11.1 Bakterier — Gram, morfologi og virulens

Nettverket som utgjør bakteriens cellevegg. Det består av lange sukkerkjeder som ligger side om side, bundet sammen på tvers av korte peptider (aminosyrekjeder) — derfor navnet: peptido for peptidene, glykan for sukkeret. Kalles også murein.

Det avgjørende for eksamen er ikke kjemien, men tykkelsen: hvor mange lag nettverk som ligger utenpå hverandre. Det ene tallet skiller de to gram-gruppene fra hverandre og avgjør både farge og hvilke angrepspunkter bakterien har.

Den grunnleggende sorteringstesten i mikrobiologi. Preparatet farges først fiolett, bindes med jod, skylles med alkohol og farges til slutt med en rød motfarge.

Testen måler én ting: om peptidoglykanlaget er tykt nok til å holde på det fiolette fargekomplekset gjennom alkoholskyllingen. Den måler altså ikke slektskap, ikke sykdomsevne og ikke hvor farlig bakterien er — bare byggemåten på utsiden. At denne ene opplysningen likevel deler bakteriene i to grupper som oppfører seg systematisk forskjellig, er grunnen til at testen har overlevd i over hundre år.

En bakterie med tykt peptidoglykanlag ytterst og bare én membran (cellemembranen, som ligger innenfor veggen). Den har ingen ytre membran og intet LPS.

Det tykke laget holder på det fiolette fargekomplekset gjennom alkoholskyllingen, og cellen står derfor blå til fiolett i preparatet. Eksempler: Streptococcus pneumoniae (pneumokokk) og Staphylococcus aureus (gule stafylokokker).

En bakterie med tynt peptidoglykanlag som ligger klemt mellom to membraner: cellemembranen innenfor og en ytre membran utenfor. Rommet mellom dem kalles periplasma.

Alkoholen løser opp den ytre membranen, og det tynne peptidoglykanlaget klarer ikke å holde på fargekomplekset. Cellen avfarges, tar motfargen, og står rød til rosa. Eksempel: Neisseria meningitidis (meningokokk).

Legg merke til at det er to forskjeller på én gang — tynnere peptidoglykan og en ekstra membran. Eksamensdistraktorene bruker konsekvent bare den ene av dem.

Det store molekylet som sitter på utsiden av den ytre membranen hos gram-negative bakterier. Det består av en fettdel forankret i membranen og en lang sukkerkjede som stikker ut.

LPS kalles også endotoksin, fordi det er en fast bestanddel av bakterien selv — ikke noe den skiller ut. Det frigjøres først og fremst når bakterien går i stykker. Immunforsvaret kjenner det igjen med TLR4, en av mønstergjenkjennerne som sitter på overflaten av immuncellene og reagerer på molekyler som bare finnes hos mikrober. Reaksjonen er kraftig og lite spesifikk: den slår på betennelsen i stor bredde.

Gram-positive bakterier har ikke LPS. De har ingen ytre membran å feste det på. Det er en av de sikreste enkeltopplysningene i hele mikrobiologidelen.

En kuleformet bakterie (latin coccus, flertall cocci). Formen sier lite alene — det er plasseringen i forhold til nabocellene som gir informasjon:

- to og to (diplokokker),
- på rekke (kjeder),
- i klaselignende klynger.

Fordi kokker er runde, ser de like ut fra alle kanter, og du kan derfor stole på klyngemønsteret uten å tenke på snittretning.

En stavformet bakterie (latin bacillus, flertall bacilli). Staver kan være korte og butte eller lange og tynne, og de kan ligge enkeltvis, parvis eller på rekke.

Merk skillet mellom formbeskrivelsen «basill» (en hvilken som helst stavformet bakterie) og slektsnavnet Bacillus (én bestemt slekt, som skrives i kursiv og med stor forbokstav). Et flervalgsalternativ som blander disse to, er en klassisk presisjonsfelle.

To kokker som ligger parvis, ofte litt avflatet mot hverandre i berøringsflaten.

Dette mønsteret er verdt å pugge, fordi det finnes i begge gram-gruppene og derfor kan brukes til å teste om du leser to opplysninger samtidig:

- Streptococcus pneumoniae er en gram-positiv diplokokk,
- Neisseria meningitidis er en gram-negativ diplokokk.

«Diplokokk» alene er altså ikke nok til å identifisere noe. Fargen må med.

