NOTIUNI DE ECOLOGIE BACTERIANA

1.1      LOCUL SI ROLUL MICROBILOR IN NATURA

Spre deosebire de eucariote care se dezvolta doar in anumite biotopuri, bacteriile, microorganisme cu structura de tip procariot, se pot adapta la cele mai diverse conditii de viata. In pofida dimensiunilor lor foate mici, au functii similare cu orice organism viu cu organizare mai complexa (se nasc din parinti, se hranesc, cresc, excreta produse, raspund in mod specific la agenti externi, se reproduc si mor).

Pe parcursul evolutiei vietii pe Terra, s-au selectat specii de bacterii care pot trai in cele mai vitrege conditii (temperaturile mari si lipsa de umiditate din deserturi, frigul si solul arid din zonele polare, presiunea ridicata si salinitatea din apa oceanelor, aciditatea sucurilor digestive, medii fara oxigen, etc.)

Capacitatea de adaptare a acestora, mai mare decat la orice alt tip de organisme explica numarul imens, varietatea speciilor si larga lor raspandire. Bacteriile se gasesc in sol, apa, aer, plante, pe suprafata si in cavitatile naturale deschise din corpul omului si animalelor. Din aceste zone pot ajunge pe orice obiect sau element al mediului extern.

De aceea, ubicvitatea bacteriilor (raspandirea lor universala) este un concept de baza al microbiologiei, important in practica diagnosticului bacteriologic.

Rolul bacteriilor in natura este fundamental. Ele descompun materia organica moarta (cadavrele de vegetale si animale, dejecte, excretii) pana la elemente simple. Daca elementele fixate nu ar fi eliberate prin actiunea microorganismelor, acestea ar fi epuizate si viata ar disparea de pe Terra. Bacteriile participa activ la ciclul carbonului descompunand majoritatea compusilor acestuia sau chiar fixandu-l, prin procese de sinteza

In ciclul natural al azotului, bacteriile au un rol esential prin participarea la reactii de amonificare (descompunerea proteinelor din cadavre in aminoacizi care, prin dezaminare, elibereaza NH3), nitrificare (NH3 nitrati), reducere a nitratilor (nitrati NH3), asimilarea azotului (transformarea NH3 sau nitratilor in aminoacizi si proteine), denitrificare (in conditii de anaerobioza, unele bacterii pot folosi oxigenul din NO3 eliberand azotul) sau fixarea azotului gazos din aer in aminoacizi si proteine pentru a putea fi utilizat de plante si animale.

Existenta bacteriilor este cruciala pentru sanatatea mediului inconjurator. Acestea nu traiesc izolate, ca indivizi, ci in populatii aflate in relatie permanenta cu mediul.

Omul, ca si alte forme de viata cu organizare mai complexa, traieste intr-o lume dominata de bacterii. Abundenta si facilitatea lor de a se dezvolta in orice mediu care asigura conditii minime de adapost, hrana si protectie influenteaza nemijlocit diverse domenii ale vietii umane. In prezent, bacteriile sunt utilizate pentru obtine-rea unor produse necesare omului in industria alimentara (paine, branzeturi, bauturi, muraturi), farmaceutica (antibiotice, hormoni, mediatori, factori de coagulare, vitamine, etc.), chimica (acid lactic, acid acetic, etanol, acetona), textila (prelucrarea inului, canepei, iutei), de pielarie (tabacarie), etc. sau pentru cresterea productivi-tatii si imbunatatirea calitativa a plantelor, in agricultura.

Majoritatea speciilor bacteriene au actiuni benefice, chiar vitale pentru om exercitandu-si functiile la nivelul suprafetelor si zonelor normal contaminate ale organismului uman. Doar o mica parte au efecte nocive determinand, dupa patrunderea in tesuturi sau umori, stari morbide de tip infectios.

In natura, se estimeaza ca raportul intre bacteriile utile si cele daunatoare este de aproximativ 1000 1.

