Medische bacteriologie
Morfologie & taxonomie van bacteriën
A. Opbouw van de bacteriële cel
A.1 Cytoplasma:
Bevat vrij DNA, ribosomen en soms reservegranules
Vrij DNA: het nucleoid is een elektrondensere zone van het cytoplasma met DNA (chromosomen en
plasmiden). DNA is niet gebonden aan histonen maar is wel opgerold op zichzelf, ook plasmiden (=
kleine circulaire DNA delen).
Ribosomen 70S: onderscheid van eukaryoten (80S), gebruiken als doelwit voor antibacteriële
producten, groot aantal waardoor basofiel cytoplasma.
Reservegranules (met bv glycogeen)
+ ev stofwisselings-intermediaren
A.2 Cytoplasma-membraan:
Belangrijk voor opname van voedingsstoffen, metabool- en biosyntheseorgaan, en mitoseapparaat.
Zowel katabolisme als anabolisme.
Fosfolipidendubbellaag zonder sterolen minder rigide, meer stevig en meer complex ; want het moet
functies overnemen van organellen:
Transport: opname van voedingsstoffen & uitstoot van schadelijke stoffen
o Passief transport: geen energie
Eenvoudige diffusie volgens concentratiegradiënt (gebruikt voor bv O2/
CO2/water/…)
Gefaciliteerde diffusie met carrierproteïnen (gebruikt voor bv glucose)
o Actief transport: (meest gebruikt) nodig om voedingsstoffen binnen te halen
Transportmoleculen (= permeasen) voor werking tegen concentratiegradiënt
Metabolisme: energieproductie, afbraak en biosynthese ; plaats van oxidatieve metabolisme met
cytochromen ; rol overnemen van mitochondria.
Mitose: bact DNA vast aan membraan.
A.3 Celwand:
! Hierdoor onderverdeling bacteriën & belang AB !
Essentieel voor bescherming, vorm en stevigheid, anders zouden bacteriële cellen openbarsten door de hoge
osmotische druk. De verschillende vormen zorgen voor verschillende groepen (kok, staaf, vibrio, etc).
Peptidoglycaan:
Functie: (gemeenschappelijke) basisunit bacteriële celwand
Structuur: polymeer opgebouwd uit lange ketens van aminosuikers (= ruggengraat), afwisselend N-
acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur, crosslinking met peptidebruggen => sterk netwerk
o Basiseenheid peptidoglycaan: N-acetylglucosamine + N-acetylmuraminezuur disacharide
1
,Medische bacteriologie
Biosynthese:
1. Basiseenheid (polair) synthese in cytoplamsa
2. Gebonden aan transmembranaire lipidecarrier (transportermolecule) => snel transport
doorheen cytoplasmamembraan
3. Transglycolisatie (polymerisatie): disacharide gekoppeld aan groeiende
peptidoglycaanketen-ruggengraat via transglycosylase
4. Via peptidenzijkenketen wordt crosslink gemaakt met andere peptidenzijketens,
gekatalyseerd door transpeptidasen
Constante aanmaak vs afbraak door autolysines: bepalen mee vorm bacterie + kunnen zorgen voor
openbarsten cel
A.4 Externe structuren: kapsel, pili en flagellen
Kapsel ; slijmlaag = dikke variërende laag polysachariden, uitwendig van de celwand.
Voornaamste virulentiefactor!
Functie: bescherming tegen fagocytose & verhindering penetratie van antibiotica
Vnl bij bact van invasieve infecties (= doordringen in bloed) zodat geen herkenning mogelijk
(vermeden door kapsel) en dus geen fagocytose
K-antigeen = kapsulaire antigeen: onderscheid maken binnen 1 soort bacterie
Flagellen: lange beweeglijke filamenten opgebouwd uit proteïnen (= flagellines)
Verankerd in cytoplasmamebraan via haak aan basaal lichaam, steken doorheen celwand en ev kapsel
Zowel bij gram+ als gram- bacteriën
Energie flagellaire beweging afkomstig van membraanpotentiaal
Schroefvormige beweging => voortbeweging bacterie (DMV CHEMOTAXIS!)
= H-antigeen: want antigene structuur welke kan verschillen van bacterie tot bacterie => nodig voor
onderscheid van bacteriën
Pili = fimbrae: filamenten uit proteïne-subunits (= pilin)
In vergelijking met flagel: dunner, onbewegelijk, korter, meer verspreid over opp
Vnl bij gram- bacteriën
Op tip speciale structuren, nodig voor adherentie.
