Læringsmål
- Listen over de forskellige typer af mikroorganismer og beskriv deres karakteristika
- Giv eksempler på forskellige typer af cellulære og virale mikroorganismer og infektiøse agenser
- Beskriv ligheder og forskelle mellem arkæer og bakterier
- Giv et overblik over mikrobiologiområdet
De fleste mikrober er encellede og små nok til, at de kræver kunstig forstørrelse for at kunne ses. Der findes dog nogle encellede mikrober, der er synlige for det blotte øje, og nogle flercellede organismer, der er mikroskopiske. Et objekt skal måle omkring 100 mikrometer (µm) for at være synligt uden et mikroskop, men de fleste mikroorganismer er mange gange mindre end det. For at få lidt perspektiv kan man tænke på, at en typisk dyrecelle måler ca. 10 µm på tværs, men stadig er mikroskopisk. Bakterieceller er typisk omkring 1 µm, og vira kan være 10 gange mindre end bakterier (figur 1). Se tabel 1 for de længdeenheder, der anvendes i mikrobiologi.
Tabel 1. Længdeenheder, der almindeligvis anvendes i mikrobiologi | |||
---|---|---|---|
Metrisk enhed | Betydning af præfiks | Metrisk ækvivalent | |
meter (m) | – | 1 m = 100 m | |
decimeter (dm) | 1/10 | 1 dm = 0.1 m = 10-1 m | |
centimeter (cm) | 1/100 | 1 cm = 0.01 m = 10-2 m | |
millimeter (mm) | 1/1000 | 1 mm = 0,001 m = 10-3 m | |
micrometer (μm) | 1/1.000.000 | 1 μm = 0.000001 m = 10-6 m | |
nanometer (nm) | 1/1.000.000.000.000 | 1 nm = 0,000000001 m = 10-9 m |
Mikroorganismer adskiller sig fra hinanden ikke kun i størrelse, men også i struktur, levested, stofskifte og mange andre egenskaber. Selv om vi typisk tænker på mikroorganismer som encellede, findes der også mange flercellede organismer, som er for små til at kunne ses uden et mikroskop. Nogle mikroorganismer, f.eks. virus, er endda acellulære (består ikke af celler).
Mikroorganismer findes i hvert af de tre livsområder: Archaea, Bacteria og Eukarya. Mikrober inden for domænerne Bacteria og Archaea er alle prokaryoter (deres celler mangler en kerne), mens mikrober i domænet Eukarya er eukaryoter (deres celler har en kerne). Nogle mikroorganismer, f.eks. vira, hører ikke til nogen af de tre livsdomæner. I dette afsnit vil vi kort præsentere hver af de brede grupper af mikrober. I senere kapitler vil vi gå mere i dybden med de forskellige arter inden for hver gruppe.
Prokaryote mikroorganismer
Bakterier findes i næsten alle levesteder på jorden, herunder i og på mennesker. De fleste bakterier er harmløse eller nyttige, men nogle er patogener, der forårsager sygdomme hos mennesker og andre dyr. Bakterier er prokaryoter, fordi deres genetiske materiale (DNA) ikke er anbragt i en egentlig kerne. De fleste bakterier har cellevægge, der indeholder peptidoglykan.
Bakterier beskrives ofte ud fra deres generelle form. Almindelige former omfatter kugleformet (coccus), stavformet (bacillus) eller buet (spirillum, spirochete eller vibrio). Figur 2 viser eksempler på disse former.
De har en bred vifte af metaboliske evner og kan vokse i en række forskellige miljøer og bruge forskellige kombinationer af næringsstoffer. Nogle bakterier er fotosyntetiske, f.eks. oxygeniske cyanobakterier og anoxygeniske grønne svovl- og grønne ikke-svovlbakterier; disse bakterier bruger energi fra sollys og binder kuldioxid til vækst. Andre typer bakterier er ikke-fotosyntetiske og henter deres energi fra organiske eller uorganiske forbindelser i deres omgivelser.
Archaea er også encellede prokaryote organismer. Archaea og bakterier har forskellige udviklingshistorier samt betydelige forskelle i genetik, metaboliske veje og sammensætningen af deres cellevægge og membraner. I modsætning til de fleste bakterier indeholder arkæernes cellevægge ikke peptidoglykan, men deres cellevægge er ofte sammensat af et lignende stof kaldet pseudopeptidoglykan. Ligesom bakterier findes arkæer i næsten alle levesteder på jorden, selv i ekstreme miljøer, der er meget kolde, meget varme, meget basiske eller meget sure (figur 3). Nogle arkæer lever i menneskekroppen, men ingen af dem har vist sig at være patogener for mennesker.
