Hoofdstuk 2: Bacteriën en virussen
Deel 1: Bacteriën
1.1. Situering van de bacteriën
Bacteriën vormen een zeer grote en diverse groep. Dit door hun zeer oude oorsprong en
dus een zeer lange evolutie en optimale adaptatie.
• Bacteria: bacteriën die infecties veroorzaken (zitten vnl in ons lichaam)
• Archaea: omgevingsbacteriën; werden ook gevonden in onze darmflora.
Het effect van micro-organismen op de gezondheid:
- Germ-free mice: Bevatten een abnormale villi alsook een abnormale
ontwikkeling van de darmen (specifiek: caecum) en de longen.
- Streptococcus pyogenes = kan een vleesetende bacterie worden.
o Zorgt voor post-infectie necrose; dit moet je operatief verwijderen.
o Het is etterverwekkend (= reactie van het immuunsysteem)
- De flora van de moeder gaat over naar het kind (vaginale bevalling vs keizersnede)
o Vaginale bevalling: de baby passeert het geboortekanaal waardoor hij in
contact komt met de vaginale flora → vormt de basis van het
darmmicrobioom (helpt bij vertering en immuunsysteem)
o Keizersnede: Baby komt niet in contact met de vaginale flora maar de
eerste bacteriële kolonisatie gebeurt via het huidcontact →
darmmicrobioom lijkt meer op dat van de huid.
De flora van de moeder kan ook pathogene bacteriën bevatten zodat de baby een
sepsis kan doen (bv. door bacteriën uit de vaginale flora; kan ook door andere
flora ontstaan).
1
,1.2. Anatomie van bacteriën: celmembraan, celwand, genoom en andere structuren
Bacteriën zijn opgebouwd uit:
- Celmembraan
- Meestal celwand
- Cytoplasma
- Ribosomen
- Één circulair genoom
Ze bevatten geen kern, geen mitochondriën en ook geen endoplasmatisch reticulum.
<> Eukaryoten: Bevatten wel een kern en zijn vaak diploïd.
<> Virussen: Intracellulaire parasieten en hebben het gastheer metabolisme nodig voor
hun expressie en vermenigvuldiging.
Bacteriën groeien extracellulair of in een gastheercel en maken gebruik van eenvoudige
voedingsbronnen.
De afmeting van een bacterie gaat van 0.5 tot 10 µm: er is dus een microscoop nodig om
ze te zien.
De celmembraan bestaat uit een fosfolipidendubbellaag. In deze fosfolipidenlaag zitten
macromoleculen (bv eiwitten) en ook (glycoproteïnen). Dit voor contact met de
omgeving en ook voor uitwisseling tussen intracellulaire en extracellulaire
compartiment. Het is selectief doorlaatbaar.
De meeste bacteriën hebben buiten de celmembraan ook een celwand. De
celwandsamenstelling van grampositieve en gramnegatieve bacteriën is verschillend.
Ook hebben sommige bacteriën geen celwand (bv. Mycoplasmata en Chlamydiae).
Het verschil tussen de gramnegatieve en grampositieve bacteriën, verklaart de
verschillende gevoeligheid voor antibiotica
2
, Grampositieve bacteriën (blauw)
= de celwand bevat grote hoeveelheden
peptidoglycaan als bouwsteen. Het bevat
ook andere macromolecules voor contact en
uitwisseling met de omgeving.
Gramnegatieve bacteriën (rood)
= Celwand heeft een dunne laag
peptidoglycaan en een 2de
lipidenmembraan (= buitenmembraan) met
daarin lipopolysacchariden (LPS =
endotoxines).
De structuur van een lipopolysacharide (LPS); het basisbestanddeel van de celwand van
gramnegatieve bacteriën.
We kunnen hierbij drie delen onderscheiden:
- Lipid A
- Binnenste polysachariden (= core polysacharide)
- Buitenste polysachariden = O-antigen (variabel: soort- of zelfs type-specifiek)
o Dit kan verschillend zijn van species tot species en zelfs binnen species.
Het wordt gebruikt om species verder te karakteriseren.
De LPS-molecule heeft een krachtig inflammatoire werking bij de mens: het veroorzaakt
koorts, activatie van stolling en inflammatie. Een alternatieve naam is endotoxines.
3
,1.2.1. Vorm van bacteriën en Gramkleuring
Door middel van het verschil in peptidoglycaansamenstelling in de celwand kan met
met behulp van gramkleuring ‘Gram+’ (=blauw) en ‘Gram-‘ (=rood) bacteriën
onderscheiden.
