B01_microbiologie_in_beweging 2024.pptx

# Introductie tot microbiologie en de diversiteit van het leven Introductie tot microbiologie en de diversiteit van het leven Dit onderwerp introduceert de wereld van micro-organismen en hun diepgaande impact op al het leven, inclusief de mens, en hoe technologische vooruitgang de ontdekking van nieuwe micro-organismen bevordert. ## 1. Introductie tot microbiologie en de diversiteit van het leven ### 1.1 De microscopische wereld en de mens Microbiologie begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw, waardoor levende micro-organismen zoals kokken en staven zichtbaar werden. Aanvankelijk werd hun rol niet begrepen, maar in de 19e eeuw werd hun verband met processen als bederf, wijnproductie en ziekte gelegd. De mens, hoewel macroscopisch dominant, leeft in een complexe, onderling afhankelijke relatie met talloze micro-organismen. Veranderingen in het milieu, zoals bevolkingsgroei, hygiëne, antibioticagebruik en mobiliteit, beïnvloeden deze relatie continu. > **Tip:** Begrijp dat de mens geen geïsoleerd organisme is, maar deel uitmaakt van een groter ecologisch systeem waarin micro-organismen een cruciale rol spelen. ### 1.2 De drie domeinen van het leven De ontdekking van de microscoop splitste het leven op in een zichtbare en onzichtbare wereld. De toenmalige visie was dat onzichtbaar leven spontaan kon ontstaan (generatio spontanea), terwijl zichtbaar leven geschapen was. Moderne inzichten, met name door de 16S rRNA-analyse, hebben geleid tot de indeling van het leven in drie domeinen: * **Archaea:** Eencellige micro-organismen, vaak te vinden in extreme omstandigheden. Ze hebben geen celkern. * **Bacteria:** Een divers rijk van eencellige micro-organismen zonder celkern. * **Eukarya:** Organismen waarvan de cellen een celkern bevatten, waaronder planten, dieren, schimmels en protisten. De diversiteit binnen de microbiële wereld is vele malen groter dan die van de multicellulaire, zichtbare wereld. Virussen worden niet opgenomen in deze classificatie, maar worden beschouwd als infectieuze agentia die deel uitmaken van de genenpool en actief deelnemen aan de evolutie van het leven. De evolutionaire geschiedenis wordt gevisualiseerd in een fylogenetische boom, gebaseerd op nucleïnezuursequenties in plaats van fenotypische kenmerken. De Eukarya zijn waarschijnlijk ontstaan uit een fusie van een archaeon en een bacterie, waarbij mitochondriën zijn ontstaan uit de bacteriële partner. > **Tip:** De 16S rRNA-sequentie is een krachtig hulpmiddel voor taxonomie en fylogenie omdat het functioneel identiek is in alle levende wezens en wijdverspreid voorkomt. ### 1.3 De kiemtheorie van Koch De kiemtheorie stelt dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen, in tegenstelling tot de oudere opvatting van "kwaadaardige dampen" of "overdraagbare gifstoffen". Robert Koch identificeerde in de jaren 1870-1880 de verwekkers van miltvuur, tuberculose en cholera. Hoewel Koch's postulaten nog steeds een basis vormen, is het belangrijk te erkennen dat niet alle bacteriën ziekteverwekkend zijn, en dat sommige ziekteverwekkers, zoals conditionele pathogenen (bijv. *E. coli* in de blaas), alleen ziekte veroorzaken onder specifieke omstandigheden of bij verzwakte gastheersystemen. Opportunistische infecties en dysbacteriose zijn andere manifestaties van microbiële interacties. ### 1.4 Interacties tussen species in één niche Levende organismen leven niet geïsoleerd, maar in complexe interacties binnen specifieke niches. De menselijke "macroscopische niche" (onze omgeving) en microscopische niches (zoals de darm of huid) herbergen diverse microbiële gemeenschappen. * **Commensalen:** Niet-ziekmakende symbionten die samenleven met de gastheer. * **Symbionten:** Organismen die wederzijds voordeel ondervinden (zoals cyanobacteriën en schimmels in korstmossen, of de mens en zijn darmbacteriën). * **Pathogenen:** Ziekteverwekkers die ziekte kunnen veroorzaken. Het menselijk lichaam bevat fysiologisch steriele en niet-steriele gebieden. De dikke en dunne darm herbergen een enorme hoeveelheid bacteriën, archaea, virussen en protozoa, die samen een enorm "metabool orgaan" vormen dat de menselijke metabole capaciteit aanvult. Dit microbioom, samen met het viroom (virale component), vormt het "human metagenoom". De samenstelling van het microbioom is dynamisch en kan beïnvloed worden door voeding, levensstijl en hygiëne. Veranderingen in het metagenoom kunnen leiden tot vatbaarheid voor ziekte, zoals zware diarree na antibioticagebruik. > **Voorbeeld:** Germ-free dieren (kiemvrije dieren) vertonen ernstige ontwikkelingsstoornissen in hun spijsverteringsstelsel en immuunsysteem, wat het belang van de darmmicrobiota benadrukt. ### 1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom Infectieziekten waren voor 1900 de belangrijkste doodsoorzaak, sterk beïnvloed door