Lärandemål
- Lista de olika typerna av mikroorganismer och beskriv deras karakteristiska egenskaper
- Ge exempel på olika typer av cellulära och virala mikroorganismer samt smittämnen
- Beskriv likheter och skillnader mellan arkéer och bakterier
- Ge en översikt över området mikrobiologi
De flesta mikrober är encelliga och så små att de kräver artificiell förstoring för att kunna ses. Det finns dock en del encelliga mikrober som är synliga för blotta ögat och en del flercelliga organismer som är mikroskopiska. Ett föremål måste mäta ungefär 100 mikrometer (µm) för att vara synligt utan mikroskop, men de flesta mikroorganismer är många gånger mindre än så. För att få lite perspektiv kan man tänka på att en typisk djurcell mäter ungefär 10 µm i diameter men ändå är mikroskopisk. Bakterieceller är vanligtvis omkring 1 µm, och virus kan vara 10 gånger mindre än bakterier (figur 1). Se tabell 1 för längdenheter som används inom mikrobiologin.
Tabell 1. Längdenheter som vanligen används inom mikrobiologin | ||
---|---|---|
Metrisk enhet | Betydelse av prefixet | Metrisk ekvivalent |
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 |
mikrometer (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 skiljer sig från varandra inte bara i storlek, utan också i struktur, livsmiljö, metabolism och många andra egenskaper. Även om vi vanligtvis tänker på mikroorganismer som encelliga finns det också många flercelliga organismer som är för små för att kunna ses utan mikroskop. Vissa mikrober, t.ex. virus, är till och med acellulära (består inte av celler).
Mikroorganismer finns inom var och en av livets tre områden: Archaea, Bacteria och Eukarya. Mikrober inom domänerna Bacteria och Archaea är alla prokaryoter (deras celler saknar kärna), medan mikrober inom domänen Eukarya är eukaryoter (deras celler har en kärna). Vissa mikroorganismer, t.ex. virus, hör inte till någon av de tre livsdomänerna. I det här avsnittet kommer vi att kortfattat presentera var och en av de breda grupperna av mikrober. I senare kapitel kommer vi att gå djupare in på de olika arterna inom varje grupp.
Prokaryotiska mikroorganismer
Bakterier finns i nästan alla livsmiljöer på jorden, inklusive inom och på människor. De flesta bakterier är ofarliga eller nyttiga, men vissa är patogener och orsakar sjukdomar hos människor och andra djur. Bakterier är prokaryoter eftersom deras genetiska material (DNA) inte är inrymt i en riktig kärna. De flesta bakterier har cellväggar som innehåller peptidoglykan.
Bakterier beskrivs ofta utifrån sin allmänna form. Vanliga former är sfäriska (koccus), stavformade (bacillus) eller böjda (spirillum, spirochete eller vibrio). Figur 2 visar exempel på dessa former.
De har ett brett spektrum av metaboliska möjligheter och kan växa i en mängd olika miljöer och använda olika kombinationer av näringsämnen. Vissa bakterier är fotosyntetiska, t.ex. syrehaltiga cyanobakterier och anoxygena gröna svavel- och gröna icke-svavelbakterier; dessa bakterier använder energi från solljus och fixerar koldioxid för tillväxt. Andra typer av bakterier är icke-fotosyntetiska och får sin energi från organiska eller oorganiska föreningar i sin omgivning.
Archaea är också encelliga prokaryotiska organismer. Archaea och bakterier har olika evolutionär historia samt betydande skillnader i genetik, metaboliska vägar och sammansättningen av deras cellväggar och membran. Till skillnad från de flesta bakterier innehåller arkealers cellväggar inte peptidoglykan, men deras cellväggar består ofta av ett liknande ämne som kallas pseudopeptidoglykan. Precis som bakterier finns arkéer i nästan alla livsmiljöer på jorden, även i extrema miljöer som är mycket kalla, mycket varma, mycket basiska eller mycket sura (figur 3). Vissa arkéer lever i människokroppen, men ingen har visat sig vara patogen för människor.
Tänk efter
- Vilka är de två huvudtyperna av prokaryotiska organismer?
- Nämn några av de utmärkande egenskaperna för varje typ.
