INF 2A Bacteriën

# Anatomie en structuur van bacteriën Bacteriën zijn eencellige prokaryotische organismen met een relatief eenvoudige celstructuur vergeleken met eukaryoten, gekenmerkt door de aanwezigheid van een celmembraan, cytoplasma, ribosomen en een circulair genoom, maar zonder een gedefinieerde celkern of andere membraangebonden organellen [12](#page=12). ### 1.1 Celmembraan De celmembraan van bacteriën bestaat uit een fosfolipiden bilayer waarin macromoleculen zoals glycoproteïnen zijn ingebed. Deze componenten spelen een cruciale rol in de communicatie met de omgeving en de uitwisseling van stoffen tussen het intracellulaire en extracellulaire compartiment [13](#page=13). ### 1.2 Celwand De meeste bacteriën bezitten een celwand die zich buiten de celmembraan bevindt en essentieel is voor het bepalen van de celvorm. De samenstelling van de celwand varieert aanzienlijk tussen verschillende bacteriegroepen, wat de basis vormt voor classificatie, zoals de Gram-kleuring, en invloed heeft op de gevoeligheid voor antibiotica [14](#page=14) [18](#page=18). #### 1.2.1 Grampositieve en gramnegatieve celwanden * **Grampositieve bacteriën** hebben een dikke laag peptidoglycaan in hun celwand, die zich direct buiten het celmembraan bevindt. Deze laag is de primaire component die de stevigheid van de celwand verzorgt [14](#page=14). * **Gramnegatieve bacteriën** daarentegen hebben een dunnere laag peptidoglycaan, omringd door een buitenste membraan die lipopolysacchariden (LPS) bevat [14](#page=14). #### 1.2.2 Lipopolysacchariden (LPS) Lipopolysacchariden zijn een belangrijk bestanddeel van de celwand van gramnegatieve bacteriën en bestaan uit drie delen: Lipid A, de kernpolysaccharide en het O-antigen [15](#page=15). * **Lipid A** is verantwoordelijk voor de endotoxische eigenschappen van LPS, wat bij mensen koorts en activatie van stolling en inflammatie kan veroorzaken [15](#page=15). * De **kernpolysaccharide** is relatief constant in structuur. * Het **O-antigen** bestaat uit variabele suikerketens die soort- en typespecifiek zijn en gebruikt kunnen worden voor verdere karakterisering van een bacteriesoort [15](#page=15). > **Example:** LPS-injectie kan leiden tot ernstige effecten zoals septische shock en darmproblemen [16](#page=16). #### 1.2.3 Celwand van mycobacteriën Mycobacteriën onderscheiden zich door een celwand die een dichte laag van lange mycolzuren bevat. Deze unieke samenstelling resulteert in [20](#page=20): * Verhoogde overleving in diverse omgevingsomstandigheden [20](#page=20). * Een weerstand tegen fagocytose door macrofagen, waardoor ze intracellulair kunnen overleven [20](#page=20). * Resistentie tegen veel antibiotica en een zuurvaste eigenschap, wat gebruikt wordt in zuurvaste kleuringen [20](#page=20). #### 1.2.4 Gramkleuring en bacterievormen De Gramkleuring, ontwikkeld door de microbioloog Gram, onderscheidt bacteriën in grampositieve (kleuren blauw) en gramnegatieve (kleuren rood na tegenkleuring) types, gebaseerd op verschillen in de celwandcompositie. Bacteriën komen voor in verschillende basisvormen, zoals bolvormig (kok) en staafvormig (bacil), maar ook meer specifieke vormen zoals fusiform, kommavormig en spirocheet (kurketrekker). De basisgroepen worden gevormd door grampositieve en gramnegatieve kokken en staven, waarbij verdere classificatie kan gebaseerd zijn op de manier waarop kokken zich organiseren (bijv. kettingen zoals streptokokken of trosjes zoals stafylokokken) [18](#page=18) [19](#page=19). ### 1.3 Bacterieel genoom Het bacteriële genoom is typisch een enkel circulair chromosoom van dubbelstrengs DNA, dat compact is opgevouwen door middel van supercoiling, gefaciliteerd door enzymen zoals gyrase en topisomerase. Deze enzymen zijn ook belangrijke doelwitten voor antibiotica zoals chinolonen. Naast het chromosoom kunnen bacteriën ook extra genetisch materiaal bevatten in de vorm van circulaire plasmiden [21](#page=21). > **Tip:** Plasmiden kunnen genetische informatie bevatten die de bacterie voordeel biedt, zoals antibioticumresistentie of virulentiefactoren, en kunnen worden overgedragen tussen bacteriën. #### 1.3.1 Genoomgrootte en genen In tegenstelling tot eukaryoten, waar het verband tussen genoomgrootte en het aantal genen complexer is door de aanwezigheid van niet-eiwit-coderende RNA's, is er bij prokaryoten een directer verband. Bacteriële genomen variëren in grootte van 0,5 tot 10 miljoen nucleotiden en bevatten doorgaans tussen de 500 en 10.000 genen [22](#page=22). * Bacteriën met de kleinste genomen, zoals mycoplasmata (ongeveer 500 genen), zijn sterk