Tænk over det
- Hvad er de to hovedtyper af prokaryote organismer?
- Nævn nogle af de karakteristiske kendetegn ved hver type.
Eukaryote mikroorganismer
Domænet Eukarya indeholder alle eukaryoter, herunder encellede eller flercellede eukaryoter som protister, svampe, planter og dyr. Det vigtigste definerende kendetegn for eukaryoter er, at deres celler indeholder en cellekerne.
Protister
Protister er encellede eukaryoter, som ikke er planter, dyr eller svampe. Alger og protozoer er eksempler på protister.
Alger (ental: alge) er planteagtige protister, der kan være enten encellede eller flercellede (figur 4). Deres celler er omgivet af cellevægge, der er lavet af cellulose, en type kulhydrat. Alger er fotosyntetiske organismer, der udvinder energi fra solen og afgiver ilt og kulhydrater til deres omgivelser. Da andre organismer kan bruge deres affaldsprodukter til energi, er alger vigtige dele af mange økosystemer. Mange forbrugerprodukter indeholder ingredienser, der stammer fra alger, f.eks. carrageenan eller alginsyre, som findes i visse mærker af is, salatdressing, drikkevarer, læbestift og tandpasta. Et derivat af alger spiller også en fremtrædende rolle i det mikrobiologiske laboratorium. Agar, en gel, der stammer fra alger, kan blandes med forskellige næringsstoffer og bruges til at dyrke mikroorganismer i en petriskål. Alger er også ved at blive udviklet som en mulig kilde til biobrændstoffer.
Protozoer (ental: protozoer) er protister, der udgør rygraden i mange fødekæder ved at levere næringsstoffer til andre organismer. Protozoer er meget forskellige. Nogle protozoer bevæger sig med hjælp fra hårlignende strukturer kaldet cilia eller piskelignende strukturer kaldet flageller. Andre udstrækker en del af deres cellemembran og cytoplasma for at bevæge sig fremad. Disse cytoplasmaforlængelser kaldes pseudopoder (“falske fødder”). Nogle protozoer er fotosyntetiske, mens andre lever af organisk materiale. Nogle er fritlevende, mens andre er parasitter, der kun kan overleve ved at trække næringsstoffer fra en værtsorganisme. De fleste protozoer er ufarlige, men nogle er patogener, der kan forårsage sygdomme hos dyr eller mennesker (figur 5).
Svampe
Svampe (ental: svampe) er også eukaryoter. Nogle flercellede svampe, som f.eks. svampe, ligner planter, men de er faktisk meget forskellige. Svampe er ikke fotosyntetiske, og deres cellevægge er normalt lavet af chitin i stedet for cellulose.
Unicellulære svampe – gærsvampe – indgår i studiet af mikrobiologi. Der er mere end 1000 kendte arter. Gær findes i mange forskellige miljøer, fra det dybe hav til menneskets navle. Nogle gærsvampe har gavnlige anvendelser, f.eks. får brød til at hæve og drikkevarer til at gære, men gærsvampe kan også få fødevarer til at blive fordærvet. Nogle forårsager endda sygdomme, f.eks. vaginale gærinfektioner og oral trøske (figur 6).
Andre svampe af interesse for mikrobiologer er flercellede organismer, der kaldes skimmelsvampe. Skimmelsvampe består af lange tråde, der danner synlige kolonier (Figur 7). Skimmelsvampe findes i mange forskellige miljøer, fra jord til rådnende mad til fugtige badeværelseshjørner. Skimmelsvampe spiller en afgørende rolle i nedbrydningen af døde planter og dyr. Nogle skimmelsvampe kan forårsage allergi, og andre producerer sygdomsfremkaldende metabolitter kaldet mykotoksiner. Skimmelsvampe er blevet brugt til at fremstille lægemidler, herunder penicillin, som er et af de mest almindeligt ordinerede antibiotika, og cyclosporin, der bruges til at forhindre afstødning af organer efter en transplantation.
Tænk over det
- Nævn to typer protister og to typer svampe.
- Nævn nogle af de karakteristiske kendetegn ved hver type.
