مواضيع المحاضرة:
background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

06

 

Lecture 1 – General Microbiology 

 

Microbiology in Medicine & Host – Parasite 
Relationship 

Microbiology: is the study of microorganisms, which are 
tiny organisms that live around us & inside our body. An 
infection is caused by the infiltration of a disease-causing 
microorganism known as a Pathogenic microorganism. 
Some pathogenic microorganisms infect humans, but not 
other animals & plants. Some pathogenic microorganisms 
that infect animals or plants also infect humans. Not all 
microorganisms are pathogens. In fact many 
microorganisms help to maintain homeostasis in our 
bodies and are used in the production of food in our 
intestines that assist in the digestion of food & play a 
critical role in the formation of vitamins such as vitamin 
B & vitamin K. They help by breaking down large 
molecules into smaller ones. 

 

The History of Infectious Diseases 

The Past 

Infectious diseases have been known for thousands of 
years, although accurate information on their etiology has 
only been available for about a century. In the medical 
teachings of Hippocrates, the cause of infections 
occurring frequently in a certain locality or during a 
certain period (epidemics) was sought in “changes” in the 
air according to the theory of miasmas. This concept, still 
reflected in terms such as “swamp fever” or “malaria,” 
was the predominant academic opinion until the end of 
the 19th century, despite the fact that the Dutch cloth 
merchant A. van Leeuwenhoek had seen and described 
bacteria as early as the 17th century, using a microscope 
he built himself with a single convex lens and a very short 
focal length. At the time, general acceptance of the notion 
of “spontaneous generation”—creation of life from dead 
organic material—stood in the way of implicating the 
bacteria found in the corpses of infection victims as the 
cause of the deadly diseases. It was not until Pasteur 
disproved the doctrine of spontaneous generation in the 
second half of the 19th century that a new way of thinking 
became possible. By the end of that century, 
microorganisms had been identified as the causal agents 
in many familiar diseases by applying the Henle-Koch 
postulates formulated by R. Koch in 1890. 

 

 

The Henle–Koch Postulates

 

 

The postulates can be freely formulated as follows: 
  The microorganism must be found under conditions 

corresponding to the pathological changes and clinical 
course of the disease in question. 

  It must be possible to cause an identical (human) or 

similar (animal) disease with pure cultures of the 
pathogen. 

  The pathogen must not occur within the framework of 

other diseases as an “accidental parasite.” 

 

These postulates are still used today to confirm the cause 
of an infectious disease. 

 

However, the fact that these conditions are not met does 
not necessarily exclude a contribution to disease etiology 
by a pathogen found in context. In particular, many 
infections caused by subcellular entities do not fulfill the 
postulates in their classic form. 

 

The Present 

The frequency and deadliness of infectious diseases 
throughout thousands of years of human history have kept 
them at the focus of medical science. The development of 
effective preventive and therapeutic measures in recent 
decades has diminished, and sometimes eliminated 
entirely, the grim epidemics of smallpox, plague, spotted 
fever, diphtheria, and other such contagions. Today we 
have specific drug treatments for many infectious 
diseases. As a result of these developments, the attention 
of medical researchers was diverted to other fields: it 
seemed we had tamed the infectious diseases. Recent 
years have proved this assumption false. Previously 
unknown pathogens causing new diseases are being found 
and familiar organisms have demonstrated an ability to 
evolve new forms and reassert themselves. The origins of 
this reversal are many and complex: human behavior has 
changed, particularly in terms of mobility and nutrition. 
Further contributory factors were the introduction of 
invasive and aggressive medical therapies, neglect of 
established methods of infection control and, of course, 
the ability of pathogens to make full use of their specific 
genetic variability to adapt to changing conditions.The 
upshot is that physicians in particular, as well as other 
medical professionals and staff, urgently require a basic 
knowledge of the pathogens involved and the genesis of 
infectious diseases if they are to respond effectively to 
this dynamism in the field of infectiology. The aim of this 
textbook is to impart these essentials to them. 

