MICROBIOLOGIE
H1: Microbiologie: studie van de micro-organismen
1.1.Wat is microbiologie
= studie van de micro-organismen (MO)
- Organismen opgebouwd uit 1 cel of meer met geen of zeer weinig celdifferen>a>e =
bacteriën, gisten, schimmels, micro-algen, virussen.
- Macro-organismen: planten en dieren : meercellig en sterk gedifferen>eerde cellen
Bacteriologie: studie van de bacterien ( prok. MO)
Mycologie: studie va, de gisten en schimmels (euk. MO)
Virologie: studie van virussen
MO als cel
Cel= fundamentele eenheid van alle leven : celwand, semi-permeabel cytoplasma>sche
membraan -> cel open en dynamische structuur, cytoplasma, organellen, nucleïnezuren (DNA en
RNA) eventueel in nucleus.
Prokaryoten: geen echte kern; transcrip>e en transla>e
gebeuren in cytoplasma, meestal haploïd (n)
Eukaryoten: veel complexere cellen, duidelijke celkern,
transcrip>e in de kern en transla>e in cytoplasma, grooTe
varieert enorm (van 0,2 micrometer tot honderden
micrometer), meestal diploïd (2n)
-> vb: fungi, algen en protozoa
= gecompar>mentaliseerde MO
Nucleus of kern
- Bij eukaryoten: DNA in kern
- DNA-molecule geassocieerd met eiwiTen = chromosomen
- Mitose >jdens celdeling
- Haploïde gameten worden gevormd na de meiose
- Fusie van twee gameten à 2n zygote (= recombina>e van verschillende MO)
1.2. Belang van MO
à onzichtbaar voor het blote oog
- vormen grootste massa van levende organismen op aarde
, - komen bijna overal voor
- belangrijkste onderdeel voor de ondersteuning en onderhoud van het leven op aard
- eerste levensvormen op aarde, bestonde al milj. Jaren voor de komst van planten en
dieren: ze zouden niet vanuit de aarde zelf komen van een andere planeet. Bewijs: vanaf
dat de aarde genoeg afgekoeld was kwamen ze voor.
- Produceren de eerste zuurstof op aarde ( cyanobacteriën) à vorming van eukaryoten en
uiteindelijk de mens.
- Een mens is een verzameling van menselijke en microbiële cellen
Er zijn ong. 10 x zoveel microbiële cellen als menselijke maar
in massa wegen de menselijke cellen nog steeds meer
Belang van het menselijk microbioom
Onze darmflora:
- essen>eel voor onze gezondheid
- produceert essen>ële vitamines
- van belang voor de vertering van ons voedsel
- van groot belang voor ons immuunsysteem
- hee[ invloed op onze psychologie en geluksgevoel
- hee[ invloed op ons gedrag en manipuleert ons zelfs
- beschermt de huid ( = primaire barrière van ons lichaam) door lichte verzuring à maakt
de huid licht zuur
- voor de vaginale gezondheid: melkzuurbacteriën verzuren de vagina en beschermt die
tegen infec>es
MO en hun natuurlijke omgeving
In de natuur : leven in popula>es à groep cellen ontstaan door opeenvolgende celdeling uit 1
enkele cel
- Habitat : de omgeving waarin MO lee[
- Microbiële gemeenschap: verschillende popula>es die samenleven en interac>es
aangaan
- Ecosysteem: MO + omgeving
à wordt sterk beïnvloed door het microbieel leven en verandert ( of verdwijnt zelfs) met
de >jd ( ecosysteem is NIET stabiel)
Aërobe MO kunnen een habitat anoxisch ( zuurstofarm) maken à anoxische omgeving
beguns>gt de groei van anaërobe MO.
- Ecosystemen kunnen ontstaan en verdwijnen doorheen de >jd
,Impact van de MO op de mens
- Tot begin 20 ste E : infec>eziektes waren de voornaamste doodsoorzaak.
