Microbiologie
Module 1: Inleiding tot de microbiologie
Micro-organismen:
Organismen die meestal te klein zijn om met het blote oog te zien.
Organismen die in de natuur ééncellig leven of kunnen leven alle organismen behalve
planten en dieren.
Meeste mo leven ééncellig, sommige meercellig, echter minder complexe organisatie en
differentiatie dan planten en dieren.
Ook virussen, hoewel geen celstructuur afzonderlijke classificatie
er is dus geen goed afgelijnde wetenschappelijke definitie
1.2 Micro-organismen als levende cellen
Cel = fundamentele eenheid van leven
Afgescheiden van omgeving en andere cellen door semipermeabele celmembraan
Unieke eigenschappen van levende cellen >< dode systemen:
o Metabolisme: opname nutriënten, uitscheiding afvalproducten
o Reproductie: vorming van nagenoeg identieke dochtercellen
o Differentiatie: vorming van verschillende celtypes.
o Communicatie: uitwisseling van chemische signalen.
o Evolutie: ontwikkeling nieuwe eigenschappen in nakomelingen.
Virussen:
o Geen cellen, bevatten geen echte celmembraan
o Stuk genetische informatie (DNA/RNA) verpakt in proteïnemantel
o Vermenigvuldiging afhankelijk van cellulaire machinerie van gastcel
1.3 Mo en hun omgeving
Definities
Populatie = verzameling van klonaal verwante cellen
Habitat = directe omgeving waarin populaties van mo leven
Gemeenschap = verzameling van verschillende populaties in een habitat
Ecosysteem = geheel van levende organismen met hun fysische en chemische omgeving
Microbieel metabolisme wijzigt gradueel chemische en fysische eigenschappen van
ecosysteem fundamenteel effect op planten en dieren
Rol van micro-organismen in ecosystemen
Geschat aantal prokaryote cellen op aarde: 5x10^30; bevatten evenveel C als alle platen
op aarde en 10x zoveel P en N
Mens bestaat uit meer MO (ca. 10^14) dan menselijke cellen (ca. 10^13)
Mo zijn aanwezig in alle habitats waar planten of dieren aanwezig zijn, maar omgekeerd
geldt dit bijlange niet
Meeste microbiële biomassa zou in de diepe ondergrond zitten (tot >10km)
1.4 Evolutie en verspreiding van mo op aarde
Aarde is 4.6 miljard jaar oud; eerste leven 3.8 miljard jaar geleden
, Alle huidige levende wezens wellicht ontstaan uit één enkele voorouder: LUCA: Last
Common Universal Ancestor.
O2 ontstond pas na 2 miljard jaar uit fotosynthese door cyanobacteriën
Drie grote evolutielijnen: Bacteria, Archaea, Eukarya
1.5 De impact van mo op menselijke activiteiten
Ziekten van plant, mens en dier
Vele infectieziekten beheersbaar; sommige uitgeroeid
Toch nog vele slachtoffers: 50 miljoen doden wereldwijd per jaar: luchtwegeninfecties,
diarree, tbc, AIDS, malaria, hepatitis, mazelen…
Nieuwe infectieziekten kunnen opduiken (vogelgriep)
Landbouw
Stikstoffixatie bij legumineuzen
Vertering van cellulose in rumen van herkauwers
Recycleren van C, N, S, P: hogere levensvormen onmogelijk zonder mo
Ons voedsel
Micro-organosmen veroorzaken bederf van voedsel en voedselinfecties of –intoxicaties
Processen zoals sterilisatie, koeling, drogen, vriezen, conserveermiddelen kunnen
houdbaarheid verlengen en veiligheid verhogen
Aanwending van mo in fermentaties: brood, kaas, yoghurt, bier, wijn…
Industriële toepassingen
Chemicaliën/brandstoffen (citroenzuur, azijn, melkzuur, antibiotica, ethanol, methaan…)
Afbraak/verwijdering afvalstoffen: zuivering van water en bio remediëring van bodem.
