Grundläggande bakteriologi

Question 1

Beskriv Grampositiva bakteriers uppbyggnad

Answer 1

Grampositiva bakteriers cytoplasmamembran omges av en tjock cellvägg som huvudsakligen består av peptidoglykan. Cellväggen innehåller teikoinsyra som stabiliserar den tjocka cellväggen.

Question 2

Beskriv Gramnegativa bakteriers uppbyggnad

Answer 2

Gramnegativa bakteriers cytoplasmamembran omges av en tunt peptidoglykanlager. Peptidoglykanlagret omges i sin tur av ett yttre membran. Det yttre membranet består av ett inre lager som består av fosfolipider och ett yttre lager som primärt består av lipopolysackarider (LPS). I det yttre membranet finns porinkanaler som tillåter diffusion av hydrofila molekyler med en massa mindre än 700 Da genom membranet.

Question 3

Nämn två viktiga funktioner för Gramnegativa bakteriers yttre membran

Answer 3

• skyddar cellen från farliga substanser (antibiotika, lysozym) genom minskad permeabilitet
• innehåller LPS (endotoxin) som är giftigt för djur och som ger antigenvariation

Question 4

lipopolysackarid (LPS)

Answer 4

• främsta beståndsdelen i Gramnegativa bakteriers yttre membran
• strukturellt viktig samt skyddar mot kemiska/enzymatiska attacker på cellmembranet
• binder till TLRs och inducerar ett mycket starkt immunsvar med kraftig frisättning av cytokiner
• pyrogen och kan orsaka septisk chock

Question 5

Ange de tre mekanismerna för horisontell genöverföring mellan bakterier och beskriv översiktligt hur överföringen går till.

Answer 5

• transformation: genöverföring genom upptag av extracellulärt DNA från omgivningen
• transduktion: överföring av bakteriella gener från en givare till en mottagare via en bakteriofag
• konjugation: en bakterie bygger upp en rörformad struktur (pilus), kopplar ihop sig via den med en annan bakterie och för över DNA

Question 6

Antibiotika hämmar livsviktiga funktioner i bakteriecellen. Ange fem olika mål för antibiotika och ange för varje en antibiotikagrupp som hämmar det målet.

Answer 6

inhibition av proteinsyntes: tetracykliner

inhibition av folsyrasyntes: sulfonamider

inhibition av DNA-replikation: kinoloner

inhibition av RNA-syntes: rifampicin

inhibition av cellväggssyntes: beta-laktamer

Question 7

Beskriv kortfattat de fem generella molekylära mekanismerna för hur bakterier blir resistenta mot antibiotika.

Answer 7

1. Inaktivering av antibiotika innan den når sitt mål. Enzymer som utsöndras eller finns inuti bakteriecellen inaktiverar antibiotika genom hydrolys eller modifiering. Ex: Beta-laktamaser inaktiverar beta-laktamer genom att hydrolysera deras beta-laktamring.
2. Minskat upptag av antibiotika, t.ex. genom minskat uttryck av poriner.
3. Aktiv uttransport av antibiotika ur cellen. De flesta effluxpumpar använder proton-motive force för att aktivt pumpa ut antibiotika.
4. Förändring av målet så att antibiotikumet inte längre kan göra skada. Ex: Rifampicinresistens uppkommer genom mutationer i RNA-polymeraset.
5. Förvärvande av en alternativ metabol funktion som kan utföra den reaktion som hämmas av antibiotika. Ex: plasmidmedierad trimetoprim- och sulfonamidresistens kommer av att bakterien förvärvat alternativa varianter av enzymen som inte är känsliga för antibiotika

Question 8

Ge två exempel på hur skillnader i celluppbyggnad mellan Grampositiva och Gramnegativa bakterier kan påverka sjukdomsförlopp/behandling.

Answer 8

• Gramnegativa bakteriers yttre membran utgör ett skydd mot antibiotika
• LPS är pyrogent och kan i tillräckligt höga doser orsaka septisk chock

Question 9

Vilken grupp av enzymer är målet för beta-laktamantibiotika och vilket steg i cellens biosyntes är det som inhiberas?

