wypustkami mniejszymi od rzęsek o właściwościach adhezyjnych. Występują zarówno u bakterii orzęsionych jak i nieorzęsionych. Organelle te maja właściwości hemaglutynacyjne tj. zlepianie krwinek czerwonych. Wyróżniamy fimbrie swoiste i nieswoiste. U pierwszych hemaglutynacja nie jest hamowana prze D-mannozę, a w przypadku drugich jest. Specjalny rodzaj fimbrii tzw. fimbrie płciowe biorą udział w koniugacji u bakterii.

                Cytoplazma komórki bakteryjnej jest organellą ciągliwą i szklistą. Stanowi ośrodek reakcji biochemicznych oraz odpowiada za turgor bakterii. Cytoplazma składa się w 80% z wody.

                Rybosomy stanowią dwuczęściowe elementy o kształcie grzyba. Składają się z jednostek 30S i 50S. Biorą udział w procesie translacji białka. W jednej komórce bakteryjnej w cytoplazmie jest zawieszonych około 10.000 rybosomów.

                Mezosomy występują zazwyczaj u bakterii G+ jako wypustki wewnętrzne błony komórkowej. Są odpowiednikami mitochondriów u Eucaryota. Stanowią centralne ośrodki energetyczne.

                Ciałka chromatoforowe występują u bakterii fotosyntezujących (sinice). Stanowią wewnętrzne oddzielone wypuklenia błony komórkowej zawieszone w cytoplazmie. Zawierają karotenoidy, jako barwniki.

                Specyficznymi tworami występującymi u bakterii z rodzaju Bacillus sp. i Clostridium sp. są przetrwalniki (endospory). Przetrwalniki powstają wieloetapowo z komórki wegetatywnej. Ich skład chemiczny jest podobny do komórki wyjściowej. Ich specyfiką jest natomiast 5-krotnie większa ilość cysteiny oraz obecność mostków dwusiarczkowych. Rolą endospor jest ochrona bakterii przed niekorzystnymi warunkami tj. temperatura, brak wody, promienie UV. Najbardziej trwałe przetrwalniki potrafią przetrwać 20 min. w temperaturze 120°C. W zależności jak jest ułożona endospora wyróżniamy: ułożenie centralne, ułożenie subterminalne, ułożenie terminalne z rozdęciem i ułożenie centralne z rozdęciem komórki bakteryjnej. Proces przejścia ze stadium przetrwalnika do komórki wegetatywnej nazywamy kiełkowaniem lub germinacją. W pregerminacji przetrwalnik traci odporność na wysoką temperaturę. W fazie drugiej następuje rozrzedzanie cytoplazmy i materiału genetycznego. W fazie trzeciej następuje formowanie komórki wegetatywnej.

                Wzrost bakterii tj. powiększanie się objętości komórki jest zdecydowanie szybszy niż u Eucaryota. Podwojenie objętości komórki od momentu jej powstania następuje zazwyczaj po około 15-20 minutach. Większość bakterii rozmnaża się poprzez amitozę tj. specyficzny prosty podział poprzeczny. Bakterie z rodzaju Actinomycytales (promieniowce), poza amitozą, mogą rozmnażać się poprzez fragmentację strzępek lub za pomocą konidiów. Koniugacja jest płciowym sposobem rozmnażania, w którym poprzez rzęski płciowe następuje wymiana materiału genetycznego pomiędzy dwiema komórkami. Mykoplazmy rozmnażają się poprzez specyficzny dla nich cykl reprodukcyjny. Rickettsiale (riketsje) rozmnażają się poprzez pączkowanie lub podział poprzeczny. Bakterie z rodzaju Chlamydiales rozmnażają się w komórce eukariotycznej gospodarza poprzez specyficzny dla siebie cykl rozwojowy.

                Bakterie, tworząc określoną populację na podłożu in vitro rozwijają się w specyficznym cyklu fazowym, który obejmuje: I faza – przystosowawcza, II faza – logarytmicznego wzrostu, III faza – zwolnionego wzrostu, IV faza – równowagi, V faza – zamierania populacji bakterii.

                Chorobotwórczość jest to specyficzna zdolność mikroorganizmu do powodowania w makroorganizmie zmian stanu fizjologicznego, manifestujący się powstaniem zmian patologicznym oraz objawami kliniczny (Larski, 1981). W tym miejscu należy także rozgraniczyć pojęcie choroby zakaźnej i zaraźliwej. Choroba zakaźna – choroba wywołana przez czynnik zakaźny (wirus, bakteria, grzyb, prion, pasożyt), który dostaje się do organizmu, usadawia, namnaża i pobudza organizm do odczynu wobec siebie. Choroba zaraźliwa – choroba, która może przenosić się z jednego organizmu na drugi poprzez przenoszenie czynnika zakaźnego.