bevolkingsgroei en verstedelijking. Hoewel moderne geneeskunde en antibiotica de mortaliteit door infecties drastisch hebben verminderd, blijven infectieziekten een significante bedreiging. De menselijke evolutie is sterk beïnvloed door pathogenen, wat heeft geleid tot selectie van genetische varianten die beter bestand zijn tegen infecties. Voorbeelden hiervan zijn de verschillen in HLA-allelfrequenties tussen bevolkingsgroepen, die een weerspiegeling zijn van de specifieke pathogenen waaraan ze historisch zijn blootgesteld. De verspreiding van de mens vanuit Afrika en de daaropvolgende isolatie van continenten hebben geleid tot verschillende pathogenenpopulaties. De hernieuwde contacten tussen Eurazië en Amerika na 1492 resulteerden in catastrofale epidemieën onder inheemse Amerikanen, die geen weerstand hadden tegen Euraziatische ziekten zoals pokken en mazelen. Omgekeerd werden Euraziërs mogelijk blootgesteld aan syfilis vanuit Amerika. ### 1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen Pathogenen kunnen worden ingedeeld op basis van hun oorsprong en evolutie: * **Pathogenen van niet-levende dragers:** Zoals *Clostridia* en *Pseudomonas* die in de bodem of het water voorkomen. * **Pathogenen van levende dragers (mens):** * **"Oude" pathogenen:** Virussen die een lange co-evolutie met de mens hebben gehad, zoals herpesvirussen, die vaak leiden tot lage mortaliteit en persistentie. * **Pathogenen van de laatste 10.000-12.000 jaar:** Zoals pokken, mazelen en influenza, die waarschijnlijk zijn overgesprongen van gedomesticeerde dieren na het ontstaan van de landbouw. * **Pathogenen van de laatste 100 jaar:** Nieuwe emergentie van ziekten zoals legionellose, AIDS, de ziekte van Lyme, *E. coli* O157:H7, en diverse virale pandemieën (SARS, MERS, Ebola, Zika). Deze pathogenen zijn niet noodzakelijk in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen hoge mortaliteit veroorzaken. * **Terugkerende pathogenen:** Ziekten zoals tuberculose en bof die opnieuw opkomen, vaak door factoren als immuunsuppressie, bevolkingsdichtheid of verminderde vaccinatiegraad. De evolutie van pathogenen is een continue "Red Queen's Race" waarbij pathogenen zich aanpassen om immuunevasie te bewerkstelligen, terwijl het gastheersysteem zich ontwikkelt om weerstand te bieden. Dit dynamische proces verklaart waarom het volledig uitroeien van ziekteverwekkers een enorme uitdaging blijft. --- # Microbiële interacties en de kiemtheorie Dit deel behandelt de complexe relaties tussen micro-organismen in gedeelde leefomgevingen, met een focus op de fundamentele kiemtheorie van Koch en de implicaties ervan voor het begrijpen van ziekten. ### 2.1 De kiemtheorie van Koch De kiemtheorie, zoals geformuleerd door Robert Koch, legt een direct verband tussen specifieke micro-organismen en specifieke ziekten. Vóór de 19e eeuw werden ziekten vaak toegeschreven aan onduidelijke oorzaken zoals "kwaadaardige dampen", "overdraagbare gifstoffen" of magie. De kiemtheorie revolutioneerde dit door te stellen dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. #### 2.1.1 Kochs postulaten Koch ontwikkelde een reeks criteria, bekend als Kochs postulaten, om de oorzakelijke relatie tussen een micro-organisme en een ziekte aan te tonen. Deze postulaten zijn: 1. Het micro-organisme moet aanwezig zijn in alle gevallen van de ziekte en afwezig zijn in gezonde individuen. 2. Het micro-organisme moet geïsoleerd kunnen worden uit een geïnfecteerd individu en in cultuur kunnen worden gebracht. 3. De gekweekte micro-organisme moet bij een gezond, vatbaar individu dezelfde ziekte veroorzaken. 4. Het micro-organisme moet opnieuw geïsoleerd kunnen worden uit het experimenteel geïnfecteerde individu en geïdentificeerd kunnen worden als identiek aan het oorspronkelijke organisme. Koch gebruikte deze postulaten om de verwekkers van miltvuur ($ \text{Bacillus anthracis} $), tuberculose ($ \text{Mycobacterium tuberculosis} $) en cholera ($ \text{Vibrio cholerae} $) te identificeren in de periode 1870-1880. > **Tip:** Kochs postulaten zijn cruciaal voor het bewijzen van causaliteit bij infectieziekten, maar er zijn ook uitzonderingen en beperkingen, zoals hieronder besproken. #### 2.1.2 Toepassing en beperkingen van Kochs postulaten Hoewel Kochs postulaten baanbrekend waren, zijn ze niet altijd universeel toepasbaar. * **Conditionele pathogenen:** Niet alle bacteriën veroorzaken altijd ziekte bij infectie. Sommige micro-organismen, zoals $ \text{E. coli} $ die blaasontstekingen veroorzaken, kunnen bij gezonde individuen aanwezig zijn zonder ziekte te veroorzaken. Hun pathogene potentieel is afhankelijk van de vatbaarheid van het individu, de kolonisatie- en invasiekansen, en de immuunrespons. Deze worden conditionele pathogenen genoemd. * **Opportunistische infecties:** Micro-organismen die geen ziekte kunnen veroorzaken bij gezonde personen, maar wel bij personen