Microbiële interacties
Micro-organismen: organismen die microscopisch klein en eencellig kunnen zijn + virussen
Opportunistisch pathogeen: een organisme dat meestal vrij levend is, maar onder
bepaalde condities ziekte kan veroorzaken
- Parasieten zijn vrijwel altijd eukaryoot
Primair pathogeen: een organisme dat door directe interactie ziekte kan veroorzaken in
een gezonde gastheer
Pathobionten: commensalen die ziekte veroorzaken
Virulentiefactoren zijn belangrijk bij MO interacties:
- Is het organisme kweekbaar?
- Is het organisme genetisch toegankelijk?
- Is er een goed modelsysteem voor de interactie?
Antoni van Leeuwenhoek heeft de bacterie ontdekt.
De celwand van een gram-negatieve bacterie bevat een dunne laag peptidoglycaan en een
membraan.
Schimmels bevatten ergosterol.
Mechanismen van horizontale genoverdracht:
- Natuurlijke transformatie: opname van DNA uit de omgeving via complexe
machinery (IV) en recombinatie
- Algemene transductie: lytische cyclus, een willekeurig stuk DNA is verpakt in een
viruspartikel wat vervolgens wordt geïntroduceerd in een acceptor cel en daar
recombinatie ondergaat
- Gespecialiseerde transductie: het DNA aanliggende aan de profaag wordt per
ongeluk meegenomen tijdens de release van het chromosoom, wat vervolgens wordt
geïntroduceerd in een acceptor cel en daar recombinatie ondergaat
- Conjugatie: overdracht van DNA (vaak via plasmiden) via cel-cel contact. Plasmiden
kunnen onafhankelijk repliceren
Wanneer de Lacl repressor afwezig is bij het Lac operon wordt het operon altijd hoog
afgeschreven, als er maar geen glucose is.
- Complete regulatie Lac operon
- Aanwezigheid lactose: binden lactose aan repressor en opheffen negatieve
regulatie
- Afwezigheid glucose: geen glucose, hoge concentratie cAMP, binden cAMP
aan CRP, binding complex aan binding site, binding RNA polymerase en
transcriptie
Er zijn minimaal 2 genen betrokken bij de quorum sensing regulatie in gram-negatieve
bacteriën.
, - Quorum sensing is een regulatiemechanisme waarmee bacteriën hun genexpressie
kunnen afstemmen op de populatiedichtheid aan de hand van signaalmoleculen:
- Luxl (I: inducer) maakt een klein molecuul, acetylated homoserine lacton,
autoinducer genoemd
- LuxR (R; regulator) bindt de autoinducer en zet in gebonden vorm de lux
genen aan, maar ook het luxl gen
Schimmels zijn vrijwel altijd haploid.
Een type III secretie systeem in gram-negatieve bacteriën is verwant aan de flagel en
betrokken bij het injecteren van effector eiwitten in eukaryote gastheercellen.
Het vaccin tegen de pokken bestond uit een verwante soort (koeienpokken) van de pokken
Soorten vaccins:
- Verwante niet-pathogene soorten
- Verzwakte stammen van het pathogeen
- Dode of geïnactiveerde organismen, door hitte of cross-linking
- Subunits vaccin
- Vector vaccin (ongevaarlijk micro-organisme/virus)
- DNA/RNA vaccin (genetisch materiaal dat codeert voor een antigen)
De PAMPs voor virussen: ongemethyleerd CpG DNA en dsRNA; voor bacteriën: flagellin,
lipopolysaccharide (LPS) en peptidoglycaan en voor schimmels: mannan
(oligosaccharide in de celwand) en beta glucaan (β glucan)
Macrofagen, dendritische cellen (DCs) en neutrofielen zijn de drie belangrijkste
fagocyten
Lysozym is een kationisch eiwit, verantwoordelijk is voor de afbraak van het bacteriële
macromolecuul peptidoglycaan in het fagolysosoom. Peptidoglycaan heeft een
beschermende functie voor de bacterie, dus als dat wordt afgebroken resulteert dit in sterfte
van de bacterie.
Interactie tussen binnendringende microbe en complement systeem:
1. Binding antilichaam van de gastheer aan het antigeen van de microbe
2. Interactie C1 met het antilichaam-antigeen complex
3. Opeenvolgende hydrolyse van C2, C3, C4 en C5 eiwitten
4. Formatie Membrane Attack Complex (MAC)
5. Lysis van de microbe
De kleinere eiwitten van het complementsysteem, C3A en C5B, zijn verantwoordelijk voor
het aantrekken van leukocyten (chemotaxis) en het verhogen van de vasculaire
permeabiliteit
Cytotoxische T-cellen: CD8+
T helper cellen: CD4+
Dendritische cellen presenteren antigenen aan T cellen in de lymfeknopen.
