Samenvatting Microbiologie Bio-ingenieur 2e Bac

Microbiologie
Module 1: Inleiding tot de microbiologie
Micro-organismen:
 Organismen die meestal te klein zijn om met het blote oog te zien.
 Organismen die in de natuur ééncellig leven of kunnen leven  alle organismen behalve
planten en dieren.
 Meeste mo leven ééncellig, sommige meercellig, echter minder complexe organisatie en
differentiatie dan planten en dieren.
 Ook virussen, hoewel geen celstructuur  afzonderlijke classificatie
  er is dus geen goed afgelijnde wetenschappelijke definitie

1.2 Micro-organismen als levende cellen
 Cel = fundamentele eenheid van leven
 Afgescheiden van omgeving en andere cellen door semipermeabele celmembraan
 Unieke eigenschappen van levende cellen >< dode systemen:
o Metabolisme: opname nutriënten, uitscheiding afvalproducten
o Reproductie: vorming van nagenoeg identieke dochtercellen
o Differentiatie: vorming van verschillende celtypes.
o Communicatie: uitwisseling van chemische signalen.
o Evolutie: ontwikkeling nieuwe eigenschappen in nakomelingen.
 Virussen:
o Geen cellen, bevatten geen echte celmembraan
o Stuk genetische informatie (DNA/RNA) verpakt in proteïnemantel
o Vermenigvuldiging afhankelijk van cellulaire machinerie van gastcel

1.3 Mo en hun omgeving
Definities
 Populatie = verzameling van klonaal verwante cellen
 Habitat = directe omgeving waarin populaties van mo leven
 Gemeenschap = verzameling van verschillende populaties in een habitat
 Ecosysteem = geheel van levende organismen met hun fysische en chemische omgeving
 Microbieel metabolisme wijzigt gradueel chemische en fysische eigenschappen van
ecosysteem  fundamenteel effect op planten en dieren
Rol van micro-organismen in ecosystemen
 Geschat aantal prokaryote cellen op aarde: 5x10^30; bevatten evenveel C als alle platen
op aarde en 10x zoveel P en N
 Mens bestaat uit meer MO (ca. 10^14) dan menselijke cellen (ca. 10^13)
 Mo zijn aanwezig in alle habitats waar planten of dieren aanwezig zijn, maar omgekeerd
geldt dit bijlange niet
 Meeste microbiële biomassa zou in de diepe ondergrond zitten (tot >10km)

1.4 Evolutie en verspreiding van mo op aarde
 Aarde is 4.6 miljard jaar oud; eerste leven 3.8 miljard jaar geleden

,  Alle huidige levende wezens wellicht ontstaan uit één enkele voorouder: LUCA: Last
Common Universal Ancestor.
 O2 ontstond pas na 2 miljard jaar uit fotosynthese door cyanobacteriën
 Drie grote evolutielijnen: Bacteria, Archaea, Eukarya


1.5 De impact van mo op menselijke activiteiten
Ziekten van plant, mens en dier
 Vele infectieziekten beheersbaar; sommige uitgeroeid
 Toch nog vele slachtoffers: 50 miljoen doden wereldwijd per jaar: luchtwegeninfecties,
diarree, tbc, AIDS, malaria, hepatitis, mazelen…
 Nieuwe infectieziekten kunnen opduiken (vogelgriep)
Landbouw
 Stikstoffixatie bij legumineuzen
 Vertering van cellulose in rumen van herkauwers
 Recycleren van C, N, S, P: hogere levensvormen onmogelijk zonder mo
Ons voedsel
 Micro-organosmen veroorzaken bederf van voedsel en voedselinfecties of –intoxicaties
 Processen zoals sterilisatie, koeling, drogen, vriezen, conserveermiddelen kunnen
houdbaarheid verlengen en veiligheid verhogen
 Aanwending van mo in fermentaties: brood, kaas, yoghurt, bier, wijn…
Industriële toepassingen
 Chemicaliën/brandstoffen (citroenzuur, azijn, melkzuur, antibiotica, ethanol, methaan…)
 Afbraak/verwijdering afvalstoffen: zuivering van water en bio remediëring van bodem.
Biotechnologie
 Productie recombinante eiwitten (bv. Insuline, chymosine)
 Genetische gewijzigde mo

1.6 – 1.9 Geschiedenis van de microbiologie
Robert Hooke/ Antoni van Leeuwenhoek (17e E)
 Eerste microscopische waarnemingen
Louis Pasteur
 Studie van optische isomeren in microbieel metabolisme
 Weerlegging ―spontane generatie‖- theorie; aantonen mo in de lucht
 Vaccinaties tegen anthrax, hondsdolheid
Robert Koch
 Gebruikt vaste voedingsbodems voor isolatie zuivere culturen
 De kiemtheorie: mo veroorzaken ziekten
 Koch‘s postulaten: criteria voor identificatie van mo als oorzaak van ziekte
 Identificatie van ziekteverwekkers: Bacillus anthrax, Myobacterium tuberculosis, Vibrio
cholerae

, Martinus beijerinck/ Sergei Winogradsky
 Principe van aanrijkingsculturen voor selectieve isolatie van mo
 Principe van chemolithotrofie (energie uit oxidatie anorganische verbindingen:
ammonium en H2S oxiderende bacteriën), N2 fixatie

2.1 – 2.2 lichtmicroscopie
 Vergroting: max 1000-15000; hoogste resolutie: 0.2 μm
 Helderveldmicroscopie: weinig contrast ongekleurde cellen
 Kleuring om contrast te verhogen
o Meestal kationische kleurstoffen: binden met zure (anionische) celcomponenten,
bv: nucleïnezuren, zure polysacchariden
o Differentiële kleuring
Bv. Gramkleuring: onderscheid gram+ en gram- bacteriën
 Fasecontrastmicroscopie
 Donkerveldmicroscopie
 Fluorescentiemicroscopie: visualisatie van objecten die fluoresceren; rest is niet
zichtbaar; excitatie (λex) en emissie (λem)
o Autofluorescentie: door celeigen componenten, bv. Chlorofyl
o Kleuring met fluorescente kleurstoffen (fluors) om specifieke structuren of
eigenschappen te visualiseren
o Gebruik van recombinant Green Fluorescent Proteïn (GFP) als fluorescente
merker

2.3 Driedimensionele beeldvorming
differentieel interferentie contrast microscopie
Atomic force microscopie
 Oppervlak van object wordt van uiterst dichtbij gescand met een ultradunne naald.
Interactiekrachten (aantrekking, afstoting) worden geregistreerd en verwerkt tot beeld van
het opervlak
 Geen destructieve preparatie nodig van object (>< TEM/SEM): waarneming van
levende, gehydrateerde objecten mogelijk
 Enorme vergrotingen
Confocal scanning laser microscopy
 Fluorescentiemicroscoop met nauwkeurig gefocuste laserlichtbron
 Preparaat wordt gescand op verschillende dieptes (tot enkele mm)
 Driedimensionaal beeld wordt door computer samengesteld

2.4 Elektronenmicroscopie
Transmissie –electronenmicroscopie
 e- in plaats van licht; electromagneten als lens
 resolutie ± 1000x groter dan lichtmicroscopie (vergroting tot 250000)
 geringe penetratie e-  ultradunne secties nodig; zelfs 1 cel is te dik
 contrastkleurstoffen: zware kernen die e- verstrooien, bv osmiumtetroxide, permanganaat,
uranium, lood
 studie structuur in de cel: DNA, ribosomen, organellen, opbouw celwand