Bacteriile au un loc privilegiat in cadrul microorganismelor cunoscandandu-se, pana in prezent, multiple aspecte referitoare la acestea. Aceasta se datoreaza faptului ca au fost implicate in etiologia marilor flageluri (ciuma, holera, variola, difteria, etc.) care au decimat, de-a lungul secolelor, populatia globului, sunt usor de studiat datorita posibilitatilor de a fi cultivate in vitro, succesele terapeutice au fost importante dupa descoperirea antibioticelor si sunt utilizate din ce in ce mai mult in biotehnologie.

1.2      RELATII ECOLOGICE

In natura, organismele vii interactioneaza permanent pentru a-si asigura elementele necesare supravietuirii. Organismele de tip eucariot au aparut si s-au dezvoltat intr-o lume populata deja de procariote (bacterii).

Prin urmare, se produc interactii complexe intre bacterii si organismele superioare sau alte tipuri de microorganisme, ca si intre acestea si mediul lor natural, numite generic relatii ecologice. Studiul acestora face obiectul ecologiei.

Definirea acestor relatii ridica probleme in fata specialistilor deoarece cultivarea in vitro nu permite reproducerea cu exactitate a conditiilor naturale.

Sunt numite saprofite (limba greaca: sapros = putred, phyton = planta speciile de microorganisme care se dezvolta pe corpurile vegetale sau animale moarte hranindu-se cu materie organica in descompunere. Acestea nu necesita gazde vii ci traiesc, in mod independent, in mediul extern.

Termenul de "simbioza" (limba greaca: syn = impreuna, bios = viata) defineste interactiunea intima, de lunga durata, intre 2 organisme. Ca urmare a acestei asociatii, cel putin unul dintre parteneri are de castigat. In raport cu beneficiul (adapost, hrana, protectie, etc.) pe care il pot obtine ca urmare a asocierii, intre cele doua microorganisme, numite simbionti, se pot stabili urmatoarele tipuri de relatii:

Relatii de mutualism - in cadrul acestora, cooperarea celor 2 parteneri este reciproc avantajoasa; (ex.: bacteriile lactice elibereaza acizi, consumati de drojdii care refac astfel pH-ul necesar dezvoltarii lor).

Relatii de comensalism - consta in faptul ca un simbiont are un beneficiu din asociere fara a-i provoca daune celuilalt (ex.: Staphylococcus aureus elibereaza in mediu factorul V = N.A.D. necesar cresterii speciei H. influenzae).

Relatii de parazitism - unul din simbionti traieste si se hraneste pe seama celuilalt aducandu-i daune (ex.: bac-teriofagii, virusuri care paraziteaza bacteriile).

Parazitismul poate fi permanent sau temporar iar microor-ganismele parazite pot fi monoxene (isi desfasoara ciclul evolutiv intr-o singura gazda) sau heteroxene (necesita trecerea succesiva prin mai multe gazde).

Aceste tipuri de relatii se pot stabili nu numai intre diverse microorganisme ci si intre acestea si un organism superior cu functie de gazda (mutualism - ex.: E. coli din intestin traieste pe seama gazdei, dar produce vitamine, mai ales din grupul B; comensalism - ex.: flora microbiana a tegumentului; parazitism - ex.: germenii patogeni).

In mod succint, in tabelul 3 este prezentat efectul asocierii pentru fiecare dintre simbionti si pentru fiecare relatie in parte care poate fi benefic ( ), nociv ( ) sau inexistent (0).

Tabelul 3.

Relatiile intre microorganisme si mediul de viata au evoluat pe parcursul dezvoltarii filogenetice. Datorita dispersiei pe glob si schimbarilor climaterice, acestea nu au mai avut acces la anumiti nutrienti suferind permanente adaptari. Necesitatea obtinerii unor nutrienti pe care nu-i puteau sintetiza, a creat grade diferite de dependenta fata de anumite gazde. Prin urmare, in mod treptat, unele specii microbiene au trecut de la saprofitism la comensalism sau chiar parazitism.