Biotechnologie
Productie recombinante eiwitten (bv. Insuline, chymosine)
Genetische gewijzigde mo
1.6 – 1.9 Geschiedenis van de microbiologie
Robert Hooke/ Antoni van Leeuwenhoek (17e E)
Eerste microscopische waarnemingen
Louis Pasteur
Studie van optische isomeren in microbieel metabolisme
Weerlegging ―spontane generatie‖- theorie; aantonen mo in de lucht
Vaccinaties tegen anthrax, hondsdolheid
Robert Koch
Gebruikt vaste voedingsbodems voor isolatie zuivere culturen
De kiemtheorie: mo veroorzaken ziekten
Koch‘s postulaten: criteria voor identificatie van mo als oorzaak van ziekte
Identificatie van ziekteverwekkers: Bacillus anthrax, Myobacterium tuberculosis, Vibrio
cholerae
, Martinus beijerinck/ Sergei Winogradsky
Principe van aanrijkingsculturen voor selectieve isolatie van mo
Principe van chemolithotrofie (energie uit oxidatie anorganische verbindingen:
ammonium en H2S oxiderende bacteriën), N2 fixatie
2.1 – 2.2 lichtmicroscopie
Vergroting: max 1000-15000; hoogste resolutie: 0.2 μm
Helderveldmicroscopie: weinig contrast ongekleurde cellen
Kleuring om contrast te verhogen
o Meestal kationische kleurstoffen: binden met zure (anionische) celcomponenten,
bv: nucleïnezuren, zure polysacchariden
o Differentiële kleuring
Bv. Gramkleuring: onderscheid gram+ en gram- bacteriën
Fasecontrastmicroscopie
Donkerveldmicroscopie
Fluorescentiemicroscopie: visualisatie van objecten die fluoresceren; rest is niet
zichtbaar; excitatie (λex) en emissie (λem)
o Autofluorescentie: door celeigen componenten, bv. Chlorofyl
o Kleuring met fluorescente kleurstoffen (fluors) om specifieke structuren of
eigenschappen te visualiseren
o Gebruik van recombinant Green Fluorescent Proteïn (GFP) als fluorescente
merker
2.3 Driedimensionele beeldvorming
differentieel interferentie contrast microscopie
Atomic force microscopie
Oppervlak van object wordt van uiterst dichtbij gescand met een ultradunne naald.
Interactiekrachten (aantrekking, afstoting) worden geregistreerd en verwerkt tot beeld van
het opervlak
Geen destructieve preparatie nodig van object (>< TEM/SEM): waarneming van
levende, gehydrateerde objecten mogelijk
Enorme vergrotingen
Confocal scanning laser microscopy
Fluorescentiemicroscoop met nauwkeurig gefocuste laserlichtbron
Preparaat wordt gescand op verschillende dieptes (tot enkele mm)
Driedimensionaal beeld wordt door computer samengesteld
2.4 Elektronenmicroscopie
Transmissie –electronenmicroscopie
e- in plaats van licht; electromagneten als lens
resolutie ± 1000x groter dan lichtmicroscopie (vergroting tot 250000)
geringe penetratie e- ultradunne secties nodig; zelfs 1 cel is te dik
contrastkleurstoffen: zware kernen die e- verstrooien, bv osmiumtetroxide, permanganaat,
uranium, lood
studie structuur in de cel: DNA, ribosomen, organellen, opbouw celwand
Module 1: Inleiding tot de microbiologie
Micro-organismen:
Organismen die meestal te klein zijn om met het blote oog te zien.
Organismen die in de natuur ééncellig leven of kunnen leven alle organismen behalve
planten en dieren.
Meeste mo leven ééncellig, sommige meercellig, echter minder complexe organisatie en
differentiatie dan planten en dieren.
Ook virussen, hoewel geen celstructuur afzonderlijke classificatie
er is dus geen goed afgelijnde wetenschappelijke definitie
1.2 Micro-organismen als levende cellen
Cel = fundamentele eenheid van leven
Afgescheiden van omgeving en andere cellen door semipermeabele celmembraan
Unieke eigenschappen van levende cellen >< dode systemen:
o Metabolisme: opname nutriënten, uitscheiding afvalproducten
o Reproductie: vorming van nagenoeg identieke dochtercellen
o Differentiatie: vorming van verschillende celtypes.
o Communicatie: uitwisseling van chemische signalen.
o Evolutie: ontwikkeling nieuwe eigenschappen in nakomelingen.
Virussen:
o Geen cellen, bevatten geen echte celmembraan
o Stuk genetische informatie (DNA/RNA) verpakt in proteïnemantel
o Vermenigvuldiging afhankelijk van cellulaire machinerie van gastcel
1.3 Mo en hun omgeving
Definities
Populatie = verzameling van klonaal verwante cellen
Habitat = directe omgeving waarin populaties van mo leven
Gemeenschap = verzameling van verschillende populaties in een habitat
Ecosysteem = geheel van levende organismen met hun fysische en chemische omgeving
Microbieel metabolisme wijzigt gradueel chemische en fysische eigenschappen van
ecosysteem fundamenteel effect op planten en dieren
Rol van micro-organismen in ecosystemen
Geschat aantal prokaryote cellen op aarde: 5x10^30; bevatten evenveel C als alle platen
op aarde en 10x zoveel P en N
Mens bestaat uit meer MO (ca. 10^14) dan menselijke cellen (ca. 10^13)
Mo zijn aanwezig in alle habitats waar planten of dieren aanwezig zijn, maar omgekeerd
geldt dit bijlange niet
Meeste microbiële biomassa zou in de diepe ondergrond zitten (tot >10km)
1.4 Evolutie en verspreiding van mo op aarde
Aarde is 4.6 miljard jaar oud; eerste leven 3.8 miljard jaar geleden
, Alle huidige levende wezens wellicht ontstaan uit één enkele voorouder: LUCA: Last
Common Universal Ancestor.
