Mikrobiologi: vækst, virus og metoder

Skeln først mellem det, du måler, og den mekanisme, du undersøger. Vælg derefter en metode, og kontrollér dens betingelser og begrænsninger.

Mikrobiologi: vækst, virus og metoder

Har du celletal, en viruscyklus eller en forsøgsobservation, der skal forklares? Skeln først mellem det, du måler, og den mekanisme, du vil undersøge. Brug derefter betingelser og kontroller til at vise, hvad du kan konkludere.

Her arbejder du med mikroorganismers opbygning og vækst, virus, resistens og mikrobiologiske metoder. Vækst indgår i Biologi C, B og A stx og Bioteknologi A stx; de mere detaljerede virus- og infektionsafsnit har forskelligt omfang på niveauerne. Din opgave og klassens undervisningsbeskrivelse afgør, hvad du skal bruge.

Vælg et første greb

Du vil undersøge	Greb	Kontrol
Hvad organismen eller partiklen er	Skeln celle, genom og struktur.	En form eller størrelse er ikke alene en art.
Hvordan genetisk variation kan opstå	Skeln deling, mutation og genoverførsel.	Selektion skaber ikke målrettet variation.
Hvordan en kultur vokser	Angiv metode, tid og modelinterval.	OD, CFU og totalcelletal måler forskellige ting.
Hvordan smitte spredes	Læs befolkning, nye tilfælde og reproduktionstal.	En epidemi er ikke en bakteries vækstkurve.

Typer af mikroorganismer

Mikroorganismer omfatter især mikroskopiske bakterier, arkæer, svampe og protister. Mange er encellede, men mikroskopiske flercellede former findes også. Prokaryot eller eukaryot beskriver cellens opbygning.

Virusser er ikke mikroorganismer, men man arbejder alligevel typisk med virusser inden for mikrobiologi.

Encellede mikroorganismer og kolonier

En koloni er en gruppe celler, der er vokset frem fra én eller få kolonidannende enheder. Den kan ofte være klonal, men mutationer og celleklumper gør genetisk enshed til en antagelse, som ikke alene følger af koloniens udseende.

Hvilke organismer du skal undersøge, afhænger af opgaven og klassens undervisningsbeskrivelse. Her bruges bakterier og gær som gennemgående eksempler; mikrobiologi omfatter mere end de to grupper.

Prokaryote og eukaryote mikroorganismer

Encellede mikroorganismer er enten prokaryote eller eukaryote. Herunder kan du klikke dig videre til afsnittene om de forskellige slags prokaryote og eukaryote mikroorganismer, du skal kende.

Prokaryote mikroorganismer

Prokaryote celler er celler uden cellekerne. Her skelner man mellem to overordnede celletyper: bakterier og arkæer (eller arkebakterier). Du kommer sandsynligvis udelukkende til at arbejde dybdegående med bakterier. Arkæer har en lidt anderledes opbygning end bakterier, f.eks. har arkæers cellevæg en anden struktur. Arkæer er desuden særligt kendt for at kunne leve ved ekstreme forhold som f.eks. i varme kilder, men findes ligesom bakterier i alle slags miljøer.

Læs om bakterier

Eukaryote mikroorganismer

Eukaryote celler har en membranafgrænset cellekerne. Gær er encellede svampe; mange alger og protozoer er andre eukaryote mikroorganismer. Protozoer er en traditionel betegnelse for forskellige encellede protister, ikke en gruppe egentlige dyr.

Læs om gærceller

Virusser er ikke celler

Viruspartikler indeholder et genom af DNA eller RNA omgivet af et proteinkapsid, eventuelt med en ydre lipidkappe. De er ikke celler. Virologi undersøger virus og indgår ofte i mikrobiologi.

Læs om virusser

Celle eller partikel?

Prøv selv: En prøve indeholder gærceller, bakterier og viruspartikler. Hvilke har egne ribosomer, og hvad skal et virus bruge for at danne protein?

Se forklaring og kontrol

Gær og bakterier har ribosomer og eget cellestofskifte. Viruspartiklen har ikke egne ribosomer og bruger en egnet værtscelles ribosomer til translation. En lille størrelse afgør ikke alene, om noget er en celle.

Bakteriers opbygning

Hvad er bakterier?

Bakterier er prokaryote celler , i modsætning til f.eks. dyre- og planteceller, der er eukaryote celler. Prokaryoter adskiller sig fra eukaryoter ved:

Prokaryoter har ingen cellekerne.
Bakterier har DNA i et nukleoid uden en membranafgrænset cellekerne. Mange har ét ringformet kromosom, men der findes også bakterier med flere eller lineære kromosomer. En enkelt kromosomkopi er en almindelig skolemodel; antal DNA-kopier kan variere med art og væksttilstand.
Prokaryoter har ikke ret mange organeller. Prokaryoter har f.eks. ikke mitokondrier, endoplasmatisk retikulum og grønkorn.

Bakteriecellers opbygning

Bakterier kan være fx kugle-, stav- eller spiralformede. Cellemembranen afgrænser cytoplasma med DNA og ribosomer. En cellevæg, kapsel, flageller og pili kan forekomme, men sammensætningen varierer mellem bakterier.

Plasmider

Plasmider er DNA-enheder, der kan kopieres særskilt fra kromosomet. De er ofte små og ringformede og kan fx bære resistensgener. Nogle kan overføres mellem bakterier; ikke alle plasmider kan selv starte en konjugation.

Ribosomer

Ribosomer findes i prokaryote og eukaryote celler og medvirker til translation af mRNA til protein. Ribosomet læser mRNA-kodoner, mens tRNA leverer aminosyrer til den voksende kæde.

Flageller og pili

Flageller kan drive bakterier gennem væske. Fimbriae og pili kan bruges til at hæfte til overflader eller andre celler; særlige pili indgår i konjugation. Nogle typer pili kan også medvirke til bevægelse på en overflade. Funktionerne er ikke fælles for alle bakterier.

Cellemembran, cellevæg og kapsel

Alle bakterier har en cellemembran. De fleste har desuden en cellevæg med peptidoglykan, men fx mykoplasmer mangler denne cellevæg. Nogle har også en kapsel, som kan beskytte mod udtørring og påvirke kontakten med omgivelserne.

Bakterier har også tit en tyk kapsel som deres yderste lag. Bakterier bruger kapslen som beskyttelse mod udtørring, og kapslen gør det også vanskeligere for andre organismer at æde bakterien.

Eukaryote celledele er udviklet fra bakterier

Endosymbioseteorien forklarer mitokondriers og kloroplasters bakterielle oprindelse. Forfædre til eukaryote celler optog bakterier, som blev bevaret i et langvarigt samliv og efterhånden udviklede sig til organeller. Mitokondrier bidrager til aerob energiomsætning, og kloroplaster udfører fotosyntese. Eget DNA, bakterielignende ribosomer og andre ligheder understøtter teorien; ikke alle eukaryote organeller har denne oprindelse.

Et DNA-fund er ikke hele cellen

Prøv selv: Du finder et resistensgen på et plasmid. Kan du deraf konkludere, at bakterien har én ringformet kromosomkopi og kan overføre plasmidet ved konjugation?

Se forklaring og kontrol

Nej. Plasmidfundet angiver en bestemt DNA-enhed, men ikke kromosomernes antal eller form. Overførsel kræver passende genetiske og cellulære mekanismer; ikke alle plasmider er selvtransmissible.

Bakteriers binære fission

Binær fission er prokaryoters celledeling

Bakterier formerer sig typisk ved binær fission: DNA kopieres, cellen vokser, DNA fordeles, og cellen deles i to. Dattercellerne ligner normalt modercellen genetisk, men mutationer kan opstå under kopieringen. Binær fission er ikke mitose. Ved mitose hos eukaryoter fordeles kopierede kromosomer med en særlig delingsmekanisme; bakterier har ikke en cellekerne eller en mitotisk spindel. Plasmiders kopiering og fordeling kan have særskilte mekanismer.

Binær fission danner kloner

Binær fission giver normalt genetisk lignende datterceller, men mutationer kan skabe variation. Horisontal genoverførsel kan desuden tilføre DNA fra andre celler. Variation opstår ikke, fordi populationen har brug for den; miljøet kan efterfølgende favorisere nogle varianter ved selektion.

Tre delinger med en antagelse

Prøv selv: Du begynder med 5 bakterieceller og antager tre synkrone binære delinger uden celledød. Hvor mange er der bagefter? Hvad sker der med konklusionen, hvis nogle celler ikke deler sig?

Se forklaring og kontrol

5 · 2³ = 40 celler i den idealiserede model. Asynkron deling eller celledød kan give et andet antal. Regningen viser modellens konsekvens, ikke en måling af en virkelig kultur.

Horisontal genoverførsel

Horisontal genoverførsel sker uden formering

Horisontal genoverførsel er overførsel af DNA direkte fra én organisme til en anden. “Horisontal” betyder, at overførslen sker på tværs af organismer i samme generation. Horisontal genoverførsel adskiller sig dermed fra nedarvning af gener fra forældre til afkom.

Typer af horisontal genoverførsel

Du kan komme til at arbejde med tre typer horisontal genoverførsel i Biologi:

Transformation, som er optagelse af DNA i en celle.
Konjugation, som er overførsel af DNA mellem to celler.
Transduktion, som er overførsel af DNA mellem celler vha. virusser.

Bakterier formerer sig ofte ukønnet ved binær fission. Mutationer kan ændre DNA under kopieringen, og horisontal genoverførsel kan tilføre andre DNA-sekvenser. Genoverførsel er derfor en vigtig kilde til variation, men ikke den eneste. Den er ikke i sig selv formering.

Transformation: optagelse af DNA

Ved transformation optager en celle frit DNA fra omgivelserne. Det kan være kromosomfragmenter eller et plasmid. DNA skal bevares og eventuelt udtrykkes, før cellen får en varig ny egenskab. I genteknologi bruges ofte konstruerede plasmider; det er ét eksempel på mekanismen.

Bakterien kan danne protein ud fra plasmidets gener. Man kan derfor i nogle tilfælde overføre nye egenskaber til en bakterie, hvis man kan få den til at optage et plasmid med et bestemt gen. Teknikken udnyttes også i laboratoriet til gensplejsning.

Konjugation: overførsel af DNA mellem bakterier

Ved konjugation overføres DNA gennem en kontaktforbindelse mellem donor og modtager. Et almindeligt eksempel er et selvtransmissibelt F-plasmid, hvis gener bidrager til kontakten og overførselsapparatet. En DNA-streng overføres og kopieres i begge celler. Nogle plasmider kræver hjælp fra andre genetiske elementer, og ved Hfr-konjugation kan kromosomalt DNA overføres. Modtageren bliver derfor ikke altid selv en donor.

Transduktion: overførsel af DNA gennem virusser

Ved transduktion overfører en bakteriofag DNA mellem bakterier. Ved generaliseret transduktion kan bakterielt DNA ved en fejl pakkes i en fagpartikel. Ved specialiseret transduktion kan gener tæt ved et integreret faggenom følge med ved dets udskæring. Integration er derfor relevant for den specialiserede mekanisme, men ikke et krav for enhver transduktion.

Horisontal genoverførsel kan sprede resistens

Horisontal genoverførsel medfører, at nye gener kan spredes hurtigt i en bakteriepopulation. Det skyldes, at bakterierne ikke behøver at formere sig for at give de nye gener videre til andre bakterieceller. Generne overføres i stedet direkte til andre bakterieceller i miljøet.

Horisontal genoverførsel betyder f.eks., at resistens mod antibiotika eller andre stoffer hurtigt kan udbredes blandt bakterier.

Tre veje for bakterielt DNA

Mekanisme	DNA kommer fra	Nødvendig skelnen
Transformation	Frit DNA i omgivelserne.	Optagelse er ikke automatisk varigt udtryk.
Konjugation	En donor gennem en kontaktforbindelse.	F-plasmidet er et eksempel, ikke alle plasmiders egenskab.
Transduktion	En bakteriofag, der overfører bakterielt DNA.	Generaliseret og specialiseret transduktion har forskellige forløb.

Hvad blev overført?

Prøv selv: A optager et frit DNA-fragment. B modtager DNA gennem kontakt med en donor. C modtager bakterielt DNA i en fagpartikel. Navngiv mekanismerne, og forklar hvorfor ingen af dem alene er formering.

Se forklaring og kontrol

A: transformation. B: konjugation. C: transduktion. I alle tre flyttes genetisk materiale; antallet af bakterieceller behøver ikke stige. Binær fission er den separate delingsproces.

Gærceller: opbygning og stofskifte

Gær er encellede svampe

Gærceller er svampe, der vokser som encellede organismer. Gærceller er altså eukaryote organismer (Forklaring: Celletype, der bl.a. har en cellekerne.), ligesom alle andre svampe er.

Gærcellen har en cellekerne med DNA, ribosomer og membranorganeller som mitokondrier, endoplasmatisk retikulum og Golgiapparat. En cellemembran og en cellevæg afgrænser cellen.

Gærcellers cellevæg har en anden sammensætning end planters. Vakuolen opbevarer fx ioner og aminosyrer, medvirker til nedbrydning og regulering af cellens indre forhold. Den fungerer ikke som en beholder, der opsamler CO₂ fra respirationen. Gærceller har ikke kloroplaster.

