ALGEMENE MICROBIOLOGIE
HOOFDSTUK 1 : DE MICROBIËLE WERELD
1.1 micro-organismen, kleine titanen op aarde
- microscopisch klein
➔ divers in vorm en functie
➔ in elke omgeving die leven toelaat
❖ water nodig
➔ meeste eencellig, sommige zijn meercellig (vormen complexe structuren)
➔ leven in micro-bacteriële gemeenschappen
❖ bv. op tong
- hebben impact op andere organismen (planten en dieren)
➔ dieren, planten en mens
➔ klein aantal pathogeen (<1%)
➔ vb:
❖ darmmicroflora mee bepalend voor hormonen in ons bloed
● bacteriën in darm helpen precursoren van hormonen om hormonen
om te zetten naar functionele hormonen
❖ huidflora bepaald onze geur
❖ koralen kunnen met behulp van hun microflora infecties overwinnen
❖ darmmicroflora van fruitvliegen bepaalt mee hun paarvoorkeuren
- microbacteriële toepassingen
➔ gebruikt om afvalwater proper te maken, landbouw, gebruikt om enzymen te maken
handig voor voedsel of medicijnen bereiding , industrie waarbij ze basisstoffen voor
chemische industrie (gisten maken bio-ethanol), ontginning
- hoe bestuderen :
➔ microscopie
➔ kweken in culturen (in het lab) in/op voedingsmedium
❖ medium : vloeibaar/vast mengsel van voedingscomponenten
● op vast medium : zichtbare kolonie
➔ bacteriën komen bijna overal voor, meestal in gemengde gemeenschappen (vss
bacteriële stammen), dus uitzuiveren om in detail te onderzoeken
➔ goede modellen voor begrip vd basisprocessen in eencellige en meercellige
organismen
1.2 structuur en activiteiten van microbiële cellen
- alle prokaryoten (Archae, bacterien) cellen vertonen gelijkende structuren:
➔ cytoplasmatische membraan : barrière tss binnenkant cel en buitenomgeving
➔ celwand : aanwezig in veel MO, geeft stevigheid
➔ cytoplasma : waterig mengsel van macromoleculen, kleine organische moleculen,
ionen en ribosomen
➔ ribosomen : structuren voor eiwitsynthese
➔ genetisch materiaal
,- prokaryoten vs. eukaryoten
➔ prokaryoten :
❖ Bacteria en Archae
❖ geen (zelden) organellen (membraan-omgeven structuren), geen kern
➔ eukaryoten :
❖ planten, dieren, algae, protozoa, fungi
❖ bevatten organellen
❖ DNA zit in de membraan-omgeven kern
❖ mitochondria en chloroplasten
- genoom : alle genen van de cel
➔ eukaryoot DNA
❖ lineair, in de kern (zeer groot, miljarden bp)
❖ geassocieerd met eiwitten die DNA helpen opvouwen (histonen)
❖ meestal meer dan 1 chromosoom
❖ gewoonlijk 2 kopies van elk chromosoom
❖ bij celdeling, deelt kern door mitose
❖ bij seksuele reproductie, halveert genoom door meiose
➔ prokaryoot DNA
❖ circulair of lineair chromosoom, in cytoplasma (0.5-10miljoen bp)
❖ DNA aggregeert tot nucleoide
❖ meestal 1 chromosoom, haploid
❖ soms extra chromosomale DNAs (plasmiden, chromiden) dragen bijzondere
eigenschappen
● chromiden = groter dan plasmiden maar kleiner dan chromosoom,
replicatiesysteem van plasmide
➔ E. coli genoom : 4.64 miljoen bp, 4.300 genen
❖ sterk opgevouwen (cel kleiner dan DNA) door negatieve supercoiling (extra
kronkel, tegengestelde richting van DNA, gecontroleerd door eiwitten die
zorgen voor regulatie waardoor transcriptie kan plaatsvinden
, ➔ Menselijk genoom : 1000x meer DNA, MAAR 6x meer genen
➔ regulatie zeer belangrijk
➔ genoomgrootte gelinkt aan levenswijze
❖ vrij levende bacteriën hebben grootste genomen
● al hun eigen componenten zelf aanmaken
● alle archaea, uitzondering van 1
❖ pathogenen en endo
● profiteren van gastheer waarvan ze componenten krijgen waardoor ze
niet veel genen nodig hebben & dus kleiner
● konden vroeger vrij levend geweest zijn
➔ kenmerken van alle microbiële cellen
❖ zelfde structuur (zie eerder)
❖ hebben metabolisme (katabolisme & anabolisme)
● katabolisme = afbrekende R
● anabolisme = biosynthetische R
