Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
Microbiologie
Inhoudsopgave
1. Microbiologie in beweging ..................................................................................................................... 4
1.1. Introductie ............................................................................................................................................ 4
1.2. De 3 domeinen van het leven ............................................................................................................... 4
1.3. De kiemtheorie van Koch ...................................................................................................................... 6
1.4. Interacties tussen species in een niche ................................................................................................. 6
1.5. Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom ............................................................................. 7
1.6. Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen ........................................................................................ 7
2. Bacteriën en virussen............................................................................................................................. 8
2.1. Bacteriën .............................................................................................................................................. 8
2.1.1. Situering van de bacteriën ............................................................................................................... 8
2.1.2. Anatomie van de bacteriën ............................................................................................................. 8
2.1.3. Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie ........................................................................ 12
2.1.4. Naamgeving en taxonomie ............................................................................................................ 14
2.1.5. Genotypische variatie bij bacteriën en typering............................................................................ 14
2.2. Virussen .............................................................................................................................................. 16
2.2.1. Classificatie .................................................................................................................................... 16
2.2.2. Structuur van een virion ................................................................................................................ 16
2.2.3. Eigenschappen ............................................................................................................................... 17
2.2.4. Virale levenscyclus ......................................................................................................................... 18
2.2.5. Aantonen van virussen .................................................................................................................. 22
3. Antibiotica en virostatica ..................................................................................................................... 23
3.1. Inleiding .............................................................................................................................................. 23
3.2. Antibiotica: interactie met bacteriën en gastheer .............................................................................. 24
3.2.1. De gastheer-kiem relatie ............................................................................................................... 24
3.2.2. Antibiotica en het menselijk lichaam ............................................................................................ 24
3.2.3. Antibiotica en bacteriën ................................................................................................................ 25
3.3. Het voorspellen van de werkzaamheid in de patiënt ......................................................................... 25
3.3.1. Het dilutie-antibiogram ................................................................................................................. 25
3.3.2. Het diffusie-antibiogram ............................................................................................................... 26
3.4. Het klinisch breekpunt ........................................................................................................................ 27
3.4.1. PK/PD kenmerken van het antibioticum ....................................................................................... 27
3.4.2. Invloed van lokale omstandigheden, bijzondere eigenschappen van de bacterie of de patiënt .. 28
3.5. Overzicht van antibiotica en hun werkingsmechanisme .................................................................... 28
3.5.1. Aangrijpingspunt 1: celwandsynthese ........................................................................................... 28
1
,Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
3.5.2. Groep 2: antibiotica die inwerken op de eiwitsynthese ................................................................ 29
3.5.3. Groep 3: antibiotica die inwerken op de nucleïnezuursynthese ................................................... 30
3.5.4. Groep 4: inhibitie van metabole pathways ................................................................................... 31
3.6. Antibioticaresistentie van bacteriën ................................................................................................... 31
3.6.1. Drijvende kracht(en) van resistentie ............................................................................................. 31
3.6.2. Mechanismen van resistentie........................................................................................................ 31
3.6.3. Kinetiek van ontstaan en verspreiding van resistentie .................................................................. 32
3.6.4. Persisters (en het onderscheid met resistentie mutanten) ........................................................... 33
3.6.5. Hoe resistentie voorkomen en inperken? ..................................................................................... 33
3.7. Profylactisch gebruik van antimicrobiële middelen ............................................................................ 34
3.8. Antibiotherapie in de praktijk ............................................................................................................. 34
3.8.1. Naar een concrete antibiotherapie: wat komt er zoal bij kijken? ................................................. 34
3.9. Middelen tegen virussen .................................................................................................................... 35
3.9.1. Antivirale middelen (virostatica) grijpen in op de virale levenscyclus........................................... 35
3.9.2. Anti-herpes middelen: acyclovir en valacyclovir (valyester prodrug van acyclovir) ...................... 35
3.9.3. Antivirale middelen: influenza....................................................................................................... 35
4. De barrières, de normale flora en de verstoring ervan ......................................................................... 36
