Microbiology

# Inleiding tot bacteriën en hun eigenschappen Bacteriën zijn microscopische, eencellige organismen met een prokaryote celstructuur, die een breed scala aan metabolische activiteiten en adaptieve strategieën vertonen, essentieel voor zowel ecosystemen als de menselijke gezondheid [12](#page=12) [1](#page=1). ### 1.1 Situering van de bacteriën Bacteriën vormen een zeer grote en diverse groep organismen, met een oude oorsprong en een lange evolutie die geleid heeft tot optimale adaptatie. Ze behoren tot het domein Bacteria (ook wel Eubacteria), distinct van Archaea, die weliswaar omgevingsbacteriën zijn maar ook in de menselijke darmflora worden aangetroffen [5](#page=5). ### 1.2 Anatomie van bacteriën Bacteriën kenmerken zich door een relatief eenvoudige celstructuur in vergelijking met eukaryoten. Ze beschikken over een celmembraan, meestal een celwand, cytoplasma en ribosomen. Centraal staat één circulair genoom, maar ze missen een celkern, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum. Virussen daarentegen zijn obligate intracellulaire parasieten die gastheer-metabolisme gebruiken voor hun replicatie. Bacteriën variëren in grootte van 0,5 tot 10 µm, wat microscopische observatie noodzakelijk maakt [12](#page=12). #### 1.2.1 Vorm van bacteriën en Gramkleuring De celwand is bepalend voor de vorm van de bacterie en is de basis voor de Gramkleuring. Bacteriën zijn meestal bolvormig (kok) of staafvormig (bacil), maar kunnen ook fusiforme, kommavormige of spirocheet (kurketrekker) vormen aannemen. De Gramkleuring, genoemd naar microbioloog Gram, onderscheidt Grampositieve (blauw gekleurd) en Gramnegatieve (rood gekleurd na tegenkleuring) bacteriën, wat gebaseerd is op verschillen in de peptidoglycaansamenstelling van hun celwand. Grampositieve bacteriën hebben grote hoeveelheden peptidoglycaan in hun celwand, terwijl Gramnegatieve bacteriën een dunne laag peptidoglycaan hebben, omgeven door een tweede lipidenmembraan met lipopolysacchariden (LPS). Deze verschillen beïnvloeden hun biologie en gevoeligheid voor antibiotica. De vier basale groepen van bacteriesoorten zijn grampositieve en gramnegatieve kokken en staven. Verder kunnen kokken in kettingen (streptokokken) of trosjes (stafylokokken) worden gegroepeerd [14](#page=14) [18](#page=18) [19](#page=19). #### 1.2.2 Celwand van mycobacteriën: een andere samenstelling Mycobacteriën onderscheiden zich door een celwand die onder andere een dichte laag lange mycolzuren bevat. Dit leidt tot een lange overleving in de natuur, resistentie tegen veel antibiotica, en zuurvastheid (toepasbaar in zuurvaste kleuring). Hun celwand maakt ze ook moeilijk verteerbaar voor macrofagen, waardoor ze langdurig in het fagolysosoom kunnen overleven en bestrijding bemoeilijken, wat problemen kan geven bij HIV/AIDS [20](#page=20). #### 1.2.3 Het bacterieel genoom Het bacterieel genoom bestaat uit één circulair, dubbelstrengs DNA-molecuul, dat compact is opgevouwen door middel van supercoiling, gefaciliteerd door gyrase en topisomerase enzymen. Deze enzymen zijn belangrijke doelwitten voor antibiotica zoals chinolonen. Naast het chromosoom kunnen bacteriën ook extra genetisch materiaal in de vorm van circulaire plasmiden bevatten [21](#page=21). #### 1.2.4 Het minimum aantal genen nodig voor een levend wezen Bij prokaryoten is er een direct verband tussen het aantal genen en de grootte van het genoom, in tegenstelling tot eukaryoten die ook coderen voor niet-eiwit-coderend RNA dat belangrijk is voor genexpressieregulatie. Bacteriële genomen variëren van 0,5 tot 10 miljoen nucleotiden en bevatten tussen 500 en 10.000 genen. Mycoplasmata, met ongeveer 500 genen, zijn sterk afhankelijk van eukaryote cellen voor hun overleving. Virale genomen kunnen variëren van slechts 5 coderende eiwitten (HBV) tot meer dan 200 (CMV). Bacteriën met 4-5 duizend genen, zoals *Escherichia coli* en *Mycobacterium tuberculosis*, beschikken over extra genen voor onder andere antibioticaresistentie, overleving onder diverse omstandigheden, virulentiefactoren, en sporevorming, wat hen een groot aanpassingsvermogen verleent [22](#page=22) [23](#page=23). > **Tip:** Het aanpassingsvermogen van bacteriën, mede door genexpressie en de daarbij horende eiwitten, heeft implicaties voor antibioticagevoeligheid en vaccin-effectiviteit [24](#page=24). In en op het menselijk lichaam bevinden zich ongeveer evenveel bacteriën als menselijke cellen en tien keer meer virussen, waardoor het menselijk lichaam op moleculair niveau sterk microbieel is [24](#page=24). #### 1.2.5 Extra structuren * **Kapsel:** Een polysaccharidenlaag rond de celwand die de bacterie beschermt tegen fagocytose [25](#page=25). * **Flagellen:** Zorgen voor beweeglijkheid van de bacterie [25](#page=25). * **Fimbriae:** Aanhechtingsmoleculen die binden op specifieke (cel)receptoren, belangrijk voor kolonisatie en virulentie. De gastheer kan hiertegen neutraliserende antilichamen aanmaken. Antigenen die hieraan gerelateerd zijn, worden aangeduid met K (kapsel), H (flagellair) en O (somatisch) [25](#page=25) [26](#page=26). * **Pilus:** Een structuur die connectie tussen twee bacteriële cellen mogelijk maakt, waarna de donorcel een kopie van een circulair plasmide kan injecteren in de ontvanger cel [28](#page=28). * **Sporen:** Een fysiologische fase waarin de bacterie beschermd is tegen vijandige omstandigheden (warmte, straling, uitdroging) en metabool inactief is voor langere periodes. Bij gunstige omstandigheden kunnen sporen terugkeren naar de vegetatieve vorm. *Clostridium tetani* en *Bacillus anthracis* zijn voorbeelden van sporevormende grampositieve bodembacteriën [28](#page=28). ### 1.3 Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie Bacteriën zetten organische moleculen om met energieproductie als doel. Ze kunnen de omgeving beïnvloeden via metabolieten, zowel buiten het lichaam (bv. fermentatie in voeding) als binnen het lichaam (bv. zure metabolieten van lactobacillen in de vagina, of neutralisatie van maagzuur door *Helicobacter pylori*) [29](#page=29). #### 1.3.1 Celdeling van bacteriën Bacteriën vermenigvuldigen zich logaritmisch, met een verdubbelingstijd van ongeveer 20-30 minuten onder optimale omstandigheden. De groei verloopt via een lag-fase (adaptatie), een logaritmische toename, een stationaire fase (uitputting van voedingsbronnen), en uiteindelijk afsterven [30](#page=30). #### 1.3.2 Invloed van de omgeving Verschillende omgevingsfactoren beïnvloeden de groei van bacteriën: * **Zuurtegraad (pH):** Bacteriën hebben specifieke pH-voorkeuren, variërend van zuur tot alkalisch [31](#page=31). * **Zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2):** Bacteriën kunnen obligaat aeroob (zuurstof nodig), facultatief aeroob/anaeroob, of strikt anaeroob zijn (zuurstof toxisch). Capnofiele bacteriën groeien beter bij een hoge CO2-spanning [31](#page=31). * **Temperatuur:** Elke bacterie heeft een optimale groei temperatuur, met minimum- en maximumgrenzen. 'Humane' pathogenen en commensalen groeien het snelst rond 36,5 °C [31](#page=31). Deze fysiologische eisen zijn cruciaal voor kweekomstandigheden in laboratoria en voor het overleven van bacteriën in stalen tijdens transport [31](#page=31). #### 1.3.3 Fenotypische variatie en adaptatie Bacteriën passen hun metabolisme aan de omgevingsomstandigheden aan door middel van genexpressie en de productie van specifieke enzymen. Dit vermogen stelt hen in staat om te schakelen tussen verschillende substraten en te overleven in wisselende omstandigheden. Bijvoorbeeld, mycobacteriën kunnen na infectie overschakelen van een metabool zeer actieve naar een "dormante" staat [24](#page=24) [32](#page=32). #### 1.3.4 Biofilm en quorum sensing Bacteriën kunnen zich organiseren in biofilms, gemeenschappen die bescherming bieden tegen externe factoren. Quorum sensing is een mechanisme waarbij bacteriën communiceren via moleculaire signalen om hun gedrag collectief te reguleren, wat onder andere belangrijk is voor de vorming van biofilms [1](#page=1). #### 1.3.5 Persisters Persisters zijn een subpopulatie van bacteriën binnen een kolonie die metabolisch traag zijn en resistent zijn tegen antibiotica, wat bijdraagt aan het behoud van bacteriële populaties [1](#page=1). #### 1.3.6 Interacties in biofilm In biofilms kunnen bacteriën diverse interacties aangaan, zowel met elkaar als met de omgeving, wat hun overleving en virulentie beïnvloedt [1](#page=1). --- # Variatie en interactie binnen bacteriële populaties Dit deelonderwerp verkent de genotypische variatie bij bacteriën, de mechanismen van genetische uitwisseling, en hoe deze variatie wordt toegepast in classificatiesystemen zoals serotypering en genotypering, evenals de rol van interacties binnen bacteriële gemeenschappen, met name in biofilms en via quorum sensing. ### 2.1 Biofilm en quorum sensing Bacteriën kunnen zich in de natuur niet altijd in een planktonische vorm bevinden, zoals vaak wordt bestudeerd in laboratoriumomstandigheden. In realistische scenario's bevinden ze zich vaak in gemengde populaties, onder suboptimale omstandigheden, of in een metabolisch inactieve toestand. Dit kan leiden tot fenotypische variaties, waarbij bacteriën zich anders gedragen dan voorspeld uit laboratoriumkweek. Een belangrijk aspect hiervan is de vorming van biofilms en het fenomeen van quorum sensing [34](#page=34). #### 2.1.1 Biofilm vorming Een biofilm is een driedimensionale structuur waarin bacteriën zich aan een oppervlak hechten en omgeven zijn door een slijmerige matrix die ze zelf produceren. Deze matrix, die vaak bestaat uit polysaccharide, eiwitten en nucleïnezuren, biedt bescherming aan de bacteriële gemeenschap. Biofilms spelen niet alleen een rol bij infecties gerelateerd aan lichaamsvreemde voorwerpen, maar ook bij vele weefselinfecties [35](#page=35) [37](#page=37). #### 2.1.2 Quorum sensing Quorum sensing is een communicatiemechanisme waarbij bacteriën signaleringsmoleculen produceren die, bij het bereiken van een kritische concentratie door de dichtheid van de populatie, leiden tot veranderingen in het metabolisme. Dit kan resulteren in een veranderd metabolisme met minder celdeling, meer toxineproductie, of verhoogde slijmproductie. Deze veranderingen maken biofilms minder gevoelig voor antibiotica en moeilijker te elimineren door macrofagen [35](#page=35). #### 2.1.3 Persisters Persister-cellen zijn bacteriën die, door een veranderde metabole toestand, ongevoelig zijn voor antibiotica. Dit is geen passief proces, maar eerder een actieve reactie van bacteriën die een lange evolutionaire selectie hebben doorstaan. Antibiotica doden bacteriën in een logaritmisch proces, maar persisters overleven en kunnen later weer metabool actief worden. Dit fenomeen wordt nader besproken in het hoofdstuk over antibiotica [34](#page=34) [38](#page=38). #### 2.1.4 Interacties in biofilms Bacteriën binnen een biofilm kunnen elkaar op verschillende manieren beïnvloeden. Positieve interacties omvatten bijvoorbeeld het creëren van aanhechtingsplaatsen voor andere soorten of de productie van metabolieten die nuttig zijn voor andere species. Negatieve interacties kunnen voortkomen uit competitie om ruimte en voedsel, de modificatie van de omgeving door metabolieten, of de productie van antibacteriële middelen zoals bactericines. Deze interacties helpen de normale flora zich te beschermen tegen kolonisatie door pathogenen. Interacties met het menselijk lichaam worden in andere hoofdstukken behandeld [39](#page=39). ### 2.2 Naamgeving en taxonomie van bacteriën De naamgeving en taxonomie van bacteriën, net als bij andere levende organismen, is historisch gebaseerd op fenotypische kenmerken. De moderne taxonomie steunt echter meer op genetische gelijkenis, waarbij men aanneemt dat evolutionaire verschillen geleidelijk optreden. De mate van verschil in genetisch materiaal is omgekeerd evenredig aan de taxonomische verwantschap [40](#page=40). #### 2.2.1 Ribosomaal RNA als leidraad Hoewel de vergelijking van het totale DNA nuttig is voor het bestuderen van verwantschap, is het gen voor het ribosomale 16S-RNA een ideale sequentie. Dit RNA heeft een belangrijke structurele functie in het ribosoom en is vitaal, waardoor structurele veranderingen (mutaties) een kritische impact kunnen hebben op de functie. Mutaties in bepaalde regio's van het 16S-RNA gebeuren langzaam, terwijl andere regio's minder kritisch zijn en grotere variatie vertonen. Het verschil in deze regio's weerspiegelt de evolutieduur en dus de taxonomische verwantschap, wat gebruikt kan worden voor indeling in genera en soorten, en dus voor identificatie [41](#page=41). #### 2.2.2 Nieuwe taxonomische inzichten en classificatie Nieuwe taxonomische bevindingen leiden tot veranderingen in classificatie en naamgeving. Voorbeelden hiervan zijn de herclassificatie van *Actinobacillus actinomytemcomitans* naar *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*, *Haemophilus aphrophilus* naar *Aggregatibacter aphrophilus*, en *Pseudomonas maltophilia* die via *Xanthomonas maltophilia* nu *Stenotrophomonas maltophilia* heet. Ook werden veel anaerobe gramnegatieve staven die voorheen tot het genus *Bacteroides* behoorden, nu ingedeeld in geslachten zoals *Bacteroides*, *Prevotella*, *Porphyromonas* en *Tannerella*. Verder werd *Pneumocystis carinii* geclassificeerd als de fungus *Pneumocystis jerevecii* [42](#page=42). #### 2.2.3 Schrijfwijze van bacterienamen Voor wetenschappelijke namen van bacteriën geldt de Latijnse schrijfwijze: de genusnaam wordt met een hoofdletter geschreven en cursief, en de soortnaam wordt met een kleine letter geschreven en ook cursief. Voorbeelden zijn *Staphylococcus aureus*. Bij aanduiding van meerdere soorten binnen een genus wordt "spp." gebruikt, wat niet cursief is, zoals *Pseudomonas* spp.. Een uitzondering hierbij is wanneer een naam geen soort aanduidt, maar bijvoorbeeld een serovar, zoals *Salmonella* Panama. Virussen worden in het Nederlands zonder cursivering geschreven, bijvoorbeeld mazelen virus, terwijl in het Latijn de genusnaam cursief is, zoals *Paromoxyvirus* [43](#page=43). ### 2.3 Genotypische variatie bij bacteriën Genetische variatie bij bacteriën ontstaat niet alleen door mutatie en selectie, maar ook door de uitwisseling van grote stukken erfelijk materiaal. Variatie binnen bacteriële soorten is daardoor aanzienlijk groter dan binnen diersoorten. Deze variatie leidt tot de ontwikkeling van stammen met afwijkende fenotypische en fysiologische kenmerken, waaronder de productie van toxines, een betere aanpassing aan de gastheer, of verhoogde resistentie tegen antibiotica. Dit staat los van fenotypische variatie, die het gevolg is van verschillen in genexpressie van in principe hetzelfde genoom [44](#page=44). Het basisgenoom van een bacteriesoort kan aangevuld worden met chromosomale of extrachromosomale elementen. Sommige van deze genetische pakketten worden "pathogenicity islands" genoemd, een verzameling genen die de bacterie helpen overleven, adhereren, en ziekte veroorzaken door de productie van toxines [44](#page=44). #### 2.3.1 Mechanismen van genetische uitwisseling Er zijn diverse mechanismen waardoor bacteriën genetisch materiaal kunnen uitwisselen: * **Transformatie:** Dit is de spontane opname van DNA uit de omgeving, vaak van verwante species, en de inbouw ervan in het eigen chromosoom [45](#page=45). * **Transductie:** Hierbij worden genen overgebracht via virussen, specifiek bacteriofagen [45](#page=45). * **Conjugatie:** Genen worden overgedragen via plasmiden, wat extrachromosomaal DNA is. Deze genen bevinden zich vaak op transposons, kleine mobiele genetische elementen die kunnen verplaatsen en integreren op andere locaties, vaak op specifieke genetische regio's [45](#page=45). * **Transfectie:** Dit is een techniek, voornamelijk *in vitro*, om cellen genetisch materiaal te laten opnemen [45](#page=45). Al deze mechanismen van genetische uitwisseling kunnen *in vivo* plaatsvinden [45](#page=45). #### 2.3.2 Belang van genotypische verschillen De grote diversiteit binnen bacteriën van dezelfde soort maakt verdere onderscheid mogelijk, wat om verschillende redenen nuttig is [46](#page=46). * **Pathogeniteit:** Bepaalde types bacteriën kunnen meer pathogeen zijn dan andere [46](#page=46). * **Epidemiologie:** Genotypering helpt bij het traceren van de verspreiding van bacteriën in de gemeenschap, het monitoren van stammen bij patiënten, en het volgen van hun oorsprong, bijvoorbeeld bij internationale overdrachten [46](#page=46). * **Vaccinatie:** Voor de ontwikkeling van vaccins die gericht zijn op specifieke oppervlakkige moleculen (zoals capsules), is het noodzakelijk om deze structuren te kennen, te onderscheiden en epidemiologisch op te volgen [46](#page=46). Technieken zoals serotypering en genotypering worden gebruikt om deze verschillen te karakteriseren. Genotypering kan leiden tot "fingerprinting" met een groot discriminerend vermogen, of zelfs tot volledige genoomsequencing. Stammen die sterk op elkaar lijken worden klonaal verwante stammen genoemd, en identieke stammen worden een kloon genoemd [46](#page=46). #### 2.3.3 Serotypering van bacteriën Serotypering is gebaseerd op het gebruik van specifieke antilichamen die binden aan specifieke (oppervlakkige) moleculen van het micro-organisme. Gramnegatieve bacteriën hebben een buitenmembraan met lipopolysacchariden (LPS) die somatische of O-antigenen bevatten. Zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën kunnen een kapsel hebben, wat leidt tot K-antigenen. Sommige soorten hebben flagellen voor voortbeweging, de zogenaamde H-antigenen. Deze antigenen variëren niet alleen per soort, maar ook binnen een soort. Een serotype van een species heeft een gelijke antigenenformule [47](#page=47). Voorbeelden zijn *Escherichia coli* O157:H7 of *E. coli* O111:K58:H6, die sterk kunnen wijzen op de aanwezigheid van specifieke (enteropathogene) pathogenicity islands. Bij meningokokken hebben de meeste pathogene stammen een kapsel van type A, B of C. Bescherming door antilichamen tegen kapsel A biedt geen bescherming tegen B of C. Vaccinaties richten zich dan ook niet op alle drie de typen, maar slechts op één kapseltype, gebaseerd op hun epidemiologie [47](#page=47). Het is belangrijk op te merken dat bacteriën van hetzelfde serotype nog steeds aanzienlijk kunnen verschillen. Verdere onderverdeling via extra serotyperingen of genotypering is mogelijk, zelfs tot op individueel stamniveau ("fingerprinting"). Plasmiden en transposons die virulentie- en resistentiegenen dragen, kunnen deze verdere onderverdeling bewerkstelligen [47](#page=47). #### 2.3.4 Moleculaire fingerprinting of genotypering Moleculaire fingerprinting, of genotypering, is gebaseerd op het aantonen van specifieke DNA-sequenties in verschillende "klonen". Dit kan gebeuren met behulp van primers en PCR, wat resulteert in amplicons van verschillende lengte, of door het "knippen" van het DNA met restrictie-enzymen. Een combinatie van amplificatie gevolgd door restrictiedigestie wordt ook toegepast. Tegenwoordig wordt steeds meer gebruik gemaakt van next-generation sequencing voor de karakterisering van bacteriën, waaronder whole genome sequencing [48](#page=48). --- # Virussen: classificatie, structuur en levenscycli Dit gedeelte behandelt de classificatie, structuur en levenscycli van virussen, inclusief hun interactie met gastheercellen. ## 3 Virussen: classificatie, structuur en levenscycli Virussen vormen een aparte categorie van biologische entiteiten die afhankelijk zijn van gastheercellen voor hun replicatie en levenscyclus. In tegenstelling tot bacteriën, die zelfstandig kunnen leven en zich vermenigvuldigen, zijn virionen inactief buiten een gastheercel. De studie van virussen omvat hun classificatie, de structuur van het virion, hun unieke eigenschappen en de verschillende stadia van hun levenscyclus [1](#page=1) [22](#page=22) [3](#page=3). ### 3.1 Classificatie van virussen De classificatie van virussen is een complex systeem dat gebaseerd is op verschillende kenmerken, waaronder de aard van hun genetisch materiaal (DNA of RNA), de structuur van het virion, en hun replicatiestrategieën [3](#page=3). ### 3.2 Structuur van een virion Een virion is de volledige, infectieuze virale deeltje dat buiten de gastheercel bestaat. De algemene structuur van een virion omvat [22](#page=22): * **Nucleïnezuur:** Dit is het genetische materiaal van het virus, dat kan bestaan uit DNA of RNA. Het genetisch materiaal kan enkelstrengs of dubbelstrengs zijn [3](#page=3). * **Capside:** Een eiwitschaal die het nucleïnezuur beschermt. De capside is opgebouwd uit subeenheden genaamd capsomeren. De vorm van de capside kan variëren, leidend tot verschillende virale symmetrieën zoals icosaëdrisch, helisch of complex [3](#page=3). * **Envelop (optioneel):** Sommige virussen hebben een buitenste lipidenlaag, de envelop, die afkomstig is van de gastheercelmembraan tijdens het vrijkomen van het virus. Virussen zonder envelop worden 'naakte virussen' genoemd, terwijl virussen met een envelop 'enveloped virussen' heten [3](#page=3). ### 3.3 Eigenschappen van virussen #### 3.3.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen bestaan uit een nucleïnezuur omgeven door een capside. Ze zijn over het algemeen stabieler in het milieu en resistenter tegen uitdroging en hitte dan enveloped virussen [3](#page=3). #### 3.3.2 Eigenschappen van enveloppe virussen Enveloped virussen bezitten een lipidenenvelop die is ingebed met virale eiwitten, waaronder glycoproteïnen die vaak betrokken zijn bij de binding aan gastheercellen. Deze envelop is relatief fragiel en gevoelig voor uitdroging, hitte en detergentia [3](#page=3). #### 3.3.3 RNA virussen RNA virussen zijn virussen waarbij het genetisch materiaal bestaat uit RNA. Deze kunnen verder worden onderverdeeld op basis van de polariteit van het RNA (positief-sense of negatief-sense) en of het enkelstrengs of dubbelstrengs is [3](#page=3). #### 3.3.4 Aantonen van virussen Het aantonen van virussen kan plaatsvinden via verschillende methoden, waaronder microscopie, serologische tests en moleculaire technieken [3](#page=3). ### 3.4 Levenscycli van virussen De virale levenscyclus beschrijft de reeks stappen die een virus doorloopt om zich te repliceren in een gastheercel. Dit proces is essentieel voor het begrijpen van virale infecties en de ontwikkeling van antivirale therapieën. De belangrijkste fasen omvatten [1](#page=1) [3](#page=3): #### 3.4.1 Virale levenscyclus: adsorptie Adsorptie is de eerste stap waarbij het virus zich bindt aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel. Deze binding is hoogst specifiek en bepaalt mede welk type cel of organisme een virus kan infecteren [3](#page=3). #### 3.4.2 Virale levenscyclus: penetratie Na adsorptie penetreert het virus de gastheercel. Dit kan gebeuren via verschillende mechanismen, zoals fusie van de virale envelop met het celmembraan, of endocytose van het virus door de cel [3](#page=3). #### 3.4.3 Virale levenscyclus: expressie en replicatie Zodra het virale genoom in de cel is binnengedrongen, neemt het virus de celapparatuur over om zijn eigen eiwitten te synthetiseren en zijn genetisch materiaal te repliceren. De manier waarop dit gebeurt, hangt sterk af van het type virus (DNA of RNA virus) en de aard van het genetisch materiaal [3](#page=3). #### 3.4.4 RNA en DNA sensors: Pathogen recognition receptor voor virussen en bacteriën Cellen beschikken over specifieke sensoren, de zogenaamde pathogen recognition receptors (PRRs), die virale en bacteriële componenten kunnen herkennen en zo een immuunrespons kunnen activeren [3](#page=3). #### 3.4.5 Innate immune effector mechanism: interferon stimulated genes (ISG) Na herkenning van een virale infectie, worden de zogenaamde interferon-gestimuleerde genen (ISG's) geactiveerd. Deze genen produceren eiwitten die de virale replicatie remmen en de cel in een antivirale staat brengen [3](#page=3). #### 3.4.6 Virale levenscyclus: virion productie Gerepliceerd viraal genetisch materiaal en gesynthetiseerde virale eiwitten worden geassembleerd tot nieuwe virionen binnen de gastheercel [3](#page=3). #### 3.4.7 Virale levenscyclus: release De nieuw gevormde virionen worden uit de gastheercel vrijgegeven, hetzij door lyse (celvernietiging) of door exocytose (uitstooting), waarna ze weer nieuwe cellen kunnen infecteren [3](#page=3). #### 3.4.8 Virale levenscyclus: lytische levenscyclus bacteriofaag Bij de lytische levenscyclus van een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert), domineert de replicatie van het virus. De cel wordt uiteindelijk vernietigd om nieuwe virionen vrij te laten [3](#page=3). #### 3.4.9 Virale levenscyclus: temperate bacteriofaag Een temperate bacteriofaag kan een lysogene cyclus doorlopen, waarbij het virale genoom integreert in het bacteriële genoom en als profaag wordt meegeërfd bij celdeling. Onder bepaalde omstandigheden kan de profaag geactiveerd worden en de lytische cyclus starten [3](#page=3). #### 3.4.10 Virale levenscyclus: bacteriofaag Dit punt verwijst naar de algemene levenscycli van bacteriofagen, wat zowel de lytische als de lysogene cyclus kan omvatten [3](#page=3). #### 3.4.11 Virale levenscyclus: dierlijk virus Dit behandelt de specifieke levenscycli van virussen die dierlijke cellen infecteren, inclusief mechanismen van entry, replicatie en release [3](#page=3). #### 3.4.12 Virale levenscyclus: expressie en replicatie HCV Hier wordt gedetailleerd ingegaan op de specifieke mechanismen voor expressie en replicatie van het Hepatitis C virus (HCV), een RNA virus [3](#page=3). #### 3.4.13 Virale levenscyclus: HIV Dit onderdeel beschrijft de gedetailleerde levenscyclus van het Human Immunodeficiency Virus (HIV), een retrovirus, inclusief stappen zoals reverse transcriptie en integratie in het gastheergenoom [1](#page=1) [3](#page=3). ### 3.5 Aantonen van virussen Deze sectie herhaalt het belang van methoden om virussen te detecteren en te identificeren, wat cruciaal is voor diagnostiek en onderzoek [3](#page=3). > **Tip:** Onthoud dat virussen een zeer klein genoom kunnen hebben, soms coderend voor slechts een handvol eiwitten (zoals bij HBV), of juist voor honderden eiwitten (zoals bij CMV). Dit illustreert de enorme diversiteit in virale complexiteit [22](#page=22). --- # Medische microbiologie en de rol van micro-organismen Dit gedeelte behandelt de algemene effecten van micro-organismen op de menselijke gezondheid binnen de medische microbiologie, inclusief de microbiële flora, infectieprocessen en strategieën om met micro-organismen om te gaan. ### 4.1 De impact van micro-organismen op de menselijke gezondheid Micro-organismen hebben een significante invloed op de menselijke gezondheid, zowel positief als negatief. De afwezigheid van bacteriën kan leiden tot afwijkingen in organen zoals de darmen en longen [7](#page=7). #### 4.1.1 De invloed van micro-organismen op orgaanfuncties Infecties veroorzaakt door micro-organismen kunnen de normale functie van organen belemmeren. Dit kan leiden tot weefselversterf (necrose) na een infectie. Een voorbeeld hiervan is necrose na een infectie met *Streptococcus pyogenes* [8](#page=8). #### 4.1.2 De microbiële flora en overdracht De microbiële flora, de verzameling micro-organismen die van nature op en in het lichaam leven, wordt van de moeder overgedragen op het kind. Dit proces verschilt tussen een vaginale bevalling en een keizersnede [9](#page=9). #### 4.1.3 Potentiële pathogenen in de flora De flora kan micro-organismen bevatten die potentieel pathogeen zijn. Een voorbeeld is sepsis bij baby's die wordt veroorzaakt door bacteriën uit de vaginale flora van de moeder [10](#page=10). ### 4.2 Leren omgaan met micro-organismen Een cruciaal aspect van medische microbiologie is het ontwikkelen van strategieën om effectief om te gaan met micro-organismen. Dit omvat het begrijpen van hun aard, hun effecten en methoden om infecties te voorkomen of te behandelen [11](#page=11). > **Tip:** Het begrijpen van de interactie tussen mens en microbioom is essentieel voor het behandelen van vele ziekten. De studie van "BUG" (waarschijnlijk een acroniem of specifieke term binnen de context van het document) is hierbij relevant [11](#page=11). --- ## 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 zonder kernmembraan (prokaryoten) die essentieel kunnen zijn voor een gezond menselijk leven, maar ook infecties kunnen veroorzaken. Ze hebben een celmembraan en meestal een celwand, een circulair genoom, maar geen kern, mitochondriën of endoplasmatisch reticulum. | | Virussen | Obligate intracellulaire parasieten die gastheer-metabolisme gebruiken voor hun expressie en vermenigvuldiging. Ze zijn kleiner dan bacteriën en bestaan typisch uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel (capside), soms met een extra lipidenenvelop. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen (bacteriën, schimmels, virussen) die van nature op of in het menselijk lichaam leven en vaak een symbiotische of commensale relatie aangaan, met beschermende en metabolische functies. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken bij een gastheer door invasie, toxineproductie of het verstoren van normale fysiologische processen. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die gebruikt worden om micro-organismen, zoals bacteriën, virussen, schimmels en parasieten, te doden of hun groei te remmen. Antibiotica zijn een voorbeeld dat specifiek gericht is op bacteriën. | | Exponentiële groei | Een groeipatroon waarbij de populatie zich in een vast tempo verdubbelt over een bepaalde periode, wat resulteert in een snelle, logaritmische toename van het aantal cellen onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme bij bacteriën, waarbij ze de dichtheid van hun populatie detecteren via signaalmoleculen. Wanneer een kritische concentratie wordt bereikt, worden collectieve gedragingen zoals biofilmvorming of toxineproductie geactiveerd. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen, meestal bacteriën, die aan een oppervlak is gebonden en ingebed in een zelfgeproduceerde extracellulaire matrix van polysacchariden, eiwitten en nucleïnezuren. Biofilms bieden bescherming tegen antibiotica en het immuunsysteem. | | Gramkleuring | Een differentiële kleuringstechniek die bacteriën verdeelt in twee hoofdcategorieën: Gram-positief (die paars blijven na de kleuring) en Gram-negatief (die roze worden na tegenkleuring). Dit is gebaseerd op de samenstelling van hun celwand, met name de hoeveelheid peptidoglycaan. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Een belangrijk bestanddeel van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën. Het fungeert als een endotoxine en kan een sterke immuunrespons, waaronder koorts en ontstekingen, veroorzaken bij de mens. | | Genoom | Het volledige erfelijk materiaal van een organisme, bestaande uit DNA. Bij bacteriën is dit meestal een enkel circulair chromosoom, vaak aangevuld met plasmiden. | | Plasmiden | Kleine, circulaire DNA-moleculen die los van het hoofd-chromosoom in het cytoplasma van bacteriën voorkomen. Ze bevatten vaak genen die voordelen bieden, zoals antibioticaresistentie of de productie van toxines. | | Fenotypische variatie | Veranderingen in de waarneembare kenmerken (fenotype) van een organisme, die kunnen optreden als gevolg van veranderingen in genexpressie zonder dat het onderliggende genoom verandert. Dit stelt bacteriën in staat zich aan te passen aan veranderende omgevingsomstandigheden. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriën binnen een kolonie die metabool veel minder actief is en daardoor ongevoelig is voor antibiotica. Ze overleven blootstelling aan antibiotica en kunnen na verbetering van de omstandigheden weer actief worden. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen. In de microbiologie omvat dit de indeling van bacteriën en virussen op basis van hun genetische, morfologische en fysiologische kenmerken. | | Serotypering | Een methode om bacteriën of virussen te typeren op basis van hun antigenen, die specifieke moleculen op het celoppervlak zijn. Antilichamen worden gebruikt om deze antigenen te detecteren, wat helpt bij epidemiologische studies en classificatie. | | Genotypering | Een methode die gebruikt wordt om bacteriën te typeren op basis van hun DNA-sequenties. Technieken zoals PCR, restrictie-enzymanalyse en whole genome sequencing worden gebruikt om genetische verschillen tussen stammen te identificeren. | | Lytische levenscyclus (bacteriofaag) | Een cyclus in de replicatie van bacteriële virussen (bacteriofagen) waarbij de gastheercel wordt geïnfecteerd, gekopieerd, en uiteindelijk wordt vernietigd (lyse) om nieuwe virionen vrij te geven. | | Temperate bacteriofaag | Een type bacteriële virus (bacteriofaag) dat een lysogenische cyclus kan doorlopen, waarbij zijn genoom zich integreert in het bacteriële chromosoom van de gastheer en zich vermenigvuldigt met de bacterie, zonder de cel direct te doden. |

# Inleiding tot bacteriën Bacteriën zijn fundamentele micro-organismen met een significante impact op de menselijke gezondheid en biologie, variërend van essentiële componenten van de menselijke flora tot veroorzakers van ziekten, gekenmerkt door een unieke celstructuur en genetische flexibiliteit [1](#page=1) [5](#page=5). ### 1.1 Wat zijn bacteriën? Medische microbiologie bestudeert het effect van micro-organismen op de gezondheid. Een leven zonder bacteriën (germ-free) leidt tot afwijkingen in organen zoals de darmen en longen. Infecties van organen door bacteriën kunnen hun functie belemmeren. De bacteriële flora van de moeder wordt overgedragen op het kind, met verschillen afhankelijk van de bevalling (vaginaal versus keizersnede). Soms kan de flora bacteriën bevatten die pathogeen zijn, wat kan leiden tot ernstige infecties zoals sepsis bij baby's afkomstig uit de vaginale flora [10](#page=10) [7](#page=7) [8](#page=8) [9](#page=9). #### 1.1.1 Situering van bacteriën Bacteriën vormen een zeer grote en diverse groep organismen, mede door hun oude oorsprong en lange evolutie. De bacteriën die infecties veroorzaken en de meeste bacteriën in ons lichaam behoren tot de groep Bacteria (ook wel Eubacteria). Archaea zijn omgevingsbacteriën die ook in de darmflora kunnen worden aangetroffen en mogelijk in de toekomst een belang voor de menselijke gezondheid kunnen hebben [5](#page=5). #### 1.1.2 Algemene kenmerken van bacteriën Bacteriën hebben een celmembraan, meestal een celwand, cytoplasma en ribosomen. Ze beschikken over één circulair genoom, maar missen een celkern, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum. Dit staat in contrast met eukaryoten (fungi, protozoa, dieren, planten) die wel een celkern hebben en vaak diploïd zijn. Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten die het metabolisme van de gastheer gebruiken voor hun replicatie. Bacteriën groeien extracellulair of in gastheercellen, gebruikmakend van eenvoudige voedingsbronnen. Sommige soorten zijn gemakkelijk te kweken, andere zijn moeilijk of niet te kweken in het laboratorium, maar kunnen wel met moleculaire technieken worden aangetoond. Bacteriën variëren in grootte van 0,5 tot 10 µm, wat microscopisch onderzoek vereist [12](#page=12). ### 1.2 Anatomie van bacteriën #### 1.2.1 Celmembraan De celmembraan van bacteriën is opgebouwd uit een fosfolipidenbilayer. In deze laag bevinden zich macromoleculen, zoals glycoproteïnen, die belangrijk zijn voor het contact met de omgeving en voor de uitwisseling tussen het intracellulaire en extracellulaire compartiment [13](#page=13). #### 1.2.2 Celwand De meeste bacteriën bezitten een celwand buiten de celmembraan. De samenstelling van de celwand verschilt tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën en is van invloed op hun biologie, Gram-kleurbaarheid en gevoeligheid voor antibiotica. Extra moleculen in de celwand fungeren voor contact met de buitenwereld, zoals kanalen en aanhechtingsmoleculen. Sommige soorten, zoals Mycoplasmata en Chlamydiae, hebben geen celwand [14](#page=14). ##### 1.2.2.1 Gram-positieve celwand Gram-positieve bacteriën hebben een celwand die grote hoeveelheden peptidoglycaan bevat als bouwsteen. Daarnaast bevatten ze andere macromoleculen voor contact en uitwisseling met de omgeving [14](#page=14). ##### 1.2.2.2 Gram-negatieve celwand Gram-negatieve bacteriën hebben een celwand die bestaat uit een dunne laag peptidoglycaan en een tweede lipidenmembraan. Dit buitenste membraan bevat lipopolysacchariden (LPS) [14](#page=14). ###### 1.2.2.2.1 Lipopolysaccharide (LPS) LPS is een basisbestanddeel van de celwand van gram-negatieve bacteriën en bestaat uit drie delen: lipide A, de binnenste polysacchariden (core polysacharide) die relatief constant zijn, en de variabele buitenste suikers, bekend als het O-antigen. Het O-antigen is soort- of type-specifiek en wordt gebruikt voor verdere karakterisering van de species. LPS kan een krachtige ontstekingsreactie veroorzaken bij mensen, leidend tot koorts, activatie van stolling en inflammatie; het wordt ook wel endotoxine genoemd. LPS kan leiden tot ernstige complicaties zoals septische shock. Lage graden van endotoxemie zijn geassocieerd met cardiovasculaire gebeurtenissen [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17). ##### 1.2.2.3 Celwand van mycobacteriën De celwand van mycobacteriën bevat een dichte laag van lange mycolzuren. Dit draagt bij aan hun lange overleving in de natuur, hun resistentie tegen fagocytose door macrofagen, en hun resistentie tegen veel antibiotica. Mycobacteriën zijn zuurvast, wat toepassing vindt in zuurvaste kleuringen [20](#page=20). #### 1.2.3 Vorm van bacteriën en Gramkleuring De celwand bepaalt de vorm van de bacterie en verklaart de Gramkleurbaarheid. Bacteriën zijn moeilijk te onderscheiden op basis van vorm alleen. De Gramkleuring, ontwikkeld door microbioloog Gram, verdeelt bacteriën in Gram-positief (blauw gekleurd) en Gram-negatief (rood gekleurd na tegenkleuring) op basis van verschillen in hun peptidoglycaanlaag. De meest voorkomende vormen zijn bolvormig (kok) of staafvormig (bacil). Andere vormen zijn fusiform, kommavormig, en spirocheet. De vier basisgroepen zijn Gram-positieve en Gram-negatieve kokken en staven. Kokken in kettingen worden meestal streptokokken genoemd, terwijl kokken in trosjes stafylokokken zijn [18](#page=18) [19](#page=19). #### 1.2.4 Bacterieel genoom Het bacteriële genoom bestaat uit één circulair chromosoom, een dubbelstrengs DNA-molecuul dat compact is opgevouwen door supercoiling. Enzymen zoals gyrasen en topoisomerasen maken het mogelijk om het chromosoom te openen, ontvouwen en weer op te vouwen, en zijn targets voor antibiotica zoals chinolonen. Naast het genomisch chromosoom kunnen bacteriën ook circulair extra genetisch materiaal bezitten in de vorm van plasmiden [21](#page=21). ##### 1.2.4.1 Minimum aantal genen voor een levend wezen Bij prokaryoten is er een direct verband tussen het aantal genen en de grootte van het genoom, in tegenstelling tot eukaryoten die ook coderen voor niet-eiwit-coderend RNA. Het bacteriële genoom varieert tussen 0,5 tot 10 miljoen nucleotiden en bevat 500 tot 10.000 genen. Mycoplasmata hebben de kleinste genomen met ongeveer 500 genen en zijn sterk afhankelijk van eukaryote cellen. Mycoplasma genitalium, een oorzaak van urethritis, heeft 482 genen. Treponema pallidum, de verwekker van syfilis, heeft ongeveer 1000 genen [22](#page=22). Bacteriën met 4-5 duizend genen, zoals Escherichia coli en Mycobacterium tuberculosis, hebben extra genen voor bijvoorbeeld antibioticaresistentie, overleving onder diverse omstandigheden, virulentiefactoren, en sporevorming. Dit geeft hen een groot aanpassingsvermogen aan vijandige omgevingen [23](#page=23). #### 1.2.5 Extra structuren * **Kapsel**: Een polysaccharidenlaag rond de celwand die de bacterie beschermt tegen fagocytose. Het kapselantigeen wordt aangeduid met K [25](#page=25) [26](#page=26). * **Flagellen**: Cilindrische aanhangsels die zorgen voor beweeglijkheid van de bacterie. Het flagellair antigen wordt aangeduid met H [25](#page=25) [26](#page=26). * **Fimbriae**: Aanhechtingsmoleculen die zich binden aan specifieke celreceptoren. Deze structuren zijn belangrijk voor kolonisatie en virulentie. Gastheer maakt neutraliserende antilichamen tegen deze structuren [25](#page=25). * **Pilus**: Een structuur die een verbinding kan maken tussen twee bacteriële cellen, waardoor donorcellen een kopie van een circulair plasmide kunnen injecteren in de ontvangende cel [28](#page=28). * **Sporen**: Een fysiologische fase van de bacterie die bescherming biedt tegen vijandige omstandigheden zoals warmte, straling en uitdroging. In deze fase zijn bacteriën metabool inactief en kunnen ze maanden tot jaren overleven om vervolgens weer terug te keren naar de vegetatieve vorm onder gunstige omstandigheden. Clostridium tetani en Bacillus anthracis zijn voorbeelden van sporevormende gram-positieve bodembacteriën [28](#page=28). > **Tip:** Het begrijpen van de verschillende structuren van bacteriën, zoals kapsels en flagellen, is cruciaal voor het begrijpen van virulentie en hoe het immuunsysteem hierop reageert. > **Voorbeeld:** De O-antigen op lipopolysacchariden van gram-negatieve bacteriën is een belangrijk kenmerk voor identificatie en classificatie [15](#page=15). --- # Virussen en hun levenscycli Dit deel behandelt de classificatie, structuur, eigenschappen en levenscycli van virussen, inclusief hun interactie met het immuunsysteem en de gastheercel. ## 2. Virussen en hun levenscycli Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van gastheercellen voor hun replicatie. Hun levenscycli omvatten verschillende stappen, van adsorptie aan de gastheercel tot de uiteindelijke vrijgave van nieuwe virionen. Het immuunsysteem speelt een cruciale rol in de afweer tegen virale infecties, met specifieke mechanismen die gericht zijn op het detecteren en neutraliseren van virussen [1](#page=1) [3](#page=3). ### 2.1 Classificatie van virussen De classificatie van virussen is complex en gebaseerd op diverse criteria, waaronder de aard van het genetisch materiaal (DNA of RNA), de structuur van het virion en de replicatiestrategie [3](#page=3). ### 2.2 Structuur van een virion Een virion, de extracellulaire vorm van een virus, bestaat uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitkapsel genaamd capsid. Sommige virussen hebben bovendien een lipide membraan, het envelop, afkomstig van de gastheercel [3](#page=3). #### 2.2.