Medische bacteriologie
H1 Morfologie en taxonomie van bacteriën
1. Opbouw bacteriële cel
1 um. Samenstelling prokaryote bacteriële cel:
- Cytoplasma met vrij DNA, zonder organellen (wel 70S ribosomen): regio cytoplasma dat DNA
bevat = nucleoïd = chromosoom en plasmiden; niet gebonden aan histonen maar wel
opgerold (supercoiling); onregelmatige granules met reservemateriaal; stofwisseling
intermediairen
- Cytoplasmamembraan: lipide dubbellaag zonder sterolen (minder stevig), voornaamste
metabool orgaan want geen organellen: energieproductie (neemt rol over van
mitochondriën), afbraak en biosynthese; mitose. Ook transport:
o Opname voedingsstoffen uit milieu: passief (diffusie en gefaciliteerde diffusie via
carrierproteïnen) of actief (groep translocatie, tegen gradiënt in);
o Ook uitstoot schadelijke stoffen via effluxpompen
- Celwand: vorm, stevigheid, bescherming en helpt in adherentie. Door zwak
plasmamembraan zouden bacteriën openbarsten door hoge osmotische druk zonder
celwand. Vorm bacterie en bescherming tegen toxische substanties door celwand!
Op basis van opbouw: onderverdeling. Maar belangrijkste basiseenheid = peptidoglycaan
o Polysacharide ruggengraat: polymeer van disachariden
(NacGlc en NacMur); aminosuikers
o Tetrapeptide cross linking
o 2D structuur
Biosynthese peptidoglycaan: aanmaak subunits in cytoplasma,
transport subunits doorheen membraan, polymerisatie, cross linking
en transpeptidatie door PBP’s (peniciline binding protein)
Groeiende bacterie? Constant afbraak en opbouw peptidoglycaan
door autolysines; celwandsynthese inhiberende AB blokkeren
transpeptidasen; autolysine blijft actief? Bacterie dood
Opbouw celwand:
- Gram-positieve bacteriën:
Behouden blauwe kleur na ontkleuring; celwand: meerdere lagen
peptidoglycaan (beschermen tegen lysis bij lagere osmotische druk en tegen
schadelijke uitwendige stoffen) + (lipo)teichoïnezuren (stevigheid en
aanhechting EC moleculen)
- Gram-negatieve bacteriën:
Enkele lagen peptidoglycaan (minder stevig dan +), periplasmatische ruimte
met enzymes, buitenste membraan:
o Fosfolipiden dubbellaag
, o Lipopolysacharide of LPS
Lipide A: disacharide met vetzuren en fosfaatgroepen; verankert LPS in
buitenste laag buitenmembraan
Stimulator immuunsysteem; = endotoxine
Core: suikers identiek aan éénzelfde soort
bacterie
Lange keten suikers: repeating units
verschillend voor species en binnen species = O
antigeen: wekken specifieke Ab op
- Zuurvaste bacteriën
Dikke peptidoglycaanlaag: kan niet ontkleurd worden! Mycobacteriën
belangrijkst. PG gaat over in polysachariden (arabinose en galactose),
erop mycolzuurlaag en nog eens erboven: glycolipiden
- Spirochaeten:
Spiraalvormig. Zeer dun en moeilijk zichtbaar na keuring. Peptidoglycaanlaag + buitenste membraan
(lijkt op gram negatief maar lipoproteïnen ipv LPS). Tussenin endoflagellen verankerd aan beide
uiteinden beweeglijkheid
- Celwandloze bacteriën
Mycoplasmata: geen rigide peptidoglycaancelwand. Nemen allerlei vormen aan, niet gevoelig voor
AB tegen celwand. Nood aan sterolen om te groeien: in cytoplasmamembraan
- Externe structuren
o Kapsel: polysaccharide (soms polypeptide) virulentiefactor! Beschermd tegen
fagocytose en AB
o Flagellen: filamenten uit proteïnen beweeglijkheid. Zijn H-antigenen. Kan
uni/bipolair zijn of verspreid over hele oppervlak (peritrich). Bewegen naar voeding
of weg van schade = chemotaxis
o Pili (fimbriae): filamenten uit proteïne, dunner dan flagellen en niet beweeglijk.
