Medicinska mikrobiologija I: patogeni i ljudski mikrobiom

By Allen Kuslovic, Andreas Vanilssen and Rogers Nilstrem

Postoji nekoliko puteva kroz koje patogeni mogu upasti u domaćina. Glavni putevi imaju različite epizodne vremenske okvire, ali tlo ima najduži ili najuporniji potencijal za savladavanje patogena. Bolesti kod ljudi koje uzrokuju zarazni uzročnici poznate su kao patogene bolesti. Ljudski mikrobiom je skup svih microbiota koji se nalaze na ili unutar ljudskog tkiva i biofluida, zajedno s odgovarajućim anatomskim mjestima na kojima borave, uključujući kožu, mliječne žlijezde, placentu, sjemensku tekućinu, maternicu, folikule jajnika, pluća, slinu, oralnu sluznicu, konjunktivu, bilijarni trakt i gastrointestinalnog trakta. Sadržaj ove knjige: Patogen, Prion, Virus, Patogene bakterije, Gljiva, Patogena gljiva, ljudski parazit, Protozoa, Parazitski crv, Popis parazita ljudi, klinička mikrobiologija, Interakcija domaćina-patogena, Zarazne bolesti, Popis zaraznih bolesti, Infekcije povezan s bolestima, ljudski mikrobiom, projekt humanog mikrobioma, hipoteza zdravlja o biološkoj raznolikosti, prvobitno stjecanje microbiota, humani virus, humani gastrointestinalni sustav microbiota, Osovina crijeva i mozga, psihobiotik, otpornost na kolonizaciju, flora kože, vaginalna flora, vaginalna flora u trudnoći, popis bakterijske vaginoze microbiota, plaktalni mikrobiom, mikrobiom ljudskog mlijeka, oralna ekologija, mikrobiom pljuvačke, pluća microbiota, popis humani microbiota, probiotik, probiotici u djece, psihobiotik, Bacillus clausii, postbiotik, proteobiotici, sinbiotici, Bacillus coagulans, bakterijska vaginoza, bifidobacterium animalis, bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Botryosphaeran, Clostridium butyricum, Escherichia coli Nissle 1917, faktor transkripcije Gal4, Ganeden, Lactinex, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus crispatus .
Authors: Allen Kuslovic, Andreas Vanilssen, Rogers Nilstrem

• Language: Hrvatski jezik
• Publisher: Cambridge Stanford Books
• Release date: Sep 24, 2020
• ISBN: 9781005706906

Book preview

Medicinska mikrobiologija

Medicinska mikrobiologija, velika podskupina mikrobiologije koja se primjenjuje u medicini, grana je medicinske znanosti koja se bavi prevencijom, dijagnosticiranjem i liječenjem zaraznih bolesti. Nadalje, ovo područje znanosti proučava različite kliničke primjene mikroba za poboljšanje zdravlja. Postoje četiri vrste mikroorganizama koji uzrokuju zarazne tegobe: bakterije, gljivice, paraziti i virusi i jedna vrsta infektivnog proteina koja se zove prion.

Medicinski mikrobiolog proučava karakteristike patogena, njihove načine prijenosa, mehanizme infekcije i rasta. Koristeći ove informacije, može se osmisliti tretman. Medicinski mikrobiolozi često služe kao savjetnici za liječnike, pružajući identifikaciju patogena i predlažući mogućnosti liječenja. Drugi zadaci mogu uključivati ​​identifikaciju potencijalnih zdravstvenih rizika za zajednicu ili praćenje evolucije potencijalno virulentnih ili rezistentnih sojeva mikroba, educiranje zajednice i pomaganje u dizajn zdravstvenih praksi. Oni također mogu pomoći u sprječavanju ili kontroli epidemije i epidemije bolesti. Nisu svi medicinski mikrobiolozi proučavali mikrobnu patologiju; neke proučavaju uobičajene, nepatogene vrste kako bi utvrdile mogu li se njihova svojstva koristiti za razvoj antibiotika ili drugih metoda liječenja.

Epidemiologija, proučavanje obrazaca, uzroka i učinaka zdravstvenih i teških stanja na populaciju važan je dio medicinske mikrobiologije, usprkos kliničkim značajkama polja, usredotočena na prisutnost i rast mikrobnih infekcija kod pojedinaca, njihove učinke na ljudsko tijelo i metode liječenja tih infekcija. U ovom kontekstu, cjelokupno polje kao primijenjena znanost može se konceptualno podijeliti na akademske i kliničke subspecijalnosti, iako u stvarnosti postoji fluidni kontinuum između javnozdravstvene mikrobiologije i dijagnostičke medicinske mikrobiologije, baš kao i stanje tehnike u kliničkim laboratorijima ovisi o stalnom unapređenju akademske medicine i istraživačkih laboratorija.

Uobičajeno liječene zarazne bolesti

Bakterijski

Streptokokni faringitis

Chlamydia

Tifusna groznica

Tuberkuloza

Virusni

Rotavirus

Hepatitis C

Ljudski papillomavirus ( HPV)

Parazitski

Malarija

Giardia lamblia

Toxoplasma gondii

Gljivične

Candida

Histopiazmoza

Uzroci i prenošenje zaraznih bolesti

Infekcije mogu uzrokovati bakterije, es, gljivice i paraziti. Patogen koji uzrokuje bolest može biti egzogen (stečen iz vanjskog izvora; okoliša, životinja ili drugih ljudi, npr. Gripe) ili endogen (iz normalne flore, npr. Kandidijaza).

Mjesto na kojem mikrob ulazi u tijelo naziva se ulaznim portalom. Oni uključuju respiratorni trakt, gastrointestinalni trakt, genitourinarni trakt, kožu i sluznicu. Portal ulaska određenog mikroba uglavnom ovisi o načinu putovanja od prirodnog staništa do domaćina.

Postoje različiti načini na koje se bolest može prenijeti između pojedinaca. To uključuje:

Izravni kontakt - dodirivanje zaraženog domaćina, uključujući seksualni kontakt

Neizravni kontakt - dodirivanje onečišćene površine

Kontakt kapljica - kašalj ili kihanje

Fekalno-oralni put - gutanje kontaminirane hrane ili izvora vode

Prijenos u zraku - Spore koji nose patogene

Prijenos vektora - Organizam koji ne uzrokuje samu bolest, ali prenosi infekciju prenošenjem patogena s jednog domaćina na drugog

Prijenos fomita - neživi predmet ili tvar koji može prenijeti zarazne klice ili parazite

Zaštita okoliša - Infekcija bolnica (Nosocomial infections)

Kao i drugi patogeni, i oni koriste ove načine prijenosa da uđu u tijelo, i ovce se razlikuju po tome što moraju ući u stvarne stanice domaćina. Nakon što pristup dobije stanice domaćina, u njega se mora uvesti 'genetski materijal (RNA ili DNA). Razmnožavanje između svijeta je jako raznoliko i ovisi o vrsti gena koji u njima sudjeluju. S druge strane, većina DNA se okuplja u jezgri, a većina RNA razvija se isključivo u citoplazmi.

Mehanizmi za infekciju, proliferaciju i ustrajnost stanica domaćina su ključni za njegov opstanak. Kao što su neke bolesti, na primjer, ospice, koriste strategiju po kojoj se mora proširiti na niz domaćina. U tim oblicima virusne infekcije bolest se obično liječi vlastitim imunološkim odgovorom, pa je stoga potrebno da se raširi na nove domaćine prije nego što je uništena imunološkom rezistencijom ili domaćinom death. Dok su neki zarazni agensi, na primjer Feline leukemia, sposobni izdržati imunološke reakcije i sposobni su postići dugotrajno prebivanje unutar pojedinog domaćina, istovremeno zadržavajući sposobnost širenja u uzastopne domaćine.

Dijagnostički testovi

Identifikacija zaraznog uzročnika manje bolesti može biti jednostavna kao i klinička prezentacija; na primjer, probavne tegobe i kožne infekcije. Da bi se napravila obrazovana procjena o tome koji bi mikrobi mogli uzrokovati tegobe, potrebno je uzeti u obzir epidemiološke čimbenike; na primjer, vjerojatnost izlaganja pacijenta sumnjivom organizmu i prisutnost i raširenost mikrobnog soja u zajednici.

Dijagnoza zaraznih bolesti gotovo se uvijek započinje savjetovanjem pacijentove anamneze i provođenjem fizičkog pregleda. Detaljnije tehnike identifikacije uključuju mikrobni usjev, mikroskopiju, biokemijske testove i genotipizaciju. Druga manje uobičajena tehnika (poput X-zraka, CAT skeniranja, PET skeniranja ili NMR) koristi se za stvaranje slika unutarnjih abnormalnosti koje su posljedica rasta infektivnog agensa.

Mikrobni usjev

Mikrobiološki usjev primarna je operacija koja se koristi za izoliranje zaraznih bolesti radi proučavanja u laboratoriju. Uzorci tkiva ili tekućine testiraju se na prisustvo određenog patogena, što je određeno rastom u selektivnom ili diferencijalnom mediju.

3 glavne vrste medija koja se koriste za testiranje su:

Čvrsti usjev: Čvrsta površina stvara se mješavinom hranjivih sastojaka, soli i agara. Jedan mikrob na ploči s agarima tada može prerasti u kolonije (klonovi gdje su stanice identične jedna drugoj) koje sadrže tisuće stanica. Oni se u osnovi koriste za uzgoj bakterija i gljivica.

Tekući usjev: Stanice se uzgajaju unutar tekućeg medija. Mikrobni rast određuje se vremenom potrebnim da tekućina formira koloidnu suspenziju. Ova se tehnika koristi za dijagnosticiranje parazita i otkrivanje mycobacteria .