afhankelijk van gastheercellen voor hun overleving. Mycoplasma genitalium heeft bijvoorbeeld slechts 482 genen [22](#page=22). * Bacteriën met grotere genomen, zoals Escherichia coli of Mycobacterium tuberculosis (4-5 duizend genen), hebben genen die coderen voor functies als antibioticumresistentie, overleving onder diverse omstandigheden, virulentiefactoren en sporevorming. Dit stelt hen in staat om zich aan te passen aan verschillende, vaak vijandige, omgevingen [23](#page=23). > **Example:** Het genoom van virionen, die geen zelfstandig leven leiden, kan extreem klein zijn, soms slechts coderend voor 5 eiwitten (HBV), of aanzienlijk groter (meer dan 200 eiwitten voor CMV) [22](#page=22). #### 1.3.2 Regulatie en aanpassing Kleine genomen bestaan voornamelijk uit genen essentieel voor DNA-replicatie, translatie en energieproductie. Grotere genomen bevatten ook regulatiemechanismen, zoals signaaltransductie, die de genexpressie beïnvloeden en bacteriën in staat stellen zich aan te passen aan veranderende omstandigheden. Dit kan leiden tot een verandering in de metabole activiteit, zoals het overgaan van een actieve naar een 'dormant' staat, wat implicaties heeft voor de antibioticagevoeligheid en vaccinrespons [24](#page=24). ### 1.4 Extra structuren Bacteriën kunnen buiten hun celwand diverse extra structuren bezitten die belangrijk zijn voor hun interactie met de omgeving, kolonisatie, virulentie en overleving. * **Kapsel:** Een polysaccharidenlaag rond de celwand die de bacterie beschermt tegen fagocytose. Het kapselantigeen wordt vaak aangeduid met 'K' [25](#page=25) [26](#page=26). * **Flagellen:** Zweepachtige structuren die bacteriën voorzien van beweeglijkheid. Het flagellairantigeen wordt aangeduid met 'H' [25](#page=25) [26](#page=26). * **Fimbriae:** Korte, haarachtige uitsteeksels die dienen als aanhechtingsmoleculen. Ze binden op specifieke receptoren van gastheercellen en zijn cruciaal voor kolonisatie en virulentie [25](#page=25). * **Pilus:** Een structureel verband tussen twee bacteriële cellen, voornamelijk betrokken bij de overdracht van plasmiden (conjugatie) [28](#page=28). > **Example:** Fimbriae kunnen bacteriën helpen zich vast te hechten aan epitheelcellen, zoals te zien is op microscopische beelden [27](#page=27). #### 1.4.1 Sporen Sporen zijn geen permanente structuren, maar een fysiologische rustfase van bepaalde bacteriën, voornamelijk grampositieve bodembacteriën zoals *Clostridium tetani* en *Bacillus anthracis*. Sporen zijn extreem resistent tegen vijandige omstandigheden zoals hitte, straling en uitdroging en kunnen gedurende lange periodes metabool inactief blijven. Onder gunstige omstandigheden kunnen sporen terugkeren naar de vegetatieve, actieve vorm [28](#page=28). --- # Bacteriële groei, adaptatie en interacties Bacteriën kunnen hun metabolisme en celgroei aanpassen aan de omgevingsfactoren, wat leidt tot fenotypische variatie en adaptatie, met belangrijke gevolgen voor hun overleving en interacties [29](#page=29) [32](#page=32). ### 2.1 Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie Metabolisme omvat de omzetting van organische moleculen, inclusief energieproductie, en kan de omgeving beïnvloeden door middel van metabolieten. Bacteriën kunnen zowel buiten als in het lichaam interageren via deze metabolieten. Voorbeelden buiten het lichaam zijn fermentatieproducten zoals in yoghurt, bier en kaas, en industriële processen zoals de productie van citroenzuur. In het lichaam dragen lactobacillen bij aan een zure vaginale pH door de afbraak van glycogeen en de productie van zure metabolieten, terwijl *Helicobacter pylori* maagzuur neutraliseert met ammoniak om in de maagmucosa te kunnen leven. Bacteriën produceren ook enzymen en eiwitten die de omgeving beïnvloeden, zoals hyaluronidase en coagulase, en toxines die gastheercellen of andere bacteriën beschadigen [29](#page=29). #### 2.1.1 Celdeling van bacteriën Bacteriële groei volgt een logaritmische vermenigvuldiging, waarbij de populatie exponentieel toeneemt. Onder optimale omstandigheden kan celdeling elke 20 tot 30 minuten plaatsvinden. De groeicurve kent typisch een lag-fase (adaptatie en genexpressieverandering), gevolgd door een exponentiële fase, een stationaire fase wanneer voedingsstoffen uitgeput raken, en uiteindelijk een fase van afsterven [30](#page=30). #### 2.1.2 Invloed van omgevingsfactoren op groei Verschillende omgevingsfactoren beïnvloeden de groei van bacteriën: * **Zuurtegraad (pH):** Bacteriën hebben specifieke voorkeuren voor pH-niveaus. Sommige, zoals *Streptococcus mutans* (cariësverwekker), gedijen