O2 ontstond pas na 2 miljard jaar uit fotosynthese door cyanobacteriën
Drie grote evolutielijnen: Bacteria, Archaea, Eukarya
1.5 De impact van mo op menselijke activiteiten
Ziekten van plant, mens en dier
Vele infectieziekten beheersbaar; sommige uitgeroeid
Toch nog vele slachtoffers: 50 miljoen doden wereldwijd per jaar: luchtwegeninfecties,
diarree, tbc, AIDS, malaria, hepatitis, mazelen…
Nieuwe infectieziekten kunnen opduiken (vogelgriep)
Landbouw
Stikstoffixatie bij legumineuzen
Vertering van cellulose in rumen van herkauwers
Recycleren van C, N, S, P: hogere levensvormen onmogelijk zonder mo
Ons voedsel
Micro-organosmen veroorzaken bederf van voedsel en voedselinfecties of –intoxicaties
Processen zoals sterilisatie, koeling, drogen, vriezen, conserveermiddelen kunnen
houdbaarheid verlengen en veiligheid verhogen
Aanwending van mo in fermentaties: brood, kaas, yoghurt, bier, wijn…
Industriële toepassingen
Chemicaliën/brandstoffen (citroenzuur, azijn, melkzuur, antibiotica, ethanol, methaan…)
Afbraak/verwijdering afvalstoffen: zuivering van water en bio remediëring van bodem.
Biotechnologie
Productie recombinante eiwitten (bv. Insuline, chymosine)
Genetische gewijzigde mo
1.6 – 1.9 Geschiedenis van de microbiologie
Robert Hooke/ Antoni van Leeuwenhoek (17e E)
Eerste microscopische waarnemingen
Louis Pasteur
Studie van optische isomeren in microbieel metabolisme
Weerlegging ―spontane generatie‖- theorie; aantonen mo in de lucht
Vaccinaties tegen anthrax, hondsdolheid
Robert Koch
Gebruikt vaste voedingsbodems voor isolatie zuivere culturen
De kiemtheorie: mo veroorzaken ziekten
Koch‘s postulaten: criteria voor identificatie van mo als oorzaak van ziekte
Identificatie van ziekteverwekkers: Bacillus anthrax, Myobacterium tuberculosis, Vibrio
cholerae
, Martinus beijerinck/ Sergei Winogradsky
Principe van aanrijkingsculturen voor selectieve isolatie van mo
Principe van chemolithotrofie (energie uit oxidatie anorganische verbindingen:
ammonium en H2S oxiderende bacteriën), N2 fixatie
2.1 – 2.2 lichtmicroscopie
Vergroting: max 1000-15000; hoogste resolutie: 0.2 μm
Helderveldmicroscopie: weinig contrast ongekleurde cellen
Kleuring om contrast te verhogen
o Meestal kationische kleurstoffen: binden met zure (anionische) celcomponenten,
bv: nucleïnezuren, zure polysacchariden
o Differentiële kleuring
Bv. Gramkleuring: onderscheid gram+ en gram- bacteriën
Fasecontrastmicroscopie
Donkerveldmicroscopie
Fluorescentiemicroscopie: visualisatie van objecten die fluoresceren; rest is niet
zichtbaar; excitatie (λex) en emissie (λem)
o Autofluorescentie: door celeigen componenten, bv. Chlorofyl
o Kleuring met fluorescente kleurstoffen (fluors) om specifieke structuren of
eigenschappen te visualiseren
o Gebruik van recombinant Green Fluorescent Proteïn (GFP) als fluorescente
merker
2.3 Driedimensionele beeldvorming
differentieel interferentie contrast microscopie
Atomic force microscopie
Oppervlak van object wordt van uiterst dichtbij gescand met een ultradunne naald.
Interactiekrachten (aantrekking, afstoting) worden geregistreerd en verwerkt tot beeld van
het opervlak
Geen destructieve preparatie nodig van object (>< TEM/SEM): waarneming van
levende, gehydrateerde objecten mogelijk
Enorme vergrotingen
Confocal scanning laser microscopy
Fluorescentiemicroscoop met nauwkeurig gefocuste laserlichtbron
Preparaat wordt gescand op verschillende dieptes (tot enkele mm)
Driedimensionaal beeld wordt door computer samengesteld
2.4 Elektronenmicroscopie
Transmissie –electronenmicroscopie
e- in plaats van licht; electromagneten als lens
resolutie ± 1000x groter dan lichtmicroscopie (vergroting tot 250000)
geringe penetratie e- ultradunne secties nodig; zelfs 1 cel is te dik
contrastkleurstoffen: zware kernen die e- verstrooien, bv osmiumtetroxide, permanganaat,
uranium, lood
studie structuur in de cel: DNA, ribosomen, organellen, opbouw celwand