Usjev stanica: Usjevi ljudskih ili životinjskih stanica zaraženi su mikrobom koji vas zanima. Potom se promatraju ove kulture kako bi se utvrdio učinak mikroba na stanice. Ova se tehnika koristi za prepoznavanje.

Mikroskopija

Tehnike usjeva često će upotrijebiti mikroskopski pregled kako bi se pomoglo u identifikaciji mikroba. Instrumenti, na primjer, složeni svjetlosni mikroskopi, mogu se koristiti za procjenu kritičnih aspekata organizma. To se može provesti odmah nakon uzimanja uzorka od pacijenta i koristiti se zajedno s tehnikama biokemijskog bojenja, što omogućava rezoluciju staničnih značajki. Elektronski mikroskopi i fluorescentni mikroskopi također se koriste za detaljnije promatranje mikroba za istraživanje.

Biokemijski testovi

Brzi i relativno jednostavni biokemijski testovi mogu se koristiti za pronalaženje zaraznih uzročnika. Za bakterijsku identifikaciju, upotreba metaboličkih ili enzimskih karakteristika uobičajena je iz razloga što njihova sposobnost fermentiranja ugljikohidrata dobiva uzorke karakteristične za njihov rod i vrste. Kiseline, alkoholi i plinovi obično se otkrivaju u tim testovima kada se bakterije uzgajaju u selektivnom tekućem ili čvrstom mediju, kao što je gore spomenuto. Za provođenje ovih ispitivanja masovno se koriste automatizirani strojevi. Ovi strojevi istodobno obavljaju više biokemijskih ispitivanja, koristeći kartice s nekoliko jažica koje sadrže različite dehidrirane kemikalije. Mikrobi koji će zanimati reagirat će sa svakom kemikalijom u određenom procesu, pomažući u njezinoj identifikaciji.

Serološke metode su vrlo osjetljive, specifične i često izuzetno brze laboratorijske pretrage koje se koriste za pronalaženje različitih vrsta mikroorganizama. Testovi se temelje na sposobnosti antitijela da se veže posebno na antigen. Antigen (obično protein ili ugljikohidrati proizvedeni od infektivnog agensa) veže antitijelo, što omogućuje upotrebu ove vrste testa za organizme koji nisu bakterije. To vezanje pokreće niz događaja koji se mogu lako i konačno promatrati, ovisno o ispitivanju. Više complex seroloških tehnika su poznate kao imuno-ispitivanja. Koristeći sličnu osnovu kao što je gore opisano, imunološki testovi mogu otkriti ili izmjeriti antigene bilo od infektivnih agenasa, bilo od proteina koje generira zaraženi domaćin kao odgovor na infekciju.

Lančana reakcija polimeraze

Analize lančane reakcije polimeraze( PCR) su najčešće korištene molekularne tehnike za otkrivanje i proučavanje mikroba. U usporedbi s drugim metodama, sekvenciranje i provjera je konačan, pouzdan, točan i brz. Danas je kvantitativna PCR primarna tehnika koja se koristi, jer ova operacija daje brže podatke u usporedbi sa standardnim PCR ispitivanjem. Kao što su, tradicionalne PCR tehnike, potrebna upotreba gel electrophoresis za vizualizaciju pojačanih DNA molekula nakon završetka reakcije. Kvantitativni PCR to ne zahtijeva, jer uspostavljeni red detekcije koristi fluorescenciju i sonde za otkrivanje DNA molekule kako se pojačavaju. Pored toga, kvantitativni PCR također uklanja rizik od onečišćenja do kojeg može doći tijekom standardnih postupaka PCR (prenošenje proizvoda PCR u sljedeće PCR). Druga prednost korištenja PCR za otkrivanje i proučavanje mikroba je da se DNA sekvence novootkrivenih zaraznih mikroba ili sojeva mogu usporediti s onima već navedenim u bazama podataka, što zauzvrat pomaže da se poveća razumijevanje koji organizam uzrokuje zarazne ailu i prema tome koje bi se moguće metode liječenja mogle koristiti. Ova tehnika je trenutni standard za otkrivanje virusnih infekcija, na primjer AIDS i hepatitisa.

Tretmani

Nakon što je dijagnosticirana i identificirana infekcija, liječnik i konzultanti s medicinskim mikrobiolozima moraju procijeniti prikladne mogućnosti liječenja. Neke se infekcije mogu riješiti vlastitim imunološkim redoslijedom, ali ozbiljnije infekcije liječe se antimikrobnim lijekovima. Bakterijske infekcije liječe se antibakterijskim lijekovima (često ih nazivaju i antibioticima), za razliku od gljivičnih, a virusnih infekcija liječi se antifungalima i antivirusima. Širok sloj lijekova poznat kao antiparazitik koristi se za liječenje parazitarnih bolesti.

Medicinski mikrobiolozi često daju preporuke za liječenje pacijentu na temelju soja mikroba i njegove otpornosti na antibiotike, mjesta infekcije, potencijalne toksičnosti antimikrobnih lijekova i bilo koje alergije na lijekove koje pacijent posjeduje.

Osim što su lijekovi specifični za određenu vrstu organizma (bakterije, gljivice, itd.), Neki su lijekovi specifični za određeni rod ili vrstu organizma i neće djelovati na druge organizme. Na osnovu te specifičnosti medicinski mikrobiolozi moraju uzeti u obzir učinkovitost određenih antimikrobnih lijekova prilikom davanja preporuka. Osim toga, sojevi organizma mogu biti otporni na određeni lijek ili klasu lijeka, čak i kad je uobičajeno djelovati protiv vrste. Ti sojevi, nazvani rezistentni sojevi, predstavljaju ozbiljnu zabrinutost za javno zdravlje od sve većeg značaja za medicinsku industriju jer se širenje rezistencije na antibiotike pogoršava. Antimikrobna rezistencija je sve problematičnija tema koja svake godine dovodi do milijuna smrti.

Dok otpornost na lijekove obično uključuje mikrobe koji kemijski inaktiviraju antimikrobni lijek ili stanicu koja mehanički zaustavlja unos lijeka, drugi oblik otpornosti na lijek može nastati iz stvaranja biofilma. Neke bakterije su u stanju formirati biofilme nalijepljenjem na površine na implantiranim uređajima, na primjer kateterima i protezama, te stvaranje izvanćelijske matrice za druge stanice koje se mogu pridržavati. To im osigurava stabilno okruženje iz kojeg bakterije mogu raštrkati i zaraziti druge dijelove domaćina. Osim toga, vanćelijski matriks i gusti vanjski sloj bakterijskih stanica mogu zaštititi unutarnje stanice bakterija od antimikrobnih lijekova.

Medicinska mikrobiologija ne odnosi se samo na dijagnosticiranje i liječenje bolesti, već uključuje i proučavanje korisnih mikroba. Pokazalo se da su mikrobi korisni u borbi protiv zaraznih tegoba i promicanju zdravlja. Liječenje se može razviti iz mikroba, što je pokazalo i Aleksander Fleming otkriće penicilina, kao i razvoj novih antibiotika iz bakterijskog roda Streptomyces, među mnogim drugima. Ne samo da su mikroorganizmi izvor antibiotika, već i neki mogu djelovati kao probiotics za pružanje zdravstvene koristi za domaćina, na primjer pružanje boljeg gastrointestinalnog zdravlja ili inhibiranje patogena.

Uzročnik

U biologiji je patogen u najstarijem i najširem smislu sve što može stvoriti bolest. Patogen se također može nazvati infektivnim agensom ili jednostavno klice.

Izraz patogen počeo se upotrebljavati 1880-ih. Ovaj se pojam obično koristi za opisivanje zaraznog mikroorganizma ili uzročnika, na primjer, bakterija, protozoan ,, viroid, ili gljiva. Male životinje, na primjer, određene vrste crva i larve insekata, također mogu stvoriti bolest. Unatoč tome, ove životinje obično se zajedničkim jezikom nazivaju parazitima umjesto patogenima. Znanstveno istraživanje mikroskopskih organizama, uključujući mikroskopske patogene organizme, naziva se mikrobiologija, s druge strane proučavanje bolesti koja može uključivati ​​te patogene naziva se patologijom. U međuvremenu, parazitologija je znanstveno istraživanje parazita i organizama koji ih ugošćuju.

Postoji nekoliko puteva kroz koje patogeni mogu upasti u domaćina. Glavni putevi imaju različite epizodne vremenske okvire, ali tlo ima najduži ili najuporniji potencijal za savladavanje patogena. Bolesti kod ljudi koje uzrokuju infektivni uzročnici poznate su kao patogene bolesti, iako nisu sve bolesti uzrokovane patogenima. Neke bolesti, na primjer Huntingtonovo bolest, uzrokovane su nasljeđivanjem abnormalnih gena.

Patogenost

Patogenost je potencijalni uzročnik bolesti koji uzrokuje bolest. Patogenost je u značenju povezana s virulentnošću, ali neka su je tijela otkrila kao kvalitativni pojam, nasuprot tome, ona je kvantitativna. Prema ovom standardu, za neki organizam se može reći da je patogen ili nepatogen u određenom kontekstu, ali nije patogeniji od ostalih. Takve usporedbe opisane su umjesto u pogledu relativne virulencije. Patogenost je isto nejednaka u odnosu na prenosivost, što kvantificira rizik od infekcije.

Patogen se može opisati u smislu njegove sposobnosti stvaranja toksina, ulaska u tkivo, kolonizacije, otmice hranjivih sastojaka i njegove sposobnosti imunosupresije domaćina.