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen bezitten geen envelop en zijn daardoor vaak resistenter tegen omgevingsinvloeden zoals uitdroging en zuren [3](#page=3). #### 2.2.2 Eigenschappen van enveloppe virussen Enveloppe virussen zijn gevoeliger voor omgevingsfactoren, aangezien de envelop gemakkelijk kan worden beschadigd. Dit beïnvloedt hun overlevingskansen buiten de gastheercel [3](#page=3). #### 2.2.3 RNA virussen RNA virussen bevatten RNA als hun genetisch materiaal. Ze kunnen onderverdeeld worden in positief-sense en negatief-sense RNA virussen, afhankelijk van hoe hun RNA kan worden geïnterpreteerd door de gastheercel voor eiwitsynthese [3](#page=3). ### 2.3 Levenscycli van virussen De virale levenscyclus beschrijft het proces van virale replicatie binnen een gastheercel. #### 2.3.1 Virale levenscyclus: adsorptie De levenscyclus begint met adsorptie, waarbij het virus zich bindt aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel [3](#page=3). #### 2.3.2 Virale levenscyclus: penetratie Na adsorptie dringt het virale genetisch materiaal of het gehele virion de gastheercel binnen door middel van fusie van het envelop (bij enveloppe virussen) of endocytose [3](#page=3). #### 2.3.3 Virale levenscyclus: expressie en replicatie Eenmaal binnen de cel gebruikt het virus de machinerie van de gastheercel om zijn genetisch materiaal te repliceren en virale eiwitten te synthetiseren. Dit proces kan leiden tot integratie van viraal DNA in het genoom van de gastheercel (latentie) of directe replicatie en productie van nieuwe virionen [1](#page=1) [3](#page=3). #### 2.3.4 Pathogen recognition receptor voor virussen en bacteriën Het aangeboren immuunsysteem herkent virussen en bacteriën via pathogen recognition receptors (PRRs) die virale of bacteriële componenten detecteren [3](#page=3). #### 2.3.5 Innate immune effector mechanism: interferon stimulated genes (ISG) Na herkenning worden interferon gestimuleerde genen (ISG) geactiveerd, die een cruciale rol spelen in de antivirale respons door de replicatie van virussen te remmen [3](#page=3). #### 2.3.6 Virale levenscyclus: virion productie De gerepliceerde virale componenten worden samengevoegd tot nieuwe, complete virionen binnen de gastheercel [3](#page=3). #### 2.3.7 Virale levenscyclus: release Nieuwe virionen worden uit de gastheercel vrijgelaten, hetzij door lyse (celbarsten) of door knopvorming (bij sommige enveloppe virussen) [3](#page=3). #### 2.3.8 Virale levenscyclus: lytische levenscyclus bacteriofaag Bij de lytische levenscyclus van een bacteriofaag worden de gastheercellen vernietigd om nieuwe virions vrij te geven [3](#page=3). #### 2.3.9 Virale levenscyclus: temperate bacteriofaag Temperate bacteriofagen kunnen een lysogene cyclus doorlopen, waarbij hun genetisch materiaal integreert in het bacteriële genoom zonder onmiddellijke celdood [3](#page=3). #### 2.3.10 Virale levenscyclus: bacteriofaag Dit punt omvat de algemene levenscycli van bacteriofagen [3](#page=3). #### 2.3.11 Virale levenscyclus: dierlijk virus De levenscyclus van dierlijke virussen is divers en afhankelijk van het type virus en de gastheercel [3](#page=3). #### 2.3.12 Virale levenscyclus: expressie en replicatie HCV Specifieke details van de expressie en replicatie van het Hepatitis C virus (HCV) worden belicht [3](#page=3). #### 2.3.13 Virale levenscyclus: HIV De complexe levenscyclus van het Human Immunodeficiency Virus (HIV), inclusief integratie in humaan DNA en latentie, wordt besproken [1](#page=1) [3](#page=3). ### 2.4 Aantonen van virussen Methoden voor het detecteren en identificeren van virussen spelen een belangrijke rol in diagnostiek en onderzoek [3](#page=3). > **Tip:** Begrip van de virale levenscyclus is essentieel om te begrijpen hoe antivirale medicijnen werken en hoe het immuunsysteem virale infecties bestrijdt. Let op de verschillen tussen naakte en enveloppe virussen met betrekking tot hun stabiliteit en overlevingskansen. > > **Tip:** De interactie tussen virussen en het immuunsysteem is een tweeledig proces. Virussen proberen het immuunsysteem te ontwijken, terwijl het immuunsysteem mechanismen ontwikkelt om virale infecties te detecteren en te elimineren. Ken de rol van PRRs en ISGs hierin. --- # Bacteriële groei, adaptatie en interacties Dit onderwerp verkent de mechanismen van bacteriële groei, fenotypische adaptatie aan omgevingscondities, biofilmvorming, quorum sensing en interacties tussen bacteriën onderling en met de gastheer. ### 3.1 Bacteriële groei Bacteriële groei is het proces waarbij bacteriën zich vermenigvuldigen en het aantal cellen toeneemt. Dit proces is nauw verbonden met het metabolisme van de bacterie, dat de omzetting van organische moleculen met energieproductie omvat [29](#page=29). #### 3.1.1 Celdeling De primaire methode van celdeling bij bacteriën is binaire deling, waarbij één bacteriecel zich in twee identieke dochtercellen splitst. In optimale omstandigheden kan deze deling elke 20 tot 30 minuten plaatsvinden, wat resulteert in een exponentiële toename van het aantal bacteriën [30](#page=30). De typische groeicurve van een bacteriële populatie kent verschillende fasen: * **Lag-fase**: Een adaptatiefase waarin de bacterie zijn genexpressie aanpast aan de nieuwe omgeving [30](#page=30). * **Exponentiële fase (logaritmische fase)**: Een periode van snelle groei en celdeling, gekenmerkt door een logaritmische vermenigvuldiging. De groei kan worden weergegeven als $2^n$, waarbij $n$ het aantal generaties is [30](#page=30). * **Stationaire fase**: De groei vertraagt en stopt wanneer de voedingsbronnen uitgeput raken of afvalstoffen zich ophopen [30](#page=30). * **Afstervingsfase**: Het aantal bacteriën neemt af wanneer het aantal afstervende cellen groter wordt dan het aantal nieuwe cellen [30](#page=30). #### 3.1.2 Invloed van de omgeving op groei De groei van bacteriën wordt sterk beïnvloed door diverse omgevingsfactoren [31](#page=31): * **pH (zuurgraad)**: Bacteriën hebben specifieke pH-voorkeuren. Sommige, zoals *Streptococcus mutans* (cariësverwekker), gedijen in zure omstandigheden, terwijl andere alkalische omstandigheden prefereren [31](#page=31). * **Osmotische druk**: Verschillen in zout- of suikerconcentraties kunnen de groei beïnvloeden [31](#page=31). * **Zuurstof (O2) en kooldioxide (CO2)**: * **Obligaat aeroob**: Vereisen zuurstof voor groei (bv. *Mycobacterium tuberculosis*) [31](#page=31). * **Facultatief aeroob/anaeroob**: Kunnen groeien met of zonder zuurstof [31](#page=31). * **Anaeroob**: Zuurstof is toxisch voor deze bacteriën; gevoeligheid varieert van strikt anaeroob tot tolerant voor kleine hoeveelheden O2 (bv. in abcessen) [31](#page=31). * **Capnofiel**: Groeien beter in een omgeving met hoge CO2-spanning (bv. *Haemophilus*) [31](#page=31). Deze vereisten zijn cruciaal voor diagnostiek en kweekomstandigheden in het laboratorium [31](#page=31). * **Temperatuur**: Elke bacterie heeft een optimale temperatuur, een minimum- en maximumgrens voor groei. Humane pathogenen en commensalen groeien het best rond 36,5 °C. Koorts kan de groeisnelheid vertragen, terwijl koelkasttemperaturen langzame groei mogelijk maken [31](#page=31). #### 3.1.3 Metabole aanpassing Bacteriën passen hun metabole enzymen aan de beschikbare voedingsstoffen aan. Als een substraat (bv. glucose) uitgeput raakt, kunnen ze overschakelen op een ander substraat (bv. lactose) waarvoor nieuwe enzymen nodig zijn. Dit proces wordt gereguleerd door genexpressie mechanismen zoals het operon model [32](#page=32) [33](#page=33). ##### 3.1.3.1 Het operon model Het operon model beschrijft hoe genexpressie wordt gereguleerd bij bacteriën. Bij aanwezigheid van glucose wordt dit eerst opgebruikt, zelfs als andere suikers aanwezig zijn. Pas als glucose op is, wordt lactose als energiebron gebruikt, indien aanwezig. Dit metabolisme wordt gestuurd door een feedback mechanisme waarbij repressoren en activators de transcriptie reguleren. Bij afwezigheid van lactose of aanwezigheid van glucose wordt de transcriptie van lactose-afbrekende enzymen onderdrukt, waardoor het lactosemetabolisme stopt [33](#page=33). ### 3.2 Fenotypische adaptatie en variatie Bacteriën zijn zeer adaptief en kunnen hun fenotype aanpassen aan veranderende omgevingsomstandigheden. Dit is cruciaal voor hun overleving in diverse niches, zowel buiten als in het lichaam [29](#page=29) [32](#page=32). #### 3.2.1 Planktonische versus sessiele bacteriën Traditioneel worden bacteriën bestudeerd in laboratoriumomstandigheden als planktonische cellen (zwevend in vloeistof), in zuivere culturen en in de exponentiële groeifase. Echter, in realiteit leven bacteriën vaak in gemengde gemeenschappen, onder suboptimale omstandigheden en kunnen ze sessiel (vastgehecht) zijn. Dit kan leiden tot afwijkend gedrag *in vivo* of *in loco*, zoals verhoogde virulentie of resistentie tegen antibiotica [34](#page=34). #### 3.2.2 Verschillende vormen van fenotypische variatie * **Persisters**: Cellen die metabool minder actief zijn en daardoor ongevoelig voor antibiotica. Dit is geen passief fenomeen, maar een actieve overlevingsreactie [34](#page=34). * **Sporen**: Een vorm van microbiële dormantie die weerstand biedt tegen extreme omstandigheden [34](#page=34). * **Fenotypische switchen ('bet hedging')**: Populaties die zich opdelen in subpopulaties, elk aangepast aan verschillende, uitdagende omgevingssituaties, wat de overlevingskans van de soort vergroot [34](#page=34). ### 3.3 Biofilm en quorum sensing #### 3.3.1 Biofilm Een biofilm is een driedimensionale, gemeenschappelijke structuur van bacteriën, vaak omgeven door een slijmerige matrix (extracellulair polymeer substraat - EPS). Bacteriën in een biofilm hebben significant veranderde kenmerken ten opzichte van hun planktonische tegenhangers, waaronder verhoogde resistentie tegen antibiotica en macrofagen. Biofilms spelen een belangrijke rol bij infecties, met name die gerelateerd aan lichaamsvreemde voorwerpen, maar ook bij veel weefselinfecties. Af en toe kunnen mobiele bacteriën, mogelijk met een persister fenotype, uit de biofilm worden vrijgegeven [35](#page=35) [37](#page=37). #### 3.3.2 Quorum sensing Quorum sensing is een communicatiemechanisme waarbij bacteriën elkaars dichtheid waarnemen via de productie van signaalmoleculen (autoinducers). Wanneer de concentratie van deze moleculen een kritisch niveau bereikt (een "quorum"), worden bepaalde metabole pathways geactiveerd of gedeactiveerd. Dit kan leiden tot veranderingen in celgedrag, zoals verminderde celdeling, verhoogde productie van toxines, of verhoogde slijmproductie, wat essentieel is voor biofilmvorming [35](#page=35). ### 3.4 Interacties Bacteriën gaan zowel onderling als met hun gastheer diverse interacties aan [39](#page=39). #### 3.4.1 Interacties tussen bacteriën Bacteriën kunnen elkaar op verschillende manieren beïnvloeden: * **Positieve interacties**: Dit kan het creëren van aanhechtingsplaatsen voor andere soorten of de productie van nuttige metabolieten omvatten (bv. door de normale flora) [39](#page=39). * **Negatieve interacties**: Hieronder vallen competitie om ruimte en voedsel, het wijzigen van de omgeving door metabolieten, of directere interacties zoals de productie van antibacteriële middelen zoals bacteriocines. Deze interacties helpen de normale flora zich te beschermen tegen kolonisatie door pathogenen [39](#page=39). #### 3.4.2 Interacties met de gastheer Interacties tussen bacteriën en de menselijke gastheer worden elders in de cursus behandeld, met name in de context van barrières, de normale flora en de verstoring ervan. De aanpassing van bacteriën aan de gastheer is cruciaal voor infectieprocessen en kan leiden tot de productie van stoffen die de gastheer beïnvloeden, zoals toxines of enzymen die weefsels aantasten. Een voorbeeld is *Helicobacter pylori* dat het maagzuur neutraliseert om te kunnen overleven in de maagmucosa [29](#page=29) [39](#page=39). ### 3.5 Persisters Persisters zijn bacteriële cellen die een verlaagd metabolisme vertonen en daardoor tijdelijk ongevoelig zijn voor antibiotica. Dit fenomeen is een overlevingsmechanisme, waardoor deze cellen antibiotica-behandelingen kunnen doorstaan en na het stoppen van de behandeling weer actief kunnen worden. De consequenties hiervan, met name in relatie tot antibioticatherapie, worden verder uitgediept in het hoofdstuk over antibiotica [38](#page=38). --- # Bacteriële taxonomie, naamgeving en genetische variatie Dit onderwerp behandelt de principes van bacteriële naamgeving en taxonomie, gebaseerd op genetische gelijkenis, en de mechanismen van genotypische variatie en uitwisseling, inclusief serotypering en genotypering. ### 2.1.4.1 Bacteriële naamgeving en taxonomie De naamgeving en taxonomie van levende wezens, inclusief bacteriën, is historisch gebaseerd op fenotypische kenmerken, zoals opgesteld door Linnaeus voor macroscopische organismen. Echter, de moderne taxonomie van bacteriën steunt voornamelijk op genetische gelijkenis, met de aanname dat evolutionaire verschillen geleidelijk ontstaan. De mate van genetisch verschil is omgekeerd evenredig met de taxonomische verwantschap. Nieuwe taxonomische inzichten hebben geleid tot herindelingen in genera en taxa, wat resulteert in speciesnamen die kunnen afwijken van oudere literatuur [40](#page=40). #### 2.1.4.1.1 Ribosomaal RNA als leidraad Hoewel de vergelijking van het totale DNA nuttig is voor het bestuderen van verwantschap, is het gen voor het ribosomale 16S-RNA een ideale sequentie voor taxonomische doeleinden. Dit RNA-molecuul heeft een cruciale structurele functie in het ribosoom. Structurele veranderingen (mutaties) kunnen de functie kritisch beïnvloeden, waardoor sommige gebieden nauwelijks muteren. De veranderingen vinden over het algemeen traag plaats; sommige regio's bevatten grotere variatie dan meer conservatieve regio's. In bepaalde regio's weerspiegelt het verschil de evolutieduur en daarmee de verwantschap, wat gebruikt kan worden voor taxonomische indeling op genus- en speciesniveau, en dus voor identificatie [41](#page=41). #### 2.1.4.1.2 Nieuwe classificatie en naamgeving Nieuwe taxonomische bevindingen hebben geleid tot significante veranderingen in de classificatie en naamgeving van bacteriën. Enkele voorbeelden hiervan zijn [42](#page=42): * *Actinobacillus actinomycetemcomitans* werd geherclassificeerd als *Aggregatibacter actinomycetemcomitans* [42](#page=42). * *Haemophilus aphrophilus* werd *Aggregatibacter aphrophilus* [42](#page=42). * *Pseudomonas maltophilia* werd eerst *Xanthomonas maltophilia* en vervolgens *Stenotrophomonas maltophilia* [42](#page=42). * *Pseudomonas cepacia* werd *Burkholderia cepacia* [42](#page=42). * Vroeger vielen veel anaerobe gramnegatieve staven onder het genus *Bacteroides*, maar nu worden ze ingedeeld in verschillende genera zoals *Bacteroides*, *Prevotella*, *Porphyromonas*, en *Tannerella* [42](#page=42). * Er zijn vele andere voorbeelden bij streptokokken en corynebacteriën [42](#page=42). * *Pneumocystis carinii* werd geclassificeerd als *Pneumocystis jerevecii*, een schimmel [42](#page=42). #### 2.1.4.1.3 Schrijfwijze van bacterienamen De Latijnse naamgeving van bacteriën volgt specifieke regels. Het genus wordt met een hoofdletter geschreven en cursief, terwijl de speciesnaam met een kleine letter wordt geschreven en ook cursief is (bijvoorbeeld *Staphylococcus aureus*). Dit geldt voor alle bacteriën, gisten, schimmels, protozoa en diersoorten. Bij het aanduiden van meerdere soorten binnen een genus wordt 'spp.' toegevoegd, wat niet cursief wordt geschreven (bijvoorbeeld *Pseudomonas* spp.). Een uitzondering hierop is wanneer een naam, zoals 'Panama' in *Salmonella* Panama, geen speciesnaam is, maar een serovar (een variant die door serologische testen is aangewezen). Virussen worden in het Latijn met een cursieve genusnaam geschreven (bv. *Paromoxyvirus*), terwijl de Nederlandse of Engelse namen niet cursief zijn (bv. mazelen virus) [43](#page=43). ### 2.1.5 Genotypische variatie bij bacteriën en typering #### 2.1.5.1 Mechanisme en belang van genotypische variatie Genetische variatie bij bacteriën ontstaat door willekeurige 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 uiteenlopende uiterlijke en fysiologische kenmerken, waaronder stammen die toxines produceren, beter aangepast zijn aan een gastheer, of resistenter zijn aan antibiotica. Dit staat los van fenotypische variatie, die een gevolg is van verschillen in genexpressie van in principe hetzelfde genoom. Het basisgenoom van een bacteriesoort kan aangevuld worden met chromosomale of extrachromosomale elementen, zoals 'pathogenicity islands', die de stam helpen te overleven, adhereren, en ziekte veroorzaken via toxines [44](#page=44). Mechanismen van genetische uitwisseling zijn: * **Transformatie:** De "spontane" opname van DNA uit de omgeving (van verwante soorten) en de inbouw ervan in het eigen chromosoom [45](#page=45). * **Transductie:** De overdracht van genen via virussen (bacteriofagen) [45](#page=45). * **Conjugatie:** De overdracht van genen op extrachromosomaal DNA (plasmiden). Deze genen kunnen zich op transposons bevinden, dit zijn kleine mobiele genetische elementen die kunnen verplaatsen en integreren op andere locaties [45](#page=45). * **Transfectie:** Een techniek, voornamelijk *in vitro* uitgevoerd, om cellen genetisch materiaal te laten opnemen [45](#page=45). Alle bovengenoemde mechanismen (transformatie, transductie, conjugatie) komen *in vivo* voor [45](#page=45). #### 2.1.5.1.1 Belang van genotypische verschillen voor onderscheid De grote diversiteit binnen een zelfde bacteriesoort biedt mogelijkheden om specifieke stammen verder te onderscheiden, wat om verschillende redenen nuttig kan zijn. Dit is relevant omdat [46](#page=46): * Bepaalde types pathogener kunnen zijn dan andere [46](#page=46). * Epidemiologie: Begrip van hoe bacteriën zich verspreiden, of stammen in een onderzochte populatie identiek zijn, of een stam bij een patiënt overeenkomt met die bij een andere patiënt, en of stammen uit andere landen geïntroduceerd worden [46](#page=46). * Vaccinatie: Om effectieve vaccins te ontwikkelen die beschermen tegen specifieke antigenen, zoals kapsels, is het cruciaal om deze antigenen te kennen, te onderscheiden en epidemiologisch op te volgen [46](#page=46). Technieken zoals serotypering en genotypering (waaronder fingerprinting met een hoog discriminerend vermogen en volledige genoomsequencing) worden gebruikt voor dit doel. Stammen die sterk op elkaar lijken worden klonaal verwante stammen genoemd; identieke stammen worden een kloon genoemd [46](#page=46). #### 2.1.5.2 Serotypering van bacteriën Serotypering maakt gebruik van specifieke antilichamen die binden aan specifieke (oppervlakkige) moleculen van het micro-organisme. Gramnegatieve bacteriën hebben een buitenmembraan met lipopolysachariden (LPS), die somatische of O-antigenen bevatten. Zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën kunnen een kapsel hebben (K-antigenen). Sommige soorten hebben flagellen voor voortbeweging, deze worden H-antigenen genoemd. Deze antigenen variëren zowel tussen als binnen soorten. Een serotype van een species heeft een gelijke antigenformule [47](#page=47). Voorbeelden van serotypering: * *Escherichia coli* O157:H7 of *E. coli* O111:K58:H6: Deze types zijn sterk suggestief 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. Bescherming door antilichamen tegen kapsel A biedt geen bescherming tegen B en C. Vaccinaties zijn dan ook niet tegen alle drie, maar slechts tegen één kapseltype gericht, gebaseerd op hun specifieke epidemiologie [47](#page=47). Het is belangrijk op te merken dat bacteriën van hetzelfde serotype vaak nog steeds aanzienlijk divers kunnen zijn, waardoor verdere onderverdeling (door extra serotyperingen of genotypering) mogelijk is, zelfs tot op individueel stamniveau (fingerprinting). Plasmiden en transposons (die virulentie- en resistentiegenen bevatten) kunnen deze opsplitsing verder bemoeilijken [47](#page=47). #### 2.1.5.3 Genotypering van bacteriën Moleculaire fingerprinting, ofwel genotypering, is gebaseerd op specifieke DNA-sequenties in verschillende ‘klonen’. Deze worden aangetoond met behulp van primers en PCR (wat resulteert in amplicons van verschillende lengtes) of door middel van restrictie-enzymen die het DNA ‘knippen’. Een combinatie van amplificatie gevolgd door restrictie digestie is ook mogelijk. Tegenwoordig wordt next-generation sequencing steeds vaker gebruikt voor de karakterisering van bacteriën, inclusief 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 zonder celkern die essentieel kunnen zijn voor een gezond leven, maar ook infecties kunnen veroorzaken. Ze passen zich aan hun omgeving aan en kunnen resistentie ontwikkelen tegen antibiotica. | | Virussen | Obligate intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van gastheercellen voor hun replicatie en expressie. Ze hebben een specifieke levenscyclus en kunnen het immuunsysteem en genetisch materiaal van de gastheer beïnvloeden. | | Immuunsysteem | Het verdedigingssysteem van een organisme tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën en virussen. Het omvat zowel aangeboren als adaptieve afweermechanismen. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die de groei van micro-organismen remmen of ze doden, zoals antibiotica die specifiek op bacteriën gericht zijn. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen, voornamelijk bacteriën, die van nature op en in het menselijk lichaam leven en een rol spelen in de gezondheid en bescherming tegen pathogenen. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekten kunnen veroorzaken. | | Hyperactief | Een toestand van verhoogde activiteit, in de context van bacteriën, verwijzend naar snelle groei en metabolisme. | | Slapend | Een toestand van verminderde metabole activiteit, waardoor bacteriën beter bestand zijn tegen stressvolle omstandigheden en mogelijk minder gevoelig voor antibiotica. | | Groeiregulatie | Processen die de groei en vermenigvuldiging van bacteriën controleren, beïnvloed door omgevingsfactoren en interne mechanismen. | | Exponentiële groei | Een groeipatron waarbij de populatie zich met een constante snelheid verdubbelt, wat resulteert in een snelle toename van het aantal bacteriën onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme tussen bacteriën waarbij ze moleculen afscheiden om de dichtheid van de populatie te meten en collectief gedrag, zoals biofilmvorming of toxineproductie, te reguleren. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van bacteriën, ingebed in een zelfgeproduceerde matrix van polysachariden en andere moleculen, die zich hechten aan oppervlakken en vaak resistent is tegen antibiotica en immuunreacties. | | pH-afhankelijkheid | De mate waarin de groei en activiteit van bacteriën wordt beïnvloed door de zuurgraad van hun omgeving. | | T-afhankelijkheid | Verwijst naar de afhankelijkheid van bacteriële groei van specifieke temperaturen; bacteriën hebben een optimaal temperatuurbereik voor groei. | | Muteren | Het proces waarbij veranderingen optreden in het genetisch materiaal van een organisme, wat kan leiden tot nieuwe eigenschappen zoals resistentie. | | Resistentie | Het vermogen van een bacterie om te overleven in de aanwezigheid van een antibioticum of ander antimicrobieel middel. | | Virulentie | De mate waarin een pathogeen in staat is om ziekte te veroorzaken, vaak geassocieerd met de productie van toxines of adhesiemoleculen. | | Levenscyclus van virussen | De reeks gebeurtenissen die een virus doorloopt van infectie van een gastheercel tot productie van nieuwe virussen. | | Aangeboren immuunsysteem | De eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen infecties, die niet-specifieke reacties omvat die direct na blootstelling aan een pathogeen optreden. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij viraal genetisch materiaal wordt ingebouwd in het genoom van de gastheercel, wat kan leiden tot langdurige infecties of transformatie. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarbij het virus in de gastheercel aanwezig is zonder actieve replicatie of symptomen te veroorzaken. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij een virus de normale celcyclus van een gastheercel verandert, wat kan leiden tot ongecontroleerde groei en de ontwikkeling van kanker. | | Celmembraan | De buitenste laag van een bacteriecel die de inhoud van de cel scheidt van de omgeving en betrokken is bij transportprocessen. | | Celwand | Een stevige buitenlaag die veel bacteriën hebben en die structuur en bescherming biedt. De samenstelling ervan is cruciaal voor Gram-kleuring en gevoeligheid voor antibiotica. | | Genoom | Het complete genetische materiaal van een organisme, bestaande uit DNA. Bij bacteriën is dit meestal een enkel circulair chromosoom. | | Ribosomiaal RNA (rRNA) | RNA-moleculen die een structureel en functioneel onderdeel vormen van ribosomen, de machinerie voor eiwitsynthese. rRNA-sequenties worden gebruikt voor taxonomische classificatie. | | Gramkleuring | Een differentiële kleuringstechniek die bacteriën verdeelt in twee hoofdgroepen (Gram-positief en Gram-negatief) op basis van de samenstelling van hun celwand. | | Peptidoglycaan | Een belangrijk bestanddeel van de celwand van bacteriën, dat structurele ondersteuning biedt. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Complexe moleculen die deel uitmaken van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën en een krachtige ontstekingsreactie kunnen veroorzaken. | | Endotoxine | Een component van de celwand van Gram-negatieve bacteriën, zoals LPS, die koorts en ontstekingen kan veroorzaken bij de gastheer. | | Mycolzuren | Lange vetzuren die kenmerkend zijn voor de celwand van mycobacteriën, wat bijdraagt aan hun resistentie en overlevingsvermogen. | | Macrofaag | Een type witte bloedcel die betrokken is bij de fagocytose (opname en vernietiging) van ziekteverwekkers. | | Fagolysosoom | Een compartiment binnen een macrofaag dat ontstaat door de fusie van een fagosooms (met de opgenomen bacterie) en een lysosoom (met verterende enzymen). | | Cytokines | Signaalmoleculen die worden geproduceerd door cellen van het immuunsysteem en die communiceren en de immuunrespons reguleren. | | Zuurvast | Een eigenschap van bacteriën (zoals mycobacteriën) die bestand zijn tegen ontkleuring met zure alcoholen, wat gebruikt wordt in specifieke kleuringstechnieken. | | Plasmiden | Kleine, circulaire stukjes DNA die buiten het hoofdgenoom van een bacterie voorkomen en vaak genen bevatten die voordelig zijn, zoals resistentiegenen. | | Chinolonen | Een klasse van antibiotica die de bacteriële DNA-gyrase en topoisomerase remmen, essentieel voor DNA-replicatie en reparatie. | | Gen | Een eenheid van erfelijkheid die codeert voor een specifiek functioneel product, meestal een eiwit of RNA-molecuul. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen een celkern en andere organellen bevatten, zoals schimmels, protozoa, dieren en planten. | | Prokaryoten | Organismen waarvan de cellen geen celkern of andere membraangebonden organellen hebben, zoals bacteriën en archaea. | | Niet-voor-eiwit-coderend RNA | RNA-moleculen die geen eiwit produceren, maar wel een regulerende rol spelen in genexpressie. | | Kapsel | Een slijmerige laag polysacchariden rond de celwand van sommige bacteriën die bescherming biedt tegen fagocytose. | | Flagellen | Zweephaartjes die bacteriën gebruiken voor voortbeweging. | | Fimbriae | Korte, haarachtige structuren op het oppervlak van bacteriën die betrokken zijn bij aanhechting aan gastheercellen of oppervlakken. | | Adhesiemoleculen | Moleculen op het oppervlak van bacteriën die zich binden aan specifieke receptoren op gastheercellen, wat essentieel is voor kolonisatie. | | Kolonisatie | Het proces waarbij bacteriën zich vestigen en vermenigvuldigen op een gastheeroppervlak. | | Humorale immuniteit | Een tak van het immuunsysteem die wordt gemedieerd door antilichamen die in de lichaamsvloeistoffen (humoren) circuleren. | | Sporen | Extreem resistente, metabolisch inactieve vormen van sommige bacteriën die kunnen overleven in ongunstige omstandigheden gedurende lange perioden. | | Vegetatieve vorm | De actieve, groeiende vorm van een bacterie, in tegenstelling tot de sporevorm. | | Metabolisme | De reeks chemische reacties die plaatsvinden in een levend organisme om het in leven te houden, inclusief het omzetten van voedsel in energie en het bouwen van celcomponenten. | | Metabolieten | Tussenproducten of eindproducten van metabole processen. | | Fermentatie | Een anaeroob metabool proces waarbij suikers worden omgezet in energie en verschillende bijproducten zoals alcohol of zuren. | | Citroenzuur | Een organisch zuur dat wordt geproduceerd door bepaalde micro-organismen en industrieel wordt gebruikt. | | Lactobacillen | Een geslacht van melkzuurbacteriën die een rol spelen in de vaginale flora en de productie van zuur. | | Helicobacter pylori | Een bacterie die de maagmucosa kan koloniseren en maagzweren kan veroorzaken, door het maagzuur lokaal te neutraliseren. | | Hyaluronidase | Een enzym dat hyaluronzuur, een component van bindweefsel, afbreekt en bacteriële verspreiding kan bevorderen. | | Coagulase | Een enzym dat de stolling van bloedplasma veroorzaakt, wat door sommige bacteriën wordt gebruikt om zich te beschermen. | | Neurotoxines | Toxines die het zenuwstelsel aantasten. | | Enterotoxines | Toxines die de darmwand aantasten en diarree veroorzaken. | | Bacteriocines | Antibiotische eiwitten geproduceerd door bacteriën die andere bacteriën doden. | | Celdeling | Het proces waarbij een bacteriecel zich splitst in twee dochtercellen. | | Lag fase | De initiële periode na het inbrengen van bacteriën in een nieuw medium, waarin ze zich aanpassen en de genexpressie veranderen voordat de groei begint. | | Logaritmische toename | De fase van exponentiële groei, waarbij het aantal bacteriën snel toeneemt. | | Stationaire fase | Een fase in de groei van bacteriën waarin de groei vertraagt en het aantal nieuwe cellen ongeveer gelijk is aan het aantal afstervende cellen, vaak door uitputting van voedingsstoffen. | | Zuurtegraad | De mate van zuurgraad of alkaliteit van een oplossing, uitgedrukt op de pH-schaal. | | Cariës | Tandbederf, veroorzaakt door bacteriën die zuren produceren uit suikers. | | Osmotische druk | De druk die nodig is om de instroom van water in een oplossing te voorkomen, gerelateerd aan de concentratie van opgeloste stoffen. | | Obligaat aeroob | Bacteriën die zuurstof nodig hebben om te groeien. | | Facultatief aeroob/anaeroob | Bacteriën die kunnen groeien in de aanwezigheid van zuurstof (aeroob) of in de afwezigheid ervan (anaeroob), of een voorkeur hebben voor de ene of de andere omstandigheid. | | Strikt anaeroob | Bacteriën waarbij zuurstof toxisch is en die alleen kunnen groeien in de afwezigheid van zuurstof. | | Capnofiel | Bacteriën die beter groeien in een omgeving met een verhoogde concentratie kooldioxide. | | Kweekomstandigheden | De specifieke omstandigheden in een laboratorium, zoals temperatuur, voedingsstoffen en gasmengsels, die nodig zijn om micro-organismen te laten groeien. | | Operon | Een groep van genen die samen worden getranscribeerd en gereguleerd, vaak betrokken bij metabole paden. | | Lac operon | Een bekend operon in E. coli dat de genen bevat voor het metabolisme van lactose. | | RNA polymerase | Een enzym dat verantwoordelijk is voor de transcriptie van DNA naar RNA. | | Planktonische vorm | De vrije-zwemmende, individuele vorm van bacteriën die typisch in vloeibare media wordt bestudeerd. | | Sessiele bacteriën | Bacteriën die vastzitten aan een oppervlak of ingebed zijn in een biofilm. | | In vivo | In een levend organisme. | | In vitro | In een laboratoriumomgeving, buiten een levend organisme. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriën die metabool inactief is en daardoor ongevoelig is voor antibiotica. Ze kunnen later weer actief worden. | | Bet hedging | Een evolutionaire strategie waarbij een populatie zich opsplitst in subpopulaties die verschillende strategieën volgen, om de kans op overleving onder veranderende omstandigheden te vergroten. | | Genetische gelijkenis | De mate waarin de DNA-sequenties van verschillende organismen overeenkomen, wat wordt gebruikt om hun taxonomische verwantschap te bepalen. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen. | | Genus | Een taxonomische rang boven de soort, die nauw verwante soorten groepeert. | | Species | De fundamentele taxonomische rang, bestaande uit individuen die zich onderling kunnen voortplanten en vruchtbare nakomelingen kunnen produceren. | | Linnaeus | Carl Linnaeus, een Zweedse botanicus en arts die bekend staat om zijn systeem van binomiale nomenclatuur voor het classificeren van organismen. | | Ribosomaal 16S-RNA | Een specifiek type rRNA dat een belangrijke rol speelt in de structuur en functie van het bacteriële ribosoom. De sequentie ervan wordt veel gebruikt voor taxonomische analyses. | | Conservatieve regio’s | Delen van een DNA- of RNA-sequentie die weinig tot geen mutaties vertonen gedurende de evolutie, wat duidt op een vitale functie. | | Variabele regio’s | Delen van een DNA- of RNA-sequentie die vaker mutaties ondergaan, wat nuttig kan zijn voor het bestuderen van taxonomische verschillen en verwantschap. | | Synoniemen | Verschillende namen die naar hetzelfde taxonomische taxon verwijzen. | | Serotypering | Een methode om bacteriën te identificeren en te classificeren op basis van de specifieke antigenen op hun oppervlak. | | Antigenen | Moleculen (meestal eiwitten of polysacchariden) die een immuunrespons kunnen opwekken. | | O-antigen | Het somatische antigen, gelegen op de lipopolysacchariden van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën, dat variabel is per soort of type. | | K-antigen | Het kapsel-antigen, een polysaccharidelijke component van het kapsel dat sommige bacteriën omgeeft. | | H-antigen | Het flagellair-antigen, gelegen op de flagellen van bacteriën, dat belangrijk is voor de voortbeweging. | | Serovar | Een variant binnen een bacteriesoort die wordt gedefinieerd door een specifieke combinatie van oppervlakte-antigenen. | | Pathogenicity islands | Discrete genetische elementen die genen bevatten die bijdragen aan de virulentie van een bacterie, zoals genen voor adhesie, toxineproductie of invasie. | | Moleculaire fingerprinting | Technieken die worden gebruikt om de genetische samenstelling van bacteriële stammen te analysen, vaak met behulp van PCR of restrictie-enzymen, om ze te onderscheiden. | | Genotypering | Het proces van het bepalen van de genetische samenstelling van een organisme. | | Primers | Korte DNA-sequenties die worden gebruikt in PCR om de replicatie van specifieke DNA-regio’s te starten. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een moleculaire techniek die wordt gebruikt om miljoenen kopieën van een specifiek DNA-segment te maken. | | Amplicons | De DNA-fragmenten die worden geproduceerd door PCR. | | Restrictie-enzymen | Enzymen die DNA knippen op specifieke herkenningsplaatsen. | | Next generation sequencing (NGS) | Een reeks technologieën die snelle en efficiënte sequencing van DNA en RNA mogelijk maken. | | Whole genome sequencing (WGS) | Het bepalen van de volledige DNA-sequentie van het genoom van een organisme. | | Klonaal verwante stammen | Bacteriële stammen die genetisch zeer vergelijkbaar zijn en afkomstig zijn van een gemeenschappelijke voorouder. | | Kloon | Een populatie van genetisch identieke cellen of organismen, afgeleid van één enkele vooroudercel. | | Transformatie | Het proces waarbij bacteriën DNA uit hun omgeving opnemen en inbouwen in hun eigen genoom. | | Transductie | Het overbrengen van genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere via een bacteriofaag (virus dat bacteriën infecteert). | | Conjugatie | Het overdragen van genetisch materiaal tussen bacteriën via direct cel-cel contact, vaak via plasmiden. | | Transposons | Mobiele genetische elementen die van de ene plaats in het genoom naar de andere kunnen springen. | | Transfectie | Het introduceren van nucleïnezuren in eukaryote cellen, vaak met behulp van virale vectoren of fysische methoden. | | Epidemiologie | De studie van de verspreiding, oorzaken en effecten van ziekten in populaties. | | Vaccinatie | Het toedienen van een vaccin om immuniteit tegen een specifieke ziekte op te wekken. | | Kapsel-antigen | Een antigen op het kapsel van een bacterie, gebruikt voor serotypering en vaccinontwikkeling. | | Somatisch antigen | Een antigen dat deel uitmaakt van het celoppervlak van een bacterie, zoals het O-antigen op de LPS van Gram-negatieve bacteriën. | | Meningokokken | Bacteriën van het geslacht Neisseria, die hersenvliesontsteking kunnen veroorzaken. Verschillende serotypes bestaan, gebaseerd op hun kapsel. | | Chardonnay | Niet van toepassing op dit document. | | Enteropathogene species | Bacteriesoorten die infecties in het maagdarmkanaal veroorzaken. |

# Bacteriën: structuur en classificatie Bacteriën zijn eencellige micro-organismen met een prokaryote celstructuur, gekenmerkt door een celmembraan, celwand (meestal), cytoplasma, ribosomen en een circulair genoom, zonder een celkern of andere membraangebonden organellen. Hun indeling is gebaseerd op morfologische, biochemische en genetische kenmerken, met de Gramkleuring als een fundamenteel onderscheidend kenmerk [12](#page=12) [18](#page=18). ### 1.1 Algemene anatomie van bacteriën Bacteriën verschillen fundamenteel van eukaryoten, die wel een celkern en organellen bezitten, en van virussen, die obligate intracellulaire parasieten zijn. Bacteriën kunnen extracellulair of intracellulair groeien en gebruiken eenvoudige voedingsbronnen. Ze variëren in grootte van 0,5 tot 10 µm, waardoor een microscoop nodig is voor observatie [12](#page=12). #### 1.1.1 Celmembraan Het celmembraan bestaat uit een fosfolipiden bilayer, waarin macromoleculen zoals glycoproteïnen zijn ingebed. Deze spelen een rol bij celcontact en de uitwisseling van stoffen tussen het intracellulaire en extracellulaire compartiment [13](#page=13). #### 1.1.2 Celwand De meeste bacteriën hebben buiten het celmembraan een celwand. Deze celwand bepaalt mede de vorm van de bacterie en is bepalend voor de Gramkleurbaarheid [14](#page=14) [18](#page=18). ##### 1.1.2.1 Grampositieve en Gramnegatieve celwanden * **Grampositieve bacteriën** hebben een celwand met grote hoeveelheden peptidoglycaan als bouwsteen, gelegen buiten het celmembraan [14](#page=14). * **Gramnegatieve bacteriën** hebben een celwand die bestaat uit een dunne laag peptidoglycaan en een tweede lipidenmembraan, waarin lipopolysacchariden (LPS) zijn opgenomen [14](#page=14). Het verschil in celwandsamenstelling tussen Grampositieve en Gramnegatieve bacteriën verklaart hun verschillende gevoeligheid voor antibiotica en is de basis voor de Gramkleurbaarheid. Sommige bacteriën, zoals Mycoplasmata en Chlamydiae, hebben geen celwand [14](#page=14). ##### 1.1.2.2 Lipopolysaccharide (LPS) LPS is een belangrijk bestanddeel van de celwand van Gramnegatieve bacteriën en bestaat uit drie delen: lipid A, de core polysacchariden, en de variabele O-antigen suikers. De O-antigen is soort- of type-specifiek en wordt gebruikt voor verdere karakterisering. LPS heeft een krachtige inflammatoire werking en wordt ook wel endotoxine genoemd [15](#page=15). ##### 1.1.2.3 Celwand van mycobacteriën Mycobacteriën hebben een celwand die wordt gevormd door een dichte laag van lange mycolzuren. Dit resulteert in lange overleving in de natuur, resistentie tegen veel antibiotica, en zuurvastheid (toepassing in zuurvaste kleuring). De structuur maakt mycobacteriën nauwelijks verteerbaar voor macrofagen, waardoor ze overleven in het fagolysosoom en moeilijk te bestrijden zijn, met name bij hiv/aids [20](#page=20). #### 1.1.3 Bacterieel genoom Het bacteriële genoom bestaat uit één circulair, dubbelstrengs DNA-chromosoom dat compact is opgevouwen door middel van supercoiling, gefaciliteerd door gyrase en topisomerase enzymen die ook targets zijn voor antibiotica zoals chinolonen. Daarnaast kunnen bacteriën additioneel genetisch materiaal bevatten in de vorm van circulaire plasmiden [21](#page=21). ##### 1.1.3.1 Minimum aantal genen voor leven Prokaryote genomen zijn kleiner dan eukaryote genomen, mede doordat eukaryoten coderen voor niet-eiwit-coderend RNA dat een rol speelt in genexpressie-regulatie. Bacteriële genomen variëren in grootte van 0,5 tot 10 x 10⁶ nucleotiden en bevatten 500 tot 10.000 genen. Bacteriën met de kleinste genomen, zoals mycoplasmata (ca. 500 genen), zijn sterk afhankelijk van eukaryote cellen voor hun overleving. Bacteriën met 4-5 duizend genen, zoals *Escherichia coli* en *Mycobacterium tuberculosis*, bezitten extra genen voor bijvoorbeeld antibioticumresistentie, overleving onder diverse condities, virulentiefactoren, sporevorming en persistentie, wat hen een groot aanpassingsvermogen geeft. Kleine genomen focussen voornamelijk op DNA-replicatie, translatie en energieproductie, terwijl grotere genomen ook regulatiemechanismen bevatten voor signaaltransductie en genexpressie-regulatie [22](#page=22) [23](#page=23) [24](#page=24). #### 1.1.4 Extra structuren * **Kapsel**: Een polysaccharidenlaag rond de celwand die de bacterie beschermt tegen fagocytose [25](#page=25). * **Flagellen**: Zorgen voor beweeglijkheid [25](#page=25). * **Fimbriae**: Aanhechtingsmoleculen die zich binden aan specifieke receptoren, belangrijk voor kolonisatie en virulentie [25](#page=25). #### 1.1.5 Sporen Sporen zijn geen structuren, maar een fysiologische fase van de bacterie die bescherming biedt tegen vijandige omgevingsfactoren zoals warmte, straling en uitdroging. In deze metabool inactieve fase kunnen bacteriën maanden of jaren overleven en bij gunstige omstandigheden terugkeren naar de vegetatieve vorm. Voorbeelden zijn *Clostridium tetani* en *Bacillus anthracis* [28](#page=28). ### 1.2 Bacteriële classificatie en naamgeving De naamgeving en taxonomie van bacteriën, net als bij andere levende wezens, was oorspronkelijk gebaseerd op fenotypische kenmerken. Moderne taxonomie steunt echter meer op genetische gelijkenis, waarbij de mate van verschil omgekeerd evenredig is met de taxonomische verwantschap [40](#page=40). #### 1.2.1 Vorm van bacteriën en Gramkleuring De vorm van de meeste bacteriën is bolvormig (kok) of staafvormig (bacil). Soms komen meer specifieke vormen voor, zoals fusiform, kommavormig of spirocheet. De Gramkleuring, ontwikkeld door de microbioloog Gram, is een fundamentele techniek om bacteriën te onderscheiden in Grampositief (blauw) en Gramnegatief (rood) op basis van verschillen in de peptidoglycaansamenstelling van de celwand. De vier basisgroepen bacteriesoorten zijn Grampositieve en Gramnegatieve kokken en staven. Verdere details, zoals de rangschikking van kokken in kettingen (streptokokken) of trosjes (stafylokokken), helpen bij de groepering [18](#page=18) [19](#page=19). #### 1.2.2 Ribosomaal RNA (rRNA) als leidraad voor taxonomie Het gen voor het ribosomale 16S-rRNA is een ideale sequentie voor het bestuderen van taxonomische verwantschap. Dit RNA heeft een cruciale structurele functie in het ribosoom en ondergaat langzame veranderingen (mutaties). Sommige regio's van het 16S-rRNA muteren langzamer en bevatten conservatieve sequenties, terwijl andere regio's meer variatie vertonen. Deze variatie weerspiegelt de evolutieduur en wordt gebruikt voor taxonomische indeling op het niveau van genus en species [41](#page=41). #### 1.2.3 Naamswijzigingen in de taxonomie Nieuwe taxonomische inzichten, gebaseerd op genetische analyses, hebben geleid tot de herindeling van bacteriën en bijbehorende naamswijzigingen. Voorbeelden hiervan zijn [42](#page=42): * *Actinobacillus actinomycetemcomitans* werd *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*. * *Haemophilus aphrophilus* werd *Aggregatibacter aphrophilus*. * *Pseudomonas maltophilia* werd eerst *Xanthomonas maltophilia* en vervolgens *Stenotrophomonas maltophilia*. * *Pseudomonas cepacia* werd *Burkholderia cepacia*. * Veel anaerobe Gramnegatieve staven, voorheen ingedeeld in het genus *Bacteroides*, zijn nu verdeeld over diverse genera zoals *Bacteroides*, *Prevotella*, *Porphyromonas*, en *Tannerella*. Ook bij streptokokken en corynebacteriën zijn vele andere voorbeelden te vinden. *Pneumocystis carinii* werd geclassificeerd als een schimmel (*Pneumocystis jerevecii*) [42](#page=42). #### 1.2.4 Schrijfwijze van bacterienamen * **Latijnse namen**: Genusnaam wordt cursief geschreven, bijvoorbeeld *Paromoxyvirus* [43](#page=43). * **Namen in het Nederlands (NL) en Engels (EN)**: Virussen worden niet cursief geschreven, zoals mazelen virus (NL) of measles virus (EN) [43](#page=43). * **Bacteriën, gisten, schimmels, protozoa, diersoorten**: Genusnaam met een hoofdletter, speciesnaam met een kleine letter, beide cursief. Bijvoorbeeld: *Staphylococcus aureus* [43](#page=43). * **Pseudomonas spp.