                Chorobotwórcze działanie bakterii opiera się na inwazyjności oraz toksyczności. Inwazyjność to zdolność drobnoustroju do przenikania przez naturalne bariery organizmu, rozprzestrzeniania w organizmie gospodarza oraz rozmnażania się w nim. Toksyczność drobnoustrojów polega na wytwarzaniu specyficznych dla siebie toksyn oraz produktów przemiany materii. Toksyny bakteryjne dzieli się na egzotoksyny i endotoksyny. Te pierwsze są produkowane przez, niektóre bakterie G+ (clostridia, gronkowiec złocisty, paciorkowiec ropotwórczy) oraz niektóre bakterie G– np. E. coli, Shigella sp., Pseudomonas aeruginosa. Egzotoksyny są budowy białkowej, zatem pobudzają organizm do swoistego odczynu immunologicznego. Jeżeli zatem poddamy egzotoksynę działaniu formaldehydu to straci swe działanie toksyczne, ale zachowa immunogenne i nazywamy ją anatoksyną. Endotoksyny są produkowane wyłącznie przez bakterie G–. Są składową częścią ściany komórki bakteryjnej. Mają zatem budowę lipopolisacharydową lub białkowo-lipidowo-cukrową. Charakterystyczną cechą endotoksyn jest ich duża zdolność pirogenna tzn. zdolność inicjowania gorączki (febris).

Mechanizm działania substancji przeciwbakteryjnych

• • •

W zależności od radykalności działania danego preparatu chemioterapeutyki przeciwbakteryjne możemy podzielić na bakteriobójcze i bakteriostatyczne. Substancje bakteriobójcze powodują zabicie drobnoustrojów. Bakteriostatyczne zaś hamują namnażanie się bakterii (bakteriostaza), a ostateczna walka z infekcją spada na układ odpornościowy gospodarza (zwierzęcia). Podział na leki bakteriobójcze i bakteriostatyczne został umieszczony w tabeli 1. Podział ten ma duży wymiar praktyczny, gdyż można dobierać preparat od stanu zwierzęcia.

                Substancje bakteriobójcze różnią się także mechanizmem działania na samą bakterię. W zależności od wpływu na struktury (organelle) i funkcje bakterii substancje przeciwbakteryjne można podzielić na następujące grupy:

1. Związki hamujące syntezę ściany komórkowej (penicyliny, cefalosporyny, wankomycyna, bacytracyna).
2. Związki zaburzające funkcję błony komórkowej (kolistyna).
3. Związki hamujące syntezę białek bakteryjnych (tetracykliny, chloramfenikoli jego pochodne, makrolidy, linkozamidy, amino glikozydy).
4. Związki hamujące syntezę kwasów nukleinowych i replikacje (chinoliny)
5. Związki o charakterze inhibitorów kwasu foliowego, które w efekcie końcowym hamują syntezę DNA (sulfonamidy, trimetoprim).

                Schemat mechanizmu działania wyżej opisanych preparatów przedstawiono na rysunku 3.

Antybiotyki

• • •

Antybiotyki stanowią grupę naturalnych i półsyntetycznych związków o charakterze bakteriobójczym. Pierwszy antybiotyk (penicylina) został odkryty w 1928 roku przez Alexandra Fleminga, który zauważył, że przypadkowe zanieczyszczenie podłoża pleśnią Penicillium notatum powstrzymuje wzrost kultur bakterii. Zdolność do wytwarzania antybiotyków posiadają także promieniowce i niektóre bakterie. Wykorzystywane w weterynarii antybiotyki podzielone i opisane zostaną przedstawione poniżej. Antybiotyki z tej samej grupy nie powinny być podawane łącznie np. penicylina + amoksycylina; doksycylina + oksytetracyklina.

Antybiotyki β-laktamowe

Antybiotyki te mają wiązanie beta-laktamowe, które ulega rozerwaniu pod wpływem określonych enzymów – b-laktamazy, produkowanej przez niektóre bakterie. Oznacza to, że gdy bakterie wytwarzają ten enzym to penicyliny są nieskuteczne. Wszystkie antybiotyki beta-laktamowe hamują biosyntezę ściany komórki bakteryjnej. Mechanizm działania b-laktamów jako antybiotyków polega na blokowaniu aktywności enzymów bakteryjnych – transpeptydaz, biorących udział w syntezie peptydoglikanu ściany komórki bakteryjnej. Takie uszkodzenie prowadzi po pewnym czasie do zwiększenia aktywności bakteryjnych enzymów autolitycznych (samostrawienie), powodujących samozniszczenie bakterii.

