background image

 

1

 

Microbiology  
 
     Is a science that deals with study of organisms which unable to be 
seen by naked eye such as bacteria , viruses  etc.  
 
Medical microbiology   
     Is a branch of microbiology deals with micro-organism that causes 
the  diseases  for  human  &  other  organisms  and  its  divided  several 
branch e.g. :-  
1 – bacteriology . 
2 – virology . 
3 – parasitology . 
4 – mycology . 
5 – immunology .     
 
Microorganisms
   

belong to the Protista biologic kingdom include some eukaryotes and 
prokaryotes,  viruses,  viroids,  and  prions  ,  these  are  classified 
according  to  their  structure,  chemical  composition,  and  biosynthetic 
and genetic organization. 

B. Eukaryotic cells 

contain  organelles  and  a  nucleus  bounded  by  a  nuclear  membrane 
these  contain  complex  phospholipids,  sphingolipids,  histones,  and 
sterols , the lack a cell wall (plant cells and fungi have a cell wall) & 
have multiple diploid chromosomes and nucleosomes. have relatively 
long-lived  mRNA  formed  from  the  processing  of  precursor  mRNA, 
which contains exons and introns. have 80S ribosomes and uncoupled 
transcription and translation. 

C. Prokaryotic cells 

 

have  no  organelles,  no  membrane-enclosed  nucleus,  and  no 
histones;  in  rare  cases,  they  contain  complex  phospholipids, 
sphingolipids, and sterols. 

 

have 70S ribosomes. 

 

have  a  cell  wall  composed  of  peptidoglycan-containing  muramic 
acid. 

 

are haploid with a single chromosome. 

 

have short-lived, unprocessed mRNA. 

 

have coupled transcription and translation.  

Typical bacteria 


background image

 

2

 

 

have normal peptidoglycan. 

 

may be normal flora or pathogenic in humans. 

 

do not have a sexual growth cycle; however, some can 
produce asexual spores. 

Mycoplasmas 

 

are  the  smallest  and  simplest  of  the  bacteria  that  are 
self-replicating. 

 

lack a cell wall. 

 

are the only prokaryotes that contain sterols. 

Rickettsia organisms 

 

are obligate intracellular bacteria that are incapable of 
self-replication. 

 

depend  on  the  host  cell  for  adenosine  triphosphate 
(ATP) production. 

Chlamydiae 

 

are bacteria-like obligate intracellular pathogens with 
a  complex  growth  cycle  involving  intracellular  and 
extracellular forms. 

 

depend on the host cell for ATP production. 

Bacteriology 
 
      Bacteria, along with blue-green algae, are prokaryotic cells. That is, in 
contrast  to  eukaryotic  cells,  they  have  no  nucleus;  rather  the  genetic 
material  is  restricted  to  an  area  of  the  cytoplasm  called  the  nucleoid. 
Prokaryotic  cells  also  do  not  have  cytoplasmic  compartment  such  as 
mitochondria  and  lysosomes  that  are  found  in  eukaryotes.  However,  a 
structure that is found in prokaryotes but not in eukaryotic animal cells is 
the  cell  wall  which  allows  bacteria  to  resist  osmotic  stress.  These  cell 
walls  differ  in  complexity  among  bacteria  that  are  usually  divided  into 
two major groups, the gram-positive and gram-negative organisms, which 
reflect their cell wall structure.  The possession of this cell wall, which is 
not  a  constituent  of  animal  cells,  gives  rise  to  the  different  antibiotic 
sensitivities of prokaryotic and eukaryotic cells.   