Helminths
Multicellulære parasitære orme kaldet helminths er teknisk set ikke mikroorganismer, da de fleste er store nok til at kunne ses uden mikroskop. Disse orme falder imidlertid ind under mikrobiologien, fordi sygdomme forårsaget af helminths involverer mikroskopiske æg og larver. Et eksempel på en helminth er perleorm, eller Dracunculus medinensis, som forårsager svimmelhed, opkastning, diarré og smertefulde sår på ben og fødder, når ormen arbejder sig ud af huden (Figur 8). Infektionen opstår typisk, når en person drikker vand, der indeholder vandlopper, som er inficeret med larver af marsvineorm. I midten af 1980’erne var der anslået 3,5 millioner tilfælde af marsvinssygdom, men sygdommen er stort set udryddet. I 2014 blev der kun rapporteret 126 tilfælde takket være den koordinerede indsats fra Verdenssundhedsorganisationen (WHO) og andre grupper, der er engageret i forbedringer af drikkevandshygiejne.
Virusser
Virusser er acellulære mikroorganismer, hvilket betyder, at de ikke består af celler. I det væsentlige består en virus af proteiner og genetisk materiale – enten DNA eller RNA, men aldrig begge dele – som er inaktive uden for en værtsorganisme. Ved at inkorporere sig selv i en værtscelle er virus imidlertid i stand til at udnytte værtens cellulære mekanismer til at formere sig og inficere andre værter.
Vira kan inficere alle typer celler, lige fra menneskelige celler til celler fra andre mikroorganismer. Hos mennesker er vira ansvarlige for mange sygdomme, lige fra forkølelse til dødelig ebola (figur 9). Mange vira forårsager imidlertid ikke sygdom.
Tænk over det
- Er helminths mikroorganismer? Forklar hvorfor eller hvorfor ikke.
- Hvordan adskiller vira sig fra andre mikroorganismer?
Mikrobiologi som fagområde
Mikrobiologi er et bredt begreb, der omfatter studiet af alle forskellige typer af mikroorganismer. Men i praksis har mikrobiologer en tendens til at specialisere sig inden for et af flere underområder. For eksempel er bakteriologi studiet af bakterier; mykologi er studiet af svampe; protozoologi er studiet af protozoer; parasitologi er studiet af helminths og andre parasitter; og virologi er studiet af vira (figur 10).
Immunologi, studiet af immunsystemet, indgår ofte i studiet af mikrobiologi, fordi interaktioner mellem vært og patogen er centrale for vores forståelse af infektiøse sygdomsprocesser. Mikrobiologer kan også specialisere sig inden for visse områder af mikrobiologien, f.eks. klinisk mikrobiologi, miljømikrobiologi, anvendt mikrobiologi eller fødevaremikrobiologi.
I denne lærebog beskæftiger vi os primært med kliniske anvendelser af mikrobiologi, men da de forskellige delområder af mikrobiologien er stærkt indbyrdes forbundne, vil vi ofte diskutere anvendelser, der ikke er strengt kliniske.
Bioetik i mikrobiologi
I 1940’erne søgte den amerikanske regering efter en løsning på et medicinsk problem: forekomsten af seksuelt overførte sygdomme (STD’er) blandt soldater. I flere nu berygtede regeringsfinansierede undersøgelser blev der brugt forsøgspersoner til at undersøge almindelige kønssygdomme og behandlinger. I en af disse undersøgelser udsatte amerikanske forskere bevidst mere end 1.300 forsøgspersoner i Guatemala for syfilis, gonoré og chancroid for at afgøre penicillin og andre antibiotikas evne til at bekæmpe disse sygdomme. Forsøgspersoner i undersøgelsen omfattede guatemalanske soldater, fanger, prostituerede og psykiatriske patienter – og ingen af dem blev informeret om, at de deltog i undersøgelsen. Forskerne udsatte forsøgspersonerne for kønssygdomme ved hjælp af forskellige metoder, lige fra at lette samleje med inficerede prostituerede til at vaccinere forsøgspersonerne med de bakterier, der er kendt for at forårsage sygdommene. Sidstnævnte metode bestod i at lave et lille sår på forsøgspersonens kønsorganer eller et andet sted på kroppen og derefter lægge bakterier direkte ind i såret. I 2011 afslørede en amerikansk regeringskommission, der havde til opgave at undersøge eksperimentet, at kun nogle af forsøgspersonerne blev behandlet med penicillin, og 83 forsøgspersoner døde i 1953, sandsynligvis som følge af undersøgelsen.
Det er desværre et af mange forfærdelige eksempler på mikrobiologiske eksperimenter, der har overtrådt grundlæggende etiske standarder. Selv hvis denne undersøgelse havde ført til et livreddende medicinsk gennembrud (hvilket den ikke gjorde), er der kun få, der ville hævde, at dens metoder var etisk forsvarlige eller moralsk berettigede. Men det er ikke alle tilfælde, der er så entydige. Fagfolk, der arbejder i kliniske sammenhænge, står ofte over for etiske dilemmaer, f.eks. når de arbejder med patienter, der afviser en vaccine eller en livreddende blodtransfusion. Dette er blot to eksempler på beslutninger om liv og død, som kan være i konflikt med både patientens og sundhedspersonalets religiøse og filosofiske overbevisninger.