- Nu niet meer zo lethaal: betere kennis van ziekteprocessen, betere hygiëne, gebruik van
an>-microbiële stoffen (= an>bio>ca)
MO als veroorzakers van ziektes
In ontwikkelde landen: AIDS, mul>resistente bacteriën ( “ ziekenhuisbacterie”)
In ontwikkelingslanden: Malaria, Tuberculose, Cholera,…
Nudge MO
De meeste MO zijn niet pathogeen en zelfs nudg:
- Sleutelrol in ecologisch evenwicht op aarde
- Darmflora
- Industrieel gebruik in voedingsindustrie: gefermenteerde levensmiddelen ( yoghurt, kaas,
wijn, bier,…) à hebben wel neveneffecten
- Gebruikt in de industriële produc>e van chemische stoffen à “ industriële
biotechnologie”
MO en landbouw
Landbouw is sterk agankelijk van MO:
- N-fixa>e in wortelknobbels van vlinderbloemigen ( leguminosen)
- Mineralisa>e van humus (= aireken van OM)
- Cellulose-airekende MO in rumen van herkauwers à belangrijk voor de opname van
nutriënten uit gras bij koeien.
- Ook nega>eve effecten: economische verliezen door dier-en plantenziektes zoals
varkenspest,…
MO en voeding
Fermenta>e van levensmiddelen à stabiliseert ze en maakt ze lekkerder
- Melk à kaas, yoghurt ( beder[ veel minder snel dan melk) ( is een natuurlijk proces)
- Zuurkool, salami,…
- Brood uit gist (MO)
- Alcoholische dranken: bier en wijn uit gist
Veel voedselingrediënten worden via fermenta>eprocessen geproduceerd:
- MonoSodiumGlutamaat (MSG): smaakversterkers
à wordt enorm veel geproduceerd
à in chips: je kan er niet van af blijven
- Citroenzuur: organisch zuur
à wordt niet meer geproduceerd uit citroenen ( want te weinig citroenen op aarde om
aan de massale produc>e te kunnen voorzien) maar wordt uit schimmels gemaakt
- Lysine: in veevoeding
, à AZ die tekort is in veevoer dus wordt toegevoegd: zorgt voor meer vlees, meer melk,…
- Verdikkingsmiddelen: xanthaan in ketchup
à is heel visceus en wordt toegevoegd om levensmiddelen dikker en stabieler te maken
- Biokleurstoffen: astaxanthine in roze zalm
à op zichzelf niet roos maar wordt roos door roze visjes te eten die zelf algen eten (
algen produceren astaxanthine). Astaxanthine schui[ door voedselketen: als wij veel zalm
eten worden we dus licht roos.
- Biosmaakstoffen en aroma’s
MO voor energie en milieu
- Microbiële remedia>e:
o MO breken afvalstoffen af in waterzuiveringsinstalla>es
o MO breken olievlekken, solventen, pes>ciden,… af ‘in situ’ op de plaats van de
contamina>e in bodem of water
- Biobrandstoffen:
o Bio-ethanol wordt gemaakt uit fermenta>e mùet MO uit suikerriet, suikerbiet,
granen, hout,…: reeds meer dan 100 miljoen ton per jaar en sterk groeiende
produc>e à wordt toegevoegd aan benzine.
o Methanogene bacteriën vormen biogas (CH4) uit organisch afval: gebruikt voor
groene stroom en warmteproduc>e.