Vooral gram -, binden aan weefselspecifieke moleculen adherentie + ook
virulentie: bescherming tegen fagocyten
o Sex-pili: langer dan gewone rol bij transfer van DNA door conjugatie.
1.1. Endosporen
Groeiomstandigheden ongunstig? Endosporen ontwikkelen (bacillus en clostridium: gram +). Sporen
= resistente overlevingsvorm: weerstaan hitte, droogte, straling… vertonen geen metabole activiteit
maar in gunstige omstandigheden terug naar bacterie die ze waren. Twee fasen: normale
vegetatieve fase en slapende fase. Opbouw:
- Kern: noodzakelijke om terug te groeien = chromosoom, ribosomen voor proteïnen
- Integumentum: binnenste membraan (lijkt op cytoplasmamembraan), errond cortex
(peptidoglycaan), errond membraan (keratineactige proteïnelaag)
1.2. Vergelijking morfologie bacteriën en eukaryote cellen
Eukaryoot: erfelijk materiaal in kern afgebakend door membraan, meerdere chromosomen,
meerdere celorganen, cytoplasmamembraan met sterolen, enkelvoudige celwand
Bacteriën: los, één circulair chromosoom, extrachromosomale DNA elementen, geen sterolen
(behalve mycoplasmata), complexe celwand, eencellig
2
, 2. Classificatie van bacteriën
Morfologische eigenschappen: microscopisch onderzoek naar vorm, gramkleuring en ligging.
2.1. Gramkleuring
Bacteriën onderdompelen in purpuren kleurstof en daarna in jood complex dat wordt
vastgehouden: niet uitspoelbaar met alcohol = gram +
Gram -: na spoelen kleur niet vasthouden
Helemaal niet gekleurd? Zuurvaste bacteriën, spirocheten of bacteriën zonder celwand
Zuurvast: kleuren niet of onregelmatig Ziehl-Neelsen en auraminekleuring: betere penetrantie;
daarna ontkleuren met sterk zuur: houden kleur? Zuurvast!
Spirocheten: donkerveldmicroscoop nodig;
2.2. Vorm
Bolvorming (cocci), staafvormig (bacilli) of tussenvorm (coccobacillen). Kommavormig gebogen
staafvormige = vibrio’s. kurkentrekkerachtig gewonden staafvormige = spirocheten.
3. Identificatie van bacteriën
3.1. Cultuurgebonden technieken
1e stap: kweken aan oppervlakte van vaste of vloeibare voedingsbodems. Ofwel specifiek één soort =
selectieve voedingsbodem ofwel alle soorten laten groeien = niet-selectief of rijke voedingsbodem.
2e stap: identificatie via metabole karakteristieken, via antigen detectie of via MALDI-TOF
3.2. Cultuuronafhankelijke technieken
Microscopie, detectie direct op staal van microbiële Ag via monoclonale Ab, detectie genetisch
materiaal bv door PCR (nucleïnezuur).
Belangrijk voor antibiogram te hebben = overzicht gevoeligheid of resistentie tegen AB
4. Classificatie bacteriën in supspecies, species en genera
Eenheid = bacteriële species; levende wezens in 3 koninkrijken obv genen voor rRNA = eubacteriën,
archaebacteriën, eukaryoten. Nauw verwante species? Genus. Nauw verwante genera = familie
ordes klassen divisies.