                Działanie bakteriobójcze b-laktamów zależy od czasu i stężenia antybiotyku w ognisku zakażenia (danej tkance); gdy jest wystarczająco wysokie wywiera działanie bakteriobójcze. Ta grupa związków obejmuje penicyliny, cefalosporyny, karbapenemy i monobaktamy z czego dwa pierwsze mają zastosowanie w weterynarii.

■             Penicyliny

– to antybiotyki otrzymywane przy użyciu pleśni Penicillium. Żaden antybiotyk z grupy penicylin nie działa na mykoplazmy!!! Substancje te mogą także wywoływać reakcjie alergiczne. Penicyliny klasyfikujemy w następujący sposób:

■             penicyliny naturalne: benzylopenicylina (penicylina G, penicylina krystaliczna), benzylopenicylina prokainowa, benzylopenicylina benzatynowa, fenoksymetylopenicylina,

■             penicyliny półsyntetyczne: penicyliny doustne, propycylina,

■             penicyliny oporne na penicylinazy: oksacylina, kloksacylina, dikloksacylina, flukloksacylina, metycylina, nafcylina,

■             aminopenicyliny: ampicylina, amoksycylina,

■             karboksypenicyliny: karbenicylina, tykarcylina,

■             ureidopenicyliny: azlocylina, mezlocylina, piperacylina, apalcylina.

                Ważną rolę odgrywają w chemioterapii inhibitory b-laktamaz np. kwas klawulanowy. Związek ten jest produkowany przez grzyby Streptomyces clavuligerus, który sam nie posiada większej zdolności przeciwbakteryjnej, ale hamuje aktywność b-laktamazy. W praktyce medycznej istnieje połączenie amoksycyliny z kwasem klawulonowym dając „Amoksiklav”.

                Penicyliny wykazują wysoką skuteczność przy łączeniu z kolistyną i aminoglikozydami np. streptomycyna, neomycyna.

                Zastosowanie: infekcje Clostridium sp., Staphylococcus sp., Streptococcus sp., Bacillus sp. Ornitobacterium rinotracheae, Bordetella sp., Pasteurella sp. Erysipelothrix rhusiopathiae, Actinobacillus pleuropneumonia, Rimerella anatipestifer.

■             Cefalosporyny

– grupa związków półsyntetycznych o szerokim spektrum działania bakteriobójczego. Są to pochodne kwasu 7-aminocefalosporynowego (7-ACA). Wykazują większą odporność na działanie b-laktamaz. Cefalosporyny, tak jak wszystkie antybiotyki b-laktamowe, hamują syntezę bakteryjnej ściany komórkowej, ale także wykazują skuteczność wobec mykoplazm. Ze względu jednak na swoje wysokie ceny są rzadko wykorzystywane w leczeniu drobiu czy świń. Cefalosporyny są podzielone na grupy tzn. Cefalosporyny I-V generacji. Należą tutaj takie związki jak: cefuroksym, cefaleksyna, cefotaksym itd.

                Zastosowanie: leczenie infekcji układu moczowego, Mycoplasma sp., Haernophilus parasuis.

Antybiotyki aminoglikozydowe

• • •

Działanie bakteriobójcze polega na zakłócaniu syntezy białek bakteryjnych. Antybiotyki te wiążą się z podjednostką 30S rybosomu bakteryjnego. Antybiotyki te znalazły szerokie zastosowanie. Są stosowane głównie w infekcjach przewodu pokarmowego. W medycynie ludzkiej są zazwyczaj stosowane miejscowo (maści, krople), ze względu na znaczne skutki uboczne tj. uszkadzają nerki, ucho środkowe (powodują głuchotę). Słabo wchłaniają się z przewodu pokarmowego, ale dzięki temu przechodzą do obornika gdzie dalej wykazują działanie bakteriobójcze.

                Do grupy aminoglikozydów należą m.in.: streptomycyna, neomycyna, gentamycyna czy spektynomycyna. Zastosowanie: infekcje Mycoplasma sp., E. coli., Salmonella sp., Clostridium sp., Leptospira sp., Staphylococcus sp., Rimerella anatipestifer.

                Aminoglikozydy wykazują wysoką skuteczność przy łącznym stosowaniu z Penicylinami i kolistyną.

Makrolidy

• • •

Grupa antybiotyków naturalnych o działaniu bakteriostatycznym wytwarzanych przez grzyby z rodzaju Streptomyces. Mechanizm działania makrolidów polega na wiązaniu się z podjednostką 50S rybosomu bakterii i jednoczesnym unieczynnianiem tRNA i w efekcie przedwczesne zakończenie syntezy łańcucha peptydowego. Makrolidy znalazły szerokie zastosowanie w medycynie ludzkiej jak i weterynaryjnej. Mogą być stosowane w leczeniu trądziku (erytromycyna), chorób narządowych. W weterynarii stosuje się je głównie w infekcji układu oddechowego (drób, świnie, bydło) jak i pokarmowego (świnie), a także płciowego (gęsi). Makrolidy wykazują także wysoką skuteczność przeciwko infekcjom Mycoplasma sp. oraz nie wywołują tyle skutków ubocznych. Zazwyczaj posiadają krótką karencję.