met een verzwakt immuunsysteem, worden opportunistische pathogenen genoemd (bv. $ \text{Pneumocystis jeroveci} $ die pneumonie kan veroorzaken). * **Dysbacteriose:** Soms is een ziekte niet toe te schrijven aan overgroei van één specifieke kiem, maar aan een disbalans in de lokale flora. * **Niet-cultiveerbare micro-organismen:** Sommige micro-organismen kunnen niet in standaard laboratoriumomstandigheden worden gekweekt, wat isolatie en cultuur bemoeilijkt. * **Virussen:** Virussen kunnen niet worden gekweekt zoals bacteriën en zijn afhankelijk van gastheercellen om zich voort te planten. Kochs postulaten zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor bacteriën. De ontdekking van virussen en hun detectie onder de elektronenmicroscoop (1930) en later via antigeen- en genoomdetectie (PCR, NGS) heeft dit beeld veranderd. * **Ethiek:** Het opzettelijk infecteren van gezonde individuen met micro-organismen voor experimentele doeleinden is ethisch onaanvaardbaar. Ondanks deze beperkingen blijven Kochs postulaten een belangrijk theoretisch kader voor het begrijpen van de etiologie van infectieziekten. ### 2.2 Interacties tussen species in één niche Micro-organismen leven zelden solitair; ze bevinden zich vrijwel altijd in complexe gemeenschappen binnen specifieke niches. De interacties binnen deze gemeenschappen variëren van symbiose tot concurrentie en parasitering. #### 2.2.1 Commensalen, symbionten en pathogenen * **Commensalen:** Dit zijn micro-organismen die in een gedeelde leefomgeving (niche) leven en voordeel halen uit de gastheer zonder deze significant te schaden of te bevoordelen. De mens huisvest talloze commensale bacteriën, met name in de darm, die een integraal onderdeel vormen van ons ecosysteem. * **Symbionten:** Dit zijn organismen die een wederzijds voordelige relatie aangaan. De mens en de darmbacteriën kunnen als een gecombineerd organisme worden beschouwd, waarbij de microbiota (microbioom) een cruciale rol speelt in metabolische processen, zoals de afbraak van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitamines. Het gecombineerde genoom van de menselijke microbiota bevat miljoenen genen, wat een aanzienlijke metabole activiteit genereert die de menselijke metabole activiteit aanvult. * **Pathogenen:** Dit zijn micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken. De verspreiding van pathogenen in de "levensboom" toont aan dat pathogeniciteit een eigenschap is die onafhankelijk is ontstaan in verschillende groepen micro-organismen, waaronder bacteriën, eukaryoten en virussen. #### 2.2.2 Leven in de niche: voorbeelden en mechanismen * **De mens als niche:** De mens biedt diverse niches voor micro-organismen, variërend van fysiologisch steriele gebieden zoals bloed en het interne milieu, tot niet-steriele gebieden zoals de huid en de darm. De dikke en dunne darm herbergen de grootste concentratie micro-organismen, met naar schatting $ 10^{14} $ bacteriën, archaea, virussen en protozoa. * **Het microbioom en viroom:** De verzameling van microbieel DNA in ons lichaam wordt het **microbioom** genoemd, terwijl het virale RNA/DNA het **viroom** vormt. Het humaan viroom bestaat uit ziekmakende virussen, niet-pathogene virussen en bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren). Bacteriofagen spelen een rol bij horizontale gentransfer, wat de evolutie van bacteriën, inclusief resistentie tegen antibiotica, kan beïnvloeden. * **Dynamiek van het microbioom:** De samenstelling van het microbioom is dynamisch en wordt beïnvloed door factoren zoals voeding, levensstijl en hygiëne. Verstoringen, bijvoorbeeld door antibioticagebruik, kunnen leiden tot disbalansen en ziekten zoals diarree. * **Germ-free dieren:** Onderzoek met kiemvrije dieren (muizen zonder micro-organismen) toont het cruciale belang van de microbiota aan voor de ontwikkeling van het immuunsysteem, de darmmorfologie en de metabole efficiëntie. Deze dieren hebben een vergroot caecum, een verkleind darmoppervlak met verminderde absorptie, en een onderontwikkeld immuunsysteem. > **Example:** Lichenen zijn een klassiek voorbeeld van symbiose, waarbij een cyanobacterie energie genereert door fotosynthese en twee schimmels voor structuur zorgen. De schimmels worden buiten de lichen niet aangetroffen, wat de wederzijdse afhankelijkheid illustreert. Op vergelijkbare wijze leven wij samen met onze darm- en huidbacteriën. * **Virale evolutie:** Virussen, hoewel geen levende cellen, bevatten genen die evolueren volgens Darwiniaanse principes. Ze kunnen zich snel aanpassen, wat leidt tot diversiteit, zoals waargenomen bij het HIV-virus binnen één patiënt. Schattingen suggereren dat slechts een klein percentage van alle bestaande virussen bekend is. * **Impact van veranderende omgevingen:** Veranderingen in de omgeving, zoals bevolkingstoename, urbanisatie, hygiëne en antibioticagebruik, hebben een grote