Kontekstno ovisna patogenost

Uobičajeno je govoriti o čitavoj vrsti bakterija kao patogenim ako je identificiran kao uzročnik oboljenja (usp. Kochovi postulati). Unatoč tome, suvremeno je mišljenje da patogenost ovisi o mikrobnom ekosustavu u cjelini. Bakterija može sudjelovati u oportunističkim infekcijama kod imunokompromitiranih domaćina, steći faktore virulencije plazmidnom infekcijom, prenijeti se na različita mjesta unutar domaćina ili reagirati na promjene u pretežno velikom broju drugih prisutnih bakterija. Kao što je infekcija mezenteričnih limfnih žlijezda miševa s Yersinia može očistiti postupak za nastavak infekcije ovih mjesta pomoću Lactobacillus, moguće mehanizmom imunološkog ožiljka.

Povezani pojmovi

Zaraznost

Virulencija (sklonost patogena da smanji sposobnost domaćina) razvija se kada se patogen može širiti iz bolesnog domaćina, unatoč tome što je domaćin oslabljen. Horizontalni prijenos događa se između domaćina iste vrste, dok vertikalni prijenos, koji ima tendenciju evolucije prema simbiozi (nakon razdoblja velike pobolije i smrtnosti u populaciji) povezujući evolucijski uspjeh patogena s evolucijskim uspjehom organizma domaćina. Evolucijska biologija sugerira da mnogi patogeni razvijaju optimalnu virulenciju pri kojoj kondiciju stečenu povećanom stopom replikacije uravnotežuju kompromisi u smanjenom prijenosu, ali točni mehanizmi koji stoje na osnovi tih odnosa ostaju kontroverzni.

Prijenos

Prijenos patogena događa se mnogim različitim putovima, uključujući zračni, izravni ili neizravni kontakt, seksualni kontakt, krvlju, majčinim mlijekom ili drugim tjelesnim tekućinama, te fekalno-oralnim putem.

Vrste patogena

Prioni

Prioni su pogrešno savijeni proteini koji mogu prenijeti svoje pogrešno savijeno stanje u drugi uglavnom presavijeni protein iste vrste. Ne sadrže nijednu DNA ili RNA i ne mogu ponoviti drugu osim pretvaranja već postojećih normalnih proteina u pogrešno savijeno stanje. Ovi abnormalno presavijeni proteini se definitivno nalaze u nekim bolestima, na primjer, struganje, goveđa spongiformna encefalopatija (bolest lude krave) i Creutzfeldt-Jakob ail.

Virusi

Virusi su male čestice, obično dužine između 20 i 300 nanometara, koje sadrže RNA ili DNA. Potrebno je da se stanica domaćina replicira. Neke od bolesti koje izazivaju virusni patogeni uključuju boginje, gripu, zaušnjake, ospice, kozicu, ebolu, HIV i rubeolu.

Patogenezi su strogo iz obitelji: Adenoviridae, Picornaviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae, Flaviviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Papovaviridae, Polyomavirus, Rhabdoviridae, i Togaviridae. HIV je značajan član obitelji Retroviridae koji je u 2018. pogodio 37,9 milijuna ljudi širom svijeta.

Bacteria

Velika većina bakterija, koje se mogu kretati između 0,15 i 700 µM, bezopasne su ili korisne za ljude. Bez obzira na to, relativno mali popis uzrokuje zarazne bolesti. Ima nekoliko načina na koje mogu izazvati bolest. Oni mogu izravno utjecati na stanice svog domaćina, stvarati endotoksine koji oštećuju stanice domaćina, ili izazivaju dovoljno jak imunološki odgovor da su stanice domaćina oštećene.

Jedna od bakterijskih bolesti s najvećim teretom je tuberkuloza, uzrokovana bakterijom Mycobacterium tuberkulozom, u kojoj je 2013. poginulo 1,5 milijuna ljudi, normalno u subsaharskoj Africi. Doprinosite drugim globalno značajnim bolestima, na primjer upale pluća, koje mogu uzrokovati bakterije, na primjer Streptococcus i Pseudomonas, i prehrambenih bolesti, koje mogu uzrokovati bakterije, na primjer Shigella, Campylobacter, i Salmonella. Isto tako uzrokuju infekcije, primjerice tetanus, tifus, difterija, sifilis i lepre.

Gljive

Gljivice su eukariotski organizmi koji mogu služiti kao patogeni. Otprilike 300 poznatih gljivica je patogenih za ljude, uključujući Candida albicans, koji je najčešći uzrok trbuha, i Cryptococcus neoformans, koji mogu uzrokovati težak oblik meningitisa. Tipična veličina gljivičnih spora je duljina <4,7 µm, ali neke su spore mogu biti i veće.

Alge

Alge su jednostanične biljke koje uprkos patogenim sortama očito nisu patogene. Protothecosis je bolest koja se nalazi u pasa, mačaka, goveda i ljudi uzrokovana vrstom zelene alge poznate kao prototeka kojoj nedostaje klorofila.

Ostali paraziti

Postoje neki eukariotski organizmi, uključujući brojne protozoe i helminte.

Domaćini patogena

Bacteria

Iako bakterije mogu biti i same patogene, iste mogu biti zaražene i patogenima. Aree, poznate i kao fage, koje inficiraju bakterije koje često vode do death zaraženih bakterija. Uobičajeni su T7 i Lamda fage. Postoje infekcije svake vrste bakterija, uključujući gram-negativne i gram-pozitivne. Čak i ako zarazi drugu vrstu, uključujući ljude, može se zaraziti fagom.

Bilje

Biljke se mogu ugostiti sa širokim rasponom vrsta patogena, uključujući bakterije, gljivice, nematode, pa čak i druge biljke. Značajne plantaže uključuju prstenastu bazu Papaya koja je nanijela milijunima dolara štete poljoprivrednicima na Havajima i jugoistočnoj Aziji i duhanski mozaik zbog kojeg je znanstvenik Martinus Beijerinck skovao izraz virus 1898. Isto tako, patogeni bakterijske biljke također su ozbiljna što uzrokuje mrlje od listova, pjega i trulež kod mnogih biljnih vrsta. Prva dva bakterijska uzročnika biljaka su P. Syringae i R. Solanacearum koji uzrokuju smeđe lišće i još jedan problem u krumpiru, rajčici i banani.

Gljivice su druge vrste patogena za biljke. Oni mogu uzrokovati širok izbor problema, na primjer kraću visinu biljaka, izrasline ili jame na krošnjama drveća, truleži korijena ili sjemena i listovima. Uobičajene i ozbiljne biljne gljivice uključuju gljivicu riže, pjege, kestenove mrlje i bolesti crnog čvora i smeđe truleži trešnje, šljive i breskve. Procjenjuje se da jedini uzrokuje do 65% smanjenje prinosa.

Sveukupno, biljke imaju širok spektar patogena i procijenjeno je da se može riješiti samo 3% bolesti uzrokovanih biljnim patogenima.

životinje

Životinje se često zaraze mnogim istim ili sličnim patogenima kao i ljudi, uključujući es, bakterije i gljivice. S druge strane, divlje životinje često obolijevaju, veća opasnost je za stoke. Procjenjuje se da se u ruralnim područjima 90% ili više uginuća stoke može pripisati patogenima. Spongiformna encefalopatija goveda, obično poznata kao Mad krava, jedna je od rijetkih bolesti koja pogađa životinje. Druge životinjske bolesti uključuju razne poremećaje imunodeficijencije koji su uzrokovani uzrocima povezanim s ljudskom imunodeficijencijom( HIV), uključujući BIV i FIV .

Ljudi

Ljudi mogu biti zaraženi mnogim vrstama patogena, uključujući es, bakterije i gljivice. Bakterije koje zaraze ljude mogu uzrokovati simptome, na primjer, kihanje, kašalj, groznicu, povraćanje, pa čak i dovesti do death. Neke od ovih simptoma uzrokuje sam, a s druge strane imunološki utvrđen redoslijed zaražene osobe.

Liječenje

Prion

Unatoč mnogim pokušajima, do danas nije pokazano da terapija zaustavlja napredovanje bolesti.

Virus

Za neke virusne patogene postoje različite mogućnosti prevencije i liječenja. Vakcine su jedna uobičajena i učinkovita preventivna mjera protiv raznih virusnih patogena. Vakcine predstavljaju glavni imunološki utvrđeni red domaćina, tako da kada se potencijalni domaćin susretne u divljini, imunološki uspostavljeni red može se brzo obraniti od infekcije. Vakcine postoje protiv na primjer ospica, zaušnjaka, rubeole i gripe. Neki, na primjer HIV, denga i chikungunya, nemaju na raspolaganju cjepiva.

Liječenje virusnih infekcija često uključuje liječenje simptoma infekcije umjesto pružanja bilo kakvih lijekova koji utječu na sam virusni patogen. Liječenje simptoma virusne infekcije daje domaćinu utvrđenom imunološkom roku da razvije antitijela protiv virusnog patogena, koji će tada očistiti infekciju. U nekim je slučajevima potrebno liječenje protiv terapije. Jedan primjer je HIV gdje je antiretrovirusna terapija, također poznata kao ART ili HAART, potrebna za sprečavanje gubitka imunoloških stanica i napredovanje u AIDS .

Bacteria

Kao i virusni patogeni, infekcija nekim bakterijskim patogenima može se spriječiti cjepivima. Vakcine protiv bakterijskih patogena uključuju cjepivo anthrax i cjepivo protiv pneumokoka. Mnogim drugim bakterijskim patogenima nedostaje cjepiva kao preventivna mjera, ali infekcija tim bakterijama često se može liječiti ili spriječiti antibioticima. Uobičajeni antibiotici uključuju amoksicilin, ciprofloksacin i doksiciklin. Svaki antibiotik ima različite bakterije protiv kojih je učinkovit i ima mehanizme za ubijanje tih bakterija. Primjerice, doksiciklin inhibira sintezu novih proteina i u gram-negativnoj i u gram-pozitivnoj bakteriji što dovodi do death pogođenih bakterija.