Og uanset hvor ædelt målet er, skal mikrobiologiske undersøgelser og klinisk praksis være styret af et vist sæt etiske principper. Undersøgelser skal udføres med integritet. Patienter og forsøgspersoner skal give informeret samtykke (ikke blot acceptere at blive behandlet eller undersøgt, men vise forståelse for formålet med undersøgelsen og eventuelle risici). Patienternes rettigheder skal respekteres. Procedurerne skal godkendes af en institutionel undersøgelseskommission. Når man arbejder med patienter, er nøjagtig journalføring, ærlig kommunikation og fortrolighed af afgørende betydning. Dyr, der anvendes til forskning, skal behandles humant, og alle protokoller skal godkendes af en institutionel komité for dyrepleje og -anvendelse. Dette er blot nogle få af de etiske principper, der udforskes i boksene Eye on Ethics (Øje på etik) i hele denne bog.
Klinisk fokus: Cora, opløsning
Dette eksempel afslutter Coras historie, som startede i What Our Ancestors Knew og A Systematic Approach.
Coras CSF-prøver viser ingen tegn på betændelse eller infektion, som man ville forvente ved en virusinfektion. Der er imidlertid en høj koncentration af et bestemt protein, 14-3-3-protein, i hendes CSF. Et elektroencefalogram (EEG) af hendes hjernefunktion er også unormalt. EEG’et ligner det, der ses hos en patient med en neurodegenerativ sygdom som Alzheimers eller Huntingtons, men Coras hurtige kognitive tilbagegang er ikke i overensstemmelse med nogen af disse sygdomme. I stedet konkluderer hendes læge, at Cora har Creutzfeldt-Jakobs sygdom (CJD), en type overførbar spongiform encephalopati (TSE).
CJD er en ekstremt sjælden sygdom, med kun omkring 300 tilfælde i USA hvert år. Den er ikke forårsaget af en bakterie, svamp eller virus, men snarere af prioner – som ikke passer pænt ind i nogen bestemt kategori af mikrober. Ligesom vira findes prioner ikke på livstræet, fordi de er acellulære. Prioner er ekstremt små, omkring en tiendedel af størrelsen af en typisk virus. De indeholder intet genetisk materiale og består udelukkende af en type unormalt protein.
CJD kan have flere forskellige årsager. Den kan erhverves ved at blive udsat for væv fra hjernen eller nervesystemet hos en inficeret person eller et inficeret dyr. Indtagelse af kød fra et inficeret dyr er en måde, hvorpå en sådan eksponering kan finde sted. Der har også været sjældne tilfælde af eksponering for CJD ved kontakt med kontamineret kirurgisk udstyr og fra donorer af hornhinde og væksthormoner, som uden at vide det havde CJD. I sjældne tilfælde skyldes sygdommen en specifik genetisk mutation, som undertiden kan være arvelig. Hos ca. 85 % af patienterne med CJD er årsagen til sygdommen imidlertid spontan (eller sporadisk) og har ingen identificerbar årsag. På baggrund af hendes symptomer og deres hurtige udvikling bliver Cora diagnosticeret med sporadisk CJD.
Uheldigvis for Cora er CJD en dødelig sygdom, som der ikke findes nogen godkendt behandling for. Ca. 90 % af patienterne dør inden for et år efter diagnosen. Hendes læger fokuserer på at begrænse hendes smerter og kognitive symptomer, efterhånden som hendes sygdom skrider frem. Otte måneder senere dør Cora. Hendes CJD-diagnose bekræftes ved en hjerneobduktion.
Nøglebegreber og resumé
- Mikroorganismer er meget forskellige og findes i alle tre områder af livet: Archaea, Bacteria og Eukarya.
- Archaea og bakterier klassificeres som prokaryoter, fordi de mangler en cellekerne. Archaea adskiller sig fra bakterier med hensyn til udviklingshistorie, genetik, metaboliske veje og sammensætning af cellevæg og membraner.
- Archaea lever i næsten alle miljøer på jorden, men ingen archaea er blevet identificeret som menneskelige patogener.
- Eukaryoter, der studeres i mikrobiologi, omfatter alger, protozoer, svampe og helminths.
- Alger er plantelignende organismer, der kan være enten encellede eller flercellede, og som får energi via fotosyntese.
- Protozoer er encellede organismer med komplekse cellestrukturer; de fleste er bevægelige.