1e deel: genus; 2e deel: species bv staphylococcus aureus. Species onderverdelen in subspecies obv
bv antigene eigenschappen
H2 Metabolisme en genetica van bacteriën
1. Metabolisme van bacteriën
1.1. Voedingsvereisten
Bouwstenen voor cellulaire bestanddelen zelf aangemaakt worden of in omgeving:
- Autotrofe bacteriën: fotosynthetische of chemosynthetische bacteriën die slechts water,
CO2 en mineralen nodig hebben mbv licht of chemische energie bestanddelen en energie
- Heterotrofe bacteriën: voorgevormde organische componenten nodig; enkel groeien in
cellen? Obligaat IC bacteriën. Kan men kweken op rijke of minimale media afhankelijk van
voedingsnoden bacterie
1.2. Energieproductie
3
, Afhankelijk van oxido-reductiereacties. Gebruiken als waterstofdonor organische moleculen bv KH,
lipiden… katabole reacties: intermediaire producten vrij als bouwstenen voor bv DNA anabolisme.
Katabolisme energieproductie. Afhankelijk van waterstofacceptor:
- Volledige oxidatie = respiratie. Organische producten CO2 en H2O. Inleidende afbraak tot
tussenproduct van citroenzuurcyclus, citroenzuurcyclus en elektronentransport in
ademhalingsketen
- Anaerobe respiratie: waterstofacceptor = nitraat, nitriet…
- Fermentatie: organische bestanddelen doen dienst als waterstofdonor en acceptor! Minder
energie-efficiënt. Soms ook aantal bijproducten bij (fermentatie wijn en bier ). Fermentatie
van proteïnen = putrefactie of rotting
1.3. Gedrag bacteriën tegenover zuurstof
- Strikt aeroob: zuurstof nodig om te overleven. Ontbreken energieproducerende enzymen
die kunnen werken in anaerobe omstandigheden.
- Obligaat anaeroob: sterven indien zuurstof aanwezig. Alleen door anaerobe respiratie of
fermentatie overleven. Bepaalde enzymen inactief bij hoge redoxpotentiaal en ontbreken
katalase en superoxide dismutase (want zuurstof genereert toxische nevenproducten)
- Facultatief: zowel in aan- en afwezigheid van zuurstof = aerotolerant: hebben anaeroob
metabolisme maar wel superoxide dismutase dus kunnen O2 verdragen
- Micro-aerofiel: anaeroob maar lage zuurstofspanning nodig om te overleven
2. Genetica van bacteriën
Chromosoom: één enkele circulaire molecule dubbelstreng DNA. Heel lang dus opgerold tot nucleoïd
= supercoiled door topoisomerasen. Ook ontrollen mogelijk voor genetische informatie af te lezen
(sommige AB interfereren met topoisomerasen).
Extrachromosomale elementen:
- Plasmiden: circulair dubbelstreng DNA: geen genen die coderen voor essentiële functies
maar wel voor eigenschappen die bacterie toelaat te overleven in anders ongunstige
omstandigheden bv resistentie tegen AB.
- Conjugatieve plasmiden: nodige genetische informatie dragen en via conjugatie
getransfereerd naar andere cel (bv genen voor sex pili)
2.1. Genexpressie en regulatie
Snel aanpassen aan veranderingen bv verandering in concentratie voedingsstoffen expressie
genen enkel indien nodig. On-off aanmaak zsm laten verlopen? Genen die horen tot bepaald
metabool proces gegroepeerd in operons: promotor (rol in regulatie van transcriptie van operon),
operator en terminator (transcriptie beëindigen).
Transcriptieregulatie: controle over aanmaken enzymen gebeurd via regelen transcriptie operon.
Kan ook via translatieregulatie: aantal polypeptiden zal verschillen.
2.2. Mutaties, transposons en horizontale overdracht van DNA via transformatie, transductie
en conjugatie
Mutaties beperkt tot wijziging één enkele base? Puntmutaties. Spontaan met vrij constante
frequentie. Stil indien geen verandering in AZ door soepelheid van genetische code. Verandering AZ?
Missense mutatie. Door mutaties misschien voordeel! Mutaties met grote stukken DNA wijziging?