At en immuncelle sluker en hel partikkel — for eksempel en bakterie — ved å strekke ut membranen sin rundt den og lukke den inne i en blære inni cellen, der den brytes ned. Cellene som gjør dette, kalles fagocytter.

Det avgjørende for dette kapitlet er at fagocytten må få fysisk grep om overflaten før den kan sluke noe. Den kan ikke svelge det den ikke får tak i. Alt kapselen gjør, er å ta bort grepet.

At en partikkel blir merket med molekyler som fagocyttene har reseptorer for — altså at overflaten får «håndtak» fagocytten kan gripe i. Ordet kommer fra gresk og betyr omtrent «å gjøre klar til å spises».

De to viktigste merkemolekylene er antistoffer og bestemte spaltestykker fra komplementsystemet, en gruppe blodproteiner som avsettes på mikrobeoverflater. Uten opsonisering blir fagocytosen treg og lite effektiv; med opsonisering går den raskt.

En struktur eller et molekyl som gjør en bakterie bedre i stand til å etablere seg og gjøre skade i verten. Virulensfaktorer deles gjerne i fire funksjonsgrupper:

1. Feste — festeorganeller som gjør at bakterien ikke skylles bort.
2. Unnvikelse — strukturer som gjør bakterien vanskelig å angripe. Kapselen hører hjemme her.
3. Toksiner — molekyler som skader vertens celler direkte eller forstyrrer dem.
4. Enzymer — molekyler som bryter ned vevets barrierer eller inaktiverer angrep utenfra.

Å plassere en faktor i riktig gruppe er selve spørsmålet i de fleste flervalgsoppgavene. Et enzym som bryter ned et antibiotikum, hører hjemme i gruppe 4 — det gjør ingenting med immunforsvaret.

Et polysakkaridlag utenpå celleveggen, glatt og svært vannrikt. Kapselen er den viktigste antifagocytære virulensfaktoren: den hindrer bakterien i å bli spist.

Mekanismen er fysisk, ikke kjemisk. Kapselen dekker over molekylene som ellers ville ligget avsatt på bakterieoverflaten, slik at fagocytten ikke finner noe å gripe i. Overflaten blir glatt, og cellen glir unna.

Kapselen er S. pneumoniae' fremste beskyttelse. Antistoffer som binder seg til selve kapselen, opphever beskyttelsen: da ligger det igjen håndtak på utsiden, og fagocytosen kommer i gang.

I preparatet viser kapselen seg som en ufarget sone rundt cellen — den tar verken hovedfargen eller motfargen.

Et protein som bakterien skiller ut. Eksotoksiner virker i svært små mengder, har en presis og ofte enzymatisk angrepsmekanisme, og hver av dem rammer én bestemt prosess i vertscellen.

Eksotoksiner finnes hos både gram-positive og gram-negative bakterier, og de er ofte varmefølsomme. Fordi de er proteiner, kan immunforsvaret lage antistoffer som binder seg til dem og nøytraliserer dem.

Kontrasten til endotoksin (LPS): endotoksin skilles ikke ut — det er en del av bakterien, frigjøres når cellen går i stykker, finnes bare hos gram-negative, og gir en bred, uspesifikk betennelsesreaksjon i stedet for et presist angrep.

Et eksotoksin bygd av to funksjonelle deler:

- B-delen (binding): binder seg til en reseptor på vertscellens overflate og sørger for at toksinet kommer inn i cellen. B-delen er nøkkelen — den bestemmer hvilke celler toksinet i det hele tatt kan ramme.
- A-delen (aktiv): den enzymatisk aktive delen som gjør skaden når den er kommet inn.

Difteritoksinet er standardeksempelet: A-delen modifiserer en av faktorene proteinsyntesen er avhengig av, slik at cellen ikke lenger klarer å bygge protein.

Fellen i flervalg er å bytte om bokstavene. Huskeregelen ligger i navnene: B for binding, A for aktiv.

Et eksotoksin som aktiverer et stort antall T-lymfocytter samtidig, uten hensyn til hva de er spesifikke for.

Normalt møtes en T-lymfocytt og en antigenpresenterende celle på ett bestemt sted: den presenterende cellen holder fram en liten bit av et fremmed protein i et bindingsspor på et molekyl som heter MHC klasse II, og T-cellens reseptor kjenner igjen nettopp den biten. Bare de få T-cellene som passer, blir aktivert.