Djelomično zbog prekomjernog propisivanja antibiotika u okolnostima kad im nisu potrebni, neki bakterijski patogeni su razvili otpornost na antibiotike i postaju teško liječiti klasičnim antibioticima. Genetski nejednak soj zvan MRSA jedan je primjer bakterijskog patogena koji je teško liječiti uobičajenim antibioticima. Izvješće koje je 2013. godine objavio Centar za kontrolu bolesti( CDC) procjenjuje da svake godine u Sjedinjenim Državama najmanje 2 milijuna ljudi dobije bakterijsku infekciju otpornu na antibiotike, a najmanje 23 000 ljudi umre od tih infekcija.

Gljive

Infekcija gljivičnim patogenima liječi se anti-gljivičnim lijekovima. Gljivične infekcije, na primjer, sportaševo stopalo, svrab i osip, su infekcije kože i mogu se liječiti aktualnim lijekovima protiv gljivica poput klotrimazola. Druga uobičajena gljivična infekcija uključuje infekcije sojem kvasca Candida albicans. Kandida može uzrokovati infekcije usta ili grla, obično se nazivaju trzajem ili mogu izazvati vaginalne infekcije. Te unutarnje infekcije mogu se liječiti antigljivičnim kremama ili oralnim lijekovima. Uobičajeni anti-gljivični lijekovi za unutarnje infekcije uključuju obitelj lijekova Echinocandin i Fluconazole .

Alge

Alge se obično ne smatraju patogenima, ali se zna da rod Prototheca uzrokuje bolest kod ljudi. Liječenje ove vrste infekcije trenutno je pod istragom i nema dosljednosti u kliničkom liječenju.

Seksualne interakcije

Mnogi patogeni su sposobni za seksualnu interakciju. Među seksualnim se interakcijama događa između stanica iste vrste djelovanjem prirodne genetske transformacije. Transformacija uključuje prijenos DNA iz stanice donora u stanicu primatelja i integraciju donora DNA u genom primatelja rekombinacijom. Primjeri bakterijskih patogena sposobni prirodne transformacije su Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae i Streptococcus pneumoniae .

Eukariotski patogeni često su sposobni za seksualnu interakciju djelovanjem koje uključuje mejozu i syngamy. Mejoza uključuje intimno uparivanje homologous kromosoma i rekombinaciju između njih. Primjeri eukariotskih patogena sposobnih za seks uključuju protozojske parazite Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia intestinalis i gljivice Aspergillus fumigatus, Candida albicans i Cryptococcus neoformans ,

Virusi mogu također biti podvrgnuti seksualnoj interakciji kada dva ili više virusnih genoma uđu u istu stanicu domaćina. Ova radnja uključuje uparivanje homologous genoma i rekombinaciju između njih radnjom koja se naziva reaktivacijom mnoštva. Primjeri onih koji podliježu ovoj akciji su herpes simpleks, ljudska imunodeficijencija i vaccinia.

Seksualni procesi u bakterijama, mikrobnim eukariotama i andama uključuju rekombinaciju između homologous genoma, što čini se da olakšava popravak oštećenja genoma nanesenih genomu patogena odbranom njihovih ciljnih domaćina.

Prion

Prioni su pogrešno savijeni proteini s mogućnošću da svoj pogrešno oblikovani oblik prenose na normalne varijante istog proteina. Karakteriziraju nekoliko smrtnih i prenosivih neurodegenerativnih bolesti kod ljudi i mnogih drugih životinja. Nije poznato što uzrokuje pogrešno savijanje normalnog proteina, ali sumnja se da abnormalna trodimenzionalna struktura daje zarazna svojstva, obrušavajući obližnje proteinske molekule u isti oblik. Riječ potječe od proteinske infektivne čestice. Pretpostavljena je uloga proteina kao infektivnog uzročnika dok za sve druge poznate infektivne agense poput ase, bakterija, gljivica i parazita sadrže svi nukleinske kiseline (DNK, RNA ili oboje).

Prionske varijante proteina( PrP), čija je specifična usluga neizvjesna, hipotetiziraju se kao uzrok transmisivne spongiformne encefalopatije (TSE), uključujući ogrebotinu kod ovaca, kronično trošenje aila( CWD) kod jelena, spongiformne encefalopatije goveda( BSE) u goveda (općenito poznata kao "bolest lude krave) i Creutzfeldt-Jakob ail( CJD) kod ljudi. Sve poznate bolesti kod sisavaca utječu na strukturu mozga ili drugog živčanog tkiva; svi su progresivni, nemaju poznato djelotvorno liječenje i uvijek su fatalni. Do 2015. godine za sve poznate bolesti sisavaca smatralo se da ih uzrokuje protein( PrP); bez obzira na to, u 2015. višestruka atrofija utvrđenog reda( MSA) je utvrđeno da je prenosiva i za pretpostavku je da ga uzrokuje oblik alfa-sinukleina.

Prioni tvore nenormalne nakupine proteina nazvanih amiloidi, koji se nakupljaju u zaraženom tkivu i povezani su s oštećenjem tkiva i stanicama death. Amiloidi su također odgovorni za nekoliko drugih neurodegenerativnih bolesti, na primjer, Alzheimerov bolest i Parkinsonov bolest. Agregati su stabilni, a ova strukturna stabilnost znači da su otporne na denaturaciju kemijskim i fizikalnim agensima: ne mogu se uništiti običnom dezinfekcijom ili kuhanjem. Zbog toga je otežano odlaganje i zadržavanje tih čestica.

Ail je vrsta proteopatije ili strukturno abnormalnih proteina. Smatra se da su u ljudi uzrok Creutzfeldt-Jakob ail( CJD), njegova varijanta( vCJD), Gerstmann-Sträussler-Scheinker sindrom( GSS), fatalna porodična nesanica( FFI) i Kuru. Također postoje dokazi koji upućuju na djelovanje Alzheimerove bolesti, Parkinsonove bolesti i lateralne amiotrofične skleroze( ALS), a ove bolesti su nazvane sličnim bolestima. Također je identificirano nekoliko proteina kvasca koji imaju homogena svojstva. Replikacija podliježe epimutaciji i prirodnom odabiru baš kao i za druge oblike replikacije, a njihova struktura malo varira između vrsta.

Prionski protein

Struktura

Proteini od kojih je načinjen( PrP) nalaze se u tijelu, čak i kod zdravih ljudi i životinja. Unatoč tome, PrP koji se nalazi u zaraznom materijalu ima različitu strukturu i otporan je na proteaze, enzime u tijelu koji uglavnom mogu razgraditi proteine. Normalni oblik proteina naziva se PrP C, s druge strane infektivni oblik se naziva PrP Sc- C se odnosi na stanični PrP, s druge strane Sc se odnosi na struganje, prototipični ail, javljaju se kod ovaca. S druge strane, PrP Cje strukturno dobro definiran, PrP Scje u osnovi polisippersen i definiran je na relativno lošoj razini. PrP može se inducirati na fold u druge više ili manje dobro definirane izoforme in vitro, a njihov odnos prema oblicima koji su patogeni in vivo još nije jasan.

PrP C

PrP C je normalni protein koji se nalazi na membranama stanica. Sadrži 209 aminokiselina (kod ljudi), jednu disulfidnu vezu, molekulsku masu 35-36 kDa i strogo alfa-heličnu strukturu. Postoji nekoliko topoloških oblika; jedna stanična površina usidrena je glikolipidom i dva transmembranska oblika. Normalni protein nije sedimentalan; što znači da se ne može odvojiti tehnikama centrifugiranja. Njegova usluga je complex pitanje koje se i dalje istražuje. PrP Cveže bakrene (II) ione visokog afiniteta. Značaj ovog nalaza nije jasan, ali pretpostavlja se da se odnosi na PrP strukturu ili uslugu. PrP Clako se probavlja s proteinase K i može se osloboditi s stanične površine in vitro enzimom fosfoinozidom phospholipase C (PI-PLC), koji cijepa glikofosfatidilinozitol( GPI) glikolipidno sidro. PrP Izvještava se da igra važnu ulogu u adheziji ćelija-stanica i unutarćelijskoj signalizaciji in vivo, te stoga može biti uključen u komunikaciju stanica i stanica u mozgu.

PrP rez

Protein -otporan PrP Sc-sličan protein (PrP res) je naziv koji se daje bilo kojoj izoformi PrP ckoja je strukturno izmijenjena i in vitro pretvorena u pogrešno oblikovan oblik proteinase. Kako bi modelirao pretvorbu PrP Cu PrP Scin vitro, Saborio et al. Brzo je pretvorio PrP Cu PrP respostupkom koji uključuje ciklično pojačavanje pogrešnog savijanja proteina. Izraz PrP res korišten je za otkrivanje PrP Sc, koji je izoliran iz infektivnog tkiva i povezan s prijenosnim spongiformnim encefalopatijama. Kao što je, za razliku od PrP-aSc, PrP resne mora nužno biti zarazan.

PrP Sc

Infektivna izoforma PrP, poznata kao PrP Sc, ili jednostavno, može pretvoriti normalne PrP C proteine ​​u infektivni izoform mijenjajući njihovu konformaciju ili oblik; to zauzvrat mijenja proces povezivanja proteina. PrP Scuvijek izaziva smetnju. Unatoč točnoj 3D strukturi PrP Sc nije poznata, ona ima veći udio strukture β listova, a ne normalne α-spiralne strukture. Agregati ovih nenormalnih izoforma tvore visoko strukturirana amyloid vlakna koja se nakupljaju i stvaraju plakove. Kraj svakog vlakna djeluje kao predložak na koji se mogu pričvrstiti slobodne proteinske molekule, omogućujući tako vlaknima da rastu. U većini okolnosti, samo PrP molekule s identičnim nizom aminokiselina kao i infektivni PrP Scuključuju se u vlakna koja raste. Unatoč tome, također je moguć i prijenos rijetkih vrsta.