Gær udfører respiration og gæring

Gær skaffer kulstof og energi fra organiske stoffer. Bagegær, Saccharomyces cerevisiae, kan bruge fx glukose og andre passende sukkerstoffer, men almindelig bagegær nedbryder ikke uden videre stivelse. Et monosakkarid som glukose er én sukkerenhed; stivelse er et polysakkarid med mange bundne glukoseenheder. Ved aerob respiration nedbrydes substratet med ilt som elektronacceptor. Ved alkoholgæring dannes ethanol og CO₂, mens glykolysen kan fortsætte og danne ATP. Iltmangel favoriserer gæring, men S. cerevisiae kan også gære ved høj sukkerkoncentration, selv om ilt er til stede; dette kaldes Crabtree-effekten.

Ved alkoholgæring gendannes NAD⁺, så glykolysen kan fortsætte og danne ATP. Gæringsprodukterne afhænger af organismen; hos bagegær er de ethanol og CO₂.

Gærceller bruges ofte i laboratoriet

Gær bruges som modelorganisme, fordi fx S. cerevisiae er velundersøgt, forholdsvis let at dyrke under godkendte betingelser og har mange eukaryote celleprocesser. Et fund i gær er dog ikke automatisk dokumentation for samme virkning i et menneske.

Gærceller er også relevante at arbejde med, fordi de i stor udstrækning bruges til produktion i industrien. Cellernes gæringsproces udnyttes til f.eks. fremstilling af øl og vin, men også til f.eks. bagning, da cellernes afgivning af CO₂ får gærdej til at hæve. Gærceller kan også genmodificeres til at producere forskellige stoffer i industrien, f.eks. insulin og andre typer medicin.

Gærceller vokser ved knopskydning

Gærceller formerer sig typisk ukønnet ved mitose (almindelig celledeling). Celledelingen sker ved knopskydning:

Hos S. cerevisiae kan diploide celler under bestemte næringsforhold gennemgå meiose og danne haploide sporer. De kan have forskellige genkombinationer og senere spire; passende haploide celler kan parre sig. Ikke alle gærceller danner automatisk sporer ved enhver miljøændring, og andre gærarter kan have andre livscyklusser. Sporer bruges her som del af en livscyklus, ikke som samme mekanisme som bakteriers endosporer.

Ilt og gæring

Prøv selv: Der måles ethanol i en iltet S. cerevisiae-kultur med meget sukker. Er fundet umuligt? Kan samme resultat overføres til alle gærarter?

Se forklaring og kontrol

Det er ikke umuligt: S. cerevisiae kan gære aerobt ved høj sukkerkoncentration, Crabtree-effekten. Resultatet kræver viden om art, sukker og betingelser og er ikke en universel regel for alle gærarter. Ilt i mediet beviser ikke alene, hvilken vej al glukosen tog.

Hvad er virus?

Virus er ikke celler. En viruspartikel har overordnet følgende bestanddele:

virussens arvemateriale, dvs. DNA eller RNA
Et proteinkapsid omkring genomet; nogle har også en lipidkappe.

Virus har altså ingen organeller og derfor ikke en selvstændig homeostase (Forklaring: Opretholdelse af et konstant indre miljø, f.eks. ved metabolisme, stoftransport til og fra omgivelserne osv.). Virus er derfor afhængige af en værtscelle til deres formering.

Er virus levende?

Virus defineres normalt ikke som levende organismer. Det skyldes, at virus ikke kan udføre de processer, som er nødvendige for deres egen eksistens og formering. Virus er i stedet afhængige af en værtsorganisme, når de skal danne stoffer og formere sig.

Et virusgenom kan kopieres og udvikle sig, men nye viruspartikler dannes ved samling af bestanddele inde i en egnet værtscelle. Det er ikke celledeling eller et universelt vækstforløb svarende til en bakteriekultur.

Virus anses derfor typisk som meget komplekse molekyler “på kanten af liv”, som har nogle træk tilfælles med levende organismer, men som ikke er levende.

Vækst uden celledeling

Prøv selv: Antallet af viruspartikler stiger i en egnet cellekultur. Kan du forklare det som viruscellers binære fission?

Se forklaring og kontrol

Nej. Virus er ikke celler og deler sig ikke ved binær fission. Værtsceller danner virale genomer og proteiner, som samles til nye partikler. Det kræver en egnet vært og den konkrete virustypes livscyklus.

Viruspartiklens opbygning

Virus kan se ud på mange forskellige måder. Alle virus består dog primært af en proteinkapsel med arvemateriale.

Virus’ bestanddele

Skeln mellem kapsidet, genomet og en eventuel ydre kappe. En bakteriofag kan have et hoved med genom og en hale til binding og DNA-overførsel; andre virus har fx en spiralformet eller polyedrisk kapsidstruktur.

Kapsid, kappe og glykoproteiner

Kapsidet er proteinkappen omkring virusgenomet. Genom og kapsid tilsammen kan kaldes et nukleokapsid. Nogle virus har yderst en lipidkappe med indlejrede proteiner; kappen er ikke en ekstra ren proteinkapsel.

Virale overfladeproteiner kan bidrage til binding til en egnet værtscelle. Nogle er glykoproteiner, dvs. proteiner med kulhydratdele. Overfladeproteiner kan fungere som antigener, som immunforsvaret genkender. Et ikke-kappebærende virus har ikke dermed en ydre membran.

Ved knopskydning får et virus en lipidkappe fra en værtscellemembran, hvor virale proteiner er blevet indsat. Membranens oprindelse kan variere mellem virus. Kappen og de virale proteiner medvirker til den færdige partikels egenskaber.

Arvemateriale

Virussens arvemateriale findes inde i kapsidet. Arvematerialet er enten DNA eller RNA, og både DNA’et og RNA’et kan optræde enkelt- eller dobbeltstrenget hos specifikke virustyper.

Enzymer

Et virus kan medbringe enzymer, som er nødvendige tidligt i infektionen. Negative enkeltstrengede RNA-virus medbringer fx en RNA-afhængig RNA-polymerase, og retrovirus medbringer revers transkriptase. Positive RNA-genomer kan ofte først oversættes af værtens ribosomer, så virale enzymer derefter dannes. Nødvendige enzymer afhænger af den konkrete livscyklus; alle virale proteiner oversættes af værtens ribosomer.

Kappen og kapsidet

Prøv selv: En viruspartikel har et RNA-genom, proteiner omkring genomet og en ydre lipidmembran. Hvilket lag er kapsid, og hvad er kappen?

Se forklaring og kontrol

Kapsidet er proteinerne omkring genomet. Den ydre lipidmembran med indlejrede proteiner er kappen. At genomet er RNA afgør ikke alene, hvilke enzymer partiklen skal medbringe.

Virus: livscyklus og variation

Virusinfektioner indebærer, at en virus optages af en værtscelle, som danner nye viruspartikler. Viruspartiklerne frigives til sidst fra værtscellen.

Virus formerer sig vha. værtscellens organeller

Virus formerer sig ved at udnytte værtscellens organeller til at danne nye virusproteiner. Virus’ formering kan foregå på ret mange forskellige måder. Livscyklussen foregår dog overordnet på denne måde:

Virus kobler sig fast til værtscellen vha. f.eks. glykoproteiner (Forklaring: Molekyler sammensat af kulhydrat og protein, som virussen har på sin overflade. Glykoproteiner har en meget specifik opbygning og kan derfor binde til nogle helt bestemte receptorer.), der passer sammen med receptorer på værtscellens overflade.
Virus optages i værtscellen eller frigiver sine gener og evt. virusenzymer ind i værtscellen. Optagelse kan ske ved:
1. Endocytose, hvor virussen omsluttes af en del af værtscellens membran ved optagelsen i værtscellen.
2. Fusion med værtscellens membran, hvis virussen selv har en membran omkring sig. Virussen efterlader så sine egne overfladeproteiner uden på værtscellen.
Værtscellen producerer bestanddele til nye viruspartikler ud fra de gener og enzymer, som virussen har bragt ind i cellen.
De nye viruspartikler samles og forlader værtscellen. Afgivelsen af virus kan ske ved:
1. Exocytose, hvor værtscellen placerer de nye virusser i vesikler, der tømmes ud af cellen.
2. Knopskydning, hvor viruspartiklerne omsluttes af en del af værtscellens membran.
3. At værtscellen sprænges og dør.

Formering hos forskellige virustyper

Herunder er tre forskellige eksempler på, hvordan virus’ livscyklus forløber. Livscyklusserne er bl.a. forskellige, fordi virusserne har forskellige typer af arvemasse. Virus’ formering kan dog foregå ret forskelligt for selv virus med samme type arvemasse, f.eks. fordi virus kan optages og afgives fra værtsceller på mange forskellige måder.

Virus med dobbeltstrenget DNA

Hos et dobbeltstrenget DNA-virus skal genomet kopieres ved DNA-replikation, virale gener transkriberes til mRNA, og mRNA translateres af værtens ribosomer. Hvilke polymeraser der bruges, og hvor processerne foregår, varierer mellem virus. Nogle virus kan integrere DNA i værtens genom, men integration er ikke et universelt trin for dobbeltstrenget DNA-virus.

Følg derfor tre forskellige processer: DNA → DNA er replikation, DNA → mRNA er transkription, og mRNA → protein er translation. Nye genomer og proteiner samles derefter til partikler.

Virus med enkeltstrenget antisense-RNA

Nogle virustyper indeholder antisense-RNA. Antisense-RNA er enkeltstrenget RNA, som er komplementært til det mRNA, der koder for virusprotein. Antisense-RNA’et kan derfor transkriberes til mRNA (kaldes også for sense-RNA), som derefter translateres til protein. Antisense-RNA’et repliceres (kopieres) også, så det kan inkorporeres i nye viruspartikler. Både sense- og antisense-RNA dannes vha. enzymet virus-RNA-polymerase, som viruspartiklen bringer med ind i værtscellen.

Ved en kappebærende virus kan virale proteiner sættes i en værtsmembran, før nye partikler knopskyder gennem den. Partiklerne får dermed både en lipidkappe og virale overfladeproteiner.

Retrovirus med enkeltstrenget RNA

Retrovirus har RNA som genom og medbringer revers transkriptase. Enzymet danner DNA ud fra RNA ved revers transkription, ikke ved translation. Et dobbeltstrenget DNA-mellemprodukt integreres i værtens genom ved hjælp af integrase. Derfra kan virale gener transkriberes til RNA, som dels fungerer som mRNA, dels pakkes som genom i nye partikler. Værtens ribosomer translaterer mRNA til protein.

Et integreret retroviralt DNA-genom kaldes et provirus. Nye genomer og proteiner kan samles og frigives ved knopskydning. Det er en bestemt livscyklus, ikke en beskrivelse af alle RNA-virus.

Virus har en høj mutationsrate

Mutationer i virale antigener kan mindske bindingen af nogle antistoffer og dermed bidrage til immunundvigelse. Det er ikke samme begreb som bakteriers antibiotikaresistens eller virusresistens mod et antiviralt lægemiddel. En ændring kan også være neutral eller skadelig for virus.

Mutationsrate beskriver nye sekvensændringer pr. kopiering eller pr. generation med en angivet definition. Mange infektionscyklusser kan give flere muligheder for mutationer over tid, men kort generationstid er ikke i sig selv forklaringen på kopieringsfejl pr. nukleotid. Genomtype, polymerase, fejlkorrektion og selektion har betydning. En mutation giver ikke altid en ændret fænotype. Eukaryote celler kan være haploide eller diploide; heller ikke alle virusgenomer beskrives tilstrækkeligt som én genkopi.

Mange RNA-virus kopieres af polymeraser med begrænset fejlkorrektion og har høj mutationsrate. Det gælder ikke ens for alle: coronavirus har fx et exonukleasesystem, der medvirker til korrekturlæsning. Retrovirus kopierer RNA til DNA, mens andre RNA-virus kopierer RNA til RNA; disse processer må ikke kaldes translation. Fejl i en RNA-transkription fra en celles DNA er heller ikke automatisk en varig ændring af cellens DNA.

Nye virusvarianter og aftagende immunitet kan påvirke beskyttelsen efter tidligere infektion eller vaccination. Nogle vacciner opdateres for at matche aktuelle varianter, men høj mutationsrate betyder ikke, at alle virus altid undgår immunforsvaret. Vurder genændring, antigenændring og observeret sygdom eller smitte hver for sig.

Genom, mellemprodukt og protein

Eksempel	Vej til mRNA	Kontrol
Dobbeltstrenget DNA-virus	DNA transkriberes til mRNA.	Genomkopiering er DNA-replikation; integration er ikke universel.
Negativt RNA-virus	Viral RNA-polymerase danner positivt RNA/mRNA.	Enzymet må være tilgængeligt, før nye proteiner dannes.
Retrovirus	RNA → DNA → integreret provirus → mRNA.	Revers transkription er ikke translation.

I alle tre eksempler danner værtens ribosomer protein ved translation af mRNA. Tabellen viser udvalgte genommekanismer, ikke alle virustyper.

Følg genomet

Prøv selv: Et virus har negativt enkeltstrenget RNA. Kan værtens ribosomer straks bruge genomet som mRNA? Sammenlign med et retrovirus.

Se forklaring og kontrol

Negativt RNA skal først kopieres til positivt RNA/mRNA med en viral RNA-polymerase. Retrovirus bruger revers transkriptase til et DNA-mellemprodukt, som kan integreres. Begge bruger værtens ribosomer til protein, men deres genomveje er forskellige.