invloed op microbiële interacties en de opkomst van nieuwe pathogenen. Ziekenhuizen kunnen door de concentratie van (multiresistente) organismen een vergelijkbaar probleem vormen als steden in de 19e eeuw met infectieziekten. #### 2.2.3 Infectieziekten en menselijke evolutie De geschiedenis van de mensheid is sterk beïnvloed door interacties met micro-organismen. De opkomst van landbouw en dichtbevolkte gemeenschappen leidde tot een toename van infectieziekten. Genetische aanpassingen, zoals veranderingen in HLA-eiwitten, zijn ontstaan als reactie op blootstelling aan specifieke pathogenen. De globale verspreiding van de mens heeft ook geleid tot het uitwisselen van pathogenen tussen continenten, met desastreuze gevolgen voor populaties die er geen weerstand tegen hadden ontwikkeld. > **Example:** Bij het herstel van contacten tussen Eurazië en Amerika na 1492 overleed ongeveer 90% van de inheemse Amerikaanse bevolking aan ziekten zoals pokken, mazelen en influenza, die in Eurazië waren ontstaan en waarvoor de Euraziatische bevolking al enige weerstand had opgebouwd. De strijd tussen mens en micro-organisme wordt wel vergeleken met "The Red Queen's Race" uit Alice in Wonderland: constante evolutie en aanpassing zijn nodig om te overleven, waarbij pathogenen voortdurend immuunevasie ontwikkelen. * **Recente en terugkerende pathogenen:** De opkomst van nieuwe ziekteverwekkers zoals AIDS, SARS, Ebola en Zika, evenals de terugkeer van oude, zoals tuberculose, onderstrepen de voortdurende evolutie van de microbiële wereld en de noodzaak van constante waakzaamheid in de volksgezondheid. Deze recente pathogenen zijn niet altijd in evenwicht met de gastheer en kunnen zeer hoge mortaliteit veroorzaken. --- # Infectieziekten, menselijke evolutie en pathogenen Oké, hier is de studiehandleiding voor "Infectieziekten, menselijke evolutie en pathogenen", opgesteld volgens jouw specificaties. ## 3. Infectieziekten, menselijke evolutie en pathogenen Dit onderwerp onderzoekt de complexe interactie tussen infectieziekten, de menselijke evolutie en de dynamiek van pathogenen. ### 3.1 De plaats van de mens in de microkosmos * In tegenstelling tot een macroscopisch beeld waarin de mens als dominant wordt gezien, leeft de mens microscopisch gezien in een wereld van andere levende wezens, waarvan we afhankelijk zijn en waarmee we een kringloopproces vormen. Verstoringen door bevolkingstoename, hygiëne, antibioticagebruik en mobiliteit beïnvloeden deze relatie continu. ### 3.2 De drie domeinen van het leven en microbiële evolutie * De ontdekking van de microscoop opende de deur naar de microkosmos. Aanvankelijk werd aangenomen dat micro-organismen spontaan ontstonden, maar later werd hun link met rottingsprocessen, voedselproductie en ziekte ontdekt. * Op basis van moleculaire kenmerken, met name 16S rRNA-sequenties, is het leven ingedeeld in drie domeinen: Archaea, Bacteria en Eukarya. Virussen, hoewel geen levende cellen, worden beschouwd als deel van de genenpool en nemen actief deel aan evolutie. * De diversiteit binnen de bacteriën is vele malen groter dan die van de zichtbare wereld van multicellulaire organismen. * Horizontale gentransfer (HGT) speelt een cruciale rol, vooral bij bacteriën, en verklaart bijvoorbeeld de snelle verspreiding van antibioticaresistentie. Het pangenoom van *E. coli* omvat bijvoorbeeld aanzienlijk meer genen dan het coregenoom. * Virussen en bacteriën passen zich zeer snel aan hun omgeving aan, mede door hun hoge reproductiesnelheid. Dit is experimenteel aangetoond met de MEGA-plate, die snelle evolutie en resistentieontwikkeling van *E. coli* onder antibioticadruk toonde. * Diagnostische methoden voor micro-organismen zijn geëvolueerd van microscopie naar antigeen- en genoomdetectie (PCR, NGS). Een significant deel van het humaan genoom (ongeveer 8%) bestaat uit ingebouwd viraal materiaal (endogene retrovirussen). > **Tip:** Begrijpen hoe virussen zich gedragen als 'dood materiaal dat tot leven kan komen in gastheercellen' en hoe ze evolueren zoals beschreven door Darwin, is essentieel voor het begrijpen van hun impact. ### 3.3 De kiemtheorie en pathogenen * De kiemtheorie, die stelt dat ziekten worden veroorzaakt door micro-organismen, verving de oudere ideeën over kwaadaardige dampen of gifstoffen. Robert Koch identificeerde de veroorzakers van miltvuur, tuberculose en cholera. * Koch's postulaten zijn echter niet altijd strikt toepasbaar. Infectieziekten kunnen worden veroorzaakt door conditionele pathogenen (die ziekte veroorzaken afhankelijk van de gastheer), opportunistische pathogenen (die profiteren van een verzwakt immuunsysteem) of dysbacteriose (balansverstoring van de lokale flora). * Pathogenen zijn verspreid over de levensboom (Archaea, Bacteria, Eukarya, virussen) en delen vaak dezelfde niche als hun gastheer. > **Tip:** Het is belangrijk te onthouden dat niet alle