Horizontale gentransfer:
4
H1 Morfologie en taxonomie van bacteriën
1. Opbouw bacteriële cel
1 um. Samenstelling prokaryote bacteriële cel:
- Cytoplasma met vrij DNA, zonder organellen (wel 70S ribosomen): regio cytoplasma dat DNA
bevat = nucleoïd = chromosoom en plasmiden; niet gebonden aan histonen maar wel
opgerold (supercoiling); onregelmatige granules met reservemateriaal; stofwisseling
intermediairen
- Cytoplasmamembraan: lipide dubbellaag zonder sterolen (minder stevig), voornaamste
metabool orgaan want geen organellen: energieproductie (neemt rol over van
mitochondriën), afbraak en biosynthese; mitose. Ook transport:
o Opname voedingsstoffen uit milieu: passief (diffusie en gefaciliteerde diffusie via
carrierproteïnen) of actief (groep translocatie, tegen gradiënt in);
o Ook uitstoot schadelijke stoffen via effluxpompen
- Celwand: vorm, stevigheid, bescherming en helpt in adherentie. Door zwak
plasmamembraan zouden bacteriën openbarsten door hoge osmotische druk zonder
celwand. Vorm bacterie en bescherming tegen toxische substanties door celwand!
Op basis van opbouw: onderverdeling. Maar belangrijkste basiseenheid = peptidoglycaan
o Polysacharide ruggengraat: polymeer van disachariden
(NacGlc en NacMur); aminosuikers
o Tetrapeptide cross linking
o 2D structuur
Biosynthese peptidoglycaan: aanmaak subunits in cytoplasma,
transport subunits doorheen membraan, polymerisatie, cross linking
en transpeptidatie door PBP’s (peniciline binding protein)
Groeiende bacterie? Constant afbraak en opbouw peptidoglycaan
door autolysines; celwandsynthese inhiberende AB blokkeren
transpeptidasen; autolysine blijft actief? Bacterie dood
Opbouw celwand:
- Gram-positieve bacteriën:
Behouden blauwe kleur na ontkleuring; celwand: meerdere lagen
peptidoglycaan (beschermen tegen lysis bij lagere osmotische druk en tegen
schadelijke uitwendige stoffen) + (lipo)teichoïnezuren (stevigheid en
aanhechting EC moleculen)
- Gram-negatieve bacteriën:
Enkele lagen peptidoglycaan (minder stevig dan +), periplasmatische ruimte
met enzymes, buitenste membraan:
o Fosfolipiden dubbellaag
, o Lipopolysacharide of LPS
Lipide A: disacharide met vetzuren en fosfaatgroepen; verankert LPS in
buitenste laag buitenmembraan
Stimulator immuunsysteem; = endotoxine
Core: suikers identiek aan éénzelfde soort
bacterie
Lange keten suikers: repeating units
verschillend voor species en binnen species = O
antigeen: wekken specifieke Ab op
- Zuurvaste bacteriën
Dikke peptidoglycaanlaag: kan niet ontkleurd worden! Mycobacteriën
belangrijkst. PG gaat over in polysachariden (arabinose en galactose),
erop mycolzuurlaag en nog eens erboven: glycolipiden
- Spirochaeten:
Spiraalvormig. Zeer dun en moeilijk zichtbaar na keuring. Peptidoglycaanlaag + buitenste membraan
(lijkt op gram negatief maar lipoproteïnen ipv LPS). Tussenin endoflagellen verankerd aan beide
uiteinden beweeglijkheid
- Celwandloze bacteriën
Mycoplasmata: geen rigide peptidoglycaancelwand. Nemen allerlei vormen aan, niet gevoelig voor
AB tegen celwand. Nood aan sterolen om te groeien: in cytoplasmamembraan
- Externe structuren
o Kapsel: polysaccharide (soms polypeptide) virulentiefactor! Beschermd tegen
fagocytose en AB
o Flagellen: filamenten uit proteïnen beweeglijkheid. Zijn H-antigenen. Kan
uni/bipolair zijn of verspreid over hele oppervlak (peritrich). Bewegen naar voeding
of weg van schade = chemotaxis
o Pili (fimbriae): filamenten uit proteïne, dunner dan flagellen en niet beweeglijk.