Mikrobiel vækst og vækstfaktorer

I en lukket batchkultur uden løbende tilførsel af næring kan væksten ofte beskrives med lagfase, eksponentiel fase, stationær fase og dødsfase. Det er en model for bestemte dyrkningsbetingelser, ikke et universelt forløb for alle naturlige bestande eller infektioner.

Mikroorganismer har fire vækstfaser

En idealiseret batchkurve viser nettoudviklingen i fx antal dyrkbare celler over tid. Virkelige data påvirkes af variation, målemetode og miljø. Akserne og den målte størrelse skal derfor være angivet.

Batchmodellen bruges ofte til kulturer i laboratoriet. En naturlig bestand, en infektion i én vært og en epidemi blandt mennesker har andre påvirkninger og kan ikke uden videre beskrives med samme kurve.

Lagfasen (eller nølefasen)

I lagfasen tilpasser populationen sig det nye medie, fx gennem ændret genudtryk og enzymproduktion. Celler kan vokse og reparere skader. Nettostigningen i celletal er ofte lille, men deling kan forekomme hos enkelte celler. Lagfasens længde afhænger af startkultur og betingelser.

Vækstfasen

Mikroorganismen begynder at formere sig i vækstfasen.

I den eksponentielle fase kan en population tilnærmelsesvis beskrives ved N(t) = N₀e^kt med konstant k > 0. Ved binær fission bliver én bakteriecelle til to; hos fx knopskydende gær sker deling på en anden måde. Når delingsbetingelserne er stabile og tab af celler er lille, giver mange delinger en omtrent konstant relativ nettovækst.

Populationens fordoblingstid er det tidsrum, hvor N bliver dobbelt så stor. I den eksponentielle model er T₂ = ln(2)/k. Ved idealiseret binær deling uden nævneværdig celledød svarer den til generationstiden. En enkeltcelles delingstid og populationens nettofordobling er ikke altid identiske. Hurtigere deling afhænger af de konkrete vækstforhold, og modellen kan ikke fortsætte ubegrænset.

Stationærfasen

I stationærfasen er nettotilvæksten omtrent 0. Det målte antal kan være stabilt, selv om celler fortsat deler sig og andre dør. Den relative nettovækstrate k er da omtrent 0; vækstfaktoren a pr. tidsenhed er omtrent 1. De to betegnelser må ikke blandes sammen.

Mikroorganismernes aftagende vækst kan skyldes forskellige faktorer:

Næringsstofferne i vækstmediet er opbrugt.
Affaldsstoffer fra mikroorganismerne begrænser yderligere vækst (gærcellers gæring danner f.eks. alkohol, der er en cellegift).
Tætheden af mikroorganismerne er så stor, at de hæmmer hinandens vækst.

En eller flere begrænsninger bremser nettovæksten. I en infektion kan værtens immunforsvar og behandling også påvirke antallet, men det gør ikke infektionen til en almindelig lukket batchkultur.

Dødsfasen

Vækstraten i populationen bliver efterhånden negativ, fordi flere mikrooganismer dør, end nye kommer til. Antallet af mikroorganismer falder derfor. Denne sidste fase i mikroorganismernes vækst kaldes dødsfasen. Mikroorganismerne kan forsvinde helt fra vækstmediet ved slutningen af dødsfasen.

Nogle mikroorganismer kan overleve ugunstige forhold i hvilestadier. Visse bakterier danner endosporer, som især er overlevelsesstrukturer, ikke ekstra afkom. Nogle protister danner cyster, og svampesporer kan indgå i formering og spredning. Ikke alle mikroorganismer bruger samme mekanisme.

Vækst i naturen forløber ofte anderledes

I åbne systemer kan næring tilføres, og celler og affald fjernes. En kontinuerlig kultur kan have et stabilt celletal, samtidig med at cellerne vokser og skylles ud. Naturlige bestande kan svinge eller stabiliseres. Logistisk vækst er en særskilt model, hvor relativ vækst aftager med populationens størrelse; den følger ikke automatisk af, at systemet er åbent.

Vækst kræver bestemte vækstforhold

Mikroorganismer kan kun formere sig, hvis de lever ved passende vækstforhold. Vækstmediet skal indeholde nogle bestemte kemiske stoffer, og de fysiske forhold skal passe til mikroorganismernes behov.

Vand og næringsstoffer

Nogle stoffer er nødvendige for alle mikroorganismer:

Vand. Vand findes inde i alle celler, og celler udveksler stoffer med hinanden og omgivelserne igennem vand.
Nitrogen og/eller aminosyrer, som indgår i f.eks. protein, RNA og DNA.
Fosfor, som indgår i f.eks. cellemembranen, RNA, DNA og ATP.
Carbon skal bruges til opbygning af organiske molekyler. Heterotrofe mikroorganismer får det fra organisk stof; autotrofe kan fx bruge CO₂. Fotosyntese leverer energi, men fjerner ikke behovet for en kulstofkilde. Kulstofkilde og energikilde er forskellige klassifikationer.
Mikronæringsstoffer (vitaminer og mineraler som f.eks. zink), der udnyttes i forskellige sammenhænge i organismen.

Ilt

Det er forskelligt, om mikroorganismer har brug for ilt eller ej:

Obligat aerobe organismer skal bruge ilt til deres respiration.
Fakultativt anaerobe organismer kan vokse med og uden ilt. De kan bruge aerob respiration, når ilt er til rådighed, og ellers fx gæring eller anaerob respiration, afhængigt af organismen og andre elektronacceptorer. S. cerevisiae er et gennemgående gæreksempel.
Obligat anaerobe organismer kan kun leve i iltfri omgivelser.

Fysiske forhold

Mikroorganismer har bestemte krav til de fysiske forhold i deres miljø:

pH-værdien skal passe til organismen. De fleste bakterier koloniserer f.eks. miljøer med en pH-værdi tæt på 7, men nogle mikroorganismer er specialiseret til at leve ved højere eller lavere pH-værdier
Hver organisme har et temperaturinterval og et vækstoptimum under de øvrige betingelser. Enzymer og membraner påvirkes af temperaturen; både meget lav og meget høj temperatur kan hæmme vækst. Der findes ikke én fælles optimal inkubationstemperatur for alle mikroorganismer.
Lys er nødvendigt for mikroorganismer, der udfører fotosyntese.
Saltmængden skal være passende. For meget salt trækker vand ud af cellen ved osmose.

Vækstforhold og konservering

Mikroorganismers vækst foregår langsommere, hvis vækstforholdene ikke er optimale. Man kan derfor ændre vækstforholdene i f.eks. fødevarer og på den måde konservere fødevarerne. Disse almindelige konserveringsmetoder hæmmer mange typer af mikroorganismers vækst:

nedkøling
tilsætning af salt
tilsætning af syre
tørring.

Samme kultur, forskellige mål

Måling	Kan vise	Kan ikke alene vise
Direkte celletælling	Synlige celler i et kendt volumen.	At alle er levende eller dyrkbare.
CFU	Kolonidannende enheder under bestemte betingelser.	Det samlede antal enkeltceller.
OD	Lys-svækkelse som kalibreret proxy for celletæthed.	Art eller levedygtighed uden anden undersøgelse.

Deling i en stabil kultur

Prøv selv: Direkte celletal er omtrent konstant, men nogle celler deler sig stadig. Modsiger det en stationær fase? Kan du deraf vide, at alle celler er levende?

Se forklaring og kontrol

Det modsiger ikke en stationær fase: nettotilvæksten kan være 0, fordi deling og tab udligner hinanden. Direkte tælling afgør ikke alene levedygtighed. Angiv om målingen er totalcelletal, CFU eller OD.

Antibiotikas virkning

Antibiotika er forskellige stoffer, som dræber eller hæmmer bakterieceller. Nogle organismer (især svampe, men også visse planter og jordbakterier) danner naturligt antibiotika for at hæmme skadelige bakterier i omgivelserne.

Antibiotika kan fremstilles ved biologisk produktion, kemisk syntese eller ændring af naturlige stoffer. De bruges mod bakterieinfektioner og udnytter forskelle mellem bakterier og værtsceller. Selektiv toksicitet betyder ikke, at midlerne aldrig kan skade værten eller give bivirkninger; de kan også påvirke nyttige bakterier.

Antibiotika påvirker forskellige celleprocesser

Forskellige typer antibiotika hæmmer forskellige processer i bakterieceller, så bakterierne enten dør eller vokser langsommere.

Penicilliner hæmmer proteiner, der medvirker til krydsbinding af peptidoglykan i bakteriers cellevæg. Cellevæggen støtter og beskytter cellen. Følsomme, aktivt voksende bakterier kan derfor skades eller lyseres. Virkningen afhænger af bakterien, stoffet og betingelserne; det er ikke automatisk enhver celledeling, der ender med død.

Tetracykliner binder til bakteriers 30S-ribosomunderenhed og hæmmer proteinsyntesen. De er ofte væksthæmmende under de anvendte betingelser. Det adskiller deres angrebspunkt fra penicillinernes; det er ikke en garanti for, at ingen celler dør.

Valget af antibiotika afhænger af bakterietypen

Bakteriers følsomhed over for antibiotika afhænger af bakterietypen.

Grampositive og gramnegative bakterier påvirkes forskelligt

Et antibiotikum skal kunne nå sit angrebspunkt i eller omkring bakterien. Nogle mål ligger i cellehylsteret, andre inde i cellen. Adgangen påvirkes af bl.a. membraner, poriner og transportpumper; ikke alle stoffer skal passere helt ind i cytoplasma for at virke.

Gram-positive bakterier mangler den ydre membran, som gram-negative bakterier har. Det kan påvirke adgangen til et antibiotikums mål. Man kan dog ikke rangordne alle antibiotika som bedst mod gram-positive: stof, bakterieart, mål, transport og resistensmekanismer skal passe sammen.

Gram-negative bakteriers ydre membran kan begrænse nogle stoffers adgang. Andre antibiotika virker godt mod bestemte gram-negative bakterier. Poriner, udadgående pumper, enzymer og ændrede mål er andre faktorer, der påvirker følsomheden.

Antibiotika er bredspektret eller smalspektret

Man skelner imellem to overordnede typer antibiotika:

Bredspektret antibiotika er giftigt for mange forskellige slags bakterier, f.eks. både grampositive og gramnegative bakterier eller en større bakteriegruppe.
Smalspektret antibiotika er kun giftigt eller hæmmende for en bestemt bakteriegruppe.

Bredt eller smalt spektrum beskriver, hvilke bakteriegrupper et middel kan ramme. Valget i behandling afhænger bl.a. af mistanke om smitstof, resistens, prøvesvar og infektionens alvor. Det afgøres af sundhedspersonalet, ikke af en enkelt skoleobservation.

Man bruger smalspektret antibiotika, hvis det er muligt. Bredspektret antibiotika dræber også nyttige bakterier i f.eks. tarmsystemet, og bredspektret antibiotika øger desuden risikoen for udvikling af antibiotikaresistente bakterier.

Flere typer antibiotika kan styrke eller svække hinanden

Man kan evt. kombinere flere typer smalspektret antibiotika for at opnå en bestemt virkning. Det kan være én type antibiotika, der svækker cellevæggen, og en anden type antibiotika, der har en giftvirkning inde i cellen og lettere optages pga. den svækkede cellevæg.

Kombinationer kan forstærke, svække eller ikke ændre virkningen. En væksthæmmer kan i nogle forsøgsbetingelser mindske virkningen af et middel, der især rammer aktiv vækst, men det er ikke en universel regel om penicillin og tetracyklin. Den konkrete kombination må undersøges.

Et mål og en barriere

Prøv selv: To bakterier reagerer forskelligt på samme antibiotikum. Kan du forklare forskellen alene med Gramfarven?

Se forklaring og kontrol

Nej. Gramtypen siger noget om cellehylsterets struktur, men mål, optagelse, udadgående transport, nedbrydende enzymer og andre resistensmekanismer kan også være forskellige. En forklaring kræver relevante kontroller og oplysninger om stoffet.

Antibiotikaresistens

Hvad er antibiotikaresistens?

Antibiotikaresistens er en bakteries evne til at vokse eller overleve ved antibiotikabetingelser, der hæmmer følsomme bakterier. Resistens kan være naturligt knyttet til arten eller være erhvervet ved mutation eller genoverførsel. Det er bakterien, ikke patientens krop, der er resistent.

Resistens kan være naturlig eller erhvervet

Mutationer er ændringer i DNA-sekvensen, som ikke opstår målrettet, fordi bakterien har brug for resistens. Resistens kan også erhverves som et eksisterende gen ved horisontal genoverførsel. Mekanismer omfatter fx nedbrydning af lægemidlet, ændring af dets mål, mindre optagelse eller udadgående transport. Ikke enhver mutation giver resistens.

Resistens kan udbredes i en bakteriepopulation

Resistens kan udbredes i en bakteriepopulation på flere forskellige måder:

Resistente bakterier kan overføre deres gener til afkom ved deling; nye mutationer kan dog opstå.
Resistente bakterier kan overføre genet for antibiotikaresistens til andre bakterier ved horisontal genoverførsel.
Antibiotika kan hæmme følsomme bakterier mere end resistente og dermed ændre deres relative andele.