bacteriën ziekteverwekkend zijn en dat contact met ziekteverwekkers niet altijd tot ziekte leidt. De vatbaarheid van het individu is cruciaal. ### 3.4 Interacties tussen species in één niche * Micro-organismen leven in en op ons lichaam. Fysiologisch steriele plaatsen omvatten het bloed, de hersenen, lever, ademhalingsorganen (bronchioli, alveoli) en het urogenitale systeem. Plaatsen die fysiologisch niet-steriel zijn, zijn de huid, mond, keel en het maag-darmkanaal. * De dikke en dunne darm herbergen een enorm microbioom (10¹⁴ bacteriën, plus Archaea, virussen, gisten en protozoa) met een gezamenlijk genoom dat onze eigen metabole capaciteit aanvult en ons helpt bij het verteren van complexe koolhydraten en de productie van vitamines. * Het humaan viroom, dat zowel ziekmakende als niet-pathogene virussen omvat, is divers. Bacteriofagen, virussen die bacteriën doden of genetisch modificeren, spelen een rol in horizontale gentransfer. * Next Generation Sequencing (NGS) maakt de analyse van het human metagenoom (microbioom en viroom) mogelijk. De samenstelling van het microbioom is dynamisch en kan veranderen door voeding, levensstijl en hygiëne, wat invloed heeft op de vatbaarheid voor ziekte. * Germ-free dieren tonen aan hoe cruciaal het microbioom is voor de ontwikkeling van het maag-darmkanaal, immuunsysteem en metabolisme. > **Voorbeeld:** De samenstelling van het darmmicrobioom kan obesitas voorspellen, omdat bepaalde microben efficiënter koolhydraten verwerken. ### 3.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom * Historisch gezien waren infectieziekten, aangewakkerd door bevolkingstoename, de belangrijkste doodsoorzaken, in tegenstelling tot huidige oorzaken zoals kanker en hart- en vaatziekten. Steden werden regelmatig gedecimeerd door epidemieën. * De menselijke populatie heeft zich in de laatste 10-15 duizend jaar, een relatief korte periode, sterk aangepast aan infectieziekten, vooral door de toename van dichte samenlevingen en landbouw. Dit heeft geleid tot selectie van genetische varianten die beter bestand zijn tegen specifieke pathogenen. * De spreiding van de mens vanuit Afrika over de wereld, en de breuk in contacten tussen Eurazië en Amerika, heeft geleid tot duidelijke verschillen in weerstand tegen pathogenen. Bij herstel van contacten stierven grote aantallen inheemse Amerikanen aan Euraziatische ziekten waarvoor zij geen weerstand hadden ontwikkeld. Syfilis zou een voorbeeld zijn van een ziekte die van Amerika naar Eurazië is overgebracht. * **Co-evolutie van mens en pathogeen:** * **Oude pathogenen** (afkomstig van niet-levende dragers zoals grond en water, of van levende dragers): Deze zijn vaak langdurig geassocieerd met de mens, wat leidt tot een relatief lage mortaliteit en persistentie van het virus (bv. herpesvirussen). * **Nieuwe pathogenen** (ontstaan de laatste 12.000 jaar, vaak door domesticatie van dieren): Deze pathogenen, zoals pokken, mazelen en influenza, maakten de sprong naar de mens en hebben zich aangepast, resulterend in mens-specifieke vormen. * **Recente pathogenen** (ontstaan de laatste 100 jaar): Deze zijn niet altijd in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen een zeer hoge mortaliteit veroorzaken (bv. HIV, SARS, Ebola). * **Terugkerende pathogenen:** Ziekten zoals tuberculose en bof kunnen terugkeren door factoren zoals immuunsuppressie, vaccinatieachterstand of toename van bevolkingsdichtheid. > **Voorbeeld:** De opkomst van *E. coli* O157:H7, hemolytisch uremisch syndroom (HUS), en H5N1 influenza pandemieën illustreren recente ontwikkelingen in pathogenen. ### 3.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen: Evolutie van Epidemieën * Grote epidemieën door pathogenen zoals *Yersinia pestis*, *Vibrio cholerae*, pokken en influenza zijn direct gevolg van de bevolkingsexplosie en verhoogde mobiliteit gedurende de laatste eeuwen. HIV heeft sinds 1981 aanzienlijke mortaliteit veroorzaakt. De COVID-19 pandemie illustreert de voortdurende dreiging van nieuwe infectieziekten. * Het immuunsysteem is een complex samenspel van verdediging en tolerantie. Een te krachtig immuunsysteem kan leiden tot auto-immuunziekten of allergieën. Virulentiefactoren van pathogenen dwingen ons immuunsysteem continu tot "rennen om op dezelfde plaats te blijven" (de Rode Koningin-hypothese). * Een verdediging die optimaal is tegen één pathogeen, is mogelijk niet optimaal tegen een ander, wat leidt tot "ongepaste immuunresponsen". Cytokine storms, overmatige inflammatoire reacties, kunnen op zichzelf dodelijk zijn. > **Tip:** Begrijpen dat infectieziekten geen statisch fenomeen zijn, maar een dynamisch samenspel tussen mens, pathogeen en milieu, is cruciaal voor het bestuderen van hun impact op menselijke evolutie. --- # Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen vormen een dynamisch landschap dat voortdurend evolueert onder invloed van menselijke activiteit en microbiële aanpassing. ## 4. Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen ### 4.1 De context van ziekteverwekkers Het begrijpen van pathogenen vereist een historisch perspectief. Vroeger werden ziekten toegeschreven aan diverse oorzaken zoals kwade dampen, overdraagbare gifstoffen, verrotting of magie. De **kiemtheorie** in de late 19e eeuw, met baanbrekend werk van Koch, stelde dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. Koch identificeerde succesvol de verwekkers van miltvuur (Bacillus anthracis), tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) en cholera (Vibrio cholerae). Echter, de stelling van Koch is niet altijd universeel toepasbaar. Veel infectieziekten worden veroorzaakt door zogenaamde **conditionele pathogenen** die ziekte kunnen veroorzaken afhankelijk van de vatbaarheid van het individu en de omstandigheden, zoals E. coli bij blaasontstekingen. **Opportunistische infecties** treden op wanneer het immuunsysteem verzwakt is, zoals longontsteking veroorzaakt door Pneumocystis jiroveci. **Dysbacteriose** verwijst naar een disbalans in de lokale flora zonder duidelijke overgroei van één specifieke kiem. Pathogenen vinden we verspreid over de levensboom, inclusief bacteriën, virussen, archaea en eukaryoten. Virussen worden beschouwd als infectieuze agentia die buiten gastheercellen inactief zijn, maar zich kunnen vermenigvuldigen en evolueren binnen gastheercellen. Ze worden gezien als deelnemers aan de evolutie van het leven. De mens is constant blootgesteld aan virussen, zowel ziekmakende als niet-pathogene, en zelfs virussen die bacteriën kunnen doden of genetisch wijzigen (bacteriofagen). Een significant deel van het menselijk genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal (endogene retrovirussen). ### 4.2 De impact van bevolkingsgroei en mobiliteit De enorme bevolkingsgroei, met name sinds de 19e eeuw, heeft een significante impact gehad op de verspreiding en impact van epidemieën. Steden werden broeihaarden van ziekteverspreiding en werden regelmatig gedecimeerd door epidemieën, wat hen de bijnaam "man-eating cities" opleverde. Tegenwoordig hebben ziekenhuizen vergelijkbare problemen met multiresistente organismen. Mobiele populaties en toegenomen interactie tussen mensen en dieren hebben de dynamiek van ziekteverspreiding veranderd. Pathogenen kunnen zich sneller verspreiden, wat leidt tot nieuwe uitbraken en pandemieën. ### 4.3 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen #### 4.3.1 Oude pathogenen Dit zijn ziekteverwekkers die al lange tijd met de mens interageren. Voorbeelden zijn herpesvirussen, die een lange co-evolutie met de mens hebben en vaak leiden tot een lage mortaliteit en persistentie. Pathogenen die mogelijk zijn overgesprongen van gedomesticeerde dieren naar de mens sinds het ontstaan van de landbouw, zoals pokken, mazelen en influenza, vallen ook in deze categorie. Deze pathogenen hebben zich aangepast aan de mens en zijn mens-specifiek geworden. #### 4.3.2 Nieuwe pathogenen Nieuwe pathogenen zijn ziekteverwekkers die relatief recent zijn opgedoken of waarvan de impact recent is toegenomen. Voorbeelden hiervan zijn: * **Legionellose:** Geassocieerd met stationair verwarmd water. * **AIDS:** Veroorzaakt door het HIV-virus, wat kan leiden tot zeer hoge mortaliteit. * **Ziekte van Lyme:** Gekoppeld aan een toename van de hertenpopulatie. * **E. coli O157:H7:** Een nieuw pathogeen dat hemolytisch-uremisch syndroom kan veroorzaken. * **H5N1 influenza pandemie:** Met zowel "shifts" als "drifts" in het virus. * **SARS, MERS, Ebola, Zika:** Recente virale uitbraken met potentieel ernstige gevolgen. Deze nieuwe pathogenen zijn niet altijd in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen een zeer hoge mortaliteit veroorzaken. De COVID-19 pandemie is een recent en treffend voorbeeld van hoe een nieuw pathogeen wereldwijd impact kan hebben. #### 4.3.3 Terugkerende pathogenen Terugkerende pathogenen zijn ziekteverwekkers die na een periode van afname of onderdrukking weer op de voorgrond treden. Dit kan te wijten zijn aan factoren zoals: * **Tuberculose:** Opnieuw een probleem bij patiënten die immuunsuppressieve therapie ondergaan voor auto-immuunziekten of bij patiënten met AIDS. * **Bof:** Mogelijk terugkerend in dichte populaties, mogelijk door verouderde vaccinatie-immuniteit. ### 4.4 De dynamiek tussen pathogenen en het immuunsysteem: De Rode Koningin-race Het immuunsysteem van de mens evolueert voortdurend om zich aan te passen aan nieuwe en veranderende pathogenen. Dit proces kan worden vergeleken met de **Rode Koningin-race** uit Lewis Carroll's "Through the Looking-Glass": "In this country," said the Queen, "it takes all the running you can do, to keep in the same place." Dit illustreert de voortdurende strijd waarbij zowel het immuunsysteem als de pathogenen zich moeten aanpassen om te