De vorm van meeste bacteriën is bolvormig (kok) of staafvormig (bacillen). Soms zijn er
meer typische vormen: fusiform, kommavormig, spirocheet (kurkertrekkervorm).
De 4 basisgroepen bacteriesoorten zijn grampositieve en gramnegatieve kokken en
staven.
Kokken in kettingen zijn meetstal streptokokken, als ze eerder in trosjes liggen zijn het
stafylokokken.
1.2.2. Celwand van mycobacteriën: een andere samenstelling
De celwand van een mycobacterie wordt o.a. gevormd door een dense laag van lange
mycolzuren. De gevolgen:
- Lange overleving in de natuur (bv. tuberculose), ondanks doogte en andere
omgevingsfactoren
- Besmettelijkheid en ziekmakend karakter: Ze zijn door niet-gestimuleerde
macrofagen nauwelijks verteerbaar. Bacillen overleven in de fagolysosoom van
de macrofaag en zijn zo moeilijk te bestrijden. Ze hebben hulp nodig van
cytokines en lymfocyten (probleem bij HIV/AIDS).
- Resistent tegenover verschillende antibiotica
- Zuurvast.
4
,1.2.3. Het bacterieel genoom
Het bacterieel genoom bestaat uit één chromosoom: een circulaire dubbelstrengige
DNA molecule.
De molecule is zeer compact opgevouwen (supercoiling). Enkel gyrasen en topo-
isomerasen kunnen het chromosoom ontvouwen en opvouwen. Deze enzymes worden
dus getarget voor antibiotica: de chinolonen.
Naast het genomische chromosoom komt soms extra genetisch materiaal onder vorm
van circulaire plasmiden voor.
1.2.4. Het minimum aantal genen nodig voor een levend wezen
Bacteriën zijn levende (micro-)organismen terwijl virionen dood zijn en maar tot ‘leven’
kunnen komen als ze in een gastheercel de bestaande transcriptie en translatie
machinerie kunnen gebruiken.
Virale genomen kunnen zo klein zijn dat ze soms slechts voor 5 eiwitten coderen (HBV)
of zo groot dat ze voor meer dan 200 eiwitten coderen (CMV).
Bacteriën met 4000 – 5000 genen zoals E. coli en mycobacterium tuberculosis hebben
extra genen voor bv:
- Antibiotica resistentie
- Overleving onder verschillende condities
- Virulentiefactoren
- Sporevorming
- Persistentie
Een enorm aanpassingsvermogen (voor te overleven in een omgeving), vraagt ook enorm
veel genen.
Kleine genomen bestaan bijna volledig uit genen die van belang zijn bij DNA replicatie,
translatie en energieproductie.
Grotere genomen hebben ook een regulatiemechanisme die via signaaltransductie de
transcriptie van genen kunnen reguleren.
5
, Op deze manier kunnen bacteriën zich aanpassen:
- Mycobacteriën gaan zich na de infectie omvormen van metabool zeer actieve
bacteriën tot ‘dormant’ bacteriën. De genexpressie en eiwitten die tot expressie
komen zijn dan totaal verschillend t.o.v. hun actieve fase.
In en op het lichaam van de gastheer zijn bacteriën en virussen in grote getallen en
diversiteit aanwezig.
- Ongeveer evenveel bacteriën als menselijke cellen in een lichaam (4*1013) en 10x
meer virussen (virussen > bacteriën).
- Duizenden verschillende soorten, die soort specifieke eiwitten tot expressie
brengen.
- Om het functioneren van een menselijk lichaam te begrijpen moeten micro-
organismen mee in rekening gebracht worden.
1.2.5. Extra structuren
Kapsel
= polysaccharidenlaag (suiker) rond de
celwand. Het beschermt de bacterie tegen
fagocytose.
Flagellen
= zorgen voor bewegelijkheid
Fimbriae
= aanhechtingsmoleculen. Deze binden op
specifieke (cel)receptoren. Deze zijn
belangrijk voor kolonisatie en virulentie.
Pilus
= connectie van 2 bacteriën. De donorcel
injecteer na ‘seksueel contact’ een kopie
van het circulaire plasmide in de ontvanger
cel.
Sporen
= fysiologische fase van de bacterie. Deze
fase beschermt de bacterie tegen hostiele
omgevingen (warmte, straling, uitdroging)
Zorgt ervoor dat de bacterie voor vele
maanden of jaren metabool inactief wordt.
Spore kan terug gaan naar vegetatieve vorm
bij een gunstige omgevingstoestand.