In functie de influenta asocierii asupra actiunilor microorga-nismelor, se disting:

Relatii sinergice - constau in faptul ca, datorita asocierii, partenerii realizeaza actiuni pe care nu le puteau efectua singuri sau efectul acestora este accentuat (ex.: culturi mixte de bacterii si fungi ce necesita prezenta in mediu a tiaminei, fiecare partener sintetizand doar un component al acesteia, respectiv nucleul tiazolic sau pirimidinic).

Relatii antagonice - se realizeaza cand unul din parteneri impiedica dezvoltarea celuilalt prin competitia pentru un nutrient (ex.: culturi mixte de stafilococi si gonococi), eli-berarea unui metabolit nociv cu actiune nespecifica (ex.: bacteriile lactice produc acizi si alcooli care inhiba majori-tatea germenilor patogeni) sau specifica (ex.: bacteriocinele excretate de unele specii inhiba dezvoltarea altora).

1.3      MICROBIOTE

Datorita raspandirii universale a microorganismelor, in toate elementele mediului extern (sol, aer, apa, obiecte, vietuitoare, etc), tegumentul si cavitatile naturale deschise ale organismului uman sunt populate, in mod constant, de o flora microbiana diversa.

Intrauterin, embrionul se dezvolta in conditii de sterilitate. La nastere, prin contact cu peretii vaginului si tegumentul matern, incepe contaminarea organismului nou-nascut care continua pe tot parcursul vietii. In acest mod, pe suprafetele si pe mucoasele expuse ale organismului, ajung numeroase specii dar o mica parte din acestea, adaptate filogenetic, se pot dezvolta in conditiile locale participand la constituirea microbiotelor specifice.

Intr-o prima faza, se realizeaza contaminarea care consta in simpla prezenta a microorganismelor pe suprafetele organismului gazda, urmata, in anumite conditii de mediu si in cazul unor specii adaptate, de colonizare, procesul de multiplicare a acestora fara a determina insa nici un fel de reactii.

Colonizarea este conditionata de existenta unor conditii favorabile de mediu (nutrienti, pH), eficienta apararii antiinfec-tioase locale (clearance-ul muco-ciliar, fluxul unidirectional al lichidelor, turn-overul celulelor epiteliale, imunoglobuline A), prezenta unor factori nocivi (antibiotice, antagonism microbian).

Denumirile generice de "microbiota indigena" sau "flora normala" se refera la microorganismele prezente in mod obisnuit in organismul indivizilor sanatosi. La om aceasta este variata si extrem de abundenta. Numarul de germeni a fost estimat ca fiind de 10¹⁴, de 10 ori mai mare decat cel al celulelor organismului uman (10¹³

Microorganismele care colonizeaza suprafetele sau cavitatile organismului uman pot fi bine adaptate, persistente perioade lungi de timp, formand flora rezidenta (autohtona) sau tranzitorii, facand parte din flora flotanta (allohtona).

Flora rezidenta a tegumentului este localizata la nivelul unor structuri mai profunde (foliculi pilosi, canalele glandelor sebacee sau sudoripare) neputand fi inlaturata, in totalitate, prin spalare cu apa si sapun, periaj sau antisepticele uzuale ceea ce explica necesitatea utilizarii manusilor sterile in chirurgie sau pentru alte manevre medicale. In general, este nepatogena fiind eliminata cu usurinta de factorii apararii antiinfectioase specifice si nespecifice in cazul patrunderii accidentale in tesuturi. Poate determina boli doar daca exista conditii favorizante (ex.: endocardita subacuta sau lenta prin cantonarea germenilor in depozitele de fibrina de la nivelul leziunilor endocardice).

Flora microbiana flotanta persista perioade mai scurte de timp (zile, saptamani sau luni). Aceasta se situeaza superficial si poate fi eliminata cu usurinta prin procedeele uzuale de curatare sau antiseptizare a tegumentului. Poate fi implicata etiologic in infectii doar daca exista solutii de continuitate (plagi, arsuri, etc.) sau daca se inmulteste excesiv in situatii particulare (lipsa de igiena locala, exces de sebum, etc.).