** betekent "Pseudomonas soorten", waarbij 'spp.' niet cursief is [43](#page=43). * **Uitzondering**: Salmonella Panama, waarbij Panama een serovar aanduidt en geen species [43](#page=43). > **Tip:** Het correct toepassen van de Gramkleuring is essentieel voor de initiële classificatie van bacteriën en kan helpen bij het kiezen van geschikte antibiotica [14](#page=14). > > **Tip:** Het begrijpen van de structuur van de celwand, met name het verschil tussen Grampositieve en Gramnegatieve bacteriën, is cruciaal voor het verklaren van hun pathogene eigenschappen en hun reactie op antimicrobiële middelen [14](#page=14). > > **Tip:** Plasmiden kunnen genetische informatie bevatten die bacteriën resistent maakt tegen antibiotica of andere voordelen biedt, wat hun snelle aanpassing en overleving bevordert [21](#page=21). > > **Tip:** Let bij het bestuderen van taxonomische veranderingen op de evolutie van onze kennis en hoe genetische data de klassificatie beïnvloedt [40](#page=40). --- # Bacterieel metabolisme, groei en adaptatie Dit gedeelte beschrijft hoe bacteriën hun energie en bouwstoffen omzetten, hoe ze zich voortplanten en hoe ze zich aanpassen aan veranderende omgevingscondities. ### 2.1 Bacterieel metabolisme Bacteriën zijn in staat organische moleculen om te zetten, wat onder andere energieproductie tot gevolg heeft. Ze kunnen de omgeving beïnvloeden door de productie van metabolieten. Dit kan buiten het lichaam plaatsvinden, zoals bij de fermentatie van voedingsmiddelen (yoghurt, bier, kaas, wijn, cacao, salami) of in industriële processen zoals de productie van citroenzuur door *Aspergillus niger* en compostomzetting. In het lichaam dragen zure metabolieten van lactobacillen, gevormd door de afbraak van glycogeen, bij aan een zure pH in de vagina. Een tegengesteld voorbeeld is *Helicobacter pylori*, dat zich op de maagmucosa kan handhaven door lokaal maagzuur te neutraliseren via enzymatische productie van ammoniak. Bacteriën produceren ook enzymen/eiwitten die de omgeving beïnvloeden (bv. hyaluronidase, coagulase) en toxines die gastheercellen (neurotoxines, enterotoxines) of andere bacteriën (bacteriocines) beschadigen [29](#page=29). ### 2.2 Bacteriële celgroei Bacteriële groei, wat neerkomt op celdeling, kan leiden tot logaritmische vermenigvuldiging tot grote aantallen in korte tijd. Onder optimale omstandigheden kan een deling elke 20-30 minuten plaatsvinden. De groeicurve van bacteriën kenmerkt zich door verschillende fasen [30](#page=30): * **Lag-fase:** Een adaptatiefase waarin genexpressie wordt aangepast [30](#page=30). * **Logaritmische groeifase:** Exponentiële toename van het aantal bacteriën [30](#page=30). * **Stationaire fase:** Bereikt wanneer voedingsbronnen uitgeput raken [30](#page=30). * **Sterffase:** Wanneer het afsterven van bacteriën begint te domineren [30](#page=30). #### 2.2.1 Celdeling van bacteriën Celdeling is het fundamentele proces van bacteriële voortplanting, wat leidt tot een exponentiële toename van de populatie onder gunstige omstandigheden [30](#page=30). #### 2.2.2 Invloed van de omgeving op groei De groei van bacteriën wordt sterk beïnvloed door diverse omgevingsfactoren [31](#page=31). ##### 2.2.2.1 Invloed van zuurtegraad (pH) De optimale pH-omgeving varieert sterk per bacteriesoort. *Streptococcus mutans*, de veroorzaker van cariës, gedijt goed in zure omgevingen, terwijl andere bacteriën specifieke alkalische of neutrale omstandigheden prefereren [31](#page=31). ##### 2.2.2.2 Invloed van temperatuur Elke bacterie heeft een optimale groei temperatuur, met minimum- en maximumgrenzen. Humane pathogenen en commensalen groeien doorgaans het snelst rond 36,5 °C. Koorts kan de groeisnelheid van veel bacteriën vertragen, en opslag in de koelkast kan leiden tot trage groei [31](#page=31). ##### 2.2.2.3 Invloed van zuurstof (O₂) en kooldioxide (CO₂) * **Obligaat aeroob:** Bacteriën die zuurstof nodig hebben voor hun groei, zoals *Mycobacterium tuberculosis* [31](#page=31). * **Facultatief aeroob/anaeroob:** Bacteriën die zowel in aanwezigheid als afwezigheid van zuurstof kunnen groeien [31](#page=31). * **Anaeroob:** Bacteriën waarbij zuurstof toxisch is; de gevoeligheid varieert, van strikt anaeroob tot soorten die beperkte zuurstof verdragen (bv. in abcessen) [31](#page=31). * **Capnofiel:** Bacteriën die beter groeien in een omgeving met hoge CO₂-spanning, zoals *Haemophilus* [31](#page=31). Het begrijpen van deze fysiologische eisen is cruciaal voor de geneeskunde en diagnostiek, met name voor kweekomstandigheden in het laboratorium en het overleven van bacteriën in monsters tijdens transport [31](#page=31). ##### 2.2.2.4 Invloed van osmotische druk De osmotische druk van de omgeving kan de groei van bacteriën beïnvloeden [31](#page=31). ### 2.3 Fenotypische variatie en adaptatie Bacteriën passen hun metabole wegen aan op basis van de omgevingsomstandigheden. Dit wordt geïllustreerd door het voorbeeld waarbij na uitputting van glucose, een nieuw substraat wordt aangeboord waarvoor nieuwe enzymen nodig zijn. Dit leidt tot een knik in de groeicurve, die de tijd weerspiegelt die nodig is om bijvoorbeeld het lac-operon in te schakelen [32](#page=32). #### 2.3.1 Het operon model: genexpressieregulatie Het operon model legt uit hoe genexpressie bij bacteriën gereguleerd wordt. Wanneer glucose aanwezig is, wordt deze eerst verbruikt, zelfs als andere suikers zoals lactose ook aanwezig zijn. Pas als glucose is uitgeput, wordt lactose als energiebron gebruikt indien aanwezig. Het lactose metabolisme wordt gestuurd door een feedbackmechanisme in het repressor-activatorsysteem. Bij activatie wordt de transcriptie van lactose-afbrekende enzymen gestimuleerd. Bij repressie (door glucose aanwezigheid of afwezigheid van lactose) kan RNA polymerase niet binden, waardoor er geen transcriptie plaatsvindt en de lactose-afbrekende enzymen verdwijnen. De repressor (LacI) wordt geïnactiveerd door lactose. Dit mechanisme toont aan hoe de bacteriële cel zijn metabole wegen aanpast aan de omgevingscondities [33](#page=33). #### 2.3.2 Planktonische versus sessiele bacteriën Klassiek worden bacteriën bestudeerd in proefbuisjes in "planktonische vorm", in reincultuur en in de exponentiële fase. In deze ideale omstandigheden worden hun fysiologische, morfologische, pathogene en antibioticagevoeligheidskenmerken beschreven. Echter, in de reële situatie komen bacteriën voor in gemengde culturen, onder suboptimale of vijandige omstandigheden, of metabool inactief. Ze kunnen ook sessiel zijn in plaats van planktonisch. Dit leidt ertoe dat hun gedrag *in vivo* of *in loco* afwijkt van labvoorspellingen, en ze soms meer of minder virulent en resistenter tegen antibiotica kunnen zijn. Diverse fenomenen illustreren deze fenotypische variaties [34](#page=34): * **Persisters:** Een staat van verminderde metabole activiteit waardoor bacteriën ongevoelig worden voor antibiotica. Dit is een actief overlevingsmechanisme, niet passief [34](#page=34). * **Sporen:** Een vorm van duurzame overleving (zie hoger in de tekst) [34](#page=34). * **Fenotypisch switchen ('bet hedging'):** Een populatie bestaat uit subpopulaties, waarvan er één klaar is voor een nieuwe, uitdagende omgeving, mogelijk ten koste van optimale aanpassing aan de huidige, en een andere voor noodsituaties [34](#page=34). * **Biofilm en quorum sensing:** Deze worden hierna verder behandeld [34](#page=34). #### 2.3.3 Biofilm en quorum sensing **Quorum sensing** is een proces waarbij bacteriën de dichtheid van hun populatie monitoren via boodschappermoleculen. Wanneer deze moleculen een kritische concentratie bereiken, worden bepaalde metabole pathways in- of uitgeschakeld. Dit leidt tot een veranderd metabolisme, zoals verminderde celdeling en verhoogde productie van toxines en slijm. Hierdoor worden biofilms minder gevoelig voor antibiotica en moeilijker te elimineren door macrofagen [35](#page=35). Een **biofilm** is een driedimensionale structuur van bacteriële populaties met drastisch veranderde kenmerken, gekenmerkt door veel slijmproductie en ongevoeligheid voor antibiotica en macrofagen. Af en toe worden mobiele bacteriën losgelaten, mogelijk met een persister fenotype [35](#page=35). > **Tip:** Biofilms spelen een rol bij infecties rond lichaamsvreemde voorwerpen, maar ook bij veel (mogelijk de meeste) weefselinfecties [37](#page=37). #### 2.3.4 Persisters Antibiotica doden bacteriën in een logaritmisch proces. Persisters zijn cellen die door een andere metabole toestand ongevoelig zijn voor antibiotica. Ze overleven en kunnen vervolgens weer metabool actief worden. Dit fenomeen en de consequenties ervan worden verder besproken in het hoofdstuk over antibiotica [38](#page=38). #### 2.3.5 Interacties in biofilm Bacteriën kunnen elkaar in biofilms zowel positief als negatief beïnvloeden. Positieve interacties omvatten het creëren van aanhechtingsplaatsen voor andere soorten of de productie van nuttige metabolieten voor andere bacteriën. Negatieve interacties zijn onder meer competitie om ruimte en voedsel, het veranderen van de omgeving door metabolieten, of directer via antibacteriële middelen zoals bactericines of andere 'antibiotica'. De normale flora beschermt zich op deze manier tegen kolonisatie door pathogenen. Interacties met het menselijk lichaam worden in andere hoofdstukken behandeld [39](#page=39). --- # Virussen: classificatie en levenscyclus Dit onderwerp verkent de classificatie en structuur van virussen, hun levenscycli, en interacties met het immuunsysteem, medicatie en het risico op oncogene transformatie. ## 3. Virussen: classificatie en levenscyclus Virussen zijn intrinsiek verschillend van bacteriën; ze zijn "dood" en worden pas "levend" wanneer ze de transcriptie- en translatie-machinerie van een gastheercel kunnen gebruiken. De levenscycli van virussen worden toegelicht, inclusief de reacties van medicatie en het aangeboren immuunsysteem [1](#page=1) [22](#page=22). ### 3.1 Classificatie en structuur van een virion #### 3.1.1 Classificatie De classificatie van virussen is een fundamenteel aspect van virologie, hoewel de specifieke criteria hiervoor niet diepgaand worden uitgewerkt op de vermelde pagina's [3](#page=3). #### 3.1.2 Structuur van een virion Een virion, de complete virale deeltje, is de functionele eenheid van een virus. De structuur omvat een genoom, omgeven door een eiwitmantel (capside), en soms een lipideomhulsel (envelop) [3](#page=3). #### 3.1.3 Eigenschappen van virussen Virussen kennen verschillende eigenschappen afhankelijk van hun structuur. Hieronder vallen naakte virussen en virussen met een envelop [3](#page=3). ##### 3.1.3.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen zijn virussen die niet over een lipideomhulsel beschikken [3](#page=3). ##### 3.1.3.2 Eigenschappen van enveloppe virussen Enveloppe virussen bezitten een lipideomhulsel, afgeleid van de gastheercelmembraan [3](#page=3). ##### 3.1.3.3 RNA virussen Deze categorie omvat virussen met een RNA-genoom [3](#page=3). ### 3.2 Levenscycli van virussen De levenscyclus van een virus is een reeks stappen die leiden tot de productie van nieuwe virussen. Dit proces omvat interactie met de gastheercel, replicatie van viraal materiaal en de uiteindelijke vrijzetting van nieuwe virions [3](#page=3). #### 3.2.1 Virale levenscyclus: algemene stappen De algemene virale levenscyclus omvat de volgende stappen: * **Adsorptie:** Binding van het virus aan specifieke receptoren op de oppervlakte van de gastheercel [3](#page=3). * **Penetratie:** Het binnendringen van het virus of zijn genetisch materiaal in de gastheercel [3](#page=3). * **Expressie en replicatie:** Het gebruik van de machinerie van de gastheercel voor de synthese van virale componenten (eiwitten en nucleïnezuren) [3](#page=3). * **Virion productie:** Assemblage van nieuwe virale deeltjes [3](#page=3). * **Release:** Vrijzetting van de nieuwe virions uit de gastheercel [3](#page=3). #### 3.2.2 Mechanismen van interactie met het immuunsysteem Het aangeboren immuunsysteem detecteert virussen via pathogeenherkenningsreceptoren (PRRs) die virale moleculaire patronen herkennen. Dit leidt tot de inductie van interferon-gestimuleerde genen (ISGs), die antivirale effecten uitoefenen [3](#page=3). #### 3.2.3 Specifieke virale levenscycli en mechanismen * **Lytische levenscyclus van bacteriofaag:** Een levenscyclus waarbij de gastheercel wordt vernietigd om nieuwe virussen vrij te laten [3](#page=3). * **Temperate bacteriofaag levenscyclus:** Deze lifecyclus kan leiden tot integratie van het virale genoom in het bacteriële genoom (lysogenie) of tot een lytische cyclus [3](#page=3). * **Levenscyclus van dierlijke virussen:** Dit omvat de algemene stappen van adsorptie, penetratie, expressie, replicatie, productie en release [3](#page=3). * **Expressie en replicatie van HCV (Hepatitis C virus):** Specifieke mechanismen van HCV replicatie en expressie [3](#page=3). * **Expressie en replicatie van HIV (Human Immunodeficiency Virus):** Specifieke mechanismen van HIV replicatie en expressie, waaronder integratie in humaan DNA [1](#page=1) [3](#page=3). #### 3.2.4 Virale genomen en genen Virale genomen kunnen variëren in grootte. Sommige virussen, zoals HBV, coderen slechts voor een klein aantal eiwitten, terwijl andere, zoals CMV, coderen voor meer dan tweehonderd eiwitten. Het minimum aantal genen nodig voor een levend organisme is een relevant concept, waarbij bacteriële genomen een duidelijk verband hebben tussen genoomgrootte en aantal genen, in tegenstelling tot eukaryoten [22](#page=22). #### 3.2.5 Oncogene transformatie en latentie Virussen kunnen de gastheercel transformeren tot een kankercel (oncogene transformatie) en kunnen ook perioden van inactiviteit (latentie) doormaken, waarbij het virale genoom geïntegreerd kan zijn in het gastheer-DNA [1](#page=1). ### 3.3 Aantonen van virussen Methoden voor het aantonen van virussen zijn essentieel voor diagnostiek. De aard van de virale genomen en de eiwitten die ze coderen, spelen een rol in deze detectie [3](#page=3). > **Tip:** Begrip van de virale levenscyclus is cruciaal om de aangrijpingspunten voor antivirale medicatie en de reactie van het immuunsysteem te begrijpen. Bestudeer de specifieke stappen voor zowel DNA- als RNA-virussen. > **Tip:** Let goed op de verschillen tussen lytische en temperate levenscycli bij bacteriofagen, aangezien dit fundamentele verschillen in hun interactie met bacteriën met zich meebrengt. > **Voorbeeld:** De latentie van virussen zoals HIV, waarbij het virus zich decennialang in het genoom van de gastheercel kan bevinden alvorens reactivering, illustreert het belang van deze fase in de virale levenscyclus. --- # Genotypische variatie en typering van bacteriën Dit onderwerp verklaart de genetische variatie bij bacteriën, de mechanismen van genetische uitwisseling en het belang van deze verschillen voor epidemiologie en vaccinatie, inclusief gedetailleerde beschrijvingen van serotypering en genotypering [2](#page=2). ### 4.1 Genetische variatie bij bacteriën Genetische variatie bij bacteriën ontstaat niet alleen door gebruikelijke mechanismen van mutatie en selectie, maar ook door de uitwisseling van grote delen erfelijk materiaal. Binnen dezelfde bacteriesoort bestaat aanzienlijke variatie, die groter is dan de variatie binnen een diersoort. Deze variatie kan leiden tot varianten met afwijkende uiterlijke en fysiologische kenmerken, waaronder stammen die toxines produceren, beter aangepast zijn aan een specifieke gastheer, of resistenter zijn tegen antibiotica. Dit is te onderscheiden van fenotypische variatie, die het gevolg is van verschillen in genexpressie ondanks een in principe identiek genoom. Het basisgenoom van een bacteriesoort kan worden aangevuld met chromosomale of extrachromosomale elementen. Sommige van deze genetische pakketten, aangeduid als ‘pathogenicity islands’, bevatten genen die de overleving, adhesie en ziekteverwekkende capaciteit van een stam verbeteren, bijvoorbeeld door de productie van toxines [44](#page=44). #### 4.1.1 Mechanismen van genetische uitwisseling Er zijn diverse mechanismen waardoor bacteriën genetisch materiaal uitwisselen: * **Transformatie:** De spontane opname van DNA uit de omgeving, vaak afkomstig van verwante species, en de integratie ervan in het eigen chromosoom [45](#page=45). * **Transductie:** De overdracht van genen via virussen, specifiek bacteriofagen [45](#page=45). * **Conjugatie:** De overdracht van genen, doorgaans gelegen op extrachromosomaal DNA zoals plasmiden. Deze genen kunnen zich bevinden op transposons, kleine mobiele genetische elementen die kunnen verplaatsen en integreren in specifieke genomische regio's [45](#page=45). * **Transfectie:** Een techniek die voornamelijk *in vitro* wordt toegepast om cellen genetisch materiaal te laten opnemen [45](#page=45). Alle bovengenoemde mechanismen (transformatie, transductie, conjugatie) komen ook *in vivo* voor [45](#page=45). ### 4.2 Belang van genotypische verschillen De genetische diversiteit binnen bacteriesoorten is significant en kan worden benut voor verdere onderscheiding van stammen. Dit is om verschillende redenen van belang [46](#page=46): * **Pathogeniteit:** Bepaalde bacterietypes kunnen pathogener zijn dan andere [46](#page=46). * **Epidemiologie:** Het traceren van de verspreiding van bacteriën binnen een gemeenschap is cruciaal. Dit omvat het vaststellen of stammen in een bestudeerde populatie identiek zijn, of de stam bij een patiënt overeenkomt met die bij een andere patiënt in dezelfde kamer of afdeling, en of stammen vanuit andere landen worden geïntroduceerd [46](#page=46). * **Vaccinatie:** Voor de ontwikkeling van vaccins die beschermende antilichamen opwekken tegen bijvoorbeeld een bacterieel kapsel, is het noodzakelijk om deze kapsels te kennen, te onderscheiden en hun epidemiologische verspreiding te volgen [46](#page=46). Methoden zoals serotypering en genotypering worden gebruikt voor deze onderscheiding. Genotypering kan leiden tot ‘fingerprinting’ met een hoog discriminerend vermogen of volledige genoomsequencing. Stammen die sterk op elkaar lijken, worden aangeduid als klonaal verwante stammen, en identieke stammen vormen een kloon [46](#page=46). ### 4.3 Typering van bacteriën #### 4.3.1 Serotypering van bacteriën Serotypering is gebaseerd op het gebruik van specifieke antilichamen die reageren tegen specifieke (oppervlakkige) moleculen van het micro-organisme [47](#page=47). * **Gram-negatieve bacteriën:** Bezitten een buitenmembraan met lipopolysachariden (LPS), die somatische of O-antigenen bevatten [47](#page=47). * **Kapselantigenen (K-antigenen):** Zowel Gram-positieve als Gram-negatieve bacteriën kunnen een kapsel hebben, wat aanleiding geeft tot K-antigenen [47](#page=47). * **Flagelantigenen (H-antigenen):** Sommige soorten gebruiken flagellen voor voortbeweging, en de eiwitten hiervan worden aangeduid als H-antigenen [47](#page=47). Deze antigenen variëren per soort en ook binnen een soort. Een specifiek serotype binnen een species wordt gedefinieerd door een consistente antigenenformule [47](#page=47). **Voorbeelden van serotypering:** * *Escherichia coli* wordt vaak aangeduid met zijn serotype, zoals *E. coli* O157:H7 of *E. coli* O111:K58:H6. Deze specifieke types zijn indicatief voor de aanwezigheid van bepaalde ‘pathogenicity islands’ die verantwoordelijk zijn voor enteropathogeniteit [47](#page=47). * Bij meningokokken hebben de meeste pathogene stammen een kapsel met een van de drie varianten: type A, B of C. Immuniteit tegen kapsel A biedt geen bescherming tegen B of C, wat de basis vormt voor vaccinaties die gericht zijn op specifieke kapseltypes. De keuze van serotypes voor vaccinatie is gebaseerd op hun epidemiologie [47](#page=47). Het is belangrijk op te merken dat bacteriën van hetzelfde serotype nog steeds aanzienlijke genetische diversiteit kunnen vertonen. Verdere opdeling is mogelijk door middel van aanvullende serotyperingen of genotypering, zelfs tot op individueel stamniveau (fingerprinting). Plasmiden en transposons die virulentie- en resistentiegenen dragen, kunnen deze verdere differentiatie verder bevorderen [47](#page=47). #### 4.3.2 Moleculaire fingerprinting of genotypering Genotypering, ook wel moleculaire fingerprinting genoemd, is gebaseerd op het identificeren van specifieke DNA-sequenties binnen verschillende ‘klonen’. Dit kan worden gerealiseerd met behulp van primers en Polymerase Chain Reaction (PCR), wat resulteert in amplicons van variërende lengtes. Een andere methode is het ‘knippen’ van DNA met restrictie-enzymen, of een combinatie van amplificatie gevolgd door restrictiedigestie. Tegenwoordig wordt steeds meer gebruik gemaakt van next-generation sequencing (NGS) voor de karakterisering van bacteriën, inclusief 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 en deel uitmaken van onze microbiële flora, die ons beschermt tegen pathogenen. Ze kunnen hun activiteit aanpassen aan de omgeving, wat klinische implicaties heeft voor hun behandeling. | | Virussen | Obligate intracellulaire parasieten die gastheer-metabolisme gebruiken voor hun expressie en vermenigvuldiging. Ze zijn veel kleiner dan bacteriën en hebben een andere levenscyclus, waarbij ze interactie hebben met het immuunsysteem en medicatie. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen, voornamelijk bacteriën, die van nature op en in het menselijk lichaam leven. Deze flora speelt een cruciale rol in de gezondheid, onder meer door bescherming tegen infecties en het ondersteunen van diverse lichaamsfuncties. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken. Deze kunnen bacteriën, virussen, schimmels of parasieten zijn en hebben specifieke mechanismen om een gastheer te infecteren en schade toe te brengen. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die gebruikt worden om micro-organismen, zoals bacteriën en virussen, te doden of hun groei te remmen. Voorbeelden hiervan zijn antibiotica (tegen bacteriën) en antivirale middelen (tegen virussen). | | Hyperactief | Verwijst naar een toestand van verhoogde metabolische activiteit of snelle groei bij bacteriën. Dit kan een reactie zijn op gunstige omgevingscondities of een specifieke levensfase. | | Slapend (dormant) | Een staat van verlaagde metabolische activiteit bij bacteriën, waardoor ze langdurig kunnen overleven onder ongunstige omstandigheden. Deze "slapende" bacteriën kunnen weer actief worden wanneer de omstandigheden verbeteren. | | Exponentiële groei | Een type groei waarbij de populatiegrootte van bacteriën met een constante factor per tijdseenheid toeneemt, resulterend in een snelle, logaritmische vermenigvuldiging. Dit treedt op onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiesysteem tussen bacteriën waarbij ze moleculen afscheiden die, bij een bepaalde dichtheid (quorum), de expressie van genen reguleren. Dit kan leiden tot collectieve gedragingen zoals biofilmvorming of de productie van toxines. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen, vaak bacteriën, ingebed in een zelfgeproduceerde matrix van polysachariden en andere macromoleculen. Biofilms bieden bescherming tegen omgevingsstress en antimicrobiële middelen. | | pH-afhankelijkheid | De mate waarin de groei en overleving van bacteriën beïnvloed wordt door de zuurgraad (pH) van hun omgeving. Verschillende bacteriën hebben verschillende optimale pH-bereiken voor groei. | | T-afhankelijkheid | De afhankelijkheid van bacteriële groei van de temperatuur van de omgeving. Elke bacteriesoort heeft een optimaal temperatuurbereik voor groei, evenals minimum- en maximumgrenzen. | | Genetische mechanismen | De processen binnen bacteriën die betrekking hebben op hun erfelijk materiaal (DNA). Dit omvat mutatie, recombinatie en de overdracht van genetisch materiaal, wat leidt tot variatie en adaptatie. | | Muteren | Het proces waarbij veranderingen optreden in de genetische code (DNA) van een organisme. Mutaties kunnen spontaan plaatsvinden of worden geïnduceerd door externe factoren en zijn de bron van genetische variatie. | | Resistentie | Het vermogen van bacteriën om te overleven of te groeien in aanwezigheid van een stof die normaal gesproken hun groei zou remmen of hen zou doden, zoals antibiotica. Dit is vaak het gevolg van genetische aanpassingen. | | Virulentie | De mate waarin een micro-organisme in staat is om ziekte te veroorzaken in een gastheer. Virulente factoren omvatten structuren of toxines die de kolonisatie, invasie en schade aan de gastheer bevorderen. | | Levenscyclus | De reeks ontwikkelingsstadia die een organisme doorloopt vanaf de geboorte tot aan de voortplanting en dood. Bij virussen omvat dit de interactie met een gastheercel voor replicatie en verspreiding. | | Aangeboren immuunsysteem | De eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen pathogenen, bestaande uit niet-specifieke mechanismen die direct na blootstelling aan een ziekteverwekker reageren. Dit omvat celulaire en humorale componenten. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij het genetisch materiaal van een virus wordt ingebouwd in het DNA van de gastheercel. Dit kan leiden tot latente infecties of transformatie van de cel. | | Latentie | Een periode waarin een virus in de gastheercel aanwezig is maar niet actief repliceert of symptomen veroorzaakt. Het virus kan later reactiveren en een actieve infectie veroorzaken. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij een cel wordt veranderd door een oncogeen, vaak veroorzaakt door virussen of genetische mutaties, wat leidt tot ongecontroleerde celgroei en potentieel kanker. | | Virion | Een volledig gevormd virusdeeltje, bestaande uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel (capside) en soms een lipideomhulsel. | | Gramkleuring | Een differentiële kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de samenstelling van hun celwand. Grampositieve bacteriën kleuren blauw, terwijl gramnegatieve bacteriën rood kleuren. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een cruciaal bestanddeel vormt van de celwand van de meeste bacteriën. De dikte en structuur ervan bepalen de gramkleurbaarheid. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Complexe moleculen die een belangrijk onderdeel vormen van de buitenste membraan van gramnegatieve bacteriën. LPS kan een krachtige ontstekingsreactie in de mens veroorzaken en wordt ook wel endotoxine genoemd. | | Mycolzuren | Lange vetzuurketens die kenmerkend zijn voor de celwand van mycobacteriën. Deze componenten dragen bij aan de resistentie van de bacterie tegen omgevingsfactoren en celulaire verdedigingsmechanismen. | | Fagolysosoom | Een intracellulair compartiment dat ontstaat wanneer een fagosoom (een blaasje dat een opgenomen deeltje bevat) fuseert met een lysosoom. Dit is de locatie waar veel micro-organismen door macrofagen worden afgebroken. | | Cytokines | Kleine eiwitten die door immuuncellen worden uitgescheiden en communiceren tussen cellen van het immuunsysteem. Ze spelen een cruciale rol in het reguleren van ontstekingsreacties en immuunresponsen. | | Bacterieel genoom | Het complete genetische materiaal van een bacterie, meestal bestaande uit één circulair dubbelstrengs DNA-molecuul. Het bevat alle genen die nodig zijn voor de levensvatbaarheid en functie van de bacterie. | | Plasmiden | Kleine, circulaire DNA-moleculen die buiten het hoofdchomosoom van een bacterie voorkomen. Plasmiden kunnen genen bevatten die extra voordelen bieden, zoals antibioticaresistentie of de productie van toxines. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen een celkern en andere membraangebonden organellen bevatten. Dit omvat dieren, planten, schimmels en protozoa, in tegenstelling tot prokaryoten zoals bacteriën. | | Prokaryoten | Organismen met cellen die geen celkern of membraangebonden organellen hebben. Bacteriën en archaea zijn voorbeelden van prokaryoten. | | miRNA (microRNA) | Kleine niet-coderende RNA-moleculen die een belangrijke rol spelen bij de regulatie van genexpressie door de translatie van messenger-RNA te beïnvloeden. | | Long noncoding RNA's | Lange RNA-moleculen die niet coderen voor eiwitten, maar betrokken zijn bij diverse cellulaire processen, waaronder de regulatie van genexpressie. | | Genoom | Het complete DNA-pakket van een organisme, inclusief alle genen. De grootte en samenstelling van het genoom variëren sterk tussen verschillende soorten. | | Kapsel | Een buitenste laag van polysachariden rond de celwand van sommige bacteriën. Het kapsel beschermt de bacterie tegen fagocytose en andere afweermechanismen van de gastheer. | | Flagellen | Zweepachtige aanhangsels die bacteriën gebruiken voor beweging. De aanwezigheid en structuur van flagellen kunnen variëren tussen verschillende bacteriesoorten. | | Fimbriae | Korte, haarachtige structuren aan het oppervlak van bacteriën die worden gebruikt voor adhesie aan gastheercellen of andere oppervlakken. Ze spelen een belangrijke rol bij kolonisatie en infectie. | | Adhesiemoleculen | Moleculen op het oppervlak van bacteriën die ervoor zorgen dat ze zich hechten aan specifieke receptoren op gastheercellen of andere oppervlakken, wat essentieel is voor kolonisatie en infectie. | | Virulentiefactoren | Factoren die bijdragen aan de pathogeniteit van een bacterie. Dit kan variëren van structuren voor adhesie en invasie tot de productie van toxines. | | Humorale immuniteit | Een onderdeel van het immuunsysteem dat wordt gemedieerd door antilichamen, geproduceerd door B-cellen. Antilichamen kunnen pathogenen neutraliseren, hun fagocytose bevorderen of het complement-systeem activeren. | | Sporen | Een ruststadium van bepaalde bacteriën dat hen beschermt tegen extreme omgevingsomstandigheden zoals hitte, uitdroging en straling. Sporen zijn metabolisch inactief, maar kunnen onder gunstige omstandigheden ontkiemen tot vegetatieve cellen. | | Metabolisme | De biochemische processen die plaatsvinden in een organisme om energie te produceren en essentiële moleculen op te bouwen en af te breken. | | Metabolieten | Stoffen die worden geproduceerd of verbruikt tijdens het metabolisme. Dit kunnen zowel tussenproducten als eindproducten van biochemische reacties zijn. | | Fermentatie | Een anaeroob metabool proces waarbij bacteriën organische stoffen omzetten in energie, vaak met de productie van alcohol, zuren of gassen. Dit proces wordt gebruikt in de voedingsindustrie en voor de productie van diverse producten. | | Sepsis | Een levensbedreigende aandoening die ontstaat wanneer de reactie van het lichaam op een infectie schade toebrengt aan de eigen weefsels en organen. Vaak veroorzaakt door bacteriële infecties. | | Celdeling | Het proces waarbij een bacterie zich voortplant door zich te splitsen in twee identieke dochtercellen. Dit is de primaire vorm van reproductie bij bacteriën. | | Lag fase | De initiële fase van een bacteriële groeicurve waarin de bacteriën zich aanpassen aan een nieuwe omgeving en hun metabolische activiteit en genexpressie aanpassen voordat de actieve groei begint. | | Stationaire fase | Een fase in de bacteriële groeicurve waarin de groei van de populatie stopt, omdat de beschikbare voedingsstoffen uitgeput raken of toxische bijproducten zich ophopen. | | Afsterven | De fase in de bacteriële groeicurve die volgt op de stationaire fase, waarin het aantal afstervende bacteriën groter is dan het aantal nieuwe cellen dat wordt gevormd. | | Zuurtegraad (pH) | Een maat voor de zuurgraad van een oplossing. Veel bacteriën zijn gevoelig voor veranderingen in pH en hebben specifieke pH-bereiken nodig voor optimale groei. | | Osmotische druk | De druk die nodig is om de instroom van water in een cel te voorkomen door osmose. Variaties in osmotische druk kunnen invloed hebben op bacteriële groei en overleving. | | Capnofiel | Bacteriën die beter groeien in een omgeving met een verhoogde concentratie koolstofdioxide ($CO_2$). Dit is relevant voor de kweek en identificatie van bepaalde soorten. | | Obligaat aeroob | Micro-organismen die zuurstof nodig hebben om te groeien. Ze gebruiken zuurstof als terminale elektronenacceptor in hun ademhalingsketen. | | Facultatief anaeroob | Micro-organismen die zowel in aanwezigheid van als in afwezigheid van zuurstof kunnen groeien. Ze kunnen hun metabolisme aanpassen aan de beschikbare zuurstof. | | Strikt anaeroob | Micro-organismen die niet kunnen groeien in aanwezigheid van zuurstof; zuurstof is toxisch voor hen. Ze gebruiken vaak andere terminale elektronenacceptoren dan zuurstof. | | Operon regulatie | Een mechanisme voor genexpressie regulatie bij bacteriën, waarbij een groep genen die gerelateerd zijn aan een specifieke functie, samen onder controle staan van één promotor. Dit maakt gecoördineerde expressie mogelijk. | | Signaaltransductie | Het proces waarbij extracellulaire signalen worden omgezet in intracellulaire reacties, die uiteindelijk leiden tot veranderingen in genexpressie of cellulaire activiteit. | | Dormant | Zie "Slapend". | | Planktonisch | Een levensstijl van bacteriën die vrij zwemmen in een vloeibaar medium, in tegenstelling tot bacteriën die zich hechten aan een oppervlak of in een biofilm leven. | | Sesseel | Een levensstijl van bacteriën die zich hechten aan een oppervlak of aan elkaar, wat vaak leidt tot biofilmvorming. | | Persisters | Een fenotype van bacteriële cellen die ongevoelig zijn voor antibiotica door een verlaagde metabolische activiteit. Deze cellen overleven antibiotische behandelingen en kunnen de infectie hernieuwen. | | Bet hedging | Een evolutionaire strategie waarbij een populatie verschillende subpopulaties heeft met verschillende fenotypen, om zo de kans op overleving in wisselende omgevingscondities te vergroten. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen. Bij bacteriën omvat dit de indeling in genera, soorten en stammen op basis van genetische en fenotypische kenmerken. | | Linnaeus | Carl Linnaeus, een Zweedse botanicus, arts en zoöloog die de basis legde voor de moderne taxonomie door zijn systeem van binomiale nomenclatuur te ontwikkelen. | | Ribosomaal RNA (rRNA) | RNA-moleculen die een integraal onderdeel vormen van ribosomen, de cellulaire machinerie voor eiwitsynthese. De sequentie van 16S rRNA is zeer nuttig voor taxonomische classificatie van bacteriën. | | 16S rRNA | Een specifieke subunit van ribosomaal RNA, waarvan de sequentie zeer goed bewaard is gebleven en wordt gebruikt voor de taxonomische indeling en identificatie van bacteriën op verschillende niveaus. | | Conservatieve regio's | Gebieden in een DNA- of RNA-sequentie die weinig variatie vertonen tussen verschillende soorten. Deze regio's zijn vaak essentieel voor de functie en worden traag geëvolueerd. | | Variabele regio's | Gebieden in een DNA- of RNA-sequentie die significante variatie vertonen tussen verschillende soorten. Deze regio's weerspiegelen evolutionaire verschillen en kunnen worden gebruikt voor taxonomische classificatie. | | Genotypische verschillen | Genetische verschillen tussen individuen of stammen van een soort. Deze verschillen liggen in de DNA-sequentie en kunnen leiden tot variaties in fenotypische kenmerken. | | Fenotypische verschillen | Verschillen in waarneembare kenmerken tussen individuen of stammen, die het gevolg zijn van zowel genetische als omgevingsfactoren. | | Pathogenicity islands | Grote DNA-regio's op chromosomen of plasmiden die genen bevatten die bijdragen aan de pathogeniteit van een bacterie, zoals genen voor adhesie, invasie en toxineproductie. | | Transformatie (bacterieel) | Een proces waarbij bacteriën DNA uit hun omgeving opnemen en integreren in hun eigen genoom. Dit kan genetische uitwisseling tussen verschillende soorten mogelijk maken. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht via een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). | | Conjugatie | Een proces van directe cel-op-cel overdracht van genetisch materiaal (meestal plasmiden) tussen bacteriën, vaak aangeduid als "bacterieel seks". | | Transposons | Mobiele genetische elementen die hun positie in het genoom kunnen veranderen. Ze kunnen genen kopiëren en elders integreren, wat bijdraagt aan genetische variatie en evolutie. | | Transfectie | Een techniek die wordt gebruikt om genetisch materiaal (zoals DNA of RNA) in cellen te introduceren, meestal in een laboratoriumomgeving. | | Epidemiologie | De studie van de verspreiding, oorzaken en effecten van ziekten in populaties. Bij bacteriën helpt het bij het traceren van infectiebronnen en uitbraken. | | Serotypering | Een methode om bacteriële stammen te classificeren op basis van hun antigeenstructuren, met name de oppervlakte-antigenen zoals O-, K- en H-antigenen. Dit wordt gedaan met behulp van specifieke antilichamen. | | O-antigen | Het lipopolysacharide (LPS) deel van de buitenste membraan van gramnegatieve bacteriën, dat variabel is en wordt gebruikt voor serotypering. | | K-antigen | Het kapsel-antigeen, een polysacharide laag die sommige bacteriën omgeeft en wordt gebruikt voor serotypering. | | H-antigen | Het flagellair antigeen, geassocieerd met flagellen, de beweeglijke structuren van sommige bacteriën. Wordt gebruikt voor serotypering. | | Serovar | Een variant binnen een bacteriesoort die wordt onderscheiden door specifieke antigeenkenmerken, zoals de O-, K- of H-antigenen. | | Genotypering | Een techniek die wordt gebruikt om de genetische samenstelling van bacteriële stammen te analyseren, vaak met behulp van technieken zoals PCR of DNA-sequencing, om verschillen op moleculair niveau te detecteren. | | Fingerprinting (moleculair) | Een vorm van genotypering waarbij DNA-profielen worden gecreëerd die uniek zijn voor specifieke bacteriestammen, waardoor ze nauwkeurig kunnen worden geïdentificeerd en vergeleken. | | Kloon | Een populatie van genetisch identieke individuen, afkomstig van een enkele voorouder. Bij bacteriën verwijst dit naar stammen die zeer nauw verwant zijn. | | Next Generation Sequencing (NGS) | Een groep technologieën die snelle en efficiënte sequencing van DNA of RNA mogelijk maken, wat een revolutionaire impact heeft gehad op de microbiologie en genetica. | | Whole Genome Sequencing (WGS) | Het bepalen van de volledige DNA-sequentie van een organisme, inclusief alle genen en regulerende elementen. Dit biedt een uitgebreid inzicht in de genetische make-up van bacteriën. |

# Inleiding tot bacteriën en virussen Dit gedeelte introduceert de fundamentele aspecten van bacteriën en virussen, inclusief hun structuur, levenscycli en interactie met het immuunsysteem en antimicrobiële middelen [1](#page=1). ### 1.1 Bacteriën #### 1.1.1 Concepten en aanpassingsvermogen van bacteriën Het concept van 'species' bij bacteriën, hun taxonomie, en de evolutie van artificiële minimale bacteriën naar complexere vormen die afhankelijk van de omgeving specifieke genen activeren, worden behandeld. Bacteriën vertonen een indrukwekkend aanpassingsvermogen, waarbij ze kunnen schakelen tussen hyperactieve, slapende en zelfs tijdelijk "dode" staten, afhankelijk van omgevingsfactoren. Groeiregulatie en specifieke groeivereisten zijn cruciaal voor het begrip van de reactie van bacteriën op antibiotica en hun proliferatie in diverse niches, waaronder exponentiële groei, quorum sensing, biofilmvorming en afhankelijkheid van pH en temperatuur [1](#page=1). #### 1.1.2 Genetische mechanismen van bacteriën Bacteriën beschikken over speciale genetische mechanismen die hen in staat stellen snel te muteren en resistentie en virulentie te ontwikkelen [1](#page=1). ### 1.2 Virussen #### 1.2.1 Definitie en kenmerken van virussen Virussen worden gedefinieerd als obligaat intracellulaire parasieten. Ze zijn infectieus en hebben voor replicatie een gastheercel nodig. Virussen missen een celstructuur en organellen. Hun erfelijk materiaal kan RNA of DNA zijn, enkel- of dubbelstrengs, en ze bezitten één of meer chromosomen, samen met structurele eiwitten, mogelijk enzymen en regulatoren. Dit genetisch materiaal is verpakt in een eiwitmantel, het nucleocapside. Virussen kunnen naakt zijn of een envelop bezitten [2](#page=2). #### 1.2.2 Structuur van een virion Een virion, het infectieuze viruspartikel, bestaat uit een nucleocapside. Het nucleocapside omvat het genetisch materiaal samen met structurele eiwitten en nucleïnezuur-bindende eiwitten, en eventueel enzymen [3](#page=3). * **Naakte virussen:** Het virion bestaat uitsluitend uit een nucleocapside [3](#page=3). * **Virussen met envelop:** Het virion bestaat uit een nucleocapside omgeven door een membraan. Dit membraan bevat vaak glycoproteïnen die als receptoren fungeren, en daaronder bevinden zich matrix-eiwitten [3](#page=3). #### 1.2.3 Grootte en classificatie van virussen Virussen variëren in grootte van ongeveer 20 nanometer (nm) tot 100 nm. Ze zijn aanzienlijk kleiner dan bacteriën, die meestal in het micrometer-bereik vallen [4](#page=4). Het genoom van virussen kan variëren van 3 kilobase (kb) tot meer dan 600 kb, waarbij RNA-virussen over het algemeen kleiner zijn [4](#page=4). Voor medische doeleinden is de classificatie van virussen op basis van hun genoom het meest relevant. Ook de aanwezigheid of afwezigheid van een membraan (envelop) is medisch van belang [6](#page=6). > **Tip:** Bacteriofagen zijn virussen die bacteriën infecteren. Ze kunnen worden gebruikt voor sterilisatie door filtratie, waarbij filters met poriegroottes van 0,45 µm tot 0,2 µm worden ingezet. Deze filters houden ook mycoplasma tegen. Nanofiltratie, met kleinere poriegroottes, kan worden gebruikt om eiwitten uit bloed, zoals stollingsfactoren, virusvrij te maken [4](#page=4). #### 1.2.4 Levenscyclus en interactie met het immuunsysteem De levenscyclus van virussen, inclusief mechanismen zoals integratie in humaan DNA, latentie en oncogene transformatie, wordt toegelicht. Het aangeboren immuunsysteem en medicatie reageren op deze levenscycli [1](#page=1). > **Voorbeeld:** Voorbeelden van virussen die in grootte worden vergeleken met andere biologische entiteiten en objecten zijn weergegeven op schaal. Bekende virussen zoals coronavirus, influenza en bacteriöfaag T4 worden ook genoemd [4](#page=4) [5](#page=5). * * * # Eigenschappen en classificatie van virussen Hier volgt een gedetailleerde samenvatting over de eigenschappen en classificatie van virussen, opgesteld als een examengerichte studiegids. ## 2 Eigenschappen en classificatie van virussen Virussen worden geclassificeerd en gekarakteriseerd op basis van hun structuur, genoomtype, stabiliteit en hoe ze zich vermenigvuldigen en verspreiden. ### 2.1 Structuur van virussen Virussen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdgroepen op basis van hun omhulsel: naakte virussen en enveloppe virussen [7](#page=7) [8](#page=8). #### 2.1.1 Naakte virussen * **Vrijmaking:** Komen vrij door lyse (cellysis) van de geïnfecteerde cel, waarbij de cel sterft [7](#page=7). * **Stabiliteit:** Zijn relatief stabiel tegenover temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging [7](#page=7). * **Gevolgen van stabiliteit:** * Verspreiden zich gemakkelijk [7](#page=7). * Blijven infectieus na uitdroging [7](#page=7). * Overleven passage door de zure maag en basische darminhoud, en komen zo in riolen terecht [7](#page=7). * Humorale immuniteit is vaak voldoende voor bestrijding, omdat geïnfecteerde cellen afsterven, wat minder afhankelijkheid van cytotoxische cellen (CD8 T-cellen, NK-cellen) impliceert [7](#page=7). #### 2.1.2 Enveloppe virussen * **Vrijmaking:** Komen vrij door afsnoering van de geïnfecteerde cel. De cel hoeft hierbij niet noodzakelijk te sterven [8](#page=8). * **Membraan:** Het virale membraan (enveloppe) bevat zowel virale glycoproteïnen als cellulaire eiwitten [8](#page=8). * **Stabiliteit:** Zijn labiel ten opzichte van temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging [8](#page=8). * **Gevolgen van labiliteit:** * Verspreiden zich minder gemakkelijk, typisch via grote druppels, bloed of seksueel contact [8](#page=8). * Zijn niet meer infectieus na uitdroging [8](#page=8). * Overleven passage door het maag-darmkanaal niet [8](#page=8). * Humorale en cellulaire immuniteit zijn beide nodig voor eliminatie, aangezien virussen intracellulair kunnen persisteren. Cytotoxische cellen spelen hierbij een belangrijke rol [8](#page=8). * **Toepassing:** Pathogeen-inactivatie van bloedeiwitten zoals factor VIII kan gemakkelijk worden uitgevoerd met detergenten, wat enveloppe virussen zoals HIV, HCV en HBV effectief deactiveert zonder de eiwitten te beschadigen. Naakte virussen (bv. HAV) zijn hierdoor niet te inactiveren [8](#page=8). ### 2.2 Classificatie van virussen Virussen kunnen worden geclassificeerd op basis van hun genoomtype, waarbij RNA-virussen specifieke kenmerken vertonen [9](#page=9). #### 2.2.1 Genoomtype en mutatie bij RNA-virussen * In tegenstelling tot DNA-virussen is er voor de meeste RNA-virussen geen prototypische sequentie beschikbaar [9](#page=9). * RNA-virussen muteren gemakkelijker dan DNA-virussen. Dit komt door hun replicatieproces, dat afhankelijk is van een viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA-polymerase, welk frequenter fouten maakt bij het kopiëren (heeft geen/amper proofreading --> hoge mutatiesnelheid). Dit kan een evolutionaire aanpassing zijn om variabiliteit te verhogen [9](#page=9). * Er bestaan wel consensussequenties die de meest frequente base per positie weergeven [9](#page=9). * Sommige genoomdelen zijn goed geconserveerd, essentieel voor eiwitfunctie, expressie- of replicatieregulatie, of voor de opvouwing van het genoom [9](#page=9). #### 2.2.2 Quasispecies bij RNA-virussen * Wanneer een persoon geïnfecteerd wordt met een RNA-virus (bv. HIV bij seksuele overdracht), kan het aanvankelijk om één enkel virus gaan [9](#page=9). * Na enkele dagen tot weken ontstaan er de eerste varianten, wat leidt tot een scala aan verschillende virussen (quasispecies) binnen de gastheer [9](#page=9). * Er is één dominante sequentie, maar deze kan worden vervangen door een meer succesvolle variant, bijvoorbeeld door een immuunrespons of het starten van antivirale therapie [9](#page=9). * RNA-virussen zijn doorgaans kleiner in genoomgrootte, muteren makkelijker en kunnen aanleiding geven tot quasispecies (= een populatie van sterk verwante, maar **niet-identieke** genomen) [9](#page=9). #### 2.2.3 Voorbeelden van virale pathogenen De classificatie van virussen kan ook worden weergegeven door middel van groepen, families en de door hen veroorzaakte ziekten bij de mens, gerelateerd aan hun genoomtype [10](#page=10). * **dsDNA:** Poxviridae (variola, molluscum contagiosum), Herpesviridae (herpes simplex, varicella-zoster, Epstein-Barr, cytomegalovirus, HHV6, HHV8), Adenoviridae (respiratoire infecties), Polyomaviridae (nierinfecties, respiratoire ziekten), Papillomaviridae (wratten, genitale carcinomen) [10](#page=10). * **ssDNA:** Anellovirus (onbekend), Parvoviridae (B-19, vijfde ziekte) [10](#page=10). * **Retro:** Hepadnaviridae (hepatitis B), Retroviridae (HIV, HTLV) [10](#page=10). * **dsRNA:** Reoviridae (rotavirus) [10](#page=10). * **ssRNA (-):** Rhabdoviridae (rabiës), Filoviridae (ebola), Paramyxoviridae (parainfluenza, mumps, RSV, mazelen), Orthomyxoviridae (influenza), Bunyaviridae (hantaanvirus), Arenaviridae (lassakoorts), Deltavirus (hepatitis D) [10](#page=10). * **ssRNA (+):** Picornaviridae (polio, rhinovirussen, hepatitis A), Calciviridae (norwalk), Hepevirus (hepatitis E), Astroviridae (gastro-enteritis), Coronaviridae (respiratoire infecties), Flaviviridae (gele koorts, hepatitis C), Togaviridae (oostelijke paardenencefalitis, rubella) [10](#page=10). > **Tip:** Het begrijpen van de stabiliteitseigenschappen van naakte en enveloppe virussen is cruciaal voor het begrijpen van hun transmissieroutes en de effectiviteit van desinfectiemethoden. **Tip:** De hoge muteerbaarheid van RNA-virussen en het ontstaan van quasispecies zijn belangrijke factoren bij de ontwikkeling van vaccins en antivirale therapieën. * * * # Virale levenscyclus De virale levenscyclus beschrijft de reeks stappen die een virus doorloopt om zichzelf te repliceren binnen een gastheercel, inclusief de processen van binding, penetratie, genoomexpressie, replicatie, assemblage en vrijlating van nieuwe virions [12](#page=12). ### 3.1 Algemene stadia van de virale levenscyclus De virale levenscyclus kan worden opgedeeld in verschillende, deels overlappende, stappen die inzicht bieden in hoe virussen functioneren en hoe antivirale medicatie kan ingrijpen [12](#page=12). #### 3.1.1 Adsorptie Adsorptie is de eerste stap waarbij het virus zich bindt aan de gastheercel. Dit gebeurt via een specifieke interactie tussen virale liganden (moleculen op het virusoppervlak) en receptoren op de cel [13](#page=13). * **Receptor-virusligand interactie**: De celreceptoren kunnen koolhydraten, proteïnen of lipiden zijn en fungeren vaak als ionkanalen. De aard van de receptor bepaalt de infecteerbaarheid van de cel; dit wordt ook wel een restrictiefactor genoemd [13](#page=13). * **Receptor specificiteit**: Sommige receptoren komen breed voor, zoals sialinezuur voor het influenzavirus, dat op de meeste cellen aanwezig is. Andere receptoren zijn zeer specifiek en komen slechts op bepaalde celtypes voor, zoals CD4 en co-receptoren CCR5 of CXCR4 voor HIV [13](#page=13). * **Modulatie van infecteerbaarheid**: Mutaties in zowel de receptor als de ligand kunnen de infecteerbaarheid beïnvloeden [13](#page=13). * **Vaccinontwikkeling**: Veel antivirale vaccins werken door de structuur van het virale ligand af te dekken met neutraliserende antistoffen, waardoor binding aan de receptor wordt voorkomen, zoals bij het hepatitis B-vaccin dat een recombinant HBs-antigeen bevat [13](#page=13). #### 3.1.2 Penetratie Nadat het virus zich heeft gebonden, moet het zijn genetisch materiaal in de cel krijgen [14](#page=14). * **Bacteriofagen**: Injecteren hun genoom direct in de bacterie, vaak door de celwand heen [14](#page=14). * **Dierlijke virussen**: Brengen hun genoom binnen via het nucleocapside. Dit kan gebeuren door endocytose, waarbij de cel het virus insluit in een membraanblaasje, of door membraanfusie, waarbij de virale envelop direct versmelt met het celmembraan [14](#page=14). **Voorbeeld: Influenza A virus** [15](#page=15). Het influenzavirus gebruikt hemagglutinine (HA) om zich te binden aan sialinezuurresiduen op het celoppervlak. Na endocytose komt het virus in een zure endosoomomgeving. Protonen die via het M2-kanaal de envelop binnendringen, veroorzaken een conformationele verandering in HA, waardoor de virale envelop fuseert met het endosoommembraan. Hierdoor komt het capside vrij in het cytoplasma. Neuraminidase in de virale envelop voorkomt dat virussen aan elkaar blijven kleven, wat essentieel is voor verspreiding. Behandeling met neuraminidaseremmers of M2-kanaalblokkers kan de infectie remmen [15](#page=15). #### 3.1.3 Expressie en replicatie Dit stadium betreft de uitwerking van het virale genoom en de daaropvolgende vermenigvuldiging ervan. De processen zijn sterk afhankelijk van het type viraal genoom (DNA/RNA, enkel- of dubbelstrengs) [16](#page=16) [17](#page=17). * **Genoomexpressie**: * **DNA-virussen**: Hun genoom wordt meestal tot expressie gebracht in de celkern, net als het gastheergenoom, waarbij dsDNA als template dient. Uitzonderingen zijn pokkenvirussen, die ondanks een dsDNA-genoom in het cytoplasma repliceren en daarvoor specifieke enzymen moeten meebrengen [17](#page=17). * **ssRNA-virussen**: Positief-sense ssRNA-virussen (klasse IV) kunnen direct als mRNA functioneren en worden direct vertaald in eiwitten. Negatief-sense of dsRNA-genomen moeten eerst worden omgezet naar positief-sense RNA dat als mRNA dient. Dit vereist een RNA-afhankelijk RNA-polymerase (RdRP) die het virus zelf moet meebrengen, aangezien deze activiteit niet in menselijke cellen aanwezig is (#page=16, 17) [16](#page=16) [17](#page=17). * **Retrovirussen (klasse VI)**: Hun +streng RNA-genoom ondergaat eerst reverse transcriptie om DNA te vormen, dat vervolgens in het gastheergenoom wordt geïntegreerd [17](#page=17). * **Genoomreplicatie**: * **DNA-virussen**: Repliceren meestal in de celkern met dsDNA als template. Klasse VII-virussen zetten een RNA-kopie van hun genoom in het cytoplasma om naar partieel dsDNA. Pokkenvirussen repliceren eveneens in het cytoplasma [18](#page=18). * **RNA-virussen**: Worden door een viraal gecodeerde RdRP gerepliceerd. Dit kan leiden tot een aanzienlijke amplificatie van virale genomen [18](#page=18). * **Retrovirussen (klasse VI)**: Het geïntegreerde dsDNA-provirus wordt door cellulaire polymerasen afgeschreven tot RNA [18](#page=18). * **Virale PAMPs en immuunrespons**: Virale componenten zoals niet-gemethyleerd CpG-DNA, niet-gecapteerd RNA, en dsRNA kunnen worden herkend door Pattern Recognition Receptors (PRRs) zoals TLRs en RIG-I in de gastheercel, wat leidt tot de productie van interferonen (IFN) (#page=17, 19, 20). Interferonen induceren Interferon Stimulated Genes (ISGs) die antivirale effecten hebben, zoals het remmen van virusbinding, replicatie en vrijlating. Voorbeelden van ISGs zijn IFITM, ISG15, tetherin, cGAS, RNAseL en PKR [17](#page=17) [19](#page=19) [20](#page=20) [21](#page=21). #### 3.1.4 Virion productie (assemblage) Na replicatie worden de virale genomen verpakt in eiwitmantels (capsides) om nieuwe virionen te vormen. Dit proces kan auto-assemblage inhouden, gevolgd door maturatie van het virion [22](#page=22). #### 3.1.5 Vrijlating Nieuwe virionen worden uit de gastheercel verwijderd [23](#page=23). * **Mechanismen**: Vrijlating kan plaatsvinden door 'budding' (uitstulpen van het celmembraan) of door lyse (het openbarsten) van de gastheercel [23](#page=23). * **Belemmeringen voor vrijlating**: Virussen kunnen vast blijven zitten aan de oorspronkelijke cel via receptoren of door interactie met cellulaire eiwitten zoals tetherin. Virussen kunnen dit omzeilen door receptoren te downreguleren, receptoren af te knippen (bv. sialinezuur door neuraminidase bij influenza) of cellulaire afweermechanismen (zoals tetherin bij HIV, ongedaan gemaakt door het viraal eiwit Vpu) te neutraliseren [23](#page=23). * **Cel-naar-cel transmissie**: Virussen kunnen direct van cel naar cel worden overgedragen, wat de blootstelling aan de extracellulaire omgeving en neutraliserende antistoffen minimaliseert [23](#page=23). #### 3.1.6 Cytopathisch effect en titratie De lyse van gastheercellen door virussen kan zichtbaar worden gemaakt als 'plaque forming units' (PFU) of cytopathisch effect (CPE) bij dierlijke virussen. Het meten van het aantal infectieuze virions per volume-eenheid, de titer, is cruciaal voor diagnostiek en onderzoek [33](#page=33). ### 3.2 Specifieke virale levenscycli #### 3.2.1 Lytische levenscyclus van bacteriofagen De lytische cyclus van bacteriofagen verloopt snel en eindigt met het afsterven van de bacterie. Deze fagen kunnen potentieel worden ingezet als antibacteriële therapie, maar resistentieontwikkeling door mutaties in bacteriële receptoren is een uitdaging. In gesynchroniseerde infecties kunnen de replicatiekinetiek en het aantal vrijgelaten infectieuze partikels per cel (burst size) worden gemeten. Er kan onderscheid gemaakt worden tussen vroege (enzymen, regulatoren) en late (capside) eiwitten [24](#page=24) [28](#page=28). #### 3.2.2 Lysogene levenscyclus van temperate bacteriofagen Temperate bacteriofagen kunnen een lysogene cyclus doorlopen waarbij hun genoom wordt geïntegreerd in het bacteriële genoom en wordt doorgegeven aan dochtercellen zonder de gastheercel te beschadigen. Een faag-gereguleerde repressor eiwit onderdrukt de replicatie van de faag. Bij inductie kan de repressor worden afgebroken, waarna de lytische cyclus kan starten. Deze cyclus is belangrijk voor de transductie van genetische elementen zoals antibioticumresistentie en toxines [26](#page=26). #### 3.2.3 Levenscyclus van dierlijke virussen Dierlijke virussen zijn over het algemeen minder complex dan bacteriofagen, omdat ze geen celwand hoeven te penetreren. Ze groeien vaak langzamer door de compartimentalisatie van de kern en het cytoplasma, wat transport tussen deze compartimenten vereist [29](#page=29). * **Herpesvirussen**: Na penetratie en uncoating gaat het dsDNA-genoom naar de kern voor replicatie en packaging. mRNA wordt naar het cytoplasma getransporteerd voor eiwitsynthese, waarna eiwitten met een nucleair lokalisatiesignaal terugkeren naar de kern. Vrijlating vindt plaats via budding door het kernmembraan en vervolgens door het cytoplasma [29](#page=29). * **Influenzavirus (orthomyxovirus)**: Hoewel het een negatief-sense RNA-genoom heeft, vindt de replicatie plaats in de celkern [29](#page=29). #### 3.2.4 Levenscyclus van Hepatitis C Virus (HCV) HCV heeft een positief-sense RNA-genoom dat na vrijlating in het cytoplasma direct wordt vertaald in één groot polyproteïne. Dit polyproteïne wordt deels autocatalytisch verknipt tot structurele (core, E1, E2) en niet-structurele (NS) eiwitten. NS5B is het RNA-afhankelijke RNA-polymerase (RdRP) dat negatief-sense RNA-kopieën aanmaakt, die vervolgens dienen als template voor nieuwe positief-sense RNA-genomen. Deze genomen worden verpakt in nieuwe virions. De replicatie van HCV vindt plaats in de buurt van het membraan van het endoplasmatisch reticulum. De NS-proteasen en het polymerase zijn belangrijke doelwitten voor antivirale therapie [30](#page=30). #### 3.2.5 Levenscyclus van HIV 1. **Ligand-receptor herkenning**: HIV bindt aan de CD4-receptor en een co-receptor (CCR5 of CXCR4) op de cel [31](#page=31). 