Eukaryotiska mikroorganismer
Domänen Eukarya innehåller alla eukaryoter, inklusive encelliga eller flercelliga eukaryoter som protister, svampar, växter och djur. Det viktigaste kännetecknet för eukaryoter är att deras celler innehåller en kärna.
Protister
Protister är encelliga eukaryoter som inte är växter, djur eller svampar. Alger och protozoer är exempel på protister.
Alger (singular: alga) är växtliknande protister som kan vara antingen encelliga eller flercelliga (figur 4). Deras celler är omgivna av cellväggar gjorda av cellulosa, en typ av kolhydrat. Alger är fotosyntetiska organismer som hämtar energi från solen och avger syre och kolhydrater till sin omgivning. Eftersom andra organismer kan använda deras avfallsprodukter som energi är alger viktiga delar av många ekosystem. Många konsumentprodukter innehåller ingredienser som härrör från alger, t.ex. carrageenan eller alginsyra, som finns i vissa glassmärken, salladsdressing, drycker, läppstift och tandkräm. Ett derivat av alger spelar också en framträdande roll i mikrobiologiska laboratorier. Agar, en gel som härrör från alger, kan blandas med olika näringsämnen och användas för att odla mikroorganismer i en petriskål. Alger utvecklas också som en möjlig källa för biobränslen.
Protozoer (singular: protozoer) är protister som utgör ryggraden i många näringsvävar genom att tillhandahålla näringsämnen till andra organismer. Protozoer är mycket varierande. Vissa protozoer rör sig med hjälp av hårliknande strukturer som kallas cilier eller piskliknande strukturer som kallas flageller. Andra sträcker ut en del av sitt cellmembran och sin cytoplasma för att driva sig framåt. Dessa cytoplasmaförlängningar kallas pseudopoder (”falska fötter”). Vissa protozoer är fotosyntetiska, andra livnär sig på organiskt material. Vissa lever fritt, medan andra är parasiter, som bara kan överleva genom att hämta näringsämnen från en värdorganism. De flesta protozoer är ofarliga, men vissa är patogener som kan orsaka sjukdomar hos djur eller människor (figur 5).
Svampar
Svampar (singular: svamp) är också eukaryoter. Vissa flercelliga svampar, t.ex. svampar, liknar växter, men de är egentligen helt olika. Svampar är inte fotosyntetiska, och deras cellväggar är vanligtvis gjorda av kitin snarare än cellulosa.
Encelliga svampar – jäst – ingår i studiet av mikrobiologi. Det finns mer än 1000 kända arter. Jästsvampar finns i många olika miljöer, från djuphavet till människans navel. Vissa jästsvampar har positiva användningsområden, t.ex. får bröd att gå upp och drycker att jäsa, men jästsvampar kan också leda till att livsmedel förstörs. Vissa orsakar till och med sjukdomar, t.ex. vaginala jästinfektioner och muntlig tröst (figur 6).
Andra svampar av intresse för mikrobiologer är flercelliga organismer som kallas mögel. Mögel består av långa trådar som bildar synliga kolonier (figur 7). Mögel finns i många olika miljöer, från jord till ruttnande mat till fuktiga badrumshörnor. Mögelsvampar spelar en viktig roll i nedbrytningen av döda växter och djur. Vissa mögelsvampar kan orsaka allergier och andra producerar sjukdomsframkallande metaboliter som kallas mykotoxiner. Mögel har använts för att framställa läkemedel, bland annat penicillin, som är en av de mest utskrivna antibiotika, och cyklosporin, som används för att förhindra avstötning av organ efter en transplantation.
Tänk efter
- Nämn två typer av protister och två typer av svampar.
- Nämn några av de utmärkande egenskaperna för varje typ.
Helminter
Multicellulära parasitära maskar som kallas helminter är tekniskt sett inte mikroorganismer, eftersom de flesta är tillräckligt stora för att kunna ses utan mikroskop. Dessa maskar faller dock inom mikrobiologin eftersom sjukdomar som orsakas av helminter involverar mikroskopiska ägg och larver. Ett exempel på en helminth är marsvinsmasken, eller Dracunculus medinensis, som orsakar yrsel, kräkningar, diarré och smärtsamma sår på ben och fötter när masken arbetar sig ut ur huden (figur 8). Infektionen inträffar vanligtvis efter att en person dricker vatten som innehåller vattenloppor som är infekterade av larver av marsvin. I mitten av 1980-talet fanns det uppskattningsvis 3,5 miljoner fall av marsvinsjuka, men sjukdomen har i stort sett utrotats. År 2014 rapporterades endast 126 fall, tack vare samordnade insatser från Världshälsoorganisationen (WHO) och andra grupper som engagerar sig för att förbättra saniteten i dricksvattnet.