overleven. Virulentiefactoren van pathogenen spelen een cruciale rol in **immuunevasie**, waardoor ze het immuunsysteem kunnen ontwijken. Dit verklaart waarom we geen "superkrachtig" immuunsysteem hebben dat alle pathogenen kan elimineren. #### 4.4.1 De complexiteit van immuunresponsen Een zeer krachtige immuunrespons tegen één specifiek pathogeen kan leiden tot minder effectieve verdediging tegen andere pathogenen (inappropriate immune response). De balans is cruciaal: * **Auto-immuniteit en allergieën:** Te heftige immuunresponsen kunnen leiden tot auto-immuunziekten of allergische reacties. * **Cytokine storm:** Een overmatige inflammatoire respons kan op zichzelf fataal zijn. De menselijke populatie is in de afgelopen 10.000 tot 15.000 jaar sterk geëvolueerd in reactie op infectieziekten, vooral met de opkomst van landbouw en dichte samenlevingen. Genetische variaties, zoals die in HLA-eiwitten (cruciaal voor antigenpresentatie aan het immuunsysteem), zijn geselecteerd op basis van de pathogenen waaraan populaties zijn blootgesteld. Dit verklaart de verschillen in resistentie en vatbaarheid tussen bevolkingsgroepen. De evolutie van de mens en de pathogenen is een continu proces waarbij adaptatie en selectie centraal staan. Dit is essentieel voor het overleven van zowel de menselijke soort als de micro-organismen waarmee we interageren. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Micro-organismen | Levende organismen die zo klein zijn dat ze niet met het blote oog zichtbaar zijn, zoals bacteriën, virussen, schimmels en protozoa. Ze spelen een cruciale rol in ecosystemen en in de gezondheid van andere organismen. | | Domeinen van het leven | De hoogste taxonomische rang in de classificatie van levensvormen, momenteel onderverdeeld in Archaea, Bacteria en Eukarya. Deze indeling is gebaseerd op fundamentele verschillen in celstructuur, genetisch materiaal en biochemische processen. | | Kiemtheorie van Koch | Een set van vier criteria, ontwikkeld door Robert Koch, om te bepalen of een specifiek micro-organisme de oorzaak is van een bepaalde ziekte. Hoewel historisch belangrijk, zijn er uitzonderingen waarbij deze criteria niet volledig toepasbaar zijn. | | Niche | De specifieke omgeving of rol die een organisme inneemt binnen een ecosysteem, inclusief de beschikbare hulpbronnen en de interacties met andere organismen. Een niche kan zowel fysieke als biologische componenten omvatten. | | Pathogenen | Micro-organismen, virussen of andere biologische agentia die ziekte kunnen veroorzaken bij hun gastheer. Deze organismen hebben specifieke mechanismen ontwikkeld om invasie, schade en vermenigvuldiging binnen het lichaam van de gastheer te bewerkstelligen. | | Commensalen | Organismen die in symbiose leven met een andere soort, waarbij één organisme voordeel heeft en het andere noch voordeel noch nadeel ondervindt. Dit staat in contrast met mutualisme (beide hebben voordeel) en parasitisme (één heeft voordeel, de ander lijdt schade). | | Symbionten | Organismen die in een langdurige relatie met elkaar leven, waarbij vaak wederzijds voordeel is. Symbiose omvat verschillende vormen van interactie, waaronder mutualisme en commensalisme, en is essentieel voor het functioneren van veel ecosystemen. | | Genoom | Het complete DNA-molecuul van een organisme, dat alle genen bevat. Het genoom is de blauwdruk voor de ontwikkeling, het functioneren en de voortplanting van levende wezens en ondergaat continue evolutie door mutaties en recombinaties. | | Antibioticaresistentie | Het vermogen van bacteriën om weerstand te bieden aan antibiotica, waardoor deze medicijnen minder effectief of zelfs nutteloos worden. Dit fenomeen vormt een groeiende bedreiging voor de volksgezondheid wereldwijd. | | 16S rRNA | Een essentieel onderdeel van het ribosoom in bacteriën en archaea, dat cruciaal is voor eiwitsynthese. De sequentie van 16S rRNA is evolutionair geconserveerd en wordt daarom veel gebruikt voor het identificeren en classificeren van micro-organismen. | | Archaea | Een van de drie domeinen van het leven, bestaande uit eencellige micro-organismen die zich onderscheiden van bacteriën en eukaryoten. Archaea leven vaak in extreme omstandigheden en hun genetisch materiaal en celmembranen hebben unieke eigenschappen. | | Eukarya | Een domein van organismen dat cellen met een celkern en andere membraan-gebonden organellen bevat, waaronder dieren, planten, schimmels en protisten. Eukaryote cellen zijn over het algemeen groter en complexer dan prokaryote cellen. | | Prokaryoten | Organismen waarvan de cellen geen echte celkern of andere membraan-gebonden organellen bevatten. Bacteriën en archaea zijn voorbeelden van prokaryoten; hun genetisch materiaal bevindt zich in de cytoplasma in een gebied genaamd het nucleoïde. | | Horizontale gentransfer | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet door reproductie