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.  

o

 

Typical bacteria 

 

have normal peptidoglycan. 

 

may be normal flora or pathogenic in humans. 

 

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

o

 

Mycoplasmas 

 

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

 

lack a cell wall. 

 

are the only prokaryotes that contain sterols. 


background image

 

2

 

 

o

 

Rickettsia organisms 

 

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

 

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

o

 

Chlamydia 

 

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. 

     All humans are exposed to bacteria (the normal flora) living on their  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 aureusS. epidermidis and Propionibacterium acnes 
(found on the skin) and Bacteroides and Enterobacteriaceae found in the intestine. 

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. 


background image

 

3

 

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. 

• 

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. Genetic materials 

• 

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. 

 

 

 

 


background image

 

4

 

E. Cell (cytoplasmic) membrane 

• 

is a typical phospholipid bilayer. 

• 

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. 

• 

Cell wall 

o

 

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

o

 

confers osmotic protection and gram-staining characteristics. 

o

 

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

o

 

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

o

 

contains penicillin-binding proteins 


background image

 

5

 

 

• 

Peptidoglycan 

o

 

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

o

 

is found in all bacterial cell walls, except Mycoplasma. 

o

 

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. 

o

 

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). 

o

 

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

o

 

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

o

 

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 

o

 

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

o

 

are found in gram-positive cell walls or membranes. 

o

 

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

o

 

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

o

 

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

• 

Lipoprotein 

o

 

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

o

 

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 

o

 

is found in gram-negative cells. 

o

 

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

o

 

contains  hydrated  peptidoglycan,  penicillin-binding  proteins,  hydrolytic  enzymes 
(including  ²

β -lactamases), specific carrier molecules, and oligosaccharides. 

• 

Outer membrane 

o

 

is found in gram-negative cells. 

o

 

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

o

 

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

o

 

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

 


background image

 

6

 

 

• 

Lipopolysaccharide 

o

 

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

o

 

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. 

o

 

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

o

 

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

o

 

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

J. External layers 

• 

Capsule 

o

 

is a well-defined structure of polysaccharide surrounding a bacterial cell and is external 
to  the  cell  wall.  The  one  exception  to  the  polysaccharide  structure  is  the  poly-D-
glutamic acid capsule of Bacillus anthracis. 

o

 

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

• 

Glycocalyx 

o

 

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

o

 

is sometimes called a slime layer. 

o

 

is associated with adhesive properties of the bacterial cell. 

o

 

is synthesized by surface enzymes. 

o

 

contains prominent antigenic sites. 

K. Appendages 

• 

Flagella 

o

 

are protein appendages for locomotion. 

o

 

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

o

 

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

o

 

contain prominent antigenic determinants. 

• 

Pili (fimbriae) 

o

 

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

o

 

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

o

 

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. 

o

 

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

 


background image

 

7

 

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. 

• 

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: Ali Haider
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 100 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