 
 


background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

06

 

Pathogens: Prokaryotic and Eukaryotic 
Microorganisms 

 

According to a proposal by Woese that has been gaining 
general acceptance inrecent years, the world of living 
things is classified in the three domains: bacteria, 
archaea, and eucarya. In this system, each domain is 
subdivided into

 kingdoms. Pathogenic microorganisms 

are found in the domains bacteria and eucarya. 

  Bacteria. This domain includes the kingdom of the 

heterotrophic eubacteria and includes all human pathogen 
bacteria. The other kingdoms, for instance that of the 
photosynthetic cyanobacteria, are not pathogenic. It is 
estimated that bacterial species on Earth number in the 
hundreds of thousands, of which only about 5500 have 
been discovered and described in detail. 

  Archaea. This domain includes forms that live under 

extreme environmental  conditions, including thermophilic, 
hyperthermophilic, halophilic,and methanogenic 
microorganisms. The earlier term for the archaea was 
archaebacteria (ancient bacteria) , and they are indeed a 
kind of living fossil. Thermophilic archaea thrive mainly in 
warm, moist biotopes such as the hot springs at the top of 
geothermal vents. The hyperthermophilic archaea, a more 
recent discovery, live near deep-sea volcanic plumes at 
temperatures exceeding 100 °C. 

  Eucarya. This domain includes all life forms with cells 

possessing a genuine nucleus.The plant and animal 
kingdoms (animales and plantales) are all eukaryotic life 
forms. Pathogenic eukaryotic microorganisms include 
fungal and protozoan species.

 

 

Classic bacteria.  

These organisms reproduce asexually by binary transverse 
fission. They do not possess the nucleus typical of 
eucarya. The cell walls of these organisms are rigid (with 
some exceptions, e.g., the mycoplasma). 

 

Chlamydiae. These organisms are obligate intracellular 
parasites that are able to reproduce in certain human cells 
only and are found in two stages: the infectious, 
nonreproductive particles called elementary bodies (0.3 
µm) and the noninfectious, intracytoplasmic, reproductive 
forms known as initial (or reticulate) bodies (1 µm). 

 

Rickettsiae. These organisms are obligate intracellular 
parasites, rod-shaped to coccoid, that reproduce by binary 
transverse fission. The diameter of the individual cell is 
from 0.3–1 µm. 

  Mycoplasmas. Mycoplasmas are bacteria without rigid 

cellwalls. They are found in a wide variety of forms, the 
most common being the coccoid cell (0.3–0.8 

µ

m). 

Threadlike forms also occur in various lengths. 

 

Fungi and Protozoa 

 

Fungi. Fungi (Mycophyta) are nonmotile eukaryotes with 
rigid cell walls and a classic cell nucleus. They contain no 
photosynthetic pigments and are carbon heterotrophic, 
that is, they utilize various organic nutrient substrates (in 
contrast to carbon autotrophic plants). Of more than 50 
000 fungal species, only about 300 are known to be 
human pathogens. Most fungal infections occur as a result 
of weakened host immune defenses. 

 

Protozoa. Protozoa are microorganisms in various sizes 
and forms that may be free-living or parasitic. They 
possess a nucleus containing chromosomes and organelles 
such as mitochondria (lacking in some cases), an en-
doplasmic reticulum, pseudopods, flagella, cilia, 
kinetoplasts, etc. Many parasitic protozoa are transmitted 
by arthropods, whereby multiplication and transformation 
into the infectious stage take place in the vector.

 

 

Animals 

Helminths. Parasitic worms belong to the animal 
kingdom. These are metazoan organisms with highly 
differentiated structures. Medically significant groups 
include the trematodes (flukes or flatworms), cestodes 
(tapeworms), and nematodes (roundworms).

 

 

Subcellular Infectious Entities 

 

Prions (proteinaceous infectious particles). The evidence 
indicates that prions are protein molecules that cause 
degenerative central nervous system (CNS) diseases such 
as Creutzfeldt-Jakob disease, kuru, scrapie in sheep, and 
bovine spongiform encephalopathy (BSE) (general term: 
transmissible spongiform encephalopathies [TSE]). 