4.1. Inleiding .............................................................................................................................................. 36
4.2. Barrières tegen micro-organismen ..................................................................................................... 36
4.2.1. The physical barriers that separate the body from its external environment............................... 36
4.2.2. Chemische barrière ....................................................................................................................... 37
4.2.3. Barrièrefunctie: de normale flora .................................................................................................. 37
4.3. Overzicht van de verschillende lichaamsoppervlakten met hun barrières en microflora ................... 38
4.3.1. Huidbarrière .................................................................................................................................. 38
4.3.2. Mondholte en bovenste luchtwegen ............................................................................................ 40
4.3.3. Diepe luchtwegen .......................................................................................................................... 41
4.3.4. Gastro-intestinaal stelsel ............................................................................................................... 43
4.3.5. Urogenitale slijmvliezen ................................................................................................................ 44
4.4. Abnormale flora en dysbacteriose ...................................................................................................... 45
4.4.1. Abnormale flora (kolonisatie) ........................................................................................................ 45
4.4.2. Dysbacteriose ................................................................................................................................ 45
4.5. Positieve beïnvloeding van de microflora ........................................................................................... 46
5. Virulentie en vatbaarheid .................................................................................................................... 47
5.1. Kiem-gastheer relatie: begrippen ....................................................................................................... 47
5.1.1. Infectie ≠ ziekte: kiem-gastheer relatie ......................................................................................... 47
5.1.2. Partner 1: de kiem ......................................................................................................................... 47
5.1.3. Virulentie ....................................................................................................................................... 47
5.1.4. Partner 2: de gastheer ................................................................................................................... 48
5.1.5. Vatbaarheid ................................................................................................................................... 48
5.2. Verloop van een infectie ..................................................................................................................... 48
5.2.1. Aanhechting +/- invasie: entry ...................................................................................................... 49
5.2.2. Vermenigvuldiging ......................................................................................................................... 49
5.2.3. Lokale of gegeneraliseerde verspreiding ....................................................................................... 49
2
,Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
5.2.4. Ontwijken afweer .......................................................................................................................... 50
5.2.5. Vrijkomen uit lichaam: exit ............................................................................................................ 50
5.2.6. Schade aan gastheer, immuunrespons inflammatie ..................................................................... 51
6. Reservoir en overdracht....................................................................................................................... 51
6.1. Exogene versus endogene infectieziekten .......................................................................................... 51
6.2. Reservoir en overdracht ..................................................................................................................... 51
6.3. Epidemie ............................................................................................................................................. 52
6.4. Verplicht aan te geven infectieziekten ............................................................................................... 52
3
,Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
1. Microbiologie in beweging
1.1. Introductie
Onze wereld è verandering (continue evolutie door continue verandering)
• Zichtbare wereld
• Niet-zichtbare wereld
We kunnen ons NIET afsluiten van bacteriën/pathogenen!
1.2. De 3 domeinen van het leven
17e E: uitvinding microscoop è levende micro-organismen beschreven
19e E: bestaansreden = rottingsprocessen
Leven wordt opgesplitst in het zichtbare en onzichtbare
• Toenmalige visie: onzichtbare leven ontstaat uit het levenloze,
zichtbare is geschapen
MAAR Pasteur bewijst dat het onzichtbare ontstaat uit leven
(bacteriën ontstaan uit andere bacteriën)
Belangrijk: rijk van bacteriën is meer divers dan alles wat we zien!!
16S rRNA = subunit van het ribosoom
• Functioneel identiek bij alle levende wezens
• Wordt gebruikt voor taxonomie/fylogenie
• Verwant aan 18S rRNA van eukaryoten
è Bacteriën verschillen bijna altijd!
è Nieuwe moleculaire technieken (massief parallel sequencen): RNA en DNA gebaseerd
leven beschrijven
4
, Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
De 3 domeinen van het leven:
• Archaea
Virussen zijn niet opgenomen
• Bacteria = dood materiaal (maakt deel
uit van genenpool van leven)
• Eukarya
Prokaryoten hebben geen kernstructuur
Eukaryoten hebben een celkern
Fylogenetische boom: gebaseerd op nucleïnezuursequenties
(16S/18S rRNA + DNA-sequenties)
LUCA = Last Universal Common Ancestor
Opisthokont = dieren en fungi
• Waarschijnlijk niet bestaan wegens frequent horiztonzale gentransfer
• Eukaryoten zijn ontstaan door fusie van bacteriën en archaea
Virussen en bacteriën passen zich aan de omgeving aan met een enorme snelheid
• Bacteriën: volledige resistentie in 11 dagen (wisselen continu genen met elkaar uit)
• Bij bacteriën véél horizontale gentranser è antibioticaresistentie
• Virussen: combinatie van meerdere antivirale middelen è heel de populatie moet
gevoelig zijn voor anti-viraal middel (moeilijk te bestrijden met 1 middel)
• RNA virus instabieler dan DNA virus è via RNA muteren & stabiliseren aan omgeving
E. coli genoom: core genoom en pangenome
• Alle E. coli hebben een core genoom (2200 genen)
• Pangenome (13.000 genen) è genen opnemen om resistent te worden
Bacterioloog: micro-organismen onder microsscoop
Viroloog: virussen onder elektronen-microscoop
Meer en meer antigeendetectie (eiwit of suikerketen) en genoomdetectie (PCR, NGS)
8% van humaan genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal = endogene retrovirussen