❖ groeien
❖ evolutie
● bij elke delig mogelijkheid tot mutaties (basis voor evolutie)
● snel bij prokaryoten wegens eenvoudig genoom
➔ kenmerken van sommige microbiële cellen
❖ cellen die knn differentiëren en zichzelf transformeren tot ander type cel
● bv. cellen die sporen maken
❖ communiceren door chemische signalen (bep stoffen geproduceerd)
❖ beweeglijk door flagel
❖ horizontale gentransfer
1.3 cel afmetingen en morfologie
- morfologie van prokaryoten
➔ veel varianten
,➔ bij sommige MO blijven cellen typisch samenliggend (kettingen van streptococcus,
blokjes van Sarcina, trosjes van Staphylococcus)
➔ morfologie voorspelt weinig/niets over fysiologie, ecologie, fylogenie van
prokaryote cel
➔ selectieve krachten die morfologie mogelijk bepaalden
❖ optimaliseren van voeding (nutrientenconcentraties)
❖ type medium (viskeus, vloeibaar, vast)
● zwemmende beweeglijkheid in viskeus medium (helische cellen,
spirochaeten knn doorheen slijmlagen waardoor ze goede
pathogenen zijn)
● glijdende beweging over opp (filamenteuze bacterien)
- afmetingen
➔ prokaryoten : 0.5-4 microm breed, <15microm lang
❖ cyanobacteriën, Epulopiscium fishelsoni heel groot
❖ grootste : Thiomargarita namibiensis (400microm)
➔ eukaryoten : 5-+600 microm diameter
➔ klein zijn heeft voordelen :
❖ meer celopp per celvolume dan grote cellen (hoge opp/V verhouding)
● opp is wat bacterie nodig heeft om dingen uit te wisselen met
omgeving, dus hebben grotere voedseluitwisseling per eenheid
celvolume & groeien sneller (sneller metabolisme want makkelijker
voedingsstoffen opnemen & uitscheiden)
❖ bij elke deling mogelijkheid tot mutatie waardoor snellere evolutie &
aanpassing
● eukaryote cellen passen zich trager aan
❖ haploid (mutatie direct tot uiting)
❖ zeer grote celaantallen = meer deling = meer evolutie
➔ hoe kleiner hoe beter?
❖ moet bep grootte hebben op nodige zaken in cel te hebben om te knn leven
❖ kleinste gekende cellen : 0.15 microm
❖ ultramicrobacteria = mariene cellen met minimale genomen (0.2-0.4 microm)
die wrs afhangen van andere MO/planten/dieren afhangen
❖ nanobacteria (ong 0.1 microm) : controversieel, te klein voor leven
❖ kleinste archaea : Nanoarchaeum equitans
, ● 400 nm, hyperthermofiel, anaeroob, groeit op opp van Ignicoccus
(Archaea) dus soort parasiet, kleinst gekende genoom (waardoor die
vss genen mist), Nanoarchaeota is apart phylum
1.5 micro-organismen en de biosfeer
- geschiedenis van leven op aarde
➔ aarde is 4.6 miljard jaar oud
➔ de eerste cellen verschenen 3.8 miljard tot 4.3 miljard jaar geleden
➔ atmosfeer was anoxisch (geen O2) tot ong 2.6 miljard jaar geleden
❖ cyanobacteriën ‘maken’ O2
➔ oudste MO : enkel anaerobe metabolismen
➔ eerste anoxygene fototrofen ong 3.6 miljard jaar geleden, cyanobacteria (oxygene
fotosynthese) ong 2.6 miljard jaar geleden
❖ vanboven aerobe organisme (cyanobacterien) & vanonder anaerobe
➔ planten & dieren ong 0.5 miljard jaar geleden
- alle cellen vertonen gelijkenissen dus universele voorouder? (3 afzonderlijke
domeinen met microbiële cellen uit LUCA (Last Universal Common Ancestor))
- hele grote diversiteit (biochemisch) die pas recent werd ontdekt door naar DNA te
kijken
➔ door 3.8 x 10^9 jaar prokaryote evolutie
- cellen -> populaties -> microbiële gemeenschappen
➔ microbiële gemeenschappen knn chemische & fysische eig van habitat bepalen, o.a
door voedselopname & afvalproducten
➔ microbieel ecosysteem = microbiële gemeenschappen samen met omgeving (PH,
voedingsmiddelen, etc)
- micro-organismen zijn belangrijke reservoirs vd bouwstenen van leven
➔ bv. hoeveelheid P en N is 4x meer dan in plant biomassa
,1.6 de impact van micro-organismen op de mens