Normalna usluga PrP

Fiziološka usluga proteina ostaje slabo razumljiva. S druge strane, podaci iz in vitro pokusa sugeriraju mnogo različitih uloga, studije na PrP knockout miševima pružile su samo ograničene podatke na osnovu toga što ove životinje pokazuju samo manje abnormalnosti. U istraživanju provedenom na miševima, otkriveno je da cijepanje PrP proteina u perifernim živcima uzrokuje aktiviranje popravka myelin u Schwannovim stanicama i da je nedostatak PrP proteina uzrokovao demijelinizaciju u tim stanicama.

PrP i regulirana stanična smrt

MAVS, RIP1 i RIP3 slični su proteinima koji se nalaze u drugim dijelovima tijela. Oni isto tako polimeriziraju u vlaknasta amyloid vlakna koja u slučaju virusne infekcije iniciraju reguliranu stanicu death kako bi se spriječilo širenje viriona u druge, okolne stanice.

PrP i dugoročna memorija

Pregled dokaza 2005. godine sugerirao je da PrP može imati normalnu uslugu u održavanju dugoročne memorije. Uz to, studija iz 2004. utvrdila je da miševi kojima nedostaju geni za normalni stanični protein PrP pokazuju promijenjeno dugoročno potenciranje hipokampala. Nedavna studija koja bi mogla objasniti zašto je utvrđeno da protein neurona CPEB ima genetski slijed sličan proteinima kvasca. Formiranje CPEB-a slično je važno za održavanje dugoročnih sinaptičkih promjena povezanih s formiranjem dugoročne memorije.

PrP i obnavljanje matičnih stanica

Članak iz Instituta za biomedicinska istraživanja Whitehead govori iz 2006. godine da je PrP način ili način izražavanja na matičnim stanicama nužan za samoobnovu koštane srži organizma. Studija je pokazala da sve dugotrajne hematopoetske matične stanice izražavaju PrP na svojoj staničnoj membrani i da hematopoetska tkiva s PrP-null matičnim stanicama pokazuju povećanu osjetljivost na iscrpljivanje stanica.

PrP i urođeni imunitet

Postoje dokazi da PrP može igrati ulogu u urođenom imunitetu, jer način ili način ekspresije PRNP-a, gena PrP, je reguliran kod mnogih virusnih infekcija i PrP ima antivirusna svojstva protiv mnogih, uključujući HIV .

Prionska replikacija

Prva hipoteza koja je pokušala objasniti kako se replicira na proteinski način bio je heterodimerov model. Ovaj model pretpostavlja da se jedna molekula PrP Scveže na jednu molekulu PrP Ci katalizira njegovu pretvorbu u PrP Sc. Dva PrP Scmolekule tada raspasti i može ići na pretvaranje više PrP C. Ipak, model replikacije mora objasniti kako se propagira i zašto je njihov spontani izgled tako rijedak. Manfred Eigen pokazao je da heterodimerni model zahtijeva da PrP Scbude izuzetno učinkovit katalizator, povećavajući brzinu reakcije konverzije za faktor oko 10 ¹⁵. Ovaj problem ne nastaje ako PrP Scpostoji samo u agregiranim oblicima, na primjer amyloid, gdje kooperativnost može djelovati kao prepreka spontanoj pretvorbi. Štoviše, unatoč značajnim naporima, zarazni monomerni PrP Scnikada nije izoliran.

Alternativni model pretpostavlja da PrP Scpostoji samo kao vlakna, a da fibrilni krajevi vežu PrP Ci pretvaraju ga u PrP Sc. Da je ovo sve, tada bi se količina linearno povećavala, tvoreći sve duža vlakna. Ali eksponencijalni rast PrP Sc i količine zaraznih čestica primjećen je tijekom negiranja. To se može objasniti uzimajući u obzir vlaknasti lom. Pronađeno je matematičko rješenje eksponencijalne stope rasta koja je rezultat kombinacije rasta vlakana i loma vlakna. Eksponencijalna stopa rasta popularno ovisi o kvadratnom korijenu PrP Ckoncentracija. Razdoblje inkubacije određuje eksponencijalna stopa rasta, a in vivo podaci o bolestima transgenih miševa odgovaraju ovom predviđanju. Ista ovisnost o kvadratnom korijenu također se vidi in vitro u eksperimentima s različitim razliitim amyloid proteinima.

Mehanizam replikacije ima posljedice na oblikovanje lijekova. Budući da je razdoblje inkubacije bolesti toliko dugo, učinkovit lijek ne mora eliminirati sve, već jednostavno treba usporiti stopu eksponencijalnog rasta. Modeli predviđaju da je najučinkovitiji postupak za postizanje toga, koristeći lijek s najnižom mogućom dozom, otkrivanje lijeka koji se veže na fibrilne krajeve i sprečava ih da rastu.

Bolesti

Bolesti uzrokovane

Pogođene životinje

boliti

Ovca, koza (pogođene životinje)

boliti

scrapie

Goveda (pogođene životinje)

boliti

Kravlje ludilo

Deva (pogođene životinje)

boliti

Spongiformna encefalopatija CSE deve( CSE)

Minka (pogođene životinje)

boliti

Transmisivna minkova encefalopatija( TME)

Jelen od bijelog repa, losova, mule jelena, losa (zahvaćene životinje)

boliti

Kronično trošenje boli( CWD)

Mačka (pogođene životinje)

boliti

Mačasta spongiformna encefalopatija( FSE)

Nyala, Oryx, veći Kudu (pogođene životinje)

boliti

Ezotična nesolutna encefalopatija (EUE)

Noj (pogođene životinje)

boliti

Spongiformna encefalopatija (Nije dokazano da je prenosiva.)

Čovjek (pogođene životinje)

boliti

Creutzfeldt – Jakob ail( CJD)

Jatrogeni Creutzfeldt-Jakob ail (iCJD)

Varijanta Creutzfeldt – Jakob ail( vCJD)

Obiteljski Creutzfeldt-Jakob ail (fCJD)

Sporadični Creutzfeldt-Jakob ail (sCJD)

Gerstmann – Sträussler – Scheinker sindrom( GSS)

Fatalna obiteljska nesanica( FFI)

Kuru

Obiteljska spongiformna encefalopatija

Promjenjivo osjetljiva na proteazu (VPSPr)

Prioni uzrokuju neurodegenerativne bolesti skupljanjem izvanstanično u središnjem živčanom ustaljenom redoslijedu kako bi se formirali plakovi poznati kao amyloid, koji narušavaju normalnu strukturu tkiva. Ovaj poremećaj karakteriziraju rupe u tkivu s rezultirajućom spužvastom arhitekturom iz razloga što nastaje vakuola u neuronima. Druga histološka promjena uključuje astrogliozu i odsutnost upalne reakcije. S druge strane, razdoblje inkubacije za bolesti je relativno dugo (5 do 20 godina), kad se pojave simptomi, brzo napreduje, što dovodi do oštećenja mozga i death. Neurodegenerativni simptomi mogu uključivati ​​konvulzije, demenciju, ataksiju (poremećaj ravnoteže i koordinacije) i promjene u ponašanju ili osobnosti.

Sve poznate bolesti su neizlječive i fatalne. Unatoč tome, cjepivo razvijeno na miševima može pružiti uvid u pružanje cjepiva za otpor protiv infekcija kod ljudi. Osim toga, znanstvenici su 2006. godine objavili da im je genetski inženjerirana goveda kojoj nedostaje potreban gen za proizvodnju - što ih je, prema tome, teoretski učinilo BSE imunima na BSE, BSE nadograđujući na istraživanje koje je pokazalo da su miševi kojima nedostaje uglavnom proteina koji se pojavljuju otporni na infekciju proteinom scrapie. Studija je 2013. otkrila da 1 od 2 000 ljudi u Ujedinjenom Kraljevstvu može savladati zarazni protein koji uzrokuje vCJD .

Mnoge različite vrste sisavaca mogu biti pogođene bolestima, jer je protein( PrP) vrlo sličan kod svih sisavaca. Iz razloga što su male razlike u PrP između različitih vrsta, neuobičajeno je da ail prenosi s jedne vrste na drugu. Ipak, smatra se da je varijanta ljudskog tela Creutzfeldt-Jakob ail uzrokovana stokom koja obično zarazi stoku, uzrokujući goveđu spongiformnu encefalopatiju i prenosi se putem zaraženog mesa.

Do 2015. godine smatralo se da su sve poznate bolesti sisavaca uzrokovane proteinom, PrP ; u 2015. utvrđeno je da je atrofija višestruko utvrđenog reda prenosiva i da se hipotetizira da ju je uzrokovao novi, pogrešno oblikovan oblik proteina zvan alfa-sinuklein. Endogeni, pravilno presavijeni oblik proteina označava se PrP C(za uobičajeni ili stanični), nasuprot bolesti povezanog, pogrešno oblikovanog oblika je PrP Sc (za Scrapie), nakon jedne od bolesti koja je prvo povezana s neurodegeneracijom. Točna struktura ne zna, iako se mogu formirati kombiniranjem PrP C, poliadenilna kiselina i lipidi u reakciji cikličnog pojačavanja proteina koji pogrešno savijaju (PMCA). Ova operacija je osim toga dokaz da replikacija ne ovisi o nukleinskim kiselinama.

Prijenos

Prepoznato je da se bolesti mogu pojaviti na tri različita načina: stečene, obiteljske ili sporadične. Često se pretpostavlja da oboljeli oblik izravno djeluje s normalnim oblikom kako bi napravio preuređenje svoje strukture. Jedna ideja, hipoteza Protein X, je da još uvijek neidentificirani stanični protein (Protein X) omogućuje pretvorbu PrP Cu PrP Scdovodeći molekulu svakog od njih zajedno u complex .