5
Microbiologie
Inhoudsopgave
1. Microbiologie in beweging ..................................................................................................................... 4
1.1. Introductie ............................................................................................................................................ 4
1.2. De 3 domeinen van het leven ............................................................................................................... 4
1.3. De kiemtheorie van Koch ...................................................................................................................... 6
1.4. Interacties tussen species in een niche ................................................................................................. 6
1.5. Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom ............................................................................. 7
1.6. Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen ........................................................................................ 7
2. Bacteriën en virussen............................................................................................................................. 8
2.1. Bacteriën .............................................................................................................................................. 8
2.1.1. Situering van de bacteriën ............................................................................................................... 8
2.1.2. Anatomie van de bacteriën ............................................................................................................. 8
2.1.3. Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie ........................................................................ 12
2.1.4. Naamgeving en taxonomie ............................................................................................................ 14
2.1.5. Genotypische variatie bij bacteriën en typering............................................................................ 14
2.2. Virussen .............................................................................................................................................. 16
2.2.1. Classificatie .................................................................................................................................... 16
2.2.2. Structuur van een virion ................................................................................................................ 16
2.2.3. Eigenschappen ............................................................................................................................... 17
2.2.4. Virale levenscyclus ......................................................................................................................... 18
2.2.5. Aantonen van virussen .................................................................................................................. 22
3. Antibiotica en virostatica ..................................................................................................................... 23
3.1. Inleiding .............................................................................................................................................. 23
3.2. Antibiotica: interactie met bacteriën en gastheer .............................................................................. 24
3.2.1. De gastheer-kiem relatie ............................................................................................................... 24
3.2.2. Antibiotica en het menselijk lichaam ............................................................................................ 24
3.2.3. Antibiotica en bacteriën ................................................................................................................ 25
3.3. Het voorspellen van de werkzaamheid in de patiënt ......................................................................... 25
3.3.1. Het dilutie-antibiogram ................................................................................................................. 25
3.3.2. Het diffusie-antibiogram ............................................................................................................... 26
3.4. Het klinisch breekpunt ........................................................................................................................ 27
3.4.1. PK/PD kenmerken van het antibioticum ....................................................................................... 27
3.4.2. Invloed van lokale omstandigheden, bijzondere eigenschappen van de bacterie of de patiënt .. 28
3.5. Overzicht van antibiotica en hun werkingsmechanisme .................................................................... 28
3.5.1. Aangrijpingspunt 1: celwandsynthese ........................................................................................... 28
1
,Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
3.5.2. Groep 2: antibiotica die inwerken op de eiwitsynthese ................................................................ 29
3.5.3. Groep 3: antibiotica die inwerken op de nucleïnezuursynthese ................................................... 30
3.5.4. Groep 4: inhibitie van metabole pathways ................................................................................... 31
3.6. Antibioticaresistentie van bacteriën ................................................................................................... 31
3.6.1. Drijvende kracht(en) van resistentie ............................................................................................. 31
3.6.2. Mechanismen van resistentie........................................................................................................ 31
3.6.3. Kinetiek van ontstaan en verspreiding van resistentie .................................................................. 32
3.6.4. Persisters (en het onderscheid met resistentie mutanten) ........................................................... 33
3.6.5. Hoe resistentie voorkomen en inperken? ..................................................................................... 33
3.7. Profylactisch gebruik van antimicrobiële middelen ............................................................................ 34
3.8. Antibiotherapie in de praktijk ............................................................................................................. 34
3.8.1. Naar een concrete antibiotherapie: wat komt er zoal bij kijken? ................................................. 34
3.9. Middelen tegen virussen .................................................................................................................... 35
3.9.1. Antivirale middelen (virostatica) grijpen in op de virale levenscyclus........................................... 35
3.9.2. Anti-herpes middelen: acyclovir en valacyclovir (valyester prodrug van acyclovir) ...................... 35
3.9.3. Antivirale middelen: influenza....................................................................................................... 35
4. De barrières, de normale flora en de verstoring ervan ......................................................................... 36
4.1. Inleiding .............................................................................................................................................. 36