- pathogenen die infectieziektes veroorzaken, gedaald door antibiotica/betere
voedselveiligheid/vaccinaties
➔ ong 1400 menselijke pathogenen
- effecten (meer positieve dan negatieve) :
➔ landbouw
❖ in wortel van vlinderbloemige planten kleine knolletjes waarin bacteriën zitten
(rhizobia) die N2 uit de lucht fixeren die plant kan gebruiken
❖ rumen van koe vol bacteriën die helpen om gras af te breken (bacteriën zelf
ook bron van eiwitten die w verteerd)
❖ ziektes
➔ in menselijke darm
❖ synthese van vitamines & nutriënten of competitie met pathogenen (bezetten
wand)
➔ voedsel
❖ positieve bijdragen tot voedselbereiding & voedselbewaring
● melkzuurbacteriën zorgen voor fermentatie
❖ veroorzaken voedselbederf -> speciale bewaringsmethoden nodig
➔ bevatten waardevolle genetische informatie
❖ codes bep eiwitte(enzymen) uit halen bv & massaal aanmaken
➔ energie en omgeving
❖ productie van biobrandstoffen, bioremediering, waterzuivering,
biotcehnologie, massaproductie van enzymen en andere nuttige stoffen
❖ verstorend : biofilms in pijpleidingen, corrosie
1.7 lichtmicroscopie en de ontdekking van micro-organismen
- microbiologie begon met de ontwikkeling vd microscoop
➔ Robert Hooke was eerste die MO beschreef (schimmels)
➔ Antonie van Leeuwenhoek : eerste beschrijving bacteria
❖ microscoop van A. van Leeuwenhoek
- om MO te zien, is een microscoop nodig
➔ lichtmicroscoop : veel vergroten (minstens 1000x vergroting nodig) want prokaryoten
klein
➔ specimens te zien door verschillen in contrast (densiteit) met omgeving
➔ totale vergroting = product vd vergroting van beide lenzen (objectief en oculair)
➔ maximum vergroting is ong 1.500X
➔ vergroting ≠ resolutie
❖ resolutie = vermogen om 2 naburige objecten als apart te onderscheiden, afh
van golflengte licht & numerische appertuur vd lenzen
● limiet is 0.2 microm
➔ veel cellen niet gepigmenteerd dus contrast moet verbeterd w (zie 1.8)
1.8 contrast in lichtmicroscopie
- kleuring
,➔ kleurstoffen : organische verbindingen met vss affiniteit voor specifieke cellulaire
componenten
➔ basische kleurstoffen : pos geladen binden neg geladen DNA, RNA, zure
polysacchariden, celwanden etc
➔ veelgebruikte : methylene blue, safranine, kristal violet
➔ gebruikt op gedroogde cellen
➔ olie nodig bij 100x objectief
❖ reden : veel lichtverlies door verschil in brekingsindex tss glas en lucht
ertussen, olie zorgt dat het meer op elkaar lijkt en zo gaat meer licht
binnengaan in microscoop
- differentiële kleuring : vss kleur voor vss cellen
➔ Gram-kleuring : indeling in Gram-positieve (paars) en Gram-negatieve bacteria (roze)
- types lichtmicroscopie
➔ helderveld microscopie
❖ enkel voor natuurlijke gekleurde bacteriën
➔ fasencontrast microscopie
❖ voor ongekleurde cellen, dus levende cellen (kleuring dood cellen)
, ❖ refractie-index van cel en omgeving w vergroot waardoor ze duidelijker w
(donkere cellen op verlichte achtergrond)
➔ donkerveld microscopie
❖ zijbelichting (enige licht dat lens bereikt afkomstig is van verstrooiing door
object) waardoor lichte cellen op donkere achtergrond te zien zijn
➔ fluorescentiemicroscopie
❖ natuurlijke fluorescente cellen (cyanobacterien) vs fluorescent gekleurde
cellen
1.11 Pasteur en spontane generatie
- 150 jaar na ontdekkingen van Leeuwenhoek : het kweken van MO leidde tot grote
doorbraken
➔ aseptische techniek : methoden voor de bereiding & bewaring van steriele
producten (geen levende organismen aanwezig)
➔ reinculturen werden mogelijk
➔ aanrijkingsculturen : selecteren op bep metabolische eigenschappen
➔ 2 belangrijkste maatschappelijke & wetenschappelijke problemen 18de, 19e
eeuw (motor van onderzoek) :
❖ voedselbederf : gebeurt spontane generatie?