2. **Fusie en penetratie**: De virale envelop fuseert met het celmembraan, of het virus wordt endocytoseerd en fuseert daarna vanuit een vacuole met het celmembraan, waardoor het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt [31](#page=31). 3. **Reverse transcriptie**: Het virale reverse transcriptase zet het RNA-genoom om in DNA. Dit proces is vaak foutgevoelig [31](#page=31). 4. **Integratie**: Het gevormde dsDNA vormt een pre-integratiecomplex dat door het integrase-enzym (IN) in het gastheergenoom wordt geïntegreerd, met behulp van de LTR (Long Terminal Repeat) sequenties [31](#page=31). 5. **Transcriptie**: Het geïntegreerde provirus wordt door cellulaire polymerasen, via de 5' LTR-promotoractiviteit, afgeschreven tot RNA. Dit proces is foutloos [31](#page=31). 6. **Polyadenylatie en Splicing**: De 3' LTR faciliteert polyadenylatie. Splicing van het RNA is mogelijk [31](#page=31). 7. **Eiwitsynthese en Genoom**: Zowel gespliced als ongespliced RNA codeert voor virale eiwitten. Het ongespliced (full-length) RNA dient tevens als genoom voor nieuwe virions [31](#page=31). 8. **Budding en Vrijlating**: Nieuwe virions worden gevormd door budding aan het celmembraan [31](#page=31). * * * # Detectie en historische ontwikkeling van virologie Dit onderdeel behandelt de historische ontwikkeling van de virologie, met aandacht voor de ontdekking van virussen en de evolutionaire stappen die leidden tot moderne detectiemethoden en technieken [11](#page=11). ### 4.1 Historische ontwikkeling van de virologie De virologie heeft een rijke geschiedenis gekend, gekenmerkt door cruciale ontdekkingen en technologische doorbraken die ons begrip van virussen fundamenteel hebben veranderd. #### 4.1.1 Vroege ontdekkingen en mijlpalen * In de 19e eeuw werden er filtreerbare agentia ontdekt die voldeden aan de postulaten van Koch [11](#page=11). * Net voor de Tweede Wereldoorlog werden de eerste elektronenmicroscoopbeelden van virussen verkregen [11](#page=11). * De studie van bacteriofagen legde de basis voor de moleculaire biologie [11](#page=11). * In 1949 werden virussen voor het eerst gekweekt in celcultuur, met name het poliovirus [11](#page=11). * In 1957 werd Echo virus 9 geïdentificeerd als oorzaak van epidemische meningitis. Later, in 1970, werd reverse transcriptase ontdekt door Baltimore en Temin, waarvoor zij in 1975 de Nobelprijs ontvingen [11](#page=11). * De Amerikaanse president Nixon lanceerde in 1971 de 'War on Cancer', wat een significante impuls gaf aan virologisch onderzoek [11](#page=11). * In 1976 werd de eerste volledige nucleotidensequentie van een genoom voltooid, dat van de RNA-bacteriofaag MS2 (3569 nucleotiden), door Walter Fiers aan de Universiteit Gent [11](#page=11). * In 1978 volgde de eerste volledige nucleotidensequentie van een DNA-genoom, dat van het eukaryote virus SV40 (5244 nucleotiden), eveneens door Walter Fiers [11](#page=11). * De ontdekking van HIV in 1983 leidde tot een tweede grote boost in virologisch onderzoek, wat resulteerde in de Nobelprijs voor de ontdekkers in 2008 [11](#page=11). * In 1994 werd humaan herpesvirus 8 (HHV8), geassocieerd met Kaposi-sarcoom, ontdekt [11](#page=11). * Na de uitbraak van SARS-CoV-1 in 2002 was het genoom na zes maanden bekend en kon een diagnostische test worden ontwikkeld [11](#page=11). * In 2012 werden mutaties in influenza H5N1 ontdekt die overdracht tussen zoogdieren mogelijk maakten [11](#page=11). * Bij de uitbraak van SARS-CoV-2 in 2019 was het genoom na één maand bekend, wat de ontwikkeling van diagnostische tests versnelde [11](#page=11). * In 2024 werden uitbraken van nieuwe mpox-varianten waargenomen [11](#page=11). ### 4.2 Aantonen van virussen De detectie van virussen is een cruciaal aspect binnen de virologie, essentieel voor diagnostiek, onderzoek en het beheersen van virale infecties [11](#page=11) [32](#page=32). * * * ## 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 zonder celkern, die zelfstandig kunnen groeien en zich voortplanten. Ze hebben genetisch materiaal en metabole processen om te overleven. | | Virussen | Obligaat intracellulaire parasieten die zich alleen kunnen repliceren in levende gastheercellen. Ze bestaan uit erfelijk materiaal (RNA of DNA) omgeven door een eiwitmantel. | | Immuunsysteem | Het complexe verdedigingssysteem van een organisme dat ziekteverwekkers, zoals bacteriën en virussen, bestrijdt. Het omvat cellen, weefsels en organen die samenwerken om infecties te voorkomen en te bestrijden. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die gebruikt worden om micro-organismen, zoals bacteriën, schimmels en virussen, te doden of hun groei te remmen. Voorbeelden zijn antibiotica en antivirale middelen. | | Species (bacteriën) | Een taxonomische eenheid die een groep bacteriën beschrijft met vergelijkbare genetische en fenotypische kenmerken. Het concept van een species bij bacteriën kan complex zijn vanwege hun genetische uitwisseling en aanpassingsvermogen. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen op basis van hun gedeelde kenmerken. Dit helpt bij het organiseren en begrijpen van de diversiteit van het leven. | | Artificiële minimale bacterie | Een theoretisch of experimenteel geconstrueerde bacterie die is gereduceerd tot de minimaal benodigde genen voor overleving en replicatie, vaak gebruikt in onderzoek om de essentie van het leven te bestuderen. | | Groeiregulatie | Het proces waarbij de groei en deling van cellen, zoals bacteriën, wordt gecontroleerd en aangepast aan de omgevingsomstandigheden. Dit omvat mechanismen zoals exponentiële groei en quorum sensing. | | Exponentiële groei | Een groeimodel waarbij de populatie van een organisme, zoals bacteriën, met een constante snelheid toeneemt, resulterend in een exponentiële stijging over tijd. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme dat bacteriën gebruiken om de dichtheid van hun populatie te detecteren en hun gedrag hierop aan te passen, zoals de vorming van biofilms. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen die ingekapseld is in een zelfgeproduceerde matrix van polymeerstoffen, wat hechting aan oppervlakken bevordert en bescherming biedt. | | Muteren | Het proces waarbij veranderingen optreden in de genetische code van een organisme. Mutaties kunnen spontaan voorkomen of worden geïnduceerd door externe factoren. | | Resistentie | Het vermogen van een organisme, zoals een bacterie, om te overleven en te gedijen ondanks de aanwezigheid van een stof die normaal gesproken schadelijk is, zoals een antibioticum. | | Virulentie | De mate waarin een ziekteverwekker, zoals een virus of bacterie, in staat is om schade aan te richten in de gastheer en ziekte te veroorzaken. | | Levenscyclus van virussen | De reeks gebeurtenissen die een virus doorloopt vanaf de infectie van een gastheercel tot de productie van nieuwe virusdeeltjes en hun vrijlating. | | Aangeboren immuunsysteem | Het eerste verdedigingsmechanisme van het lichaam tegen infecties, dat snel reageert met algemene afweermechanismen. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij het genetisch materiaal van een virus wordt ingebouwd in het DNA van de gastheercel, wat kan leiden tot langdurige infecties of transformatie van de cel. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarin ze zich niet actief vermenigvuldigen en geen symptomen veroorzaken, maar wel aanwezig blijven in de gastheercel. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij een virus cellen verandert op een manier die kan leiden tot de ontwikkeling van kanker, door de normale regulatie van celgroei en deling te verstoren. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme dat uitsluitend binnenin levende cellen kan overleven en zich vermenigvuldigen, en dat niet kan bestaan of reproduceren zonder een gastheercel. | | Infectieus | Het vermogen van een organisme of stof om een infectie te veroorzaken door het binnendringen en zich vermenigvuldigen in een gastheer. | | Genoom | Het volledige erfelijk materiaal van een organisme, bestaande uit al het DNA of RNA. | | Nucleocapside | De combinatie van het virale genetisch materiaal (DNA of RNA) en de eiwitmantel (capside) die het omgeeft. | | Virion | Een compleet virusdeeltje dat bestaat uit een nucleocapside en, indien aanwezig, een buitenste envelop. | | Enveloppe (viraal) | Een buitenste membraanlaag rond het nucleocapside van sommige virussen, afkomstig van de gastheercelmembraan, vaak met virale glycoproteïnen. | | Glycoproteinen | Eiwitten waaraan koolhydraatketens zijn gebonden. In virussen spelen ze vaak een rol bij de binding aan de gastheercelreceptor. | | Classificatie (viraal) | Het indelen van virussen in groepen op basis van gemeenschappelijke kenmerken, zoals het type genoom (RNA of DNA, enkel- of dubbelstrengs), structuur (met of zonder enveloppe) en replicatiemechanisme. | | Structuur van een virion | De architectonische opbouw van een virusdeeltje, bestaande uit genetisch materiaal, een eiwitmantel (capside) en eventueel een buitenste envelop met glycoproteïnen. | | Naakte virussen | Virussen die geen envelop bezitten; hun virion bestaat enkel uit een nucleocapside. | | Virussen met enveloppe | Virussen die een buitenste membraanlaag (enveloppe) hebben die het nucleocapside omgeeft. | | Classificatie op basis van genoom | Een methode om virussen te groeperen op basis van het type nucleïnezuur dat hun genetische materiaal vormt (DNA of RNA) en de structuur daarvan (enkel- of dubbelstrengs). | | Membraan (viraal) | De buitenste envelop van bepaalde virussen, die bestaat uit een lipide dubbellaag met daarin virale eiwitten, waaronder glycoproteïnen. | | Lyse van de cel | Het proces waarbij een cel barst of uiteenvalt, vaak als gevolg van een virale infectie of andere stressfactoren. | | Stabiliteit (viraal) | De mate waarin een virus bestand is tegen omgevingsfactoren zoals temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging. | | Humorale immuniteit | De immuunrespons waarbij antilichamen worden geproduceerd, gericht tegen ziekteverwekkers in lichaamsvloeistoffen. | | Cytotoxische cellen | Immuuncellen, zoals CD8 T-cellen en NK-cellen, die geïnfecteerde of abnormale cellen kunnen herkennen en doden. | | Afsnoering (budding) | Een proces waarbij een virusdeeltje de cel verlaat door zich als een knop van de celmembraan af te scheiden, waarbij het een envelop verkrijgt. | | Labiel | Gevoelig voor afbraak of verandering door omgevingsfactoren zoals temperatuur, pH of detergenten. | | Gastro-intestinale tractus | Het spijsverteringskanaal, van de mond tot de anus, inclusief maag en darmen. | | Celulaire immuniteit | De immuunrespons die wordt gemedieerd door cellen, met name T-cellen, die geïnfecteerde cellen direct aanvallen of de immuunrespons coördineren. | | Pathogeen-inactivatie | Een proces waarbij ziekteverwekkers, zoals virussen, onschadelijk worden gemaakt, bijvoorbeeld door behandeling met chemicaliën of hitte. | | Solvens-detergens methode | Een techniek die wordt gebruikt om virussen met een enveloppe te inactiveren door het gebruik van oplosmiddelen en detergenten, die de lipide envelop beschadigen. | | HAV (Hepatitis A virus) | Een virus dat hepatitis A veroorzaakt, een infectie van de lever. Het is een naakt virus. | | RNA virussen | Virussen waarvan het genetisch materiaal bestaat uit RNA. | | DNA virussen | Virussen waarvan het genetisch materiaal bestaat uit DNA. | | Quasispecies | Een populatie van virussen binnen een gastheer die genetisch sterk op elkaar lijken maar toch significante variaties vertonen, vaak als gevolg van snelle mutaties tijdens de replicatie. | | RNA-afhankelijk RNA polymerase | Een enzym dat wordt gecodeerd door RNA-virussen en dat nodig is om RNA te repliceren. | | Consensus sequenties | Een weergave van de meest voorkomende nucleotide op elke positie in een reeks van verwante genomen, die de typische sequentie van een viruspopulatie weergeeft. | | Fylogenetische boom | Een diagram dat de evolutionaire verwantschap tussen verschillende organismen of genen weergeeft, gebaseerd op hun genetische sequenties. | | Pseudospecies | Een verzameling van nauw verwante virusvarianten binnen een gastheer die een gemeenschappelijke oorsprong delen, maar genetische verschillen hebben ontwikkeld. | | Genoomgrootte | De totale lengte van het genetisch materiaal van een virus, gemeten in basenparen (bp) of kilobasen (kb). | | Partikelgrootte | De fysieke afmetingen van een virusdeeltje, meestal gemeten in nanometers (nm). | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. | | Nanofiltratie | Een filtratietechniek die wordt gebruikt om virussen en andere kleine deeltjes te verwijderen uit oplossingen, door gebruik te maken van membranen met zeer kleine poriën. | | Hepatitis B | Een virale infectie die de lever aantast, veroorzaakt door het Hepatitis B-virus (HBV). | | AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) | Een syndroom veroorzaakt door het humaan immunodeficiëntievirus (HIV), dat het immuunsysteem ernstig verzwakt. | | Levenscyclus | Het volledige proces van groei, reproductie en dood van een organisme. | | Adsorptie | Het proces waarbij een virus zich bindt aan de oppervlakte van een gastheercel via specifieke receptoren. | | Receptor-virusligand interactie | De specifieke binding tussen een molecuul op het virus (ligand) en een molecuul op de cel (receptor), die essentieel is voor de virale infectie. | | Restrictiefactor | Een cellulaire factor die de infectie door een bepaald virus belemmerd of voorkomt. | | Siaalzuur | Een type suiker dat een rol speelt bij de binding van sommige virussen, zoals influenza, aan gastheercellen. | | CD4+ co-receptor CCR5 of CXCR4 | Moleculen op het oppervlak van bepaalde immuuncellen (T-helpercellen) die door HIV worden gebruikt als receptoren voor de celbinnendringing. | | Neutraliserende antistoffen | Antilichamen die de infectie door een virus kunnen voorkomen door de binding van het virus aan de gastheercel te blokkeren. | | Recombinant HBs antigen | Een deel van het oppervlakte-eiwit van het Hepatitis B-virus dat kunstmatig is geproduceerd in een laboratorium en wordt gebruikt in vaccins. | | Penetratiestadium | Het deel van de virale levenscyclus waarin het virus de gastheercel binnendringt. | | Injectie van genoom | Het proces waarbij het genetisch materiaal van een virus direct in de gastheercel wordt geïnjecteerd, zoals bij bacteriofagen. | | Endocytose | Een proces waarbij de celmembraan zich om externe deeltjes heen vouwt, waardoor deze in een vesikel in de cel worden opgenomen. | | Membraanfusie | Het samensmelten van membranen, bijvoorbeeld tussen de virale envelop en de celmembraan, waardoor het virale genoom de cel binnenkomt. | | Uncoating | Het proces waarbij de eiwitmantel van een virus wordt afgebroken, waardoor het genetisch materiaal vrijkomt binnen de gastheercel. | | Hemagglutinine (HA) | Een glycoproteïne op het oppervlak van het influenzavirus dat verantwoordelijk is voor de binding aan sialzuurreceptoren op gastheercellen en voor de fusie van het virale envelop met het endosoommembraan. | | M2 kanaal | Een eiwit in de envelop van het influenzavirus dat een ionenkanaal vormt en essentieel is voor de acidificatie van het virion en de fusie met het endosoommembraan. | | Endosoom | Een blaasje binnen de cel dat ontstaat door endocytose en dat een rol speelt bij het transport en de afbraak van opgenomen materialen. | | Cytoplasma | Het deel van de cel dat zich buiten de kern bevindt, bestaande uit het cytosol en de organellen. | | Capside | De eiwitmantel die het genetisch materiaal van een virus omhult. | | Expressie (viraal genoom) | Het proces waarbij de genetische informatie in het virale genoom wordt omgezet in functionele eiwitten en nieuwe virale deeltjes. | | Replicatie (viraal genoom) | Het proces waarbij kopieën van het virale genoom worden gemaakt. | | Virostatica | Medicijnen die worden gebruikt om virale infecties te behandelen door de replicatie van het virus te remmen. | | PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern) | Moleculaire structuren die typisch zijn voor pathogenen en die door het immuunsysteem worden herkend als tekenen van infectie. | | TLR9 (Toll-like Receptor 9) | Een receptor op immuuncellen die specifiek bacteriële DNA en soms viraal DNA herkent. | | TLR7 | Een receptor op immuuncellen die viraal enkelstrengs RNA herkent. | | RIG-I | Een intracellulaire receptor die viraal RNA herkent en een immuunrespons activeert. | | TLR3 | Een receptor op immuuncellen die viraal dubbelstrengs RNA herkent. | | Dicer | Een enzym dat dubbelstrengs RNA knipt tot kleinere stukken, zoals siRNA. | | siRNA (small interfering RNA) | Kleine RNA-moleculen die een rol spelen bij genregulatie en RNA-interferentie. | | DNA-uiteinden in kern | De uiteinden van DNA-moleculen, die soms herkend kunnen worden door het immuunsysteem als tekenen van virale infectie. | | dsRNA (dubbelstrengs RNA) | RNA dat bestaat uit twee complementaire strengen, vaak geassocieerd met virale genomen. | | RNA zonder 5’cap | Een type viraal RNA dat de typische 5’ cap-structuur mist, wat kan worden herkend als een PAMP. | | Innate immune effector mechanism | De mechanismen van het aangeboren immuunsysteem die worden gebruikt om infecties te bestrijden, zoals de productie van interferonen. | | Interferon (IFN) | Een groep eiwitten die door cellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties, en die de replicatie van virussen remmen en de immuunrespons stimuleren. | | Interferon gestimuleerde genen (ISG) | Genen die worden geactiveerd door interferonen en die een rol spelen bij de antivirale verdediging van de cel. | | IFITM (Interferon Inducible Transmembrane Proteins) | Eiwitten die de virusbinding en -loslating uit het endosoom blokkeren en zo de virusreplicatie remmen. | | ISG15 | Een eiwit dat zich hecht aan andere eiwitten en hun afbraaktijd verkort, wat de antivirale respons versterkt. | | Tetherin | Een cellulair eiwit dat virale partikels aan het celmembraan bindt en de vrijlating ervan voorkomt. | | cGAS (cyclic GMP-AMP cyclase) | Een DNA-sensor die een rol speelt bij de detectie van viraal DNA en de activatie van de immuunrespons. | | RNAseL | Een enzym dat viraal en cellulair RNA afbreekt, wat de virusreplicatie remt. | | PKR (Protein Kinase R) | Een enzym dat de eiwitsynthese in de cel stillegt door de initiatiefactor van de translatie te fosforyleren, wat de virusreplicatie beperkt. | | Virion productie | Het proces waarbij nieuwe virusdeeltjes worden gevormd, inclusief de verpakking van het genoom in het capside en de assemblage tot volwaardige virions. | | Auto-assembly | Het spontane proces waarbij moleculen zich organiseren tot een complexere structuur, zoals het capside van een virus. | | Maturatie | Het proces van ontwikkeling en rijping van een virusdeeltje tot een infectieus stadium. | | Release | Het proces waarbij nieuwe virusdeeltjes de gastheercel verlaten om andere cellen te infecteren. | | Budding | Zie afsnoering. | | Cel-naar-cel transmissie | Een methode van virusverspreiding waarbij virusdeeltjes direct van de ene geïnfecteerde cel naar een naburige cel gaan, vaak via celverbindingen. | | Neutraliserende antilichamen | Zie neutraliserende antistoffen. | | Lytische levenscyclus | Een virale levenscyclus waarbij de gastheercel wordt vernietigd (lyse) na replicatie van het virus. | | Bacteriofaag | Zie bacteriofaag. | | Antibiotherapie | Het gebruik van antibiotica om bacteriële infecties te behandelen. | | Lysogene levenscyclus | Een virale levenscyclus waarbij het virale genoom wordt geïntegreerd in het genoom van de gastheercel (vaak een bacterie) en wordt meegekopieerd bij celdeling, zonder onmiddellijke celdood. | | Temperate bacteriofaag | Een bacteriofaag die zowel een lytische als een lysogene levenscyclus kan doorlopen. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht door een bacteriofaag. | | Kinetiek van replicatie | De snelheid en het tijdsverloop van de virusreplicatie binnen een gastheercel. | | Burst size | Het gemiddelde aantal infectieuze virusdeeltjes dat wordt geproduceerd per geïnfecteerde cel tijdens een lytische cyclus. | | Vroege eiwitten (viraal) | Eiwitten die vroeg in de virale levenscyclus worden geproduceerd en vaak betrokken zijn bij de replicatie van het virale genoom en de regulatie van de cel. | | Late eiwitten (viraal) | Eiwitten die laat in de virale levenscyclus worden geproduceerd en die voornamelijk structurele componenten van nieuwe virusdeeltjes vormen. | | Dierlijk virus | Een virus dat dierlijke cellen infecteert. | | Compartimentalisatie | Het bestaan van verschillende compartimenten of organellen binnen een cel, die specifieke functies uitvoeren en de cellulaire processen reguleren. | | Kern | Het centrale deel van eukaryote cellen dat het genetisch materiaal bevat. | | mRNA (messenger RNA) | Een type RNA dat de genetische code van DNA naar ribosomen transporteert voor eiwitsynthese. | | Eiwitsynthese | Het proces waarbij cellen eiwitten produceren op basis van de genetische informatie in mRNA. | | Nucleair lokalisatie signaal | Een specifieke aminozuursequentie op een eiwit die aangeeft dat het eiwit naar de kern van de cel moet worden getransporteerd. | | Packaging | Het proces waarbij het virale genoom wordt verpakt in een nieuw gevormd capside. | | Budding door nucleair membraan | Het proces waarbij virusdeeltjes de kernmembraan passeren door zich van deze membraan af te snoeren. | | Positief streng RNA genoom | Een RNA-genoom dat direct kan functioneren als mRNA en dus direct kan worden vertaald in eiwitten. | | Startcodon | Een sequentie van nucleotiden (meestal AUG) die het begin van de eiwitsynthese aangeeft op mRNA. | | Stopcodon | Een sequentie van nucleotiden die het einde van de eiwitsynthese aangeeft op mRNA. | | Autocatalytisch | Een proces dat zichzelf katalyseert, zoals de zelfknippende werking van sommige virale eiwitten. | | Structurele eiwitten (viraal) | Eiwitten die onderdeel zijn van de structuur van een virusdeeltje, zoals de eiwitten van het capside en de envelop. | | Niet-structurele eiwitten (viraal) | Eiwitten die door een virus worden geproduceerd maar geen onderdeel zijn van de structuur van het virion, zoals enzymen die nodig zijn voor replicatie of eiwitsplitsing. | | Polymerase RdRP (RNA dependent RNA polymerase) | Een enzym dat RNA kan synthetiseren op basis van een RNA-template. | | Endoplasmatisch reticulum (ER) | Een netwerk van membranen in de cel dat betrokken is bij de synthese, vouwing en transport van eiwitten en lipiden. | | HIV (Humaan Immunodeficiëntievirus) | Een retrovirus dat AIDS veroorzaakt. | | Ligand-receptor herkenning | De specifieke interactie tussen een ligand (bv. op een virus) en een receptor (op een cel) die leidt tot binding en mogelijke infectie. | | Fusie membraan enveloppe | Het samensmelten van de virale envelop met de celmembraan of het endosoommembraan om de cel binnen te dringen. | | Virion in cytoplasma | Een virusdeeltje dat zich in het cytoplasma van de gastheercel bevindt. | | Reverse transcriptase (RT) | Een enzym dat RNA kan omzetten in DNA, karakteristiek voor retrovirussen. | | Pre-integratiecomplex | Een complex van virale componenten dat zich vormt voordat het virale DNA in het genoom van de gastheercel wordt geïntegreerd. | | Integrase (IN) | Een enzym dat virale DNA in het genoom van de gastheercel integreert. | | LTR (Long Terminal Repeat) | Repeterende DNA-sequenties aan de uiteinden van het genoom van retrovirussen, die een rol spelen bij de integratie en transcriptie. | | Provirus | Het virale DNA dat geïntegreerd is in het genoom van de gastheercel. | | Transcriptie | Het proces waarbij een RNA-kopie van een DNA-sequentie wordt gemaakt. | | Polyadenylatie | Het toevoegen van een poly(A)-staart aan het 3’-uiteinde van een mRNA-molecuul, wat belangrijk is voor de stabiliteit en translatie. | | Splicing | Het proces waarbij introns uit een pre-mRNA-molecuul worden verwijderd en exons aan elkaar worden geplakt om een volwassen mRNA te vormen. | | Aantonen van virussen | Methoden en technieken die worden gebruikt om de aanwezigheid van virussen in een monster te detecteren en te identificeren. | | Lyse zichtbaar maken | Het waarnemen van de celvernietiging die wordt veroorzaakt door virale replicatie. | | Plaque forming units (PFU) | Een maat voor het aantal infectieuze virusdeeltjes in een monster, gebaseerd op de vorming van plaques (zones van cellysis) op een celkweek. | | Cytopathisch effect (CPE) | Veranderingen in gastheercellen die zichtbaar zijn onder de microscoop en die worden veroorzaakt door een virale infectie, zoals celvervorming of lysis. | | Hoge titer | Een hoge concentratie van virusdeeltjes in een monster. | | Lage titer | Een lage concentratie van virusdeeltjes in een monster. | | Dilutie virus | Het proces van het verlagen van de concentratie van een virusoplossing door toevoeging van een verdunningsmiddel. |

# Structuur en classificatie van virussen Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van gastheercellen voor replicatie, en hun structuur en classificatie zijn gebaseerd op kenmerken zoals genetisch materiaal, nucleocapside en de aanwezigheid van een enveloppe [2](#page=2). ### 1.1 Algemene kenmerken van virussen Virussen worden gekenmerkt door het feit dat ze geen celstructuur of organellen bezitten. Hun genetisch materiaal kan RNA of DNA zijn, enkel- of dubbelstrengs (ss of ds), en bestaat uit één of meer chromosomen die coderen voor structurele eiwitten, enzymen en regulatoren. Dit genetisch materiaal is verpakt in een eiwitmantel, wat samen het nucleocapside vormt. Virussen kunnen naakt zijn (alleen nucleocapside) of een enveloppe bezitten [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.2 Structuur van een virion Het virion, het infectieuze viruspartikel, bestaat uit verschillende componenten [3](#page=3): * **Nucleocapside:** Dit is de combinatie van het genetisch materiaal (nucleïnezuur) en de structurele eiwitten, inclusief nucleïnezuur-bindende eiwitten en eventuele ingebouwde enzymen [3](#page=3). * **Naakte virussen:** Bij naakte virussen bestaat het virion uitsluitend uit het nucleocapside [3](#page=3). * **Virussen met enveloppe:** Virussen met een enveloppe hebben een nucleocapside dat omgeven is door een membraan. Dit membraan, de enveloppe, bevat vaak glycoproteïnen die fungeren als receptoren voor binding aan gastheercellen, en daaronder bevinden zich matrixeiwitten [3](#page=3). > **Tip:** Het onderscheid tussen naakte en omhulde virussen is belangrijk voor hun stabiliteit, overlevingskansen buiten de cel en de wijze van infectie. ### 1.3 Partikelgrootte en filtratie De grootte van virussen varieert aanzienlijk, van ongeveer 20 nanometer (nm) tot wel 100 nm. De genoomgrootte varieert van 3 kilobase (kb) tot meer dan 600 kb, waarbij RNA-virussen doorgaans kleiner zijn in partikelgrootte [4](#page=4). * **Bacteriële filters:** Filters met poriegroottes van 0,45 µm tot 0,2 µm worden gebruikt voor sterilisatie door filtratie en kunnen ook mycoplasma's tegenhouden [4](#page=4). * **Nanofiltratie:** Specifieke nanofiltratie, met poriegroottes rond de 15 nm, wordt gebruikt om virusvrij maken van eiwitten, zoals stollingsfactoren (FVIII) uit bloed [4](#page=4). ### 1.4 Classificatie van virussen De indeling van virussen is medisch het meest relevant op basis van het type genoom (RNA of DNA, enkel- of dubbelstrengs). Daarnaast is de aanwezigheid of afwezigheid van een membraan (enveloppe) een ander medisch relevant classificatiecriterium [6](#page=6). > **Voorbeelden van virussen qua grootte en type:** > > * Poxvirus [4](#page=4). > * Coronavirus [5](#page=5). > * Influenza virus [5](#page=5). > * Bacteriofaag T4 [5](#page=5). > * Parvovirus B19 [6](#page=6). --- # Eigenschappen en levenscyclus van virussen Virussen zijn obligaat intracellulaire parasieten met een eenvoudige structuur, waarbij hun levenscyclus verschillende fasen doorloopt om zich voort te planten binnen gastheercellen. ## 2. Eigenschappen en levenscyclus van virussen Virussen worden gekenmerkt door hun eenvoudige structuur en hun afhankelijkheid van gastheercellen voor replicatie. Ze kunnen worden onderverdeeld in naakte en ingepakte virussen, elk met specifieke eigenschappen die hun stabiliteit, verspreiding en interactie met het immuunsysteem beïnvloeden. De levenscyclus van een virus omvat een reeks stappen, van aanhechting aan de gastheercel tot de uiteindelijke vrijlating van nieuwe virionen. ### 2.1 Eigenschappen van virussen #### 2.1.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen komen vrij door lyse (celvernietiging) van de geïnfecteerde cel. Ze zijn relatief stabiel tegenover externe factoren zoals temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging. Deze stabiliteit resulteert in een gemakkelijke verspreiding, infectieus blijven na uitdroging, overleven van de zure maag en basische darminhoud, en efficiëntie in rioolwater. Als gevolg hiervan is humorale immuniteit vaak voldoende voor bescherming, omdat de geïnfecteerde cellen afsterven en er minder nood is aan cytotoxische T-cellen of NK-cellen [7](#page=7). #### 2.1.2 Eigenschappen van ingepakte (enveloped) virussen Ingepakte virussen komen vrij door afsnoering van de geïnfecteerde cel, die hierbij niet noodzakelijk sterft. Hun membraan bevat zowel virale als cellulaire glycoproteïnen. Deze virussen zijn labieler en gevoelig voor temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging. Dit leidt tot minder gemakkelijke verspreiding (via grote druppels, bloed of seksueel contact), verlies van infectieus vermogen bij uitdroging, en het niet overleven van de gastro-intestinale tractus. Zowel humorale als cellulaire immuniteit zijn nodig voor eliminatie, aangezien persistentie intracellulair mogelijk is. Een praktische toepassing hiervan is de inactivatie van bloedeiwitten zoals factor VIII met detergenten om virussen zoals HIV, HCV en HBV te verwijderen, zonder de eiwitten zelf te beschadigen. Deze methode is inefficiënt tegen naakte virussen [8](#page=8). #### 2.1.3 RNA-virussen RNA-virussen zijn over het algemeen kleiner in genoomgrootte, muteren gemakkelijker en kunnen aanleiding geven tot quasispecies. Door hun replicatie, die afhankelijk is van een viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA-polymerase, maken ze frequenter fouten bij het overschrijven, wat evolutionair voordelig kan zijn voor het verhogen van variabiliteit. Hoewel er geen prototypische sequenties beschikbaar zijn voor de meeste RNA-virussen, bestaan er consensussequenties die de meest frequente base per positie weergeven. Sommige delen van het genoom zijn goed geconserveerd voor essentiële functies, zoals eiwitfunctie, regulatie van expressie/replicatie, of genoomopvouwing. Vergelijking van sequenties middels algoritmes maakt de ontwikkeling van fylogenetische bomen mogelijk, waarbij de afstand tussen takken een maat is voor diversiteit. Bij infectie, bijvoorbeeld door seksuele overdracht van HIV, kan één virusinitieel worden overgedragen, maar na verloop van tijd ontstaan er diverse varianten (quasispecies) binnen het lichaam [9](#page=9). ### 2.2 Virale levenscyclus De virale levenscyclus kan worden opgedeeld in verschillende stappen, die deels simultaan kunnen verlopen en inzicht geven in de cyclus en aangrijpingspunten voor antivirale medicatie [12](#page=12). #### 2.2.1 Adsorptie Adsorptie is de eerste stap, waarbij de interactie plaatsvindt tussen een receptor op de cel en een virusligand. De receptor op de cel kan een koolhydraat, (glyco)proteïne of (glyco)lipide zijn, vaak gerelateerd aan ionpompen. De receptor bepaalt de infecteerbaarheid van een cel en wordt beschouwd als een restrictiefactor. Sommige receptoren komen breed tot expressie, zoals sialezuur voor het influenzavirus op de meeste cellen terwijl andere beperkt voorkomen op specifieke celtypes, zoals CD4-co-receptoren CCR5 of CXCR4 voor HIV. Mutaties in de receptor of ligand kunnen de infecteerbaarheid moduleren. Antivirale vaccins werken vaak door de structuur van het virus die aan de receptor bindt, af te dekken met neutraliserende antistoffen, zoals het vaccin tegen hepatitis B met recombinant HBs-antigeen [13](#page=13). #### 2.2.2 Penetratie Na adsorptie volgt penetratie, waarbij het virale genoom de cel binnendringt. Bij bacteriofagen wordt het genoom direct in de cel geïnjecteerd door de celwand heen. Dierlijke virussen brengen hun genoom binnen via het nucleocapside, door middel van endocytose of membraanfusie langs de celmembraan [14](#page=14). #### 2.2.3 Uncoating Uncoating is het proces waarbij het virale genoom uit zijn omhulsel (capside of envelop) wordt bevrijd, zodat het toegankelijk wordt voor expressie en replicatie. Dit proces vindt plaats nadat het virus de gastheercel is binnengedrongen. Een schoolvoorbeeld is het influenza virus, dat via endocytose in een zure omgeving terechtkomt, waarna protonen via het M2-kanaal in de envelop de maturatie van hemagglutinine induceren. Dit veroorzaakt een conformationele verandering waardoor de envelop fuseert met het membraan van het endosoom en het capside in het cytoplasma vrijkomt. Medicatie die M2-kanaalblokkers bevat, kan dit proces tegengaan [15](#page=15). #### 2.2.4 Expressie en replicatie Expressie is het proces waarbij de genetische informatie van het virus wordt omgezet in virale eiwitten, en replicatie is de vermenigvuldiging van het virale genoom. De aard en organisatie van het genoom (RNA/DNA, enkel- of dubbelstrengs) bepalen logischerwijs hoe de replicatie en expressie plaatsvinden, wat belangrijke medische implicaties heeft voor therapie, resistentiemechanismen en persistentie [16](#page=16) [17](#page=17). * **DNA-virussen:** Het genoom komt meestal tot expressie in de celkern, vergelijkbaar met het gastheegenoom, met dsDNA als template. Partieel dsDNA (klasse VII) of ssDNA (klasse II) wordt eerst omgezet naar dsDNA. Uitzonderingen zijn pokkenvirussen die, ondanks een dsDNA-genoom, in het cytoplasma blijven en eigen enzymen meebrengen die normaal nucleair zijn. Replicatie van DNA-virussen vindt meestal plaats in de kern, met dsDNA als template. Klasse VII-virussen zetten een RNA-kopie van het genoom in het cytoplasma om naar partieel dsDNA [17](#page=17) [18](#page=18). * **RNA-virussen:** * **Positief-sense enkelstrengs RNA (+ssRNA, klasse IV):** Kan direct functioneren als mRNA en eiwitten produceren [17](#page=17). * **Negatief-sense enkelstrengs RNA (-ssRNA) en dubbelstrengs RNA (dsRNA):** Moeten eerst (deels) worden overgeschreven naar positief-sense RNA dat als mRNA dient. Hiervoor is een RNA-afhankelijk RNA-polymerase nodig dat in het virion verpakt moet zijn, omdat dit enzym niet in menselijke cellen aanwezig is voor dit doel. Het genoom wordt door een nieuw aangemaakt, viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA-polymerase overgeschreven, wat kan leiden tot grote amplificatie [17](#page=17) [18](#page=18). * **Retrovirussen (+ssRNA, klasse VI):** Het genoom wordt na uncoating niet direct vertaald, maar eerst omgezet naar DNA via reverse transcriptie en vervolgens geïntegreerd in het gastheercelgenoom als dsDNA. Dit dsDNA proviraal genoom wordt door cellulaire polymerasen overgeschreven [17](#page=17) [18](#page=18). **Virusspecifieke structuren als aangrijpingspunt voor antivirale middelen:** Verschillende virale componenten worden herkend door het immuunsysteem als 'danger signals' of PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) [17](#page=17) [19](#page=19): * dsRNA: herkend door TLR3 (endosoom) en RIG-I. Wordt door Dicer verknipt tot siRNA [17](#page=17). * RNA zonder cap in cytoplasma: PAMP voor RIG-I [17](#page=17). * DNA in endosoom (ongemethyleerd CpG): PAMP voor TLR9 [17](#page=17). * ssRNA in endosoom: PAMP voor TLR7 [17](#page=17). * DNA-uiteinden in de celkern lijken op dubbelstrengs DNA-breuken [18](#page=18). Naast membraanreceptoren (TLR3) zijn er ook cytoplasmatische receptoren zoals RIG-I en inflammasomen. Er zijn ook membraan- (TLR9) en cytoplasmatische DNA-receptoren [19](#page=19). #### 2.2.5 Innate immuunrespons: Interferon-gestimuleerde genen (ISG) Pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen (PAMPs) triggeren receptoren (bv. TLRs), die de productie van interferonen (IFN) aanzetten. Type I en type III interferonen induceren de expressie van Interferon-Stimulated Genes (ISG's). Deze ongeveer 300 genen zijn gericht op het blokkeren van virusreplicatie en zijn actief tegen zowel RNA- als DNA-virussen [20](#page=20) [21](#page=21). Voorbeelden van ISG's: * **Interferon-inducible transmembrane proteins (IFITM):** Blokkeren virusbinding en de vrijlating van het virus uit het endosoom [21](#page=21). * **ISG15:** Een ubiquitine-achtig proteïne dat zich aan andere proteïnen bindt (ISG-ylatie), waardoor hun afbraaktijd verkort wordt [21](#page=21). * **Tetherin:** Voorkomt de vrijlating van virussen van het celmembraan. Bij HIV wordt dit effect ongedaan gemaakt door het virale eiwit Vpu [21](#page=21) [23](#page=23). * **cGAS (cyclic GMP-AMP synthase):** Een DNA-sensor die RNA- en DNA-virusreplicatie blokkeert [21](#page=21). * **RNAseL:** Knipt viraal en cellulair RNA [21](#page=21). * **PKR (Protein Kinase R):** Fosforyleert de eukaryote translatie-initiatiefactor EIF2A, wat de eiwitsynthese stillegt [21](#page=21). #### 2.2.6 Virion productie Dit stadium omvat de verpakking van het virale genoom in het capside, wat leidt tot de vorming van een nucleocapside. Vaak vindt dit proces plaats via auto-assemblage, gevolgd door de maturatie van het virion [22](#page=22). #### 2.2.7 Release De vrijlating van virions gebeurt door middel van budding (afsnoering) of lyse van de gastheercel. De vrijlating kan belemmerd worden doordat het virus aan de producerende cel blijft kleven, hetzij aan receptoren (waarvoor evolutionaire oplossingen zoals receptor-downregulatie of afknippen, bv. sialezuur door neuraminidase bij influenza, bestaan) hetzij aan tetherin, een interferon-geïnduceerde celreceptor die virale partikels aan het membraan bindt [23](#page=23). Nieuwe cycli van infectie starten wanneer vrijgekomen of celgebonden virussen een volgende cel infecteren. Cel-naar-cel transmissie is een belangrijke overdrachtswijze, waarbij het virus relatief beschermd is tegen neutraliserende antistoffen vanwege de beperkte blootstelling aan het extracellulaire milieu [23](#page=23). #### 2.2.8 Lytische levenscyclus (bacteriofaag) De lytische levenscyclus van een bacteriofaag is snel en resulteert in het afsterven van de bacterie. Dit mechanisme is interessant voor potentieel gebruik als antibiotherapie, hoewel resistentie kan ontstaan door mutaties in de bacteriële receptor voor het virus [24](#page=24). #### 2.2.9 Temperate bacteriofaag (lysogene levenscyclus) De lysogene levenscyclus maakt overdracht van de faag naar dochtercellen mogelijk zonder directe schade aan gastheercellen. Een repressor-eiwit van de faag wordt tot expressie gebracht, wat de replicatie van de faag onderdrukt. Bij inductie wordt de repressor afgebroken. Dit mechanisme is belangrijk voor de transductie van antibioticaresistentie en toxines, en kan geïnduceerd worden door antibiotische stress [26](#page=26). #### 2.2.10 Bacteriofaag levenscyclus kinetiek In een gesynchroniseerde infectie kan de kinetiek van replicatie (soms binnen een half uur) en het aantal vrijgelaten infectieuze partikels per geïnfecteerde cel (burst size) gemeten worden. Er wordt onderscheid gemaakt tussen vroege (enzymen, regulatoren) en late (capside) eiwitten tijdens de expressie [28](#page=28). #### 2.2.11 Dierlijk virus levenscyclus Dierlijke virussen zijn vaak minder complex dan bacteriofagen omdat ze geen celwand hoeven te penetreren. Ze groeien trager door compartimentalisatie van kern en cytoplasma, wat heen-en-weer transport vereist [29](#page=29). * **Herpesvirussen:** Na penetratie en uncoating gaat het dsDNA-genoom naar de kern voor replicatie en packaging. mRNA wordt naar het cytoplasma getransporteerd voor eiwitsynthese, waarna eiwitten met een nucleair lokalisatiesignaal terug naar de kern worden getransporteerd voor packaging. Budding