     Limited number of bacterial species are responsible for the majority of 
infectious  diseases  in  healthy  individuals.  Due  to  the  success  of 
vaccination,  antibiotics,  and  effective  public  health  measures,  until 
recently,  epidemics  were  felt  to  be  a  thing  of  the  past.  Due  to  the 
development of  antibiotic  resistant  organisms, this  situation  is  changing 
rapidly. 


background image

 

3

 

All  humans  are  infected  with  bacteria  (the  normal  flora)  living  on  their 
external  surfaces  (including  the  skin,  gut  and  lungs).  We  are  constantly 
also exposed to bacteria (including those that live in air, water, soil and 
food).  Normally  due  to  our  host  defenses  most  of  these  bacteria  are 
harmless. In compromised patients, whose defenses are weakened, these 
bacteria  often  cause  opportunistic  infectious  diseases  when  entering  the 
bloodstream (after surgery, catheterization or other treatment modalities). 
When initiated in the hospital, these infectious diseases are referred to as 
nosocomial.  Some  common  bacteria  found  in  the  normal  flora  include 
Staphylococcus  aureus,  S.  epidermidis  and  Propionibacterium  acnes 
(found on the skin) and Bacteroides and Enterobacteriaceae found in the 
intestine (the latter in much smaller numbers). 

Koch's postulates (modified) 

1.  The  organism  must  always  be  found  in  humans  with  the  infectious 
disease but not found in healthy ones. 

2. The organism must be isolated from humans with the infectious disease 
and grown in pure culture. 

3.  The  organism  isolated  in  pure  culture  must  initiate  disease  when  re-
inoculated into susceptible animals. 

4.  The  organism  should  be  re-isolated  from  the  experimentally  infected 
animals. 

In the recent years additional postulates was added  

5. infection should be lead to development of an immune response against 
pathogen. 

Postulates 3. and 4. are extremely important in definite proof of the role 
of  agent  in  human  disease.  However,  this  depends  on  the  ability  to 
develop animal  models  that  resemble  the  human  disease. In  many  cases 
such models do not exist. 

 

II. Bacteria  
A. Bacterial shape 

 

can  usually  be  determined  with  appropriate  staining  and  a  light 
microscope. 


background image

 

4

 

 

is  usually  round  (coccus),  rod-like  (bacillus),  or  spiral  with  most 
species;  cocci  and  bacilli  often  grow  in  doublets  (diplococci)  or 
chains  (streptococci).  Cocci  that  grow  in  clusters  are  called 
staphylococci. 

 

may be pleomorphic with some species, such as Bacteroides. 

 

is used, along with other properties, to identify bacteria. 

 

is determined by the mechanism of cell wall assembly. 

 

may be altered by antibiotics that affect cell wall biosynthesis (e.g., 
penicillin). 

Bacterial structure 

B. Bacterial nucleus 

 

is  not  surrounded  by  a  nuclear  membrane,  nor  does  it  contain  a 
mitotic apparatus. 

 

is generally called a nucleoid or nuclear body. 

 

consists  of  polyamine  and  magnesium  ions  bound  to  negatively 
charged,  circular,  supercoiled,  double-stranded  DNA;  small 
amounts of RNA; RNA polymerase; and other proteins. 

C. Bacterial cytoplasm 

 

contains  ribosomes  and  various  types  of  nutritional  storage 
granules. 

 

contains no organelles. 

D. Bacterial ribosomes 

 

have a sedimentation coefficient of 70S and are composed of 30S 
and  50S  subunits  containing  16S,  and  23S  and  5S  RNA, 
respectively. 

 

are  the  sites  of  action  of  many  antibiotics  that  inhibit  protein 
biosynthesis. 

 

have proteins and RNAs that differ from those of their eukaryotic 
counterparts. 

 

form  the  basis  for  the  selective  toxicity  of  antibacterial  protein 
synthesis  inhibiting  agents,  which  affect  70S  ribosomes  (e.g., 
erythromycin) but not 80S ribosomes. 

 

are membrane-bound if engaged in protein biosynthesis. 

E. Cell (cytoplasmic) membrane 

 

is a typical phospholipid bilayer. 

 ﻣﺘﻌﺪد اﻟﺸﻜﻞ


background image

 

5

 

 

contains  the  cytochromes  and  enzymes  involved  in  electron 
transport and oxidative phosphorylation. 

 

contains  carrier  lipids  and  enzymes  involved  in  cell  wall 
biosynthesis. 