● spontane generatie = men geloofde dat door interactie met
lucht voedingsmiddelen konden bederven, iets in de lucht
leidde tot onstaan van bederf
❖ ontdekking & begrip van infectieziekten
- louis pasteur (1822-1895)
➔ chemicus & microscoop analist
➔ onderzoek van kristallen in wijn : levende organismen onderscheiden
optische isomeren (organismen konden dingen doen met ene isomeer & niet
met andere)
➔ alcohol fermentatie is biologisch proces (vroeger dacht men enkel chemisch
zonder dat daar iets levend bij kwam kijken)
➔ bewees dat spontane generatie onzin was :
❖ ontkrachting van spontane generatie mbhv fles met zwanenhals (krul
in hals van fles) : gebruikte voedingsmedium (vloeistof) die hij
verwarmde waardoor stoom vrijkwam & daarna afkoelen en liet het
staan
● aanhangers van spontane generatie dachten dat er binnen
paar dagen groei ging zijn want interactie met lucht (uiteinde
zwanenhals open), maar men zag dat er niets gebeurde
, ● enkel wnr men fles schuin hield en beetje vloeistof in hals
kwam vloeien & terug rechtzette zag men groei, DUS bewezen
dat stofdeeltjes accumuleren in bocht van hals & als je die
bevochtigd dan groei
൦ stof brengt kiemen, lucht niet
➔ ontwikkelde methoden om groei te verhinderen (pasteurisatie, aseptisch
werken)
➔ ontwikkelde vaccins tegen o.a anthrax en hondsdolheid
1.12 Koch, infectieziekten en reinculturen
- Robert Koch (1843-1910) medicus en microbioloog
➔ bewees het verband tss micro-organismen & infectieziekten
➔ vond oorzaak (bacteriën) van anthrax, tuberculose en cholera
❖ anthrax is een infectieziekte door bacteriesporen die via huid, lucht of
voedsel mensen en dieren kan besmetten en soms dodelijk is,
tuberculose is longontsteking, cholera is darmontsteking
➔ Koch’s postulaten (=voorwaarden waaraan moet w voldaan om verband aan
te tonen tss bacteriën en bep ziektepatronen) :
❖ doel : aantonen dat die bep bacterie verantwoordelijk is voor die bep
ziekte
➔ ontwikkelde methoden (o.a. vaste media ) voor groei van zuivere culturen
❖ vloeibaar medium met voedingstoffen vast maken mbhv gelatine zodat
kolonies erop kunnen groeien
, ● probleem : gelatine smelt redelijk rap, agar beter
❖ kolonies op agar medium door Walter Hess
➔ Koch’s tekeningen van Mycrobacterium tuberculosis (bacterie die tuberculose
geeft)
❖ aantonen bacterie : beetje van zieke weefsel nemen, microscopisch
plaatje maken & dan met kleurstoffen bacterie kleuren (vereiste veel
tijd om juiste kleurstoffen te vinden)
❖ algemeen : belang van kweken!, indien men niet kan kweken kan men
nu opv DNA specifieke testen doen op aanwezigheid van pathogeen
1.13 ontdekking van microbiële diversiteit
- nieuwe focus op microbiologie van grond en water (grote diversiteit), niet-medische
omgeving
➔ Martinus Beijerick (1851-1931)
❖ aanrijkingsculturen
● was op zoek naar N2 fixerende bacteriën (stikstof belangrijke
component want in bv. AZ), liet ze groeien en maakte cultuur
met voedingsmedium waar alles inzat voor bacteriën behalve
N2 maar wel lucht (als er iets zou groeien, moest het een
organisme zijn dat in staat was om stikstof uit de lucht te
fixeren)
൦ eerste aerobe cultuur gemaakt van de vrijlevende
stikstofbindende bacteriën (Azotobacter chroococcum)
➔ Sergei Winogradsky (1856-1953) - N en S cycli
❖ specifieke bacteriën zijn belangrijk in biogeochemische cycli (paarse
zwavel-bacteriën)
● vol met zwavelkorrels omdat die H2S geoxideerd hebben voor
E & er ontstaat zwavel dat neerslaat als korrels
❖ chemolithotrofie : E uit oxidatie anorganische verbindingen (bv. H2S)
● organismen zorgen hiervoor, gebruiken geen organisch
materiaal als Ebron dus hebben ze het ook niet als Cbron, dus
moeten C halen uit lucht (CO2 fixatie, Sergei ook dit
aangetoond)
❖ eerste demonstratie van stikstoffixatie door MO (anaerobe Clostridium
pasteurianum)
1.14 de moleculaire basis van het leven