, Humane microbiota/ microbioom: alle micro-organismen op het menselijk lichaam
- Technieken om samenstelling te bepalen:
- Amplicon sequencing: DNA wordt geïsoleerd, waarna 16S rRNA genen
(prokaryoten) of andere genen/ loci amplificeren met PCR (universele
primers) en sequencen
- Niet alle microbiota kunnen interacteren met de universele primers; je
mist veel
- Eukaryoten kunnen slecht/niet worden geanalyseerd
- Informatie is beperkt
- Whole genome metagenomics: isoleren, fragmenteren en sequencen van al
het DNA
- Alle organismen en virussen kunnen geanalyseerd worden
- Geeft informatie over genen en hun functies
- Identificatie tot op stam mogelijk
- Veel (extra) informatie moet geanalyseerd worden
Dunne darm: mucus is niet aan het epitheel bevestigd en vormt een diffusie barrière met
antibacteriële producten die penetratie door bacteriën voorkomen
Een betere hygiëne zorgt voor een minder divers microbioom
Colon: bacteriën zijn gecompartimentaliseerd in de buitenste mucuslaag. De binnenste
mucuslaag, die aan het epithelium is bevestigd, is bijna vrij van bacteriën en beschermt het
epitheel
Microbiële gemeenschappen op de huid zijn over het algemeen stabiel door de tijd heen,
ondanks externe blootstelling
Kolonisatie resistentie: het is moeilijk voor een nieuwe bacterie stam om een stabiele
populatie te vestigen in een bestaand microbioom
Samenstelling darm microbiota (per persoon 150-200 soorten):
- Bacteria (98%), archaea (0,05-1%; vaak maar één soort) , fungi, virussen
- Twee dominante phyla
- Bacteroidetes
- Firmicutes
Functie microbiota:
- Productie vitamines: K12 en B
- Bescherming tegen pathogenen (kolonisatie resistentie)
- Intacte darmfunctie
- Reguleren immuunsysteem (zowel aangeboren als adaptief systeem)
- Ontwikkeling van hersenen en gedrag
- Afbreken van complexe polymeren en vorming short chain fatty acids (SCFAs), voor
extra energie (10% uit butaanzuur) en verzadiging
Micro-organismen: organismen die microscopisch klein en eencellig kunnen zijn + virussen
Opportunistisch pathogeen: een organisme dat meestal vrij levend is, maar onder
bepaalde condities ziekte kan veroorzaken
- Parasieten zijn vrijwel altijd eukaryoot
Primair pathogeen: een organisme dat door directe interactie ziekte kan veroorzaken in
een gezonde gastheer
Pathobionten: commensalen die ziekte veroorzaken
Virulentiefactoren zijn belangrijk bij MO interacties:
- Is het organisme kweekbaar?
- Is het organisme genetisch toegankelijk?
- Is er een goed modelsysteem voor de interactie?
Antoni van Leeuwenhoek heeft de bacterie ontdekt.
De celwand van een gram-negatieve bacterie bevat een dunne laag peptidoglycaan en een
membraan.
Schimmels bevatten ergosterol.
Mechanismen van horizontale genoverdracht:
- Natuurlijke transformatie: opname van DNA uit de omgeving via complexe
machinery (IV) en recombinatie
- Algemene transductie: lytische cyclus, een willekeurig stuk DNA is verpakt in een
viruspartikel wat vervolgens wordt geïntroduceerd in een acceptor cel en daar
recombinatie ondergaat
- Gespecialiseerde transductie: het DNA aanliggende aan de profaag wordt per
ongeluk meegenomen tijdens de release van het chromosoom, wat vervolgens wordt
geïntroduceerd in een acceptor cel en daar recombinatie ondergaat
- Conjugatie: overdracht van DNA (vaak via plasmiden) via cel-cel contact. Plasmiden
kunnen onafhankelijk repliceren
Wanneer de Lacl repressor afwezig is bij het Lac operon wordt het operon altijd hoog
afgeschreven, als er maar geen glucose is.
- Complete regulatie Lac operon
- Aanwezigheid lactose: binden lactose aan repressor en opheffen negatieve
regulatie
- Afwezigheid glucose: geen glucose, hoge concentratie cAMP, binden cAMP
aan CRP, binding complex aan binding site, binding RNA polymerase en
transcriptie
Er zijn minimaal 2 genen betrokken bij de quorum sensing regulatie in gram-negatieve
bacteriën.