Et superantigen omgår hele denne kontrollen ved å klemme de to cellene sammen utenfor bindingssporet. Da kreves ingen match, og en stor andel av T-cellene aktiveres på én gang. Følgen er en massiv og ukontrollert frigjøring av signalstoffer.

Poenget for eksamen: superantigenet er farlig fordi for mange celler svarer, ikke fordi det er giftig i seg selv.

En bakterieslekt som mangler hele celleveggen. Cellen har bare cellemembran, og formen er derfor myk og variabel.

To følger, og begge er eksamensstoff:

1. Antibiotika som virker ved å hemme byggingen av celleveggen, har ingen struktur å angripe. Penicillin og de andre midlene i den familien er avhengige av at det finnes et peptidoglykannettverk under bygging. Finnes det ikke, uteblir effekten. Dette er en iboende egenskap ved slekten — den skyldes ikke at bakterien har tilegnet seg en motstandsmekanisme.
2. **Mycoplasma lar seg ikke klassifisere med Gram-farging.** Testen måler tykkelsen på peptidoglykanlaget, og her finnes ikke noe lag å måle. Slekten er verken gram-positiv eller gram-negativ.

Merk hvor lett dette blir en felle: alternativer som sier «tynn cellevegg» eller «gram-negativ» er nære nok til å se rimelige ut, men begge er galt i sak.

Gram-positiv diplokokk med polysakkaridkapsel. Står blåfiolett i preparatet, ligger parvis, og har en ufarget sone rundt cellen der kapselen sitter.

Den viktigste virulensfaktoren er kapselen, og den virker antifagocytært. Dette er det enkeltfaktumet som går igjen sikrest i mikrobiologidelen av blokk 3.

Gram-positiv kokk som ligger i uregelmessige, klaselignende klynger. Klyngemønsteret skyldes at cellen deler seg i vekslende plan i stedet for i ett fast plan.

Slekten er kjent for et bredt utvalg virulensfaktorer, blant dem eksotoksiner av superantigentypen.

Gram-negativ diplokokk med kapsel. Står rød i preparatet og beskrives ofte som «kaffebønneformet», fordi de to cellene i paret er flate mot hverandre.

Kombinasjonen «diplokokk og rød» er identifikasjonen — «diplokokk» alene skiller den ikke fra pneumokokken.

Den ekstra membranen gram-negative bakterier har utenfor peptidoglykanlaget. Den finnes ikke hos gram-positive.

Den ytre membranen har to konsekvenser: den bærer LPS på utsiden, og den fungerer som en barriere som stoffer utenfra må komme gjennom før de når inn til cellen.

Rommet mellom den ytre membranen og cellemembranen hos gram-negative bakterier. Her ligger det tynne peptidoglykanlaget, og her samler bakterien blant annet enzymer som virker på stoffer på vei inn i cellen.

Gram-positive bakterier har ikke noe tilsvarende rom, siden de bare har én membran.

En av kroppens mønstergjenkjennende reseptorer — proteiner som sitter på immuncellene og reagerer på molekyltyper som bare finnes hos mikrober, ikke hos oss.

TLR4 er den som kjenner igjen LPS. Koblingen LPS → TLR4 → kraftig, bred betennelsesreaksjon er verdt å kunne som én kjede.

Sammenligningen i tabellform:

Om en struktur eller et molekyl som motvirker at bakterien blir slukt av en fagocytt.

Kapselen er det klareste eksempelet. Ordet er verdt å merke seg fordi det plasserer virkningen presist: mot fagocytose, altså mot immunforsvarets celler — ikke mot antibiotika, ikke mot antistoffer generelt, og ikke mot betennelse.

Tre plasseringsmønstre hos kokker, og hva de forteller:

- Klynger oppstår når cellen deler seg i vekslende plan og cellene blir hengende sammen i alle retninger.
- Kjeder oppstår når delingen skjer i samme plan hver gang.
- Par (diplokokker) oppstår når cellene skilles etter én deling.

Mønsteret er en observasjon på linje med fargen, og oppgavene forventer at du bruker begge samtidig.

Infeksjon: bakterien etablerer seg og gir vevsskade eller sykdom.

Skillet er viktig fordi det forklarer hvorfor virulensfaktorer i det hele tatt betyr noe: de er det som avgjør om et møte ender i kolonisering eller i infeksjon. Mange av bakteriene i denne oversikten koloniserer friske mennesker uten å gjøre noe som helst.