Relatiile care se stabilesc intre microbii din flora normala si organismul-gazda sunt de mutualism sau comensalism.

Din punct de vedere al prezentei sau absentei florei normale, zonele organismului se pot clasifica in:

Zone sigur sterile cavitatile seroase (pleurala, articulara, peritoneala, pericardica), tesuturile, mediul intern.

Zone normal sterile - urechea medie si interna, sinusurile fetei, caile respiratorii inferioare (trahee, bronhii), caile biliare, caile urinare pana la nivelul uretrei distale si organele genitale interne.

Zone contaminate - stomacul, duodenul, jejunul si partea distala a ileonului.

Zone colonizate - tegumentul, urechea externa, mucoasa conjunctivala, caile respiratorii si digestive superioare, ileonul terminal, colonul, uretra distala si vaginul

In functie de existenta si abundenta florei normale (flora de asociatie), produsele patologice recoltate in scopul izolarii si identificarii unui germen patogen, pot fi clasificate in:

Produse normal sterile - fragmentele de tesuturi recoltate bioptic sau chirurgical, lichidele prelevate prin punctii aspiratorii (lichid cefalorahidian, pericardic, peritoneal, pleural, articular, sange, urina din vezica urinara), bila.

Produse posibil contaminate - lichidul gastric si duodenal.

Produse moderat contaminate - exudatele nazale, linguale si faringiene, sputa, secretiile conjunctivale, otice, vaginale, uretrale, din leziuni cutanate.

Produse intens contaminate - materiile fecale si voma.

In continuare, sunt prezentate microbiotele (flora in relatie cu mediul de viata) prezente in organismul uman.

Cunoasterea acestora este esentiala pentru a putea discerne intre prezenta normala a unui germen intr-un anumit prelevat si implicarea sa patogenica.

Cavitatea nazala este greu de colonizat. La nivelul acesteia au putut fi evidentiate putine specii microbiene, asa cum rezulta din tabelul 4.

De mentionat este insa portajul de Staphylococcus aureus, prezent la aproximativ 20 % din indivizii sanatosi.

Colonizarea este mai intensa spre nazofaringe.

Tabelul 4.

Cavitatea bucala si orofaringele reprezinta zone cu umiditate si temperatura favorabile dezvoltarii germenilor si sunt mereu strabatute de alimente (10⁶-10⁸ germeni).

Tabelul 5.

Tegumentul nu este un mediu de viata favorabil microorga-nismelor datorita umiditatii reduse, aciditatii (pH =3-5) si bogatiei in lipide, permitand supravietuirea putinor specii, adaptate filogenetic.

Numarul germenilor prezenti la acest nivel este de aprox. 10⁶, cantonati mai ales in anumite regiuni (scalpul, pavilionul urechii, axila, regiunea perianala).

Tabelul 6.

Datorita structurii sale, tegumentul intact este o bariera mecanica neputand fi strabatut de nici un microorganism viu. Zonele mai vulnerabile sunt foliculii pilosi si orificiile externe ale glandelor sebacee si sudoripare.

In cazul unor solutii de continuitate, chiar microscopice, pot apare infectii diverse cutanate, mai ales stafilococice (foliculite, furuncule, carbuncule, sicozis, acnee pustuloasa, piodermite, impetigo, intertrigo, flegmoane, abcese, infectiile arsurilor, plagilor sau escarelor, hidrosadenita, etc.

Desi multe specii microbiene se pot adapta la conditiile locale, flora normala a conjunctivelor este saraca pentru ca secretia lacrimala spala mecanic zona la intervale de cateva secunde eliminand particulele straine, inclusiv bacteriile iar lizozimul pe care il contine are efecte bactericide.

Flora normala a mucoaselor conjunctivale consta in:

Tabelul 7.

Colonul reprezinta cea mai importanta zona colonizata, in mod normal, a organismului. Acest fapt se datoreaza cantitatii mari de materie organica, rezultata din degradarea alimentelor ingerate, pe care o contine.