6
Deel 1: Bacteriën
1.1. Situering van de bacteriën
Bacteriën vormen een zeer grote en diverse groep. Dit door hun zeer oude oorsprong en
dus een zeer lange evolutie en optimale adaptatie.
• Bacteria: bacteriën die infecties veroorzaken (zitten vnl in ons lichaam)
• Archaea: omgevingsbacteriën; werden ook gevonden in onze darmflora.
Het effect van micro-organismen op de gezondheid:
- Germ-free mice: Bevatten een abnormale villi alsook een abnormale
ontwikkeling van de darmen (specifiek: caecum) en de longen.
- Streptococcus pyogenes = kan een vleesetende bacterie worden.
o Zorgt voor post-infectie necrose; dit moet je operatief verwijderen.
o Het is etterverwekkend (= reactie van het immuunsysteem)
- De flora van de moeder gaat over naar het kind (vaginale bevalling vs keizersnede)
o Vaginale bevalling: de baby passeert het geboortekanaal waardoor hij in
contact komt met de vaginale flora → vormt de basis van het
darmmicrobioom (helpt bij vertering en immuunsysteem)
o Keizersnede: Baby komt niet in contact met de vaginale flora maar de
eerste bacteriële kolonisatie gebeurt via het huidcontact →
darmmicrobioom lijkt meer op dat van de huid.
De flora van de moeder kan ook pathogene bacteriën bevatten zodat de baby een
sepsis kan doen (bv. door bacteriën uit de vaginale flora; kan ook door andere
flora ontstaan).
1
,1.2. Anatomie van bacteriën: celmembraan, celwand, genoom en andere structuren
Bacteriën zijn opgebouwd uit:
- Celmembraan
- Meestal celwand
- Cytoplasma
- Ribosomen
- Één circulair genoom
Ze bevatten geen kern, geen mitochondriën en ook geen endoplasmatisch reticulum.
<> Eukaryoten: Bevatten wel een kern en zijn vaak diploïd.
<> Virussen: Intracellulaire parasieten en hebben het gastheer metabolisme nodig voor
hun expressie en vermenigvuldiging.
Bacteriën groeien extracellulair of in een gastheercel en maken gebruik van eenvoudige
voedingsbronnen.
De afmeting van een bacterie gaat van 0.5 tot 10 µm: er is dus een microscoop nodig om
ze te zien.
De celmembraan bestaat uit een fosfolipidendubbellaag. In deze fosfolipidenlaag zitten
macromoleculen (bv eiwitten) en ook (glycoproteïnen). Dit voor contact met de
omgeving en ook voor uitwisseling tussen intracellulaire en extracellulaire
compartiment. Het is selectief doorlaatbaar.
De meeste bacteriën hebben buiten de celmembraan ook een celwand. De
celwandsamenstelling van grampositieve en gramnegatieve bacteriën is verschillend.
Ook hebben sommige bacteriën geen celwand (bv. Mycoplasmata en Chlamydiae).
Het verschil tussen de gramnegatieve en grampositieve bacteriën, verklaart de
verschillende gevoeligheid voor antibiotica
2
, Grampositieve bacteriën (blauw)
= de celwand bevat grote hoeveelheden
peptidoglycaan als bouwsteen. Het bevat
ook andere macromolecules voor contact en
uitwisseling met de omgeving.
Gramnegatieve bacteriën (rood)
= Celwand heeft een dunne laag
peptidoglycaan en een 2de
lipidenmembraan (= buitenmembraan) met
daarin lipopolysacchariden (LPS =
endotoxines).
De structuur van een lipopolysacharide (LPS); het basisbestanddeel van de celwand van
gramnegatieve bacteriën.
We kunnen hierbij drie delen onderscheiden:
- Lipid A
- Binnenste polysachariden (= core polysacharide)
- Buitenste polysachariden = O-antigen (variabel: soort- of zelfs type-specifiek)
o Dit kan verschillend zijn van species tot species en zelfs binnen species.
Het wordt gebruikt om species verder te karakteriseren.
De LPS-molecule heeft een krachtig inflammatoire werking bij de mens: het veroorzaakt
koorts, activatie van stolling en inflammatie. Een alternatieve naam is endotoxines.
3
,1.2.1. Vorm van bacteriën en Gramkleuring
Door middel van het verschil in peptidoglycaansamenstelling in de celwand kan met
met behulp van gramkleuring ‘Gram+’ (=blauw) en ‘Gram-‘ (=rood) bacteriën
onderscheiden.