gebeurt door het nucleaire membraan en opnieuw in het cytoplasma, gevolgd door release [29](#page=29). * **Influenza (orthomyxovirus):** Dit is een negatief-sense RNA-virus, maar de replicatie vindt plaats in de kern [29](#page=29). #### 2.2.12 Expressie en replicatie van HCV Het Hepatitis C virus (HCV) heeft een positief-sense RNA-genoom dat na vrijlating in het cytoplasma wordt omgezet in één eiwit, dat vervolgens wordt verknipt tot structurele (core, E1, E2) en niet-structurele (NS) eiwitten. NS5B is het RNA-afhankelijk RNA-polymerase (RdRP) dat negatief-sense kopieën aanmaakt, waarop nieuwe positief-sense kopieën worden gesynthetiseerd voor packaging in nieuwe virions. De NS-proteasen en het polymerase zijn aangrijpingspunten voor antivirale medicatie. De replicatie van HCV vindt plaats bij het membraan van het endoplasmatisch reticulum [30](#page=30). #### 2.2.13 HIV levenscyclus De levenscyclus van HIV omvat ligand-receptorherkenning en fusie van de envelopmembraan met de cellulaire membranen, waardoor het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt (vaak via endocytose met vorming van een vacuole gevolgd door membraanfusie). In het cytoplasma zet het reverse transcriptase (RT) het RNA-genoom om naar DNA, waarbij vaak fouten optreden. Het dsDNA vormt een pre-integratiecomplex dat door integrase wordt geïntegreerd in het gastheergenoom, met rol voor de LTR's (Long Terminal Repeats). Transcriptie van het provirus gebeurt door cellulaire polymerasen, gemedieerd door de 5' LTR promotoractiviteit (foutloos). Polyadenylatie vindt plaats via de 3' LTR poly-A activiteit, en splicing is mogelijk. Gespliced en ongespliced RNA codeert voor eiwitten, waarbij het ongesplicede (full-length) RNA ook dient als genoom. Budding vindt plaats ter hoogte van het celmembraan [31](#page=31). #### 2.2.14 Aantonen van virussen Het aantonen van virussen kan gebeuren door het zichtbaar maken van lyse, zoals plaque-vormende eenheden bij dierlijke virussen en cytopathisch effect. Dit kan door middel van verdunningen van het virus en het observeren van plaques [33](#page=33). --- # Virale genomen en hun classificatie De indeling van virussen op basis van hun genoom is medisch het meest relevant. Naast het type genoom is ook het al dan niet aanwezig zijn van een membraan medisch relevant [6](#page=6). ### 3.1 Genoomtypen en hun classificatie Virussen kunnen worden geclassificeerd op basis van de aard van hun genetisch materiaal, dat bestaat uit DNA of RNA, en of dit enkelstrengs of dubbelstrengs is. #### 3.1.1 RNA virussen RNA-virussen maken, in tegenstelling tot DNA-virussen, vaker fouten tijdens replicatie omdat deze afhankelijk is van een viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA polymerase. Dit kan evolutionair voordelig zijn voor het verhogen van variabiliteit. Hoewel er geen prototypische sequenties van de meeste RNA-virussen beschikbaar zijn, bestaan er wel consensussequenties die de meest frequente base per positie weergeven. Bepaalde sequenties zijn goed geconserveerd en essentieel voor de functie van eiwitten, regulatie van expressie of replicatie, of voor de opvouwing van het genoom [9](#page=9). Vergelijking van sequenties met behulp van algoritmen maakt het mogelijk om fylogenetische bomen te ontwikkelen, waarbij de afstand tussen takken de diversiteit aangeeft en zo species en types kunnen worden geïdentificeerd. Wanneer een persoon geïnfecteerd wordt, kan dit aanvankelijk om één enkel overgedragen virus gaan. Na verloop van tijd ontstaan er echter verschillende varianten binnen het lichaam, wat leidt tot een reeks van verschillende virussen die als quasispecies worden aangeduid. Hoewel er één dominante sequentie is, kan deze worden vervangen door een meer succesvolle variant, bijvoorbeeld door een immuunrespons of bij aanvang van antivirale therapie [9](#page=9). RNA-virussen hebben over het algemeen een kleiner genoom, muteren gemakkelijker en kunnen aanleiding geven tot quasispecies in vergelijking met DNA-virussen [9](#page=9). #### 3.1.2 Voorbeelden van humane pathogenen per genoomtype De volgende tabel illustreert verschillende families van virussen, hun genoomtype en voorbeelden van humane pathogenen die zij veroorzaken: | Groep | Familie | Humane pathogenen (ziekte) | |------------|-----------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | dsDNA | Poxviridae | Variola (pokken); Orf (pustulaire dermatitis); Molluscum contagiosum (pustulaire dermatitis) | | | Herpesviridae | Herpes simplex 1,2 (orale, genitale herpes); Varicella-zoster (waterpokken); Epstein-Barr (mononucleosis); Cytomegalovirus (neonatale afwijkingen); HHV6 (roseola); HHV8 (Kaposi's sarcoom) | | | Adenoviridae | Adenovirus (respiratoire infectie, conjunctivitis) | | | Polyomaviridae | Polyomavirus (goedaardige nierinfectie, respiratoire ziekte, leukoencephalopathie) | | | Papillomaviridae| Papillomavirus (wratten, genitale kanker) | | ssDNA | Anellovirus | Onbekend | | | Parvoviridae | B-19 (vijfde ziekte, foetale sterfte) | | Retro | Hepadnaviridae | Hepatitis B ("serum" hepatitis) | | | Retroviridae | HIV (aids); HTLV (leukemie) | | dsRNA | Reoviridae | Rotavirus (kinderlijke gastro-enteritis) | | ssRNA (-) | Rhabdoviridae | Rabiesvirus (hondsdolheid) | | | Filoviridae | Ebolavirus (ebola) | | | Paramyxoviridae | Parainfluenzavirus (respiratoire infectie); Bofvirus (bof); Respiratoir syncytiaal virus (respiratoire infectie); Mazelenvirus (mazelen) | | | Orthomyxoviridae| Influenzavirus (influenza) | | | Bunyaviridae | Hantaanvirus (hemorragische koorts met renale syndroom) | | | Arenaviridae | Lassa-koortsvirus (hemorragische koorts) | | | Deltavirus | Hepatitis D (fulminante acute hepatitis) | | ssRNA (+) | Picornaviridae | Poliovirus (polio), rhinovirus (URI), Hepatitis A ("infectieuze" hepatitis) | | | Calciviridae | Norwalk (gastro-enteritis) | | | Hepevirus | Hepatitis E (acute hepatitis) | | | Astroviridae | Astrovirus (gastro-enteritis) | | | Coronaviridae | Coronavirus (respiratoire infectie) | | | Flaviviridae | Gelekoortsvirus (gele koorts); Hepatitis C (hepatitis) | | | Togaviridae | Oostelijke paardensefalitisvirus (encefalitis); Rubellavirus (rubella) | --- # Historische ontwikkeling en detectie van virussen Dit onderwerp belicht de evolutionaire reis van de virologie, van de vroege ontdekkingen van onzichtbare ziekteverwekkers tot de geavanceerde technieken die vandaag de dag gebruikt worden voor virusdetectie en onderzoek. ### 4.1 Historische mijlpalen in de virologie De geschiedenis van de virologie kent een reeks cruciale ontdekkingen die ons begrip van deze microscopische entiteiten hebben gevormd. #### 4.1.1 Vroege ontdekkingen en de Koch-postulaten In de 19e eeuw werd het bestaan van "filtreerbare agentia" ontdekt die de principes van Koch's postulaten leken te volgen. Dit was een vroege indicatie dat er ziekteverwekkers bestonden die kleiner waren dan bacteriën en niet zichtbaar waren met de lichtmicroscoop [11](#page=11). #### 4.1.2 Electronenmicroscopie en celkweek Net voor de Tweede Wereldoorlog werden de eerste beelden van virussen verkregen met behulp van de elektronenmicroscoop. Een andere significante doorbraak was de ontwikkeling van celcultuurtechnieken, waardoor virussen gekweekt konden worden. De kweek van het poliovirus in celcultuur in 1949 was hierin een belangrijke stap [11](#page=11). #### 4.1.3 Moleculaire biologie en virussen De studie van bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren) legde een fundamentele basis voor de moleculaire biologie. Een belangrijke ontdekking was die van het reverse transcriptase in 1970, waarvoor David Baltimore en Howard Temin in 1975 de Nobelprijs ontvingen. De ontdekking van het HIV-virus in 1983 stimuleerde virologisch onderzoek aanzienlijk en leidde tot de Nobelprijs voor de ontdekkers in 2008 [11](#page=11). #### 4.1.4 Genoomsequentie en de rol van Walter Fiers Een revolutionaire prestatie was de eerste volledige nucleotidensequentie van een genoom, die in 1976 werd voltooid door Walter Fiers van de Universiteit Gent. Het betrof de RNA-bacteriofaag MS2 met 3569 nucleotiden. In 1978 volgde de sequentie van een DNA-genoom afkomstig van een eukaryoot virus, SV40, met 5244 nucleotiden [11](#page=11). #### 4.1.5 Virussen in volksgezondheid en onderzoek De "War on Cancer" campagne, gelanceerd door president Nixon in de VS in 1971, zorgde voor een impuls in virologisch onderzoek. De ontdekking van humaan herpesvirus 8 (HHV8) in 1994, geassocieerd met het Kaposi-sarcoom, illustreert de link tussen virussen en bepaalde kankers. De snelle identificatie van het genoom van SARS-CoV-1 in 2002 binnen zes maanden, inclusief de ontwikkeling van een diagnostische test, toonde de vooruitgang in moleculaire technieken. Verder onderzoek in 2012 naar mutaties in influenza H5N1 die overdracht tussen zoogdieren mogelijk maken, en de ongekend snelle genoomidentificatie van SARS-CoV-2 in 2019, gevolgd door een diagnostische test, benadrukken de huidige capaciteit om snel te reageren op nieuwe virale bedreigingen. Recentelijk, in 2024, waren er uitbraken van een nieuwe mpox-variant [11](#page=11). ### 4.2 Detectie van virussen De detectie van virussen is essentieel voor diagnose, epidemiologisch onderzoek en de ontwikkeling van antivirale strategieën. Diverse methoden worden hiervoor ingezet, variërend van directe observatie tot moleculaire technieken [32](#page=32). #### 4.2.1 Methoden voor virusaantonen * **Electronenmicroscopie:** Biedt directe beelden van virusdeeltjes, maar is arbeidsintensief en vereist gespecialiseerde apparatuur [11](#page=11). * **Celkweek:** Virussen worden gekweekt in levende cellen om hun aanwezigheid te detecteren, vaak door cytopathische effecten te observeren [11](#page=11). * **Serologische tests:** Detecteren antistoffen die het immuunsysteem tegen het virus heeft aangemaakt, wat indirect bewijs levert van een infectie [32](#page=32). * **Moleculaire methoden:** Zoals PCR (Polymerase Chain Reaction) en sequencing, detecteren specifiek viraal genetisch materiaal (RNA of DNA). Deze methoden zijn zeer gevoelig en specifiek [11](#page=11) [32](#page=32). * **Antigeendetectie:** Detecteert specifieke virale eiwitten in klinische monsters [32](#page=32). > **Tip:** De keuze van de detectiemethode hangt af van de fase van de infectie, het type virus, en het beschikbare laboratoriummateriaal. Vroege detectie is cruciaal voor een effectieve behandeling en controle van de verspreiding. --- ## 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 | |------|------------| | Nucleocapside | Dit is het basale deel van een virusdeeltje en bestaat uit het genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door eiwitten. Bij naakte virussen vormt het nucleocapside het complete virion, terwijl het bij virussen met een enveloppe ingesloten is door een membraanlaag. | | Virion | Een volledig infectieus virusdeeltje, bestaande uit het genetisch materiaal (genoom) omhuld door een eiwitmantel (capside) en eventueel een lipideomhulsel (enveloppe). Het is de functionele eenheid van het virus buiten de gastheercel. | | Enveloppe | Een buitenste membraanlaag van sommige virussen, afkomstig van de gastheercelmembraan tijdens het afsnoeringsproces. Deze enveloppe bevat vaak virale glycoproteïnen die een rol spelen bij de interactie met de gastheercel en bevat ook virale en cellulaire eiwitten. | | Naakte virussen | Virussen die geen lipideomhulsel (enveloppe) bezitten. Hun structuur bestaat uitsluitend uit het genetisch materiaal en de eiwitmantel (nucleocapside). Deze virussen zijn vaak stabieler onder invloed van omgevingsfactoren zoals temperatuur en pH. | | Enveloppe virussen | Virussen die wel een lipideomhulsel (enveloppe) bezitten, verkregen uit de gastheercelmembraan tijdens replicatie. Deze enveloppe is vaak gevoelig voor omgevingsfactoren zoals hitte en detergenten, wat invloed heeft op hun verspreidingswijze en overlevingskansen buiten de cel. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme dat alleen kan groeien en zich vermenigvuldigen binnen een levende gastheercel. Virussen zijn hier een klassiek voorbeeld van, aangezien ze de machinerie van de gastheercel nodig hebben voor hun replicatie. | | Genoom | Het volledige genetische materiaal van een organisme of virus, bestaande uit DNA of RNA. Bij virussen kan dit enkelstrengs of dubbelstrengs zijn, en lineair of circulair. De aard van het genoom bepaalt de replicatiestrategie van het virus. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. Bacteriofagen worden gebruikt in onderzoek, met name in de moleculaire biologie, en worden ook onderzocht als potentiële antibacteriële therapie (fagencrytherapie). | | Quasispecies | Een populatie van genetisch nauw verwante, maar niet identieke virusdeeltjes binnen een geïnfecteerde gastheer. Dit fenomeen treedt vaak op bij virussen met een RNA-genoom vanwege hun hoge mutatiesnelheid tijdens replicatie, wat resulteert in aanzienlijke genetische diversiteit. | | Virostatica | Medicijnen die de replicatie van virussen remmen. Deze middelen grijpen specifiek in op verschillende stadia van de virale levenscyclus, zoals virale enzymen of eiwitten die essentieel zijn voor de replicatie. | | Endocytose | Een proces waarbij de cel materiaal uit de omgeving opneemt door het membraan naar binnen te vouwen, waardoor een blaasje (vesikel) ontstaat dat het opgenomen materiaal bevat. Veel virussen maken gebruik van endocytose om de gastheercel binnen te dringen. | | Lyse | Het proces waarbij een cel openbreekt en sterft, vaak veroorzaakt door interne of externe factoren. Bij virussen kan lyse optreden als gevolg van de replicatie en vrijlating van nieuwe virusdeeltjes, wat leidt tot de vernietiging van de gastheercel. | | cDNA | Complementair DNA, een DNA-kopie die gesynthetiseerd wordt uit een RNA-template met behulp van het enzym reverse transcriptase. Retrovirussen, zoals HIV, gebruiken reverse transcriptase om hun RNA-genoom om te zetten in cDNA, dat vervolgens in het genoom van de gastheercel kan worden geïntegreerd. | | Reverse transcriptase | Een enzym dat RNA kan gebruiken als template om een complementaire DNA (cDNA)-streng te synthetiseren. Dit enzym is cruciaal voor retrovirussen, omdat het de omzetting van hun RNA-genoom naar DNA mogelijk maakt, wat vervolgens geïntegreerd kan worden in het gastheer-DNA. |

# Inleiding tot bacteriën en virussen Dit gedeelte introduceert de aard van bacteriën en virussen, met de nadruk op hun interactie met het immuunsysteem en antimicrobiële middelen, en behandelt hun basiskenmerken, classificatie, structuur en eigenschappen [1](#page=1). ### 1.1 Bacteriën: basisconcepten en aanpassingsvermogen Bacteriën worden gekenmerkt door hun aanpassingsvermogen, waarbij ze hun metabolisme en genexpressie kunnen aanpassen aan de omgeving. Dit omvat de concepten van bacteriële soortvorming en de rol van de omgeving bij het activeren van specifieke genen. Bacteriën kunnen variëren van hyperactief tot slapend, of zelfs tijdelijk "inactief", afhankelijk van omgevingsfactoren [1](#page=1). #### 1.1.1 Groei, regulatie en vereisten De groeiregulatie en de vereisten voor bacteriële groei zijn essentieel om te begrijpen hoe bacteriën reageren op antibiotica en hoe ze gedijen in specifieke niches. Belangrijke aspecten hierbij zijn exponentiële groei, quorum sensing, biofilmvorming, en de afhankelijkheid van pH en temperatuur [1](#page=1). #### 1.1.2 Genetische mechanismen Bacteriën hebben genetische mechanismen ontwikkeld die snelle mutatie, en de ontwikkeling van resistentie en virulentie mogelijk maken [1](#page=1). ### 1.2 Virussen: aard, structuur en classificatie Virussen zijn obligaat intracellulaire parasieten die voor replicatie afhankelijk zijn van een gastheercel. Ze hebben geen celstructuur of organellen [2](#page=2). #### 1.2.1 Erfelijk materiaal en structuur Het erfelijk materiaal van virussen kan RNA of DNA zijn (enkel- of dubbelstrengs), in de vorm van één of meer chromosomen. Dit genetisch materiaal wordt verpakt in een eiwitmantel, het nucleocapside. Het virion, het virale deeltje, kan naakt zijn (enkel het nucleocapside) of omgeven door een envelop, een membraan dat vaak glycoproteïnen en matrixeiwitten bevat [2](#page=2) [3](#page=3). > **Tip:** Het onderscheid tussen naakte en omhulde virussen is medisch relevant, aangezien hun stabiliteit en overlevingskansen in de omgeving sterk verschillen, wat invloed heeft op hun verspreiding en de benodigde immuunrespons [7](#page=7) [8](#page=8). #### 1.2.2 Grootte van virussen Virussen variëren in grootte van 20 nm tot 100 nm. Ze zijn kleiner dan bacteriën en kunnen alleen zichtbaar gemaakt worden met een elektronenmicroscoop. Bacteriofagen zijn voorbeelden van virussen die bacteriën infecteren [4](#page=4) [5](#page=5). #### 1.2.3 Classificatie van virussen De medisch meest relevante classificatie van virussen is gebaseerd op het type genoom (RNA of DNA) en de aanwezigheid van een membraan (envelop) [6](#page=6). ##### 1.2.3.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen komen vrij door lyse van de geïnfecteerde cel, die daarbij sterft. Ze zijn relatief stabiel tegenover temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging. Hierdoor verspreiden ze gemakkelijk, blijven ze infectieus bij uitdroging en kunnen ze de zure maag en basische darminhoud overleven. Humorale immuniteit is vaak voldoende voor bestrijding omdat de geïnfecteerde cellen afsterven [7](#page=7). ##### 1.2.3.2 Eigenschappen van omhulde virussen Omhulde virussen komen vrij door afsnoering van de geïnfecteerde cel, die niet noodzakelijk sterft. Ze zijn labiel ten opzichte van temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging. Dit beperkt hun verspreiding tot grote druppels, bloed of seksueel contact. Ze zijn niet meer infectieus bij uitdroging en overleven de gastro-intestinale tractus niet. De bestrijding vereist zowel humorale als cellulaire immuniteit, aangezien ze intracellulair kunnen persisteren. Detergentbehandeling kan omhulde virussen inactiveren zonder de eiwitten te beschadigen, wat gebruikt wordt bij de zuivering van bloedeiwitten [8](#page=8). ##### 1.2.3.3 RNA virussen RNA virussen zijn in vergelijking met DNA virussen kleiner in genoom, muteren makkelijker en kunnen aanleiding geven tot quasispecies. Door hun replicatie, die afhankelijk is van een viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA polymerase, maken ze frequenter fouten, wat de variabiliteit verhoogt. Vergelijking van sequenties maakt het mogelijk een fylogenetische boom te ontwikkelen die de diversiteit weergeeft. Bij infectie, bijvoorbeeld met HIV, kan een scala aan verschillende virussen (quasispecies) ontstaan binnen de gastheer [9](#page=9). > **Voorbeeld:** HIV en verwante virussen staan bekend om hun hoge mutatiesnelheid en het ontstaan van quasispecies binnen een geïnfecteerde patiënt, wat de ontwikkeling van therapie bemoeilijkt [9](#page=9). ##### 1.2.3.4 Indeling van virussen op basis van genoom De indeling van virussen op basis van hun genoomtype is medisch zeer relevant. Enkele voorbeelden van virale pathogenen bij de mens, ingedeeld naar genoomtype, zijn [10](#page=10): * **dsDNA:** Herpesviridae (bv. Herpes simplex), Papillomaviridae (bv. Papillomavirus) [10](#page=10). * **ssDNA:** Parvoviradae (bv. B-19) [10](#page=10). * **dsRNA:** Reoviridae (bv. Rotavirus) [10](#page=10). * **ssRNA (-):** Orthomyxoviridae (bv. Influenza virus), Paramyxoviridae (bv. Measles virus) [10](#page=10). * **ssRNA (+):** Picornaviridae (bv. Poliovirus), Coronaviridae (bv. Coronavirus) [10](#page=10). * **Retrovirussen:** Retroviridae (bv. HIV) [10](#page=10). * **Hepadnaviridae:** Hepatitis B [10](#page=10). #### 1.2.4 Historische context en detectie van virussen De studie van virussen begon met de ontdekking van filtreerbare agentia die voldeden aan de postulaten van Koch. De ontwikkeling van de elektronenmicroscopie, celculturen en moleculaire technieken, zoals het sequentieren van genomen, heeft een cruciale rol gespeeld in de virologische research. De eerste complete nucleotiden sequentie van een RNA genoom werd in 1976 voltooid door Walter Fiers aan de UGent, gevolgd door een DNA genoom sequentie in 1978. Recente ontwikkelingen, zoals de snelle identificatie van genomen van SARS-CoV-2 in 2019, tonen de vooruitgang in diagnostiek en onderzoek [11](#page=11). > **Tip:** De studie van bacteriële virussen, zoals bacteriofagen, vormde de basis voor veel ontwikkelingen in de moleculaire biologie [11](#page=11). --- # Virale levenscyclus en replicatie De virale levenscyclus beschrijft de reeks stappen die een virus doorloopt om zich binnen een gastheercel te vermenigvuldigen en nieuwe virionen te produceren [12](#page=12). ### 2.1 Fasen van de virale levenscyclus De virale levenscyclus kan worden opgedeeld in verschillende, deels overlappende fasen, die inzicht bieden in de mechanismen van virale infectie en mogelijke aangrijpingspunten voor antivirale therapieën [12](#page=12). #### 2.1.1 Adsorptie (binding) Adsorptie is de initiële interactie waarbij het virus zich bindt aan de gastheercel. Dit gebeurt via een specifieke receptor op het celoppervlak die interageert met een ligand op het virus [13](#page=13). * **Receptor-virusligand interactie:** Receptoren kunnen koolhydraten, glycoproteïnen of glycolipiden zijn, vaak gerelateerd aan ionkanalen [13](#page=13). * **Restrictiefactor:** De receptor bepaalt de infecteerbaarheid van een cel; een virus kan alleen een cel infecteren indien deze de juiste receptor bezit [13](#page=13). * **Specificiteit van receptoren:** Sommige receptoren komen breed tot expressie (bv. sialzuur voor influenza), terwijl andere specifiek zijn voor bepaalde celtypes (bv. CD4-co-receptor CCR5 of CXCR4 voor HIV) [13](#page=13). * **Modulatie:** Mutaties in receptoren of virale liganden kunnen de infecteerbaarheid beïnvloeden [13](#page=13). * **Vaccins:** Veel antivirale vaccins werken door de virale structuur die aan de receptor bindt, af te dekken met neutraliserende antistoffen. Een voorbeeld is het vaccin tegen hepatitis B, dat het recombinante HBs-antigeen bevat [13](#page=13). #### 2.1.2 Penetratie en uncoating Na adsorptie moet het virus de gastheercel binnendringen en zijn genetisch materiaal vrijgeven [14](#page=14). * **Bacteriofagen:** Injecteren hun genoom direct in de cel, door de celwand heen [14](#page=14). * **Dierlijke virussen:** Brengen hun nucleocapside binnen via endocytose of membraanfusie [14](#page=14). **Voorbeeld: Influenza A virus** [15](#page=15). * **Binding:** Influenza bindt aan sialzuurresiduen op oppervlakte-eiwitten van de cel. Het virale neuraminidase-enzym in de envelop voorkomt dat virussen aan elkaar klitten [15](#page=15). * **Intrede:** Het virus wordt via endocytose opgenomen in een verzurend endosoom [15](#page=15). * **Uncoating:** Protonen die door het M2-kanaal in de envelop diffunderen, induceren een conformationele verandering in hemagglutinine, waardoor het een fusogeen eiwit wordt. Dit leidt tot fusie van de virale envelop met het endosoommembraan, waarna het capside in het cytoplasma valt. Medicatie die M2-kanaal blokkeert of neuraminidase remt, kan de infectie bestrijden [15](#page=15). #### 2.1.3 Expressie en replicatie Dit omvat de transcriptie en translatie van virale genen, en de vermenigvuldiging van het virale genoom. De aard van het virale genoom (DNA/RNA, enkel- of dubbelstrengs) bepaalt de specifieke mechanismen [16](#page=16) [17](#page=17). **Expressie van viraal genoom:** * **DNA-virussen (Klasse I, II, VII):** Het genoom komt meestal tot expressie in de celkern, analoog aan gastheergenoom, met dsDNA als template. ssDNA (Klasse II) wordt eerst omgezet naar dsDNA. Klasse VII virussen maken een RNA-kopie van het DNA-genoom in het cytoplasma. Pokkenvirussen zijn uitzonderingen; ondanks een dsDNA-genoom repliceren ze in het cytoplasma en moeten ze veel eigen enzymen meebrengen [17](#page=17) [18](#page=18). * **ssRNA-virussen (Klasse IV):** Positief-georiënteerd (+ssRNA) genoom kan direct functioneren als mRNA en leiden tot eiwitproductie. Negatief-georiënteerd (-ssRNA) of dsRNA-genomen moeten eerst worden overgeschreven naar positief-georiënteerd RNA voor expressie, wat een RNA-afhankelijk RNA polymerase vereist dat in het virion aanwezig moet zijn [17](#page=17). * **Retrovirussen (Klasse VI):** Het +ssRNA-genoom wordt na uncoating niet direct vertaald, maar eerst omgezet naar DNA via reverse transcriptase, waarna het integreert in het gastheergenoom als dsDNA [17](#page=17). **Replicatie van viraal genoom:** * **DNA-virussen:** Repliceren doorgaans in de celkern, analoog aan het gastheergenoom. ssDNA (Klasse II) wordt eerst dsDNA. Pokkenvirussen (Klasse I) repliceren in het cytoplasma. Klasse VII virussen zetten een RNA-kopie van het DNA-genoom om naar een partieel dsDNA-genoom in het cytoplasma [18](#page=18). * **RNA-virussen:** Het genoom wordt gerepliceerd door een nieuw aangemaakt viraal RNA-afhankelijk RNA polymerase. Dit proces kan leiden tot aanzienlijke amplificatie van genoomkopieën [18](#page=18). * **Retrovirussen (Klasse VI):** Het geïntegreerde dsDNA proviraal genoom wordt door cellulaire polymerasen overgeschreven naar RNA [18](#page=18). **Voorbeelden van virusspecifieke structuren als antivirale targets:** * Viraal DNA in het endosoom (ongemethyleerd CpG) kan fungeren als PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern) voor TLR9 [17](#page=17). * Viraal ssRNA in het endosoom is een PAMP voor TLR7 [17](#page=17). * RNA zonder 5'-cap in het cytoplasma is een PAMP voor RIG-I [17](#page=17). * dsRNA (ook als siRNA na processing door Dicer) is een PAMP voor TLR3 (in endosoom) en RIG-I [17](#page=17). * DNA-uiteinden in de kern kunnen lijken op dsDNA-breuken [18](#page=18). #### 2.1.4 Viraal genoom expressie en detectie door immuunsysteem Virussen gebruiken specifieke structuren die herkend kunnen worden door het aangeboren immuunsysteem [17](#page=17). * **Pathogen Recognition Receptors (PRR):** Receptoren zoals Toll-like receptors (TLR's) en RIG-I herkennen viraal genetisch materiaal [19](#page=19). * Membraanreceptoren (bv. TLR3 voor dsRNA, TLR9 voor DNA) [19](#page=19). * Cytoplasmatische receptoren (bv. RIG-I voor viraal RNA, cGAS voor DNA) [19](#page=19). * **PAMP's:** * Viraal RNA: dsRNA, non-capped RNA [19](#page=19). * Viraal DNA: in endosoom of cytoplasma [19](#page=19). * **Signaaltransductie:** PRR-activatie leidt tot de aanmaak van interferonen (IFN) en pro-inflammatoire cytokines via signaalroutes zoals IRF3/7 en NF-kB [19](#page=19) [20](#page=20). #### 2.1.5 Innate immune effector mechanismen: Interferon gestimuleerde genen (ISG) Interferonen (IFN) induceren de expressie van Interferon gestimuleerde genen (ISG's), die de virusreplicatie remmen [21](#page=21). * **ISG's:** Ongeveer 300 genen die actief zijn tegen zowel RNA- als DNA-virussen [21](#page=21). * **IFITM (Interferon inducible transmembrane proteins):** Blokkeren virusbinding en de vrijlating van virussen uit endosomen [21](#page=21). * **ISG15:** Een ubiquitine-achtig proteïne dat zich hecht aan andere eiwitten (ISG-ylatie), wat hun omlooptijd verkort [21](#page=21). * **Tetherin:** Voorkomt de vrijlating van virionen van het celmembraan [21](#page=21). * **cGAS (cyclic GMP-AMP synthase):** Een DNA-sensor die virusreplicatie blokkeert [21](#page=21). * **RNAseL:** Knipt viraal en cellulair RNA [21](#page=21). * **PKR:** Fosforyleert de eukaryote translatie-initiatiefactor EIF2A, wat de eiwitsynthese stillegt [21](#page=21). #### 2.1.6 Virion productie Na replicatie wordt het virale genoom verpakt in een capside om een nucleocapside te vormen, gevolgd door de assemblage en maturatie van nieuwe virionen [22](#page=22). #### 2.1.7 Release Virionen worden vrijgegeven uit de gastheercel via budding of door lyse van de cel [23](#page=23). * **Belemmering van vrijlating:** Virussen kunnen aan de producerende cel blijven hangen door binding aan receptoren (downregulatie of afknippen van de receptor, bv. CD4 bij HIV, sialzuur bij influenza) of aan tetherin (een ISG die door virale eiwitten zoals Vpu bij HIV kan worden geneutraliseerd) [23](#page=23). * **Cel-naar-cel transmissie:** De overdracht van virus van cel naar cel is een belangrijke wijze van verspreiding, waarbij het virus relatief beschermd is tegen neutraliserende antistoffen [23](#page=23). ### 2.2 Specifieke virale levenscycli #### 2.2.1 Bacteriofagen Bacteriofagen zijn virussen die bacteriën infecteren en kunnen twee hoofdtypen levenscycli vertonen: de lytische en de lysogene cyclus. ##### 2.2.1.1 Lytische levenscyclus van bacteriofagen De lytische cyclus verloopt snel en resulteert in het afsterven van de bacterie [24](#page=24). * **Kinetiek:** De replicatiesnelheid en het aantal vrijgegeven infectieuze partikels per geïnfecteerde cel (burst size) kunnen zeer hoog zijn [28](#page=28). * **Genexpressie:** Er wordt onderscheid gemaakt tussen vroege eiwitten (enzymen, regulatoren) en late eiwitten (capside-eiwitten) [28](#page=28). * **Potentieel gebruik:** Bacteriofagen worden onderzocht als antibiotherapie, maar resistentie kan ontstaan door mutaties in bacteriële receptoren [24](#page=24). ##### 2.2.1.2 Temperate (lysogene) levenscyclus van bacteriofagen De lysogene cyclus maakt overdracht naar dochtercellen mogelijk zonder directe schade aan de gastheercel [26](#page=26). * **Integratie:** Het faaggenoom integreert in het bacteriële genoom en wordt een profaag [26](#page=26). * **Repressor:** Een faag-gereguleerd repressor-eiwit onderdrukt de replicatie van de faag [26](#page=26). * **Inductie:** Onder bepaalde omstandigheden (bv. stress) kan de repressor worden afgebroken, wat leidt tot inductie van de lytische cyclus [26](#page=26). * **Belang:** Transductie van antibioticaresistentiegenen en toxines kan plaatsvinden via de lysogene cyclus [26](#page=26). #### 2.2.2 Dierlijke virussen Dierlijke virussen vertonen vaak complexere levenscycli dan bacteriofagen, mede door de compartimentalisatie van de eukaryote cel [29](#page=29). * **Complexiteit:** Vaak minder complex qua penetratie dan bacteriofagen (geen celwand) [29](#page=29). * **Replicatiesnelheid:** Groeien trager door de noodzaak van transport tussen kern en cytoplasma [29](#page=29). **Voorbeeld: Herpesvirussen** [29](#page=29). * Penetratie en uncoating [29](#page=29). * Genoom naar kern; replicatie en packaging gebeuren in de kern [29](#page=29). * Expressie van mRNA in cytoplasma, eiwitsynthese, en transport van eiwitten naar de kern [29](#page=29). * Packaging in de kern, budding door het kernmembraan, en vervolgens budding door het cytoplasma voor release [29](#page=29). **Voorbeeld: Influenza virus** [29](#page=29). * Negatief-streng RNA virus, maar replicatie vindt plaats in de celkern [29](#page=29). #### 2.2.3 Expressie en replicatie van specifieke dierlijke virussen ##### 2.2.3.1 Hepatitis C virus (HCV) HCV is een positief-streng RNA virus met replicatie in het cytoplasma [30](#page=30). * **Genoom:** Het +ssRNA-genoom functioneert als mRNA na release in het cytoplasma [30](#page=30). * **Proteïne synthese:** Eén lange eiwitketen wordt gevormd, die vervolgens wordt geknipt in structurele (core, E1, E2) en niet-structurele (NS) eiwitten [30](#page=30). * **Polymerase:** NS5B is het RNA-afhankelijk RNA polymerase (RdRP) dat negatief-streng kopieën en nieuwe positief-streng kopieën aanmaakt [30](#page=30). * **Doelwitten voor therapie:** NS-proteasen en de polymerase zijn aangrijpingspunten voor antivirale medicatie [30](#page=30). * **Replicatie locatie:** Replicatie van HCV vindt plaats aan het membraan van het endoplasmatisch reticulum [30](#page=30). ##### 2.2.3.2 Human Immunodeficiency Virus (HIV) HIV is een retrovirus met een complex replicatiepatroon dat integratie in het gastheergenoom omvat [31](#page=31). * **Herkenning en fusie:** Ligand-receptor herkenning (bv. CD4, CCR5/CXCR4) leidt tot fusie van de virale envelop met de celmembranen, waarna het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt. Vaak gebeurt dit via endocytose met daaropvolgende membraanfusie [31](#page=31). * **Reverse transcriptie:** In het cytoplasma zet reverse transcriptase (RT) het virale RNA-genoom om naar DNA. Dit proces genereert vaak fouten [31](#page=31). * **Integratie:** Het dsDNA pre-integratiecomplex wordt geïntegreerd in het gastheergenoom door het virale integrase-enzym (IN), waarbij de LTR's (Long Terminal Repeats) een rol spelen [31](#page=31). * **Transcriptie:** Het geïntegreerde provirus wordt getranscribeerd door cellulaire polymerasen, gestuurd door de 5' LTR-promotoractiviteit. Dit proces verloopt foutloos [31](#page=31). * **RNA processing:** Polyadenylatie wordt geregeld door de 3' LTR, en splicing is mogelijk. Zowel gespliced als ongespliced RNA codeert voor eiwitten; het ongespliced RNA dient ook als genoom [31](#page=31). * **Release:** Budding vindt plaats aan het celmembraan [31](#page=31). --- # Detectie en immuunrespons op virale infecties Deze sectie beschrijft de methoden voor het aantonen van virussen, de rol van pathogen recognition receptors (PAMP-R) en de mechanismen van de aangeboren immuunrespons, met specifieke aandacht voor interferonen en interferon-gestimuleerde genen (ISG). ### 3.1 Pathogen recognition receptors (PAMP-R) Pathogen recognition receptors (PAMP-R) spelen een cruciale rol bij het herkennen van virale infecties door het immuunsysteem. Naast membraangebonden receptoren zoals TLR3, zijn er ook cytoplasmatische receptoren zoals RIG-I en inflammasomen die virale componenten kunnen detecteren. Ook voor viraal DNA bestaan er zowel membraangebonden (TLR9) als cytoplasmatische receptoren. Wanneer deze PAMP-R getriggerd worden door viraal materiaal, activeren ze signaalcascades die leiden tot de productie van interferonen (IFN) en de expressie van interferon-gestimuleerde genen (ISG) [19](#page=19) [20](#page=20). ### 3.2 Aangeboren immuunrespons: Interferonen en ISG De aangeboren immuunrespons op virale infecties wordt sterk gemedieerd door interferonen (IFN) en interferon-gestimuleerde genen (ISG) [20](#page=20). #### 3.2.1 Rol van interferonen Type I en type III interferonen spelen een sleutelrol in het induceren van ISG. Interferonen kunnen niet alleen de cellen waaraan ze worden afgegeven, maar ook naburige cellen beïnvloeden, waardoor een breed antiviraal effect wordt bewerkstelligd [20](#page=20) [21](#page=21). #### 3.2.2 Interferon-gestimuleerde genen (ISG) ISG omvatten ongeveer 300 genen waarvan de voornaamste functie is het blokkeren van virusreplicatie. Deze genen zijn werkzaam tegen zowel RNA- als DNA-virussen. Enkele belangrijke voorbeelden van ISG en hun functies zijn [21](#page=21): * **Interferon inducible transmembrane proteins (IFITM):** Deze eiwitten interfereren met de binding van virussen aan de cel en de loslating van het virus uit het endosoom [21](#page=21). * **ISG15:** Dit is een ubiquitine-achtig eiwit dat zich kan hechten aan andere proteïnen (ISG-ylation). Dit proces kan de omzettingstijd van deze eiwitten verkorten [21](#page=21). * **Tetherin:** Dit eiwit verhindert de loslating van nieuwe virusdeeltjes van het celmembraan. Dit mechanisme staat in contrast met de werking van neuraminidase (zie slide 16 in de oorspronkelijke context, niet direct beschikbaar in dit fragment) [21](#page=21). * **cGAS (cyclic GMP-AMP cyclase):** Dit is een DNA-sensor die de replicatie van zowel RNA- als DNA-virussen kan blokkeren [21](#page=21). * **RNAseL:** Dit enzym knipt zowel viraal als cellulair RNA [21](#page=21). * **PKR:** Dit eiwit fosforyleert de eukaryotische translatie-initiatiefactor EIF2A, wat leidt tot het stilleggen van de eiwitsynthese [21](#page=21). > **Tip:** Begrip van de werking van ISG is cruciaal voor het begrijpen van de cellulaire eerste verdedigingslinie tegen virussen. Ze demonstreren de complexe en gecoördineerde respons van het immuunsysteem. ### 3.3 Aantonen van virussen De detectie van virussen kan op verschillende manieren gebeuren. Een veelgebruikte methode om de activiteit van virussen te visualiseren, is door middel van technieken die lyses van cellen zichtbaar maken [32](#page=32) [33](#page=33). #### 3.3.1 Plaques en cytopathisch effect Bij dierlijke virussen kan dit resulteren in "plaque forming units" of een waarneembaar cytopathisch effect. Een plaque is een gebied van lysis op een celcultuur waar virussen zich hebben gerepliceerd en cellen hebben gedood. De grootte en het aantal plaques zijn indicatief voor de titer (concentratie) van het virus in een monster. Een hogere virusconcentratie zal leiden tot meer plaques of grotere lysisgebieden [33](#page=33). > **Example:** Bij het testen van een virusmonster wordt een verdunningsreeks gemaakt en op een celcultuur aangebracht. Na incubatie worden plaques geteld. De titer wordt dan berekend op basis van het aantal plaques in de meest geschikte verdunning, wat de concentratie aan infectieuze virusdeeltjes aangeeft. --- ## 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 | |------|------------| | Bacterie | Eencellige micro-organismen zonder celkern die zich kunnen vermenigvuldigen en verschillende metabolische functies kunnen uitvoeren, vaak afhankelijk van de omgeving en in staat tot snelle mutatie en resistentieontwikkeling. | | Virus | Een obligaat intracellulaire parasiet die geen celstructuur bezit en afhankelijk is van een gastheercel voor replicatie. Virussen bestaan uit erfelijk materiaal (RNA of DNA) verpakt in een eiwitmantel, en kunnen naakt zijn of een envelop hebben. | | Immuun systeem | Het biologische systeem dat een organisme beschermt tegen ziekteverwekkers en ziekten. Het omvat een complex netwerk van cellen, weefsels en organen die samenwerken om vreemde stoffen te identificeren en te elimineren. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die micro-organismen, zoals bacteriën, virussen, schimmels en parasieten, doden of hun groei remmen. Dit omvat antibiotica voor bacteriën en antivirale middelen voor virussen. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen op basis van hun gedeelde kenmerken en evolutionaire relaties. Bij bacteriën helpt dit bij het begrijpen van hun diversiteit en eigenschappen. | | Artificiële minimale bacterie | Een theoretisch concept van een bacterie met het absoluut noodzakelijke aantal genen om te overleven en te repliceren, wat inzicht geeft in de fundamentele levensprocessen van bacteriën. | | Groeiregulatie | Het proces waarbij de groei en vermenigvuldiging van bacteriën wordt gecontroleerd. Dit omvat factoren zoals beschikbare voedingsstoffen, temperatuur, pH en de aanwezigheid van signalen zoals quorum sensing. | | Exponentiële groei | Een patroon van groei waarbij de populatiegrootte met een constante factor per tijdsinterval toeneemt, wat leidt tot een snelle en dramatische toename in aantal, typisch voor bacteriën onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarmee bacteriën de dichtheid van hun populatie kunnen monitoren en hun gedrag collectief kunnen coördineren, zoals het vormen van biofilms of het produceren van virulence factoren. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen die aan een oppervlak is vastgehecht en ingebed in een zelfgeproduceerde polymere matrix, wat bescherming biedt tegen omgevingsfactoren en het immuunsysteem. | | Resistentie | Het vermogen van een bacterie of virus om te overleven en zich te vermenigvuldigen ondanks de aanwezigheid van een middel dat normaal gesproken hun groei zou remmen of doden, zoals antibiotica of antivirale medicatie. | | Virulentie | De mate waarin een pathogeen in staat is om ziekte te veroorzaken, gemeten aan de hand van de ernst van de symptomen en de sterfte. Het is gerelateerd aan de eigenschappen van het pathogeen die de infectie, verspreiding en schade aan de gastheer bevorderen. | | Levenscyclus van virussen | De reeks gebeurtenissen die een virus doorloopt vanaf het moment dat het een gastheercel infecteert tot het moment dat nieuwe virionen worden vrijgegeven en nieuwe cellen kunnen infecteren. Dit omvat stappen als adsorptie, penetratie, replicatie en assemblage. | | Aangeboren immuun systeem | Het deel van het immuunsysteem dat een niet-specifieke, directe verdediging biedt tegen ziekteverwekkers. Het omvat fysieke barrières, cellulaire reacties zoals fagocytose en de productie van ontstekingsmediatoren. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarin het virale genoom in de gastheercel aanwezig is zonder actieve replicatie of productie van nieuwe virussen, wat kan leiden tot een langdurige infectie. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij normale cellen veranderen in kankercellen, vaak geïnduceerd door virussen die genetisch materiaal in het genoom van de gastheercel integreren en de celcyclusregulatie verstoren. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme dat alleen kan overleven en repliceren binnen de cellen van een andere, levende gastheer. Virussen zijn hiervan een primair voorbeeld. | | Genoom | Het volledige genetische materiaal van een organisme, inclusief alle genen en niet-coderende DNA- of RNA-sequenties. Bij virussen kan dit RNA of DNA zijn, enkel- of dubbelstrengs. | | Nucleocapside | Het complex dat bestaat uit het virale genoom (RNA of DNA) en de eiwitten die het genoom beschermen en stabiliseren, zoals structurele eiwitten en nucleïnezuur-bindende eiwitten. | | Enveloppe | Een buitenste membraanlaag rondom het nucleocapside van sommige virussen, afkomstig van de gastheercelmembraan tijdens het afsnoeringsproces. Deze envelop bevat vaak virale glycoproteïnen die een rol spelen bij de binding aan gastheercellen. | | Virion | Een volledig ontwikkeld virusdeeltje, bestaande uit het virale genoom verpakt in een eiwitmantel (nucleocapside), en mogelijk ook omgeven door een envelop. Het virion is de infectieuze vorm van het virus. | | Naakte virussen | Virussen die geen buitenste envelopmembraan hebben. Ze bestaan alleen uit een nucleocapside dat het genetisch materiaal bevat. | | Virussen met enveloppe | Virussen die een buitenste lipide-envelop bezitten rondom hun nucleocapside. Deze envelop is afkomstig van de gastheercelmembraan en bevat vaak virale eiwitten zoals glycoproteïnen. | | Glycoproteïnen | Eiwitten die covalent gebonden zijn aan koolhydraatketens. Bij virussen met een envelop zijn glycoproteïnen vaak op het oppervlak aanwezig en fungeren ze als receptoren voor binding aan gastheercellen. | | Matrix eiwitten | Eiwitten die zich onder de envelopmembraan van een virus bevinden en stabiliteit bieden, of een rol spelen bij de assemblage en afsnoering van het virusdeeltje. | | Genoomgrootte | De totale lengte van het genetisch materiaal van een virus, meestal uitgedrukt in kilobases (kb) of megabases (Mb). De grootte van het genoom varieert sterk tussen verschillende virussoorten. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. Bacteriofagen zijn belangrijk in de moleculaire biologie en worden onderzocht als potentiële therapieën tegen bacteriële infecties. | | Lyse | Het proces waarbij een cel barst en uiteenvalt, wat kan worden veroorzaakt door virale replicatie of door externe factoren. Dit leidt tot de dood van de geïnfecteerde cel. | | Humorale immuniteit | Een tak van het immuunsysteem die afhankelijk is van antilichamen, geproduceerd door B-cellen, om pathogenen buiten de cellen te neutraliseren. | | Cytotoxische cellen | Immuuncellen, zoals CD8+ T-cellen en NK-cellen, die geïnfecteerde of abnormale cellen kunnen herkennen en doden. | | Afsnoering | Het proces waarbij een virusdeeltje zich losmaakt van de geïnfecteerde gastheercel door een deel van de celmembraan te omhullen, waardoor het virus een envelop verkrijgt. | | Gastro-intestinale tractus | Het spijsverteringskanaal, bestaande uit de mond, slokdarm, maag, dunne darm en dikke darm, waarin voedsel wordt verteerd en voedingsstoffen worden opgenomen. | | Cellulaire immuniteit | Een tak van het immuunsysteem die wordt gemedieerd door cellen, zoals T-cellen, die direct betrokken zijn bij het herkennen en elimineren van geïnfecteerde cellen of kankercellen. | | Pathogeen-inactivatie | Een proces waarbij de infectiositeit van een pathogeen, zoals een virus, wordt vernietigd zonder de biologische activiteit van andere componenten, zoals eiwitten, significant te beïnvloeden. | | Solvens detergens methode | Een methode voor pathogeen-inactivatie die gebruik maakt van oplosmiddelen en detergenten om de lipide-envelop van virussen te beschadigen en hun infectiositeit te vernietigen. | | RNA virussen | Virussen waarvan het genetisch materiaal bestaat uit RNA. Deze virussen zijn vaak gevoeliger voor mutaties dan DNA-virussen vanwege de aard van hun replicatie-enzymen. | | DNA virussen | Virussen waarvan het genetisch materiaal bestaat uit DNA. Deze virussen repliceren hun genoom meestal in de kern van de gastheercel. | | Quasispecies | Een populatie van virussen die genetisch nauw verwante, maar niet identieke, varianten bevat. Dit fenomeen treedt vaak op bij RNA-virussen als gevolg van hoge mutatiesnelheden. | | Fylogenetische boom | Een diagram dat de evolutionaire relaties tussen verschillende soorten of genomen weergeeft, gebaseerd op vergelijkingen van genetische sequenties. De lengte van de takken geeft de mate van variatie aan. | | Moleculaire biologie | Het vakgebied dat de structuur en functie van biologische macromoleculen, zoals DNA, RNA en eiwitten, bestudeert op moleculair niveau. Studie van bacteriofagen was cruciaal voor de ontwikkeling ervan. | | Celcultuur | Het proces van het kweken van cellen buiten het lichaam in een gecontroleerde laboratoriumomgeving. Dit is essentieel voor het bestuderen van virale replicatie en het ontwikkelen van vaccins. | | Reverse transcriptase | Een viraal enzym dat wordt gebruikt door retrovirussen (zoals HIV) om RNA om te zetten in DNA. Dit is een cruciaal proces voor de integratie van het virale genoom in het gastheergenoom. | | Nucleotiden sequentie | De volgorde van de nucleotiden (A, T, C, G of U) in een DNA- of RNA-molecuul. Het bepalen van deze sequentie is essentieel voor het begrijpen van de genetische code en de structuur van virussen. | | Virale levenscyclus | Het volledige proces van hoe een virus zich reproduceert, beginnend met de infectie van een gastheercel tot de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes. | | Adsorptie | De eerste stap in de virale levenscyclus, waarbij het virusdeeltje zich bindt aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel. Deze binding is essentieel voor de infectie. | | Receptor-virusligand interactie | De specifieke binding tussen een molecuul op het virus (ligand) en een molecuul op de gastheercel (receptor), die bepaalt welke cellen een virus kan infecteren. | | Restrictiefactor | Een cellulaire factor die de replicatie van een virus in die cel kan beperken of voorkomen, ondanks de aanwezigheid van de virale receptor. | | Neutraliserende antistoffen | Antilichamen die de infectiositeit van een virus kunnen neutraliseren door de binding van het virus aan gastheercellen te blokkeren. Vaccins zijn vaak ontworpen om deze antistoffen te produceren. | | Penetrati | De stap in de virale levenscyclus waarbij het virale genoom of het gehele virion de gastheercel binnendringt, via mechanismen zoals injectie, endocytose of membraanfusie. | | Endocytose | Een proces waarbij de celmembraan deeltjes van buitenaf omsluit en naar binnen brengt in de cel in de vorm van blaasjes. Dit is een veelgebruikte manier voor virussen om de cel binnen te komen. | | Membraanfusie | Een proces waarbij de envelop van een virus fuseert met de celmembraan van de gastheercel, waardoor het virale genoom of nucleocapside direct in het cytoplasma van de cel terechtkomt. | | Uncoating | Het proces waarbij de eiwitmantel (capside) van een virus wordt afgebroken, waardoor het virale genoom vrijkomt in het cytoplasma of de kern van de gastheercel. | | Neuraminidase | Een enzym dat voorkomt in de envelop van influenzavirussen. Het breekt sialinezuur residuen af, wat helpt voorkomen dat virusdeeltjes aan elkaar en aan de cel hechten, en faciliteert de verspreiding. | | Neuraminidase inhibitoren | Geneesmiddelen die de activiteit van neuraminidase remmen, waardoor de verspreiding van influenzavirussen wordt beperkt. | | M2 kanaal | Een ionkanaal in de envelop van influenzavirussen. Het speelt een rol bij de verzuring van het endosoom, wat leidt tot conformationele veranderingen in hemagglutinine en membraanfusie. | | Expressie | Het proces waarbij de genetische informatie in het virale genoom wordt omgezet in functionele eiwitten en andere moleculen die nodig zijn voor virale replicatie en assemblage. | | Replicatie | Het proces waarbij het virale genoom wordt gekopieerd om nieuwe genetische informatie te produceren voor de productie van nieuwe virusdeeltjes. | | Virostatica | Geneesmiddelen die de replicatie van virussen remmen of de verspreiding ervan voorkomen, zonder noodzakelijkerwijs de virussen te doden. | | PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern) | Moleculaire structuren die worden aangetroffen op pathogenen maar niet op gastheercellen. Het immuunsysteem herkent PAMPs via specifieke receptoren om een immuunrespons te activeren. | | TLR (Toll-like receptor) | Een type receptor op immuuncellen die PAMPs herkent, wat leidt tot de activering van de aangeboren immuunrespons, inclusief de productie van interferonen. | | RIG-I (Retinoic acid-inducible gene I) | Een cytoplasmatische receptor die viraal RNA herkent en een immuunrespons activeert, met name de productie van interferonen. | | Dicer | Een enzym dat dsRNA (double-stranded RNA) verwerkt tot kleinere siRNA-moleculen (small interfering RNA), die een rol spelen bij RNA-interferentie en de regulatie van genexpressie. | | siRNA (small interfering RNA) | Kleine RNA-moleculen die betrokken zijn bij RNA-interferentie, een mechanisme dat wordt gebruikt om genexpressie te onderdrukken, vaak als reactie op virale infecties. | | Viraal partikel | Een intact virusdeeltje dat buiten de cel bestaat. Het is de eenheid die wordt overgedragen van de ene cel of gastheer naar de andere. | | Assemblage | Het proces waarbij de componenten van een nieuw virusdeeltje, zoals het genoom, de eiwitmantel en eventuele envelop-eiwitten, samenkomen om functionele virionen te vormen. | | Budding | Een proces waarbij virussen de gastheercel verlaten door zich af te snoeren van de celmembraan, waarbij ze een deel van de membraan als envelop meenemen. | | Lyse | Het proces waarbij een cel barst en inhoud vrijgeeft, vaak veroorzaakt door virale infectie, wat leidt tot de vernietiging van de cel. | | Plaque forming units (PFU) | Een maat voor de concentratie van infectieuze virusdeeltjes in een monster, gebaseerd op het aantal plaques (gebieden van cellysis) dat wordt gevormd op een laag van gastheercellen. | | Cytopathisch effect (CPE) | Veranderingen in gastheercellen veroorzaakt door virale infectie, die zichtbaar zijn onder de microscoop en kunnen leiden tot cellysis, aggregatie of andere morfologische veranderingen. | | Lytische levenscyclus | Een type virale levenscyclus waarin het virus zich snel vermenigvuldigt, de gastheercel vernietigt door lyse en nieuwe virusdeeltjes vrijgeeft. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. | | Lysogene levenscyclus | Een type virale levenscyclus bij bacteriofagen waarin het virale genoom zich integreert in het bacteriële genoom en wordt doorgegeven aan dochtercellen zonder de cel onmiddellijk te doden. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht door middel van een bacteriofaag. | | Temperate bacteriofaag | Een bacteriofaag die zowel een lytische als een lysogene levenscyclus kan doorlopen. | | Kinetiek | De studie van de snelheid en de factoren die de snelheid van chemische of biologische processen beïnvloeden. Bij virussen verwijst het naar de snelheid van replicatie en het vrijkomen van virusdeeltjes. | | Burst size | Het gemiddelde aantal infectieuze virusdeeltjes dat wordt geproduceerd en vrijgegeven per geïnfecteerde gastheercel tijdens een lytische cyclus. | | Vroege eiwitten | Virale eiwitten die vroeg in de replicatiecyclus worden gesynthetiseerd en vaak betrokken zijn bij de replicatie van het virale genoom of de regulatie van de genexpressie. | | Late eiwitten | Virale eiwitten die later in de replicatiecyclus worden gesynthetiseerd en vaak de structurele componenten van het virion vormen, zoals de capside-eiwitten. | | Dierlijk virus | Een virus dat dieren infecteert. De levenscyclus kan variëren afhankelijk van het type virus en de gastheercel. | | Compartimentalisatie | De aanwezigheid van gescheiden functionele ruimtes binnen een cel, zoals de kern en het cytoplasma, die verschillende biochemische reacties mogelijk maken. Dit beïnvloedt de snelheid en het verloop van virale replicatie. | | Kern | Het celonderdeel dat het genetisch materiaal van eukaryote cellen bevat en waar veel processen van DNA-replicatie en transcriptie plaatsvinden. | | Cytoplasma | Het deel van de cel dat zich buiten de kern bevindt en de celorganellen bevat. Het is de plaats waar veel processen van eiwitsynthese en virale replicatie plaatsvinden. | | mRNA (messenger RNA) | Een type RNA dat de genetische code van DNA kopieert en naar de ribosomen transporteert om de synthese van eiwitten te sturen. | | RdRP (RNA-dependent RNA polymerase) | Een enzym dat RNA als template gebruikt om nieuwe RNA-moleculen te synthetiseren. Dit is essentieel voor de replicatie van veel RNA-virussen. | | Endoplasmatisch reticulum (ER) | Een netwerk van membranen binnen de cel dat betrokken is bij de synthese, modificatie en transport van eiwitten en lipiden. Virale replicatie kan hier plaatsvinden. | | Integrase | Een viraal enzym dat de integratie van het virale DNA in het genoom van de gastheercel katalyseert, zoals bij retrovirussen. | | LTR (Long Terminal Repeat) | Sequenties aan de uiteinden van het genoom van retrovirussen die een rol spelen bij de integratie in het gastheergenoom en de regulatie van de transcriptie. | | Promotor | Een DNA-sequentie die aangeeft waar transcriptie moet beginnen. LTRs kunnen als promotor dienen voor virale genen. | | Polyadenylatie | Het proces waarbij een reeks adenine-nucleotiden aan het 3'-uiteinde van een mRNA-molecuul wordt toegevoegd, wat stabiliteit en efficiënte translatie bevordert. | | Splicing | Een proces waarbij niet-coderende sequenties (intronen) uit een precursor mRNA worden verwijderd en de coderende sequenties (exonen) worden samengevoegd om een volwassen mRNA te vormen. | | Innate immune effector mechanism | De mechanismen die het aangeboren immuunsysteem gebruikt om pathogenen te bestrijden, zoals ontsteking, fagocytose en de productie van interferonen. | | Interferon (IFN) | Een groep eiwitten die door immuuncellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties. Interferonen stimuleren de afweer van cellen tegen virussen en moduleren de immuunrespons. | | Interferon gestimuleerde genen (ISG) | Genen die worden geactiveerd door interferonen en coderen voor eiwitten die de virusreplicatie blokkeren en de immuunrespons versterken. | | IFITM (Interferon inducible transmembrane proteins) | Een klasse van eiwitten die door interferonen worden geïnduceerd en een rol spelen bij de blokkering van viruspenetratie en -loslating. | | ISG15 | Een eiwit dat door interferonen wordt geïnduceerd en, net als ubiquitine, aan andere eiwitten kan worden gehecht (ISG-ylatie), wat hun stabiliteit en functie beïnvloedt. | | Tetherin | Een door interferonen geïnduceerd eiwit dat de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes uit de gastheercel voorkomt door ze aan het celmembraan te binden. | | cGAS (cyclic GMP-AMP cyclase) | Een cytoplasmatische DNA-sensor die bij detectie van DNA in het cytoplasma de productie van cyclisch GMP-AMP (cGAMP) activeert, wat een immuunrespons triggert. | | RNAseL | Een enzym dat RNA's knipt, zowel viraal als cellulair RNA, en een rol speelt in de antivirale respons geïnduceerd door interferonen. | | PKR (Protein Kinase R) | Een eiwitkinase dat door interferonen wordt geactiveerd en de eiwitsynthese in de cel remt door de translatie-initiatiefactor EIF2A te fosforyleren, wat virale eiwitproductie stopt. | | Pathogen recognition | Het proces waarbij het immuunsysteem structuren op ziekteverwekkers herkent die afwezig zijn op lichaamseigen cellen, wat leidt tot de activatie van immuunrespons. | | DNA sensor | Moleculaire sensoren in cellen die aanwezigheid van DNA detecteren, zowel van bacteriële als virale oorsprong, en een immuunrespons initiëren. | | RNA sensor | Moleculaire sensoren in cellen die de aanwezigheid van viraal RNA detecteren en een immuunrespons, zoals de productie van interferonen, activeren. | | Virale productie | Het proces waarbij nieuwe, infectieuze virusdeeltjes worden gevormd binnen de geïnfecteerde gastheercel, inclusief assemblage van het genoom in de capside en de vorming van het complete virion. | | Vrijlating | Het proces waarbij nieuwe, volledig gevormde virusdeeltjes de geïnfecteerde gastheercel verlaten om andere cellen te infecteren. Dit kan gebeuren via lyse of afsnoering. |

# Bacteriën en virussen: basisconcepten en kenmerken Dit onderwerp verkent de fundamentele eigenschappen van bacteriën en virussen, inclusief hun structuur, classificatie, levenscycli en interacties met gastheercellen, met nadruk op de aspecten die relevant zijn voor het immuunsysteem en antimicrobiële middelen [1](#page=1). ### 1.1 Virussen Virussen worden gekenmerkt als obligaat intracellulaire parasieten die voor replicatie afhankelijk zijn van een gastheercel. Ze bezitten geen celstructuur of organellen en hun erfelijk materiaal bestaat uit RNA of DNA (enkel- of dubbelstrengs), georganiseerd in één of meer chromosomen, omgeven door structurele eiwitten en enzymen. Dit genetisch materiaal, samen met eiwitten en nucleïnezuur bindende eiwitten, vormt het nucleocapside. Virussen kunnen naakt zijn, waarbij het virion uitsluitend uit het nucleocapside bestaat, of een enveloppe hebben, bestaande uit een membraan met glycoproteïnen en matrix-eiwitten rondom het nucleocapside [2](#page=2) [3](#page=3). #### 1.1.1 Structuur en grootte De grootte van virussen varieert van 20 tot 100 nanometer (nm), wat hen kleiner maakt dan bacteriën en hen onderscheidt van deeltjes zoals eiwitten en atomen. Bacteriële filters, met poriegroottes van 0,45 µm tot 0,2 µm, worden gebruikt voor sterilisatie en houden ook mycoplasma tegen. Nanofiltratie, met een grootte van 15 nm, wordt gebruikt om eiwitten uit bloed, zoals stollingsfactoren (FVIII), virusvrij te maken. Voorbeelden van virussen zoals coronavirus, influenza en bacteriofaag T4 illustreren de diversiteit in uiterlijk [4](#page=4) [5](#page=5). #### 1.1.2 Classificatie De indeling van virussen op basis van hun genoom is medisch het meest relevant. Naast het type genoom (RNA of DNA) is ook de aanwezigheid van een membraan (enveloppe) van belang voor medische classificatie [6](#page=6). #### 1.1.3 Eigenschappen van virussen ##### 1.1.3.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen komen vrij door lyse van de geïnfecteerde cel, waarbij de cel sterft. Ze zijn relatief stabiel ten opzichte van temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging. Dit leidt ertoe dat ze zich gemakkelijk verspreiden, infectieus blijven na uitdroging, en overleven in zure maag- en basische darmomgevingen. Humorale immuniteit (antilichamen) is vaak voldoende om naakte virussen te bestrijden, aangezien de geïnfecteerde cellen afsterven en er minder nood is aan cytotoxische cellen [7](#page=7). ##### 1.1.3.2 Eigenschappen van virussen met enveloppe Virussen met een enveloppe komen vrij door afsnoering van de geïnfecteerde cel, die niet noodzakelijk sterft. Hun membraan bevat virale en cellulaire glycoproteïnen. Ze zijn labiel ten opzichte van temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging. Hierdoor verspreiden ze zich minder gemakkelijk (via grote druppels, bloed, seksueel contact), zijn ze niet infectieus na uitdroging, en overleven ze de gastro-intestinale tractus niet. Zowel humorale als cellulaire immuniteit zijn nodig voor eliminatie, aangezien ze intracellulair kunnen persisteren. De labiliteit van enveloppe virussen maakt behandelmethoden met detergenten (solvens-detergens methode) effectief voor het inactiveren van pathogenen in bloedeiwitten zoals factor VIII, terwijl naakte virussen hiermee niet worden aangetast [8](#page=8). ##### 1.1.3.3 RNA-virussen RNA-virussen zijn over het algemeen kleiner in genoomgrootte, muteren gemakkelijker dan DNA-virussen en kunnen aanleiding geven tot quasispecies. Door de replicatie via een viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA-polymerase maken ze frequenter fouten, wat evolutionair voordelig kan zijn voor het verhogen van variabiliteit. Dit leidt tot de vorming van een scala aan verschillende virussen binnen een geïnfecteerd individu, met een dominante sequentie die kan veranderen onder invloed van de immuunrespons of therapie [9](#page=9). > **Tip:** Het concept van 'quasispecies' bij RNA-virussen is cruciaal voor het begrijpen van resistentieontwikkeling en de uitdagingen bij de ontwikkeling van vaccins en antivirale therapieën. #### 1.1.4 Voorbeelden van virale pathogenen Er zijn verschillende groepen virussen die menselijke ziekten veroorzaken, ingedeeld op basis van hun genoomtype (dsDNA, ssDNA, retrovirussen, dsRNA, ssRNA, etc.) en familie. Bekende voorbeelden zijn de Poxviridae (pokken), Herpesviridae (herpes, waterpokken, mononucleosis), Adenoviridae (respiratoire infecties), Papillomaviridae (wratten, genitaal carcinoom), Retroviridae (HIV, HTLV), Rhabdoviridae (rabiës), Paramyxoviridae (mazelen, bof), Orthomyxoviridae (influenza), en Coronaviridae (respiratoire infecties, SARS) [10](#page=10). #### 1.1.5 Historische context van virusonderzoek De ontdekking van "filtreerbare agentia" die voldeden aan de postulaten van Koch in de 19e eeuw markeerde het begin van de virologie. De ontwikkeling van elektronenmicroscopie (EM) vóór de Tweede Wereldoorlog maakte de visualisatie van virussen mogelijk. De studie van bacteriofagen legde de basis voor de moleculaire biologie. Belangrijke mijlpalen zijn onder andere het kweken van poliovirus in celcultuur in 1949, de ontdekking van reverse transcriptase in 1970, de eerste volledige sequentiebepaling van een RNA-genoom (MS2 bacteriofaag) en een DNA-genoom (SV40 virus) door Walter Fiers aan de UGent in respectievelijk 1976 en 1978, de ontdekking van HIV in 1983, en de snelle identificatie van genomen van SARS-CoV-1 en SARS-CoV-2. Recente uitbraken zoals die van nieuwe mpox-varianten in 2024 tonen de voortdurende relevantie van virologisch onderzoek aan [11](#page=11) . --- # Virale levenscyclus en interactie met het immuunsysteem De virale levenscyclus omvat een reeks stappen van binding aan de gastheercel tot de vrijlating van nieuwe virions, waarbij het immuunsysteem een cruciale rol speelt in de detectie en bestrijding van infecties [12](#page=12). ### 2.1 De virale levenscyclus De virale levenscyclus kan worden opgedeeld in verschillende fasen, die helpen bij het begrijpen van de infectie en mogelijke aangrijpingspunten voor antivirale medicatie. Deze stappen kunnen deels simultaan verlopen [12](#page=12). #### 2.1.1 Adsorptie Adsorptie is de initiële binding van het virus aan de gastheercel. Dit proces is afhankelijk van de interactie tussen een virale ligand en een specifieke receptor op het celoppervlak. De receptor kan een koolhydraat, (glyco)proteïne of (glyco)lipide zijn, en vaak zijn het ionkanalen. De aard van de receptor bepaalt de infecteerbaarheid van een cel en wordt beschouwd als een restrictiefactor. Sommige receptoren, zoals sialezuur voor influenza, komen breed tot expressie op veel celtypen. Andere receptoren, zoals CD4 en de co-receptoren CCR5 of CXCR4 voor HIV, komen slechts op beperkte celtypen voor. Mutaties in zowel de receptor als de ligand kunnen de infecteerbaarheid moduleren. Antivirale vaccins werken vaak door de structuur van het virus dat aan de receptor bindt, te neutraliseren met antistoffen. Een voorbeeld hiervan is het vaccin tegen hepatitis B, dat een recombinant HBs-antigeen bevat [13](#page=13). #### 2.1.2 Penetratie Na adsorptie dringt het virale genoom de cel binnen. Bij bacteriofagen wordt het genoom in de cel geïnjecteerd door de celwand heen. Dierlijke virussen brengen hun genoom binnen via het nucleocapside, waarbij dit kan gebeuren door endocytose of membraanfusie [14](#page=14). > **Voorbeeld:** Bij het influenza virus spelen de hemagglutinine (HA) en M2-eiwitten een rol bij penetratie en "uncoating". Het virus bindt aan sialezuurresiduen op celoppervlakte-eiwitten. Het viraal neuraminidase-enzym in de envelop voorkomt dat virussen aan elkaar blijven kleven. Na endocytose, in het zure milieu van het endosoom, induceren protonen via het M2-kanaal een conformationele verandering in hemagglutinine, waardoor het fusogeen wordt. De virale envelop fuseert vervolgens met het membraan van het endosoom, waarna het capside in het cytoplasma terechtkomt. Behandeling met neuraminidase-inhibitoren of M2-kanaalblokkerende medicatie kan deze processen beïnvloeden [15](#page=15). #### 2.1.3 Expressie en replicatie van het virale genoom De replicatie en expressie van virale genomen zijn sterk afhankelijk van de aard (DNA/RNA, enkel- of dubbelstrengs) en organisatie van het genoom. Dit heeft belangrijke medische implicaties voor therapie, resistentiemechanismen en persistentie [17](#page=17). **Expressie:** * **DNA-virussen:** Het genoom van DNA-virussen wordt meestal geëxpresseerd in de celkern, vergelijkbaar met het gastheergenoom, met dubbelstrengs DNA als template. Partieel dubbelstrengs DNA (klasse VII) of enkelstrengs DNA (klasse II) wordt eerst omgezet naar dubbelstrengs DNA. Poxvirussen vormen hierop een uitzondering; ondanks hun dubbelstrengs DNA-genoom, repliceren ze in het cytoplasma en moeten ze veel eigen enzymen meebrengen die normaal alleen nucleair aanwezig zijn [17](#page=17). * **ssRNA-virussen:** Enkelstrengs RNA-virussen met een positief-georiënteerd genoom (klasse IV) kunnen direct functioneren als mRNA en leiden tot eiwitproductie. Negatieve streng of dubbelstrengs RNA-genomen moeten eerst (deels) worden overgeschreven naar positief-georiënteerd RNA dat als mRNA dient. Dit vereist een RNA-afhankelijke RNA-polymerase, die in het virion aanwezig moet zijn omdat menselijke cellen deze activiteit niet bezitten [17](#page=17). * **Retrovirussen (klasse VI):** De enkelstrengs RNA-genomen worden na "uncoating" niet direct vertaald, maar eerst omgezet naar DNA via reverse transcriptie en vervolgens geïntegreerd in het gastheergenoom als dubbelstrengs DNA [17](#page=17). Virusspecifieke structuren kunnen aangrijpingspunten zijn voor antivirale medicatie. Voorbeelden zijn DNA in het endosoom (ongemethyleerd CpG) als PAMP voor TLR9, ssRNA in het endosoom als PAMP voor TLR7, RNA zonder cap in het cytoplasma als PAMP voor RIG-I, en dubbelstrengs RNA als PAMP voor TLR3 (endosoom) en RIG-I [17](#page=17). **Replicatie:** * **DNA-virussen:** De replicatie van het genoom van DNA-virussen vindt meestal plaats in de kern, vergelijkbaar met het gastheergenoom, met dubbelstrengs DNA als template. Enkelstrengs DNA (klasse II) wordt eerst omgezet naar dubbelstrengs DNA. Klasse VII virussen zetten een RNA-kopie van hun nucleaire DNA-genoom in het cytoplasma om naar een partieel dubbelstrengs DNA-genoom. Poxvirussen repliceren ondanks hun dubbelstrengs DNA-genoom in het cytoplasma en moeten hierom veel eigen enzymen meebrengen [18](#page=18). * **RNA-virussen:** Het genoom van RNA-virussen wordt gerepliceerd door een RNA-afhankelijke RNA-polymerase (nieuw aangemaakt, gecodeerd door het viraal genoom). Hierbij kan een grote amplificatie van kopieën optreden door heen-en-weer kopiëren [18](#page=18). * **Retrovirussen (klasse VI):** Het positief-streng genoom wordt door cellulaire polymerasen overgeschreven van het geïntegreerde dubbelstrengs DNA proviraal genoom [18](#page=18). Virusspecifieke structuren die als aangrijpingspunt kunnen dienen zijn DNA-uiteinden in de kern (gelijkend op dubbelstrengs DNA-breuken), dubbelstrengs RNA (siRNA), en RNA zonder 5'-cap, dat als PAMP fungeert [18](#page=18). > **Tip:** Begrijpen van de specifieke replicatie- en expressiewijze van verschillende virale genomen is cruciaal voor de ontwikkeling van gerichte antivirale therapieën. #### 2.1.4 Virion productie Na replicatie wordt het virale genoom verpakt in een capside, wat resulteert in een nucleocapside. Dit proces kan resulteren in auto-assemblage van het virion, gevolgd door maturatie [22](#page=22). #### 2.1.5 Vrijlating De vrijlating van nieuwe virions kan plaatsvinden door budding (uitstulping van de celmembraan) of door lyse (afbraak) van de gastheercel. De vrijlating kan beperkt worden doordat het virus aan de producerende cel blijft kleven. Dit kan gebeuren doordat het virus nog steeds aan receptoren bindt (waarvoor de cel de receptor kan downreguleren, zoals CD4 bij HIV, of de receptor kan afknippen, zoals sialezuur door neuraminidase bij influenza). Een ander mechanisme is binding aan tetherin, een interferon-geïnduceerde cellulaire receptor die virale partikels aan het membraan bindt. Bij HIV wordt dit mechanisme ongedaan gemaakt door het virale eiwit Vpu. Vrijgekomen virions kunnen een volgende cel infecteren, wat leidt tot cel-naar-cel transmissie. Deze manier van overdracht beschermt het virus relatief tegen neutraliserende antilichamen omdat de blootstelling aan het extracellulaire milieu kort is [23](#page=23). #### 2.1.6 Lytische levenscyclus De lytische levenscyclus, zoals gezien bij bacteriofagen, verloopt snel en leidt tot het afsterven van de bacterie. Deze levenscyclus kan worden onderzocht door de kinetiek van replicatie en het aantal vrijgelaten infectieuze partikels per geïnfecteerde cel (burst size) te meten. Bij de expressie kan onderscheid gemaakt worden tussen vroege eiwitten (enzymen, regulatoren) en late eiwitten (capside-eiwitten). Bacteriofagen zijn van potentieel belang voor gebruik als antibiotherapie, hoewel resistentie kan ontstaan door mutaties in bacteriële receptoren [24](#page=24) [28](#page=28). #### 2.1.7 Temperate levenscyclus (bacteriofaag) De temperate levenscyclus, ook wel lysogene cyclus genoemd, laat overdracht van het virale genoom naar dochtercellen toe zonder directe schade aan de gastheercel. Een repressor-eiwit van de faag wordt tot expressie gebracht, wat replicatie van de faag onderdrukt. Bij inductie wordt de repressor afgebroken. Deze cyclus is belangrijk voor de transductie van antibioticaresistentie en toxines, en kan geïnduceerd worden door antibiotische stress [26](#page=26). #### 2.1.8 Dierlijke virussen Dierlijke virussen zijn vaak minder complex dan bacteriofagen omdat ze geen celwand hoeven te penetreren. Ze groeien over het algemeen trager dan bacteriofagen vanwege de compartimentalisatie tussen kern en cytoplasma, wat heen-en-weer transport vereist [29](#page=29). > **Voorbeeld:** Herpesvirussen penetreren de cel, ondergaan "uncoating", en hun dsDNA-genoom gaat naar de kern voor replicatie en packaging. Expressie van mRNA vindt plaats in het cytoplasma, waarna eiwitten naar de kern worden getransporteerd. Packaging gebeurt in de kern, gevolgd door budding door het nucleaire membraan en opnieuw budding in het cytoplasma voor vrijlating. Influenza (een orthomyxovirus) is een negatief streng RNA-virus, maar de replicatie vindt plaats in de kern [29](#page=29). > **Voorbeeld:** Het Hepatitis C Virus (HCV) heeft een positief-streng RNA-genoom dat in het cytoplasma direct wordt vertaald tot één eiwit. Dit eiwit wordt verknipt tot structurele (core, E1, E2) en niet-structurele eiwitten (NS). NS5B is de RNA-afhankelijke RNA-polymerase (RdRP) die negatieve streng kopieën aanmaakt, waarop nieuwe positieve streng kopieën worden gevormd voor verpakking in nieuwe virions. NS-proteasen en de polymerase zijn doelwitten van antivirale medicatie. Replicatie van HCV vindt plaats op het membraan van het endoplasmatisch reticulum [30](#page=30). > **Voorbeeld:** Bij HIV vindt eerst ligand-receptor herkenning plaats, gevolgd door fusie van de virale envelop met de cellulaire membranen, waardoor het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt. Het reverse transcriptase (RT) in het virion zet het RNA-genoom om naar DNA, wat vaak fouten introduceert. Het dsDNA vormt een pre-integratiecomplex en wordt door integrase (IN) activiteit geïntegreerd in het genoom (met rol voor LTR - long terminal repeat sequences). Transcriptie van het provirus gebeurt via de 5' LTR promotoractiviteit met behulp van cellulaire polymerasen. Polyadenylatie vindt plaats via 3' LTR poly-A activiteit, en splicing is mogelijk. Zowel gespliced als ongespliced RNA codeert voor eiwitten, waarbij het ongespliced (full-length) RNA ook dient als genoom. Budding vindt plaats aan het celmembraan [31](#page=31). ### 2.2 Interactie met het aangeboren immuunsysteem Het aangeboren immuunsysteem speelt een cruciale rol bij de vroege detectie van virale infecties door het herkennen van virale componenten als "pathogen-associated molecular patterns" (PAMPs) [17](#page=17) [19](#page=19). #### 2.2.1 Pathogen recognition receptors (PAMP-R) Virussen worden herkend door specifieke receptoren op immuuncellen. Naast membraanreceptoren zoals TLR3, zijn er ook cytoplasmatische receptoren zoals RIG-I. Membraanreceptoren zoals TLR9 en cytoplasmatische DNA-receptoren kunnen ook virale nucleïnezuren herkennen [19](#page=19). * **Virale RNA-detectie:** Dubbelstrengs RNA, niet-gecapteerd RNA en ssRNA worden herkend als PAMPs [17](#page=17) [19](#page=19). * **Virale DNA-detectie:** Viraal DNA, met name in het cytoplasma of endosoom, kan worden herkend [19](#page=19). #### 2.2.2 Interferonen en interferon-gestimuleerde genen (ISG) Wanneer een PAMP-receptor (bv. TLR) wordt geactiveerd, triggert dit de productie van interferonen (IFN). Type I en type III interferonen induceren de expressie van interferon-gestimuleerde genen (ISG). Deze ISG's, ongeveer 300 in aantal, zijn gericht op het blokkeren van virusreplicatie en zijn actief tegen zowel RNA- als DNA-virussen [20](#page=20) [21](#page=21). Voorbeelden van ISG's en hun functies: * **Interferon-inducible transmembrane proteins (IFITM):** Blokkeren virusbinding en de vrijlating van het virus uit endosomen [21](#page=21). * **ISG15:** Een ubiquitine-achtig eiwit dat zich hecht aan andere eiwitten (ISG-ylation), wat hun afbraaktijd verkort [21](#page=21). * **Tetherin:** Voorkomt de vrijlating van virusdeeltjes van het celmembraan [21](#page=21). * **cGAS (cyclic GMP-AMP cyclase):** Een DNA-sensor die virusreplicatie blokkeert [21](#page=21). * **RNAseL:** Knipt zowel viraal als cellulair RNA [21](#page=21). * **PKR:** Fosforyleert de eukaryote translatie-initiatiefactor EIF2A, waardoor de eiwitsynthese wordt stilgelegd [21](#page=21). > **Tip:** Interferonen vormen een cruciale eerste verdedigingslinie tegen virale infecties, en de activatie van ISG's is een krachtig mechanisme om de verspreiding van het virus binnen het lichaam te beperken. > **Voorbeeld:** De activatie van PAMP-receptoren door virale RNA of DNA leidt tot de aanmaak van interleukines (IL-1, IL-6), TNF, en interferonen (IFN) via signaleringsroutes die IRF3/7 en NF-kB activeren. Deze cytokines en interferonen stimuleren immuunresponsen en cellulaire antivirale staten [19](#page=19). > **Voorbeeld:** Het viraal genoom kan herkend worden als PAMP. Viraal dubbelstrengs RNA kan door TLR3 in het endosoom of RIG-I in het cytoplasma worden herkend. Viraal ssRNA wordt door RIG-I in het cytoplasma herkend. Viraal DNA in het endosoom wordt door TLR9 herkend [17](#page=17). --- # Detectie en voorbeelden van virussen Dit onderwerp bespreekt de methoden voor het detecteren van virussen en illustreert dit met specifieke voorbeelden van virussen, zoals bacteriële virussen (bacteriofagen) en dierlijke virussen, inclusief hun levenscycli [11](#page=11). ### 3.1 Historische context van virologisch onderzoek De studie van virussen kent een rijke geschiedenis. Zo werd in de 19e eeuw ontdekt dat er filtreerbare agentia bestonden die voldeden aan de postulaten van Koch. De eerste elektronenmicroscoopbeelden van virussen verschenen kort voor de Tweede Wereldoorlog. De studie van bacteriofagen vormde de basis voor de moleculaire biologie. Een belangrijke mijlpaal was de kweek van polio virus in celcultuur in 1949. In 1957 werd Echo virus 9 geïdentificeerd als oorzaak van epidemische meningitis, een ontdekking door E. Nihoul aan de UGent. De ontdekking van reverse transcriptase in 1970 door Baltimore en Temin, waarvoor zij in 1975 de Nobelprijs ontvingen, was cruciaal. De Amerikaanse "War on Cancer" door president Nixon in 1971 gaf een impuls aan virologisch onderzoek. De eerste volledige nucleotiden sequentie van een genoom, dat van de RNA bacteriofaag MS2 (3569 nt), werd in 1976 door Walter Fiers aan de UGent gepubliceerd. Dit werd gevolgd door de sequentie van een DNA genoom van een eukaryoot virus, SV40 (5244 nt), eveneens door Walter Fiers aan de UGent in 1978. De ontdekking van HIV in 1983 leidde tot een tweede boost voor virologisch onderzoek, met een Nobelprijs in 2008. Verdere ontdekkingen omvatten humaan herpesvirus 8 (HHV8) in 1994 en de snelle identificatie van SARS-CoV-1 in 2002 en SARS-CoV-2 in 2019, met genoomkennis en diagnostische tests binnen respectievelijk zes maanden en één maand. Recenter werden in 2012 mutaties ontdekt die overdracht van influenza H5N1 tussen zoogdieren mogelijk maakten en in 2024 werden nieuwe mpox variant uitbraken gemeld [11](#page=11). ### 3.2 Virale levenscycli Virussen volgen diverse levenscycli om zich te repliceren. De specifieke processen verschillen afhankelijk van het type virus en de gastheercel. #### 3.2.1 Lytische levenscyclus van bacteriofagen De lytische levenscyclus van een bacteriofaag is een snel proces dat resulteert in het afsterven van de bacterie. Dit type cyclus heeft potentieel belang voor de ontwikkeling van antibiotherapieën met bacteriofagen. Echter, net als bij antibiotica, kan er resistentie ontstaan door bijvoorbeeld mutaties in de bacteriële receptor waaraan het virus bindt [24](#page=24). #### 3.2.2 Levenscyclus van temperate bacteriofagen Temperate bacteriofagen kunnen een lysogene levenscyclus volgen. Deze cyclus maakt overdracht van het virale genoom naar dochtercellen mogelijk zonder directe schade aan de gastheercellen. Tijdens de lysogene fase wordt een repressor eiwit van de faag tot expressie gebracht, wat de replicatie van de faag onderdrukt. Bij inductie wordt deze repressor afgebroken, wat kan leiden tot de activering van de lytische cyclus [26](#page=26). > **Belang van de lysogene cyclus:** De lysogene cyclus is belangrijk omdat het kan leiden tot transductie van genetisch materiaal, zoals antibioticaresistentiegenen en toxines. Inductie kan getriggerd worden door stressfactoren zoals antibiotica [26](#page=26). #### 3.2.3 Bacteriofaag replicatiekinetiek In gesynchroniseerde infecties kan de kinetiek van replicatie en het aantal vrijgegeven infectieuze deeltjes per geïnfecteerde cel (burst size) nauwkeurig gemeten worden. Replicatie kan soms verbazingwekkend snel verlopen, binnen een half uur, en de burst size kan aanzienlijk zijn. Er kan een onderscheid gemaakt worden tussen de expressie van vroege eiwitten (zoals enzymen en regulatoren) en late eiwitten (zoals capside-eiwitten) [28](#page=28). #### 3.2.4 Levenscyclus van dierlijke virussen Dierlijke virussen zijn vaak minder complex dan bacteriofagen, mede doordat ze geen celwand hoeven te penetreren. Ze groeien echter trager dan bacteriofagen, deels door de compartimentalisatie van de kern en het cytoplasma die bij eukaryote cellen aanwezig is en een zekere mate van transport vereist [29](#page=29). **Voorbeeld: Herpesvirussen** Bij herpesvirussen verloopt de cyclus als volgt: penetratie van de cel, uncoating van het genoom, transport van het dsDNA genoom naar de kern. Replicatie en packaging van het genoom vinden plaats in de kern. De expressie van genen resulteert in mRNA dat naar het cytoplasma gaat voor eiwitsynthese. De gesynthetiseerde eiwitten worden vervolgens naar de kern getransporteerd, waarbij een nucleair localisatie signaal een rol speelt. Daarna vindt packaging in de kern plaats, gevolgd door budding door het nucleaire membraan, verdere budding in het cytoplasma, en uiteindelijk release uit de cel [29](#page=29). **Voorbeeld: Influenza virus (Orthomyxovirus)** Influenza virussen, hoewel ze een negatief streng RNA genoom hebben, repliceren hun genoom in de kern van de gastheercel [29](#page=29). #### 3.2.5 Expressie en replicatie van Hepatitis C Virus (HCV) Hepatitis C virus (HCV) is een voorbeeld van een dierlijk virus met een positief streng RNA genoom. Na de release in het cytoplasma wordt dit genoom direct vertaald naar één enkel eiwit. Dit eiwit wordt vervolgens, deels autocatalytisch, verknipt in structurele eiwitten (core en enveloppe E1 en E2) en niet-structurele eiwitten (NS). Het NS5B eiwit functioneert als een RNA-afhankelijk RNA-polymerase (RdRP), dat negatief streng kopieën aanmaakt. Op basis van deze negatieve strengen worden weer nieuwe positief streng kopieën gesynthetiseerd, wat leidt tot meer eiwitten en genomen die verpakt worden in nieuwe virions. De NS proteasen en het polymerase zijn belangrijke doelwitten voor antivirale medicatie. De replicatie van HCV vindt plaats in de membranen van het endoplasmatisch reticulum [30](#page=30). #### 3.2.6 Levenscyclus van HIV De levenscyclus van HIV omvat verschillende stappen, beginnend met ligand-receptor herkenning op de gastheercel. Vervolgens vindt fusie plaats tussen de virale enveloppe en de cellulaire membranen, waardoor het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt. Vaak gebeurt de opname via endocytose, waarna fusie plaatsvindt binnen een vacuole. In het cytoplasma zet het reverse transcriptase (RT) het virale RNA genoom om in DNA, een proces dat vaak gepaard gaat met fouten. Het resulterende dubbelstrengs DNA vormt een pre-integratiecomplex. De integratie van dit DNA in het gastheergenoom wordt bewerkstelligd door het integrase (IN) enzym, waarbij de LTR (Long Terminal Repeat) sequenties een rol spelen. Transcriptie van het provirus vindt plaats via de 5’ LTR promotoractiviteit, met behulp van cellulaire polymerasen, en verloopt foutloos. Polyadenylatie gebeurt via de 3’ LTR poly-A activiteit, en splicing van het RNA is mogelijk. Gespliced en ongespliced RNA codeert voor eiwitten, waarbij het ongesplicede (full length) RNA ook dient als genoom voor nieuwe virions. De laatste stap is budding van de nieuwe virions aan het celmembraan [31](#page=31). ### 3.3 Detectie van virussen Het aantonen van virussen is essentieel voor diagnostiek en onderzoek [32](#page=32). #### 3.3.1 Cytopathisch effect en plaquevorming De effecten van virale infectie op gastheercellen kunnen zichtbaar gemaakt worden. Bij dierlijke virussen spreekt men van een cytopathisch effect (CPE). Bij bacteriofagen kan lyse leiden tot de vorming van plaques, die zichtbaar worden op een agarplaat met bacteriën [33](#page=33). > **Tip:** De grootte en het uiterlijk van plaques kunnen informatie geven over het specifieke type bacteriofaag. Het principe van plaquevorming bij dierlijke virussen wordt weerspiegeld in de bepaling van plaque forming units (PFU) [33](#page=33). *Hoe het werkt:* Door seriële verdunningen van een viruspreparaat aan te brengen op een celcultuur of bacterie-agarplaat, kunnen concentraties berekend worden op basis van het aantal gevormde plaques of het zichtbare cytopathisch effect. Hoge virustiters leiden tot meer plaques bij eenzelfde verdunningsfactor dan lage titers [33](#page=33). --- ## 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 zonder celkern die zelfstandig kunnen groeien en zich vermenigvuldigen, en die een rol spelen bij ziekteprocessen, maar ook essentieel zijn voor ecosystemen en het menselijk lichaam. | | Virussen | Microscopisch kleine infectieuze agentia die uitsluitend kunnen repliceren binnen levende gastheercellen, en bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel. | | Immuun systeem | Het complexe netwerk van cellen, weefsels en organen dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën, virussen, schimmels en parasieten. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die gebruikt worden om micro-organismen te doden of hun groei te remmen, zoals antibiotica (tegen bacteriën) en antivirale middelen (tegen virussen). | | Species (bacteriën) | Een taxonomische eenheid bij bacteriën die wordt gedefinieerd op basis van een combinatie van genetische, fenotypische en ecologische kenmerken, hoewel het concept minder strikt is dan bij hogere organismen. | | Taxonomie | De wetenschap van classificatie, benaming en ordening van organismen, inclusief micro-organismen zoals bacteriën. | | Genoom | Het volledige DNA- of RNA-molecuul van een organisme of virus, dat alle genetische informatie bevat die nodig is voor de ontwikkeling en het functioneren ervan. | | Groeiregulatie | Het proces waarbij de groei en vermenigvuldiging van bacteriën wordt gecontroleerd door omgevingsfactoren en interne mechanismen, zoals de beschikbaarheid van voedingsstoffen en de temperatuur. | | Exponentiële groei | Een groeipatroon waarbij de populatie van bacteriën verdubbelt over een vaste tijdsinterval, wat resulteert in een zeer snelle toename onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij bacteriën signalen uitwisselen om de dichtheid van hun populatie te bepalen en collectief gedrag te coördineren, zoals de vorming van biofilms. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen, zoals bacteriën, die zich aan elkaar en aan een oppervlak hechten en omgeven zijn door een zelfgeproduceerde beschermende matrix. | | Muteren | Een verandering in de sequentie van het DNA of RNA van een organisme of virus, wat kan leiden tot nieuwe eigenschappen of ziektebeelden. | | Resistentie (bacteriën/virussen) | Het vermogen van bacteriën of virussen om te overleven of te repliceren ondanks blootstelling aan antimicrobiële middelen, zoals antibiotica of antivirale medicatie. | | Virulentie | De mate waarin een ziekteverwekker in staat is om ziekte te veroorzaken, gemeten aan de hand van de ernst van de symptomen of de mortaliteit. | | Levenscyclus (virussen) | De reeks gebeurtenissen die een virus ondergaat van infectie van een gastheercel tot de productie van nieuwe virusdeeltjes en verspreiding naar nieuwe cellen. | | Aangeboren immuunsysteem | De eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen infecties, die algemeen reageert op bepaalde patronen die kenmerkend zijn voor ziekteverwekkers. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij het genetisch materiaal van een virus wordt ingebouwd in het DNA van de gastheercel, wat kan leiden tot langdurige infecties of kanker. | | Latentie (virussen) | Een fase waarin een virus zich in de gastheercel bevindt zonder actieve replicatie of symptomen te veroorzaken, maar wel potentieel opnieuw actief kan worden. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij normale cellen veranderen in kankercellen onder invloed van oncogene virussen of andere carcinogenen. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme, zoals een virus, dat niet kan overleven of repliceren buiten een levende gastheercel. | | Genoom | Het volledige DNA- of RNA-molecuul van een organisme of virus, dat alle genetische informatie bevat die nodig is voor de ontwikkeling en het functioneren ervan. | | Nucleocapside | De structuur die bestaat uit het genetisch materiaal van een virus (DNA of RNA) omgeven door eiwitten. | | Naakte virussen | Virussen die alleen een nucleocapside bezitten en geen omhullend membraan (enveloppe). | | Virussen met enveloppe | Virussen die een omhullend membraan (enveloppe) bezitten dat afkomstig is van de gastheercelmembraan, waarin virale glycoproteïnen zijn ingebed. | | Glycoproteïnen | Eiwitten die covalent gebonden zijn aan koolhydraten, vaak voorkomend op het oppervlak van virussen met enveloppe en belangrijk voor de interactie met gastheercellen. | | Lyse (cel) | Het barsten en afsterven van een cel, vaak veroorzaakt door virale replicatie of bepaalde bacteriële infecties. | | Standaarddeviatie (statistiek) | Een maat voor de spreiding van gegevens rond het gemiddelde. | | Receptor | Een molecuul op het oppervlak van een cel of in de cel dat een specifieke stof, zoals een hormoon, neurotransmitter of viraal partikel, kan binden. | | Infecteerbaarheid (restrictiefactor) | De mate waarin een gastheercel vatbaar is voor infectie door een specifiek virus, beïnvloed door factoren zoals de aanwezigheid van receptoren. | | Vaccins | Biologische preparaten die worden gebruikt om immuniteit tegen een specifieke ziekte te induceren, vaak door een verzwakte of geïnactiveerde vorm van de ziekteverwekker of een deel ervan te bevatten. | | Neutraliserende antistoffen | Antilichamen die de infectieuze capaciteit van een virus kunnen blokkeren door binding aan essentiële virale componenten. | | Endocytose | Een proces waarbij cellen moleculen of deeltjes van buitenaf opnemen door de celmembraan naar binnen te vouwen. | | Membraanfusie | Het proces waarbij de membranen van twee cellen of een cel en een virus samensmelten, waardoor inhoud van de ene in de andere terechtkomt. | | Uncoating | Het proces waarbij het genetisch materiaal van een virus wordt vrijgegeven uit het capside binnenin de gastheercel. | | Neuraminidase | Een enzym dat voorkomt op het oppervlak van influenzavirussen, dat helpt bij de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes uit de gastheercel door het afbreken van sialische zuurresiduen. | | M2 kanaal | Een ionenkanaal in de enveloppe van influenzavirussen dat belangrijk is voor het verzuren van het endosoom en het vrijgeven van het virale genetisch materiaal. | | Virostatica | Medicijnen die worden gebruikt om virale infecties te behandelen door de replicatie van virussen te remmen. | | Replicatie (virussen) | Het proces waarbij virussen hun genetisch materiaal kopiëren en nieuwe virale componenten produceren binnen een gastheercel. | | Expressie (genen) | Het proces waarbij de genetische informatie in een gen wordt omgezet in een functioneel product, zoals een eiwit. | | dsDNA (dubbelstrengs DNA) | Een vorm van DNA die bestaat uit twee complementaire strengen die spiraalvormig om elkaar heen gewonden zijn. | | ssDNA (enkelstrengs DNA) | Een vorm van DNA die bestaat uit één enkele streng. | | ssRNA (+) (positief sense enkelstrengs RNA) | Een RNA-molecuul dat direct als mRNA kan functioneren en eiwitsynthese kan initiëren. | | ssRNA (-) (negatief sense enkelstrengs RNA) | Een RNA-molecuul dat eerst moet worden omgezet in een positief sense RNA-streng om als mRNA te kunnen functioneren. | | RNA-afhankelijk RNA polymerase | Een enzym dat RNA synthetiseert met behulp van een RNA-template, cruciaal voor de replicatie van veel RNA-virussen. | | Retrovirussen (klasse VI) | Een groep virussen, waaronder HIV, die een RNA-genoom hebben maar reverse transcriptase gebruiken om een DNA-kopie van hun genoom te maken, die vervolgens in het gastheergenoom wordt geïntegreerd. | | Reverse transcriptase | Een enzym dat wordt gebruikt door retrovirussen om RNA om te zetten in DNA. | | Viraal gecodeerd | Verwijst naar genen of eiwitten die door het virus zelf worden geproduceerd, in tegenstelling tot eiwitten die door de gastheercel worden geproduceerd. | | PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern) | Moleculaire patronen die kenmerkend zijn voor micro-organismen en worden herkend door het immuunsysteem als teken van infectie. | | TLR (Toll-Like Receptor) | Een type receptor op immuuncellen die PAMPs herkent en de immuunrespons activeert. | | RIG-I | Een intracellulaire receptor die viraal RNA detecteert en een immuunrespons initieert. | | Caspase-1 | Een enzym dat betrokken is bij de activering van ontstekingsmediatoren zoals IL-1. | | Interferonen (IFN) | Cytokines die door cellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties en andere ziekteverwekkers, en die de antivirale status van naburige cellen activeren. | | ISG (Interferon Stimulated Genes) | Genen die worden geactiveerd door interferonen en die eiwitten produceren die de virusreplicatie remmen. | | IFITM (Interferon Inducible Transmembrane Proteins) | Eiwitten die de virusinfectie kunnen blokkeren door de interactie van virussen met cellen te belemmeren. | | ISG15 | Een eiwit dat zich kan hechten aan andere eiwitten en hun stabiliteit of functie kan beïnvloeden, en speelt een rol in de antivirale respons. | | Tetherin | Een cellulaire eiwit dat de vrijlating van virale deeltjes uit geïnfecteerde cellen remt door ze aan het celmembraan te binden. | | cGAS (cyclic GMP-AMP synthase) | Een DNA-sensor die een immuunrespons kan activeren bij de detectie van DNA in het cytoplasma. | | RNAseL | Een enzym dat RNA afbreekt, en kan worden geactiveerd als onderdeel van de antivirale respons. | | PKR (Protein Kinase R) | Een eiwitkinase dat geactiveerd wordt door viraal dubbelstrengs RNA en de eiwitsynthese in de cel remt. | | Virion productie | Het proces waarbij nieuwe virusdeeltjes (virions) worden gevormd binnen de geïnfecteerde gastheercel. | | Auto-assembly | Het spontane proces waarbij moleculen zich organiseren tot een grotere structuur, zoals de assemblage van een virion uit zijn componenten. | | Budding | Een proces waarbij nieuwe virusdeeltjes uit de gastheercel vrijkomen door uitstulping van het celmembraan, waarbij de virale enveloppe wordt gevormd. | | Cel-naar-cel transmissie | De overdracht van virussen van de ene geïnfecteerde cel naar een aangrenzende cel, zonder dat het virus eerst het extracellulaire milieu blootstelt. | | Lytische levenscyclus | Een virale levenscyclus die leidt tot de snelle lysis (barsten) van de gastheercel en de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes. | | Bacteriofaag | Een virus dat bacteriën infecteert. | | Antibiotherapie | Het gebruik van antibiotica om bacteriële infecties te behandelen. | | Lysogene levenscyclus | Een virale levenscyclus waarbij het virale genoom (profage) geïntegreerd wordt in het bacteriële genoom en wordt doorgegeven aan dochtercellen zonder de bacterie onmiddellijk te doden. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht door middel van een bacteriofaag. | | Temperate bacteriofaag | Een bacteriofaag die zowel een lytische als een lysogene levenscyclus kan ondergaan. | | Vroege eiwitten (virussen) | Eiwitten die vroeg in de virale replicatiecyclus worden geproduceerd en vaak betrokken zijn bij de replicatie van het virale genoom en regulatie. | | Late eiwitten (virussen) | Eiwitten die laat in de virale replicatiecyclus worden geproduceerd en vaak structurele componenten van het nieuwe virion vormen. | | Burst size (virussen) | Het gemiddelde aantal infectieuze virusdeeltjes dat wordt geproduceerd per geïnfecteerde gastheercel tijdens een lytische infectie. | | Compartimentalisatie | De scheiding van cellulaire processen in verschillende compartimenten binnen de cel, zoals de kern en het cytoplasma, die de efficiëntie en regulatie van deze processen kan beïnvloeden. | | Nucleair lokalisatie signaal | Een specifieke aminozuursequentie in een eiwit die ervoor zorgt dat het eiwit naar de celkern wordt getransporteerd. | | Hepatitis C virus (HCV) | Een virus dat leverontsteking (hepatitis) veroorzaakt en voornamelijk wordt overgedragen via bloed-bloedcontact. | | RdRP (RNA dependent RNA polymerase) | Een enzym dat RNA synthetiseert met behulp van een RNA-template, cruciaal voor de replicatie van veel RNA-virussen. | | Endoplasmatisch reticulum | Een netwerk van membranen binnen eukaryote cellen dat betrokken is bij de eiwit- en lipidesynthese en transport. | | HIV (Human Immunodeficiency Virus) | Een virus dat het immuunsysteem aantast en AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) kan veroorzaken. | | LTR (Long Terminal Repeat) | Herhalende sequenties aan de uiteinden van het genoom van retrovirussen die belangrijk zijn voor integratie in het gastheergenoom en transcriptie. | | Integrase | Een enzym dat door retrovirussen wordt gebruikt om het virale DNA te integreren in het chromosomale DNA van de gastheercel. | | Provirus | Het virale DNA dat geïntegreerd is in het gastheergenoom. | | Polyadenylatie | Het toevoegen van een poly(A)-staart aan het 3'-uiteinde van een mRNA-molecuul, wat belangrijk is voor de stabiliteit en translatie van het mRNA. | | Splicing | Een proces waarbij niet-coderende regio's (intronen) uit een precursor mRNA-molecuul worden verwijderd en de coderende regio's (exonen) worden samengevoegd om een volwassen mRNA te vormen. | | Cytopathisch effect (CPE) | Zichtbare veranderingen in gastheercellen die worden veroorzaakt door virale infectie, zoals celafbraak of veranderingen in vorm. | | Plaque forming units (PFU) | Een eenheid die wordt gebruikt om de concentratie van infectieuze virussen in een monster te kwantificeren, gebaseerd op het aantal plaques dat wordt gevormd op een kweek van gastheercellen. |

# Bacteriën en hun eigenschappen Dit onderwerp verkent de fundamentele aard van bacteriën, inclusief hun soortconcept, classificatie, genetische aanpassingsvermogen en overlevingsstrategieën onder verschillende omgevingsomstandigheden. ### 1.1 Wat zijn bacteriën? Bacteriën zijn micro-organismen waarvan de eigenschappen centraal staan in dit studieonderwerp. Er wordt aandacht besteed aan de concepten rondom het bacterie-species, hun classificatie (taxonomie), en hoe bacteriën, van eenvoudig tot complex, hun genexpressie aanpassen aan de omgeving. Bacteriën kunnen hun activiteit variëren van hyperactief tot slapend en zelfs tijdelijk "dood", afhankelijk van de vereisten van hun omgeving [1](#page=1). ### 1.2 Groei, overleving en aanpassing De regulatie van bacteriegroei en de benodigde groeifactoren zijn cruciaal om te begrijpen hoe bacteriën reageren op antibiotica en hoe ze gedijen in specifieke niches. Belangrijke concepten hierbij zijn exponentiële groei, quorum sensing, biofilmvorming en afhankelijkheid van pH en temperatuur [1](#page=1). ### 1.3 Genetische aanpassing en resistentie Bacteriën beschikken over speciale genetische mechanismen die hen in staat stellen snel te muteren en efficiënt resistentie en virulentie te ontwikkelen. Dit aanpassingsvermogen stelt hen in staat te overleven in diverse en vaak uitdagende omstandigheden [1](#page=1). > **Tip:** Begrijpen hoe bacteriële groei gereguleerd wordt, is essentieel voor het ontwikkelen van strategieën om infecties te bestrijden en antimicrobiële middelen effectief in te zetten. > **Tip:** De genetische flexibiliteit van bacteriën, inclusief mutatie en resistentieontwikkeling, is een belangrijk aandachtspunt voor de volksgezondheid en de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. --- # Structuur, classificatie en eigenschappen van virussen Dit deel behandelt de fundamentele opbouw van virionen, hun indeling gebaseerd op het type genoom en de aanwezigheid van een envelop, en de karakteristieke eigenschappen van zowel omhulde als naakte virussen. ## 2. Virussen Virussen worden gedefinieerd als obligaat intracellulaire parasieten. Ze zijn infectieus doordat ze een genoom kunnen introduceren en potentieel produceren, maar zijn voor replicatie volledig afhankelijk van een gastheercel. Virussen hebben geen celstructuur of organellen. Hun erfelijk materiaal kan RNA of DNA zijn, enkel- of dubbelstrengs, en bestaat uit één of meer chromosomen, verpakt met structurele eiwitten, eventuele enzymen en regulatoren. Dit geheel is verpakt in een eiwitmantel en vormt het nucleocapside. Virussen kunnen naakt zijn, of een envelop (membraan) bezitten [2](#page=2). ### 2.1 Classificatie De classificatie van virussen is medisch het meest relevant op basis van het type genoom. Naast het type genoom, is ook de aanwezigheid van een membraan (envelop) van medisch belang [6](#page=6). ### 2.2 Structuur van een virion Een virion, het complete virusdeeltje, bestaat uit een nucleocapside, dat het genetisch materiaal samen met structurele eiwitten, nucleïnezuur bindende eiwitten en mogelijk enzymen bevat [3](#page=3). * **Naakte virussen:** Het virion bestaat uitsluitend uit een nucleocapside [3](#page=3). * **Virussen met enveloppe:** Het virion bestaat uit een nucleocapside dat omgeven is door een membraan. Dit membraan bevat vaak glycoproteïnen die als receptoren fungeren, en daaronder bevinden zich matrix-eiwitten [3](#page=3). Virussen variëren sterk in grootte, van ongeveer 20 nanometer tot 100 nanometer. Hun genoomgrootte loopt uiteen van ongeveer 3 kilobasen tot meer dan 600 kilobasen, waarbij RNA-virussen over het algemeen kleiner zijn. Bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren, kunnen ook buiten dit bereik vallen. Bacteriële filters met poriegroottes van 0,45 µm tot 0,2 µm worden gebruikt voor sterilisatie door filtratie en kunnen ook mycoplasma tegenhouden. Nanofiltratie, met een poriegrootte van 15 nm, kan worden gebruikt om virussen te verwijderen uit bloedeiwitten, zoals stollingsfactoren (FVIII) [4](#page=4). ### 2.3 Eigenschappen De eigenschappen van naakte en omhulde virussen verschillen significant, met belangrijke implicaties voor hun verspreiding en interactie met het immuunsysteem. #### 2.3.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen komen vrij uit de geïnfecteerde cel door lyse, wat resulteert in de dood van de cel. Ze vertonen een hoge stabiliteit ten opzichte van temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging [7](#page=7). Deze stabiliteit heeft de volgende gevolgen: * Ze verspreiden zich gemakkelijk [7](#page=7). * Ze blijven infectieus na uitdroging [7](#page=7). * Ze overleven passage door de zure maag en de basische darminhoud, en kunnen daardoor voorkomen in riolen [7](#page=7). * Humorale immuniteit kan vaak volstaan voor eliminatie, omdat geïnfecteerde cellen afsterven en er minder behoefte is aan de tussenkomst van cytotoxische cellen zoals CD8 T-cellen en NK-cellen [7](#page=7). #### 2.3.2 Eigenschappen van omhulde virussen Omhulde virussen komen vrij door afsnoering (en eventueel lyse) van de geïnfecteerde cel, die daarbij niet noodzakelijk sterft. Hun membraan bevat glycoproteïnen, bestaande uit een mix van virale en cellulaire eiwitten. Omhulde virussen zijn echter labiel ten opzichte van temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging [8](#page=8). Deze labiliteit heeft de volgende gevolgen: * Ze verspreiden zich minder gemakkelijk en primair via grote druppels, bloed en seksueel contact [8](#page=8). * Ze zijn niet langer infectieus na uitdroging [8](#page=8). * Ze overleven de passage door het gastro-intestinale tractus niet [8](#page=8). * Zowel humorale als cellulaire immuniteit zijn nodig voor eliminatie, aangezien intracellulaire persistentie mogelijk is en de tussenkomst van cytotoxische cellen vereist is [8](#page=8). * Een praktische toepassing hiervan is de pathogeen-inactivatie van bloedeiwitten, zoals factor VIII. Virussen zoals HIV, HCV en HBV kunnen gemakkelijk worden verwijderd door behandeling met een detergenstype middel ("solvens-detergens methode"), wat de membranen beschadigt zonder de eiwitten aan te tasten. Deze inactivatiemethode is totaal inefficiënt tegen naakte virussen, zoals HAV [8](#page=8). --- # Virale levenscyclus: mechanismen en stadia De virale levenscyclus beschrijft de reeks stappen die een virus doorloopt om zichzelf te repliceren binnen een gastheercel. ## 3. Virale levenscyclus: mechanismen en stadia ### 3.1 Overzicht van de virale levenscyclus De virale levenscyclus wordt onderverdeeld in verschillende stappen die de interactie van een virus met een gastheercel beschrijven, van initiële binding tot de vrijlating van nieuwe virions. Deze stappen, hoewel kunstmatig gescheiden, helpen bij het begrijpen van de mechanismen van virale infectie en potentiële aangrijpingspunten voor antivirale therapieën [12](#page=12). ### 3.2 Adsorptie Adsorptie is de eerste interactie waarbij het virus zich bindt aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel [13](#page=13). * **Receptor-virusligand interactie:** De receptor op de cel kan een koolhydraat, (glyco)proteïne of (glyco)lipide zijn, vaak gerelateerd aan ionpompen. Deze receptor bepaalt de infecteerbaarheid van de cel en fungeert als een restrictiefactor [13](#page=13). * **Specificiteit van receptoren:** Receptoren kunnen wijdverbreid tot expressie komen, zoals sialzuur voor het influenzavirus op de meeste cellen. Andere receptoren zijn beperkt tot specifieke celtypes, zoals CD4 en de co-receptoren CCR5 of CXCR4 voor HIV [13](#page=13). * **Modulatie van infecteerbaarheid:** Mutaties in de receptor of de virale ligand kunnen de infecteerbaarheid beïnvloeden [13](#page=13). * **Rol in vaccins:** De meeste antivirale vaccins werken door de structuur van het virus die aan de receptor bindt, te neutraliseren met antistoffen [13](#page=13). ### 3.3 Penetratie Na adsorptie dringt het virale genoom of het hele virion de gastheercel binnen [14](#page=14). * **Bacteriofagen:** Injecteren hun genoom direct door de celwand heen [14](#page=14). * **Dierlijke virussen:** Dringen de cel binnen via endocytose of membraanfusie, waarbij het nucleocapside wordt afgeleverd in het cytoplasma [14](#page=14). #### 3.3.1 Uncoating bij influenza Het influenza A virus illustreert de processen van adsorptie, intrede en uncoating, waarbij de HA (hemagglutinine) en M2 eiwitten een cruciale rol spelen [15](#page=15). * **Binding aan sialzuur:** Influenza bindt aan sialzuurresiduen op oppervlakte-eiwitten van de cel. Het virale neuraminidase-enzym op de envelop voorkomt dat virussen aan elkaar kleven, wat de verspreiding faciliteert [15](#page=15). * **Endocytose en endosoomrijping:** Na endocytose komt het virus in het zure milieu van het endosoom. Protonen die door het M2-kanaal stromen, induceren een conformationele verandering in hemagglutinine, waardoor het een fusogeen eiwit wordt [15](#page=15). * **Fusie en vrijlating van capside:** De virale envelop fuseert met het membraan van het endosoom, waardoor het capside in het cytoplasma vrijkomt [15](#page=15). * **Antivirale aangrijpingspunten:** Behandelingen met neuraminidaseremmers of M2-kanaalblokkers zijn gericht tegen deze mechanismen [15](#page=15). ### 3.4 Expressie en replicatie Deze fasen omvatten de productie van virale eiwitten en de vermenigvuldiging van het virale genoom, sterk afhankelijk van het type genoom [16](#page=16). #### 3.4.1 Expressie van virale genomen De expressie van virale genomen hangt af van de aard (RNA/DNA, enkel- of dubbelstrengs) en organisatie ervan, wat consequenties heeft voor therapie en resistentie [17](#page=17). * **DNA virussen:** De meeste DNA virussen uiten hun genen in de celkern, vergelijkbaar met het gastheer-genoom, met dsDNA als template. Partieel dsDNA of ssDNA virussen moeten eerst worden omgezet naar dsDNA. Poxvirussen zijn een uitzondering; ondanks hun dsDNA genoom repliceren en transcriberen ze in het cytoplasma en hebben daarvoor eigen enzymen nodig [17](#page=17). * **ssRNA virussen:** Positief-georiënteerde ssRNA genomen (klasse IV) kunnen direct als mRNA functioneren en worden vertaald tot eiwitten [17](#page=17). * **Negatief-streng of dsRNA genomen:** Deze moeten eerst worden overgeschreven naar positief-georiënteerd RNA dat als mRNA dient. Dit vereist een RNA-afhankelijk RNA polymerase, dat in het virion moet aanwezig zijn omdat menselijke cellen dit enzym niet bezitten [17](#page=17). * **Retrovirussen (klasse VI):** Hun +streng genoom wordt na uncoating niet direct vertaald, maar eerst omgezet naar DNA via reverse transcriptie, en vervolgens geïntegreerd in het gastheersgenoom als dsDNA [17](#page=17). #### 3.4.2 Replicatie van virale genomen De replicatie van virale genomen is ook sterk afhankelijk van het type genoom [18](#page=18). * **DNA virussen:** Repliceren hun genoom meestal in de celkern, met dsDNA als template. ssDNA virussen worden eerst dsDNA. Klasse VII virussen zetten een RNA-kopie van hun DNA-genoom in het cytoplasma om naar partieel dsDNA. Poxvirussen, met een dsDNA genoom, repliceren in het cytoplasma en moeten hiervoor eigen enzymen meebrengen [18](#page=18). * **RNA virussen:** Worden gerepliceerd door een RNA-afhankelijk RNA polymerase, gecodeerd door het virale genoom zelf. Dit kan leiden tot een grote amplificatie van virale genomen door herhaaldelijk kopiëren [18](#page=18). * **Retrovirussen (klasse VI):** Hun +streng genoom wordt via cellulaire polymerasen overgeschreven van het geïntegreerde dsDNA proviraal genoom [18](#page=18). #### 3.4.3 Pathogeen herkenning (PAMPs) Virale structuren kunnen worden herkend als Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) door het immuunsysteem [17](#page=17). * **DNA in endosoom (ongemethyleerd CpG):** Wordt herkend door TLR9 [17](#page=17). * **ssRNA in endosoom:** Wordt herkend door TLR7 [17](#page=17). * **RNA zonder cap in cytoplasma:** Wordt herkend door RIG-I [17](#page=17). * **dsRNA:** Wordt herkend door TLR3 (endosoom) en RIG-I. Dicer knipt dsRNA in siRNA in het cytoplasma [17](#page=17). * **DNA breuken in kern:** Kunnen lijken op dsDNA breuken [18](#page=18). #### 3.4.4 Innate immuun effector mechanismen: Interferon-gestimuleerde genen (ISG) Toll-like receptors (TLR) en RIG-I kunnen interferonen (IFN) induceren, die de expressie van Interferon-Stimulated Genes (ISG) activeren. ISG zijn ongeveer 300 genen die gericht zijn op het blokkeren van virusreplicatie en actief zijn tegen zowel RNA als DNA virussen [19](#page=19) [20](#page=20) [21](#page=21). * **Voorbeelden van ISG:** * Interferon-inducible transmembrane proteins (IFITM): Blokkeren virusbinding en loslating uit endosomen [21](#page=21). * ISG15: Een ubiquitine-achtig proteïne dat zich hecht aan andere proteïnen (ISG-ylatie) en hun omlooptijd verkort [21](#page=21). * Tetherin: Voorkomt de loslating van virussen van het celmembraan [21](#page=21). * cGAS (cyclic GMP-AMP cyclase): Een DNA sensor die virusreplicatie blokkeert [21](#page=21). * RNAseL: Knipt viraal en cellulair RNA [21](#page=21). * PKR: Fosforyleert de eIF2A-initiatiefactor, wat eiwitsynthese stillegt [21](#page=21). ### 3.5 Virion productie Na replicatie worden de virale genomen verpakt in capsiden om nieuwe nucleocapsiden te vormen. Dit proces kan resulteren in auto-assemblage van de virions, gevolgd door maturatie [22](#page=22). ### 3.6 Vrijlating Nieuwe virions worden uit de gastheercel vrijgelaten door middel van budding (uiting van het membraan) of door lyse van de cel [23](#page=23). * **Beperking van vrijlating:** Vrijlating kan worden belemmerd doordat virussen blijven hangen aan de producerende cel. Dit kan gebeuren door binding aan receptoren, wat door de cel kan worden opgelost door receptor-downregulatie of afknippen (bv. sialzuur door neuraminidase). Een andere factor is tetherin, een interferon-geïnduceerde receptor die virale deeltjes aan het membraan bindt, wat door virussen zoals HIV (via eiwit Vpu) ongedaan kan worden gemaakt [23](#page=23). * **Cel-naar-cel transmissie:** Virussen kunnen zich ook direct van cel naar cel verspreiden, wat de blootstelling aan het extracellulaire milieu en neutraliserende antilichamen minimaliseert [23](#page=23). ### 3.7 Lytische levenscyclus (bacteriofagen) De lytische levenscyclus van bacteriofagen is snel en resulteert in de dood van de bacterie. Bacteriofagen worden onderzocht als mogelijke antibacteriële therapie, maar resistentie kan ontstaan door mutaties in bacteriële receptoren [24](#page=24). ### 3.8 Temperate levenscyclus (bacteriofagen) De temperate levenscyclus laat virale overdracht naar dochtercellen toe zonder onmiddellijke schade aan de gastheercel [26](#page=26). * **Lysogene fase:** Het faaggenoom wordt geïntegreerd in het bacteriële genoom en gerepliceerd met het bacteriële DNA [26](#page=26). * **Repressor eiwit:** Een repressor-eiwit van de faag onderdrukt de replicatie van de faag [26](#page=26). * **Inductie:** Bij inductie (bv. door stress) wordt de repressor afgebroken, wat leidt tot activatie van de lytische cyclus [26](#page=26). * **Belang:** Transductie van antibioticaresistentie en toxines kan plaatsvinden [26](#page=26). ### 3.9 Bacteriofaag kinetiek Bij gesynchroniseerde infecties kunnen de kinetiek van replicatie en de 'burst size' (aantal vrijgelaten infectieuze partikels per cel) worden gemeten. Er is onderscheid tussen vroege (enzymen, regulatoren) en late (capside) eiwitten in de expressie [28](#page=28). ### 3.10 Levenscyclus van dierlijke virussen Dierlijke virussen zijn vaak minder complex dan bacteriofagen (geen celwand te penetreren) maar groeien trager door compartimentalisatie (kern-cytoplasma) [29](#page=29). * **Herpesvirussen:** * Penetratie en uncoating [29](#page=29). * Genoom naar de kern voor replicatie en packaging [29](#page=29). * Expressie van mRNA in cytoplasma, gevolgd door eiwitsynthese [29](#page=29). * Transport van eiwitten naar de kern [29](#page=29). * Packaging in de kern [29](#page=29). * Budding door het kernmembraan en opnieuw in het cytoplasma [29](#page=29). * Release [29](#page=29). * **Influenza (Orthomyxovirus):** Replicatie vindt plaats in de celkern, ondanks een negatief-streng RNA genoom [29](#page=29). ### 3.11 Expressie en replicatie van HCV Het Hepatitis C virus (HCV) illustreert de cyclus van een positief-streng RNA virus [30](#page=30). * **Genoom:** Het positief-streng RNA genoom fungeert als mRNA en wordt vertaald tot één precursor-eiwit [30](#page=30). * **Proteolyse:** Dit eiwit wordt in structurele (core, E1, E2) en niet-structurele (NS) eiwitten geknipt [30](#page=30). * **Replicatie-enzym:** NS5B is het RNA-afhankelijke RNA polymerase (RdRP) dat negatieve strengen aanmaakt, waarop nieuwe positieve strengen worden gesynthetiseerd [30](#page=30). * **Verpakking:** Nieuwe genomen worden verpakt in nieuwe virions [30](#page=30). * **Antivirale aangrijpingspunten:** De NS-proteasen en polymerase zijn doelwitten voor antivirale medicatie [30](#page=30). * **Locatie van replicatie:** Replicatie vindt plaats bij het membraan van het endoplasmatisch reticulum [30](#page=30). ### 3.12 Levenscyclus van HIV De levenscyclus van HIV, een retrovirus, omvat verschillende specifieke stappen [31](#page=31). * **Ligand-receptor herkenning en fusie:** HIV bindt aan receptoren (bv. CD4) en fuseert met het celmembraan, of wordt opgenomen via endocytose. Het nucleocapside komt in het cytoplasma [31](#page=31). * **Reverse transcriptie:** Het virale reverse transcriptase (RT) zet het RNA genoom om naar dsDNA in het cytoplasma, vaak met fouten [31](#page=31). * **Integratie:** Het dsDNA pre-integratiecomplex integreert in het gastheersgenoom met behulp van integrase (IN). LTR (Long Terminal Repeat) sequenties spelen hierbij een rol [31](#page=31). * **Transcriptie:** Het provirus wordt getranscribeerd door cellulaire polymerasen, gestimuleerd door de 5’ LTR promotor activiteit. Dit proces is foutloos [31](#page=31). * **Polyadenylatie en splicing:** Polyadenylatie gebeurt via de 3’ LTR. Splicing van het RNA is mogelijk [31](#page=31). * **Eiwitcode en genoom:** Gespliced en ongespliced RNA codeert voor eiwitten; het ongespliced (full-length) RNA dient ook als genoom [31](#page=31). * **Budding:** Virions worden gevormd via budding aan het celmembraan [31](#page=31). --- # Diagnostische methoden en vroege geschiedenis van virologie Dit onderwerp behandelt de historische ontwikkeling van de virologie, inclusief de vroege ontdekkingen die leidden tot het aantonen van virussen, en de rol van virussen in de moleculaire biologie. ### 4.1 Vroege ontdekkingen en historische mijlpalen In de 19e eeuw werd ontdekt dat er filtreerbare agentia bestonden die voldeden aan de postulaten van Koch. Net voor de Tweede Wereldoorlog werden de eerste elektronenmicroscoopbeelden van virussen gemaakt. De studie van bacteriofagen vormde de basis voor de moleculaire biologie [11](#page=11). **Belangrijke chronologische gebeurtenissen:** * **1949:** Het kweken van poliovirus in celcultuur werd mogelijk [11](#page=11). * **1957:** Echo virus 9 werd geïdentificeerd als oorzaak van epidemische meningitis, mede door E. Nihoul aan de UGent [11](#page=11). * **1970:** Ontdekking van reverse transcriptase door Baltimore en Temin, waarvoor zij in 1975 de Nobelprijs ontvingen [11](#page=11). * **1971:** De Amerikaanse president Nixon lanceerde de 'War on Cancer', wat een impuls gaf aan virologisch onderzoek [11](#page=11). * **1976:** Walter Fiers van de UGent publiceerde de eerste complete nucleotidensekwentie van een genoom, afkomstig van de RNA bacteriofaag MS2 (3569 nucleotiden) [11](#page=11). * **1978:** Walter Fiers van de UGent publiceerde de eerste complete nucleotidensekwentie van een DNA-genoom, afkomstig van het eukaryote virus SV40 (5244 nucleotiden) [11](#page=11). * **1983:** De ontdekking van HIV gaf een tweede boost aan virologisch onderzoek, wat leidde tot de Nobelprijs in 2008 [11](#page=11). * **1994:** Ontdekking van humaan herpesvirus 8 (HHV8), geassocieerd met Kaposi-sarcoom [11](#page=11). * **2002:** Het genoom van SARS-CoV-1 werd binnen zes maanden na de uitbraak bekend, samen met een diagnostische test [11](#page=11). * **2012:** Mutaties werden ontdekt en aangebracht om de overdracht van influenza H5N1 tussen zoogdieren te bestuderen [11](#page=11). * **2019:** Het genoom van SARS-CoV-2 was binnen een maand na de uitbraak bekend, evenals een diagnostische test [11](#page=11). * **2024:** Er werden nieuwe mpox-varianten waargenomen [11](#page=11). ### 4.2 Aantonen van virussen Het aantonen van virussen kan op verschillende manieren gebeuren. Een veelgebruikte methode is het zichtbaar maken van virale schade aan gastheercellen, zoals bij dierlijke virussen via plaque-vormende eenheden (Plaque Forming Units) of cytopathisch effect (CPE) [32](#page=32) [33](#page=33). #### 4.2.1 Cytopathisch effect en plaquevorming * **Cytopathisch effect (CPE):** Dit verwijst naar de zichtbare veranderingen in cellen geïnfecteerd door een virus. Deze effecten kunnen variëren van celvervorming, celafscheiding (lysis) tot de vorming van syncytia (meerkernige cellen) [33](#page=33). * **Plaque-vormende eenheden (PFU):** Bij het kweken van virussen op een laag cellen, kunnen virussen die de cellen doden, zichtbare gaten of 'plaques' veroorzaken in de celmonolaag. Elke plaque is afkomstig van één initiële virusdeeltje dat zich heeft vermenigvuldigd. De concentratie van infectieuze virussen wordt uitgedrukt in PFU per volume-eenheid (bv. PFU/mL) [33](#page=33). #### 4.2.2 Virale titratie Het bepalen van de concentratie van infectieuze virussen, oftewel de titer, gebeurt door middel van serïele verdunningen. De verdunning waarbij nog infectieuze virussen aanwezig zijn, leidt tot de vorming van plaques. Een hoge titer betekent een hoge concentratie aan infectieuze virusdeeltjes, terwijl een lage titer een lagere concentratie aangeeft [33](#page=33). ### 4.3 Virustypen en voorbeelden (Genoom type) De classificatie van virussen kan gebaseerd zijn op hun genoomtype. Hieronder volgt een overzicht met enkele voorbeelden van virale pathogenen bij de mens, ingedeeld naar genoomtype [10](#page=10). **dsDNA virussen:** * **Poxviridae:** Variola (pokken), Orf (pustuleuze dermatitis), Molluscum contagiosum (pustuleuze dermatitis) [10](#page=10). * **Herpesviridae:** Herpes simplex 1 en 2 (mond- en genitale herpes), Varicella-zoster (waterpokken), Epstein-Barr (mononucleosis), Cytomegalovirus (neonatale afwijkingen), HHV6 (roodvonk), HHV8 (Kaposi-sarcoom) [10](#page=10). * **Adenoviridae:** Adenovirus (respiratoire infectie, conjunctivitis) [10](#page=10). * **Polyomaviridae:** Polyomavirus (goedaardige nierinfectie, respiratoire ziekte, leukoencephalopathie) [10](#page=10). * **Papillomaviridae:** Papillomavirus (wratten, genitale carcinomen) [10](#page=10). **ssDNA virussen:** * **Anellovirus:** Onbekend [10](#page=10). * **Parvoviridae:** B-19 (vijfde ziekte, foetale sterfte) [10](#page=10). **Retro virussen:** * **Hepadnaviridae:** Hepatitis B ("serum" hepatitis) [10](#page=10). * **Retroviridae:** HIV (aids), HTLV (leukemie) [10](#page=10). **dsRNA virussen:** * **Reoviridae:** Rotavirus (kinderlijke gastro-enteritis) [10](#page=10). **ssRNA (-) virussen:** * **Rhabdoviridae:** Rabiesvirus (hondsdolheid) [10](#page=10). * **Filoviridae:** Ebola virus (ebola) [10](#page=10). * **Paramyxoviridae:** Parainfluenzavirus (respiratoire infectie), Bofvirus (bof), Respiratoir syncytiaal virus (respiratoire infectie), Mazelenvirus (mazelen) [10](#page=10). * **Orthomyxoviridae:** Influenzavirus (griep) [10](#page=10). * **Bunyaviridae:** Hantaanvirus (hemorragische koorts met nierstoornissen) [10](#page=10). * **Arenaviridae:** Lassa-koortsvirus (hemorragische koorts) [10](#page=10). * **Deltavirus:** Hepatitis D (fulminante acute hepatitis) [10](#page=10). **ssRNA (+) virussen:** * **Picornaviridae:** Poliovirus (polio), Rhinovirus (bovenste luchtweginfectie), Hepatitis A ("infectieuze" hepatitis) [10](#page=10). * **Caliciviridae:** Norwalkvirus (gastro-enteritis) [10](#page=10). * **Hepevirus:** Hepatitis E (acute hepatitis) [10](#page=10). * **Astroviridae:** Astrovirus (gastro-enteritis) [10](#page=10). * **Coronaviridae:** Coronavirus (respiratoire infectie) [10](#page=10). * **Flaviviridae:** Yellow fever virus (gele koorts), Hepatitis C (hepatitis) [10](#page=10). * **Togaviridae:** Eastern Equine Encephalitis virus (encefalitis), Rubellavirus (rode hond) [10](#page=10). --- ## 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 tot het domein Bacteria behoren. Ze komen in vrijwel alle habitats op aarde voor en spelen cruciale rollen in ecosystemen, zoals afbraak van organisch materiaal en de stikstofcyclus. Sommige bacteriën kunnen ziekten veroorzaken. | | **Virussen** | Infectieuze agentia die alleen kunnen repliceren binnen de levende cellen van andere organismen. Ze bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel, en soms een envelop. Virussen infecteren alle soorten levensvormen, van dieren en planten tot bacteriën. | | **Immuunsysteem** | Het complexe netwerk van cellen, weefsels en organen dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën, virussen, schimmels en parasieten. Het onderscheidt "zelf" van "niet-zelf" en neutraliseert schadelijke indringers. | | **Antimicrobiële middelen** | Een brede klasse van medicijnen die worden gebruikt om infecties veroorzaakt door micro-organismen te behandelen, waaronder bacteriën, virussen, schimmels en parasieten. Antibiotica zijn specifiek gericht tegen bacteriën. | | **Taxonomie** | De wetenschappelijke classificatie van organismen op basis van gedeelde kenmerken. Bij bacteriën omvat dit de indeling in soorten, geslachten, families, ordes, klassen, stammen en domeinen. | | **Artificiële minimale bacterie** | Een hypothetisch of experimenteel geconstrueerd organisme dat is ontdaan van alle overbodige genen en componenten, zodat alleen de essentiële genen voor leven en replicatie overblijven. Dit helpt bij het begrijpen van de minimale vereisten voor leven. | | **Groeiregulatie** | Processen die de groei en deling van bacteriën controleren. Dit omvat het reageren op omgevingsfactoren zoals voedingsstoffen, temperatuur en pH, en de interactie met andere micro-organismen. | | **Exponentiële groei** | Een groeipatroon waarbij de populatie van bacteriën zich verdubbelt in vaste tijdsintervallen, wat resulteert in een snelle toename van het aantal cellen onder optimale omstandigheden. | | **Quorum sensing** | Een communicatiesysteem dat bacteriën gebruiken om de dichtheid van hun eigen populatie te meten. Dit stelt hen in staat om collectieve gedragingen te coördineren, zoals de vorming van biofilms of de productie van toxines. | | **Biofilm** | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen, ingekapseld in een zelfgeproduceerde extracellulaire matrix, die zich hecht aan een oppervlak. Biofilms bieden bescherming tegen omgevingsstress en antimicrobiële middelen. | | **Muteren** | Een permanente verandering in de sequentie van DNA of RNA. Mutaties kunnen spontaan optreden of worden geïnduceerd door externe factoren, en ze vormen de basis voor genetische variatie en evolutie. | | **Resistentie** | Het vermogen van een micro-organisme om weerstand te bieden aan de effecten van een medicijn, zoals een antibioticum of antivirale middel. Dit kan worden veroorzaakt door genetische mutaties of de overname van resistentiegenen. | | **Virulentie** | De mate waarin een pathogeen ziekte kan veroorzaken. Virulentiefactoren zijn eigenschappen van een micro-organisme die bijdragen aan zijn vermogen om een gastheer te infecteren, zich te vermenigvuldigen en ziekte te veroorzaken. | | **Levenscyclus van virussen** | Het volledige proces dat een virus doorloopt vanaf het moment dat het een gastheercel infecteert tot de productie van nieuwe virionen en de verspreiding ervan. Dit omvat stappen als adsorptie, penetratie, replicatie en vrijlating. | | **Aangeboren immuunsysteem** | De eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen infecties. Het is niet-specifiek en reageert snel op pathogenen door middel van mechanismen zoals ontsteking, koorts en fagocytose. | | **Integratie in humaan DNA** | Het proces waarbij viraal genetisch materiaal wordt ingebed in het genoom van de gastheercel. Dit is kenmerkend voor retrovirussen zoals HIV en kan leiden tot langdurige infecties. | | **Latentie** | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarbij het virale genoom aanwezig is in de gastheercel, maar er geen actieve replicatie of productie van virionen plaatsvindt. De virusdeeltjes zijn "slapend". | | **Oncogene transformatie** | Het proces waarbij normale cellen veranderen in kankercellen, vaak geïnduceerd door virussen (oncogene virussen). Deze virussen kunnen genen bevatten die celgroei en deling reguleren, wat leidt tot ongecontroleerde proliferatie. | | **Obligaat intracellulaire parasiet** | Een organisme dat niet kan groeien of zich repliceren zonder een levende gastheercel. Virussen zijn hiervan een primair voorbeeld, omdat ze de machinerie van de gastheercel nodig hebben. | | **Infectieus** | Het vermogen van een organisme, zoals een virus, om een gastheer binnen te dringen en zich daarin te vermenigvuldigen, wat kan leiden tot ziekte. | | **Genoom** | Het complete erfelijk materiaal van een organisme, inclusief alle genen. Bij virussen kan dit DNA of RNA zijn, enkel- of dubbelstrengs. | | **Nucleocapside** | Het complex gevormd door het genetisch materiaal van een virus (DNA of RNA) en de eiwitten die eraan gebonden zijn, inclusief de structurele eiwitten die het genoom omhullen. | | **Eiwitmantel (capside)** | De beschermende schil van eiwitten die het genetisch materiaal van een virus omgeeft. Het is opgebouwd uit subeenheden genaamd capsomeren. | | **Enveloppe** | Een buitenste membraanlaag rondom het nucleocapside van sommige virussen, afkomstig van de celmembraan van de gastheercel tijdens het afsnoeringsproces. De envelop bevat vaak virale glycoproteïnen die betrokken zijn bij de interactie met de gastheercel. | | **Virion** | Een volledig ontwikkelde virale partikel dat infectieus is buiten de cel. Het bestaat uit het genetisch materiaal en een eiwitmantel, en mogelijk een envelop. | | **Glycoproteïnen** | Eiwitten waaraan koolhydraatketens zijn gebonden. In virale enveloppes spelen ze vaak een rol als receptoren die het virus helpen binden aan de gastheercel. | | **Matrix eiwitten** | Eiwitten die zich tussen het nucleocapside en de virale envelop bevinden. Ze spelen een rol bij het stabiliseren van de envelop en de interactie met het nucleocapside. | | **Naakte virussen** | Virussen die geen buitenste membraanlaag (envelop) bezitten. Ze zijn vaak stabieler in de omgeving dan omhulde virussen. | | **Virussen met enveloppe** | Virussen die zijn omgeven door een lipidemembraan, afkomstig van de gastheercel. Deze envelop is essentieel voor de infectie van nieuwe cellen en maakt ze vaak gevoeliger voor omgevingsfactoren. | | **Classificatie van virussen** | Het organiseren van virussen in groepen op basis van gemeenschappelijke eigenschappen, zoals het type genetisch materiaal (DNA/RNA), de structuur van het genoom (enkel- of dubbelstrengs), de vorm van het capside, en de aanwezigheid van een envelop. | | **Genomegrootte** | De totale lengte van het genetisch materiaal van een virus, gemeten in kilobases (kb) of megabases (Mb). Dit varieert sterk tussen verschillende virussoorten. | | **Partikelgrootte** | De afmeting van een virion, gemeten in nanometers (nm). Dit varieert van ongeveer 20 nm tot meer dan 1000 nm (voor gigantische virussen). | | **Bacteriofaag** | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. Bacteriofagen zijn belangrijk in de microbiologie en worden onderzocht voor therapeutische toepassingen. | | **Nanofiltratie** | Een filtratieproces dat gebruikmaakt van membranen met zeer fijne poriën om virussen en andere kleine deeltjes te verwijderen uit oplossingen, bijvoorbeeld bij de zuivering van eiwitten uit bloed. | | **RNA virussen** | Virussen waarvan het genetisch materiaal bestaat uit RNA. Deze virussen kunnen een significant hogere mutatiesnelheid hebben dan DNA-virussen. | | **DNA virussen** | Virussen waarvan het genetisch materiaal bestaat uit DNA. Ze repliceren hun genoom meestal in de celkern. | | **Lyse van de cel** | Het proces waarbij een cel barst en uiteenvalt, vaak als gevolg van een virale infectie. Dit leidt tot de vrijlating van nieuwe virionen. | | **Humorale immuniteit** | Een onderdeel van het immuunsysteem dat zich richt op de productie van antilichamen door B-cellen om ziekteverwekkers buiten de cellen te bestrijden. | | **Cytotoxische cellen** | Een type witte bloedcel, zoals CD8+ T-cellen en NK-cellen, die geïnfecteerde of abnormale cellen kunnen herkennen en doden. | | **Afsnoering (budding)** | Een proces waarbij nieuwe virionen de cel verlaten door uit de celmembraan te groeien en deze als envelop mee te nemen, zonder noodzakelijkerwijs de cel te doden. | | **Gastro-intestinale tractus** | Het spijsverteringskanaal, bestaande uit de mond, slokdarm, maag, dunne darm, dikke darm en anus. Veel virussen kunnen deze omgeving niet overleven. | | **Celulaire immuniteit** | Een ander onderdeel van het immuunsysteem, waarbij immuuncellen zoals T-cellen direct geïnfecteerde cellen aanvallen om de verspreiding van virussen te stoppen. | | **Solvens detergens methode** | Een techniek om enveloppe virussen te inactiveren door gebruik te maken van organische oplosmiddelen en detergenten, die de lipidemembraan van de envelop beschadigen. | | **RNA afhankelijk RNA polymerase** | Een enzym dat wordt gesynthetiseerd door veel RNA-virussen en dat nodig is om viraal RNA te repliceren. Dit enzym is niet aanwezig in de meeste eukaryote cellen. | | **Consensus sequentie** | Een representatieve genetische sequentie die de meest voorkomende nucleotide op elke positie van een groep vergelijkbare sequenties weergeeft. Dit is nuttig voor het bestuderen van variabiliteit in virussen zoals RNA-virussen. | | **Fylogenetische boom** | Een diagram dat de evolutionaire relaties tussen verschillende organismen of genen weergeeft, gebaseerd op hun genetische sequenties. De lengte van de takken weerspiegelt de mate van genetische verandering. | | **Quasispecies** | Een populatie van genetisch zeer vergelijkbare, maar niet identieke virussen die in een geïnfecteerde gastheer circuleren. Dit fenomeen is vooral prominent bij RNA-virussen zoals HIV. | | **Plaque forming units (PFU)** | Een maat voor het aantal infectieuze virale deeltjes in een monster. Het wordt bepaald door het aantal plaques (zones van cellysis) te tellen die worden veroorzaakt door een verdunde virusoplossing op een laag cellen. | | **Cytopathisch effect (CPE)** | Zichtbare veranderingen in gastheercellen die worden veroorzaakt door een virale infectie. Dit kan variëren van celafsnuiting en vervorming tot lyse. | | **Ligand-receptor interactie** | De specifieke binding tussen een molecuul (ligand) op het virus en een molecuul (receptor) op de gastheercel. Dit is de eerste stap in de virale infectie en bepaalt de cel- of weefselspecificiteit. | | **Endocytose** | Een proces waarbij de cel een stof opneemt door het membraan rondom de stof te laten sluiten en een blaasje te vormen. Virussen kunnen op deze manier de cel binnendringen. | | **Membraanfusie** | Het proces waarbij de lipide dubbellaag van de virale envelop versmelt met de celmembraan van de gastheercel, waardoor het virale genoom of nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt. | | **Reverse transcriptase** | Een enzym dat wordt aangetroffen in retrovirussen (zoals HIV) dat RNA kan omzetten in DNA. Dit DNA wordt vervolgens geïntegreerd in het genoom van de gastheercel. | | **Integratie** | Het proces waarbij viraal DNA (vaak een provirus) wordt ingebouwd in het chromosomale DNA van de gastheercel. Dit is een essentiële stap in de levenscyclus van retrovirussen. | | **Provirus** | Viraal DNA dat is geïntegreerd in het genoom van de gastheercel. Het kan worden getranscribeerd naar viraal RNA, wat leidt tot de productie van nieuwe virussen. | | **LTR (Long Terminal Repeat)** | Herhalende DNA-sequenties aan de uiteinden van het genoom van retrovirussen. Ze bevatten regulerende elementen die essentieel zijn voor de integratie, transcriptie en replicatie van het virus. | | **Polyadenylatie** | Het toevoegen van een reeks adenine-nucleotiden (een poly-A-staart) aan het 3'-uiteinde van een mRNA-molecuul. Dit speelt een rol bij de stabiliteit en translatie van mRNA. | | **Splicing** | Een proces waarbij intronen (niet-coderende delen) uit een primair RNA-transcript worden verwijderd en de exonen (coderende delen) aan elkaar worden gekoppeld om een volwassen mRNA te vormen. | | **Virostatica** | Medicijnen die de replicatie van virussen remmen. Ze grijpen specifiek in op verschillende stadia van de virale levenscyclus. | | **PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern)** | Moleculaire structuren die kenmerkend zijn voor pathogenen en worden herkend door receptoren van het immuunsysteem (zoals TLR's) om een immuunrespons te activeren. | | **TLR (Toll-Like Receptor)** | Een klasse van receptoren op immuuncellen die PAMP's herkennen en een cruciale rol spelen in de aangeboren immuniteit. | | **RIG-I (Retinoic acid-inducible gene I)** | Een cytoplasmatische receptor die viraal RNA herkent en een belangrijke rol speelt in de inductie van interferonen. | | **Interferonen (IFN)** | Een groep eiwitten die door cellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties. Interferonen helpen de virusreplicatie te remmen en activeren andere immuuncellen. | | **ISG (Interferon Stimulated Genes)** | Genen die worden geactiveerd door interferonen. De eiwitten die door ISG's worden gecodeerd, hebben diverse antivirale functies. | | **IFITM (Interferon-Inducible Transmembrane Proteins)** | Een familie van eiwitten die de opname van virussen in cellen en hun vrijlating uit endosomen kunnen blokkeren. | | **Tetherin** | Een cellulair eiwit dat de vrijlating van nieuwe virionen uit de celmembraan voorkomt door de virale deeltjes aan de cel te "verankeren". | | **cGAS (cyclic GMP-AMP synthase)** | Een DNA-sensor in het cytoplasma die viraal DNA detecteert en een signaalroute activeert die de replicatie van zowel DNA- als RNA-virussen kan remmen. | | **RNAseL** | Een enzym dat viraal en cellulair RNA kan afbreken, waardoor de virale replicatie wordt verstoord. | | **PKR (Protein Kinase R)** | Een eiwitkinase dat wordt geactiveerd door viraal dubbelstrengs RNA en dat de eiwitsynthese in de cel remt, wat de virale replicatie belemmert. | | **Lytische levenscyclus** | Een virale replicatiecyclus waarbij de gastheercel wordt gedood en vernietigd om nieuwe virusdeeltjes vrij te geven. Dit is kenmerkend voor veel bacteriofagen en sommige dierlijke virussen. | | **Lysogene levenscyclus** | Een virale replicatiecyclus waarbij het virale genoom zich integreert in het genoom van de gastheercel en wordt doorgegeven aan dochtercellen zonder de cel direct te doden. Dit is kenmerkend voor temperate bacteriofagen. | | **Transductie** | Het proces waarbij viraal DNA wordt overgedragen van de ene bacterie naar de andere via een bacteriofaag. Dit kan genetische informatie, zoals resistentiegenen, verspreiden. | | **Temperate bacteriofaag** | Een bacteriofaag die zowel een lytische als een lysogene levenscyclus kan doorlopen. | | **Burst size** | Het gemiddelde aantal infectieuze virusdeeltjes dat wordt geproduceerd per geïnfecteerde gastheercel tijdens een lytische cyclus. |

# De mondholte en bovenste luchtwegen als immuunbarrière De mondholte en bovenste luchtwegen fungeren als een cruciale immuunbarrière die het lichaam beschermt tegen pathogenen via diverse fysieke, chemische en microbiële mechanismen. ### 1.1 Algemene principes van de immuunbarrière in de mondholte en bovenste luchtwegen De neus en mondholte zijn de primaire toegangspunten voor omgevingsfactoren en pathogenen. Mechanismen zoals verwarming en turbulentie van ingeademde lucht door de neusschelpen helpen bij het vangen van stofdeeltjes en bacteriën in speeksel en mucus. Reflexten zoals hoesten, niezen en slikken dragen bij aan het verwijderen van deze deeltjes. Speeksel speelt een sleutelrol in de mondholte door de spijsvertering te ondersteunen, zuren te bufferen die door bacteriën worden geproduceerd, en het leveren van beperkte voedingsstoffen [19](#page=19). > **Tip:** De neusbijholten en het middenoor worden als grotendeels bacterievrij beschouwd dankzij de efficiënte mechanismen van de bovenste luchtwegen [19](#page=19). ### 1.2 Barrières en microflora specifiek voor de mondholte en tanden #### 1.2.1 De tand- en tandvleesgrens De gingivo-creviculaire vloeistof die sijpelt in de sulcus gingivalis (tandvleesrand) bevat serumcomponenten, waaronder een hoge concentratie aan eiwitten, immuunglobulines, complementfactoren en macrofagen. Het tandoppervlak zelf schilfert niet af, wat leidt tot de vorming van tandplaque, een laag van bacteriën. Bepaalde bacteriën in de plaque zetten glucose om in zure metabolieten die het glazuur aantasten, wat leidt tot cariës. Speeksel speelt hier een bufferende rol en heeft een relatief hoog debiet (flow) [19](#page=19). #### 1.2.2 Het orale microbioom De mondholte herbergt grote aantallen bacteriën, met ongeveer $10^7$ bacteriën per milliliter speeksel en tot $10^9$ bacteriën per milligram tandplaque, verspreid over vele genera. Een belangrijke groep zijn de orale streptokokken, voorheen bekend als *Streptococcus viridans*. Ondanks de hoge bacteriële belasting in de