Uden det pågældende antibiotikum afhænger resistensens udvikling af bl.a. eventuelle omkostninger, kompenserende mutationer, genoverførsel, tilfældige ændringer og selektion fra andre stoffer. Resistens kan derfor forsvinde, blive ved lav frekvens eller bestå og sprede sig. Fravær af antibiotika garanterer ikke fravær af selektion eller lav resistensandel.

Antibiotika kan give resistente varianter en relativ fordel ved at hæmme følsomme varianter. Det er naturlig selektion: egenskaber, der allerede findes eller opstår ved mutation og genoverførsel, påvirker formering og overlevelse under de nye betingelser. Populationen behøver ikke blive rent resistent, og alle følsomme celler behøver ikke dø.

Resistens spredes især ved stort antibiotikabrug

Jo mere bakterier udsættes for antibiotika, jo mere øges selektionspresset til fordel for resistens. Antibiotikaresistens opstår derfor især i situationer, hvor antibiotika bruges ofte eller gennem længere tid.

Resistensudvikling ses f.eks. indimellem, hvis produktionsdyr behandles forebyggende med bredspektret antibiotika. Bredspektret antibiotika dræber mange bakterier i dyrene, modsat smalspektret antibiotika, som kun dræber nogle få bakterietyper. Resistente bakterier kan derfor lettere brede sig i dyrene efter brug af bredspektret antibiotika, hvor der er færre ikkeresistente bakterier tilbage at konkurrere imod.

Udvikling og udbredelse af resistens ses også indimellem på steder, hvor bredspektret antibiotika kan købes som håndkøbsmedicin. Antibiotika bruges typisk mere her end i andre populationer.

Antibiotikaresistente bakterier spredes også indimellem på hospitaler. Mange patienter på hospitaler har et svækket immunforsvar og er mere modtagelige over for bakterieinfektioner end andre mennesker, så antibiotika bruges mere på hospitaler end i resten af samfundet. Hvis der opstår resistens, kan de resistente bakterier også sprede sig hurtigt, fordi der er mange modtagelige mennesker på et lille område. Forebyggelse af bakteriespredning er derfor meget vigtig i sundhedsvæsnet.

Multiresistente bakterier er resistente over for flere antibiotikatyper

Multiresistens beskriver resistens mod flere relevante antibiotikakategorier. Den præcise klassifikation afhænger af bakteriegruppe og faglig definition; den kan ikke fastsættes universelt ved blot at tælle to enkelte præparater. Undersøg hvilke stoffer eller kategorier, prøven faktisk dækker.

MRSA er methicillinresistente Staphylococcus aureus. Resistensen omfatter bestemte beta-laktam-antibiotika og kan være ledsaget af anden resistens, men navnet betyder ikke, at bakterien tåler alle antibiotika. S. aureus kan bæres symptomfrit, fx i næse eller på hud, og kan også give infektioner. Skeln derfor mellem bærertilstand og sygdom.

Man forebygger spredning af MRSA gennem regler for hygiejne og overvåger løbende bakteriens forekomst. Overvågningen sker både i sundhedsvæsenet og i landbruget, da MRSA også optræder hos f.eks. svin. Mennesker med almindeligt immunforsvar kan få MRSA-bakterien fra landbrugsdyr uden at opdage det, og smitten kan på den måde komme fra landbruget og ud i resten af samfundet.

Man forsøger at holde udbredelsen af MRSA så lav som muligt, både så mennesker ikke bliver syge, og så man kan behandle så lidt som muligt med de typer antibiotika, der stadig virker mod bakterien. Behandling med antibiotika risikerer at gøre bakterien endnu mere resistent.

Risikoen for resistens kan nedbringes

Ansvarlig antibiotikabrug og forebyggelse af infektioner kan mindske selektionspres og spredning af resistens. Overvågning og målrettede hygiejneforanstaltninger indgår også. Mindre brug fjerner ikke med sikkerhed allerede eksisterende resistens. En patient skal følge den konkrete ordination og søge sundhedsfaglig vejledning; teksten giver ikke råd om selv at holde behandlingspauser.

Resistens kan påvises ved selektiv dyrkning

Vækst på et selektivt medie med antibiotika viser, at bakterierne kan vokse under netop den koncentration og de dyrkningsbetingelser. Klinisk resistensbestemmelse bruger standardiserede metoder og fortolkningskriterier. I et undervisningsforsøg skal kontrolkulturer vise, at medie og antibiotikum virker som forventet.

Selektion fra en blanding

Prøv selv: En konstrueret population har 10 resistente og 990 følsomme bakterier. Efter en påvirkning overlever 8 resistente og 99 følsomme. Hvad er resistensandelen før og efter? Beviser det en ny mutation?

Se forklaring og kontrol

Før: 10/1000 = 1 %. Efter: 8/107 ≈ 7,48 %. Andelen steg, selv om antallet af resistente faldt. Det passer med selektion af eksisterende varianter og beviser ikke, at påvirkningen skabte en målrettet mutation.

Patogener og infektioner

Patogener giver infektioner

Mange mikroorganismer lever på eller i andre organismer uden at give sygdom. Et langvarigt samliv mellem arter kan kaldes symbiose i bred betydning; hvis begge parter har fordel, er det mutualisme. Vores mikrobiota kan bidrage til fx omsætning af stoffer, men betydningen afhænger af organismen og dens placering.

Ved en infektion etablerer et smitstof sig og formerer sig i værten. Det kan foregå uden symptomer. Patogener er smitstoffer med sygdomsfremkaldende potentiale; infektion og symptomgivende sygdom er derfor ikke samme observation.

Patogener kan skade værtsorganismen på mange forskellige måder. Virussers formering kan f.eks. ødelægge vores kropsceller, og patogener kan optage de næringsstoffer, som kroppen selv har brug for. Immunforsvarets bekæmpelse af patogener dræber også kroppens egne celler og er desuden en energikrævende proces. Nogle patogene mikroorganismer danner desuden toksiner (giftstoffer), der forstyrrer kroppens funktioner eller ødelægger væv. En patogens virulens er et mål for, hvor skadelig patogenen er for værten. Meget virulente patogener kan dræbe deres vært.

Patogener smitter på mange måder

Smitsomhed beskriver, hvor let et smitstof overføres til nye værter under de givne forhold. Den er forskellig fra virulens, som angiver skade eller sygdomsgrad hos værten. Epidemisk spredning afhænger desuden af modtagelighed, kontaktmønstre og varighed af smitsomhed.

Patogeners smitsomhed varierer meget, og smitsomhed er også tæt knyttet til, hvordan en bestemt patogen møder sin vært. Nogle patogener smitter f.eks. kraftigt, hvis de kommer direkte ind i blodbanen , f.eks. gennem kanyler eller insektbid. Disse patogener møder nemlig ikke kroppens ydre barriere i form af huden eller slimhinderne.

Smittevejen afhænger af patogenen. Borrelia overføres normalt til mennesker gennem inficerede flåter; andre smitstoffer kan have flere overførselsveje. Skeln mellem fx direkte kontakt, indånding af luftbårne partikler, vektorbåren smitte og indtagelse af forurenet vand eller mad.

fysisk kontakt
Respiratoriske partikler, herunder større dråber og mindre luftbårne aerosoler; deres spredning afhænger af forholdene.
støv
blod
dyr
drikkevand.

Man kan forebygge infektioner ved at være opmærksom på smittekilderne og begrænse kontakten med dem. Man kan f.eks. vaske eller afspritte hænder regelmæssigt for at fjerne patogener, og man kan undgå kontakt med dyr eller urent drikkevand på steder, hvor drikkevand eller dyr kan bære smitte.

Infektioner bekæmpes af immunforsvaret

Kroppen beskyttes mod infektioner af immunforsvaret. Hud og slimhinder indgår i den ydre barriere, mens immunforsvarets celler og molekyler kan registrere og bekæmpe smitstoffer inde i kroppen. Det medfødte og det adaptive immunforsvar samarbejder; beskyttelsen er ikke en garanti mod enhver infektion.

Vacciner forebygger smitte og smittespredning

Vaccination forbereder immunforsvaret på bestemte antigener og kan danne immunologisk hukommelse. Virkningen afhænger af vaccinen, patogenen og det mål, man undersøger: infektion, videre smitte eller alvorlig sygdom. Vacciner giver ikke en universel garanti mod smitte; beskyttelse kan aftage eller være mindre mod nye varianter.

Antibiotika kan bekæmpe bakterieinfektioner

Immunforsvaret kan ikke altid selv bekæmpe infektioner effektivt. Man kan ofte bekæmpe bakterieinfektioner vha. antibiotika. Antibiotika hæmmer bakteriers vækst, fordi antibiotika forhindrer bakterierne i at danne cellevægge eller hæmmer deres proteinsyntese eller DNA-replikation. Bakterier kan dog udvikle resistens over for antibiotika. Resistente bakterier kan overleve, selv om der er antibiotika til stede. På siden om antibiotikaresistens kan du læse om, hvordan resistens udvikles.

Visse virusinfektioner kan behandles med antivirale lægemidler, som rammer bestemte trin i livscyklussen, fx binding, genomkopiering eller modning. Andre behandles især med støttende symptomlindring, mens immunforsvaret reagerer. Antibiotika virker ikke mod virus, og valg af behandling kræver en konkret sundhedsfaglig vurdering.

Diagnosticering indebærer typisk en laboratorieundersøgelse

Man ved ofte ikke, hvilken mikroorganisme en patient er smittet med. Man er derfor nødt til at typebestemme mikroorganismen og f.eks. vurdere, om det er en bakterie, som man kan bekæmpe vha. antibiotika.

En ELISA kan undersøge antigener eller antistoffer mod et valgt mål. Antistoffer kan stamme fra tidligere infektion eller vaccination, og både falske positive og falske negative resultater kan forekomme. Derfor kræver en diagnose viden om testens design, prøvetidspunkt og øvrige fund.

Dyrkning, mikroskopi og Gramfarvning kan vise vækstegenskaber, form og cellevægstype. De kan indsnævre mulighederne, men er ikke hver for sig en sikker artsbestemmelse. Identifikation kan kræve flere biokemiske eller molekylære undersøgelser.

Antistof er ikke aktiv sygdom

Prøv selv: En test finder antistoffer mod et valgt antigen, men personen har ingen symptomer. Hvilke ekstra oplysninger mangler, før du kalder resultatet en aktiv infektion?

Se forklaring og kontrol

Du mangler bl.a. testens mål og fejlrater, prøvetidspunkt, tidligere infektion eller vaccination og eventuelle andre fund. Antistoffer kan vise et immunrespons uden at bevise aktiv infektion nu. Fravær af symptomer udelukker heller ikke infektion.

Epidemier og reproduktionstal

Udbrud, epidemier og pandemier er smittespredning

Patogener er sygdomsfremkaldende mikroorganismer eller virus. Når man undersøger smitte i en befolkning, skal antal tilfælde ses i forhold til, hvad der forventes på netop stedet og tidspunktet. Begreberne udbrud, epidemi og pandemi beskriver forskellige omfang:

Et udbrud er flere sygdomstilfælde end forventet, ofte beskrevet i et afgrænset område eller en gruppe.
En epidemi er flere tilfælde end forventet i en bestemt befolkning og periode. Den behøver ikke have en bestemt væksthastighed eller et stort geografisk område.
En pandemi er en epidemi, der spreder sig over adskillige landegrænser og evt. kan berøre flere kontinenter.

Smittespredning afhænger af smittefrekvens og kontakttal

Smittefrekvensen og kontakttallet har betydning for, hvor hurtigt smittespredning sker, og dermed for om en epidemi eller en pandemi kan udvikle sig.

Smittefrekvens (eller infektionsrate eller transmissionskoefficient)

Smitte kan overføres fra en smitsom person, også når vedkommende ikke har symptomer, til en modtagelig person. Sandsynligheden for smitte pr. kontakt er ét led i en model. En transmissionskoefficient kombinerer ofte kontaktforhold og smitterisiko; dens betydning og enhed afhænger af ligningens form. Den er derfor ikke automatisk identisk med en observeret andel møder.

Kontakttal (eller reproduktionstal eller smittetryk)

Reproduktionstallet R_t er det forventede gennemsnitlige antal nye infektioner, som én smitsom person giver anledning til under de aktuelle betingelser. R₀ betegner en fuldt modtagelig befolkning uden de pågældende indgreb. R_t er ikke blot antal møder eller det faktiske antal, hver enkelt person smitter. Over 1 peger mod tiltagende spredning, under 1 mod aftagende spredning i modellen.

Immunitet og flokimmunitet bremser epidemier

Immunitet omfatter kroppens beskyttelse mod en bestemt infektion eller sygdom, bl.a. antistoffer, hukommelses-B-celler og T-celler. Beskyttelsen kan være delvis og aftage over tid. Den kan mindske risikoen for alvorlig sygdom uden helt at forhindre infektion eller smitte.

Flokimmunitet er indirekte beskyttelse, når immunitet i befolkningen begrænser spredningen. At R_t er under 1 på grund af fx færre kontakter er ikke alene bevis for flokimmunitet. Beskyttelsen afhænger af fordeling, kontaktmønstre og immunitetens virkning og varighed; lokale udbrud kan stadig forekomme.

Flokimmunitet kan fremskyndes

Vaccination kan øge befolkningens immunitet. Andre indgreb, fx færre kontakter, ventilation eller isolation, kan mindske overførslen uden at skabe immunitet. Begge kan sænke R_t, men det er forskellige mekanismer.