4.2. Barrières tegen micro-organismen ..................................................................................................... 36
4.2.1. The physical barriers that separate the body from its external environment............................... 36
4.2.2. Chemische barrière ....................................................................................................................... 37
4.2.3. Barrièrefunctie: de normale flora .................................................................................................. 37
4.3. Overzicht van de verschillende lichaamsoppervlakten met hun barrières en microflora ................... 38
4.3.1. Huidbarrière .................................................................................................................................. 38
4.3.2. Mondholte en bovenste luchtwegen ............................................................................................ 40
4.3.3. Diepe luchtwegen .......................................................................................................................... 41
4.3.4. Gastro-intestinaal stelsel ............................................................................................................... 43
4.3.5. Urogenitale slijmvliezen ................................................................................................................ 44
4.4. Abnormale flora en dysbacteriose ...................................................................................................... 45
4.4.1. Abnormale flora (kolonisatie) ........................................................................................................ 45
4.4.2. Dysbacteriose ................................................................................................................................ 45
4.5. Positieve beïnvloeding van de microflora ........................................................................................... 46
5. Virulentie en vatbaarheid .................................................................................................................... 47
5.1. Kiem-gastheer relatie: begrippen ....................................................................................................... 47
5.1.1. Infectie ≠ ziekte: kiem-gastheer relatie ......................................................................................... 47
5.1.2. Partner 1: de kiem ......................................................................................................................... 47
5.1.3. Virulentie ....................................................................................................................................... 47
5.1.4. Partner 2: de gastheer ................................................................................................................... 48
5.1.5. Vatbaarheid ................................................................................................................................... 48
5.2. Verloop van een infectie ..................................................................................................................... 48
5.2.1. Aanhechting +/- invasie: entry ...................................................................................................... 49
5.2.2. Vermenigvuldiging ......................................................................................................................... 49
5.2.3. Lokale of gegeneraliseerde verspreiding ....................................................................................... 49
2
,Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
5.2.4. Ontwijken afweer .......................................................................................................................... 50
5.2.5. Vrijkomen uit lichaam: exit ............................................................................................................ 50
5.2.6. Schade aan gastheer, immuunrespons inflammatie ..................................................................... 51
6. Reservoir en overdracht....................................................................................................................... 51
6.1. Exogene versus endogene infectieziekten .......................................................................................... 51
6.2. Reservoir en overdracht ..................................................................................................................... 51
6.3. Epidemie ............................................................................................................................................. 52
6.4. Verplicht aan te geven infectieziekten ............................................................................................... 52
3
,Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
1. Microbiologie in beweging
1.1. Introductie
Onze wereld è verandering (continue evolutie door continue verandering)
• Zichtbare wereld
• Niet-zichtbare wereld
We kunnen ons NIET afsluiten van bacteriën/pathogenen!
1.2. De 3 domeinen van het leven
17e E: uitvinding microscoop è levende micro-organismen beschreven
19e E: bestaansreden = rottingsprocessen
Leven wordt opgesplitst in het zichtbare en onzichtbare
• Toenmalige visie: onzichtbare leven ontstaat uit het levenloze,
zichtbare is geschapen
MAAR Pasteur bewijst dat het onzichtbare ontstaat uit leven
(bacteriën ontstaan uit andere bacteriën)
Belangrijk: rijk van bacteriën is meer divers dan alles wat we zien!!
16S rRNA = subunit van het ribosoom
• Functioneel identiek bij alle levende wezens
• Wordt gebruikt voor taxonomie/fylogenie
• Verwant aan 18S rRNA van eukaryoten
è Bacteriën verschillen bijna altijd!
è Nieuwe moleculaire technieken (massief parallel sequencen): RNA en DNA gebaseerd
leven beschrijven
4
, Infectie en Afweer Prof. Verhasselt en Vandekerckhove
De 3 domeinen van het leven:
• Archaea
Virussen zijn niet opgenomen
• Bacteria = dood materiaal (maakt deel
uit van genenpool van leven)
• Eukarya
Prokaryoten hebben geen kernstructuur
Eukaryoten hebben een celkern
Fylogenetische boom: gebaseerd op nucleïnezuursequenties
(16S/18S rRNA + DNA-sequenties)
LUCA = Last Universal Common Ancestor
Opisthokont = dieren en fungi
• Waarschijnlijk niet bestaan wegens frequent horiztonzale gentransfer
• Eukaryoten zijn ontstaan door fusie van bacteriën en archaea
Virussen en bacteriën passen zich aan de omgeving aan met een enorme snelheid
• Bacteriën: volledige resistentie in 11 dagen (wisselen continu genen met elkaar uit)
• Bij bacteriën véél horizontale gentranser è antibioticaresistentie
• Virussen: combinatie van meerdere antivirale middelen è heel de populatie moet
gevoelig zijn voor anti-viraal middel (moeilijk te bestrijden met 1 middel)
• RNA virus instabieler dan DNA virus è via RNA muteren & stabiliseren aan omgeving
E. coli genoom: core genoom en pangenome
• Alle E. coli hebben een core genoom (2200 genen)
• Pangenome (13.000 genen) è genen opnemen om resistent te worden
Bacterioloog: micro-organismen onder microsscoop
Viroloog: virussen onder elektronen-microscoop
Meer en meer antigeendetectie (eiwit of suikerketen) en genoomdetectie (PCR, NGS)
8% van humaan genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal = endogene retrovirussen
5
