Samenvatting MIB-11306

Microbiology
MIB - 11306


Chapter 1
Micro-organismen en microbiologie




2 Prokaryoot: "voor-kern"
mRNA en DNA in direct contact met ribosomen
Prokaryoten: archaea en bacteriën 1 Eukaryoot: "echte-kern"
mRNA moet door kernmembraan heen:
transcriptie en translatie fysiek gescheiden
Prokaryoten Eukaryoten
Kern met membraan - + Energieomzetting in bacteriën over
Chromosomen 1 >1 celmembraan (door afwezigheid mito’s) →
Mitochondriën - + complexer membraan nodig
Chloroplasten - +
E.R. - + Archaea: prokaryoten: chromosomen lijken op
Celwand Complex Simpel die van bacteriën, maar verschil in replicatie en
(met peptidoglycaan) (dieren geen)
opgerold zijn van DNA verschilt
Ribosomen Kleine Grote
(behalve in mitochondriën Virussen: gastheercel nodig voor voortplanting;
vaak niet als levend organisme beschouwd
en chloroplasten)

Specifiek: speciale virussen voor bijv. planten zijn niet schadelijk
voor mensen
 Bestaat uit DNA/RNA met evt. vetlaag eromheen + eiwitmantel
 Naakt virus: heeft geen vetlaag

Micro-organismen
 Grootste deel van biomassa van de aarde
 Belangrijkste structuren: cytoplasmamembraan, DNA, RNA en
ribosomen
 Eigenschappen van alle micro-organismen
 Metabolisme: opname en omzetting nutriënten,
uitscheiding van afvalstoffen
- cel is dus een open systeem
 Groei; nutriënten uit omgeving gebruikt voor vorming
nieuwe cellen; voortplanting
 Evolutie: ontstaan nieuwe eigenschappen in nieuwe
soorten, weergegeven in fylogenetische boom
- gaat heel snel; antibioticumresistentie
 Eigenschappen van sommige micro-organismen
 Differentiatie: vorming van nieuwe celstructuren, zoals spore
 Communicatie: interactie tussen cellen door chemische signalen
 Genetische uitwisseling: uitwisselen van genen tussen donor en acceptorcel
 Beweeglijkheid: eigen aandrijving om te bewegen (flagel/zweepstaart)


1 - 74

,VOORBEELDEN ZIEKTEN DOOR MICRO-ORGANISMEN

Ebola (virus)
 Veroorzaakt ernstige bloedafwijking; inwendige bloedingen
 Overdraagbaar via alle lichaamssappen
 Virus houdt stand als er een uitbraak is
 Overleeft in mensenapen; maar deze leven in kolonies en niet opvallend veel besmette dieren
 Verblijft in vleerhonden

Vogelgriep (virus)
 Zeer besmettelijk virus voor vogels
 Besmetting vaak gevolgd door overlijden
 Code voor versie van virus: H5N8 / H5N1-variant
 H: hemagglutinine: eiwit dat hecht aan cel van de gastheer
 N: neuraminidase: enzym dat bijdraagt aan verspreiding vanuit cel van gastheer

Oceaan met virussen: voorkomt overheersen van bijv. bepaalde algensoorten; ecologisch belang
Per mL zeewater miljoen-miljard virusdeeltjes

Evolutie en diversiteit
 4.6 miljard jaar geleden ontstaan van de aarde
 3.8 miljard jaar geleden ontstaan van bacteriën
 Bacteriën en archaea zorgden voor zuurstof in de
atmosfeer
 Voorheen: anoxische atmosfeer: N2, CO2, CH4
 Nu: belangrijk voor in stand houden van ons milieu
(O2-productie)

LUCA: last universal common ancestor




Fylogenie: studie van ontstaansgeschiedenis van een
groep organismen
 Verkregen door sequencing van rRNA genen (het RNA in de ribosomen)

Habitat: milieu waarin een microbiële populatie leeft
Mengcultuur/-populatie: meerdere soorten micro-organismen door elkaar
Ecosysteem: alle levende organismen + fysieke en chemische componenten van die habitat
Plaatsen op aarde zonder micro-organismen: lava van vulkanen
 Vloeibaar water belangrijkste voorwaarde voor microbiële activiteit

Positieve rol micro-organismen:
 Stikstofbindende micro-organismen in plantenwortels → geen bemesting nodig
 Fermentatie van glucose tot vetzuren, CO2 en methaan (vertering cellulose in pens van koe)
Negatieve rol micro-organismen:
 Antibiotica resistente MRSA bacterie in ziekenhuizen
 Antibioticum paradox: door veel gebruik te maken van antibioticum worden micro-organismen gedood,
maar er worden ook veel micro-organismen resistent
 Griekenland en Cyprus extreem hoog antibioticum gebruik

2 - 74

,Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723): eerste waarneming micro-organismen
Martinus Beijerinck (1851-1931): microbiële ophopingstechnieken (=condities bepalen waardoor alleen
bepaalde soort bacteriën groeien), N2-bindende bacteriën en sulfaat reducerende bacteriën
Louis Pasteur (1822-1895): verschil tussen aerobe en anaerobe bacteriën