Virulentiefactor!: bescherming tegen fagocytose, allemaal verschillende pili waardoor antipili-
antistoffen waardeloos worden (want ons imm.syst. moet telkens nieuwe soort maken)
Speciale groep: seks pili: langer dan gewone, nodig voor transfer DNA dmv conjugatie
A.5 Endosporen
Ontwikkelt bij ongunstige omstandigheden, enkel bij aerobe Bacili, anaerobe Clostridia, Sarcinae en
Streptomyces – allemaal grampositief (want dikke celwandvorming vereist)
Sporen = resistente, cryptobiotische (= zonder metabole activiteit) verschijningsvorm van bacterie
Weerstaan hitte en vrieskoude, droogte, straling, toxische chemicaliën, etc.
o Kunnen in langdurige ongunstige toestanden overleven
Vanaf opnieuw in gunstige ontwikkeling: ontwaken naar normale bacterie
o Bij spoorvormende bacteriën: 2 fasen: normale vegetatieve fase vs slaap-/gesporuleerde-
fase (sporulatie = normaal -> spore germinatie = spore -> normaal)
2
,Medische bacteriologie
Opbouw: kern (DNA + ribosomen) + integumentum
o Kern: chromosoom + kleine hoeveelheid proteïnebouwstenen (oa ribosomen)
Bijna volledig gedehydrateerd
o Integumentum: opgebouwd uit verschillende lagen: (van binnen -> buiten)
Binnenste membraan (~cytoplasmamembraan): rondom kern
Cortex: dikke concentrische laminaire peptidoglycaanlaag
Membraan
Keratineachtige proteïnelaag (= inner coat): geeft hoge resistentie aan toxische
chemicaliën
Exosporium (= outer coat) = losse proteïne lipidelaag rond alles (onbekende functie)
Vorm van
de
Verschillende
bacterie: bacteriën:
Grampositieve
Bolvormig bacteriën: behouden (blauw) kleurstof bij gramkleuring dmv purperen kleurstof (kristalviolet)
waarna
= cocciin; jood (lugol)
Ronde vorm met dikke celwand door de vele lagen peptidoglycaan + (lipo)teichoïnezuren.
Staafvorm
Functie: soort
ig = bacili ; zeef die moleculen belet in contact te komen.
Celwand
Tussenvor opbouw:
m = Dikke laag peptidoglycanen
Teichoïnezuren: verankerd in celwand. Polymeren verbonden met fosfodiesterbruggen,
coccibacili
; maakt celwand steviger en functioneert als aanhechting voor extracellulaire elementen
Kurkentre(adhesine).
kachtig =
Lipoteichoïnezuren: verankerd in celmembraan. Fungeren ook als aanhechting voor
spirochaet
extracellulaire elementen.
en ; Liggen
in clusters
Gramnegatieve bacteriën: ontkleuren bij gramkleuring mbv alcohol, maar kleuren na ontkleuring
= bij toevoeging fuchsine, een rode kleurstof.
rood
stafylokok dunne (én minder dwarsverbindingen) maar complexere celwand.
Staafvormig,
ken ; opbouw:
Celwand
Lange
Dunnere peptidoglycaanlaag
ketting
=Buitenste membraan (bescherming!)
streptokok o Fosfolipidendubbellaag
ken o LPS:
Lipide A = endotoxine: verankert LPS in buitenste laag buitenmembraan. Is krachtige
stimulator immuunsysteem, zorgt voor koorts. Cave: hoge dosis zorgt voor
coagulatie shock dood
Core: (uit 8 suikers): zit vast aan lipide A
O-antigeen (lange keten suikers – hydrofiel): zit vast aan core ; zorgt voor opwekken
verschillende specifieke As
o Proteïne-porines: essentieel vr transport hydrofiele moleculen door periplasmatische ruimte
Periplasmatische ruimte = ruimte tussen buitenmembraan en cytoplasmamebraan
Zuurvaste bacteriën: dikke en complexe celwand, niet meer ontkleuren zelfs met zuur. Zorgt voor zeer
resistente bacteriën, maar dikke celwand zorgt ook voor trage groei.