Primarna operacija infekcije u životinja je putem gutanja. Smatra se da se ta količina može odlagati u okoliš kroz ostatke mrtvih životinja, putem urina, sline i drugih tjelesnih tekućina. Tada se mogu zadržavati u tlu vezivanjem gline i drugih minerala.

Istraživački tim Sveučilišta u Kaliforniji pružio je dokaze za teoriju da infekcija može nastati iz gnoja. Budući da je gnoj prisutan u mnogim područjima oko akumulacija vode, osim što se koristi na mnogim usjevima, to povećava mogućnost širokog prijenosa. U siječnju 2011. izvješteno je da su istraživači otkrili širenje putem zraka prijenosom na česticama aerosola, u pokusu s testiranjem na životinjama u vezi s infekcijom struganja na laboratorijskim miševima. Preliminarni dokazi koji podupiru stajalište da se može prenijeti korištenjem ljudskog menopauzalnog gonadotropina u urinu, primijenjenog za liječenje neplodnosti, objavljeni su 2011. godine.

Prioni u biljkama

U 2015. godini, istraživači Sveučilišnog naučnog centra za zdravlje u Houstonu otkrili su da biljke mogu biti vektorske forse. Kada su istraživači hranili travu hrčaka koja je rasla na tlu gdje je pokopan jelen koji je umro s kroničnim trošnim bolestima( CWD), hrčci su se razboleli od CWD, sugerirajući da se oni mogu vezati za biljke, koje ih potom odvedu u list i stabljiku strukturu, gdje ih mogu jesti biljojedi, što posljedično završava ciklus. Shodno tome, moguće je da se u okolini postepeno gomilaju brojci.

Sterilizacija

Infektivne čestice koje posjeduju nukleinsku kiselinu ovise o njoj da usmjeravaju njihovu daljnju replikaciju. Bez obzira na to, zarazne su svojim učinkom na normalne verzije proteina. Steriliziranje, stoga, zahtijeva denaturaciju proteina do stanja u kojem molekula više nije u stanju inducirati nenormalno savijanje normalnih proteina. Obično su prilično otporni na proteaze, toplinu, ionizirajuće zračenje i formaldehidne tretmane, usprkos svojoj infektivnosti, koje se mogu smanjiti takvim tretmanima. Učinkovita dekontaminacija ovisi o hidrolizi proteina ili redukciji ili uništavanju tercijarne strukture proteina. Primjeri uključuju natrijev hipoklorit, natrijev hidroksid i jako kisela deterdženta, na primjer LpH, Pokazalo se da je 134 ° C (273 ° F) tijekom 18 minuta u autoklavu pod tlakom pod djelovanjem deaktivacije sredstva protiv oštećenja. Sterilizacija ozona trenutno se proučava kao potencijalni postupak za denaturaciju i deaktivaciju. Renaturacija potpuno denaturiranog na zarazno stanje još uvijek nije postignuta; ipak, djelomično denaturirani mogu se obnoviti do zaraznog statusa u određenim umjetnim uvjetima.

Svjetska zdravstvena organizacija preporučuje bilo koji od sljedeća tri postupka sterilizacije svih kirurških instrumenata otpornih na toplinu, kako bi se osiguralo da one ne budu kontaminirane:

Uronite u 1N natrijev hidroksid i stavite ga u autoklav gravitacije na 121 ° C 30 minuta; čist; isperite u vodi; a zatim provesti rutinske postupke sterilizacije.

Uronite u 1N natrijev hipoklorit (20 000 dijelova na milijun dostupnog klora) 1 sat; instrumenti za prijenos u vodu; zagrijavanje u autoklavu s gravitacijskim pomakom na 121 ° C tijekom 1 sata; čist; a zatim provesti rutinske postupke sterilizacije.

Uronite u 1N natrijev hidroksid ili natrijev hipoklorit (20 000 dijelova na milijun dostupnog klora) tijekom 1 sata; uklonite i isperite u vodi, zatim prebacite u otvorenu posudu i zagrijavajte u autoklavu sa poroznim opterećenjem (121 ° C) 1 sat; čist; a zatim provesti rutinske postupke sterilizacije.

Degradacijski otpor u prirodi

Ogromni dokazi pokazuju da se odupiru degradaciji i da u okolišu ostaju godinama, a proteaze ih ne degradiraju. Eksperimentalni dokazi pokazuju da se nevezanost degradira s vremenom, s druge strane granice tla ostaju na stabilnoj ili sve većoj razini, što sugerira da se ta vjerojatnost akumulira u okolišu.

Gljive

Proteini koji pokazuju ponašanje takoder se nalaze u nekim gljivama, što je korisno u razumijevanju sisavaca. Čini se da gljivice ne uzrokuju nelagodu kod njihovih domaćina. U kvascima, ponovno sakupljanje proteina do konfiguracije pomaže proteini proteina, na primjer Hsp104. Sva poznavanja potiču stvaranje amyloid fold, u kojem se protein polimerizira u agregat koji se sastoji od čvrsto upakiranih beta listova. Amiloidni agregati su vlakna koja rastu na svojim krajevima i umnožavaju se ako lomljenje uzrokuje da dva rastuća kraja postanu četiri rastuća kraja. Razdoblje inkubacije bolesti određuje eksponencijalna stopa rasta povezana s replikacijom, koja je ravnoteža između linearnog rasta i loma agregata.

Gljivični proteini koji pokazuju zamišljenu konformacijsku promjenu otkriveni su u kvascima Saccharomyces cerevisiae Reed Wickner početkom 1990-ih. Zbog mehaničke sličnosti sisavaca nazvani su kvascima. Nakon toga, takođe je nađen a gljivica Podospora anserina. Te se funkcije ponašaju kao dodatak PrP, ali obično nisu netoksične za njihove domaćine. Susan Lindquist skupina iz Instituta Whitehead tvrdila je da neke od gljivica nisu povezane s bilo kojim teškim stanjem, ali mogu imati korisnu ulogu; ipak, istraživači iz NIH također su dali argumente koji sugeriraju da se gljivice mogu smatrati bolesnim stanjem. Postoje dokazi da su gljivični proteini razvili specifične funkcije koje su korisne mikroorganizmima koji povećavaju njihovu sposobnost prilagođavanja različitom okruženju.

Istraživanje gljivica dalo je snažnu potporu konceptu samo za proteine, jer je dokazano da pročišćeni protein izdvojen iz stanica sa stanjem pretvara normalan oblik proteina u pogrešno oblikovan oblik in vitro, a u djelovanju čuva odgovarajuće informacije kako bi se razdvojili napori države. Isto tako je bacio malo svjetla na domene, koje su regije u proteinima koje promiču pretvorbu u a. Gljivice su pomogle sugerirati mehanizme pretvorbe koji bi se mogli primijeniti na sve, premda gljive izgledaju neujednačeno od zaraznih sisavaca u nedostatku kofaktora potrebnog za razmnožavanje. Karakteristične domene mogu varirati između vrsta - npr. Karakteristične gljivične domene nisu kod sisavaca.

Gljivični prioni

Protein

Prirodni domaćin

Normalna funkcija

Prion država

Prionski fenotip

Godina identificiranja

Prirodni domaćin - Ure2p (Proteini)

Saccharomyces cerevisiae

Normalna funkcija - Ure2p (Proteini)

Azotni katabolitni represor

Prionsko stanje - Ure2p (Proteini)

(URE3)

Prionski fenotip - Ure2p (Proteini)

Rast na siromašnim izvorima dušika

Godina identificiranja - Ure2p (protein)

1994

Prirodni domaćin - Sup35p (Protein)

S. Cerevisiae

Normalna funkcija - Sup35p (protein)

Faktor ukidanja prijevoda

Prion stanje - Sup35p (protein)

(P +)

Prionski fenotip - Sup35p (protein)

Povećana razina suzbijanja gluposti

Godina identificiranja - Sup35p (protein)

1994

Prirodni domaćin - HET-S (protein)

Podospora anserina

Normalna funkcija - HET-S (protein)

Regulira heterokaryon nespojivost

Prionsko stanje - HET-S (protein)

(Het-a)

Prionski fenotip - HET-S (protein)

Formiranje heterokariona između nespojivih sojeva

Godina identificiranja - HET-S (protein)

Ništa

Prirodni domaćin - Rnq1p (Protein)

S. Cerevisiae

Normalna funkcija - Rnq1p (protein)

Faktor predloženih proteina

Prionsko stanje - Rnq1p (Protein)

(RNQ +), (PIN +)

Prionski fenotip - Rnq1p (Protein)

Promiče združivanje drugih

Godina identificiranja - Rnq1p (Protein)

Ništa

Prirodni domaćin - Swi1 (protein)

S. Cerevisiae

Normalna funkcija - Swi1 (protein)

Pregradnja kromom

Prion stanje - Swi1 (Protein)

(SWI +)

Prionski fenotip - Swi1 (protein)

Loš rast nekih izvora ugljika

Godina identificiranja - Swi1 (Protein)

2008

Prirodni domaćin - Cyc8 (protein)

S. Cerevisiae

Normalna funkcija - Cyc8 (protein)

Transkripcijski represor

Prion stanje - Cyc8 (protein)

(OCT +)

Prionski fenotip - Cyc8 (protein)

Transkripcijska derepresija više gena

Godina prepoznavanja - Cyc8 (protein)

2009

Prirodni domaćin - Mot3 (protein)

S. Cerevisiae

Normalna funkcija - Mot3 (protein)

Faktor nuklearnog kopiranja

Prionska država - Mot3 (protein)

(MOT3 +)

Prionski fenotip - Mot3 (protein)

Transkripcijska derepresija anaerobnih gena

Godina identificiranja - Mot3 (protein)

2009

Prirodni domaćin - Sfp1 (Protein)

S. Cerevisiae

Normalna funkcija - Sfp1 (protein)

Putativni faktor kopiranja

Prion stanje - Sfp1 (Protein)

(ISP +)

Prionski fenotip - Sfp1 (protein)

Antisuppression

Godina identificiranja - Sfp1 (protein)

2010

Tretmani

Ne postoje efikasni tretmani bolesti. Klinička ispitivanja na ljudima nisu postigla uspjeh i otežala ih rijetkost bolesti. Unatoč tome što su neki potencijalni postupci pokazali obećavajuće u laboratoriju, nijedan nije bio učinkovit nakon što se bolest pojavila.