in zure omstandigheden, terwijl anderen in alkalische omgevingen beter groeien [31](#page=31). * **Zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2):** * **Obligaat aeroob:** Vereisen zuurstof voor groei (bv. *Mycobacterium tuberculosis*) [31](#page=31). * **Facultatief aeroob/anaeroob:** Kunnen groeien in aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof. * **Anaeroob:** Zuurstof is toxisch voor deze bacteriën; gevoeligheid varieert van strikt anaeroob tot het verdragen van enige zuurstof (bv. in abcessen) [31](#page=31). * **Capnofiel:** Groeien beter in een omgeving met hoge CO2-spanning (bv. *Haemophilus*) [31](#page=31). De fysiologische eisen van bacteriën zijn cruciaal voor kweekomstandigheden in het laboratorium en voor het overleven van monsters tijdens transport [31](#page=31). * **Temperatuur:** Bacteriën hebben een optimale temperatuur voor groei, met minimale en maximale grenzen. Humane pathogenen en commensalen groeien het snelst rond 36,5 °C. Koorts kan de groeisnelheid vertragen, terwijl opslag in de koelkast nog langzame groei toelaat [31](#page=31). > **Tip:** Begrip van deze omgevingsfactoren is essentieel voor zowel klinische diagnostiek als voor het ontwerpen van geschikte kweekomstandigheden in het laboratorium. #### 2.1.3 Fenotypische variatie en adaptatie Bacteriën passen hun metabolisme aan om te overleven in wisselende omstandigheden. Wanneer een substraat (bv. glucose) uitgeput raakt, kunnen bacteriën nieuwe substraten aanboren door middel van nieuw gevormde enzymen, wat een verandering in de groeicurve veroorzaakt [32](#page=32). ##### 2.1.3.1 Het operon model Het operon model illustreert genexpressieregulatie bij bacteriën. Wanneer zowel glucose als lactose aanwezig zijn, wordt eerst glucose verbruikt. Pas na glucose-uitputting wordt lactose, indien aanwezig, als energiebron gebruikt. De regulatie van lactosemetabolisme vindt plaats via een feedbackmechanisme in het repressor-activatorsysteem. Activatie leidt tot transcriptie van lactosekataboliserende enzymen. Bij repressie (aanwezigheid van glucose of afwezigheid van lactose) kan RNA-polymerase niet binden, stopt de transcriptie, en verdwijnen de lactosekataboliserende enzymen. De repressor is LacI en wordt geïnactiveerd door lactose [33](#page=33). > **Voorbeeld:** Dit mechanisme stelt bacteriën in staat hun enzymproductie efficiënt af te stemmen op de beschikbare voedingsstoffen, waardoor energie wordt bespaard. ##### 2.1.3.2 Planktonische vs. sessiele bacteriën Traditioneel worden bacteriën bestudeerd in planktonische vorm in reincultuur onder ideale omstandigheden. Echter, in de realiteit bevinden bacteriën zich vaak in gemengde populaties, onder suboptimale of vijandige omstandigheden, of in een metabool inactieve staat. Ze kunnen ook sessiel zijn, in plaats van planktonisch. Dit kan leiden tot gedrag in vivo of in loco dat afwijkt van laboratoriumvoorspellingen, zoals veranderde virulentie of resistentie tegen antibiotica [34](#page=34). Verschillende verschijnselen illustreren fenotypische variatie: * **Persisters:** Bacteriën die een gereduceerde metabole activiteit vertonen, waardoor ze ongevoelig zijn voor antibiotica. Dit is een actief overlevingsmechanisme, niet louter passief [34](#page=34). * **Sporen:** Extreem resistente rustvormen van bacteriën (zie hoger). * **Fenotypisch switchen ('bet hedging'):** Populaties bestaan uit subpopulaties die aangepast zijn aan verschillende omgevingsomstandigheden, wat risicospreiding inhoudt [34](#page=34). * **Biofilm en quorum sensing:** Hierna nader besproken. #### 2.1.4 Biofilm en quorum sensing Quorum sensing is een communicatiemechanisme waarbij bacteriën de dichtheid van hun populatie detecteren via boodschappermoleculen. Wanneer deze moleculen een kritische concentratie bereiken, worden bepaalde metabole pathways geactiveerd of gedeactiveerd, wat resulteert in een veranderd metabolisme (bv. verminderde celdeling, verhoogde toxineproductie, slijmproductie). Dit fenomeen draagt bij aan de vorming van biofilms [35](#page=35). Een **biofilm** is een driedimensionale structuur gevormd door bacteriële populaties met veranderde kenmerken, gekenmerkt door overmatige slijmproductie. Biofilms zijn significant minder gevoelig voor antibiotica en worden moeilijker geëlimineerd door macrofagen. Af en toe worden mobiele bacteriën, mogelijk met een persister-fenotype, uit de biofilm losgelaten. Biofilms spelen een rol bij infecties geassocieerd met lichaamsvreemde voorwerpen en bij vele weefselinfecties [35](#page=35) [37](#page=37). > **Voorbeeld:** De