De vorm van meeste bacteriën is bolvormig (kok) of staafvormig (bacillen). Soms zijn er
meer typische vormen: fusiform, kommavormig, spirocheet (kurkertrekkervorm).
De 4 basisgroepen bacteriesoorten zijn grampositieve en gramnegatieve kokken en
staven.
Kokken in kettingen zijn meetstal streptokokken, als ze eerder in trosjes liggen zijn het
stafylokokken.
1.2.2. Celwand van mycobacteriën: een andere samenstelling
De celwand van een mycobacterie wordt o.a. gevormd door een dense laag van lange
mycolzuren. De gevolgen:
- Lange overleving in de natuur (bv. tuberculose), ondanks doogte en andere
omgevingsfactoren
- Besmettelijkheid en ziekmakend karakter: Ze zijn door niet-gestimuleerde
macrofagen nauwelijks verteerbaar. Bacillen overleven in de fagolysosoom van
de macrofaag en zijn zo moeilijk te bestrijden. Ze hebben hulp nodig van
cytokines en lymfocyten (probleem bij HIV/AIDS).
- Resistent tegenover verschillende antibiotica
- Zuurvast.
4
,1.2.3. Het bacterieel genoom
Het bacterieel genoom bestaat uit één chromosoom: een circulaire dubbelstrengige
DNA molecule.
De molecule is zeer compact opgevouwen (supercoiling). Enkel gyrasen en topo-
isomerasen kunnen het chromosoom ontvouwen en opvouwen. Deze enzymes worden
dus getarget voor antibiotica: de chinolonen.
Naast het genomische chromosoom komt soms extra genetisch materiaal onder vorm
van circulaire plasmiden voor.
1.2.4. Het minimum aantal genen nodig voor een levend wezen
Bacteriën zijn levende (micro-)organismen terwijl virionen dood zijn en maar tot ‘leven’
kunnen komen als ze in een gastheercel de bestaande transcriptie en translatie
machinerie kunnen gebruiken.
Virale genomen kunnen zo klein zijn dat ze soms slechts voor 5 eiwitten coderen (HBV)
of zo groot dat ze voor meer dan 200 eiwitten coderen (CMV).
Bacteriën met 4000 – 5000 genen zoals E. coli en mycobacterium tuberculosis hebben
extra genen voor bv:
- Antibiotica resistentie
- Overleving onder verschillende condities
- Virulentiefactoren
- Sporevorming
- Persistentie
Een enorm aanpassingsvermogen (voor te overleven in een omgeving), vraagt ook enorm
veel genen.
Kleine genomen bestaan bijna volledig uit genen die van belang zijn bij DNA replicatie,
translatie en energieproductie.
Grotere genomen hebben ook een regulatiemechanisme die via signaaltransductie de
transcriptie van genen kunnen reguleren.
5
, Op deze manier kunnen bacteriën zich aanpassen:
- Mycobacteriën gaan zich na de infectie omvormen van metabool zeer actieve
bacteriën tot ‘dormant’ bacteriën. De genexpressie en eiwitten die tot expressie
komen zijn dan totaal verschillend t.o.v. hun actieve fase.
In en op het lichaam van de gastheer zijn bacteriën en virussen in grote getallen en
diversiteit aanwezig.
- Ongeveer evenveel bacteriën als menselijke cellen in een lichaam (4*1013) en 10x
meer virussen (virussen > bacteriën).
- Duizenden verschillende soorten, die soort specifieke eiwitten tot expressie
brengen.
- Om het functioneren van een menselijk lichaam te begrijpen moeten micro-
organismen mee in rekening gebracht worden.
1.2.5. Extra structuren
Kapsel
= polysaccharidenlaag (suiker) rond de
celwand. Het beschermt de bacterie tegen
fagocytose.
Flagellen
= zorgen voor bewegelijkheid
Fimbriae
= aanhechtingsmoleculen. Deze binden op
specifieke (cel)receptoren. Deze zijn
belangrijk voor kolonisatie en virulentie.
Pilus
= connectie van 2 bacteriën. De donorcel
injecteer na ‘seksueel contact’ een kopie
van het circulaire plasmide in de ontvanger
cel.
Sporen
= fysiologische fase van de bacterie. Deze
fase beschermt de bacterie tegen hostiele
omgevingen (warmte, straling, uitdroging)
Zorgt ervoor dat de bacterie voor vele
maanden of jaren metabool inactief wordt.
Spore kan terug gaan naar vegetatieve vorm
bij een gunstige omgevingstoestand.
6