3
, Medische bacteriologie
Vb.: Mycobacteriën (bv. TBC)
Opbouw celwand van binnen naar buiten:
Dikke peptidoglycanenlaag
Laag suikerpolysachariden = arabinose-galactaanlaag
Laag mycolzuren
Glycolipidenlaag
Spirocheten: spiraalvormige bacteriën (“ kurkentrekkers)
Hun celwand lijkt op die van gram- bact maar zonder LPS waardoor microscopisch moeilijk zichtbaar
Delen dmv transversale splitsing
Vb.: ziekte van Lyme
Bacteriën zonder celwand: geen rigide peptidoglycaanlaag, wel cytoplasmamembraan met stereolen
(stevigheid!). Hebben allerlei vormen en zijn ongevoelig voor antibiotica tegen peptidoglycaan, wel zeer
gevoelig aan verandering in osmotische druk.
Bevatten een klein chromosoom en beperkte biosynthese.
Vb.: Mycoplasma
B. Identificatie van bacteriën
Snelle identificatie is in klinische setting essentieel om diagnose te stellen zodat men kan starten met correcte
anti-infectieuze therapie. Deze identificatie kan op 2 verschillende manier gebeuren:
Cultuurgebonden technieken: bact kweken aan de oppervlakte van een vaste/vloeibare
voedingsbodem (uitz: Mycobacterium leprae & Treponema pallidum)
o Geen universeel medium ; soms bewust zeer specifiek medium gemaakt zodat 1 spec soort
kan groeien (= selectieve voedingsbodems) ( rijke- / niet-selectieve voedingsbodems)
o Identificatie na cultuurkweek obv morfologische karakteristieken
o Bestudering celgroepering (ketens, paren, koffieboontjes,…) en celmorfologie obv
gramkleuring
o Ev bijkomende identificatietesten voor zekerheid: MALDI/TOF (= Matrix Assisted Laser
Desorption/Ionisation Time-Of-Flight): bacterie beschieten dmv laser waardoor deze in
fragmenten valt en een patroon vormt (spec voor bact)
Cultuuronafhankelijke technieken:
o Microscopie
o Detectie direct op staal van microbiële-Ag via monoclonale-As
o Detectie van genetisch materiaal
Dmv PCR
Obv rRNA: bacteriën vs eukaryoten vs archaea (= bact die overleven in extreme
omstandigheden – bv waspoeder met extreme enzymes).
Ook belangrijk voor behandeling: antibiogram! = overzicht van gevoeligheid/resistentie bacterie tegen de
verschillende antibiotica.
4
Morfologie & taxonomie van bacteriën
A. Opbouw van de bacteriële cel
A.1 Cytoplasma:
Bevat vrij DNA, ribosomen en soms reservegranules
Vrij DNA: het nucleoid is een elektrondensere zone van het cytoplasma met DNA (chromosomen en
plasmiden). DNA is niet gebonden aan histonen maar is wel opgerold op zichzelf, ook plasmiden (=
kleine circulaire DNA delen).
Ribosomen 70S: onderscheid van eukaryoten (80S), gebruiken als doelwit voor antibacteriële
producten, groot aantal waardoor basofiel cytoplasma.
Reservegranules (met bv glycogeen)
+ ev stofwisselings-intermediaren
A.2 Cytoplasma-membraan:
Belangrijk voor opname van voedingsstoffen, metabool- en biosyntheseorgaan, en mitoseapparaat.
Zowel katabolisme als anabolisme.
Fosfolipidendubbellaag zonder sterolen minder rigide, meer stevig en meer complex ; want het moet
functies overnemen van organellen:
Transport: opname van voedingsstoffen & uitstoot van schadelijke stoffen
o Passief transport: geen energie
Eenvoudige diffusie volgens concentratiegradiënt (gebruikt voor bv O2/
CO2/water/…)
Gefaciliteerde diffusie met carrierproteïnen (gebruikt voor bv glucose)
o Actief transport: (meest gebruikt) nodig om voedingsstoffen binnen te halen
Transportmoleculen (= permeasen) voor werking tegen concentratiegradiënt
Metabolisme: energieproductie, afbraak en biosynthese ; plaats van oxidatieve metabolisme met
cytochromen ; rol overnemen van mitochondria.
Mitose: bact DNA vast aan membraan.
A.3 Celwand:
! Hierdoor onderverdeling bacteriën & belang AB !
Essentieel voor bescherming, vorm en stevigheid, anders zouden bacteriële cellen openbarsten door de hoge
osmotische druk. De verschillende vormen zorgen voor verschillende groepen (kok, staaf, vibrio, etc).