 

Viruses. Ultramicroscopic, obligate intracellular parasites 
that: 
  contain only one type of nucleic acid, either DNA or RNA 
  possess no enzymatic energy-producing system and no 

protein-synthesizing apparatus, and 

  Force infected host cells to synthesize virus particles. 

 

Arthropods. These animals are characterized by an external 
chitin skeleton, segmented bodies, jointed legs, special 
mouthparts, and other specific features. Their role as direct 
causative agents of diseases is a minor one (mites, for 
instance, cause scabies) as compared to their role as vectors 
transmitting viruses, bacteria, protozoa , & helminths. 

 

 

 


background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

06

 

Basic Terminology of Infectiology 

The terms pathogenicity and virulence are not clearly 
defined in their relevance to microorganisms. They are 
sometimes even used synonymously. It has been proposed 
that pathogenicity be used to characterize a particular 
species and that virulence be used to describe the sum of 
the disease-causing properties of a population (strain) of a 
pathogenic species. 
Pathogenicity and virulence in the microorganism 
correspond to susceptibility in a host species and 
disposition in a specific host organism, whereby an 
individual may be anywhere from highly disposed to 
resistant. 

 

Host–Pathogen Interactions 

 

The factors determining the genesis, clinical picture and 
outcome of an infection include complex relationships 
between the host and invading organisms that differ 
widely depending on the pathogen involved. Despite this 
variability, a number of general principles apply to the 
interactions between the invading pathogen with its 
aggression factors and the host with its defenses. Since 
the pathogenesis of bacterial infectious diseases has been 
researched very thoroughly, the following summary is 
based on the host–invader interactions seen in this type of 
infection. The determinants of bacterial pathogenicity 
and virulence can be outlined as follows:
 

 

Adhesion to host cells (adhesins). 

 

Breaching of host anatomical barriers (invasins) and 
colonization of tissues (aggressins). 

 

Strategies to overcome nonspecific defenses, especially 
antiphagocytic mechanisms (impedins). 

 

Strategies to overcome specific immunity, the most 
important of which is production of IgA proteases 
(impedins), molecular mimicry, and immunogen 
variability.Damage to host tissues due to direct bacterial 
cytotoxicity, exotoxins, and exoenzymes (aggressins). 

 

Damage due to inflammatory reactions in the 
macroorganism: activation of complement and 
phagocytosis; induction of cytokine production 
(modulins). 

 

 

The above bacterial pathogenicity factors are 
confronted by the following host defense mechanisms: 

  Nonspecific defenses including mechanical, humoral, and 

cellular systems. Phagocy- tosis is the most important 
process in this context. 

  Specific immune responses based on antibodies and 

specific reactions of T lymphocytes. 

The response of these defenses to infection thus involves 
the correlation of a number of different mechanisms. 
Defective defenses make it easier for an infection to take 
hold. Primary, innate defects are rare, whereas acquired, 
secondary immune defects occur frequently, paving the 
way for infections by microorganisms known as 
“facultative pathogens” (opportunists). 
  

Determinants of Bacterial Pathogenicity and Virulence 

Relatively little is known about the factors determining 
the pathogenicity and virulence of microorganisms, and 
most of what we do know concerns the disease -causing 
mechanisms of bacteria. 
There are five groups of potential bacterial contributors to 
the pathogenesis of infectious diseases: 

1)  Adhesins. They facilitate adhesion to specific target cells. 
2)  Invasins. They are responsible for active invasion of the 

cells of the acroorganism. 

3)  Impedins. These components disable host immune 

defenses in some cases. 

4)  Aggressins. These substances include toxins and tissue-

damaging enzymes. 

5)  Modulins. Substances that induce excess cytokine 

production (i.e., lipopolysaccharides of Gram-negative 
bacteria, superantigens, murein fragments). 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 227 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