Numarul de microorganisme care compun flora normala a colonului este foarte mare, de ordinul 10¹¹-10¹² germeni g. de materii fecale. De asemenea, microbiota indigena a colonului se caracterizeaza printr-o mare diversitate (coci si bacili Gram pozitivi si negativi, spirochete, actinomicete, fungi, virusuri, etc.).

Predomina bacteriile anaerobene sporulate, asa cum rezulta din tabelul 8.

Tabelul 8.

La termen, vaginul fatului de sex feminin este steril, dar in scurt timp de la nastere este colonizat cu bacterii ca urmare a contactului cu tegumentul matern si al personalului de ingrijire sau cu diferite obiecte din ambient.

In primele saptamani, datorita existentei in sange a unor mici cantitati de estrogeni de provenienta materna, flora vaginala este similara celei de la adulte.

Apoi, pana la pubertate, in absenta estrogenilor responsabili de incarcarea cu glicogen a epiteliului vaginal, pH-ul este alcalin iar flora lipsita de lactobacili. In perioada fertila a femeii, flora alcalina are componenta ilustrata in tabelul 9.

Dupa menopauza, bacteriile acidofile dispar din nou, vaginul fiind colonizat doar cu flora banala provenind din zona perineala.

Tabelul 9.

Microbiota de la nivelul uretrei anterioare este alcatuita din specii microbiene care fac parte din flora normala a colonului si tegumentului din zona perineala.

Tabelul 10.

Functiile principale ale microbiotei indigene (flora normala) a organismului constau in:

participarea la digestie - flora microbiana intestinala isi exercita actiunea pe glucidele si fibrele provenind din alimente degradandu-le pana la compusi simpli (mono- si oligozaharide in portiunea terminala a ileonului si polizaharide in colon);

protectia fata de germeni patogeni - se realizeaza prin antagonism microbian care implica competitia pentru nutrienti sau pentru un spatiu vital si elaborarea unor substante nocive (metaboliti toxici sau bacteriocine);

furnizarea de vitamine - bacteriile din flora intestinala sintetizeaza cantitati crescute de vitamine din grupul B, precum si vitaminele E si K (ex.: Escherichia coli);

stimularea sistemului imun - antigenele bacteriilor din microbiota indigena induc producerea de anticorpi care reactioneaza incrucisat cu germenii patogeni impiedicand colonizarea si invazia acestora in organism.

Cercetarile efectuate in scopul clarificarii faptului ca anumite bacterii colonizeaza strict aceste situsuri anatomice, au condus la formularea urmatoarelor ipoteze:

au tropism tisular, datorat existentei in aceste zone a unor factori de crestere necesari acestor bacterii;

au structuri de suprafata cu care se ataseaza de receptori membranari ai celulelor gazda;

au capacitatea de a constitui un biofilm (microcolonii) pe suprafetele gazdei sau de a coloniza unul construit de alta specie microbiana.

Eubioza reprezinta starea de echilibru intre microorga-nisme si organismul gazda.

In cadrul microbiotelor organismului uman se pot produce, in anumite situatii, variatii considerate normale (ex.: la trecerea sugarilor de la alimentatia cu lapte la cea diversificata, la lacto-vegetarieni sau alte persoane cu exces de lactate in dieta, la copiii introdusi in colectivitati, la edentati sau in cazul unor deficiente de igiena).

Disbioza (disbacterioza) consta in ruperea acestui echilibru, urmata de colonizari anormale, datorata modificarilor conditiilor locale sau generale ale gazdei sau unor factori de mediu extern.

Intrebuintarea prelungita a antibioticelor, in special a celor cu spectru larg, poate conduce la inhibarea florei normale si selectarea unor tulpini rezistente.

In cazul produselor cu flora normala, este dificil de interpretat semnificatia clinico-etiologica a unor germeni considerati conditionat patogeni (ex.: enterobacteriile in exudatele nazofaringiene). Unii microbiologi considera ca acestia trebuie luati in considerare daca produsul patologic are un caracter net inflamator (multe neutrofile) si specia respectiva este predominanta.