- Mikroskopiske svampe omfatter skimmelsvampe og gær.
- Helminths er flercellede parasitære orme. De indgår i mikrobiologien, fordi deres æg og larver ofte er mikroskopiske.
- Vira er acellulære mikroorganismer, der kræver en vært for at reproducere sig.
- Mikrobiologien er et meget bredt område. Mikrobiologer specialiserer sig typisk i et af de mange underområder, men alle sundhedsprofessionelle har brug for et solidt fundament i klinisk mikrobiologi.
Multiple Choice
Hvilken af følgende typer mikroorganismer er fotosyntetiske?
- gær
- virus
- helminth
- alger
Vis svar
Svar d. Alger er fotosyntetiske.
Hvilken af følgende er en prokaryotisk mikroorganisme?
- helminth
- protozoan
- cyanobacterium
- mold
Vis svar
Svar c. Cyanobacterium er en prokaryotisk mikroorganisme.
Hvilken af følgende er acellulær?
- virus
- bakterium
- svamp
- protozoer
Vis svar
Svar a. Virus er acellulær.
Hvilken af følgende er en type svampemikroorganisme?
- bakterium
- protozoer
- alge
- gær
Vis svar
Svar d. Gær er en type svampemikroorganisme.
Hvilket af følgende er ikke et underområde af mikrobiologien?
- bakteriologi
- botanik
- klinisk mikrobiologi
- virologi
Vis svar
Svar b. Botanik er ikke et underområde af mikrobiologien.
Fyld ud i det tomme felt
En ________ er en sygdomsfremkaldende mikroorganisme.
Vis svar
En patogen er en sygdomsfremkaldende mikroorganisme.
Multicellulære parasitære orme, der studeres af mikrobiologer, kaldes ___________.
Vis svar
Multicellulære parasitære orme, der studeres af mikrobiologer, kaldes helminths.
Studiet af vira er ___________.
Vis svar
Studiet af vira er virologi.
Cellerne i prokaryote organismer mangler en _______.
Vis svar
Cellerne i prokaryote organismer mangler en kerne.
Tænk over det
- Beskriv forskellene mellem bakterier og arkæer.
- Nævn tre strukturer, som forskellige protozoer bruger til at bevæge sig.
- Beskriv den faktiske og relative størrelse af en virus, en bakterie og en plante- eller dyrecelle.
- Sammenlign en viruss adfærd uden for og inden i en celle.
- Hvor vil en virus, en bakterie, en dyrecelle og en prion høre hjemme på dette diagram?
- P. Rudge et al. “Iatrogen CJD på grund af hypofyseafledt væksthormon med genetisk bestemte inkubationstider på op til 40 år”. Brain 138 nr. 11 (2015): 3386-3399. ↵
- Kara Rogers. “Guatemala syfilis-eksperiment: American Medical Research Project”. Encylopaedia Britannica. http://www.britannica.com/event/Guatemala-syphilis-experiment. Tilgået den 24. juni 2015. ↵
- Susan Donaldson James. “Syfilis-eksperimenter chokerer, men det gør lægemiddelforsøg i den tredje verden også”. ABC World News. August 30, 2011. http://abcnews.go.com/Health/guatemala-syphilis-experiments-shock-us-drug-trials-exploit/story?id=14414902. Besøgt den 24. juni 2015. ↵
- C. Greenaway “Dracunculiasis (Guinea-worm-sygdom).” Canadian Medical Association Journal 170 no. 4 (2004):495-500. ↵
- Verdenssundhedsorganisationen. “Dracunculiasis (meldugssygdom).” WHO. 2015. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs359/en/. Besøgt den 2. oktober 2015. ↵
- Greg Botelho. “Tilfælde af Creutzfeldt-Jakob-sygdom bekræftet i New Hampshire”. CNN. 2013. http://www.cnn.com/2013/09/20/health/creutzfeldt-jakob-brain-disease/. ↵
- J.G. Heckmann et al. “Transmission of Creutzfeldt-Jakob Disease via a Corneal Transplant.” Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry 63 no. 3 (1997): 388-390. ↵
- National Institute of Neurological Disorders and Stroke. “Creutzfeldt-Jakob Disease Fact Sheet”. NIH. 2015. http://www.ninds.nih.gov/disorders/cjd/detail_cjd.htm#288133058. ↵
- National Institute of Neurological Disorders and Stroke. “Creutzfeldt-Jakob Disease Fact Sheet.” NIH. 2015. http://www.ninds.nih.gov/disorders/cjd/detail_cjd.htm#288133058. Besøgt den 22. juni 2015. ↵