Vaccinationer og værnemidler sænker smittefrekvensen

Man kan også bruge forskellige værnemidler til at sænke smittefrekvensen. Brug af mundbind, dragter, handsker, håndsprit eller andre relevante værnemidler for en bestemt sygdom sænker smittefrekvensen, fordi værnemidlerne gør det mindre sandsynligt, at smitte overføres fra en syg til en rask person. Kontakttallet sænkes dermed også.

Isolation og nedlukning sænker kontakttallet

Isolation begrænser kontakt fra personer, der er smittede eller syge. Karantæne og andre kontaktbegrænsninger kan anvendes for eksponerede personer efter aktuelle faglige retningslinjer. Mekanismen i modellen er færre mulige smitteoverførsler, ikke dannelse af immunitet.

Kontakttallet kan også sænkes ved at begrænse antallet af møder mellem individer i populationen. Man kan f.eks. opfordre en befolkning til ikke at ses med ret mange forskellige mennesker, og man kan lukke ned for dele af samfundet, hvor mange mennesker ellers mødes. Nedlukningen kan f.eks. omfatte undervisningsinstitutioner, butikker eller kulturinstitutioner.

En epidemikurve viser antal smittede

En epidemikurve viser typisk antal nye tilfælde pr. tidsinterval. Andre grafer kan vise aktuelt smittede, indlæggelser eller kumulerede tilfælde. Aksen og registreringsmåden afgør, hvilken udvikling du kan aflæse.

Epidemikurvens typiske forløb

Beskriv en epidemigraf ud fra dens akser og data: Hvad tælles, over hvilket tidsinterval og i hvilken befolkning? Notér ændringer i testning eller rapportering, før du fortolker et knæk som ændret smitte.

I en enkel lukket SIR-model kan antallet af aktuelt smitsomme først stige og senere falde, når færre er modtagelige. Den virkelige kurves form kan også ændres af adfærd, indgreb, nye varianter, import af smitte og ændret registrering. Modelmekanismen kan omfatte følgende:

Smitsomme personer forlader I-gruppen ved fx helbredelse eller død. I den enkle model forbliver de i R-gruppen i den betragtede periode.
Færre modtagelige eller ændrede kontaktforhold kan sænke det effektive reproduktionstal. R_t < 1 siger ikke alene, hvorfor spredningen aftager.

Et lavere R_t kan mindske eller forsinke en bølgetop og dermed belastningen på sundhedsvæsenet. Det samlede antal infektioner er ikke nødvendigvis uændret: det afhænger af indgrebets styrke, varighed og den øvrige udvikling. Hvis R_t fortsat er over 1, kan smitten vokse langsommere, men den behøver ikke følge en fast kurve med samme areal.

Epidemikurven kan have flere toppe

Epidemikurven kan evt. have et mindre jævnt forløb med flere bølgetoppe undervejs:

Nye bølger kan bl.a. hænge sammen med ændret immunitet, patogen eller kontaktmønster. Registrerede bølger kan også påvirkes af testning og rapportering. Mulige biologiske og sociale mekanismer er:

Fuldstændig immunitet opnås ikke efter sygdommen, dvs. at man kan blive syg mere end én gang, f.eks. et stykke tid efter den første sygdomsperiode.
Patogenen muterer, så den kan inficere individer, som ellers allerede havde opnået immunitet.
Kontaktmønstre, miljøforhold og indgreb kan ændres over tid. Sæsonvariation kan påvirke bestemte smitstoffers overførsel, men man kan ikke give alle sygdomme ét fælles vinterforløb. Undersøg den konkrete patogen og data.

SIR-modellen beskriver epidemiers udvikling

En SIR-model opdeler en befolkning i modtagelige S, aktuelt smitsomme I og personer fjernet fra den aktuelle smittekæde R. Den kan undersøge mulige forløb under bestemte antagelser; den forudsiger ikke uden kalibrering og usikkerhed, hvad en konkret epidemi vil gøre.

I en enkel model med konstant befolkning N og homogen kontakt bruges fx S′ = −βSI/N, I′ = βSI/N − γI og R′ = γI. Her har β og γ enheden tid⁻¹, og S + I + R = N bevares. Modellen antager bl.a., at R ikke vender tilbage til S i det undersøgte tidsrum. Andre modelvarianter kan have andre led og andre parameterdefinitioner.

Differentialligningsmodeller som SIR kan bruges som et afgrænset udvidelsesemne, fx i en tværfaglig opgave. De er ikke dermed et generelt prøvekrav i alle biologiniveauer. Opgaven og undervisningsbeskrivelsen afgør model, matematik og detaljeringsgrad.

Hvad tæller grafen?

Størrelse	Betydning	Typisk fejlslutning
Nye tilfælde pr. uge	Registreret incidens i ugeintervallet.	At grafen viser alle aktuelt smitsomme personer.
Aktuelt smitsomme	Personer i et valgt smitsomt stadie.	At tallet er identisk med dagens positive test.
Kumulerede tilfælde	Registrerede tilfælde summeret siden start.	At et fald kan tolkes som flere helbredte uden at kontrollere opgørelsen.
R_t	Modelestimeret gennemsnitlig videre smitte.	At et fald beviser en bestemt årsag eller flokimmunitet.

Gennemsnit og mekanisme

Prøv selv: I en forenklet smittekæde giver 20 smitsomme personer anledning til 16 nye infektioner. Hvilket generationsgennemsnit får du? Beviser faldet flokimmunitet?

Se forklaring og kontrol

16/20 = 0,8 i den konstruerede kæde. Det peger mod aftagende spredning under de antagne sammenlignelige betingelser. Det beviser ikke flokimmunitet: færre kontakter eller andre indgreb kan også være forklaringen. Virkelige Rₜ-estimater kræver en model for bl.a. smittetid og ufuldstændig registrering.

Celledyrkning og kolonital

Hvad er celledyrkning?

Celledyrkning undersøger mikroorganismers vækst i et valgt medie under kontrollerede betingelser. I undervisningen bruges de organismer og protokoller, læreren har risikovurderet og godkendt. Ukendte prøver fra hud eller miljø kan indeholde patogener; deres opformering er ikke et hjemmeforsøg. En vækstobservation skal forbindes med medie, temperatur, tid og passende kontroller.

Celledyrkning danner en kultur

CFU betyder kolonidannende enheder. En synlig koloni kan stamme fra én celle eller en celleklump. Tallet afhænger af mediet og inkubationsbetingelserne og omfatter kun enheder, der danner kolonier dér; det er ikke automatisk det samlede antal celler eller alle levende celler. Cellerne i en koloni er ofte beslægtede, men én koloni er ikke bevis for permanent genetisk enshed eller en bestemt art.

På en agarplade kan tæt vækst flyde sammen, mens tilstrækkeligt spredte kolonidannende enheder kan danne adskilte kolonier. Adskillelse er en forudsætning for at tælle kolonier eller udvælge én under en godkendt laboratorieprocedure.

Fremgangsmåde til celledyrkning

Et godkendt laboratorieforsøg følger overordnet disse metodiske led:

Du vælger et passende vækstmedie til mikroorganismerne.
Brug den godkendte prøve eller kendte undervisningsstamme. Undersøg, hvilke oplysninger OD, direkte celletælling eller dyrkning kan give, før du vælger målemetode.
Du overfører mikroorganismerne til vækstmediet ved podning eller pladespredning.
Inkubér efter den godkendte protokol og risikovurdering med angivet temperatur, tid og håndtering. Ukendte opformerede kulturer må ikke åbnes eller viderebearbejdes af eleven.
Registrér den aftalte observation, og følg protokollen for afslutning og bortskaffelse. Viderearbejde som mikroskopi eller rendyrkning kræver en kendt godkendt kultur og særskilt instruktion.

Vi gennemgår hvert punkt herunder.

1. Vælg et passende vækstmedie

Mikroorganismer vokser bedst ved forhold, der ligner organismernes naturlige miljø. Vækstmediet skal have:

en passende fysisk sammensætning (f.eks. fast/flydende, lav/høj pH-værdi etc.)
en passende sammensætning af næringsstoffer.
passende fysiske forhold under inkubationen, f.eks. med/uden adgang til ilt og dyrkning ved en bestemt temperatur.

Mikroorganismerne vokser ikke, hvis ikke vækstmediet og vækstforholdene passer til dem. Du kan dog ikke vælge dyrkningsforhold, som alle mikroorganismer kan vokse ved. En prøve fra et sted i omgivelserne kan f.eks. indeholde enkelte specifikke mikroorganismer, som kun kan leve under iltfri forhold, ved en meget lav luftfugtighed osv. Dyrkning af en ukendt prøve indebærer altid, at mange mikroorganismer ikke formerer sig under inkubationen.

Et meget stort antal mikroorganismer kan desuden slet ikke dyrkes i et laboratorium. Det gælder f.eks. encellede organismer, som kun kan leve under forhold, som man ikke kan simulere i et vækstmedie , f.eks. inde i en værtsorganisme eller under helt bestemte forhold i jorden.

Et generelt vækstmedie bruges til mange mikroorganismer

Et medie skal dække den valgte organismes behov. Et almindeligt komplekst medie for heterotrofe mikroorganismer kan indeholde følgende; ikke alle organismer kræver de samme færdige molekyler:

En passende organisk kulstofkilde, fx et sukker.
Aminosyrer eller proteinholdigt materiale, når det er relevant.
fosfor
nitrogen
vand
forskellige mikronæringsstoffer.

Et generelt medie understøtter flere organismetyper, men ikke alle. Gærekstrakt er ét eksempel på en kompleks ingrediens med blandede næringsstoffer; andre medier har andre sammensætninger. I et kemisk defineret medie kendes de enkelte stoffers koncentrationer. Valget afhænger af den godkendte organisme og undersøgelsens mål, ikke blot af, at prøven er ukendt.

På siden om vækst og vækstfaktorer kan du læse om, hvad organismerne bruger de forskellige stoffer i vækstmediet til.

Et selektivt vækstmedie bruges til selektion

Et selektivt medie hæmmer nogle organismer og favoriserer andre under de valgte betingelser. Det kan fx indeholde et antibiotikum. Fravær af et næringsstof kan også udvælge bestemte stofskifteegenskaber, men et medie er ikke selektivt alene, fordi det mangler en generel ingrediens. Vækst ved én antibiotikakoncentration er ikke i sig selv en fuld klinisk resistensbestemmelse. Ved transformation kan en antibiotikamarkør udvælge celler, der udtrykker markørgenet, hvis kontrolkulturer bekræfter selektionen. Det beviser ikke automatisk, at ethvert andet ønsket gen også virker.

Hvis organisk kulstof udelades, skal en autotrof organisme stadig have en uorganisk kulstofkilde, fx CO₂, og en egnet energikilde. Laktose som eneste brugbare organiske kulstofkilde kan favorisere organismer, der kan udnytte den. Et differentialmedie kan derimod vise syredannelse med en indikator, selv om andre celler også vokser. Vækst eller farve er derfor ikke alene bevis for ét bestemt gen.

Vækstmediet er flydende eller fast

Et vækstmedie til celledyrkning er enten flydende eller fast.

Flydende medier kan bruges til fx bakterier, gær, alger og andre eukaryote mikroorganismer. De gør det muligt at følge en blandet suspension og anvendes også i industriel dyrkning. De er ikke begrænset til alger eller protozoer.

Faste medier indeholder ofte agar, som størkner til en gel og normalt ikke nedbrydes af de organismer, der bruges i forsøget. Et fast medie kan gøre kolonier synlige hver for sig. Sterilt medie og korrekt håndtering mindsker forurening, men et låg alene garanterer ikke en ren kultur. Kimfald er mikroorganismer, der kan tilføres fra luften.

2. Tag dine prøver og undersøg dem evt. inden dyrkningen

Prøvetagning kan i en godkendt undersøgelse ske fra en væske eller med en standardiseret overfladeprøve. Prøveareal, opsamling og transport påvirker resultatet. Brug lærerens valgte materiale og procedure; denne metodeforklaring er ikke en opfordring til at opformere ukendte prøver.

Du kan evt. undersøge dine prøver, inden du dyrker dem. Undersøgelse ved mikroskopi kan give dig en ide om, hvilke mikroorganismer der findes i prøverne. Du kan desuden forsøge at bestemme antal mikroorganismer i prøverne ved celletælling under mikroskop eller spektrofotometri, hvis dine prøver er flydende.

3. Udfør pladespredning eller podning

Du skal overføre mikroorganismerne til vækstmediet på en passende måde. Du bruger enten pladespredning eller podning, hvis du dyrker mikroorganismerne på en agarplade.

Ved pladespredning fordeles et kendt volumen af en godkendt cellesuspension på et fast medie efter den anviste sterile procedure. Metoden kan bruges til kvantitativ CFU-bestemmelse, hvis prøven er tilstrækkeligt fortyndet og volumen og fortynding registreres.

Den oprindelige prøve indeholder måske så mange mikroorganismer, at dyrkning af prøven ikke vil danne adskilte kolonier. Du bør i så fald fortynde den oprindelige prøve, så der fremkommer et mindre antal kolonier.

Ved podning overføres en godkendt kultur til et nyt medie. Et strøg kan bruges til at fordele cellerne; uden kendt prøvemængde kan antallet af kolonier ikke uden videre omsættes til en koncentration. Undlad kontakt med ukendte opformerede prøver.