                Do tej grupy należą: tylozyna, tylmikozyna, erytromycyna, spektynomycyna. Zastosowanie: Infekcje, Mycoplasma sp., Pasteurella sp., Bordetella sp., Brachyspira hyodysenteriae, Lawsonia intracellularis.

                Makrolidy wykazują dobre działanie przy łącznym podawaniu z kolistyną i tetracyklinami.

Tetracykliny

• • •

Tetracykliny to grupa stosunkowo starych antybiotyków o szerokim spektrum działania i pierwotnie otrzymywana ze szczepów promieniowca Streptomyces aureofaciens. Mechanizm działania polega na blokowaniu podjednostki 30S rybosomów i hamowaniu biosyntezy białek, a także na zaburzaniu procesów energetycznych bakterii. Antybiotyki tej grupy charakteryzuje także stosunkowo duża toksyczność i długa karencja. Należą tutaj: tetracyklina, chlorotetracyklina, oksytetracyklina, doksycylina.

                Zastosowanie: infekcje Mycoplasma sp., Pasteurella sp., Bordetella sp., E. coli, Leptospira sp., Listeria sp., Rickettsia sp., Echrilchia sp.

                Tetracykliny można stosować łącznie z kolistyną, tiamuliną i makrolidami. Nie należy podawać łącznie ze związkami wapnia i metalami ciężkimi np. tlenkiem cynku.

Polimyksyny

• • •

Antybiotyki peptydowe składającej się z części peptydowej i reszty kwasu tłuszczowego. Budową i działaniem przypominają detergenty (mydła). Polimyksyny przenikają do komórek bakteryjnych i łączą się z fosfolipidami w błonie komórkowej i w efekcie zaburzają jej strukturę, co prowadzi do zwiększenia przepuszczalności bakteryjnej błony komórkowej, a ostatecznie zniszczenie bakterii. Posiadają krótką karencję. Należą tutaj: bacytracyna, kolistyna. Zastosowanie: infekcje E. coli, Salmonella sp.

Linkozamidy

• • •

Grupa antybiotyków bakteriostatycznych. Działanie jest podobne do makrolidów – łączą się z podjednostką 50S rybosomu bakteryjnego. Zahamowują syntezy białek bakteryjnych, co doprowadza do śmierci komórki. W wyższych stężeniach linkozamidy wykazują działanie bakteriobójcze. Należą tutaj linkomycyna i klindamycyna.

                Zastosowanie: infekcje E. coli, Salmonella sp., Mycoplasma sp., Pasteurella sp., Brachyspira hyodysenteriae, Lawsonia intracellularis, Clostridium sp., Staphylococcus sp.

                Dobre efekty daje łączne stosowanie z spektynomycyną (linco-spectin) i kolistyną.

Chloramfenikol i związki pochodne

• • •

Bakteriostatyczne antybiotyki syntetyczne o różnej rozpuszczalności i gorzkim smaku. Wykazuje także działanie przeciwko mykoplazmom, riketsiom, chlamydiom i dużym wirusom. Hamują syntezę białek w wyniku wiązania się z podjednostką 50S rybosomu bakteryjnego. Należą tutaj: chloramfenikol <detreomycyna> (zabroniony w leczeniu zwierząt rzeźnych), tiamfenikol i florfenikol.

                Zastosowanie: infekcje E. coli, Salmonella sp., Mycoplasma sp., Pasteurella sp., Clostridium sp., Staphylococcus sp., Streptococcus sp., Bacillus sp., Ornitobacterium rinotracheae, Bordetella sp., Actinobacillus pleuropneumonia i wiele innych.

                Należy dokładnie stosować preparat z zaleceniami producenta oraz nie łączyć z innymi preparatami.

Pochodne pleuromutuliny

• • •

Półsyntetyczne antybiotyki bakteriostatyczne. Wiążą się z podjednostką 50S rybosomy. Są stosowane tylko w weterynarii. Charakteryzują się krótką karencją. Należą tutaj tiamulina i walnemulina.

                Zastosowanie: infekcje, Mycoplasma sp., Pasteurella sp., Brachyspira hyodysenteriae, Lawsonia intracellularis, E. coli.

                Dobre efekty uzyskuje się przy łącznym podawaniu z tetracyklinami oraz kolistyną. Nie należy podawać z kokcydiostatykami joforowymi: monenzyna, salinomycyna, narazyna.