 

contains  enzymes  involved  in  phospholipid  synthesis  and  DNA 
replication. 

 

contains chemoreceptors. 

 

is responsible for selective permeability and active transport, which 
are  facilitated  by  membrane-bound  permeases,  binding  proteins, 
and various transport systems. 

 

is the site of action of certain antibiotics, such as polymyxin. 

 
G. Plasmids 

 

are  small,  circular,  nonchromosomal,  double-stranded  DNA 
molecules. 

 

are capable of self-replication. 

 

are most frequently extrachromosomal, but may become integrated 
into bacterial DNA. 

 

contain  genes  that  confer  protective  properties,  such  as  antibiotic 
resistance, virulence factors, or their own transmissibility to other 
bacteria. 

H. Transposons 

 

are  small  pieces  of  DNA  that  move  between  the  DNA  of 
bacteriophages. 

 

are bacteria or plasmids not capable of self-replication. 

 

code  for  antibiotic  resistance  enzymes,  metabolic  enzymes,  or 
toxins. 

 

may  alter  expression  of  neighboring  genes  or  cause  mutations  to 
genes into which they are inserted. 

I. Cell envelope 

 

is  composed  of  the  macromolecular  layers  that  surround  the 
bacterium. 

 

always includes a cell membrane and a peptidoglycan layer. 

 

includes an outer membrane layer in gram-negative bacteria. 

 

may include a capsule, a glycocalyx layer, or both. 

 

contains  antigens  that  frequently  induce  a  specific  antibody 
response. 


background image

 

6

 

 

Cell wall 

refers to that portion of the cell envelope that is external to 
the  cytoplasmic  membrane  and  internal  to  the  capsule  or 
glycocalyx. 

confers osmotic protection and gram-staining characteristics. 

is  composed  of  peptidoglycan,  teichoic  and  teichuronic 
acids, and polysaccharides in gram-positive bacteria. 

is  composed  of  peptidoglycan,  lipoprotein,  and  an  outer 
phospholipid  membrane  that  contains  lipopolysaccharide  in 
gram-negative bacteria. 

contains penicillin-binding proteins. 

 

Peptidoglycan 

is  also  called  mucopeptide  or  murein  and  is  unique  to 
prokaryotes. 

is found in all bacterial cell walls, except Mycoplasma. 

is a complex polymer that  consists of a backbone, which  is 
composed  of  alternating  N-acetylglucosamine  and  N-
acetylmuramic  acid  and  a  set  of  identical  tetrapeptide  side 
chains, which are attached to the N-acetylmuramic acid and 
that are frequently linked to adjacent tetrapeptide side chains 
by identical peptide cross-bridges or by direct peptide bonds. 

contains the glycosidic bond between N-acetylmuramic acid 
and  N-acetylglucosamine,  which  is  cleaved  by  the 
bacteriolytic enzyme lysozyme (found in mucus, saliva, and 
tears). 

may  contain  diaminopimelic  acid,  an  amino  acid  unique  to 
prokaryotic cell walls. 

is the site of action of certain antibiotics, such as penicillin 
and the cephalosporins. 

comprises  up  to  50%  of  the  cell  wall  of  gram-positive 
bacteria but only 2%- 10% of the cell wall of gram-negative 
bacteria. 

 

Teichoic and teichuronic acids 

are  water-soluble  polymers,  containing  a  ribitol  or  glycerol 
residue linked by phosphodiester bonds. 

are found in gram-positive cell walls or membranes. 

are chemically bonded to peptidoglycan (wall teichoic acid) 
or  membrane  glycolipid  (lipoteichoic  acid),  particularly  in 
mesosomes. 

contain  important  bacterial  surface  antigenic  determinants, 
and lipoteichoic acid helps anchor the wall to the membrane. 

may  account  for  50%  of  the  dry  weight  of  a  gram-positive 
cell wall. 


background image

 

7

 

 

Lipoprotein 

cross-links the peptidoglycan and outer membrane in gram-
negative bacteria. 

is  linked  to  diaminopimelic  acid  residues  of  peptidoglycan 
tetrapeptide side chains by a peptide bond; the lipid portion 
is noncovalently inserted into the outer membrane. 