vorming van een bacteriële biofilm op een katheter of een kunstgewricht verhoogt de kans op chronische infecties die moeilijk te behandelen zijn met antibiotica. #### 2.1.5 Persisters Persisters zijn bacteriële cellen die ongevoelig zijn voor antibiotica vanwege een afwijkende metabole toestand. Antibiotica doden bacteriën logaritmisch, maar persisters overleven en kunnen later weer metabool actief worden. Dit fenomeen is cruciaal voor het begrijpen van therapieresistentie en wordt verder behandeld in het hoofdstuk over antibiotica [38](#page=38). #### 2.1.6 Interacties in biofilm Binnen biofilms kunnen bacteriën elkaar op verschillende manieren beïnvloeden [39](#page=39): * **Positieve interacties:** Het creëren van aanhechtingsplaatsen voor andere soorten of het produceren van metabolieten die nuttig zijn voor andere bacteriële species [39](#page=39). * **Negatieve interacties:** Competitie voor ruimte en voedsel, wijziging van de omgeving door metabolieten, of de productie van antibacteriële middelen zoals bacterocines. De normale flora gebruikt deze mechanismen ter bescherming tegen kolonisatie door pathogenen [39](#page=39). Interacties met het menselijk lichaam worden in andere hoofdstukken behandeld [39](#page=39). --- # Virussen: levenscycli en interacties met het immuunsysteem Virussen zijn intracellulaire verplichtingsparasieten die complexe levenscycli doorlopen en diverse interacties aangaan met het menselijk immuunsysteem, waarbij ze zich kunnen integreren in het gastheer-DNA, latentie kunnen induceren en oncogene transformatie kunnen veroorzaken [1](#page=1). ### 3.1 Virale levenscycli De levenscyclus van een virus omvat meerdere stappen, beginnend met de interactie tussen het virus en de gastheercel. #### 3.1.1 Adsorptie Adsorptie is de eerste fase van de virale levenscyclus, waarbij het virus zich bindt aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel. Deze interactie is cruciaal voor de specificiteit van virusinfecties, aangezien virussen doorgaans slechts bepaalde celtypen kunnen infecteren die de benodigde receptoren tot expressie brengen [3](#page=3). #### 3.1.2 Penetratiemachines Na adsorptie volgt penetratie, waarbij het virale genetisch materiaal de gastheercel binnendringt. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, afhankelijk van het type virus. Bij naakte virussen kan dit bijvoorbeeld door endocytose of directe injectie van het genoom. Enveloppe virussen kunnen hun envelop versmelten met het celmembraan om het virale capside in het cytoplasma te brengen [3](#page=3). #### 3.1.3 Expressie en replicatie Zodra het virale genoom de cel is binnengedrongen, neemt het virus de machinerie van de gastheercel over om zijn eigen eiwitten te produceren en zijn genoom te repliceren. Dit proces verschilt aanzienlijk tussen DNA-virussen en RNA-virussen [3](#page=3). * **RNA en DNA sensors:** Het aangeboren immuunsysteem beschikt over pathogen recognition receptors (PRRs) die virale en bacteriële componenten kunnen detecteren, waaronder RNA en DNA. Dit is een belangrijke eerste verdedigingslinie tegen virale infecties [3](#page=3). #### 3.1.4 Virion productie Na replicatie van het virale genoom en synthese van virale eiwitten, worden nieuwe virionen geassembleerd binnen de gastheercel. Dit omvat het verpakken van het virale genoom in virale capsiden [3](#page=3). #### 3.1.5 Release De laatste fase is de release van de nieuw gevormde virionen uit de geïnfecteerde gastheercel. Dit kan leiden tot de dood van de cel (lytische cyclus) of tot een meer geleidelijke vrijgave van virussen zonder onmiddellijke celdood (lysis of budding) [3](#page=3). > **Tip:** De verschillende fasen van de virale levenscyclus bieden aangrijpingspunten voor antivirale therapieën. ### 3.2 Interactie met het immuunsysteem en medicatie Het menselijk immuunsysteem reageert op virale infecties via zowel het aangeboren als het adaptieve immuunsysteem. Antivirale medicatie richt zich vaak op specifieke stappen in de virale levenscyclus [1](#page=1). #### 3.2.1 Aangeboren immuunrespons Het aangeboren immuunsysteem speelt een cruciale rol in de eerste respons tegen virussen. * **Pathogen recognition receptor (PRR):** Zoals eerder vermeld, detecteren PRRs virale componenten en zetten ze immuunresponsen in gang [3](#page=3). * **Interferon gestimuleerde genen (ISG):** Een belangrijke effector mechanisme van het aangeboren immuunsysteem zijn interferonen. Interferonen induceren de expressie van interferongeïnduceerde genen (ISGs) die antivirale eiwitten produceren die de virale replicatie kunnen remmen [3](#page=3). #### 