, - Quorum sensing is een regulatiemechanisme waarmee bacteriën hun genexpressie
kunnen afstemmen op de populatiedichtheid aan de hand van signaalmoleculen:
- Luxl (I: inducer) maakt een klein molecuul, acetylated homoserine lacton,
autoinducer genoemd
- LuxR (R; regulator) bindt de autoinducer en zet in gebonden vorm de lux
genen aan, maar ook het luxl gen
Schimmels zijn vrijwel altijd haploid.
Een type III secretie systeem in gram-negatieve bacteriën is verwant aan de flagel en
betrokken bij het injecteren van effector eiwitten in eukaryote gastheercellen.
Het vaccin tegen de pokken bestond uit een verwante soort (koeienpokken) van de pokken
Soorten vaccins:
- Verwante niet-pathogene soorten
- Verzwakte stammen van het pathogeen
- Dode of geïnactiveerde organismen, door hitte of cross-linking
- Subunits vaccin
- Vector vaccin (ongevaarlijk micro-organisme/virus)
- DNA/RNA vaccin (genetisch materiaal dat codeert voor een antigen)
De PAMPs voor virussen: ongemethyleerd CpG DNA en dsRNA; voor bacteriën: flagellin,
lipopolysaccharide (LPS) en peptidoglycaan en voor schimmels: mannan
(oligosaccharide in de celwand) en beta glucaan (β glucan)
Macrofagen, dendritische cellen (DCs) en neutrofielen zijn de drie belangrijkste
fagocyten
Lysozym is een kationisch eiwit, verantwoordelijk is voor de afbraak van het bacteriële
macromolecuul peptidoglycaan in het fagolysosoom. Peptidoglycaan heeft een
beschermende functie voor de bacterie, dus als dat wordt afgebroken resulteert dit in sterfte
van de bacterie.
Interactie tussen binnendringende microbe en complement systeem:
1. Binding antilichaam van de gastheer aan het antigeen van de microbe
2. Interactie C1 met het antilichaam-antigeen complex
3. Opeenvolgende hydrolyse van C2, C3, C4 en C5 eiwitten
4. Formatie Membrane Attack Complex (MAC)
5. Lysis van de microbe
De kleinere eiwitten van het complementsysteem, C3A en C5B, zijn verantwoordelijk voor
het aantrekken van leukocyten (chemotaxis) en het verhogen van de vasculaire
permeabiliteit
Cytotoxische T-cellen: CD8+
T helper cellen: CD4+
Dendritische cellen presenteren antigenen aan T cellen in de lymfeknopen.
, Humane microbiota/ microbioom: alle micro-organismen op het menselijk lichaam
- Technieken om samenstelling te bepalen:
- Amplicon sequencing: DNA wordt geïsoleerd, waarna 16S rRNA genen
(prokaryoten) of andere genen/ loci amplificeren met PCR (universele
primers) en sequencen
- Niet alle microbiota kunnen interacteren met de universele primers; je
mist veel
- Eukaryoten kunnen slecht/niet worden geanalyseerd
- Informatie is beperkt
- Whole genome metagenomics: isoleren, fragmenteren en sequencen van al
het DNA
- Alle organismen en virussen kunnen geanalyseerd worden
- Geeft informatie over genen en hun functies
- Identificatie tot op stam mogelijk
- Veel (extra) informatie moet geanalyseerd worden
Dunne darm: mucus is niet aan het epitheel bevestigd en vormt een diffusie barrière met
antibacteriële producten die penetratie door bacteriën voorkomen
Een betere hygiëne zorgt voor een minder divers microbioom
Colon: bacteriën zijn gecompartimentaliseerd in de buitenste mucuslaag. De binnenste
mucuslaag, die aan het epithelium is bevestigd, is bijna vrij van bacteriën en beschermt het
epitheel
Microbiële gemeenschappen op de huid zijn over het algemeen stabiel door de tijd heen,
ondanks externe blootstelling
Kolonisatie resistentie: het is moeilijk voor een nieuwe bacterie stam om een stabiele
populatie te vestigen in een bestaand microbioom
Samenstelling darm microbiota (per persoon 150-200 soorten):
- Bacteria (98%), archaea (0,05-1%; vaak maar één soort) , fungi, virussen
- Twee dominante phyla
- Bacteroidetes
- Firmicutes
Functie microbiota:
- Productie vitamines: K12 en B
- Bescherming tegen pathogenen (kolonisatie resistentie)
- Intacte darmfunctie
- Reguleren immuunsysteem (zowel aangeboren als adaptief systeem)
- Ontwikkeling van hersenen en gedrag
- Afbreken van complexe polymeren en vorming short chain fatty acids (SCFAs), voor
extra energie (10% uit butaanzuur) en verzadiging