- omdat bacteriën snel & eenvoudig in het lab gegroeid knn w : ideale modellen voor
fundamenteel onderzoek naar het leven
➔ dit ligt aan de basis van de ontwikkeling van moleculaire biologie, genetica &
biochemie
❖ modellen in biochemie : bep macromoleculen & R zijn universeel >>
vergelijkende biochemie (Albert Jan Kluyver, Delft 1888-1956)
➔ wat voor E.coli geldt, geldt ook voor olifant (hoger organisme). J.Monod
➔ eerste aanwijzing dat DNA de basis is van erfelijkheid : Frederick Griffith,
transformatie en streptococcus pneumoniae
HOOFDSTUK 1 : DE MICROBIËLE WERELD
1.1 micro-organismen, kleine titanen op aarde
- microscopisch klein
➔ divers in vorm en functie
➔ in elke omgeving die leven toelaat
❖ water nodig
➔ meeste eencellig, sommige zijn meercellig (vormen complexe structuren)
➔ leven in micro-bacteriële gemeenschappen
❖ bv. op tong
- hebben impact op andere organismen (planten en dieren)
➔ dieren, planten en mens
➔ klein aantal pathogeen (<1%)
➔ vb:
❖ darmmicroflora mee bepalend voor hormonen in ons bloed
● bacteriën in darm helpen precursoren van hormonen om hormonen
om te zetten naar functionele hormonen
❖ huidflora bepaald onze geur
❖ koralen kunnen met behulp van hun microflora infecties overwinnen
❖ darmmicroflora van fruitvliegen bepaalt mee hun paarvoorkeuren
- microbacteriële toepassingen
➔ gebruikt om afvalwater proper te maken, landbouw, gebruikt om enzymen te maken
handig voor voedsel of medicijnen bereiding , industrie waarbij ze basisstoffen voor
chemische industrie (gisten maken bio-ethanol), ontginning
- hoe bestuderen :
➔ microscopie
➔ kweken in culturen (in het lab) in/op voedingsmedium
❖ medium : vloeibaar/vast mengsel van voedingscomponenten
● op vast medium : zichtbare kolonie
➔ bacteriën komen bijna overal voor, meestal in gemengde gemeenschappen (vss
bacteriële stammen), dus uitzuiveren om in detail te onderzoeken
➔ goede modellen voor begrip vd basisprocessen in eencellige en meercellige
organismen
1.2 structuur en activiteiten van microbiële cellen
- alle prokaryoten (Archae, bacterien) cellen vertonen gelijkende structuren:
➔ cytoplasmatische membraan : barrière tss binnenkant cel en buitenomgeving
➔ celwand : aanwezig in veel MO, geeft stevigheid
➔ cytoplasma : waterig mengsel van macromoleculen, kleine organische moleculen,
ionen en ribosomen
➔ ribosomen : structuren voor eiwitsynthese
➔ genetisch materiaal
,- prokaryoten vs. eukaryoten
➔ prokaryoten :
❖ Bacteria en Archae
❖ geen (zelden) organellen (membraan-omgeven structuren), geen kern
➔ eukaryoten :
❖ planten, dieren, algae, protozoa, fungi
❖ bevatten organellen
❖ DNA zit in de membraan-omgeven kern
❖ mitochondria en chloroplasten
- genoom : alle genen van de cel
➔ eukaryoot DNA
❖ lineair, in de kern (zeer groot, miljarden bp)
❖ geassocieerd met eiwitten die DNA helpen opvouwen (histonen)
❖ meestal meer dan 1 chromosoom
❖ gewoonlijk 2 kopies van elk chromosoom
❖ bij celdeling, deelt kern door mitose
❖ bij seksuele reproductie, halveert genoom door meiose
➔ prokaryoot DNA
❖ circulair of lineair chromosoom, in cytoplasma (0.5-10miljoen bp)
❖ DNA aggregeert tot nucleoide
❖ meestal 1 chromosoom, haploid
❖ soms extra chromosomale DNAs (plasmiden, chromiden) dragen bijzondere
eigenschappen
● chromiden = groter dan plasmiden maar kleiner dan chromosoom,
replicatiesysteem van plasmide
➔ E. coli genoom : 4.64 miljoen bp, 4.300 genen
❖ sterk opgevouwen (cel kleiner dan DNA) door negatieve supercoiling (extra
kronkel, tegengestelde richting van DNA, gecontroleerd door eiwitten die
zorgen voor regulatie waardoor transcriptie kan plaatsvinden
, ➔ Menselijk genoom : 1000x meer DNA, MAAR 6x meer genen
➔ regulatie zeer belangrijk
➔ genoomgrootte gelinkt aan levenswijze
❖ vrij levende bacteriën hebben grootste genomen
● al hun eigen componenten zelf aanmaken
● alle archaea, uitzondering van 1