Peptidoglycaan:
Functie: (gemeenschappelijke) basisunit bacteriële celwand
Structuur: polymeer opgebouwd uit lange ketens van aminosuikers (= ruggengraat), afwisselend N-
acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur, crosslinking met peptidebruggen => sterk netwerk
o Basiseenheid peptidoglycaan: N-acetylglucosamine + N-acetylmuraminezuur disacharide
1
,Medische bacteriologie
Biosynthese:
1. Basiseenheid (polair) synthese in cytoplamsa
2. Gebonden aan transmembranaire lipidecarrier (transportermolecule) => snel transport
doorheen cytoplasmamembraan
3. Transglycolisatie (polymerisatie): disacharide gekoppeld aan groeiende
peptidoglycaanketen-ruggengraat via transglycosylase
4. Via peptidenzijkenketen wordt crosslink gemaakt met andere peptidenzijketens,
gekatalyseerd door transpeptidasen
Constante aanmaak vs afbraak door autolysines: bepalen mee vorm bacterie + kunnen zorgen voor
openbarsten cel
A.4 Externe structuren: kapsel, pili en flagellen
Kapsel ; slijmlaag = dikke variërende laag polysachariden, uitwendig van de celwand.
Voornaamste virulentiefactor!
Functie: bescherming tegen fagocytose & verhindering penetratie van antibiotica
Vnl bij bact van invasieve infecties (= doordringen in bloed) zodat geen herkenning mogelijk
(vermeden door kapsel) en dus geen fagocytose
K-antigeen = kapsulaire antigeen: onderscheid maken binnen 1 soort bacterie
Flagellen: lange beweeglijke filamenten opgebouwd uit proteïnen (= flagellines)
Verankerd in cytoplasmamebraan via haak aan basaal lichaam, steken doorheen celwand en ev kapsel
Zowel bij gram+ als gram- bacteriën
Energie flagellaire beweging afkomstig van membraanpotentiaal
Schroefvormige beweging => voortbeweging bacterie (DMV CHEMOTAXIS!)
= H-antigeen: want antigene structuur welke kan verschillen van bacterie tot bacterie => nodig voor
onderscheid van bacteriën
Pili = fimbrae: filamenten uit proteïne-subunits (= pilin)
In vergelijking met flagel: dunner, onbewegelijk, korter, meer verspreid over opp
Vnl bij gram- bacteriën
Op tip speciale structuren, nodig voor adherentie.
Virulentiefactor!: bescherming tegen fagocytose, allemaal verschillende pili waardoor antipili-
antistoffen waardeloos worden (want ons imm.syst. moet telkens nieuwe soort maken)
Speciale groep: seks pili: langer dan gewone, nodig voor transfer DNA dmv conjugatie
A.5 Endosporen
Ontwikkelt bij ongunstige omstandigheden, enkel bij aerobe Bacili, anaerobe Clostridia, Sarcinae en
Streptomyces – allemaal grampositief (want dikke celwandvorming vereist)
Sporen = resistente, cryptobiotische (= zonder metabole activiteit) verschijningsvorm van bacterie
Weerstaan hitte en vrieskoude, droogte, straling, toxische chemicaliën, etc.
o Kunnen in langdurige ongunstige toestanden overleven
Vanaf opnieuw in gunstige ontwikkeling: ontwaken naar normale bacterie
o Bij spoorvormende bacteriën: 2 fasen: normale vegetatieve fase vs slaap-/gesporuleerde-
fase (sporulatie = normaal -> spore germinatie = spore -> normaal)
2
,Medische bacteriologie
Opbouw: kern (DNA + ribosomen) + integumentum
o Kern: chromosoom + kleine hoeveelheid proteïnebouwstenen (oa ribosomen)
Bijna volledig gedehydrateerd
o Integumentum: opgebouwd uit verschillende lagen: (van binnen -> buiten)
Binnenste membraan (~cytoplasmamembraan): rondom kern
Cortex: dikke concentrische laminaire peptidoglycaanlaag
Membraan
Keratineachtige proteïnelaag (= inner coat): geeft hoge resistentie aan toxische
chemicaliën
Exosporium (= outer coat) = losse proteïne lipidelaag rond alles (onbekende functie)
Vorm van
de
Verschillende
bacterie: bacteriën:
Grampositieve
Bolvormig bacteriën: behouden (blauw) kleurstof bij gramkleuring dmv purperen kleurstof (kristalviolet)
waarna
= cocciin; jood (lugol)
Ronde vorm met dikke celwand door de vele lagen peptidoglycaan + (lipo)teichoïnezuren.