- Microbial mining:
o Laagwaardige ertsen ( voor koperertsen) worden uitgeloogd met behulp van MO
( bioleaching)
1.3. Historiek van de microbiologie
- Robert Hooke:
o Uitvinder van de microscoop
o Illustreerde als eerste een MO: schimmel
- Antoni Van Leeuwenhoek
o Beschreef de aanwezigheid van beweeglijke MO in een waterdruppel: ‘
animalcules’ (= animal + molecules)
- Edward Jenner:
o Eerste vaccin tegen pokken (dodelijk)
à melkmeisjes waren resistent tegen pokken want hadden al koeienpokken ( niet
dodelijk) gehad. à Jenner besmeTe mensen met koeienpokken om ze resistent
te maken tegen mensenpokken
- Ferdinand Cohn:
o Sporula>eproces bij bacteriën
o Legde de basis voor de bacteriële classifica>e
o Gebruikte katoenen stop op flessen om contamina>e te voorkomen
- Pasteur:
o Het verwerpen van de ‘spontane genera>e’
, o Spontane genera>e: de hypothese dat levende organismen kunnen ontstaan uit
niet-levende materie
o Kon deze hypothese verwerpen via experimenten met een zwanennek kolf
Bacteriën kunnen binnenglippen door contact met lucht à
veel MO op een korte periode ontstaan
o Redeneerde dat de MO die voedselbederf veroorzaken
aqoms>g zijn uit de lucht
o Introduceerde het idee als gesteriliseerd voedsel dat
vervolgens beschermd wordt tegen contamina>e, niet
beder[ à Pasteurisa>e (1864) (-> minder doorgedreven vorm van sterilisa>e)
Ontdekking van fermenta>e
Pasteur: gist = agens dat essen>eel is voor alcoholproduc>e
à algemene gedacht: fermenta>e is een chemisch proces ( Liebig) ßà levende OM (Pasteur)
àDiscussie beslecht door Büchner via de ontdekking van enzymen ( En Zyme= in gist) -> beide
hadden gelijk
- Koch en infec>eziektes
o Infec>eziektes veroorzaakt door MO
o Anthrax bacteriën en muizen als
modelsysteem
o Methoden van ‘zuivere cultuur’ van MO
o 4 criteria waarmee een micro-organisme
wordt gelinkt aan een ziekte
à De postulaten van Koch
- Joseph Lister:
o 1ste asep>sche opera>e ( toepassingen van principes van Pasteur) + wonden
desinfecteren met fenol
à sterke reduc>e van de ster[ecijfers van opera>es
- Mar>nus Beijerinck
o Techniek van de aanrijkingscultuur:
§ Isola>e van de eerste zuivere culturen van vele bodems en aqua>sche
MO
§ Ontdekte S-oxideren en S-reducerende bacteriën
o Via selec>eve filtertechnieken werd aangetoond dat:
§ Een virus is kleiner dan een bacterie
§ Een virus geïncorporeerd wordt binnen een cel
à grondlegger van de virologie
- Sergei Winogradski
o Principe van chemolithotrofie: de oxida>e van anorganische componenten voor
de genera>e van energie
, o Toonde ook aan dat nutrificerende bacteriën autotroof zijn : ze halen hun
koolstof uit CO2
- Alexander Fleming
o Ontdekking van peniciline
o Agarplaat besmet met penseelschimmel
o Geremde groei van bacteriën
Moderne era van microbiologie
Watson en Crick : ontdekking van de DNA structuur
‘Whole genome sequencing’ van MO
Vandaag kan het volledige genoom van MO ontcijferd en geanalyseerd worden
Vervolgens kan het MO gericht gene>sch worden gemodificeerd
Industriële biotechnologie en synthe>sche biologie
MO domes>ceren à zodat ze doen wat we willen.
- Sequencing
- Metagenomics
- Bo-informa>ca
- Synthe>sche genen en MO
J. Craig ontwikkelde het eerste synthe>sch MO in 2010
H2: Microbiële diversiteit
2.1. Evolu=onaire geschiedenis van MO
Ontstaan van het leven op aarde
- Alle cellen vrij gelijkaardig opgebeouwd
- 1 gemeenschappelijke voorouder van alle leven op aarde : LUCA (Last Universal Common
Ancestor)
- Eerste leven: RNA ? à dan overgegaan naar ook DNA want is stabieler
- Eesrte cel: bacterie
- Cellen à popula>es à microbiële gemeenschappen à diversifica>e en verbetering van
de cellen.
MO hebben een enorme impact gehad op de aarde
- Aarde eerst zuurstofloos: enkel anaerobe MO (4 milja jaar geleden)
- Cyanobacteriën= 1ste MO die O2 produceerde ( 3 milja jaar geleden)
- Alle O2 wegreageren vooral met ijzer in de oceanen tot ijzeroxiden à O2 sinks
- O2 sinks gesatureerd: O-s>jging
- Accumula>e van O op aarde: ster[e van alle leven op aarde
à The great oxida>on event – the oxygen crisis
H1: Microbiologie: studie van de micro-organismen
1.1.Wat is microbiologie
= studie van de micro-organismen (MO)
- Organismen opgebouwd uit 1 cel of meer met geen of zeer weinig celdifferen>a>e =
bacteriën, gisten, schimmels, micro-algen, virussen.
- Macro-organismen: planten en dieren : meercellig en sterk gedifferen>eerde cellen
Bacteriologie: studie van de bacterien ( prok. MO)
Mycologie: studie va, de gisten en schimmels (euk. MO)
Virologie: studie van virussen
MO als cel
Cel= fundamentele eenheid van alle leven : celwand, semi-permeabel cytoplasma>sche
membraan -> cel open en dynamische structuur, cytoplasma, organellen, nucleïnezuren (DNA en
RNA) eventueel in nucleus.
Prokaryoten: geen echte kern; transcrip>e en transla>e
gebeuren in cytoplasma, meestal haploïd (n)
Eukaryoten: veel complexere cellen, duidelijke celkern,
transcrip>e in de kern en transla>e in cytoplasma, grooTe
varieert enorm (van 0,2 micrometer tot honderden
micrometer), meestal diploïd (2n)
-> vb: fungi, algen en protozoa
= gecompar>mentaliseerde MO
Nucleus of kern
- Bij eukaryoten: DNA in kern
- DNA-molecule geassocieerd met eiwiTen = chromosomen
- Mitose >jdens celdeling
- Haploïde gameten worden gevormd na de meiose
- Fusie van twee gameten à 2n zygote (= recombina>e van verschillende MO)
1.2. Belang van MO
à onzichtbaar voor het blote oog
- vormen grootste massa van levende organismen op aarde
, - komen bijna overal voor
- belangrijkste onderdeel voor de ondersteuning en onderhoud van het leven op aard
- eerste levensvormen op aarde, bestonde al milj. Jaren voor de komst van planten en
dieren: ze zouden niet vanuit de aarde zelf komen van een andere planeet. Bewijs: vanaf
dat de aarde genoeg afgekoeld was kwamen ze voor.
- Produceren de eerste zuurstof op aarde ( cyanobacteriën) à vorming van eukaryoten en
uiteindelijk de mens.
- Een mens is een verzameling van menselijke en microbiële cellen
Er zijn ong. 10 x zoveel microbiële cellen als menselijke maar
in massa wegen de menselijke cellen nog steeds meer
Belang van het menselijk microbioom
Onze darmflora:
- essen>eel voor onze gezondheid
- produceert essen>ële vitamines
- van belang voor de vertering van ons voedsel
- van groot belang voor ons immuunsysteem
- hee[ invloed op onze psychologie en geluksgevoel
- hee[ invloed op ons gedrag en manipuleert ons zelfs
- beschermt de huid ( = primaire barrière van ons lichaam) door lichte verzuring à maakt
de huid licht zuur
- voor de vaginale gezondheid: melkzuurbacteriën verzuren de vagina en beschermt die
tegen infec>es
MO en hun natuurlijke omgeving
In de natuur : leven in popula>es à groep cellen ontstaan door opeenvolgende celdeling uit 1
enkele cel
- Habitat : de omgeving waarin MO lee[
- Microbiële gemeenschap: verschillende popula>es die samenleven en interac>es
aangaan
- Ecosysteem: MO + omgeving
à wordt sterk beïnvloed door het microbieel leven en verandert ( of verdwijnt zelfs) met
de >jd ( ecosysteem is NIET stabiel)
Aërobe MO kunnen een habitat anoxisch ( zuurstofarm) maken à anoxische omgeving
beguns>gt de groei van anaërobe MO.
- Ecosystemen kunnen ontstaan en verdwijnen doorheen de >jd
,Impact van de MO op de mens
- Tot begin 20 ste E : infec>eziektes waren de voornaamste doodsoorzaak.
- Nu niet meer zo lethaal: betere kennis van ziekteprocessen, betere hygiëne, gebruik van
an>-microbiële stoffen (= an>bio>ca)
MO als veroorzakers van ziektes
In ontwikkelde landen: AIDS, mul>resistente bacteriën ( “ ziekenhuisbacterie”)
In ontwikkelingslanden: Malaria, Tuberculose, Cholera,…
Nudge MO
De meeste MO zijn niet pathogeen en zelfs nudg:
- Sleutelrol in ecologisch evenwicht op aarde
- Darmflora
- Industrieel gebruik in voedingsindustrie: gefermenteerde levensmiddelen ( yoghurt, kaas,
wijn, bier,…) à hebben wel neveneffecten
- Gebruikt in de industriële produc>e van chemische stoffen à “ industriële
biotechnologie”
MO en landbouw
Landbouw is sterk agankelijk van MO:
- N-fixa>e in wortelknobbels van vlinderbloemigen ( leguminosen)
- Mineralisa>e van humus (= aireken van OM)
- Cellulose-airekende MO in rumen van herkauwers à belangrijk voor de opname van
nutriënten uit gras bij koeien.
- Ook nega>eve effecten: economische verliezen door dier-en plantenziektes zoals
varkenspest,…
MO en voeding
Fermenta>e van levensmiddelen à stabiliseert ze en maakt ze lekkerder
- Melk à kaas, yoghurt ( beder[ veel minder snel dan melk) ( is een natuurlijk proces)
- Zuurkool, salami,…
- Brood uit gist (MO)
- Alcoholische dranken: bier en wijn uit gist
Veel voedselingrediënten worden via fermenta>eprocessen geproduceerd:
- MonoSodiumGlutamaat (MSG): smaakversterkers
à wordt enorm veel geproduceerd
à in chips: je kan er niet van af blijven
- Citroenzuur: organisch zuur
à wordt niet meer geproduceerd uit citroenen ( want te weinig citroenen op aarde om
aan de massale produc>e te kunnen voorzien) maar wordt uit schimmels gemaakt
- Lysine: in veevoeding
, à AZ die tekort is in veevoer dus wordt toegevoegd: zorgt voor meer vlees, meer melk,…
- Verdikkingsmiddelen: xanthaan in ketchup
à is heel visceus en wordt toegevoegd om levensmiddelen dikker en stabieler te maken
- Biokleurstoffen: astaxanthine in roze zalm
à op zichzelf niet roos maar wordt roos door roze visjes te eten die zelf algen eten (
algen produceren astaxanthine). Astaxanthine schui[ door voedselketen: als wij veel zalm
eten worden we dus licht roos.
- Biosmaakstoffen en aroma’s
MO voor energie en milieu
- Microbiële remedia>e:
o MO breken afvalstoffen af in waterzuiveringsinstalla>es
o MO breken olievlekken, solventen, pes>ciden,… af ‘in situ’ op de plaats van de
contamina>e in bodem of water
- Biobrandstoffen:
o Bio-ethanol wordt gemaakt uit fermenta>e mùet MO uit suikerriet, suikerbiet,
granen, hout,…: reeds meer dan 100 miljoen ton per jaar en sterk groeiende
produc>e à wordt toegevoegd aan benzine.
o Methanogene bacteriën vormen biogas (CH4) uit organisch afval: gebruikt voor
groene stroom en warmteproduc>e.