❖ pathogenen en endo
● profiteren van gastheer waarvan ze componenten krijgen waardoor ze
niet veel genen nodig hebben & dus kleiner
● konden vroeger vrij levend geweest zijn
➔ kenmerken van alle microbiële cellen
❖ zelfde structuur (zie eerder)
❖ hebben metabolisme (katabolisme & anabolisme)
● katabolisme = afbrekende R
● anabolisme = biosynthetische R
❖ groeien
❖ evolutie
● bij elke delig mogelijkheid tot mutaties (basis voor evolutie)
● snel bij prokaryoten wegens eenvoudig genoom
➔ kenmerken van sommige microbiële cellen
❖ cellen die knn differentiëren en zichzelf transformeren tot ander type cel
● bv. cellen die sporen maken
❖ communiceren door chemische signalen (bep stoffen geproduceerd)
❖ beweeglijk door flagel
❖ horizontale gentransfer
1.3 cel afmetingen en morfologie
- morfologie van prokaryoten
➔ veel varianten
,➔ bij sommige MO blijven cellen typisch samenliggend (kettingen van streptococcus,
blokjes van Sarcina, trosjes van Staphylococcus)
➔ morfologie voorspelt weinig/niets over fysiologie, ecologie, fylogenie van
prokaryote cel
➔ selectieve krachten die morfologie mogelijk bepaalden
❖ optimaliseren van voeding (nutrientenconcentraties)
❖ type medium (viskeus, vloeibaar, vast)
● zwemmende beweeglijkheid in viskeus medium (helische cellen,
spirochaeten knn doorheen slijmlagen waardoor ze goede
pathogenen zijn)
● glijdende beweging over opp (filamenteuze bacterien)
- afmetingen
➔ prokaryoten : 0.5-4 microm breed, <15microm lang
❖ cyanobacteriën, Epulopiscium fishelsoni heel groot
❖ grootste : Thiomargarita namibiensis (400microm)
➔ eukaryoten : 5-+600 microm diameter
➔ klein zijn heeft voordelen :
❖ meer celopp per celvolume dan grote cellen (hoge opp/V verhouding)
● opp is wat bacterie nodig heeft om dingen uit te wisselen met
omgeving, dus hebben grotere voedseluitwisseling per eenheid
celvolume & groeien sneller (sneller metabolisme want makkelijker
voedingsstoffen opnemen & uitscheiden)
❖ bij elke deling mogelijkheid tot mutatie waardoor snellere evolutie &
aanpassing
● eukaryote cellen passen zich trager aan
❖ haploid (mutatie direct tot uiting)
❖ zeer grote celaantallen = meer deling = meer evolutie
➔ hoe kleiner hoe beter?
❖ moet bep grootte hebben op nodige zaken in cel te hebben om te knn leven
❖ kleinste gekende cellen : 0.15 microm
❖ ultramicrobacteria = mariene cellen met minimale genomen (0.2-0.4 microm)
die wrs afhangen van andere MO/planten/dieren afhangen
❖ nanobacteria (ong 0.1 microm) : controversieel, te klein voor leven
❖ kleinste archaea : Nanoarchaeum equitans
, ● 400 nm, hyperthermofiel, anaeroob, groeit op opp van Ignicoccus
(Archaea) dus soort parasiet, kleinst gekende genoom (waardoor die
vss genen mist), Nanoarchaeota is apart phylum
1.5 micro-organismen en de biosfeer
- geschiedenis van leven op aarde
➔ aarde is 4.6 miljard jaar oud
➔ de eerste cellen verschenen 3.8 miljard tot 4.3 miljard jaar geleden
➔ atmosfeer was anoxisch (geen O2) tot ong 2.6 miljard jaar geleden
❖ cyanobacteriën ‘maken’ O2
➔ oudste MO : enkel anaerobe metabolismen
➔ eerste anoxygene fototrofen ong 3.6 miljard jaar geleden, cyanobacteria (oxygene
fotosynthese) ong 2.6 miljard jaar geleden
❖ vanboven aerobe organisme (cyanobacterien) & vanonder anaerobe
➔ planten & dieren ong 0.5 miljard jaar geleden
- alle cellen vertonen gelijkenissen dus universele voorouder? (3 afzonderlijke
domeinen met microbiële cellen uit LUCA (Last Universal Common Ancestor))
- hele grote diversiteit (biochemisch) die pas recent werd ontdekt door naar DNA te
kijken
➔ door 3.8 x 10^9 jaar prokaryote evolutie
- cellen -> populaties -> microbiële gemeenschappen
➔ microbiële gemeenschappen knn chemische & fysische eig van habitat bepalen, o.a
door voedselopname & afvalproducten
➔ microbieel ecosysteem = microbiële gemeenschappen samen met omgeving (PH,
voedingsmiddelen, etc)