3.2.2 Integratie in humaan DNA Sommige virussen, met name retrovirussen zoals HIV, hebben het vermogen om hun genetisch materiaal te integreren in het DNA van de gastheercel. Dit zorgt ervoor dat het virale genoom permanent aanwezig is in de cel en kan worden gerepliceerd wanneer de cel zich deelt. Het remmen van dit integratieproces is een belangrijk doelwit voor antivirale medicatie [1](#page=1). #### 3.2.3 Latentie Latentie is een staat waarin een virus inactief is binnen de gastheercel, zonder replicatie te veroorzaken. Virussen zoals herpesvirussen kunnen in latente vorm aanwezig blijven en reactiveren onder bepaalde omstandigheden, wat leidt tot recidiverende infecties. De mechanismen achter latentie en reactivatie zijn complex en bieden uitdagingen voor de behandeling [1](#page=1). #### 3.2.4 Oncogene transformatie Bepaalde virussen, bekend als oncogene virussen, kunnen kanker veroorzaken door genetische veranderingen in gastheercellen te induceren. Dit gebeurt vaak door de expressie van virale eiwitten die de celcyclusregulatie verstoren, de apoptose onderdrukken, of genexpressie van de gastheercel beïnvloeden. Voorbeelden zijn HPV (humaan papillomavirus) en Hepatitis B virus [1](#page=1). > **Tip:** Het begrijpen van de interactie tussen virussen en het immuunsysteem is essentieel voor het ontwikkelen van effectieve vaccins en antivirale behandelingen. ### 3.3 Specifieke viruslevenscycli (voorbeelden) De documentatie vermeldt specifieke voorbeelden van viruslevenscycli die bestudeerd worden. #### 3.3.1 Bacteriofaag levenscycli * **Lytische levenscyclus:** Bacteriofagen kunnen een lytische levenscyclus doorlopen, waarbij de bacteriecel wordt geïnfecteerd, gerepliceerd en uiteindelijk vernietigd om nieuwe faagdeeltjes vrij te geven [3](#page=3). * **Temperate bacteriofaag:** Temperate fagen kunnen zowel een lytische als een lysogene cyclus doorlopen. In de lysogene cyclus integreert het faag-DNA in het bacteriële genoom (profaag) en wordt het passief mee gerepliceerd tijdens bacteriële deling, zonder de cel onmiddellijk te doden [3](#page=3). #### 3.3.2 Dierlijke virus levenscyclus De algemene principes van adsorptie, penetratie, expressie, replicatie, productie en release zijn van toepassing op dierlijke virussen [3](#page=3). #### 3.3.3 Specifieke dierlijke virus cases * **HCV (Hepatitis C Virus):** De expressie en replicatie van HCV zijn specifieke processen die bestudeerd worden binnen de virale levenscyclus [3](#page=3). * **HIV (Human Immunodeficiency Virus):** De levenscyclus van HIV, inclusief de integratie in humaan DNA en de interactie met het immuunsysteem, is een belangrijk onderwerp [1](#page=1) [3](#page=3). ### 3.4 Aantonen van virussen De documentatie vermeldt ook het aantonen van virussen als een apart onderdeel. Dit kan gebeuren via diverse diagnostische methoden die gericht zijn op de detectie van virale componenten, zoals genetisch materiaal of specifieke eiwitten [3](#page=3). > **Example:** Serologische tests detecteren antistoffen die door het immuunsysteem tegen virussen zijn aangemaakt, wat indirect wijst op een infectie. --- # Classificatie, naamgeving en genetische variatie van bacteriën Dit onderwerp behandelt de principes van bacteriële taxonomie en naamgeving, met een focus op ribosomaal RNA als leidraad, en verkent de genotypische variatie binnen bacteriën, mechanismen van genetische uitwisseling, en methoden voor typering zoals serotypering en genotypering. ### 4.1 Naamgeving en taxonomie De classificatie en naamgeving van alle levende organismen, inclusief bacteriën, is traditioneel gebaseerd op fenotypische kenmerken, een systeem dat door Linnaeus is ontwikkeld voor macroscopische organismen. Echter, de moderne taxonomie leunt steeds meer op genetische gelijkenis, ervan uitgaande dat evolutionaire verschillen geleidelijk optreden. De mate van genetisch verschil is omgekeerd evenredig aan de taxonomische verwantschap. Nieuwe taxonomische inzichten hebben geleid tot herzieningen in de indeling van bacteriën in genera en taxa, wat resulteert in speciesnamen die afwijken van oudere literatuur [40](#page=40). #### 4.1.1 Ribosomaal RNA als leidraad Hoewel de vergelijking van het totale DNA nuttig is voor het bestuderen van verwantschap, is het gen voor het ribosomaal 16S-RNA een ideale sequentie voor dit doel. Dit RNA-molecuul speelt een cruciale structurele rol in het ribosoom. Omdat het vitaal is, kunnen structurele veranderingen (mutaties) de functie sterk beïnvloeden, waardoor sommige gebieden nauwelijks muteren en dus zeer conservatief zijn. Andere regio's zijn minder