Virus
Virus är acellulära mikroorganismer, vilket innebär att de inte består av celler. I huvudsak består ett virus av proteiner och genetiskt material – antingen DNA eller RNA, men aldrig båda – som är inert utanför en värdorganism. Genom att inkorporera sig själva i en värdcell kan virus dock använda sig av värdcellens cellmekanismer för att föröka sig och infektera andra värddjur.
Virus kan infektera alla typer av celler, från mänskliga celler till celler i andra mikroorganismer. Hos människor är virus ansvariga för många sjukdomar, från vanlig förkylning till dödlig ebola (figur 9). Många virus orsakar dock inga sjukdomar.
Tänk efter
- Är helminter mikroorganismer? Förklara varför eller varför inte.
- Hur skiljer sig virus från andra mikroorganismer?
Mikrobiologi som studieområde
Mikrobiologi är en bred term som omfattar studiet av alla olika typer av mikroorganismer. Men i praktiken tenderar mikrobiologer att specialisera sig på ett av flera delområden. Bakteriologi är till exempel studiet av bakterier, mykologi är studiet av svampar, protozoologi är studiet av protozoer, parasitologi är studiet av helminter och andra parasiter och virologi är studiet av virus (figur 10).
Immunologi, studiet av immunförsvaret, inkluderas ofta i studiet av mikrobiologi eftersom samspelet mellan värddjur och patogen är centralt för att vi ska kunna förstå processer vid infektionssjukdomar. Mikrobiologer kan också specialisera sig på vissa områden inom mikrobiologin, t.ex. klinisk mikrobiologi, miljömikrobiologi, tillämpad mikrobiologi eller livsmedelsmikrobiologi.
I den här läroboken är vi i första hand intresserade av kliniska tillämpningar av mikrobiologin, men eftersom mikrobiologins olika delområden är starkt sammankopplade kommer vi ofta att diskutera tillämpningar som inte är strikt kliniska.
Bioetik i mikrobiologi
På 1940-talet letade den amerikanska regeringen efter en lösning på ett medicinskt problem: förekomsten av sexuellt överförbara sjukdomar (STD) bland soldater. I flera numera ökända regeringsfinansierade studier användes människor som försökspersoner för att undersöka vanliga könssjukdomar och behandlingar. I en sådan studie utsatte amerikanska forskare avsiktligt mer än 1 300 försökspersoner i Guatemala för syfilis, gonorré och chancroid för att fastställa penicillins och andra antibiotikas förmåga att bekämpa dessa sjukdomar. De som deltog i studien var guatemalanska soldater, fångar, prostituerade och psykiatriska patienter – ingen av dem informerades om att de deltog i studien. Forskarna utsatte dem för sexuellt överförbara sjukdomar på olika sätt, från att underlätta samlag med infekterade prostituerade till att vaccinera dem med de bakterier som är kända för att orsaka sjukdomarna. Den sistnämnda metoden innebar att man gjorde ett litet sår på försökspersonens könsorgan eller någon annanstans på kroppen och sedan satte bakterier direkt i såret. År 2011 avslöjade en amerikansk regeringskommission som fått i uppdrag att undersöka experimentet att endast en del av försökspersonerna behandlades med penicillin, och 83 försökspersoner dog 1953, troligen som ett resultat av studien.
Det här är tyvärr ett av många fruktansvärda exempel på mikrobiologiska experiment som har brutit mot grundläggande etiska normer. Även om studien hade lett till ett livräddande medicinskt genombrott (vilket den inte gjorde) skulle få hävda att metoderna var etiskt sunda eller moraliskt försvarbara. Men alla fall är inte lika tydliga. Yrkesverksamma som arbetar i kliniska miljöer ställs ofta inför etiska dilemman, t.ex. när de arbetar med patienter som vägrar ta emot ett vaccin eller en livräddande blodtransfusion. Detta är bara två exempel på beslut om liv och död som kan korsa både patientens och vårdpersonalens religiösa och filosofiska övertygelser.