 

Periplasmic space 

is found in gram-negative cells. 

refers  to  the  area  between  the  cell  membrane  and  the  outer 
membrane. 

contains hydrated peptidoglycan, penicillin-binding proteins, 
hydrolytic  enzymes  (including 

²

β -lactamases),  specific 

carrier molecules, and oligosaccharides. 

 

Outer membrane 

is found in gram-negative cells. 

is  a  phospholipid  bilayer  in  which  the  phospholipids  of  the 
outer portion are replaced by lipopolysaccharides. 

protects cells from many things, including harmful enzymes 
and  some  antibiotics,  and  prevents  leakage  of  periplasmic 
proteins. 

contains  embedded  proteins,  including  matrix  porins 
(nonspecific pores), some non-pore proteins (phospholipases 
and proteases), and transport proteins for small molecules. 

 

Lipopolysaccharide 

is found in the outer leaflet of the outer membrane of gram-
negative cells. 

consists of lipid A, several long-chain fatty acids attached to 
phosphorylated  glucosamine  disaccharide  units,  and  a 
polysaccharide  composed  of  a  core  and  terminal  repeating 
units. 

is  negatively  charged  and  non-covalently  cross-bridged  by 
divalent cations. 

is  also  called  endotoxin;  the  toxicity  is  associated  with  the 
lipid A. 

contains  major  surface  antigenic  determinants,  including  O 
antigen found in the polysaccharide component. 

J. External layers 

 

Capsule 

is  a  well-defined  structure  of  polysaccharide  surrounding  a 
bacterial  cell  and  is  external  to  the  cell  wall.  The  one 


background image

 

8

 

exception  to  the  polysaccharide  structure  is  the  poly-D-
glutamic acid capsule of Bacillus anthracis. 

protects  the  bacteria  from  phagocytosis  and  plays  a  role  in 
bacterial adherence. 

 

Glycocalyx 

refers  to  a  loose  network  of  polysaccharide  fibrils  that 
surrounds some bacterial cell walls. 

is sometimes called a slime layer. 

is associated with adhesive properties of the bacterial cell. 

is synthesized by surface enzymes. 

contains prominent antigenic sites. 

K. Appendages 

 

Flagella 

are protein appendages for locomotion. 

consist of a basal body, hook, and a long filament composed 
of a polymerized protein called flagellin. 

may be located in only one area of a cell (polar) or over the 
entire bacterial cell surface (peritrichous). 

contain prominent antigenic determinants. 

 

Pili (fimbriae) 

are  rigid  surface  appendages  composed  mainly  of  a  protein 
called pilin. 

exist  in  two  classes:  ordinary  pili  (adhesins),  involved  in 
bacterial  adherence, and  sex  pili, involved  in  attachment  of 
donor and recipient bacteria in conjugation. 

are, in the case of ordinary pili, the colonization antigens or 
virulence  factors  associated  with  some  bacterial  species, 
such as Streptococcus pyogenes and Neisseria gonorrhoeae. 

may confer antiphagocytic properties, like the M protein of S 
pyogenes. 

L. Endospores 

 

are  formed  as  a  survival  response  to  certain  adverse  nutritional 
conditions, such as depletion of a certain resource. 

 

are metabolically inactive bacterial cells that are highly resistant to 
desiccation, heat, and various chemicals. 

 

possess a core that contains many cell components, a spore wall, a 
cortex, a coat, and an exosporium. 

 

contain  calcium  dipicolinate,  which  aids  in  heat  resistance  in  the 
core. 


background image

 

9

 

 

germinate under favorable nutritional conditions after an activation 
process that involves damage to the spore coat. 

 

are  helpful  in  identifying  some  species  of  bacteria  (e.g.,  Bacillus 
and Clostridium). 

 

are not reproductive structures. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 16 عضواً و 246 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل