Deel Vandamme (hoofdstuk 13)
Deel I - The generation of diversity 04
Deel II - Identificatie & Moleculaire diagnostiek 09
Deel III - Typering & epidemiologie 13
Deel Willems
Hoofdstuk 14 – Metabolische Diversiteit van Prokaryoten 17
+ Samenvattende woordenlijst 40
Hoofdstuk 15 – Functionele Diversiteit van Micro-organismen 42
+ Samenvattende woordenlijst 59
Hoofdstuk 21 – Nutriënt Cycli 61
Referenties
› Ufora PowerPoints
› 978-1-292-40506-3
› 978-1-292-23510-3
3
, Deel I
The generation of diversity
Inleiding
Een isolaat
➢ Reincultuur van een bacterie bekomen na subcultuur van één enkele kolonie van een
primaire isolatieplaat, die verondersteld wordt afkomstig te zijn van één enkele cel.
Een populatie
➢ Vverzameling van dochtercellen in een bepaald ecosysteem die afkomstig zijn van één
delende cellijn.
Een microbiële gemeenschap
➢ een verzameling van diverse (pro-en eukaryote) populaties in een bepaald ecosysteem.
➢ (‘microbioom’ vs ‘microbiota’)
Een soort/species
➢ De belangrijkste eenheid in de bacteriële taxonomie
➢ De basiseenheid van een soort is de stam en wordt met een nummer aangeduid
▪ Bv. LMG 1222, ATCC 25416,… (cultuur collectie acroniem + volgnummer)
Een stam/kloon
➢ Verwijst naar een (groep) isolaat, afkomstig van één delende cellijn, en die van andere
stammen kan onderscheiden worden a.d.h.v. fenotypische en/of genotypische
eigenschappen.
➢ Stam/kloon ≠ isolaat ≠ nummer ≠ reincultuur ≠ soort ≠ populatie ≠ gemeenschap
Identificatie/typering (zie p.13)
➢ Het proces van herkenning en classificatie van de isolaten als leden van dezelfde of van
verschillende soorten/stammen
➢ Rekening houdend met het feit dat stammen aan genetische drift onderhevig zijn
De observatie van cohesie en diversiteit
Sinds het ontstaan van de moleculaire biologie en de bacteriële genetica leek het erop dat er
geen grenzen waren aan de overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriën.
➢ Veel onderzoekers meenden dat dit inhield dat het niet mogelijk was bacteriële soorten te
definiëren en dat het in de praktijk geen zin had deze te beschrijven, omdat zij ervan
overtuigd waren dat bacteriële soorten "niet bestonden" en dat alle genetische informatie
onbeperkt kon worden overgedragen van de ene microbe op de andere.
Dit stond in schril contrast met de dagelijkse ervaring van veel microbiologen
➢ bv. in de medische of voedingsmicrobiologie, waar de grote meerderheid van de relevante
soorten zonder problemen kon worden geïdentificeerd.
Deze onverklaarbare tegenstelling bleef bestaan totdat whole genome sequencing betaalbaar
werd (bv. DNA fingerprinting).
Het evolutionair proces
Om contrast cohesie<>diversiteit te begrijpen:
➢ Genomische drift en evolutie + de mate waarin ze voorkomen
Mutaties (endo- en exogeen)
Veranderingen in de nucleotide sequenties, ontstaan door fouten bij replicatie, UV, …
Gebeuren at random, waarbij de omgeving selecteert voor positieve mutaties
➢ (Meestal) neutrale mutaties
4
, ▪ =genetische drift en accumuleert in de loop van de tijd
➢ Deleterende mutaties
▪ Verlagen de fitness en worden verwijderd door natuurlijke selectie
➢ Voordelige/positieve mutaties
▪ Versterken de fitness en worden begunstigd door natuurlijke selectie
Selectie wordt dus gedefinieerd door de fitness
➢ Het vermogen van een organisme om nakomelingen te produceren en bij te dragen aan de
genetische samenstelling van toekomstige generaties
Genetische drift wordt sterk beïnvloed door fysische en geografische afzondering
Meer dan twee decenia aan vergelijkende genoom sequenering toonde aan dat mutaties
universeel aanwezig zijn maar amper de grote evolutionaire kracht is
Horizontale gentransfer (HGT)
Gebeurd dagelijks
Orthologen <> paralogen
Maakt het mogelijk om DNA uit te wisselen met verschillende takken van de evolutionaire boom
Drie mechanismen
➢ Transformatie (opname van vrij DNA)
➢ Transductie (virus gemedieerd)
➢ Conjugatie (cel-tot-cel en gemedieerd door plasmiden)
Het getransfereerd DNA zal:
➢ Afgebroken worden door restrictie enzymen
➢ Op zichzelf bestaan
➢ Recombinatie ondergaan met het ontvangd/gastheer genoom
▪ Homologe recombinatie
• Tussen twee gelijkaardige sequenties, al zijn enkele base-verschillen ok
• Resulteert in minder verschillend fragment dan dat bij niet-homologe het geval is
▪ Niet-homologe recombinatie
• Vereist geen gelijkaardige sequenties
Gevolgen van horizontale gen transfer
➢ Gen conversie (bij homologe) resulteert in vervanging ontvangend copy met donor copy
➢ Additief (bij niet-homologe)
Verschil met verticale gentransfer
5
Deel I - The generation of diversity 04
Deel II - Identificatie & Moleculaire diagnostiek 09
Deel III - Typering & epidemiologie 13
Deel Willems
Hoofdstuk 14 – Metabolische Diversiteit van Prokaryoten 17
+ Samenvattende woordenlijst 40
Hoofdstuk 15 – Functionele Diversiteit van Micro-organismen 42
+ Samenvattende woordenlijst 59
Hoofdstuk 21 – Nutriënt Cycli 61
Referenties
› Ufora PowerPoints
› 978-1-292-40506-3
› 978-1-292-23510-3
3
, Deel I
The generation of diversity
Inleiding
Een isolaat
➢ Reincultuur van een bacterie bekomen na subcultuur van één enkele kolonie van een
primaire isolatieplaat, die verondersteld wordt afkomstig te zijn van één enkele cel.