- Microbial mining:
o Laagwaardige ertsen ( voor koperertsen) worden uitgeloogd met behulp van MO
( bioleaching)
1.3. Historiek van de microbiologie
- Robert Hooke:
o Uitvinder van de microscoop
o Illustreerde als eerste een MO: schimmel
- Antoni Van Leeuwenhoek
o Beschreef de aanwezigheid van beweeglijke MO in een waterdruppel: ‘
animalcules’ (= animal + molecules)
- Edward Jenner:
o Eerste vaccin tegen pokken (dodelijk)
à melkmeisjes waren resistent tegen pokken want hadden al koeienpokken ( niet
dodelijk) gehad. à Jenner besmeTe mensen met koeienpokken om ze resistent
te maken tegen mensenpokken
- Ferdinand Cohn:
o Sporula>eproces bij bacteriën
o Legde de basis voor de bacteriële classifica>e
o Gebruikte katoenen stop op flessen om contamina>e te voorkomen
- Pasteur:
o Het verwerpen van de ‘spontane genera>e’
, o Spontane genera>e: de hypothese dat levende organismen kunnen ontstaan uit
niet-levende materie
o Kon deze hypothese verwerpen via experimenten met een zwanennek kolf
Bacteriën kunnen binnenglippen door contact met lucht à
veel MO op een korte periode ontstaan
o Redeneerde dat de MO die voedselbederf veroorzaken
aqoms>g zijn uit de lucht
o Introduceerde het idee als gesteriliseerd voedsel dat
vervolgens beschermd wordt tegen contamina>e, niet
beder[ à Pasteurisa>e (1864) (-> minder doorgedreven vorm van sterilisa>e)
Ontdekking van fermenta>e
Pasteur: gist = agens dat essen>eel is voor alcoholproduc>e
à algemene gedacht: fermenta>e is een chemisch proces ( Liebig) ßà levende OM (Pasteur)
àDiscussie beslecht door Büchner via de ontdekking van enzymen ( En Zyme= in gist) -> beide
hadden gelijk
- Koch en infec>eziektes
o Infec>eziektes veroorzaakt door MO
o Anthrax bacteriën en muizen als
modelsysteem
o Methoden van ‘zuivere cultuur’ van MO
o 4 criteria waarmee een micro-organisme
wordt gelinkt aan een ziekte
à De postulaten van Koch
- Joseph Lister:
o 1ste asep>sche opera>e ( toepassingen van principes van Pasteur) + wonden
desinfecteren met fenol
à sterke reduc>e van de ster[ecijfers van opera>es
- Mar>nus Beijerinck
o Techniek van de aanrijkingscultuur:
§ Isola>e van de eerste zuivere culturen van vele bodems en aqua>sche
MO
§ Ontdekte S-oxideren en S-reducerende bacteriën
o Via selec>eve filtertechnieken werd aangetoond dat:
§ Een virus is kleiner dan een bacterie
§ Een virus geïncorporeerd wordt binnen een cel
à grondlegger van de virologie
- Sergei Winogradski
o Principe van chemolithotrofie: de oxida>e van anorganische componenten voor
de genera>e van energie
, o Toonde ook aan dat nutrificerende bacteriën autotroof zijn : ze halen hun
koolstof uit CO2
- Alexander Fleming
o Ontdekking van peniciline
o Agarplaat besmet met penseelschimmel
o Geremde groei van bacteriën
Moderne era van microbiologie
Watson en Crick : ontdekking van de DNA structuur
‘Whole genome sequencing’ van MO
Vandaag kan het volledige genoom van MO ontcijferd en geanalyseerd worden
Vervolgens kan het MO gericht gene>sch worden gemodificeerd
Industriële biotechnologie en synthe>sche biologie
MO domes>ceren à zodat ze doen wat we willen.
- Sequencing
- Metagenomics
- Bo-informa>ca
- Synthe>sche genen en MO
J. Craig ontwikkelde het eerste synthe>sch MO in 2010
H2: Microbiële diversiteit
2.1. Evolu=onaire geschiedenis van MO
Ontstaan van het leven op aarde
- Alle cellen vrij gelijkaardig opgebeouwd
- 1 gemeenschappelijke voorouder van alle leven op aarde : LUCA (Last Universal Common
Ancestor)
- Eerste leven: RNA ? à dan overgegaan naar ook DNA want is stabieler
- Eesrte cel: bacterie
- Cellen à popula>es à microbiële gemeenschappen à diversifica>e en verbetering van
de cellen.
MO hebben een enorme impact gehad op de aarde
- Aarde eerst zuurstofloos: enkel anaerobe MO (4 milja jaar geleden)
- Cyanobacteriën= 1ste MO die O2 produceerde ( 3 milja jaar geleden)
- Alle O2 wegreageren vooral met ijzer in de oceanen tot ijzeroxiden à O2 sinks
- O2 sinks gesatureerd: O-s>jging
- Accumula>e van O op aarde: ster[e van alle leven op aarde
à The great oxida>on event – the oxygen crisis