Aerobe bacteriën
 Ademhalen met zuurstof; zuurstof opname om er een verbinding mee te verbranden; oxidatie
 Elektronen komen vrij
 Elektronen via respiratieketen naar elektronacceptor; zuurstof
 (denk aan elektronen transportketen in mito’s bij mensen; zuurstof geoxideerd tot water) → ATP ontstaat
Anaerobe bacteriën: halen adem met andere elektronacceptor van buitenaf; (NO 3-, SO42-, CO2, Fe3+)
 Óf is fermentief: gebruikt zelfgemaakte organische verbinding als elektronacceptor (bijv. gistcellen)
 Gist: anaeroob en aeroob
 Anaerobe verbranding: sucrose → CO2 + ethanol (bereiding wijn en bier)
Aerobe verbranding: sucrose → CO2 + H2O

Oxidatiegetal: mate van geoxideerd zijn van een molecuul
 Elektron-arm: geoxideerd
 Elektron-rijk: gereduceerd
 vb: oxidatiegetal 0 → evenveel elektronen en protonen
oxidatiegetal -1 → een elektron meer dan het aantal protonen
oxidatiegetal +1 → een elektron minder dan het aantal protonen

Alexander Fleming (1881-1955): ontdekking precieze werking penicilline
 Ontdekking door ‘fout’ tijdens kweekje maken van patiënt met huidaandoening
 Vergeten de kweek te incuberen bij hoge temperatuur → schimmelgroei (penicillium) in hoek petrischaal
 Rondom schimmel geen bacteriëngroei → werking penicilline

Sergei Winogradsky (1856-1953): Winogradsky kolom; verschillende stoffen in kolom → verschillende soorten
bacteriën groeien op verschillende hoogtes: bepalen welke stof de bacteriën oxideren voor ATP generatie
 Bacteriën die energie halen uit oxidatie van ijzer, zwavel en ammoniak
 Chemolithotrofie
 Chemo: energie komt vrij door chemische reactie (redox reactie)
 Lithotroof: gebruik van anorganisch substraat als elektronendonor
- sulfide oxidatie H2S → S → SO42- ADP → ATP
- nitrificatie NH3 → NO2- → NO3-
= elke verbinding waarin C, N, S, Fe, Mn, Se, …… voorkomt in gereduceerde vorm kan als energiebron
dienen voor micro-organismen

Carl Woese (1928-2012): ontdekker Archaea als aparte groep van prokaryoten op basis van rRNA sequenties
 Genoom van Archaeon Methanococcus jannaschii bleek meer verwant aan de mens dan aan bacterie →
Archaea is domein tussen mensen en bacteriën in

Chapter 2
Microbiële celstructuur en functie

Microscopie
 Lichtmicroscopie
 Helder veld/donker veld: geen details in cellen, (Gram-)kleuring vaak noodzakelijk
 Fasecontrast: kleine verschillen in brekingsindex kunnen worden waargenomen; sporen en
reservestoffen
 Elektronenmicroscopie
 Transmissie elektronen microscoop: structuren
 Scanning elektronen microscoop: 3D beeld
3 - 74

, Bacteriën
 Cytoplasma
 Kernmateriaal: DNA, geen kernmembraan, vormt nucleoïde
 1 chromosoom + (evt.) plasmide
- uitzondering: Vibrio cholerae; heeft 2 chromosomen
1e chromosoom bevat DNA replicatie, celdeling, celwandsynthese informatie (veel groter)
2e chromosoom bevat ribosomale eiwitten, transport van suikers en DNA reparatie
 Dubbelstrengs DNA
 Transcriptie en translatie niet gescheiden
 Essentiële (“housekeeping”) genen op chromosoom; voor
celdeling, proliferatie, etc.
 Speciale genen op plasmide; bijv. antibioticum resistentie

Plasmide: genetisch element die onafhankelijk van
gastheerchromosoom kan repliceren, maar wel afhankelijk zijn van
door het chromosoom gecodeerde enzymen
 Dubbelstreng DNA, meestal circulair uitzondering: Borrelia
burgdorferi; ziekte van Lyme
 R-plasmide: verantwoordelijk voor resistentie tegen antibiotica
(ook andere functies mogelijk)
 Plasmide kan geïntegreerd raken in chromosoom, bevat
onnodige genen, maar kan wel van pas komen
 Overdracht van plasmiden tussen prokaryoten, maar ook van
prokaryoten naar eukaryoten
 Conjugatie: pilus hecht aan andere cel → pilus wordt korter
→ binding tussen speciale membraaneiwitten → plasmide-
overdracht
 Transformatie: DNA in donorcel breekt in stukken → cel
knapt; DNA komt vrij → ontvanger neemt vrij DNA op in
eigen DNA = tactiek bij
genetische modificatie
 Transductie: virus injecteert donorcel →
chromosoomverstoring → virussen die donor DNA bevatten,
verlaten cel → injectie DNA van donorcel in ontvanger
- lytische cyclus; bacteriofaag injecteert eigen DNA in
donorcel → menging met gastheer DNA →
ontstaan fagen met gastheer DNA en normale fagen →
injectie faag met gastheer DNA in ontvangercel
- lysogene cyclus; bacteriofaag injecteert eigen DNA in
donorcel → DNA wordt opgenomen in DNA van
ontvangende cel óf vormt aparte plasmide




4 - 74