Een populatie
➢ Vverzameling van dochtercellen in een bepaald ecosysteem die afkomstig zijn van één
delende cellijn.
Een microbiële gemeenschap
➢ een verzameling van diverse (pro-en eukaryote) populaties in een bepaald ecosysteem.
➢ (‘microbioom’ vs ‘microbiota’)
Een soort/species
➢ De belangrijkste eenheid in de bacteriële taxonomie
➢ De basiseenheid van een soort is de stam en wordt met een nummer aangeduid
▪ Bv. LMG 1222, ATCC 25416,… (cultuur collectie acroniem + volgnummer)
Een stam/kloon
➢ Verwijst naar een (groep) isolaat, afkomstig van één delende cellijn, en die van andere
stammen kan onderscheiden worden a.d.h.v. fenotypische en/of genotypische
eigenschappen.
➢ Stam/kloon ≠ isolaat ≠ nummer ≠ reincultuur ≠ soort ≠ populatie ≠ gemeenschap
Identificatie/typering (zie p.13)
➢ Het proces van herkenning en classificatie van de isolaten als leden van dezelfde of van
verschillende soorten/stammen
➢ Rekening houdend met het feit dat stammen aan genetische drift onderhevig zijn
De observatie van cohesie en diversiteit
Sinds het ontstaan van de moleculaire biologie en de bacteriële genetica leek het erop dat er
geen grenzen waren aan de overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriën.
➢ Veel onderzoekers meenden dat dit inhield dat het niet mogelijk was bacteriële soorten te
definiëren en dat het in de praktijk geen zin had deze te beschrijven, omdat zij ervan
overtuigd waren dat bacteriële soorten "niet bestonden" en dat alle genetische informatie
onbeperkt kon worden overgedragen van de ene microbe op de andere.
Dit stond in schril contrast met de dagelijkse ervaring van veel microbiologen
➢ bv. in de medische of voedingsmicrobiologie, waar de grote meerderheid van de relevante
soorten zonder problemen kon worden geïdentificeerd.
Deze onverklaarbare tegenstelling bleef bestaan totdat whole genome sequencing betaalbaar
werd (bv. DNA fingerprinting).
Het evolutionair proces
Om contrast cohesie<>diversiteit te begrijpen:
➢ Genomische drift en evolutie + de mate waarin ze voorkomen
Mutaties (endo- en exogeen)
Veranderingen in de nucleotide sequenties, ontstaan door fouten bij replicatie, UV, …
Gebeuren at random, waarbij de omgeving selecteert voor positieve mutaties
➢ (Meestal) neutrale mutaties
4
, ▪ =genetische drift en accumuleert in de loop van de tijd
➢ Deleterende mutaties
▪ Verlagen de fitness en worden verwijderd door natuurlijke selectie
➢ Voordelige/positieve mutaties
▪ Versterken de fitness en worden begunstigd door natuurlijke selectie
Selectie wordt dus gedefinieerd door de fitness
➢ Het vermogen van een organisme om nakomelingen te produceren en bij te dragen aan de
genetische samenstelling van toekomstige generaties
Genetische drift wordt sterk beïnvloed door fysische en geografische afzondering
Meer dan twee decenia aan vergelijkende genoom sequenering toonde aan dat mutaties
universeel aanwezig zijn maar amper de grote evolutionaire kracht is
Horizontale gentransfer (HGT)
Gebeurd dagelijks
Orthologen <> paralogen
Maakt het mogelijk om DNA uit te wisselen met verschillende takken van de evolutionaire boom
Drie mechanismen
➢ Transformatie (opname van vrij DNA)
➢ Transductie (virus gemedieerd)
➢ Conjugatie (cel-tot-cel en gemedieerd door plasmiden)
Het getransfereerd DNA zal:
➢ Afgebroken worden door restrictie enzymen
➢ Op zichzelf bestaan
➢ Recombinatie ondergaan met het ontvangd/gastheer genoom
▪ Homologe recombinatie
• Tussen twee gelijkaardige sequenties, al zijn enkele base-verschillen ok
• Resulteert in minder verschillend fragment dan dat bij niet-homologe het geval is
▪ Niet-homologe recombinatie
• Vereist geen gelijkaardige sequenties
Gevolgen van horizontale gen transfer
➢ Gen conversie (bij homologe) resulteert in vervanging ontvangend copy met donor copy
➢ Additief (bij niet-homologe)
Verschil met verticale gentransfer
5