Vooral gram -, binden aan weefselspecifieke moleculen adherentie + ook
virulentie: bescherming tegen fagocyten
o Sex-pili: langer dan gewone rol bij transfer van DNA door conjugatie.
1.1. Endosporen
Groeiomstandigheden ongunstig? Endosporen ontwikkelen (bacillus en clostridium: gram +). Sporen
= resistente overlevingsvorm: weerstaan hitte, droogte, straling… vertonen geen metabole activiteit
maar in gunstige omstandigheden terug naar bacterie die ze waren. Twee fasen: normale
vegetatieve fase en slapende fase. Opbouw:
- Kern: noodzakelijke om terug te groeien = chromosoom, ribosomen voor proteïnen
- Integumentum: binnenste membraan (lijkt op cytoplasmamembraan), errond cortex
(peptidoglycaan), errond membraan (keratineactige proteïnelaag)
1.2. Vergelijking morfologie bacteriën en eukaryote cellen
Eukaryoot: erfelijk materiaal in kern afgebakend door membraan, meerdere chromosomen,
meerdere celorganen, cytoplasmamembraan met sterolen, enkelvoudige celwand
Bacteriën: los, één circulair chromosoom, extrachromosomale DNA elementen, geen sterolen
(behalve mycoplasmata), complexe celwand, eencellig
2
, 2. Classificatie van bacteriën
Morfologische eigenschappen: microscopisch onderzoek naar vorm, gramkleuring en ligging.
2.1. Gramkleuring
Bacteriën onderdompelen in purpuren kleurstof en daarna in jood complex dat wordt
vastgehouden: niet uitspoelbaar met alcohol = gram +
Gram -: na spoelen kleur niet vasthouden
Helemaal niet gekleurd? Zuurvaste bacteriën, spirocheten of bacteriën zonder celwand
Zuurvast: kleuren niet of onregelmatig Ziehl-Neelsen en auraminekleuring: betere penetrantie;
daarna ontkleuren met sterk zuur: houden kleur? Zuurvast!
Spirocheten: donkerveldmicroscoop nodig;
2.2. Vorm
Bolvorming (cocci), staafvormig (bacilli) of tussenvorm (coccobacillen). Kommavormig gebogen
staafvormige = vibrio’s. kurkentrekkerachtig gewonden staafvormige = spirocheten.
3. Identificatie van bacteriën
3.1. Cultuurgebonden technieken
1e stap: kweken aan oppervlakte van vaste of vloeibare voedingsbodems. Ofwel specifiek één soort =
selectieve voedingsbodem ofwel alle soorten laten groeien = niet-selectief of rijke voedingsbodem.
2e stap: identificatie via metabole karakteristieken, via antigen detectie of via MALDI-TOF
3.2. Cultuuronafhankelijke technieken
Microscopie, detectie direct op staal van microbiële Ag via monoclonale Ab, detectie genetisch
materiaal bv door PCR (nucleïnezuur).
Belangrijk voor antibiogram te hebben = overzicht gevoeligheid of resistentie tegen AB
4. Classificatie bacteriën in supspecies, species en genera
Eenheid = bacteriële species; levende wezens in 3 koninkrijken obv genen voor rRNA = eubacteriën,
archaebacteriën, eukaryoten. Nauw verwante species? Genus. Nauw verwante genera = familie
ordes klassen divisies.