- micro-organismen zijn belangrijke reservoirs vd bouwstenen van leven
➔ bv. hoeveelheid P en N is 4x meer dan in plant biomassa
,1.6 de impact van micro-organismen op de mens
- pathogenen die infectieziektes veroorzaken, gedaald door antibiotica/betere
voedselveiligheid/vaccinaties
➔ ong 1400 menselijke pathogenen
- effecten (meer positieve dan negatieve) :
➔ landbouw
❖ in wortel van vlinderbloemige planten kleine knolletjes waarin bacteriën zitten
(rhizobia) die N2 uit de lucht fixeren die plant kan gebruiken
❖ rumen van koe vol bacteriën die helpen om gras af te breken (bacteriën zelf
ook bron van eiwitten die w verteerd)
❖ ziektes
➔ in menselijke darm
❖ synthese van vitamines & nutriënten of competitie met pathogenen (bezetten
wand)
➔ voedsel
❖ positieve bijdragen tot voedselbereiding & voedselbewaring
● melkzuurbacteriën zorgen voor fermentatie
❖ veroorzaken voedselbederf -> speciale bewaringsmethoden nodig
➔ bevatten waardevolle genetische informatie
❖ codes bep eiwitte(enzymen) uit halen bv & massaal aanmaken
➔ energie en omgeving
❖ productie van biobrandstoffen, bioremediering, waterzuivering,
biotcehnologie, massaproductie van enzymen en andere nuttige stoffen
❖ verstorend : biofilms in pijpleidingen, corrosie
1.7 lichtmicroscopie en de ontdekking van micro-organismen
- microbiologie begon met de ontwikkeling vd microscoop
➔ Robert Hooke was eerste die MO beschreef (schimmels)
➔ Antonie van Leeuwenhoek : eerste beschrijving bacteria
❖ microscoop van A. van Leeuwenhoek
- om MO te zien, is een microscoop nodig
➔ lichtmicroscoop : veel vergroten (minstens 1000x vergroting nodig) want prokaryoten
klein
➔ specimens te zien door verschillen in contrast (densiteit) met omgeving
➔ totale vergroting = product vd vergroting van beide lenzen (objectief en oculair)
➔ maximum vergroting is ong 1.500X
➔ vergroting ≠ resolutie
❖ resolutie = vermogen om 2 naburige objecten als apart te onderscheiden, afh
van golflengte licht & numerische appertuur vd lenzen
● limiet is 0.2 microm
➔ veel cellen niet gepigmenteerd dus contrast moet verbeterd w (zie 1.8)
1.8 contrast in lichtmicroscopie
- kleuring
,➔ kleurstoffen : organische verbindingen met vss affiniteit voor specifieke cellulaire
componenten
➔ basische kleurstoffen : pos geladen binden neg geladen DNA, RNA, zure
polysacchariden, celwanden etc
➔ veelgebruikte : methylene blue, safranine, kristal violet
➔ gebruikt op gedroogde cellen
➔ olie nodig bij 100x objectief
❖ reden : veel lichtverlies door verschil in brekingsindex tss glas en lucht
ertussen, olie zorgt dat het meer op elkaar lijkt en zo gaat meer licht
binnengaan in microscoop
- differentiële kleuring : vss kleur voor vss cellen
➔ Gram-kleuring : indeling in Gram-positieve (paars) en Gram-negatieve bacteria (roze)
- types lichtmicroscopie
➔ helderveld microscopie
❖ enkel voor natuurlijke gekleurde bacteriën
➔ fasencontrast microscopie
❖ voor ongekleurde cellen, dus levende cellen (kleuring dood cellen)
, ❖ refractie-index van cel en omgeving w vergroot waardoor ze duidelijker w
(donkere cellen op verlichte achtergrond)
➔ donkerveld microscopie
❖ zijbelichting (enige licht dat lens bereikt afkomstig is van verstrooiing door
object) waardoor lichte cellen op donkere achtergrond te zien zijn
➔ fluorescentiemicroscopie
❖ natuurlijke fluorescente cellen (cyanobacterien) vs fluorescent gekleurde
cellen
1.11 Pasteur en spontane generatie
- 150 jaar na ontdekkingen van Leeuwenhoek : het kweken van MO leidde tot grote
doorbraken
➔ aseptische techniek : methoden voor de bereiding & bewaring van steriele
producten (geen levende organismen aanwezig)
➔ reinculturen werden mogelijk
➔ aanrijkingsculturen : selecteren op bep metabolische eigenschappen
➔ 2 belangrijkste maatschappelijke & wetenschappelijke problemen 18de, 19e
eeuw (motor van onderzoek) :
❖ voedselbederf : gebeurt spontane generatie?