4. Forsegl og inkuber vækstmediet

Ukendte opformerede kulturer kan have større biologisk risiko end den oprindelige prøve. De må ikke åbnes eller håndteres videre af eleven. Indeslutning, risikovurdering og bortskaffelse følger lærerens godkendte protokol; forsegling alene gør ikke enhver ukendt kultur sikker.

Inkubation er den periode, hvor kulturen holdes ved de valgte betingelser. Temperatur, tid og iltforhold afhænger af den godkendte organisme og forsøgets mål. Der findes ikke én temperatur, som er både optimal og sikker for alle mikroorganismer.

5. Arbejd med resultatet: tælling, rendyrkning og artsbestemmelse

Efter inkubationen afgør den godkendte protokol, hvilke observationer eller videre undersøgelser der kan udføres. Ukendte kulturer holdes lukkede. Med kendte godkendte kulturer kan man fx:

Tælle kolonier og beregne CFU under de anvendte betingelser.
Du kan rendyrke de forskellige typer af mikroorganismer, der er vokset frem.
Du kan forsøge at artsbestemme mikroorganismerne.

Du kan læse om hver af de tre procedurer herunder.

Tælling af antal mikroorganismer

Tæl adskilte kolonier på en egnet plade. Antallet angiver kolonidannende enheder i den overførte prøve under de valgte betingelser. En enhed kan være en enkelt celle eller en klump, så kolonital og celleantal er ikke nødvendigvis ens.

Sammenligning af kolonital kræver sammenlignelig prøvetagning, areal eller volumen, fortynding, medie og inkubation samt kontroller og gentagelser. Forskellige antal kolonier på tilfældige overfladeprøver beviser ikke, hvilket sted der samlet har flest mikroorganismer eller størst sundhedsrisiko.

For en væske kan du beregne CFU/ml = kolonital/(fortyndingsandel · udpladet volumen i ml). Med 50 kolonier fra 0,1 ml af en 1:100-fortynding bliver det 50/(0,01 · 0,1) = 50.000 CFU/ml. Det er et estimat af dyrkbare enheder under betingelserne, ikke et totalcelletal.

Rendyrkning ved stregpodning

Ved en godkendt kendt kultur kan stregpodning bruges til at adskille kolonidannende enheder, så en enkelt koloni senere kan undersøges. En isoleret koloni er et udgangspunkt for rendyrkning, men dens udseende alene beviser ikke kulturens art eller renhed.

Stregpodning overfører et lille antal celler til et sterilt medie og fordeler dem gradvist tyndere. Arbejdet udføres kun med godkendt materiale og den anviste sterile håndtering.

Princippet er at mindske antallet af overførte celler fra felt til felt. En godkendt procedure indeholder fx disse led:

Udvælg den godkendte kultur eller koloni efter forsøgets instruktion.
Fordel celler i et første felt på mediet med det anviste redskab.
Brug den anviste sterile håndtering, og før et mindre antal celler fra første felt videre til et nyt felt.
Gentag fortyndingen mellem felter, så tilstrækkeligt adskilte enheder kan danne enkeltkolonier. Fortolk renhed med flere undersøgelser og kontroller.

Artsbestemmelse

Artsbestemmelse kræver ofte flere undersøgelser. Dyrkningsmiljø, koloniudseende, mikroskopi og biokemiske eller molekylære fund bidrager på forskellige måder.

Du har på forhånd en ide om, hvilke mikroorganismer der potentielt kan være til stede i jeres prøve, fordi du ved, hvor prøven er taget. Du ved f.eks., om mikroorganismerne vokser i vand, i jord osv.

Koloniers farve, form og konsistens og cellers form og gruppering kan indsnævre mulighederne. Lignende udseende kan forekomme hos forskellige arter, så artsbestemmelse må normalt underbygges af yderligere test.

Kolonier, volumen og fortynding

Prøv selv: En godkendt øvelsesprøve giver 72 kolonier fra 0,20 ml af en 1:1000-fortynding. Beregn CFU/ml i den oprindelige prøve. Hvad kan du ikke kalde tallet?

Se forklaring og kontrol

72/(0,001 · 0,20) = 360.000 CFU/ml. Du kan ikke uden videre kalde det alle celler eller alle levende mikroorganismer: celleklumper og manglende kolonidannelse påvirker fortolkningen. Volumen og fortyndingsandel skal stå i regningen.

Mikroskopi af mikroorganismer

Hvad er mikroskopi?

Mikroskopi er undersøgelse af små objekter i et mikroskop, typisk undersøgelse af celler. Du skal i undervisningen mikroskopere forskellige typer af celler, f.eks. celler fra indersiden af din mund (dyreceller) eller celler fra en løgrod (planteceller). Du kan også se på encellede mikroorganismer som alger, gærceller eller bakterier.

Fremgangsmåde til mikroskopi

Du skal som regel fremstille et præparat af cellerne inden mikroskoperingen:

Placer et objektglas på bordet.
Placer en dråbe vand på objektglasset (medmindre du skal mikroskopere en flydende prøve, så placerer du en dråbe af prøven).
Dryp evt. kontrastfarve i vanddråben. Kontrastfarven farver bestemte dele af cellerne og gør det lettere at se dem i mikroskopet.
Placer celleprøven i vanddråben.
Placer et dækglas oven på vanddråben.

Begynd ved lav forstørrelse, find præparatet og stil skarpt. Øg derefter forstørrelsen, når objektiv og præparat passer til det. Større forstørrelse giver ikke automatisk bedre opløsning; lys, kontrast og objektivets egenskaber har betydning.

Vigtigt: Du må ikke præparere ukendte celler

Fremstil ikke præparater af ukendte kulturer, som er opformeret. Følg lærerens risikovurderede procedure og håndtér kun godkendt materiale. Et lukket låg kan tillade overordnet observation af kolonier, men giver ikke automatisk et egnet eller sikkert præparat til høj opløsning af enkelte bakterier.

Celler i mikroskopet

Celler i mikroskopet kan se ud på meget forskellige måder.

Eukaryote celler er ofte større end bakterier. En farvet cellekerne, knopskydning hos gær eller hyfer hos trådformede svampe kan hjælpe med at skelne grupper. Protozoer er en traditionel betegnelse for forskellige encellede protister. Flageller er bevægelsesstrukturer hos nogle af dem, men hverken alle protister eller alle gærceller har en synlig flagel.

Bakteriers form og koloniernes udseende kan bidrage til en foreløbig gruppebeskrivelse. Artsbestemmelse kræver normalt flere uafhængige fund.

Undersøg først synlige cellegrænser, størrelse, form og kerne eller andre tydelige strukturer. Sammenhold fundene med følgende kendetegn, uden at lade ét kendetegn afgøre arten.

Dyreceller

I mange farvede dyrecellepræparater kan cellekerne og cytoplasma ses inden for cellemembranen. De fleste øvrige organeller kan ikke skelnes sikkert med et almindeligt lysmikroskop. Hvad du ser, afhænger af cellens type og præpareringen.

Forbind hver observeret struktur med dens funktion: cellemembranen regulerer transport, ribosomer indgår i proteinsyntese, og mitokondrier bidrager til aerob ATP-produktion. En struktur kan være vigtig, selv om den ikke kan skelnes i dit lysmikroskop.

Dyreceller kan have meget forskellige former og funktioner. Modne røde blodlegemer hos mennesker mangler fx cellekerne, mens sædceller har en flagel til bevægelse. Encellede protister kan også have flageller, men er ikke dermed dyreceller.

Fælles for alle dyreceller er dog, at cellemembranen er cellens yderste barriere mod omgivelserne. Dyreceller har derfor ikke samme faste struktur, som man ser hos planteceller, der har en cellevæg.

Planteceller

Planteceller har cellevæg, som ofte giver et regelmæssigt mønster. Cellekerne og cytoplasma kan ses ved passende præparering. Grønkorn findes i fotosyntetisk væv, men fx løgskæl og rodvæv viser normalt ikke grønkorn. Fravær af grønkorn udelukker derfor ikke en plantecelle.

Plantecellens cellevæg giver støtte. Kloroplaster udfører fotosyntese i fotosyntetisk væv, mens mitokondrier bidrager til aerob respiration. En celletegning er en model; den er ikke bevis for, at alle planteceller har synlige kloroplaster.

Bakterier

Bakterier er typisk små og kræver passende kontrast og opløsning. Et egnet objektiv kan fx give høj samlet forstørrelse med olieimmersion, men et bestemt forstørrelsestal garanterer ikke, at alle strukturer kan ses.

Beskriv fx kokker, stave eller spiralformer og deres gruppering. Almindelig lysmikroskopi viser normalt ikke bakteriers fine flageller eller pili uden særlig metode. Hyfer beskriver især trådstrukturer hos svampe, og må ikke bruges som fælles navn for bakterielle udvækster.

Celletælling ved mikroskopi

Direkte celletælling kan estimere koncentrationen i et kendt tællevolumen. Inddrag fortyndingen, gentagne felter og deres variation. Metoden kan også tælle døde celler eller forveksle små partikler med celler; klumper og meget små celler kan være vanskelige. Den er derfor ikke automatisk et præcist total af alle levende mikroorganismer.

Et billede af en stav

Prøv selv: Du ser stavformede celler i et godkendt præparat. Kan formen alene afgøre arten? Hvad skal du registrere?

Se forklaring og kontrol

Formen kan indsnævre en gruppe, men mange arter er stavformede. Registrér størrelse, gruppering, farvning, målestok, præparering og metode. En artsbestemmelse kræver normalt flere undersøgelser; stor forstørrelse alene er ikke stor opløsning.

Gramfarvning: trin og fortolkning

Hvad er gramfarvning?

Gramfarvning er en metode, man bruger til at se forskel på to overordnede typer af bakterier: gram-positive og gram-negative bakterier. Gramfarvning er en meget almindelig procedure at udføre, hvis man gerne vil artsbestemme en bestemt bakterie. Det skyldes, at metoden er nem at udføre og hurtigt udelukker en stor gruppe af bakterier.

Gramfarvning afhænger af cellevæggen

Gramfarvning viser, hvilken type cellevæg bakterierne har:

Gram-positive bakterier har en cellevæg, som består af et tykt lag af stoffet peptidoglykan.
Gram-negative bakterier har et tyndt peptidoglykanlag mellem en indre cellemembran og en ydre membran.

Et tykt peptidoglykanlag kan fastholde krystalviolet-jod-komplekset efter korrekt affarvning. Ved den typiske gram-negative struktur fjernes farvekomplekset lettere, og en efterfarvning gør cellerne synlige.

Fremgangsmåde til gramfarvning

Den almindelige Gramfarvning har fire led. Brug kun det godkendte præparat og lærerens procedure:

Farv med krystalviolet, så begge grupper først bliver violette.
Tilsæt jod, som danner et kompleks med krystalviolet. Affarv derefter efter protokollen med fx ethanol eller en alkohol-acetoneblanding. Gram-negative celler mister typisk komplekset, mens gram-positive fastholder det. Hele cellevæggen opløses ikke som forklaring på farveforskellen.
Efterfarv med fx safranin. Gram-positive celler ses violette, mens gram-negative ses rosa eller rødlige. Farverne må ikke byttes om.

Et Gramresultat afhænger også af præparatets alder og affarvningens udførelse. For kort eller lang affarvning kan give misvisende farve. Kontroller med kendte præparater, og brug resultatet som en del af identifikationen, ikke som en selvstændig artsdiagnose.

Følg farven gennem metoden

Led	Gram-positiv	Gram-negativ
Krystalviolet	Violet.	Violet.
Jod	Farvekompleks dannes.	Farvekompleks dannes.
Korrekt affarvning	Kompleks fastholdes typisk.	Kompleks fjernes typisk.
Efterfarvning	Ses violet.	Ses rosa/rødlig.

Kontrolpræparater og korrekt udførelse er nødvendige for at fortolke forskellen.

Fire trin og en kontrol

Prøv selv: Et kendt gram-negativt kontrolpræparat ses violet. Kan det betyde, at kontrollens art har skiftet? Hvilken metodefejl skal undersøges?

Se forklaring og kontrol

Undersøg bl.a. affarvning, præparatets alder og udførelsen. For kort affarvning kan efterlade krystalviolet-jod-komplekset. En afvigende kontrol kræver metodekontrol, før ukendte farver fortolkes som cellevægstype. De fire led er krystalviolet, jod, affarvning og efterfarvning.

Spektrofotometri og optisk densitet

I en cellekultur skyldes lysets svækkelse i høj grad spredning på celler. Optisk densitet, OD, kan bruges som et indirekte mål for celletæthed med et passende blankmedie og en kalibrering. Sammenhængen gælder kun i det anvendelige måleområde og siger ikke alene, hvor mange celler der er levende. Spektrofotometri kan også måle opløste stoffers absorbans. A = −log₁₀(I/I₀), men ved en bakteriesuspension må lys-spredning og instrumentets geometri indgå i fortolkningen.

OD som proxy

Prøv selv: To sammenlignelige prøver har blankkorrigeret OD på 0,08 og 0,16 i instrumentets kalibrerede lineære område. Hvad kan forholdet antyde, og hvad viser det ikke?