met elkaar verbonden zijn. Dit fenomeen speelt een belangrijke rol in de evolutie van bacteriën, met name bij de verspreiding van antibioticaresistentie. | | Viroom | De collectieve set van virussen die een gastheer of een specifieke omgeving bewonen. Het humaan viroom omvat zowel pathogene als niet-pathogene virussen en speelt een rol in de interactie met het microbioom en het immuunsysteem. | | Microbioom | De gemeenschap van micro-organismen (bacteriën, archaea, schimmels, virussen) die in of op een gastheer leven, met name in de darmen. Het microbioom heeft een significante invloed op de gezondheid, voeding en het immuunsysteem van de gastheer. | | Opportunistische infecties | Infecties die worden veroorzaakt door micro-organismen die normaal gesproken niet ziekteverwekkend zijn, maar die ziekte kunnen veroorzaken onder omstandigheden van verzwakte immuniteit of wanneer ze op een ongebruikelijke locatie in het lichaam terechtkomen. | | Dysbacteriose | Een onevenwichtige toestand van de normale microflora van het lichaam, wat kan leiden tot diverse gezondheidsproblemen. Dit kan het gevolg zijn van factoren zoals antibioticagebruik, dieet of ziekte. | | Endomembranen | Een complex systeem van membranen binnen eukaryote cellen, waaronder het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat en lysosomen, dat betrokken is bij de synthese, modificatie en transport van eiwitten en lipiden. | | Actin cytoskelet | Een belangrijk onderdeel van het cytoskelet in eukaryote cellen, bestaande uit actine filamenten. Het speelt een rol bij celvorm, beweging, celdeling en intracellulair transport. | | Mitochondria | Membraan-gebonden organellen in eukaryote cellen die verantwoordelijk zijn voor cellulaire ademhaling en de productie van ATP, de belangrijkste energievaluta van de cel. Mitochondria worden verondersteld te zijn ontstaan uit symbiotische bacteriën. | | LUCA | "Last Universal Common Ancestor" – de hypothetische laatste voorouder van al het leven op Aarde, waaruit alle huidige levensvormen zijn geëvolueerd. De precieze aard en het bestaan van LUCA worden nog steeds onderzocht. | | Horizontal organeltransfer | Een hypothetisch proces waarbij organellen, zoals mitochondria, van het ene organisme naar het andere worden overgedragen, mogelijk via fusie of endosymbiose. Dit wordt beschouwd als een mechanisme voor de evolutie van eukaryote cellen. | | Moleculaire kenmerken | Eigenschappen van een organisme die gebaseerd zijn op de structuur en functie van moleculen, zoals DNA, RNA en eiwitten. Deze kenmerken zijn essentieel voor de taxonomie, fylogenie en het begrijpen van evolutionaire relaties. | | Next Generation Sequencing (NGS) | Een reeks geavanceerde technologieën die snelle en kosteneffectieve sequencing van grote hoeveelheden DNA of RNA mogelijk maken. NGS heeft de moleculaire biologie en genetica revolutionair veranderd, met toepassingen in onderzoek en diagnostiek. | | Fyolgenetische boom | Een diagram dat de evolutionaire relaties tussen verschillende soorten of groepen organismen weergeeft, gebaseerd op vergelijkingen van hun genetisch materiaal of morfologische kenmerken. De boom toont afstammingslijnen en verwantschappen. | | HLA-eiwitten | "Human Leukocyte Antigen" eiwitten, die een cruciale rol spelen in het immuunsysteem door antigenen te presenteren aan T-cellen. Ze zijn essentieel voor de herkenning van lichaamseigen en lichaamsvreemde cellen. | | Allel | Een van de twee of meer alternatieve vormen van een gen die op dezelfde locatie (locus) op een chromosoom kunnen voorkomen. Verschillende allelen leiden tot variatie in eigenschappen, zoals immuunrespons. | | Viroloog | Een wetenschapper die virussen bestudeert, hun structuur, replicatie, interactie met gastheren en hun rol in ziekten en evolutie. | | Bacterioloog | Een wetenschapper die bacteriën bestudeert, hun morfologie, fysiologie, ecologie en hun interacties met andere organismen, inclusief hun rol in ziekte en gezondheid. | | Immuunsuppressie | Een toestand waarin het immuunsysteem van het lichaam onderdrukt is, waardoor het vatbaarder wordt voor infecties en bepaalde ziekten. Dit kan optreden door medicatie, ziekte of andere factoren. | | Cytokine storm | Een overmatige en ongecontroleerde immuunrespons die wordt gekenmerkt door een massale afgifte van pro-inflammatoire cytokines. Dit kan leiden tot ernstige weefselschade en systemische orgaanfalen, en is een belangrijke doodsoorzaak bij ernstige infecties. | | Auto-immuunziekten | Ziekten die ontstaan wanneer het immuunsysteem van het lichaam ten onrechte eigen weefsels en organen aanvalt. Dit kan leiden tot chronische ontsteking en schade aan diverse lichaamsdelen. | | Allergie | Een overmatige immuunreactie op normaal gesproken onschadelijke stoffen, zoals pollen, voedsel of huisdieren. Dit leidt tot symptomen zoals jeuk, niezen, huiduitslag en ademhalingsproblemen. |