● spontane generatie = men geloofde dat door interactie met
lucht voedingsmiddelen konden bederven, iets in de lucht
leidde tot onstaan van bederf
❖ ontdekking & begrip van infectieziekten
- louis pasteur (1822-1895)
➔ chemicus & microscoop analist
➔ onderzoek van kristallen in wijn : levende organismen onderscheiden
optische isomeren (organismen konden dingen doen met ene isomeer & niet
met andere)
➔ alcohol fermentatie is biologisch proces (vroeger dacht men enkel chemisch
zonder dat daar iets levend bij kwam kijken)
➔ bewees dat spontane generatie onzin was :
❖ ontkrachting van spontane generatie mbhv fles met zwanenhals (krul
in hals van fles) : gebruikte voedingsmedium (vloeistof) die hij
verwarmde waardoor stoom vrijkwam & daarna afkoelen en liet het
staan
● aanhangers van spontane generatie dachten dat er binnen
paar dagen groei ging zijn want interactie met lucht (uiteinde
zwanenhals open), maar men zag dat er niets gebeurde
, ● enkel wnr men fles schuin hield en beetje vloeistof in hals
kwam vloeien & terug rechtzette zag men groei, DUS bewezen
dat stofdeeltjes accumuleren in bocht van hals & als je die
bevochtigd dan groei
൦ stof brengt kiemen, lucht niet
➔ ontwikkelde methoden om groei te verhinderen (pasteurisatie, aseptisch
werken)
➔ ontwikkelde vaccins tegen o.a anthrax en hondsdolheid
1.12 Koch, infectieziekten en reinculturen
- Robert Koch (1843-1910) medicus en microbioloog
➔ bewees het verband tss micro-organismen & infectieziekten
➔ vond oorzaak (bacteriën) van anthrax, tuberculose en cholera
❖ anthrax is een infectieziekte door bacteriesporen die via huid, lucht of
voedsel mensen en dieren kan besmetten en soms dodelijk is,
tuberculose is longontsteking, cholera is darmontsteking
➔ Koch’s postulaten (=voorwaarden waaraan moet w voldaan om verband aan
te tonen tss bacteriën en bep ziektepatronen) :
❖ doel : aantonen dat die bep bacterie verantwoordelijk is voor die bep
ziekte
➔ ontwikkelde methoden (o.a. vaste media ) voor groei van zuivere culturen
❖ vloeibaar medium met voedingstoffen vast maken mbhv gelatine zodat
kolonies erop kunnen groeien
, ● probleem : gelatine smelt redelijk rap, agar beter
❖ kolonies op agar medium door Walter Hess
➔ Koch’s tekeningen van Mycrobacterium tuberculosis (bacterie die tuberculose
geeft)
❖ aantonen bacterie : beetje van zieke weefsel nemen, microscopisch
plaatje maken & dan met kleurstoffen bacterie kleuren (vereiste veel
tijd om juiste kleurstoffen te vinden)
❖ algemeen : belang van kweken!, indien men niet kan kweken kan men
nu opv DNA specifieke testen doen op aanwezigheid van pathogeen
1.13 ontdekking van microbiële diversiteit
- nieuwe focus op microbiologie van grond en water (grote diversiteit), niet-medische
omgeving
➔ Martinus Beijerick (1851-1931)
❖ aanrijkingsculturen
● was op zoek naar N2 fixerende bacteriën (stikstof belangrijke
component want in bv. AZ), liet ze groeien en maakte cultuur
met voedingsmedium waar alles inzat voor bacteriën behalve
N2 maar wel lucht (als er iets zou groeien, moest het een
organisme zijn dat in staat was om stikstof uit de lucht te
fixeren)
൦ eerste aerobe cultuur gemaakt van de vrijlevende
stikstofbindende bacteriën (Azotobacter chroococcum)
➔ Sergei Winogradsky (1856-1953) - N en S cycli
❖ specifieke bacteriën zijn belangrijk in biogeochemische cycli (paarse
zwavel-bacteriën)
● vol met zwavelkorrels omdat die H2S geoxideerd hebben voor
E & er ontstaat zwavel dat neerslaat als korrels
❖ chemolithotrofie : E uit oxidatie anorganische verbindingen (bv. H2S)
● organismen zorgen hiervoor, gebruiken geen organisch
materiaal als Ebron dus hebben ze het ook niet als Cbron, dus
moeten C halen uit lucht (CO2 fixatie, Sergei ook dit
aangetoond)
❖ eerste demonstratie van stikstoffixatie door MO (anaerobe Clostridium
pasteurianum)
1.14 de moleculaire basis van het leven
- omdat bacteriën snel & eenvoudig in het lab gegroeid knn w : ideale modellen voor
fundamenteel onderzoek naar het leven
➔ dit ligt aan de basis van de ontwikkeling van moleculaire biologie, genetica &
biochemie
❖ modellen in biochemie : bep macromoleculen & R zijn universeel >>
vergelijkende biochemie (Albert Jan Kluyver, Delft 1888-1956)
➔ wat voor E.coli geldt, geldt ook voor olifant (hoger organisme). J.Monod
➔ eerste aanwijzing dat DNA de basis is van erfelijkheid : Frederick Griffith,
transformatie en streptococcus pneumoniae