Answer 9

Beta-laktamer hämmar cellväggsyntesen genom att binda till penicillin bindning proteins och därigenom hämma en korrekt uppbyggnad och omorganisation av korsbindningarna i peptidoglykanet.

Question 10

Ange två orsaker till att beta-laktamer är så bra antibiotika.

Answer 10

• de har mycket få bieffekter eftersom våra celler saknar cellvägg
• de är bakteriocida så bakterierna dör även om patienten har ett nedsatt immunförsvar

Question 11

Vilka är det två vanligaste resistensmekanismerna för beta-laktamantibiotika?

Answer 11

Hos Gramnegativa bakterier är det beta-laktamaser, enzymer som hydrolyserar betalaktamringen, kan även minska införsel genom poriner. Hos Grampositiva är det muterade eller alternativa PBPer som inte längre binder beta-laktamer.

Question 12

Beskriv vad som menas med att ett toxin är av AB-typ.

Answer 12

AB-toxiner består av en B-subenhet som binder till en specifik cellytereceptor, och en A-subenhet som translokeras in i cellen och som utgör den aktiva toxinkomponenten.

Question 13

Ge ett exempel på en bakterie som producerar superantigen.

Answer 13

Staphylococcus aureus

Question 14

Vilket medicinskt tillstånd kan superantigen ge upphov till?

Answer 14

Toxic Shock Syndrome

Question 15

Koleratoxinet är ett typiskt AB-toxin. Beskriv hur koleratoxinet verkar efter att det utsöndrats från bakterien.

Answer 15

Den aktiva delen av A-subenheten (A1) stimulerar adenylatcyklas vilket leder till ökad intracellulär koncentration av cAMP vilket leder till hypersekretion av vatten och elektrolyter ut i tunntarmslumen.

Question 16

ge fem exempel på AB-toxiner

Answer 16

• koleratoxin
• pertussistoxin
• Shiga-like toxin
• botulinumtoxin
• tetanustoxin

Question 17

Vad är endotoxin och vad har det för effekt på människokroppen?

Answer 17

Det yttre lagret av Gramnegativa bakteriers yttre membran utgörs av endotoxin. Endotoxin binder till TLR4 på makrofager och endotelceller och stimulerar frisättning av inflammatoriska cytokiner.

I låga koncentrationer stimulererar endotoxin utveckling av skyddande responser såsom feber, vasodilatation och aktivering av immunsvar och inflammatoriska svar. Höga nivåer av endotoxin i blodet kan orsaka septisk chock.

Question 18

Ge tre olika exempel på hur bakterier kan få en fördel genom att producera toxiner.

Answer 18

• produktion av nedbrytande enzymer främjar spridning av bakterien inom värden
• produktion av toxiner som orsakar diarré gynnar spridning av bakterien mellan värdar
• produktion av nedbrytande enzymer kan leda till frisättning av näringämnen och på så sätt gynna bakteriell tillväxt

Question 19

Beskriv den molekylära mekanismen för bakteriella superantigen.

Answer 19

Superantigen är exotoxiner som inducerar icke-specifik aktivering av T-celler genom att samtidigt binda till en TCR och en MHC II-molekyl. Detta leder till polyklonal T-cellsaktivering och massiv frisättning av cytokiner.

Question 20

Beskriv tre fördelar med kombinationsbehandling av antibiotika.

Answer 20

• ökat behandlingsspektrum
• effekten av två antibiotika tillsammans kan bli större än den sammanlagda effekten var för sig (synergism)
• minskad risk för mutationer som ger resistens

Question 21

Ange två orsaker till varför bakteriell biofilmsbildning är så besvärlig kliniskt?

Answer 21

1. Biofilmen gör det svårare att antibiotikabehandla bakterierna eftersom att de tillväxer långsammare och för att biofilmsmatrix gör det svårare för antibiotikan att diffundera in till dem.
2. I en biofilm sker konjugation och transformation oftare, vilket gör att det är en större risk för att bakterierna ska utveckla antibiotikaresistens.