1e deel: genus; 2e deel: species bv staphylococcus aureus. Species onderverdelen in subspecies obv
bv antigene eigenschappen
H2 Metabolisme en genetica van bacteriën
1. Metabolisme van bacteriën
1.1. Voedingsvereisten
Bouwstenen voor cellulaire bestanddelen zelf aangemaakt worden of in omgeving:
- Autotrofe bacteriën: fotosynthetische of chemosynthetische bacteriën die slechts water,
CO2 en mineralen nodig hebben mbv licht of chemische energie bestanddelen en energie
- Heterotrofe bacteriën: voorgevormde organische componenten nodig; enkel groeien in
cellen? Obligaat IC bacteriën. Kan men kweken op rijke of minimale media afhankelijk van
voedingsnoden bacterie
1.2. Energieproductie
3
, Afhankelijk van oxido-reductiereacties. Gebruiken als waterstofdonor organische moleculen bv KH,
lipiden… katabole reacties: intermediaire producten vrij als bouwstenen voor bv DNA anabolisme.
Katabolisme energieproductie. Afhankelijk van waterstofacceptor:
- Volledige oxidatie = respiratie. Organische producten CO2 en H2O. Inleidende afbraak tot
tussenproduct van citroenzuurcyclus, citroenzuurcyclus en elektronentransport in
ademhalingsketen
- Anaerobe respiratie: waterstofacceptor = nitraat, nitriet…
- Fermentatie: organische bestanddelen doen dienst als waterstofdonor en acceptor! Minder
energie-efficiënt. Soms ook aantal bijproducten bij (fermentatie wijn en bier ). Fermentatie
van proteïnen = putrefactie of rotting
1.3. Gedrag bacteriën tegenover zuurstof
- Strikt aeroob: zuurstof nodig om te overleven. Ontbreken energieproducerende enzymen
die kunnen werken in anaerobe omstandigheden.
- Obligaat anaeroob: sterven indien zuurstof aanwezig. Alleen door anaerobe respiratie of
fermentatie overleven. Bepaalde enzymen inactief bij hoge redoxpotentiaal en ontbreken
katalase en superoxide dismutase (want zuurstof genereert toxische nevenproducten)
- Facultatief: zowel in aan- en afwezigheid van zuurstof = aerotolerant: hebben anaeroob
metabolisme maar wel superoxide dismutase dus kunnen O2 verdragen
- Micro-aerofiel: anaeroob maar lage zuurstofspanning nodig om te overleven
2. Genetica van bacteriën
Chromosoom: één enkele circulaire molecule dubbelstreng DNA. Heel lang dus opgerold tot nucleoïd
= supercoiled door topoisomerasen. Ook ontrollen mogelijk voor genetische informatie af te lezen
(sommige AB interfereren met topoisomerasen).
Extrachromosomale elementen:
- Plasmiden: circulair dubbelstreng DNA: geen genen die coderen voor essentiële functies
maar wel voor eigenschappen die bacterie toelaat te overleven in anders ongunstige
omstandigheden bv resistentie tegen AB.
- Conjugatieve plasmiden: nodige genetische informatie dragen en via conjugatie
getransfereerd naar andere cel (bv genen voor sex pili)
2.1. Genexpressie en regulatie
Snel aanpassen aan veranderingen bv verandering in concentratie voedingsstoffen expressie
genen enkel indien nodig. On-off aanmaak zsm laten verlopen? Genen die horen tot bepaald
metabool proces gegroepeerd in operons: promotor (rol in regulatie van transcriptie van operon),
operator en terminator (transcriptie beëindigen).
Transcriptieregulatie: controle over aanmaken enzymen gebeurd via regelen transcriptie operon.
Kan ook via translatieregulatie: aantal polypeptiden zal verschillen.
2.2. Mutaties, transposons en horizontale overdracht van DNA via transformatie, transductie
en conjugatie
Mutaties beperkt tot wijziging één enkele base? Puntmutaties. Spontaan met vrij constante
frequentie. Stil indien geen verandering in AZ door soepelheid van genetische code. Verandering AZ?
Missense mutatie. Door mutaties misschien voordeel! Mutaties met grote stukken DNA wijziging?
Horizontale gentransfer:
4