Se forklaring og kontrol

0,16/0,08 = 2, så målingen kan antyde omtrent dobbelt celletæthed under den samme kalibrering. Den viser ikke alene dobbelt antal levende celler eller ens celletyper. Uden lineær kalibrering, samme optiske forhold og passende blank er forholdet ikke en sikker koncentrationsfaktor.

Begreber i mikrobiologi

Slå begrebet op, og forbind definitionen med den måling eller mekanisme, du arbejder med. Et begreb kan ikke alene afgøre, hvad et forsøgsresultat betyder.

Absorbans

Absorptionsspektrum

Et absorptionsspektrum viser, hvor meget lys et bestemt stof optager ved forskellige bølgelængder. Et absorptionsspektrum kan f.eks. opstilles for et pigmentstof som klorofyl for at vise, hvor meget lys med forskellige bølgelængder klorofyl absorberer til fotosyntesen.

Aerob

Aerob betyder iltkrævende. Aerob står i modsætning til anaerob, som betyder ikke-iltkrævende.

Obligat aerobe mikroorganismer kræver ilt til vækst under de beskrevne betingelser. Det er en klassifikation af organismens vækstkrav, ikke en påstand om, at alle dyreceller altid bruger ilt til deres ATP-produktion.

Agar

Agar er en gelemasse, som bruges til faste vækstmedier til celledyrkning i laboratoriet.

Anaerob

Anaerob betyder ikke-iltkrævende. Anaerob står i modsætning til aerob, som betyder iltkrævende.

Fakultativt anaerob

Fakultativt anaerobe organismer kan vokse med og uden ilt og bruge fx aerob respiration, gæring eller anaerob respiration afhængigt af organismen og miljøet.

Obligat anaerob

Obligat anaerobe organismer vokser uden molekylær ilt og kan skades af ilt. Denitrifikation er anaerob respiration med nitrogenforbindelser som elektronacceptorer; mange denitrificerende bakterier er fakultative og kan også vokse med ilt.

Antibiotikaresistens

Antibiotikaresistens er bakteriers nedsatte følsomhed for et antibiotikum under definerede betingelser. Den kan være naturlig for arten eller erhvervet; det er bakterien, ikke patientens krop, der er resistent.

Antibiotikum

Antibiotika er stoffer, der bruges til at bekæmpe skadelige bakterier. Antibiotika dannes naturligt i f.eks. nogle typer af svampe.

Bakterie

Bakterier er en type prokaryoter, dvs. celler uden cellekerne.

Begrænsende faktor

En begrænsende faktor er et forhold, der under de aktuelle betingelser begrænser organismens vækst. Det kan være for lidt af et næringsstof eller vand, men også fx en uegnet temperatur, pH eller ophobning af hæmmende stoffer. Faktoren behøver ikke være opbrugt.

Binær fission

Binær fission er en type celledeling hos bakterier og andre prokaryote organismer. Binær fission bruges til ukønnet formering.

Celle

Cellen er den grundlæggende strukturelle og funktionelle enhed i levende organismer. Celler har en cellemembran og stofskifte, men specialiserede celler kan være afhængige af andre celler og kan have mistet evnen til deling. Ikke hver celle kan leve og formere sig alene.

Cellekerne

Cellekernen er en struktur, der findes i eukaryote celler. Cellekernen indeholder bl.a. eukaryote cellers kromosomer, som består af DNA. Transkriptionen (første del af proteinsyntesen) sker i cellekernen.

Cellemembran

Cellevæg

Cellevæggen er en struktur, der findes uden om cellemembranen hos plante- og svampeceller samt hos de fleste bakterier. Cellevæggen beskytter cellen og giver den strukturel støtte. Cellevæggen kan have lidt forskellige opbygninger, og det udnyttes bl.a. til identifikation af bakterier ved gramfarvning.

CFU (colony forming units)

Cytoplasma

Cytoplasma er cytosolen (væsken inde i en celle) plus organellerne (men uden en evt. cellekerne).

Cytosol

Cytosolen er væsken inde i en celle.

DNA

DNA er cellers arvelige materiale og består normalt af to komplementære nukleotidstrenge. Sekvensen bærer genetisk information. Den genetiske kode er sammenhængen mellem mRNA-kodoner og aminosyrer; koden er ikke et andet navn for hele DNA-sekvensen.

Dyrecelle

Dyreceller er en type eukaryote celler, dvs. en celletype med cellekerne.

Eksponentiel vækst

Ved eksponentiel vækst er den relative nettovækst konstant på det undersøgte interval. N(t) = N₀e^(kt) giver samme procentvise ændring i lige lange tidsrum. Ved k > 0 er fordoblingstiden konstant. En population følger ikke automatisk modellen, alene fordi dens celler kan deles.

ELISA-test

ELISA er en immunologisk metode, som bruger specifik binding og en målbar enzymreaktion til at undersøge udvalgte antigener eller antistoffer. Testens design og kontroller afgør, hvad resultatet kan vise.

Direkte ELISA-test

En antigen-ELISA kan undersøge tilstedeværelse af et valgt antigen. Den klassiske direkte ELISA bruger et enzymmærket antistof til direkte detektion; ikke enhver antigenanalyse har dette format. Påvisning skal fortolkes med prøvetidspunkt, specificitet og følsomhed og er ikke alene en sikker diagnose.

Indirekte ELISA-test

En indirekte antistof-ELISA kan undersøge antistoffer mod et valgt antigen med et efterfølgende detektionsled. Antistoffer kan fx skyldes tidligere infektion eller vaccination, og resultatet viser ikke alene aktiv infektion på testtidspunktet.

Encellet organisme

Encellede organismer består af kun en enkelt celle. Gærceller og bakterieceller er eksempler på encellede organismer.

Endocytose

Endocytose er en metode, celler kan bruge til at optage en større mængde stof på én gang. Cellen poser indad og afsnører et stykke af cellemembranen omkring stoffet, så der dannes en ny vesikel med stoffet indeni. Endocytose er en type aktiv transport.

Endoplasmatiske retikulum (ER)

Det endoplasmatiske retikulum (ER) er et netværk af sække, der findes omkring cellekernen i eukaryote celler. ER indgår i produktionen af mange forskellige stoffer.

Epidemi

En epidemi er flere tilfælde af en sygdom end forventet i en bestemt befolkning, på et bestemt sted og i et bestemt tidsrum. Den defineres ikke ved en fast ugentlig fordobling. En pandemi er en epidemi med omfattende spredning over flere lande eller kontinenter.

Eukaryot celle

Eukaryote celler er celler med en cellekerne rundt om deres DNA. Flercellede organismer består altid af eukaryote celler, men der findes også mange encellede eukaryote organismer. Her er de vigtigste eukaryote celletyper at kende:

dyreceller
planteceller
svampeceller (både flercellede svampe og gær, som er encellede svampe).

Exocytose

Exocytose er en metode, celler kan bruge til at afgive en større mængde stof på én gang. Stoffet findes inde i en vesikel, som fusionerer med cellemembranen, så stoffet afgives på ydersiden af cellen. Exocytose er en type aktiv transport.

Fakultativt anaerob

Se anaerob.

Fermentering

Fermentering er et andet ord for gæring.

Flagel

En flagel er en lang udvækst, som findes hos bl.a. sædceller og nogle bakterieceller, og som bruges til bevægelse.

Flercellet organisme

Flercellede organismer består af et stort antal celler. Cellerne er ikke ens, da de er specialiserede til at udføre forskellige opgaver forskellige steder i organismen. Nerveceller, blodceller og muskelceller er eksempler på specialiserede celletyper.

Flokimmunitet

Fordoblingstid

Fordoblingstiden er populationens tid til at blive dobbelt så stor. Ved eksponentiel vækst med k > 0 er T₂ = ln(2)/k. Ved binær deling med få dødsfald svarer den til generationstiden, men nettoændring og enkeltcelledeling er ikke altid identiske.

Generationstid

Generationstid beskriver tiden mellem cellegenerationer. I en idealiseret eksponentielt voksende population med binær deling uden nævneværdigt tab svarer den til fordoblingstiden. Miljø og celledød kan bryde denne simple sammenhæng.

Glykoprotein

Glykoproteiner er molekyler, der består af en kombination af kulhydrat og protein. Glykoproteiner findes f.eks. uden på celler og virusser, hvor glykoproteinerne kan binde bestemte stoffer eller sende signaler. Glykoproteiner fra skadelige mikroorganismer kan genkendes og angribes af antistoffer fra det specifikke immunforsvar. Glykoproteinerne fungerer så som antigener.

Golgiapparat

Golgiapparatet er et netværk af membransække i eukaryote celler. Det modificerer og sorterer bl.a. proteiner og lipider fra det endoplasmatiske retikulum og pakker materiale i vesikler.

Gramfarvning

Gramfarvning er en metode, der bruges til at se forskel på to overordnede typer af bakterier: gram-positive og gram-negative bakterier. Metoden kan derfor bruges som hjælp til artbestemmelse af en bestemt bakterie.

Gram-negative bakterier

Gram-negative bakterier har typisk et tyndt peptidoglykanlag og en ydre membran. Efter korrekt Gramfarvning ses de rosa eller rødlige.

Gram-positive bakterier

Gram-positive bakterier har typisk et tykt peptidoglykanlag. Efter korrekt Gramfarvning ses de violette.

Grønkorn

Grønkorn (eller kloroplaster) er de organeller i planteceller, der udfører fotosyntese. Grønkorn indeholder pigmentmolekyler, der kan absorbere lysenergi, f.eks. pigmenter af typen klorofyl.

Gær

Gær er en betegnelse, der bruges om encellede svampe.

Gæring

Ved gæring gendannes elektronbærere, så fx glykolysen kan fortsætte uden en respiratorisk elektrontransportkæde. Restprodukter kan være laktat eller, hos fx bagegær, ethanol og CO₂. Gæring er ikke nødvendigvis udelukket, blot fordi ilt er til stede.

Horisontal genoverførsel

Horisontal genoverførsel er overførsel af DNA direkte fra én organisme til en anden. Horisontal genoverførsel bruges f.eks. af bakterier til at udveksle gener med hinanden. Man skelner mellem tre typer horisontal genoverførsel:

Konjugation

Konjugation er overførsel af DNA mellem to celler.

Transduktion

Transduktion er overførsel af DNA mellem celler vha. virusser.

Transformation

Immunitet

Infektion

Ved en infektion etablerer et smitstof sig og formerer sig i en vært. Det kan være symptomfrit; symptomgivende sygdom er en mulig følge, ikke en del af definitionen i alle tilfælde.

Inkubation

Inkubation er dyrkning af mikroorganismer, f.eks. efter organismerne er placeret i et vækstmedie i en petriskål. Inkubationen danner kolonier af mikroorganismer.

Kapsel

En kapsel er en tyk skal, som indimellem findes som beskyttelse omkring f.eks. bakterieceller.

Kimfald

Kimfald er nedfald af mikroorganismer fra luften. Kimfald kan forurene f.eks. fødevarer eller et vækstmedie i laboratoriet. Vækstmedier dækkes derfor til med f.eks. et låg på en petriskål.

Kloroplast

Et andet ord for grønkorn.

Koloni

En koloni er en synlig samling af mikroorganismer, der er vokset frem fra én eller få kolonidannende enheder. Cellerne er ofte beslægtede, men klumper og mutationer betyder, at kolonien ikke er et bevis for genetisk enshed.

Konjugation

Læs om, hvad konjugation er her.

Konservering

Konservering er metoder, der hæmmer mikroorganismers vækst og derfor forlænger f.eks. fødevarers levetid. Almindelige konserveringsmetoder er:

nedkøling
tilsætning af salt
tilsætning af syre
tørring.

Kontakttal

Kromosom

Et kromosom er en lang DNA-streng, der er pakket sammen på en bestemt måde.

Kultur

En kultur er et stort antal mikroorganismer, som har delt sig under kontrollerede forhold i et laboratorium, så man f.eks. kan undersøge mikroorganismerne.

Metabolisme

Metabolismen (eller stofskiftet) omfatter opbygning og nedbrydning af alle stoffer i levende organismer. Metabolismen opdeles i anabolismen og katabolismen.

Mikrobiologi

Mikrobiologi er den gren af Biologi, der handler om mikroorganismer.

Mikroorganismer

Mikroorganismer er organismer, der normalt studeres med mikroskop. Mange er encellede, men mikroskopiske flercellede former findes også. Kolonier og biofilm kan rumme samspil mellem celler; virus undersøges også i mikrobiologien, men er ikke celler.

Mikroorganismers vækst

Lagfasen (eller nølefasen), hvor mikroorganismerne etablerer sig i et nyt miljø.
Vækstfasen, hvor mikroorganismerne formerer sig eksponentielt.
Stationærfasen, hvor den eksponentielle vækst stopper pga. begrænsninger i miljøet.
Dødsfasen, hvor flere mikroorganismer dør, end nye kommer til ved formering.

Mitokondrie

Mitokondriet er en type organel i eukaryote celler. Det meste af respirationsprocessen sker i mitokondrierne. Mitokondrier har to membraner og derfor to forskellige rum: matrix (det inderste rum) og det intermembranøse rum (rummet mellem de to membraner).

Multiresistent bakterie

En multiresistent bakterie er resistent over for flere forskellige typer antibiotika.