U drugoj bolesti

Prionske domene pronađene su u različitim proteinima sisavaca. Neki od ovih proteina uključeni su u ontogeniju neurodegenerativnih poremećaja povezanih s godinama, na primjer, amiotrofična lateralna skleroza( ALS), motorni neuronski ail, degeneracija frontotemporalnog lobara s ubikvitin-pozitivnim uključenjima (FTLD-U), Alzheimerovo pomagalo, Parkinsonov ail, i Huntington-ovo stradanje. Oni su također uključeni u neke oblike sistemske amiloidoze, uključujući AA amiloidozu koja se razvija kod ljudi i životinja s upalnim i zaraznim bolestima, na primjer, tuberkulozu, Crohnov ail, reumatoidni artritis i HIV AIDS, AA amiloidoza, poput tegoba, može biti prenosiva. To je stvorilo paradigmu priona, gdje se u protivnom bezazleni proteini malim brojem pogrešno sabranih, nukleinskih proteina mogu pretvoriti u patogeni oblik.

Definicija srodne domene proizlazi iz proučavanja gljivica. U kvascu, ogeni proteini imaju prijenosnu domenu koja je i nužna i dovoljna za samoplastiranje i agregaciju proteina. To se pokazalo vezanjem domene s reporterski protein, koji se zatim agregira kao poznato. Pored toga, uklanjanje domene s inhibitogeneze gljivičnih proteina. Ovaj modularni prikaz ponašanja doveo je do hipoteze da su slične domene prisutne u životinjskim proteinima, nadalje do PrP, Ove gljivične domene imaju nekoliko karakterističnih karakteristika sekvence. Obično su obogaćeni ostacima asparagina, glutamina, tirozina i glicina, a pristranost asparagina posebno pogoduje agregatnom svojstvu. Povijesno se smatra da je ogeneza neovisna o redoslijedu i ovisna samo o relativnom sadržaju ostataka. Unatoč tome, pokazalo se da je to netočno, jer je razmak prolina i nabijenih ostataka kritičan u stvaranju amyloid .

Bioinformatički ekrani predviđali su da preko 250 ljudskih proteina sadrži domene slične domenama (PrLD). Hipotetizira se da ove domene imaju ista transmisivna, amiloidogena svojstva PrP i poznatih gljivičnih proteina. Kao i kod kvasca, čini se da su proteini uključeni u genski način ili način ekspresije i RNA vezanje posebno obogaćeni PrLD-om u usporedbi s drugim klasama proteina. Posebno, 29 poznatih 210 proteina s jednom RNA prepoznavanje motif također su pretpostavljeni domenu. U međuvremenu, nekoliko ovih proteina koji se vežu za RNK neovisno su identificirani kao patogeni u slučajevima ALS, FTLD-U, Alzheimerove bolesti i Huntingtonovog tela.

Uloga u neurodegenerativnoj bolesti

Pretpostavlja se da je patogenost domena i proteina sličnih domena proizašla iz njihove sposobnosti samoplastiranja i rezultirajućeg eksponencijalnog rasta amyloid vlakana. Prisutnost amyloid vlakana u bolesnika s degenerativnim bolestima dobro je dokumentirana. Ovi amyloid vlakna vide se kao rezultat patogenih proteina koji se samostalno razmnožavaju i tvore visoko stabilne, nefunkcionalne agregate. S druge strane, to ne mora nužno podrazumijevati uzročni odnos između amyloid i degenerativnih bolesti, toksičnosti određenih amyloid oblika i prekomjerne proizvodnje amyloid u obiteljskim slučajevima degenerativnih poremećaja podupire ideju da amyloid formacija je jasno toksična.

Konkretno, nađena je agregacija TDP-43, proteina koji veže RNA, kod pacijenata ALS / MND, a mutacije u genima koji kodiraju ove proteine ​​identificirani su u obiteljskim slučajevima ALS / MND. Ove mutacije potiču pogrešno savijanje proteina u sličnu konformaciju. Pogrešno oblikovan oblik TDP-43 tvori citoplazmatske inkluzije u zahvaćenim neuronima, a nalazi se iscrpljeno u jezgri. Osim toga u ALS / MND i FTLD-U, patologija TDP-43 aspekt je mnogih slučajeva Alzheimerove bolesti, Parkinsonove bolesti i Huntington-ove bolesti. Pogrešno savijanje TDP-43 popularno usmjerava njegova slična domena. Ovo je područje inherentno sklono pogrešnom navođenju, s druge strane, nađeno je da patološke mutacije u TDP-43 povećavaju tu sklonost pogrešnom slaganju, objašnjavajući prisutnost ovih mutacija u obiteljskim slučajevima ALS / MND. Kao i kod kvasca, pokazalo se da je slična domena TDP-43 potrebna i dovoljna za savijanje i agregaciju proteina.

Slično tome, patogene mutacije identificirane su u sličnim domenama heterogenih nuklearnih riboproteina hnRNPA2B1 i hnRNPA1 u obiteljskim slučajevima degeneracije mišića, mozga, kostiju i motornog neurona. Divlji oblik svih ovih proteina pokazuje tendenciju samo-okupljanja u amyloid vlakna, s druge strane patogene mutacije pogoršavaju ovo ponašanje i dovode do prekomjernog nakupljanja.

Etimologija i izgovor

Riječ, koju je skovao 1982. Stanley B. Prusiner, portmanteau je izveden iz proteina i infekcije, neizbježno i kratka je za proteinske infektivne čestice, s obzirom na sposobnost samo-širenja i prenošenja svoje konformacije na druge proteine. Glavni mu je izgovor / ˈpriːɒn / (slušajte), usprkos / ˈpraɪɒn /, kako se izgovara homografsko nazivanje ptica, isto se čuje. U svom radu iz 1982. godine uvodeći taj izraz, Prusiner je precizirao da se on mora izgovoriti unaprijed.

Virus

Virus je submikroskopski infektivni agent koji se razmnožava samo unutar živih stanica organizma. Može zaraziti sve vrste životnih formi, od životinja i biljaka do mikroorganizama, uključujući bakterije i arheje. zarazom duhanskih biljaka i otkrićem duhanskog mozaika Martinusa Beijerinck 1898. detaljno je opisano više od 6 000 vrsta, od milijuna vrsta ese u okolišu. nalaze se u gotovo svakom ekosustavu na Zemlji i najbrojnija su vrsta biološkog entiteta. Studija o njima poznata je kao virologija, podvrsta mikrobiologije.

Kad se zarazi, stanica domaćina prisiljena je brzo stvoriti tisuće identičnih kopija originala. Ako se ne nalaze unutar zaražene stanice ili ako djeluju na infekciju stanice, postoje u obliku neovisnih čestica ili viriona, koji se sastoje od: (i) genetskog materijala, tj. Dugih molekula DNA ili RNA koji kodiraju struktura proteina po kojima djeluje; (ii) proteinski omotač, kapsid, koji okružuje i štiti genetski materijal; a u nekim slučajevima (iii) vanjska ovojnica lipida. Oblici ovih čestica sežu od jednostavnih spiralnih i ikosaedrskih oblika do više complex struktura. Većina vrsta ima virione premalo da bi ih se vidjelo optičkim mikroskopom jer su jedna stotina veličine većine bakterija.

Podrijetlo oesa u povijesti evolucije života je nejasno: neki su možda evoluirali iz plazmida - komada DNA koji se mogu kretati između stanica - dok su drugi možda evoluirali iz bakterija. U evoluciji su es važno sredstvo horizontalnog prenošenja gena, što povećava genetsku raznolikost u procesu analognom seksualnoj reprodukciji. Neki biolozi smatraju životnim oblikom, na osnovu toga što nose genetski materijal, razmnožavaju se i razvijaju prirodnim odabirom, usprkos nedostatku ključnih karakteristika (poput stanične strukture), koje je očito neophodno navesti kao život. Na osnovu toga što posjeduju neke, ali ne sve takve osobine, opisani su kao organizmi na rubu života i kao replikatori.

Virusi se šire na više načina. Jedan prijenosni put prolazi kroz organizme koji prenose bolest i nazivaju se vektori: kao što su, na primjer, prenose se s biljke na biljku insekti koji se hrane biljnim sokom, na primjer, lisne uši; ande u životinja mogu se prenijeti insektima koji isisavaju krv. Gripe se šire kašljem i kihanjem. Norovirus i rotavirus, uobičajeni uzročnici virusnog gastroenteritisa, prenose se fekalno-oralnim putem, prenose se kontaktom i unošenjem u tijelo u hrani ili vodi. HIV je jedna od virusa koja se prenose spolnim kontaktom i izlaganjem zaraženoj krvi. Raznolikost stanica domaćina kojima infekcija može zaraziti naziva se dometom domaćina. To može biti usko, što znači da je sposoban zaraziti nekoliko vrsta ili širok, što znači da može zaraziti mnoge.

Virusne infekcije u životinja izazivaju imunološki odgovor koji obično uklanja infekciju. Imuni odgovori mogu biti proizvedeni cjepivima koja umjetno stečen imunitet daju specifičnoj virusnoj infekciji. Neki, uključujući one koji uzrokuju infekciju AIDS, HPV i virusni hepatitis, izbjegavaju ove imunološke reakcije i rezultiraju kroničnim infekcijama. Razvijeno je nekoliko antivirusnih lijekova.