Staafvorm
Functie: soort
ig = bacili ; zeef die moleculen belet in contact te komen.
Celwand
Tussenvor opbouw:
m = Dikke laag peptidoglycanen
Teichoïnezuren: verankerd in celwand. Polymeren verbonden met fosfodiesterbruggen,
coccibacili
; maakt celwand steviger en functioneert als aanhechting voor extracellulaire elementen
Kurkentre(adhesine).
kachtig =
Lipoteichoïnezuren: verankerd in celmembraan. Fungeren ook als aanhechting voor
spirochaet
extracellulaire elementen.
en ; Liggen
in clusters
Gramnegatieve bacteriën: ontkleuren bij gramkleuring mbv alcohol, maar kleuren na ontkleuring
= bij toevoeging fuchsine, een rode kleurstof.
rood
stafylokok dunne (én minder dwarsverbindingen) maar complexere celwand.
Staafvormig,
ken ; opbouw:
Celwand
Lange
Dunnere peptidoglycaanlaag
ketting
=Buitenste membraan (bescherming!)
streptokok o Fosfolipidendubbellaag
ken o LPS:
Lipide A = endotoxine: verankert LPS in buitenste laag buitenmembraan. Is krachtige
stimulator immuunsysteem, zorgt voor koorts. Cave: hoge dosis zorgt voor
coagulatie shock dood
Core: (uit 8 suikers): zit vast aan lipide A
O-antigeen (lange keten suikers – hydrofiel): zit vast aan core ; zorgt voor opwekken
verschillende specifieke As
o Proteïne-porines: essentieel vr transport hydrofiele moleculen door periplasmatische ruimte
Periplasmatische ruimte = ruimte tussen buitenmembraan en cytoplasmamebraan
Zuurvaste bacteriën: dikke en complexe celwand, niet meer ontkleuren zelfs met zuur. Zorgt voor zeer
resistente bacteriën, maar dikke celwand zorgt ook voor trage groei.
3
, Medische bacteriologie
Vb.: Mycobacteriën (bv. TBC)
Opbouw celwand van binnen naar buiten:
Dikke peptidoglycanenlaag
Laag suikerpolysachariden = arabinose-galactaanlaag
Laag mycolzuren
Glycolipidenlaag
Spirocheten: spiraalvormige bacteriën (“ kurkentrekkers)
Hun celwand lijkt op die van gram- bact maar zonder LPS waardoor microscopisch moeilijk zichtbaar
Delen dmv transversale splitsing
Vb.: ziekte van Lyme
Bacteriën zonder celwand: geen rigide peptidoglycaanlaag, wel cytoplasmamembraan met stereolen
(stevigheid!). Hebben allerlei vormen en zijn ongevoelig voor antibiotica tegen peptidoglycaan, wel zeer
gevoelig aan verandering in osmotische druk.
Bevatten een klein chromosoom en beperkte biosynthese.
Vb.: Mycoplasma
B. Identificatie van bacteriën
Snelle identificatie is in klinische setting essentieel om diagnose te stellen zodat men kan starten met correcte
anti-infectieuze therapie. Deze identificatie kan op 2 verschillende manier gebeuren:
Cultuurgebonden technieken: bact kweken aan de oppervlakte van een vaste/vloeibare
voedingsbodem (uitz: Mycobacterium leprae & Treponema pallidum)
o Geen universeel medium ; soms bewust zeer specifiek medium gemaakt zodat 1 spec soort
kan groeien (= selectieve voedingsbodems) ( rijke- / niet-selectieve voedingsbodems)
o Identificatie na cultuurkweek obv morfologische karakteristieken
o Bestudering celgroepering (ketens, paren, koffieboontjes,…) en celmorfologie obv
gramkleuring
o Ev bijkomende identificatietesten voor zekerheid: MALDI/TOF (= Matrix Assisted Laser
Desorption/Ionisation Time-Of-Flight): bacterie beschieten dmv laser waardoor deze in
fragmenten valt en een patroon vormt (spec voor bact)
Cultuuronafhankelijke technieken:
o Microscopie
o Detectie direct op staal van microbiële-Ag via monoclonale-As
o Detectie van genetisch materiaal
Dmv PCR
Obv rRNA: bacteriën vs eukaryoten vs archaea (= bact die overleven in extreme
omstandigheden – bv waspoeder met extreme enzymes).
Ook belangrijk voor behandeling: antibiogram! = overzicht van gevoeligheid/resistentie bacterie tegen de
verschillende antibiotica.
4