Næringsstof

Næringsstoffer er de stoffer, som levende organismer skal bruge til at overleve, vokse og formere sig. Næringsstoffer forbrændes for at frigive energi eller for at få byggesten til nye molekyler i organismerne (gælder især de vigtigste makronæringsstoffer, som er proteiner, kulhydrater og fedtstoffer). Nogle næringsstoffer skal kun bruges i en mindre mængde til f.eks. at opbygge enzymer, katalysere kemiske reaktioner eller få celleprocesser som nervesignaler til at virke. Disse næringsstoffer kaldes mikronæringsstoffer (vitaminer og mineraler).

Næringsstofferne N (nitrogen) og P (fosfor) er ofte begrænsende faktorer for plantevækst i økosystemer. Når man taler om næringsstoffer inden for økologi, fokuserer man derfor især på N og P.

Obligat aerob

Se aerob.

Obligat anaerob

Se anaerob.

Organel

Organeller er strukturer i cellen, som udfører bestemte opgaver. Ribosomer og mitokondrier er eksempler på organeller.

Pandemi

Patogen

Patogener er sygdomsfremkaldende organismer og virusser.

Penicillin

Penicillin er en type antibiotika, som hæmmer bakteriers dannelse af cellevæg.

Pilus

Pladespredning

Pladespredning er en metode, der kan bruges under celledyrkning. Metoden indebærer at tage en prøve af et flydende vækstmedie og sprede prøven ud på et fast vækstmedie i en petriskål.

Plantecelle

Planteceller er en type eukaryote celler, dvs. en celletype med cellekerne.

Plasmid

Podning

Podning er en metode, der kan bruges under celledyrkning. Metoden indebærer at opsamle en prøve af mikroorganismer med en vatpind. Prøven overføres så til et vækstmedie, hvor mikroorganismerne dyrkes.

Prokaryot celle

Prokaryote celler mangler en membranafgrænset cellekerne. Bakterier og arkæer er de to hovedgrupper. De kan forekomme som enkelte celler eller i organiserede kolonier, biofilm og celletråde; det er ikke en garanti for, at hver celle lever helt uafhængigt.

bakterier
arkæer (også kaldet arkebakterier).

Præparat

Et præparat er en prøve, som er fremstillet til at blive undersøgt i laboratoriet. Et objektglas med mikroorganismer og et dækglas ovenpå er et eksempel på et præparat, som man kan undersøge ved mikroskopi.

Resistens

Resistens er nedsat følsomhed over for en påvirkning under definerede betingelser. Den kan være eksisterende eller erhvervet; selektion kan ændre resistente varianters andel uden at skabe målrettede mutationer.

Ribosom

Ribosomer er små organeller, som indgår i proteinsyntesens anden del, translationen. Ribosomer oversætter koden i mRNA til protein under translationen. Ribosomer findes hos både prokaryoter og eukaryoter.

Smitsomhed

Smitsomhed beskriver, hvor let et smitstof overføres til nye værter under de givne betingelser. Den er forskellig fra virulens, som angiver skade eller sygdomsgrad hos værten.

Smittefrekvens

Sandsynlighed for smitte pr. kontakt beskriver andelen af relevante møder, der giver smitte under bestemte betingelser. En infektionsrate eller transmissionskoefficient kan have en anden definition og enhed i en model. Læs altid ligningen og populationens afgrænsning.

Spektrofotometri

Spore

Sporer kan indgå i forskellige mekanismer. Bakterielle endosporer er overlevelsesstrukturer og giver ikke ekstra celler ved dannelsen; svampesporer kan indgå i formering eller spredning. Protisters cyster er en anden type hvilestadium.

Stregpodning

Stregpodning er en metode, der bruges til at rendyrke en bestemt mikroorganisme fra et vækstmedie med flere forskellige mikroorganismer.

Svampecelle

Svampeceller er en type eukaryote celler, dvs. en celletype med cellekerne.

Transduktion

Læs om, hvad transduktion er her.

Transformation

Læs om, hvad transformation er her.

Vesikel

Vesikler er hule strukturer, der kan opbevare og transportere stoffer i celler. Vesikler fusionerer med cellemembranen, så stoffet i vesiklerne frigives til cellens omgivelser.

Virulens

Virulens er et udtryk for, hvor meget en patogen skader sin vært. Meget virulente patogener kan dræbe deres vært.

Virus

Virus er partikler, der indeholder arvemateriale (DNA eller RNA). Virus trænger ind i værtsceller og bruger cellernes organeller til at fremstille nye viruspartikler.

Vaccination

Vækstfase

Læs om, hvad mikroorganismers vækstfaser er her.

Vækstforhold

Vækstforholdene er de miljøforhold, som organismer skal have for at leve. Organismer har f.eks. brug for bestemte næringsstoffer og en bestemt temperatur, vandmængde, pH-værdi i omgivelserne osv.

Vækstkurve

En vækstkurve viser ændringen i en angivet populationsstørrelse eller målt proxy over tid. Batchkulturer, kontinuerlige kulturer og naturlige bestande kan have forskellige forløb. Angiv målemetode, enheder og den model, du prøver.

Vækstmedie

Et vækstmedie er det materiale, som f.eks. bakterier eller andre dyrkede organismer vokser i. Vækstmediet skal f.eks. indeholde de nødvendige næringsstoffer og den rette mængde vand og have en passende pH-værdi.

Generelt vækstmedie

Et generelt vækstmedie har en sammensætning, der passer til mange forskellige mikroorganismer.

Selektivt vækstmedie

Vækstrate

Skeln mellem relativ nettovækstrate k og vækstfaktor a. I N(t) = N₀e^(kt) har k enheden tid⁻¹; k = 0 giver konstant N. I N(t) = N₀a^t, hvor t tælles i en bestemt tidsenhed, er a faktoren pr. den tidsenhed, og a = 1 giver konstant N. Ved binær fordobling pr. generation er faktoren 2 pr. generation, ikke nødvendigvis pr. time.

Vækstrate eller vækstfaktor?

Prøv selv: En model er N(t) = 100e^(0,2t), hvor t måles i timer. Hvad er k og faktoren a pr. time? Hvilke værdier giver konstant N?

Se forklaring og kontrol

k = 0,2 time⁻¹ og a = e^0,2 ≈ 1,2214 pr. time. Konstant N fås ved k = 0 eller a = 1. k = 1 og a = 1 betyder derfor ikke det samme.

Afbild en mikrobiel vækstkurve

En vækstkurve viser udviklingen i den målte mikrobielle størrelse over tid, fx CFU/ml, et direkte celletal eller OD. Den skal navngive målemetode og enheder. En eksponentiel tilpasning skal udføres på et begrundet interval; hele en batchkurve følger normalt ikke én eksponentiel funktion.

Sådan løser du opgaven

Plot først observationerne i et punktdiagram. Vælg derefter en model, fx y = be^kt på et muligt eksponentielt interval, og undersøg residualer og usikkerhed. En høj R² kan vise en tæt tilpasning på intervallet, men beviser ikke alene eksponentiel vækst eller en bestemt mekanisme.

Et datasæt skal have en kolonne for tid med enhed og en kolonne for den målte størrelse. Den korte øvelse nedenfor bruger egne konstruerede celletal.

1. Marker data og tegn diagrammet

Lav et punktdiagram med tid på x-aksen og den målte størrelse på y-aksen. Vælg netop de observationer, hvis biologiske betingelser gør intervallet relevant.

2. Tilføj manglende diagramelementer

Tilføj aksetitler med enheder. Hvis du bruger en eksponentiel regression, skal modellen og dens parametre vises med tilstrækkelig præcision.

3. Tilpas aksetitlerne og tendenslinjen

Dobbeltklik på aksetitlerne og skriv dem ud, så de svarer til de variable i datasættet.

Gem modelligning og residualer. Kontrollér, om afvigelserne ser systematiske ud, og sammenlign eventuelt med en anden begrundet model. Menuer i regneark og CAS varierer; vurderingen afhænger af resultatet, ikke af en bestemt knap.

4. Kopier grafen over i din besvarelse. Skriv evt. en kort tekst

Besvar opgavens instruktion: En graf kræver tydelige akser og målepunkter. En argumentation for eksponentiel vækst kræver desuden et passende interval, modeltilpasning og vurdering af residualer og biologiske betingelser. R² alene er ikke et mekanismebevis.

Egne øvelsestal

Tid i minutter	Konstrueret celletal	Forhold til forrige punkt
0	40	Startværdi.
20	80	2.
40	160	2.
60	162	1,0125.

Vælg intervallet

Prøv selv: Egne konstruerede celletal er 40, 80, 160 og 162 efter 0, 20, 40 og 60 minutter. Hvilke punkter passer til konstant fordoblingstid?

Se forklaring og kontrol

De første tre passer til en fordobling hvert 20. minut. Sidste interval gør ikke: 162/160 ≈ 1,0125. Brug derfor ikke én eksponentiel model for alle fire punkter uden at undersøge residualer og mulige begrænsninger. Tallene er en øvelse, ikke forsøgsdata.

Bestem mikroorganismers fordoblingstid

Hvad er fordoblingstid?

Populationens fordoblingstid er det tidsrum, hvor dens antal bliver dobbelt så stort. En konstant fordoblingstid kræver et passende eksponentielt vækstinterval. Ved binær deling uden nævneværdig celledød svarer den til generationstiden; deling i sig selv garanterer ikke konstant eksponentiel nettovækst.

Sådan bestemmes fordoblingstiden

Brug opgavens data og instruktion til at vælge metode. En tilpasset funktion kan gøre beregningen mere præcis, hvis modellen er velbegrundet. En grafisk aflæsning kan også være relevant, men har aflæsningsusikkerhed. Metodevalget må forklares ud fra data, ikke et generelt karakterløfte.

Metode 1: Bestem fordoblingstid ud fra datasæt eller funktion

Du har typisk ikke funktionen for mikroorganismernes vækst opgivet direkte i opgaven, men i stedet et datasæt, som viser mængden af mikroorganismer til forskellige tidspunkter.

1. Bestem funktionen

Plot data med akser og enheder. Undersøg, om et eksponentielt interval er begrundet, før du tilpasser en funktion. Bevar tilstrækkelige cifre i parametrene til den efterfølgende beregning.

Som et regneeksempel bruges y = 0,2422e^0,1537t, hvor t måles i timer, og y er den angivne positive størrelses måleværdi. Koefficienten k = 0,1537 har enheden time⁻¹.

Vækstfunktionen er her bestemt til y = f(x) = 0,2422 ⋅ e^0,1537x.

2. Bestem a

Skriv f(t) = ba^t med a = e^0,1537. Bevar det uafrundede a i regningen. Her betyder a vækstfaktoren for én time; k er den kontinuerte relative vækstrate.

3. Beregn fordoblingstiden

Vi bestemmer fordoblingstiden T₂ vha. formlen for fordoblingstid:

T₂ = ln(2)/ln(a) = ln(2)/k, når a > 1 eller k > 0. Hvis t måles i timer, får T₂ enheden timer.

T₂ = ln(2)/0,1537 timer ≈ 4,51 timer. Bruges det afrundede a = 1,17 i stedet, bliver ln(2)/ln(1,17) ≈ 4,41 timer; de to beregninger må ikke blandes sammen.

Fordoblingstiden er dermed bestemt til 4,51 timer.

Metode 2: Bestem fordoblingstid ud fra en graf

Ved grafisk aflæsning vælges to positive y-værdier med forholdet 2 inden for samme eksponentielle interval. Fordoblingstiden er forskellen mellem de tilhørende tidspunkter. Gentag med andre par for at vurdere aflæsningsusikkerhed og intervallets egnethed.

For regneeksemplet ovenfor kan du sammenholde grafisk aflæsning med modellens beregning. Grafen skal have samme tidsenhed og samme vækstinterval.

1. Vælg to y-værdier, hvor den ene er dobbelt så stor som den anden

Vælg fx y = 0,300 og y = 0,600. En grov aflæsning kan give ca. 1,4 og 5,8 timer. Begge punkter skal tilhøre den samme model eller kurve.

2. Beregn fordoblingstiden

Fordoblingstiden T₂ beregnes som tiden mellem de to målinger, dvs. 5,8 timer − 1,4 timer = 4,4 timer.

Aflæsningen giver ca. 4,4 timer, mens den uafrundede modelparameter giver ca. 4,51 timer. Forskellen kan skyldes aflæsningsusikkerhed. En præcis modelligning er kun nyttig, når modellen beskriver det undersøgte interval tilstrækkeligt godt.

Kontrollér tid og fortegn

Prøv selv: En model har k = 0,035 min⁻¹. Find fordoblingstiden. Hvad sker der, hvis k = 0 eller k < 0?

Se forklaring og kontrol

T₂ = ln(2)/0,035 ≈ 19,80 minutter. Ved k = 0 er populationen konstant og har ingen endelig fordoblingstid. Ved k < 0 falder den og har i stedet en halveringstid ln(2)/|k|. En negativ beregnet T₂ skal ikke præsenteres som en fremtidig fordoblingstid.

Faglige kilder

OpenStax forklarer bakteriers struktur, horisontal genoverførsel, viruslivscyklus, mikrobiel vækst og tællemetoder og Gramfarvning. CDC beskriver resistensmekanismer og reproduktionstal og deres begrænsninger. SSI forklarer MRSA, og WHO skelner vacciners forskellige beskyttelsesmål. Dyrkningsarbejde følger lærerens risikovurderede protokol; ASM beskriver rammer for biosikkerhed i undervisningslaboratorier.

Mikrobiologi: vækst, virus og metoder

På denne side