Oavsett hur ädelt målet är måste mikrobiologiska studier och klinisk praxis styras av en viss uppsättning etiska principer. Studierna måste utföras med integritet. Patienter och forskningspersoner ger informerat samtycke (inte bara samtycker till att behandlas eller studeras utan visar att de förstår studiens syfte och eventuella risker). Patienternas rättigheter måste respekteras. Förfarandena måste godkännas av en institutionell granskningsnämnd. När man arbetar med patienter är noggrann journalföring, ärlig kommunikation och sekretess av största vikt. Djur som används för forskning måste behandlas humant och alla protokoll måste godkännas av en institutionell kommitté för vård och användning av djur. Detta är bara några av de etiska principer som utforskas i rutorna Eye on Ethics i hela boken.
Kliniskt fokus: Cora, resolution
Detta exempel avslutar Coras historia som började i What Our Ancestors Knew och A Systematic Approach.
Coras CSF-prov visar inga tecken på inflammation eller infektion, vilket man kan förvänta sig vid en virusinfektion. Det finns dock en hög koncentration av ett särskilt protein, 14-3-3-protein, i hennes CSF. Ett elektroencefalogram (EEG) av hennes hjärnfunktion är också onormalt. EEG:t liknar det hos en patient med en neurodegenerativ sjukdom som Alzheimers eller Huntingtons, men Coras snabba kognitiva försämring är inte förenlig med någon av dessa. I stället drar hennes läkare slutsatsen att Cora har Creutzfeldt-Jakobs sjukdom (CJD), en typ av transmissibel spongiform encefalopati (TSE).
CJD är en extremt sällsynt sjukdom, med endast cirka 300 fall i USA varje år. Den orsakas inte av en bakterie, en svamp eller ett virus, utan snarare av prioner – som inte passar in i någon särskild kategori av mikrober. Liksom virus finns prioner inte på livets träd eftersom de är acellulära. Prioner är extremt små, ungefär en tiondel av storleken på ett typiskt virus. De innehåller inget genetiskt material och består enbart av en typ av onormalt protein.
CJD kan ha flera olika orsaker. Den kan förvärvas genom exponering för hjärn- eller nervsystemvävnad från en infekterad person eller ett infekterat djur. Konsumtion av kött från ett infekterat djur är ett sätt som sådan exponering kan ske. Det har också förekommit sällsynta fall av exponering för CJD genom kontakt med kontaminerad kirurgisk utrustning och från donatorer av hornhinnor och tillväxthormoner som ovetandes hade CJD. I sällsynta fall beror sjukdomen på en specifik genetisk mutation som ibland kan vara ärftlig. Hos cirka 85 % av patienterna med CJD är dock orsaken till sjukdomen spontan (eller sporadisk) och har ingen identifierbar orsak. Baserat på hennes symtom och deras snabba utveckling diagnostiseras Cora med sporadisk CJD.
Olyckligtvis för Cora är CJD en dödlig sjukdom för vilken det inte finns någon godkänd behandling. Ungefär 90 procent av patienterna dör inom ett år efter diagnosen. Hennes läkare fokuserar på att begränsa hennes smärta och kognitiva symtom när sjukdomen fortskrider. Åtta månader senare dör Cora. Hennes CJD-diagnos bekräftas med en obduktion av hjärnan.
Nyckelbegrepp och sammanfattning
- Mikroorganismer är mycket varierande och finns inom livets alla tre områden: Archaea, Bacteria och Eukarya.
- Archaea och bakterier klassificeras som prokaryoter eftersom de saknar cellkärna. Archaea skiljer sig från bakterier i fråga om evolutionär historia, genetik, metaboliska vägar samt cellväggens och membranens sammansättning.
- Archaea lever i nästan alla miljöer på jorden, men inga archaea har identifierats som patogener för människor.
- Eukaryoter som studeras inom mikrobiologin omfattar alger, protozoer, svampar och helminter.
- Alger är växtliknande organismer som kan vara antingen encelliga eller flercelliga och som får sin energi genom fotosyntes.
- Protozoer är encelliga organismer med komplexa cellstrukturer; de flesta är rörliga.