kritisch en vertonen grotere variatie. Deze variatie in bepaalde regio's weerspiegelt de duur van de evolutie en dus de taxonomische verwantschap, wat gebruikt kan worden voor indeling in genera en species, en derhalve voor identificatie [41](#page=41). #### 4.1.2 Nieuwe taxonomische bevindingen leiden tot nieuwe classificatie en naamgeving Recente taxonomische ontdekkingen hebben geleid tot veranderingen in de classificatie en naamgeving van bacteriën. Enkele voorbeelden zijn: * *Actinobacillus actinomytemcomitans* werd geherclassificeerd als *Aggregatibacter actinomycetemcomitans* [42](#page=42). * *Haemophilus aphrophilus* werd *Aggregatibacter aphrophilus* [42](#page=42). * *Pseudomonas maltophilia* werd eerst *Xanthomonas maltophilia* en later *Stenotrophomonas maltophilia* [42](#page=42). * *Pseudomonas cepacia* werd *Burkholderia cepacia* [42](#page=42). * Veel anaerobe Gram-negatieve staven die voorheen tot het genus *Bacteroides* behoorden, worden nu ingedeeld in diverse genera zoals *Bacteroides*, *Prevotella*, *Porphyromonas*, en *Tannerella* [42](#page=42). * Er zijn vele andere voorbeelden te vinden bij streptokokken en corynebacteriën [42](#page=42). * *Pneumocystis carinii* werd geclassificeerd als een schimmel, *Pneumocystis jerevecii* [42](#page=42). #### 4.1.3 Schrijfwijze van bacteriële namen Bij de schrijfwijze van wetenschappelijke namen, inclusief die van bacteriën, gelden specifieke regels. Latijnse namen voor genera worden cursief geschreven, bijvoorbeeld *Paromoxyvirus*. In het Nederlands worden namen als "mazelenvirus" en in het Engels "measles virus" niet cursief geschreven. Voor bacteriën geldt [43](#page=43): * Het genus wordt cursief geschreven, bijvoorbeeld *Staphylococcus* [43](#page=43). * De volledige wetenschappelijke naam, bestaande uit genus en species, wordt cursief geschreven, met een hoofdletter voor het genus en een kleine letter voor de soort, bijvoorbeeld *Staphylococcus aureus*. Dit geldt voor alle bacteriën, gisten, schimmels, protozoa en diersoorten [43](#page=43). * Wanneer er naar meerdere soorten binnen een genus wordt verwezen, wordt "spp." toegevoegd, wat niet cursief wordt geschreven, bijvoorbeeld *Pseudomonas* spp. [43](#page=43). * Een uitzondering hierop is wanneer een aanduiding geen speciesnaam is, maar een serovar, zoals in *Salmonella Panama*. In dit geval is "Panama" geen species, maar een serovar die door serologische testen is aangeduid [43](#page=43). ### 4.2 Genotypische variatie bij bacteriën Genetische variatie bij bacteriën ontstaat niet alleen door gewone mutatie en selectie, maar ook door de uitwisseling van grote stukken erfelijk materiaal. Bacteriën van dezelfde soort zijn niet identiek; de variatie binnen bacteriesoorten is aanzienlijk groter dan binnen diersoorten. Dit leidt tot varianten met verschillende 'uiterlijke' en fysiologische kenmerken, evenals stammen die toxines produceren, beter aangepast zijn aan een specifieke gastheer, of resistenter zijn tegen antibiotica. Dit moet onderscheiden worden van fenotypische variatie, die voortkomt uit verschillen in genexpressie van in principe hetzelfde genoom. Het basisgenoom van een bacteriesoort kan aangevuld worden met chromosomale of extrachromosomale elementen. Sommige van deze genetische pakketten, zoals 'pathogenicity islands', bevatten genen die de stam helpen overleven, adhereren en ziekte veroorzaken door middel van toxines [44](#page=44). #### 4.2.1 Mechanismen van genetische uitwisseling Er zijn verschillende mechanismen waardoor bacteriën genetisch materiaal kunnen uitwisselen: * **Transformatie**: Dit is de "spontane" opname van DNA uit de omgeving (vaak van verwante species) en de integratie ervan in het eigen chromosoom [45](#page=45). * **Transductie**: Genen worden overgebracht via virussen, specifiek bacteriofagen [45](#page=45). * **Conjugatie**: Genen worden overgedragen via plasmiden, wat extrachromosomaal DNA is. Deze genen kunnen zich op transposons bevinden, wat kleine mobiele genetische elementen zijn die van plaats kunnen veranderen en zich op andere locaties kunnen integreren, vaak in daarvoor bestemde genetische regio's [45](#page=45). Alle bovenstaande mechanismen komen *in vivo* voor [45](#page=45). * **Transfectie**: Dit is een techniek die wordt gebruikt om cellen genetisch materiaal te laten opnemen, voornamelijk *in vitro* [45](#page=45). #### 4.2.2 Belang van genotypische verschillen De aanzienlijke diversiteit binnen bacteriën van dezelfde soort kan worden benut om ze verder te onderscheiden, wat om verschillende redenen nuttig is [46](#page=46): * **Pathogeniteit**: Bepaalde types bacteriën kunnen meer of minder pathogeen zijn dan andere [46](#page=46). * **Epidemiologie**: Kennis van genotypische verschillen is cruciaal voor het volgen van de verspreiding van bacteriën in de gemeenschap. Dit helpt bij het beantwoorden van vragen zoals of stammen in een bepaalde populatie identiek zijn, of stammen bij verschillende patiënten op dezelfde afdeling overeenkomen, en of stammen uit het buitenland worden geïmporteerd [46](#page=46). * **Vaccinatie**: Als een vaccin gericht is op het opwekken van beschermende antilichamen tegen een specifiek kapsel, is het essentieel om deze kapsels te kennen, te onderscheiden en epidemiologisch op te volgen [46](#page=46). Technieken zoals serotypering en genotypering kunnen worden gebruikt om deze verschillen te bestuderen. Genotypering kan leiden tot "fingerprinting" met een hoog discriminerend vermogen, of tot volledige genoomsequencing. Stammen die sterk op elkaar lijken, worden klonaal verwante stammen genoemd, en wanneer ze identiek zijn, spreekt men van een kloon [46](#page=46). #### 4.2.3 Serotypering van bacteriën Serotypering is gebaseerd op het gebruik van specifieke antilichamen tegen specifieke (oppervlakkige) moleculen van het micro-organisme [47](#page=47). * Gram-negatieve bacteriën hebben een buitenmembraan dat lipopolysachariden (LPS) bevat, die somatische of O-antigenen vormen [47](#page=47). * Zowel Gram-positieve als Gram-negatieve bacteriën kunnen een kapsel hebben, aangeduid als K-antigenen [47](#page=47). * Sommige soorten hebben flagellen voor voortbeweging, de zogenaamde H-antigenen [47](#page=47). Deze antigenen variëren per soort en ook binnen een soort. Een serotype van een species heeft een gelijke antigenenformule [47](#page=47). Voorbeelden van serotypering zijn: * *Escherichia coli* O157:H7 of *E. coli* O111:K58:H6. Deze types zijn vaak indicatief voor de aanwezigheid van specifieke (enteropathogene) pathogenicity islands [47](#page=47). * Bij meningokokken heeft de meerderheid van de pathogene stammen een kapsel van type A, B of C. Antilichaambescherming tegen kapsel A biedt geen bescherming tegen B en C. Vaccinaties richten zich vaak slechts tegen één kapseltype, gebaseerd op de epidemiologie van de serotypes [47](#page=47). Het is belangrijk op te merken dat bacteriën van hetzelfde serotype nog steeds aanzienlijk divers kunnen zijn. Verdere onderverdeling door aanvullende serotyperingen of genotypering is mogelijk, zelfs tot op het niveau van individuele stammen (fingerprinting). Plasmiden en transposons die virulentie- en resistentiegenen bevatten, kunnen deze diversiteit verder vergroten [47](#page=47). #### 4.2.4 Moleculaire fingerprinting of genotypering Moleculaire fingerprinting, of genotypering, is gebaseerd op specifieke sequenties in het DNA van verschillende 'klonen'. Deze sequenties worden aangetoond met behulp van primers en PCR, wat resulteert in amplicons van verschillende lengtes, of ze worden 'geknipt' door restrictie-enzymen (of een combinatie van amplificatie gevolgd door restrictie-digestie). Tegenwoordig wordt steeds vaker next-generation sequencing gebruikt voor de karakterisering van bacteriën, waaronder whole genome sequencing [48](#page=48). --- ## 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 | |------|------------| | Bacteriën | Eencellige micro-organismen die essentieel zijn voor een gezond menselijk leven, maar ook infecties kunnen veroorzaken. Ze bezitten een celmembraan en meestal een celwand, een circulair genoom, maar missen een celkern en organellen. | | Virussen | Obligate intracellulaire parasieten die gastheer-metabolisme gebruiken voor hun expressie en vermenigvuldiging. Ze zijn geen levende organismen op zichzelf en kunnen variëren in grootte en complexiteit van hun genetisch materiaal. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen, waaronder bacteriën, die van nature op en in het menselijk lichaam leven en vaak een beschermende rol spelen tegen pathogenen. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die de groei van micro-organismen remmen of deze doden, zoals antibiotica en antivirale middelen. | | Exponentiële groei | Een groeipatroon waarbij de populatiegrootte zich met een constante snelheid verdubbelt over een bepaalde tijdsperiode, wat resulteert in een snelle, logaritmische toename. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij bacteriën signalen uitwisselen om de dichtheid van hun populatie te meten, wat vervolgens de genexpressie en collectieve gedragingen reguleert. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen, ingebed in een zelfgeproduceerde extracellulaire matrix, die zich hecht aan oppervlakken en vaak resistent is tegen antibiotica en immuunreacties. | | Genetische mechanismen | Processen op het niveau van DNA en genen die evolutie, aanpassing en de ontwikkeling van eigenschappen zoals resistentie en virulentie mogelijk maken. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een organisme, die kan leiden tot nieuwe eigenschappen of variaties binnen een populatie. | | Resistentie | Het vermogen van een bacterie om de effecten van een antibioticum te weerstaan, vaak door genetische aanpassingen die de werking van het antibioticum neutraliseren. | | Virulentie | De mate waarin een pathogeen in staat is om ziekte te veroorzaken, vaak gerelateerd aan de aanwezigheid van specifieke factoren zoals toxines of structuren voor adhesie. | | Levenscyclus van virussen | De reeks van gebeurtenissen die een virus ondergaat vanaf het moment dat het een gastheercel infecteert tot aan de productie van nieuwe virionen en hun vrijlating. | | Aangeboren immuunsysteem | De eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen infecties, bestaande uit niet-specifieke mechanismen die snel reageren op bedreigingen. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij viraal genetisch materiaal wordt ingebouwd in het DNA van de gastheercel, wat kan leiden tot permanente infectie of oncogene transformatie. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarin het virale genoom aanwezig is in de gastheercel maar geen actieve replicatie plaatsvindt, waardoor het virus aan het immuunsysteem kan ontsnappen. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij een virus de genetische stabiliteit van een gastheercel verandert, wat kan leiden tot ongecontroleerde celgroei en de ontwikkeling van kanker. | | Gramkleuring | Een microbiologische kleuringstechniek die bacteriën scheidt in twee hoofdgroepen, Gram-positief en Gram-negatief, op basis van de samenstelling van hun celwand. | | Peptidoglycaan | Een essentieel polymeer dat een belangrijke component vormt van de celwand van de meeste bacteriën, verantwoordelijk voor de structurele integriteit. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Een complex molecuul dat voorkomt in de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën en fungeert als een endotoxine, wat een sterke ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | Mycolzuren | Lange vetzuurketens die kenmerkend zijn voor de celwanden van mycobacteriën, wat bijdraagt aan hun weerstand tegen uitdroging, desinfectie en het immuunsysteem. | | Genoom | De complete set van genetisch materiaal van een organisme, inclusief alle genen en DNA-sequenties. | | Plasmiden | Kleine, circulaire, dubbelstrengs DNA-moleculen die buiten het chromosoom van een bacterie voorkomen en vaak genen dragen die gunstig zijn voor de bacterie, zoals die voor antibioticaresistentie. | | Fenotypische adaptatie | Het vermogen van bacteriën om hun metabole en biochemische eigenschappen aan te passen aan veranderende omgevingsomstandigheden, zonder dat hun genetische samenstelling verandert. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriële cellen binnen een kolonie die metabool inactief is en daardoor ongevoelig is voor antibiotica, waardoor ze kunnen overleven en de kolonie kunnen herbevolken. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen op basis van hun gedeelde kenmerken en evolutionaire relaties. | | Ribosomaal RNA (rRNA) | Een type RNA-molecuul dat een structureel en katalytisch onderdeel vormt van ribosomen, de celonderdelen die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese. De sequentie van 16S rRNA wordt vaak gebruikt voor bacteriële identificatie en taxonomie. | | Serotypering | Een methode om bacteriële stammen te differentiëren op basis van de specifieke antigenen (bv. O-, H-, K-antigenen) die op hun oppervlak voorkomen, wat nuttig is voor epidemiologische studies. | | Genotypering | Een methode om bacteriële stammen te differentiëren op basis van hun genetische profiel, bijvoorbeeld door middel van DNA-fingerprinting of volledige genoomsequencing. | | Transformatie | Een proces waarbij bacteriën genetisch materiaal opnemen uit hun omgeving, vaak afkomstig van dode bacteriën. | | Transductie | Het overbrengen van bacteriële DNA van de ene bacterie naar de andere via een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). | | Conjugatie | Een proces waarbij bacteriën genetisch materiaal uitwisselen via direct cel-celcontact, vaak via een gespecialiseerde structuur zoals een pilus. |