Etimologija

Riječ bakterija je množina novo latinske bakterije, a to je latinizacija grčke βακτήριον (bakterion), umanjenja βακτηρία (bakterija), što znači osoblje, trska, s razlogom da su prvi bili otkrivene su šipkastog oblika.

Podrijetlo i rana evolucija

Preci modernih bakterija bili su jednostanične mikroorganizme koji su se prvi oblici života pojavili na Zemlji, a odnose se na prije 4 milijarde godina. Tijekom 3 milijarde godina, većina organizama je bila mikroskopska, a bakterije i arheje dominantni oblici života. Unatoč postojanju bakterijskih fosila, primjerice, stromatolites, njihov nedostatak karakteristične morfologije sprječava ih da se koriste za ispitivanje povijesti evolucije bakterija ili za datum podrijetla određene bakterijske vrste. Unatoč tome, genske sekvence mogu se koristiti za rekonstrukciju bakterijske filogenije, a ova istraživanja pokazuju da su bakterije najprije odstupile od arhejske / eukariotske loze. Najnoviji predak bakterija i arheja vjerojatno je bio hipertermofil koji je živio prije 2,5 milijarde i 3,2 milijarde godina. Možda su najstariji život na kopnu imali bakterije prije nekih 3,22 milijarde godina.

Bacteria također su bili uključeni u drugu veliku evolucijsku divergenciju, arheju i eukariote. Ovdje su eukarioti nastali zbog ulaska drevnih bakterija u endosimbiotske asocijacije s precima eukariotskih stanica, koje su i same mogle biti povezane sa Archaea. To je uključivalo zahvatanje protoeukariotskih stanica alfaproteobakterijskih simbionata da bi se formirali ili mitohondriji ili hidrogenosomi, koji su još uvijek poznati u Eukarya (ponekad u vrlo reduciranom obliku, npr. U drevnim protozoama amitohondrije). Kasnije su neki eukarioti koji su već sadržavali mitohondrije također zahvatili organizme slične cijanobakterijama, što je dovelo do stvaranja kloroplasta u i biljkama. To je poznato kao primarna endosimbioza.

Morfologija

Bacteria prikazuju široku raznolikost oblika i veličina, a nazivaju se morfologijama. Bakterijske stanice odnose se na desetinu veličine eukariotskih stanica i obično su duljine 0,5–5,0 mikrometra. Unatoč tome, nekoliko je vrsta vidljivo nepomičnom oku - na primjer, Thiomargarita namibiensis duga je do pola milimetra, a Epulopiscium fishelsoni doseže 0,7 mm. Među najmanjim bakterijama su rodovi Mycoplasma, koji mjere samo 0,3 mikrometra, mali kao i largestes. Neke su bakterije možda čak i manje, ali ove ultramikrobbakterije nisu dobro proučene.

Većina bakterijskih vrsta je ili sferična, naziva se cocci (jednina kok, od grčke kókkos, žito, sjeme), ili šipkastog oblika, naziva se bacili (sing. Bacillus, od latinskog baculus, štap). Neke bakterije, zvane vibrio, oblikovane su poput blago zakrivljenih šipki ili zareza; drugi mogu biti u obliku spirale, zvani spirilla, ili čvrsto namotani, zvani spirochaetes. Opisan je mali broj drugih neobičnih oblika, na primjer bakterija u obliku zvijezda. Ova široka raznolikost oblika određuje staničnu stijenku bakterija i citoskelet, a važna je iz razloga što može utjecati na sposobnost bakterija da stječu hranjive tvari, da se priliježu za površine, da plivaju kroz tekućine i bježe predatore.

Mnoge bakterijske vrste postoje jednostavno kao pojedinačne stanice, druge se udružuju u karakteristične obrasce: Neisseria formiraju diploide (parovi), Streptococcus tvore lance i skupina stafilokoka zajedno u grozdima. Bacteria može se također grupirati da formira veće višećelijske strukture, na primjer, izdužene filamente Actinobacteria, agregate miksobakterija i complex hifa Streptomyces, Te se višećelijske strukture često vide samo u određenim uvjetima. Kao što su miksobakterije, koje gladuju od aminokiselina, otkrivaju okolne stanice u radnji poznatoj kao kvorum senzor, migriraju jedna prema drugoj i skupljaju se tako da tvore plodna tijela dugačka do 500 mikrometra i sadrže otprilike 100 000 bakterijskih stanica. U tim plodnim tijelima bakterije obavljaju odvojene zadatke; kao što su one koje se odnose na jednu od deset stanica migriraju na vrh plodnog tijela i diferenciraju se u specijalizirano uspavano stanje koje se naziva miksospor, otpornije na isušivanje i druge nepovoljne uvjete okoliša.

Bacteria često se pričvršćuju na površine i tvore guste nakupine zvane biofilmi, a veće formacije poznate kao mikrobne prostirke. Ovi biofilmi i prostirke mogu se kretati od nekoliko mikrometra debljine do pola metra dubine, a mogu sadržavati više vrsta bakterija, proteista i arheja. Bacteria koji žive u biofilima prikazuju complex raspored stanica i izvanstaničnih komponenata, tvoreći sekundarne strukture, na primjer, mikrokolonije preko kojih postoje mreže kanala kojima je omogućena bolja difuzija hranjivih sastojaka. U prirodnom okruženju, na primjer, na tlu ili na površinama biljaka, većina bakterija veže se za površine u biofilima. Biofilmi su također važni u medicini, jer su ove strukture često prisutne tijekom kroničnih bakterijskih infekcija ili infekcija implantiranih medicinskih sredstava, a bakterije zaštićene unutar biofilma mnogo je teže ubiti od pojedinačnih izoliranih bakterija.

Stanična struktura

Intracelularne strukture

Bakterijska stanica okružena je staničnom membranom koja je u osnovi napravljena od fosfolipida. Ova membrana obuhvaća sadržaj stanice i djeluje kao prepreka za držanje hranjivih tvari, proteina i drugih bitnih komponenti citoplazme u stanici. Za razliku od eukariotskih stanica, bakterijama obično nedostaju velike strukture vezane za membranu u njihovoj citoplazmi, na primjer jezgro, mitohondrije, kloroplasti i druge organele prisutne u eukariotskim stanicama. Bez obzira na to, neke bakterije imaju organele povezane u proteinima u citoplazmi koje dijele aspekte metabolizma bakterija, na primjer, karboksisom. Osim toga, bakterije imaju višekomponentni citoskelet za kontrolu lokalizacije proteina i nukleinskih kiselina unutar stanice i za upravljanje djelovanjem stanične diobe.

Mnogo važnih biokemijskih reakcija, na primjer, stvaranje energije, događa se iz razloga što su gradijenti koncentracije na membranama stvarajući potencijalnu razliku analognu bateriji. Opći nedostatak unutarnjih membrana u bakterijama znači da se te reakcije, na primjer, transport elektrona, događaju preko stanične membrane između citoplazme i vanjske strane stanice ili periplazme. Unatoč tome, u mnogim fotosintetskim bakterijama plazma membrana je visoko presavijena i ispunjava većinu stanica slojevima membrane koja skuplja svjetlost. Ti kompleksi za skupljanje svjetlosti mogu čak formirati strukture zatvorene lipidima, nazvane klorosomima, u bakterijama zelenog sumpora.

Bacteria nemaju jezgru vezanu na membranu, a njihov genetski materijal obično je jedan kružni bakterijski kromosom DNA smješten u citoplazmi u nepravilnom obliku tijela nazvanog nukleoid. Nukleoid sadrži kromosom s RNA njim povezanim proteinima i RNA. Kao i svi drugi organizmi, i bakterije sadrže ribosome za proizvodnju bjelančevina, ali struktura bakterijskog ribosoma razlikuje se od strukture eukariota i Archaea .

Neke bakterije proizvode unutarćelijske granule za skladištenje hranjivih tvari, na primjer glikogen, polifosfat, sumpor ili polihidroksialkanoati. Bacteria, na primjer, fotosintetske cijanobakterije stvaraju unutarnje plinske vakuole, koje koriste za regulaciju plovnosti, omogućujući im da se kreću gore ili dolje u vodenim slojevima s različitim intenzitetom svjetlosti i razinom hranjivih tvari.

Izvanstanične strukture

Oko vanjske stanične membrane je stanična stijenka. Zidovi staničnih bakterija izrađeni su od peptidoglikana (koji se također naziva i murein), koji je izrađen od polisaharidnih lanaca umreženih peptidima koji sadrže D-aminokiseline. Zidovi bakterijskih stanica različiti su od staničnih stijenki biljaka i gljivica, a izrađeni su od celuloze i himina. Stanična stijenka bakterija također je jednaka onoj u Archaea, koja ne sadrži peptidoglikan. Stanična stijenka ključna je za opstanak mnogih bakterija, a antibiotik penicilin (proizveden gljivicom zvanom Penicillium) može ubiti bakterije inhibirajući korak u sintezi peptidoglikana.

Postoje čitave dvije različite vrste stanične stijenke u bakterijama koje svrstavaju bakterije u gram-pozitivne bakterije i gram-negativne bakterije. Nazivi potječu od reakcije stanica na mrlju Gram, dugogodišnjeg testa za klasifikaciju bakterijskih vrsta.

Gram-pozitivne bakterije posjeduju debelu staničnu stijenku koja sadrži mnogo slojeva peptidoglikana i teikoične kiseline. Dok gram-negativne bakterije imaju relativno tanku staničnu stijenku koja se sastoji od nekoliko slojeva peptidoglikana okruženog drugom lipidnom membranom koja sadrži lipopolysaccharides i lipoproteine. Većina bakterija ima Gram-negativnu staničnu stijenku, a samo Firmicutes i Actinobacteria