- Mikroskopiska svampar inkluderar mögel och jäst.
- Helminter är flercelliga parasitära maskar. De ingår i området mikrobiologi eftersom deras ägg och larver ofta är mikroskopiska.
- Virus är acellulära mikroorganismer som kräver en värd för att reproducera sig.
- Mikrobiologi är ett mycket brett område. Mikrobiologer specialiserar sig vanligtvis på ett av många delområden, men alla yrkesverksamma inom hälso- och sjukvården behöver en solid grund i klinisk mikrobiologi.
Multiple Choice
Vilken av följande typer av mikroorganismer är fotosyntetisk?
- jäst
- virus
- helminth
- alger
Visa svar
Svar d. Alger är fotosyntetiska.
Vilken av följande är en prokaryotisk mikroorganism?
- helminth
- protozoan
- cyanobacterium
- mold
Visa svar
Svar c. Cyanobacterium är en prokaryotisk mikroorganism.
Vilken av följande är acellulär?
- virus
- bakterium
- svamp
- protozoer
Visa svar
Svar a. Virus är acellulära.
Vilken av följande är en typ av svampmikroorganism?
- bakterium
- protozoer
- alger
- jäst
Visa svar
Svar d. Jäst är en typ av svampmikroorganism.
Vilket av följande är inte ett delområde inom mikrobiologin?
- bakteriologi
- botanik
- klinisk mikrobiologi
- virologi
Visa svar
Svar b. Botanik är inte ett delområde inom mikrobiologin.
Fyll i det tomma fältet
En ________ är en sjukdomsalstrande mikroorganism.
Visa svar
En patogen är en sjukdomsalstrande mikroorganism.
Multicellulära parasitära maskar som studeras av mikrobiologer kallas ___________.
Visa svar
Multicellulära parasitära maskar som studeras av mikrobiologer kallas helminths.
Studien av virus är ___________.
Visa svar
Studien av virus är virologi.
Cellerna i prokaryotiska organismer saknar en _______.
Visa svar
Cellerna hos prokaryotiska organismer saknar en kärna.
Tänk efter
- Beskriv skillnaderna mellan bakterier och arkéer.
- Nämn tre strukturer som olika protozoer använder för att röra sig.
- Beskriv den faktiska och relativa storleken på ett virus, en bakterie och en växt- eller djurcell.
- Kontrastera virusets beteende utanför respektive inuti en cell.
- Var skulle ett virus, en bakterie, en djurcell och en prion höra hemma i det här diagrammet?
- P. Rudge et al. ”Iatrogenic CJD Due to Pituitary-Derived Growth Hormone With Genetically Determined Incubation Times of Up to 40 Years”. Brain 138 no. 11 (2015): 3386-3399. ↵
- Kara Rogers. ”Guatemala Syfilisexperiment: American Medical Research Project”. Encylopaedia Britannica. http://www.britannica.com/event/Guatemala-syphilis-experiment. Tillgänglig den 24 juni 2015. ↵
- Susan Donaldson James. ”Syfilisexperiment chockerar, men det gör även läkemedelsförsök i tredje världen”. ABC World News. August 30, 2011. http://abcnews.go.com/Health/guatemala-syphilis-experiments-shock-us-drug-trials-exploit/story?id=14414902. Tillgänglig den 24 juni 2015. ↵
- C. Greenaway ”Dracunculiasis (Guinea Worm Disease)”. Canadian Medical Association Journal 170 nr 4 (2004):495-500. ↵
- Världshälsoorganisationen. ”Dracunculiasis (spindelns sjukdom)”. WHO. 2015. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs359/en/. Tillgänglig den 2 oktober 2015. ↵
- Greg Botelho. ”Fall av Creutzfeldt-Jakobs sjukdom bekräftat 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. ”Faktablad om Creutzfeldt-Jakobs sjukdom”. NIH. 2015. http://www.ninds.nih.gov/disorders/cjd/detail_cjd.htm#288133058. ↵
- National Institute of Neurological Disorders and Stroke. ”Faktablad om Creutzfeldt-Jakobs sjukdom”. NIH. 2015. http://www.ninds.nih.gov/disorders/cjd/detail_cjd.htm#288133058. Tillgänglig den 22 juni 2015. ↵