mondholte, worden de diepere luchtwegen beschermd door mechanismen zoals de afsluiting van de glottis, de aanwezigheid van slijm, trilharen (cilia), en de reflexen van slikken, hoesten en niezen [20](#page=20). ### 1.3 De nasopharynx en oropharynx als immuunpoort De naso- en oropharynx, inclusief de tonsilregio (ring van Waldeyer), bevatten lymfoïd weefsel met crypten die direct contact bieden met het immuunsysteem. Deze regio's worden gekoloniseerd door een verscheidenheid aan potentieel pathogene bacteriën, zoals meningokokken, *H. influenzae*, pneumokokken en *S. pyogenes*. Het directe contact met het immuunsysteem voorkomt doorgaans dat deze kolonisatie leidt tot infectie, waarbij de stammen vaak verdwijnen om plaats te maken voor andere types. Het loutere aanwezigheid van deze bacteriën zonder symptomen wordt beschouwd als kolonisatie [20](#page=20). #### 1.3.1 Streptokokken in de bovenste luchtwegen Streptokokken zijn een significante groep bacteriën die medisch in drie hoofdgroepen worden ingedeeld: de pyogene groep (inclusief *S. pyogenes* en *S. pneumoniae*), en de *S. viridans*-groep [21](#page=21). **Lancefield-antigenen en hemolyse** * **Lancefield-antigenen:** Deze species-specifieke celwandantigenen, beschreven door Lancefield, worden nog steeds gebruikt voor classificatie. *S. pyogenes* is bijvoorbeeld een Groep A streptokok, en *S. agalactiae* is een Groep B streptokok [22](#page=22). * **Hemolyse:** Dit is het effect van de bacteriekolonie op bloedagar, wat diagnostisch nuttig is. * **$\beta$-hemolytische streptokokken:** Lyseren rode bloedcellen volledig en worden soms geassocieerd met pathogeniteit [22](#page=22). * **$\alpha$-hemolyse (vergroening):** Veroorzaakt een groene verkleuring rond de kolonie en is kenmerkend voor bijvoorbeeld pneumokokken en sommige orale streptokokken [22](#page=22). * **$\gamma$-hemolyse:** Geen hemolyse waargenomen [22](#page=22). #### 1.3.2 *S. pyogenes* (Groep A Lancefield streptococcus) * **Bron, reservoir en overdracht:** *S. pyogenes* is een bewoner van de nasopharynx en wordt overgedragen via druppels. Geïnfecteerde huidletsels kunnen ook een bron zijn. De bacterie kan zich tijdelijk handhaven in de keel na contact en ziekte of dragerschap veroorzaken. Immuniteit is typespecifiek [23](#page=23). * **Pathogenese:** *S. pyogenes* bezit diverse virulentiefactoren, waaronder adhesines, toxines, immuun-ontwijkende moleculen en weefseldestructieve enzymen. Sommige toxines worden gefaagd gemedieerd [23](#page=23). * **Infecties:** De belangrijkste bacteriële verwekker van keelontsteking. Kan ook huid- en weke deleninfecties veroorzaken zoals impetigo en cellulitis (waaronder necrotiserende fasciitis). Scarlatina (roodvonk) is een andere infectie [23](#page=23). * **'Niet-pyogene' complicaties:** Deze treden op afstand van de infectiehaard op en worden veroorzaakt door immuuncomplexen of kruisreactiviteit van antilichamen, zoals glomerulonefritis, artritis en hartklepletsels [23](#page=23). * **Bescherming:** Intacte barrières en voorkoming van overdracht zijn cruciaal. Antilichamen bieden bescherming, maar zijn typespecifiek [24](#page=24). #### 1.3.3 Orale streptokokken Deze groep omvat 'niet-virulente' streptokokken die voornamelijk in de mondholte voorkomen. Ze worden vaak aangeduid als *S. viridans* of vergroenende streptokokken, hoewel niet alle soorten alfa-hemolytisch zijn [25](#page=25). * **Classificatie:** Naast de pathogene soorten (*S. pneumoniae*, *S. pyogenes*, *S. agalactiae*, *S. dysgalactiae*), worden de overige streptokokken vaak onder de orale streptokokken gerekend [25](#page=25). * **Bron, reservoir en overdracht:** Het reservoir is de nasopharynx en andere slijmvliezen, met overdracht via droplets of slijmvliescontact [25](#page=25). * **Infecties:** Over het algemeen weinig pathogeen, maar kunnen deel uitmaken van gemengde flora bij abcessen, zoals odontogene abcessen. Endocarditis kan optreden na bacteriëmie, vooral bij beschadigde hartkleppen [25](#page=25). * **Rol in cariës:** *S. mutans* speelt een belangrijke rol bij het ontstaan van cariës door lactaatproductie, wat leidt tot glazuuroplosing en invasie door andere mondbacteriën [25](#page=25). * **Pathogenese:** Deze streptokokken produceren glucanen (externe polysacchariden) die hen helpen hechten aan tandoppervlakken en hartklepletsels [25](#page=25). * **Bescherming:** Intacte barrières en goede tandhygiëne (plaque preventie) zijn essentieel [25](#page=25). --- # Streptokokken en hun rol in infecties Streptokokken vertegenwoordigen een diverse groep bacteriën die, ondanks de aanwezigheid van veel niet-pathogene stammen, ook significante veroorzakers van menselijke infecties kunnen zijn [25](#page=25). ### 2.1 Classificatie en algemene kenmerken Streptokokken kunnen worden onderverdeeld op basis van hun pathogene potentieel en hemolytische activiteit op bloedagar [25](#page=25). #### 2.1.1 Orale streptokokken (S. viridans) * **Kenmerken:** Deze groep omvat een groot aantal 'niet-virulente' streptokokken die de slijmvliezen, met name in de mond, koloniseren. Ze zijn vaak alfa-hemolytisch (vergroenend) [25](#page=25). * **Reservoir, overdracht en infecties:** Het reservoir is de nasopharynx en andere slijmvliezen, met overdracht via droplets of slijmvliescontact. Ze zijn doorgaans weinig pathogeen, maar kunnen deel uitmaken van een mengflora bij gemengde abcessen, zoals odontogene abcessen [25](#page=25). * **Endocarditis:** Orale streptokokken kunnen endocarditis veroorzaken, vooral na transiënte bacteriëmie die kan optreden bij tandheelkundige ingrepen of zelfs dagelijkse activiteiten, in aanwezigheid van een beschadigde hartklep [25](#page=25). * **Cariës:** *Streptococcus mutans* speelt een cruciale rol bij het ontstaan van cariës door de productie van lactaat, wat leidt tot glazuuroplossing en daaropvolgende invasie van het dentine door andere mondbacteriën [25](#page=25). * **Pathogenese:** Glucanen, externe polysacchariden geproduceerd door deze streptokokken, helpen bij de hechting aan tandoppervlakken en hartklepletsels [25](#page=25). #### 2.1.2 Pathogene streptokokken Dit zijn bèta-hemolytische soorten met specifieke virulentiefactoren die gemakkelijk infecties veroorzaken. Voorbeelden zijn *S. pyogenes* en *S. agalactiae* [25](#page=25). #### 2.1.3 *Streptococcus pneumoniae* (pneumokok) Hoewel biologisch verwant aan orale streptokokken, is de pneumokok door de verwerving van 'pathogenicity-islands' sterk pathogeen geworden voor de mens [30](#page=30). * **Reservoir, overdracht en infecties:** Het reservoir is de nasopharynx en andere slijmvliezen, met overdracht via droplets of slijmvliescontact [30](#page=30). * **Invasieve infecties:** Ziekte zoals bacteriëmische pneumonie en meningitis kunnen optreden na overdracht van een virulente stam bij personen zonder immuniteit of die deze niet snel opbouwen (bijvoorbeeld peuters) [30](#page=30). * **Respiratoire infecties:** Minder dramatische infecties zoals pneumonie, bronchitis, otitis en conjunctivitis worden ook veroorzaakt [30](#page=30). * **Pathogenese:** * Kolonisatie van de nasopharynx is de eerste stap, waarna micro-aspiratie leidt tot pneumonie. Andere respiratoire infecties ontstaan door verminderde aeratie van het middenoor of beschadiging van ciliaire functie na bijvoorbeeld influenza [30](#page=30). * Het kapsel van de pneumokok is een efficiënt mechanisme om doden door neutrofielen en macrofagen te ontwijken. In tegenstelling tot gramnegatieve bacteriën, mist de pneumokok endotoxine, maar produceert wel sterk inflammatoire moleculen zoals pneumolysine [30](#page=30). * De virulentie varieert tussen verschillende stammen [30](#page=30). ### 2.2 Rol van bacteriën in luchtweginfecties #### 2.2.1 Barrière functie van de luchtwegen De luchtwegen beschikken over meerdere barrièrefuncties om micro-organismen buiten te houden. De bovenste luchtwegen bieden bescherming door middel van de glottis functie tegen macro-aspiratie. Fijner vertakte bronchi en bronchioli vangen kleinere deeltjes op, terwijl uitsluitend de allerkleinste deeltjes (aerosolen) de alveoli bereiken. Ciliair epitheel en slijm vangen micro-organismen op en transporteren ze af. Daardoor zijn de lagere luchtwegen nagenoeg steriel. Factoren zoals roken, virusinfecties, taai slijm (mucoviscidose) en verminderd bewustzijn kunnen de barrière functie aantasten en zo bacteriële infecties vergemakkelijken. Hoesten, niezen en slikken dragen bij aan de afvoer van deeltjes en slijm. Secreties bevatten componenten van het aangeboren en verworven immuunsysteem [27](#page=27). #### 2.2.2 Defensie in de diepe luchtwegen Alveolaire macrofagen vormen de eerste verdedigingslinie in de alveoli tegen bacteriën die diep doordringen, zoals pneumokokken, *Legionella* en *Mycobacterium tuberculosis*. Infecties beginnen vaak met kolonisatie in de nasopharynx, waarna een groot aantal micro-organismen afzakt naar de diepe luchtwegen via aspiratie. Sommige soorten, zoals *Mycobacterium tuberculosis* en *Legionella sp.*, kunnen de nasopharynx niet koloniseren en moeten direct de diepe luchtwegen bereiken via kleine druppeltjes (aerosol) [27](#page=27). #### 2.2.3 Chronische inflammatie en ziekenhuisinfecties Chronische inflammatie (bv. COPD) leidt tot anatomische en histologische afwijkingen van de luchtwegen, wat de verdediging vermindert en leidt tot permanente kolonisatie met bacteriën. Dit verhoogt het risico op infectieuze opstoten, die kunnen bijdragen aan COPD-exacerbaties [28](#page=28). Gramnegatieve staven koloniseren doorgaans de normale nasopharynx niet en zijn daarom geen veroorzakers van community-acquired pneumonie. Echter, gehospitaliseerde patiënten, chronisch zieken en alcoholici kunnen keeldragers zijn van deze bacteriën, wat leidt tot diepe luchtweginfecties, voornamelijk ziekenhuisinfecties (hospital-acquired pneumonia). Dit geldt ook voor mensen met een verminderde slikfunctie [28](#page=28). #### 2.2.4 Hoe micro-organismen ziek maken ondanks barrières Micro-organismen kunnen ziekte veroorzaken door het verminderde barrièrefunctie, bijvoorbeeld door verminderde slijmafvoer of ciliaire functie door koude, pollutie, allergieën of virusinfecties [29](#page=29). * **Virussen:** Virussen met specifieke receptoren voor humane of mucosale cellen (bv. rhinovirussen, adenovirussen, coronavirussen) kunnen epitheelcellen binnendringen en celdood veroorzaken [29](#page=29). * **Bacteriën:** 'Professionele' invasieve bacteriën zoals *Streptococcus pyogenes*, pneumokokken en *Haemophilus influenzae* stammen kunnen infecties veroorzaken door adhesie, hoge aantallen en de productie van toxines, wat leidt tot inflammatie [29](#page=29). ### 2.3 *Neisseria meningitidis* (meningokok) * **Bron, reservoir en overdracht:** De meningokok bevindt zich in de nasopharynx van mensen en wordt overgedragen via droplets; de bacterie overleeft niet lang in de omgeving. De meeste overdrachten resulteren in tijdelijke kolonisatie (asymptomatisch dragerschap) zonder infectie, afhankelijk van de virulentie van de stam, de inoculoomgrootte en de snelheid van de immuunrespons [26](#page=26). * **Pathogenese:** De meningokok bezit virulentiefactoren zoals een kapsel, anticomplementaire moleculen en snel moleculair switchen van oppervlakteantigenen om aanhechting, inflammatie en immuniteit te ontwijken. De bacterie kan epitheelcellen binnendringen en zich naar de submucosa, bloedbaan of meningeale ruimte begeven. De keel fungeert als porte d'entrée, maar de meningokok veroorzaakt geen keelontsteking. Het endotoxine (LPS) veroorzaakt een krachtige inflammatoire reactie die kan leiden tot shock, trombopenie en bloedingen bij bacteriëmie. Kapsels zijn een belangrijke virulentiefactor, met 3 serotypes: A, B en C. Antistoffen tegen een specifiek serotype bieden bescherming [26](#page=26). > **Tip:** Vaccinatie tegen meningokokken groep C is onderdeel van het basisvaccinatieschema, en een vaccin tegen groep B is beschikbaar [26](#page=26). > > **Tip:** Het onderscheid tussen asymptomatisch dragerschap en invasieve infectie is cruciaal bij *Neisseria meningitidis* [26](#page=26). --- # De microbiële flora van het gastro-intestinaal stelsel De microbiële flora van het gastro-intestinaal stelsel is een complex ecosysteem dat varieert per locatie in het spijsverteringskanaal en een cruciale rol speelt in de gezondheid van de gastheer. ### 3.1 Algemene principes van de gastro-intestinale microflora De diversiteit en samenstelling van de microflora variëren aanzienlijk langs het spijsverteringskanaal [37](#page=37). #### 3.1.1 Locatie-specifieke kenmerken * **Mondholte:** Kan meer dan 500 verschillende species bevatten. Veel bacteriën komen via voeding mee, maar blijven niet noodzakelijk ter plaatse [35](#page=35). * **Maag:** Vormt een significante barrière door de hoge zuurgraad, waardoor de meeste bacteriën niet overleven. Een klein aantal kan overleven door pH-neutralisatie door voedsel. Verlies van zuur (door ziekte of medicatie) verhoogt de gevoeligheid voor darmpathogenen [35](#page=35). * **Helicobacter pylori:** Een uitzondering die zich aan de maagmucosa hecht en zuur neutraliseert met urease, dat ureum omzet in ammoniak [35](#page=35). * **Andere spijsverteringssappen:** Gal kan ook bacteriële groei remmen in de darm [35](#page=35). #### 3.1.2 Factoren die bacteriële groei beïnvloeden * **Remmende factoren:** Slijm, kneden en darmbewegingen remmen bacteriële groei [35](#page=35). * **Bevorderende factoren:** Grote hoeveelheden voedsel, dode darmcellen en bacteriën, metabolieten en anaerobiose bevorderen groei [35](#page=35). #### 3.1.3 Interactie met de gastheer * **Contact:** Veel bacteriën hebben direct contact met epitheelcellen, terwijl anderen zich op en in de mucines op het darmslijmvlies bevinden of in het darmlumen leven. Er is ook contact met immuuncellen en immunoglobulines [35](#page=35). * **Kolonisatie:** Gepaste adhesines en receptoren zijn nodig voor kolonisatie van het epitheel. Herkolonisatie is ook noodzakelijk vanwege het afschilferen van epitheelcellen [35](#page=35). * **Selectie van flora:** De mucine laag in de colonwand, bestaande uit glycoproteïnen, voorkomt directe adherentie van bacteriën aan epitheelcellen. Darmcommensalen breken de suikerketens van de buitenste glycoproteïne laag af en voeden zich hiermee, wat een selectiemechanisme is voor de commensale flora [36](#page=36). * **Complexe interacties:** Er bestaat een complex systeem van gradiënten, metabole interacties, en signalen tussen bacteriën, epitheelcellen, immuuncellen en zelfs organen op afstand. De microbiële flora heeft invloed op de algemene conditie van het lichaam, hersenfuncties en de ontwikkeling van het immuunsysteem [36](#page=36). #### 3.1.4 Feces samenstelling Feces bevat grote aantallen bacteriën (10^8 tot 10^9 per gram) en meer dan 500 verschillende soorten, met een andere samenstelling dan de flora elders in het spijsverteringskanaal [35](#page=35). ### 3.2 Belangrijke bacteriegroepen in de gastro-intestinale flora #### 3.2.1 Enterokokken * **Taxonomie:** Verwant aan streptokokken; voorheen bekend als *Streptococcus faecalis*, nu *Enterococcus faecalis* [38](#page=38). * **Locatie:** Normaal alleen in de darm, niet op andere mucosae, en worden bij iedereen aangetroffen [38](#page=38). * **Resistentie:** Resistent aan veel antibiotica (in tegenstelling tot streptokokken), maar gevoelig voor ampicillines en glycopeptiden [38](#page=38). * **Pathogeniteit:** Kunnen abcessen, urineweginfecties en endocarditis veroorzaken na bacteriëmie [38](#page=38). #### 3.2.2 Anaeroben * **Locatie:** In de darm in grote hoeveelheden aanwezig, maar 100 maal talrijker dan aeroben [38](#page=38). * **Resistentie:** *Bacteroides fragilis* groep is resistenter aan antibiotica dan andere anaeroben [38](#page=38). * **Pathogeniteit:** *B. fragilis* kan door kapsels en andere virulentiefactoren een rol spelen in gemengde aëroob-anaërobe abcessen en postoperatieve wondinfecties [38](#page=38). #### 3.2.3 Escherichia coli * **Taxonomie:** Behoort tot de Enterobacteriales [38](#page=38). * **Locatie en prevalentie:** Zo goed aangepast aan de darm van warmbloedige dieren dat deze bij alle species en individuen voorkomt. Aanwezig in grote aantallen in de darm van mens en dier, en in stoelgang, wat leidt tot omgevingscontaminatie. *E. coli* is een indicator van fecale contaminatie van leidingwater. Er is een zekere species-specificiteit per stam, maar deze is niet absoluut [38](#page=38) [39](#page=39). * **Pathogenese:** Een groot deel van het *E. coli* genoom is variabel door extra genen en 'pathogenicity islands' [39](#page=39). * **Commensaal vs. pathogeen:** Functioneert als commensaal op basis van zijn basisgenoom, maar sommige stammen zijn pathogenen die urineweginfecties en gastro-intestinale infecties veroorzaken (uropathogene en enteropathogene stammen). Commensale stammen kunnen conditionele infecties veroorzaken bij defecten van barrières of het immuunsysteem [39](#page=39). * **Antibioticaresistentie:** Oorspronkelijk gevoelig voor veel antibiotica, maar er zijn resistent geworden. Huidige resistentie is variabel en afhankelijk van blootstelling aan antibiotica, zorgsector en geografische locaties [39](#page=39). #### 3.2.4 Overige gramnegatieve staven (Enterobacterales) * **Kenmerken:** Gramnegatieve staven zoals *E. coli*, *Shigella*, *Serratia*, *Yersinia*, *Salmonella*, *Pseudomonas*, *Enterobacter* lijken sterk op elkaar qua gramkleuring en hebben biologisch gemeenschappelijke eigenschappen. Ze zijn belangrijk in infectieziekten, met variabele epidemiologie, ziektemakend vermogen en gevoeligheid voor antibiotica [40](#page=40). * **Microscopisch beeld:** Een microscopisch beeld van gramnegatieve staven is compatibel met *E. coli* maar ook met de bovengenoemde andere genera [40](#page=40). > **Tip:** De microscopische identiteit van gramnegatieve staven is niet direct onderscheidend; aanvullende diagnostiek is nodig om de specifieke bacterie te identificeren. ### 3.3 Variatie in de tractus digestivus De microbiële flora varieert in dichtheid, voorkomen van species en frequentie van voorkomen over de gehele tractus digestivus. Soorten zoals *E. coli*, Enterokokken en *Bacteroides* spp. komen bij vrijwel iedereen voor [37](#page=37). > **Tip:** Hoewel er meer dan 500 soorten in het darmmicrobioom kunnen worden aangetroffen, is de figuur die de verdeling van soorten toont een sterke vereenvoudiging [37](#page=37). --- # abnormale flora en dysbacteriose Dit onderwerp behandelt de verschuivingen in de normale microbiële gemeenschappen van het lichaam en de potentiële gevolgen daarvan voor de gezondheid. ### 4.1 Abnormale flora (kolonisatie) Onder dysbacteriose verstaan we de aanwezigheid van micro-organismen (bacteriën, maar ook schimmels) die men doorgaans niet op die plaats verwacht. Deze micro-organismen zijn minder aangepast aan de ecologische omstandigheden van die specifieke locatie. Deze aanwezigheid kan transiënt zijn en betekent niet direct dat deze organismen symptomen of ziekte zullen veroorzaken. Soms krijgen deze kiemen bij ecologische veranderingen de kans om te persisteren. Deze abnormale kolonisatie kan, net als de normale flora, evolueren tot een symptomatische aanwezigheid die leidt tot een infectie [44](#page=44). **Voorbeelden van abnormale kolonisatie:** * In ziekenhuis opgenomen patiënten kunnen de urethra gekoloniseerd worden met *Pseudomonas* sp. die in staat zijn om effectief een urineweginfectie te veroorzaken [44](#page=44). * In de mondholte kunnen organismen zoals *Bacteroides fragilis* en gramnegatieve staven (*E. coli*, *Klebsiella*, *Serratia*) voorkomen bij chronische ziekte, na meerdere antibioticabehandelingen of bij veranderde 'klaring' [44](#page=44). * In de darm is *E. coli* de belangrijkste aerobe gramnegatieve staaf van de normale flora. Andere species kennen een kortdurende kolonisatie, maar na antibiotica kan bijvoorbeeld *Enterobacter* sp. of *P. aeruginosa* dominant zijn. Typisch na (langdurig) breedspectrum antibiotica, zoals amoxicilline-clavulaanzuur, kan overgroei van *Clostridioides difficile* in de darm optreden, wat leidt tot post-antibiotica diarree [44](#page=44). Anatomische sites die normaal geen bacteriën bevatten, kunnen gekoloniseerd worden bij een veranderde 'klaring', zoals neussinussen bij chronische afwijkingen, bronchiën met bronchiëctasieën, of de blaas bij aanwezigheid van een verblijfsonde [44](#page=44). Op zich is dysbacteriose geen infectie, maar het kan evolueren naar een 'opportunistische' infectie. Opportunistische infecties die op deze locaties optreden zijn vaak moeilijker te behandelen omdat de verwekkers meer resistent kunnen zijn tegen de antibiotica waarmee gestart wordt [44](#page=44). ### 4.2 Dysbacteriose Dysbacteriose is een veranderde flora die aanleiding geeft tot symptomen of op langere termijn gevolgen heeft voor de gezondheid [45](#page=45). #### 4.2.1 Bacteriële vaginose (BV) Bij bacteriële vaginose verandert de vaginale flora, die hoofdzakelijk *Lactobacillus* bevat, naar een flora met voornamelijk *G. vaginalis*, anaeroben (zoals streptokokken), en mycoplasmata. Klinische tekenen zijn een vuilgrijze afscheiding, een hoge pH, en stinkende metabolieten (amines). Klachten uiten zich als een stinkende geur en meer afscheiding. De aandoening is frequent en kan bij sommigen hardnekkig recidiverend zijn, ondanks geschikte antibiotica. De oorzaak van deze dysbacteriose is niet gekend. Pogingen om te behandelen met probiotica (lokaal aanbrengen van lactobacillen) zijn niet erg succesvol [46](#page=46). #### 4.2.2 Candida vaginitis Gistcellen, zoals *Candida*, zijn normaal aanwezig in zeer klein aantal in de vagina, maar kunnen toenemen en leiden tot vaginitis. Klinische tekenen zijn een rode vagina met wit beslag. Symptomen omvatten (witte) fluor en een branderig gevoel. Vaginitis door *Candida* kan door antibiotica uitgelokt worden, maar kan ook spontaan ontstaan. Bij sommige personen treden frequente of hardnekkige recidieven op waarvoor geen onderliggende oorzaak aanwijsbaar is. Vaginale candidiasis is samen met bacteriële vaginose de meest frequente microbiële oorzaak van vaginitis. Een derde, minder frequente oorzaak van vaginitis wordt veroorzaakt door een pathogeen protozoön, *Trichomonas vaginalis* [47](#page=47). #### 4.2.3 Ziekten door tandplaque Bij afwezigheid van poetsen ontstaat er een dikke laag bacteriën op de tanden, genaamd plaque. Als de plaque lange tijd aanwezig blijft, kunnen via twee mechanismen symptomen en letsels ontstaan, zowel veralgemeend in de mondholte als op specifieke, moeilijk te poetsen plaatsen [48](#page=48). * **Supragingivale plaque:** In deze plaque woekeren zuurminnende bacteriën zoals *Streptococcus mutans*. Deze zetten voedingssuikers om in onder andere melkzuur, wat leidt tot oplossing van glazuur en invasie van bacteriën, resulterend in tandbederf of cariës [48](#page=48). * **Subgingivale plaque:** Aan de rand van de sulcus gingivalis vindt woekering plaats van anaërobe gramnegatieve staven. Dit veroorzaakt inflammatie (gingivitis) en later verlies van steunweefsel en bot (parodontitis of parodontale afbraak), wat kan leiden tot het loskomen van tanden [48](#page=48). Cariës en parodontitis zijn belangrijke oorzaken van tandabcessen en vormen een risico voor bacteriëmie en endocarditis of andere metastatische infecties [48](#page=48). #### 4.2.4 *Clostridioides difficile* diarree (CDD) *C. difficile* is een verwekker van diarree die optreedt bij of na antibioticagebruik. Het spectrum van de ziekte varieert van banaal tot zeer ernstig, met ulcera en perforatie. Kleine hoeveelheden van de bacterie en haar sporen zijn normaal aanwezig in de darm. De ziekte ontstaat door verstoring van de normale darmflora, wat leidt tot een toename van *C. difficile* die toxines gaat produceren. Na genezing wordt het aantal *C. difficile* weer ingeperkt door de normale flora. Sommige patiënten blijven recidiveren ondanks 'gepaste' antibiotica (orale metronidazol of vancomycine). De bacterie overleeft in de omgeving van de patiënt als sporen, wat een groter risico inhoudt in ziekenhuizen [50](#page=50). > **Tip:** De infectie met *C. difficile* is een duidelijk voorbeeld van dysbacteriose. Dit wordt geïllustreerd door de succesvolle behandeling met fecestransplantatie van een gezonde donor om de flora te herstellen [50](#page=50). ##### Casus *C. difficile* diarree: Een man van 66 jaar wordt opgenomen voor een chirurgische ingreep voor een coloncarcinoom. Profylactisch krijgt hij één dosis cefazoline toegediend. Tijdens de operatie wordt een blaassonde geplaatst die pas vier dagen later wordt verwijderd. Vier dagen na de ingreep voelt hij zich goed. De verpleegster stelt echter troebele, stinkende urine vast in de sonde, en de arts schrijft amoxycilline-clavulaanzuur voor drie dagen voor. Op vrijdag ontwikkelt hij koorts, hevige diarree en voelt zich erg ziek. Laboratoriumonderzoek op feces toont een positieve detectietest voor *Clostridioides difficile* antigeen aan. Een coloscopie toont grote membranen. Behandeling met vancomycine per os wordt opgestart, maar de patiënt reageert niet en wordt overgeplaatst naar intensieve zorgen. Daar wordt vancomycine gestopt en vervangen door intraveneus metronidazol, waarna de patiënt snel herstelt [49](#page=49). #### 4.2.5 Ziekte van Crohn De ziekte van Crohn is een chronische, vaak moeilijk te behandelen ziekte van de darm. Er zijn steeds meer argumenten dat deze ziekte ook het gevolg is van een intestinale dysbacteriose [50](#page=50). --- # Luchtweginfecties en pathogenese Dit hoofdstuk behandelt de principes van luchtweginfecties, de barrièrefuncties van de luchtwegen en hoe pathogenen deze barrières overwinnen om ziekte te veroorzaken. ### 5.1 De luchtwegen als verdedigingslinie De luchtwegen beschikken over verschillende mechanismen om pathogenen te weren. De bovenste luchtwegen fungeren als een eerste barrière. De glottis beschermt tegen macro-aspiratie. Kleinere deeltjes botsen tegen de wanden van de steeds fijner vertakte bronchi en bronchioli, waardoor alleen de allerkleinste deeltjes (aerosolen) de alveoli bereiken. Het ciliaire epitheel en slijm vangen micro-organismen op en voeren deze af. Hierdoor zijn de diepere luchtwegen grotendeels steriel [27](#page=27). > **Tip:** Een verminderde ciliaire functie, bijvoorbeeld door roken of na een virusinfectie, vergemakkelijkt bacteriële infecties [27](#page=27). Mucoviscidose (cystic fibrosis) is een genetische afwijking die leidt tot taai slijm en frequente luchtweginfecties. Hoesten, niezen en slikken dragen bij aan de afvoer van deeltjes en slijm. Bij verminderd bewustzijn is er een verhoogd risico op aspiratiepneumonie. Secretie in de luchtwegen bevatten humorale en cellulaire immuuncomponenten. In de alveoli vormen alveolaire macrofagen de eerste verdedigingslinie tegen diep doordringende bacteriën zoals *Pneumokokken*, *Legionella* en *Mycobacterium tuberculosis*. Infecties beginnen vaak met kolonisatie in de nasopharynx en verspreiden zich naar de diepere luchtwegen door aspiratie. Sommige pathogenen, zoals *Mycobacterium tuberculosis* en *Legionella* sp., moeten direct de diepe luchtwegen bereiken via aerosolen [27](#page=27). ### 5.2 Chronische ontsteking en luchtweginfecties Chronische inflammatie, zoals bij COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease), kan leiden tot anatomische (bronchiëctasieën) en histologische (metaplasie) afwijkingen van de luchtwegen. Dit verzwakt de afweer en kan resulteren in permanente kolonisatie van de diepe luchtwegen door bacteriën, met een verhoogd risico op infectieuze exacerbaties [28](#page=28). Veel *Enterobacteriaceae* en gramnegatieve staven koloniseren de normale nasopharynx niet en zijn daardoor geen verwekkers van community-acquired pneumonie. Bij gehospitaliseerde patiënten, chronisch zieken en alcoholici kan dit echter wel het geval zijn, met een verhoogd risico op diepe luchtweginfecties. Mensen met een verminderde slikfunctie, bijvoorbeeld door verminderd bewustzijn, lopen ook een verhoogd risico. Deze infecties worden vaker gezien als ziekenhuisinfecties (hospital-acquired pneumonia) [28](#page=28). ### 5.3 Pathogenese van luchtweginfecties Pathogenen veroorzaken ziekte ondanks de aanwezige barrières door deze barrières te verzwakken. Een verzwakte barrière kan leiden tot kolonisatie en infectie, vaak door verminderde slijmafvoer of trilhaardisfunctie als gevolg van koude, pollutie, allergieën of virusinfecties [29](#page=29). #### 5.3.1 Professionele invadors Sommige micro-organismen worden beschouwd als 'professionele' invadors omdat ze specifiek gericht zijn op luchtwegcellen. * **Virussen:** Virussen kunnen zich hechten aan receptoren op epitheelcellen van de luchtwegen (bijvoorbeeld ICAM-1 voor rhinovirussen). Na penetratie in de cel kunnen ze cellyse veroorzaken. Voorbeelden zijn adenovirussen en coronavirussen [29](#page=29). * **Bacteriën:** Enkele bacteriën, zoals *Streptococcus pyogenes*, pneumokokken (*Streptococcus pneumoniae*) en *Haemophilus influenzae* stammen, zijn ook professionele invadors. Ze hechten zich aan cellen, vermenigvuldigen zich in grote aantallen, wat leidt tot inflammatie, vaak geholpen door toxines [29](#page=29). ### 5.4 *Streptococcus pneumoniae* (pneumokok) *Streptococcus pneumoniae* is een bacterie die biologisch en taxonomisch nauw verwant is aan orale streptokokken, maar door de verwerving van pathogeniciteits-eilanden sterk pathogeen is geworden voor de mens [30](#page=30). * **Reservoir en overdracht:** Het reservoir is de nasopharynx van de mens, en overdracht vindt plaats via droplets of slijmvliescontact [30](#page=30). * **Infecties:** * **Invasieve infecties:** Dit omvat bacteriëmische pneumonie en meningitis. Deze treden op wanneer een virulente stam wordt overgedragen op een persoon zonder immuniteit, of die deze niet snel ontwikkelt (zoals peuters) [30](#page=30). * **Respiratoire infecties:** Dit omvat pneumonie, bronchitis, otitis en conjunctivitis. Deze infecties verlopen over het algemeen minder ernstig [30](#page=30). * **Pathogenese:** Kolonisatie van de nasopharynx kan leiden tot pneumonie door micro-aspiratie. Andere respiratoire infecties ontstaan door verminderde beluchting van het middenoor of beschadiging van het ciliaire epitheel na een virusinfectie, zoals influenza. Het kapsel van de pneumokok is een efficiënt middel tegen fagocytose door neutrofielen en macrofagen. Omdat pneumokokken geen gramnegatieve bacteriën zijn, ontbreekt endotoxine. Wel beschikken ze over inflammatoire moleculen zoals pneumolysine. Sommige stammen zijn virulenter dan andere [30](#page=30). #### 5.4.1 Bescherming en preventie tegen *Streptococcus pneumoniae* Bescherming tegen infectie is voornamelijk stam- en kapsel-specifiek. Aangezien er meer dan 70 kapseltypes zijn, biedt antilichaamproductie tegen één stam niet altijd bescherming tegen andere stammen. Intacte barrières van de bovenste en onderste luchtwegen zijn cruciaal voor het voorkomen van respiratoire infecties [31](#page=31). Preventie omvat het voorkomen van risicofactoren die de respiratoire barrièrefunctie verminderen en vaccinatie [31](#page=31). > **Tip:** Het herkennen van *Streptococcus pneumoniae* gebeurt typisch via grampositieve diplokokken op een gramkleuring [31](#page=31). ### 5.5 Serotypen en immuniteit Pathogenen staan onder druk om het aangeboren en specifieke immuunsysteem te omzeilen. Antilichamen gericht tegen oppervlakte macromoleculen zijn essentieel voor levenslange immuniteit tegen pathogenen. Daarom bestaan sommige pathogenen uit meerdere stammen of serotypen die verschillen in deze macromoleculen, wat resulteert in genetische variabiliteit. *Streptococcus pneumoniae* heeft meer dan 90 serotypen, ook wel kapseltypes genoemd. Elk serotype kan potentieel eenmaal een persoon infecteren, omdat er weinig of geen immunologische kruisbescherming tussen de types is [32](#page=32). ### 5.6 Pathogenen versus de principes van Koch De triade van Koch geldt enkel voor bacteriën die strikt afwezig zijn bij gezonde personen, wat bij luchtwegpathogenen zelden het geval is. Vaker komen pathogenen voor die soms alleen koloniseren en soms infecteren. Deze bacteriën bezitten virulentiefactoren die iedereen ziek kunnen maken onder gunstige omstandigheden. Voorbeelden hiervan zijn *S. aureus*, *S. pyogenes*, *S. pneumoniae* en *N. meningitidis*. Ziekteontwikkeling is afhankelijk van factoren zoals een barrièrebreuk, partiële immuniteit en de snelheid waarmee specifieke immuniteit wordt ontwikkeld. Als de afweer overwint, verdwijnt het micro-organisme snel, met tijdelijk dragerschap als resultaat. Een positieve kweek is dus niet altijd bewijzend voor ziekte [33](#page=33). #### 5.6.1 De "infernal trio" De "infernal trio" verwijst naar de drie bacteriën die het meest frequent bacteriële verwekkers zijn van luchtweginfecties: *Streptococcus pneumoniae*, *Haemophilus influenzae*, en *Moraxella catarrhalis*. Deze soorten komen exclusief bij mensen voor en hun natuurlijke biotoop is de nasopharynx. Ze kunnen de nasopharynx tijdelijk koloniseren voor korte of lange periodes, waarna ze verdwijnen door opgebouwde immuniteit. Door overdracht worden continu nieuwe stammen met andere immunogene types aangevoerd. Bij kinderen, die hun immuniteit nog aan het opbouwen zijn, kan de aanwezigheid van deze bacteriën frequent en langdurig zijn; kinderen zijn het natuurlijke reservoir. Personen met chronische bronchiale afwijkingen, zoals bronchiëctasieën, kunnen ook een verhoogd percentage dragerschap vertonen, waarbij de diepere luchtwegen soms gekoloniseerd zijn [33](#page=33). ### 5.7 Professionele versus conditionele pathogenen Virulentie varieert tussen soorten en stammen. Professionele pathogenen kunnen gezonde individuen ziek maken zonder dat er een onderliggend lijden nodig is. Conditionele pathogenen daarentegen vereisen vaak een aanleiding, zoals een virale infectie, die de omstandigheden geschikt maakt voor een bacteriële surinfectie [34](#page=34). De uitkomst van de interactie tussen gastheer en kiem wordt bepaald door: a. **Kiem-eigenschappen:** De virulentie van de betreffende stam [34](#page=34). b. **Gastheer-eigenschappen:** De immuniteit (eerdere contacten) of het individuele functioneren van de afweer [34](#page=34). c. (Mogelijk speelt ook de grootte van het inoculum een rol) [34](#page=34). Virulente stammen worden gevonden bij *Streptococcus pneumoniae*, *Neisseria meningitidis*, *Streptococcus pyogenes* en *Staphylococcus aureus*. Bij *Haemophilus influenzae* is alleen serotype b (waarvoor vaccinatie mogelijk is) ziekmakend. *Moraxella catarrhalis* veroorzaakt geen invasieve infecties zoals sepsis, en is daardoor relatief minder gevaarlijk dan de pneumokok [34](#page=34). Kweken van de keel kunnen *Streptococcus pneumoniae*, *Streptococcus pyogenes* en *Neisseria meningitidis* bevatten zonder dat dit ziekte induceert. Tegelijkertijd kunnen epidemieën van specifieke stammen of serotypen optreden. Sinds de introductie van het pneumokokkenvaccin bij kinderen is het aantal pneumokokkeninfecties bij ouderen afgenomen. Andere voorbeelden van deze evenwichten zijn epidemieën van acute gewrichtsreuma veroorzaakt door bepaalde *Streptococcus pyogenes* stammen in gesloten gemeenschappen. Na een geval van meningokokkenmeningitis wordt preventieve antibiotische behandeling aangeraden voor kinderen in dezelfde groep, maar niet voor oudere leerlingen [34](#page=34). --- # De meningokok (Neisseria meningitidis) De meningokok, *Neisseria meningitidis*, is een bacterie die asymptomatisch dragerschap in de nasopharynx van mensen veroorzaakt en bij een klein percentage van de gevallen kan leiden tot ernstige invasieve infecties [26](#page=26). ### 6.1 Bron, reservoir en overdracht De meningokok bevindt zich in de nasopharynx van mensen, en soms op andere eenlagige epithelen. Overdracht vindt plaats via droplets en de bacterie overleeft niet lang in de omgeving. Hoewel mensen in contact komen met diverse meningokokkenstammen, leidt de meeste overdracht niet tot infectie maar tot tijdelijke kolonisatie. Een meningokok wordt beschouwd als een asymptomatische drager en niet als een commensaal [26](#page=26). ### 6.2 Pathogenese De meningokok bezit specifieke virulentiefactoren die helpen bij aanhechting, en het ontwijken van inflammatie en immuniteit. Deze factoren omvatten het kapsel, anticomplementaire moleculen, snelle moleculaire wisseling van oppervlakte-antigenen, en IgAse. De bacterie kan epitheelcellen binnendringen en via de andere zijde van de cel de submucosa, bloedbaan of meningeale ruimte bereiken, of zich tussen epitheelcellen door wurmen. De meningokok veroorzaakt geen keelontsteking, ook al is de keel de porta d'entrée [26](#page=26). Het endotoxine (LPS) van de meningokok veroorzaakt een krachtige inflammatoire reactie, die kan leiden tot shock, trombopenie en bloedingen bij bacteriëmie. Kapsels zijn een zeer belangrijke virulentiefactor, waarbij serotypen A, B en C worden onderscheiden. Antistoffen tegen een specifiek serotype bieden bescherming tegen invasieve infecties met dat serotype. Vaccinatie tegen groep C is onderdeel van het basisvaccinatieschema, een vaccin tegen groep B is beschikbaar, en vaccinatie tegen groep A is alleen aanbevolen bij reizen naar bepaalde landen [26](#page=26). ### 6.3 Belang als pathogeen *Neisseria meningitidis* wordt beschouwd als een pathogeen dat ondanks de barrières in de luchtwegen ziekte kan veroorzaken, vooral wanneer de barrièrefunctie is verzwakt. Het is een 'professionele' invader met virulentiefactoren [29](#page=29). Net als *Streptococcus pneumoniae* en *Haemophilus influenzae* is *Neisseria meningitidis* een van de drie bacteriën die frequentst bacteriële verwekkers zijn van luchtweginfecties. Deze drie soorten komen exclusief bij mensen voor en hebben de nasopharynx als natuurlijke biotoop. Ze kunnen de nasofarynx tijdelijk koloniseren (enkele weken tot maanden) en verdwijnen uiteindelijk door opgebouwde immuniteit. Kinderen, die hun immuniteit opbouwen, zijn een natuurlijk reservoir voor deze bacteriën. Mensen met chronische afwijkingen van de bronchi (bronchiëctasiën) kunnen eveneens een verhoogd percentage dragerschap vertonen, waarbij de diepere luchtwegen soms ook gekoloniseerd zijn [33](#page=33). *Neisseria meningitidis* behoort tot de virulente stammen die in de keel kunnen voorkomen zonder ziekte te induceren, maar tegelijkertijd epidemieën van bepaalde stammen/serotypes kunnen veroorzaken. Na een geval van meningokokkenmeningitis wordt aangeraden om kinderen in dezelfde peuter- of kleuterklas en het gezin preventief met antibiotica te behandelen [34](#page=34). ### 6.4 Classificatie en risicofactoren *Neisseria meningitidis* wordt geclassificeerd als een professioneel pathogeen, wat betekent dat gezonde individuen ziek kunnen worden zonder dat er sprake is van onderliggend lijden. De uitkomst van de interactie tussen gastheer en pathogeen wordt bepaald door de virulentie van de stam, de immuniteit van de gastheer (inclusief eerdere contacten en het functioneren van de afweer), en mogelijk de grootte van het inoculum [34](#page=34). #### 6.4.1 Verband met de principes van Koch Net als *S. aureus*, *S. pyogenes* en *S. pneumoniae*, kan *N. meningitidis* soms slechts koloniseren en soms infecteren. Deze bacteriën beschikken over een reeks virulentiefactoren waardoor ze iedereen ziek kunnen maken onder gunstige omstandigheden. Ziekte is afhankelijk van factoren zoals een breuk in de barrière, partiële immuniteit, en de snelheid waarmee specifieke immuniteit wordt ontwikkeld. Als de afweer succesvol is, verdwijnt het micro-organisme weer snel, wat resulteert in tijdelijk dragerschap. Een positieve kweek is hierdoor niet altijd bewijzend voor ziekte [33](#page=33). > **Tip:** Het is cruciaal om te onthouden dat bij pathogenen zoals *N. meningitidis* de aanwezigheid in een keelkweek niet automatisch betekent dat de persoon ziek is. Het hangt af van de balans tussen de virulentie van de bacterie en de afweer van de gastheer. --- # Staphylococcus aureus: bron, pathologie en immuniteit Dit onderwerp behandelt de oorsprong, de ziekteverwekkende mechanismen en de immuunreactie op *Staphylococcus aureus*, een bacterie die zowel een commensaal als een belangrijke pathogeen is. ### 7.1 Bron, reservoir en overdracht van *S. aureus* *Staphylococcus aureus* is primair een bacterie van de mens, hoewel het soms ook bij huisdieren voorkomt. De bacterie gedijt niet goed op de droge huid, maar vindt geschikte leefomgevingen op de vochtige huid van de neusgangen en het perineum, evenals in de keel. Ongeveer 30% van de gezonde mensen draagt *S. aureus* in de neus, waarbij de status van drager dynamisch kan zijn (langdurig drager, wisselen van status). Vanuit dit reservoir kan de rest van het lichaam, zoals de vingers, worden gecontamineerd. Mensen met huid- of luchtweginfecties zijn eveneens een bron van overdracht. *S. aureus* kan ook langdurig overleven op droge oppervlakken in de omgeving van 'strooiers' of na contact. Overdracht vindt plaats via droplets en direct of indirect contact, inclusief via deurklinken en oppervlakken [16](#page=16). ### 7.2 Pathogenese van *S. aureus* De pathogenese van *S. aureus* berust op de productie van diverse toxines, enzymen, adhesines en 'escape-elementen'. Hierdoor kan de bacterie cellen en weefsels binnendringen, zich afschermen tegen het immuunsysteem en pyogene infecties veroorzaken. Een belangrijk aspect van de pathogenese is het vermogen van de bacterie om te overleven in macrofagen, eventueel als 'small-colony-variants' (persisters). Dit biedt bescherming tegen immuuncellen en sommige antibiotica, en maakt de bacterie een 'Paard van Troje' voor verspreiding via de bloedbaan naar andere organen, wat leidt tot metastatische infecties [16](#page=16). #### 7.2.1 Ziekten door extra-cellulaire toxines Niet alle stammen van *S. aureus* produceren deze toxines [16](#page=16). * **Enterotoxines:** Deze zijn verantwoordelijk voor voedselvergiftiging. De bacterie groeit gedurende enkele uren in voedsel bij een warme omgevingstemperatuur, waarna het toxine in het voedsel de ziekte veroorzaakt [16](#page=16). * **Toxic Shock Syndrome Toxin (TSST):** Stammen die TSST produceren, kunnen het toxische shock syndroom veroorzaken. Dit manifesteert zich als een mineure infectie met shock en diarree, gevolgd door schilfering van de handpalmen en voetzolen (tamponziekte) [16](#page=16). * **Staphylococcal Scalded Skin Syndrome (SSSS):** Bij dit syndroom staat huidloslating centraal en wordt het voornamelijk door exotoxines veroorzaakt [16](#page=16) [18](#page=18). ### 7.3 Immuniteit tegen *S. aureus* De normale barrières van het lichaam zijn vaak voldoende om *S. aureus* buiten te houden. Echter, bij doorbraak van deze barrières kan *S. aureus* profiteren. De opbouw van immuniteit tegen *S. aureus* wordt bemoeilijkt door een B-cel superantigeen, proteïne A (SpA), dat de antilichaamrespons misleidt. Hierdoor bestaat er geen levenslange bescherming tegen *S. aureus*-infecties. Bovendien kan elke kolonisatie met een nieuw type *S. aureus* een nieuw gevaar betekenen, aangezien sommige stammen virulenter zijn en gemakkelijker infecties veroorzaken [17](#page=17). ### 7.4 Geassocieerde infecties *S. aureus* kan diverse infecties veroorzaken, waaronder: * Hordeolum (gerstekorrel) [17](#page=17). * Abcessen in de nek [17](#page=17). * Erysipelas (roos) [18](#page=18). * Postoperatieve wondinfecties [18](#page=18). * Gevallen van Scalded Skin Syndrome [18](#page=18). > **Tip:** Het begrijpen van de interactie tussen *S. aureus* en het immuunsysteem, met name de rol van SpA, is cruciaal voor het verklaren van het gebrek aan langdurige bescherming. ### 7.5 *Staphylococcus* in de normale flora Coagulase-negatieve stafylokokken, waarvan *S. epidermidis* de meest voorkomende soort is, zijn goed aangepast aan de droge huid en komen daar in grote aantallen voor. Ze veroorzaken doorgaans geen infecties, zelfs niet bij grote huidletsels. Echter, wanneer ze op vreemde lichamen zoals protheses terechtkomen, kunnen ze een biofilm produceren die moeilijk te elimineren is voor het immuunsysteem en antibiotica. *S. lugdunensis* is een andere coagulase-negatieve stafylokok die een vergelijkbare virulentie heeft als *S. aureus* [15](#page=15). --- Dit onderdeel van de studiehandleiding richt zich op de rol van Staphylococcus aureus als pathogeen, de bronnen van infectie, de pathologie die het veroorzaakt en de immuunrespons van de gastheer, voornamelijk gebaseerd op de inzichten uit de documentatie. ### 7.1 Inleiding tot pathogenen en hun interactie met de gastheer Bacteriële virulentie varieert aanzienlijk tussen verschillende soorten en stammen. Sommige bacteriën worden beschouwd als "professionele pathogenen" die ziekte kunnen veroorzaken bij gezonde individuen, terwijl andere "conditionele pathogenen" zijn die opportunistisch optreden wanneer de omstandigheden gunstig zijn, bijvoorbeeld na een virale infectie die de afweer van de gastheer verzwakt. De uitkomst van de interactie tussen een bacterie en de gastheer wordt bepaald door de eigenschappen van de bacterie (virulentie) en de toestand van de gastheer (immuniteit en algemene conditie). Stammen van *Staphylococcus aureus*, *Streptococcus pyogenes*, *Streptococcus pneumoniae* en *Neisseria meningitidis* worden genoemd als voorbeelden van virulente pathogenen [34](#page=34). > **Tip:** Begrijpen van het concept van professionele versus conditionele pathogenen is cruciaal om te snappen waarom bepaalde bacteriën, zoals *S. aureus*, vaker tot infecties leiden dan andere die ook deel uitmaken van de normale flora. ### 7.2 De rol van *Staphylococcus aureus* in infectieziekten Hoewel de specifieke pathologie en immuniteit van *Staphylococcus aureus* in detail besproken in de verstrekte tekst, wordt het als een voorbeeld van een virulent pathogeen genoemd in de context van bacteriële interacties. Verdere details over *S. aureus* zelf, zoals zijn directe bronnen, specifieke virulentiefactoren, en de immuunresponsen die het uitlokt, zijn niet uitgebreid beschreven in de geselecteerde pagina's, maar het wordt geplaatst binnen het bredere kader van bacteriële pathogenen die de menselijke gezondheid kunnen beïnvloeden [34](#page=34). ### 7.3 Commensale flora en hun rol in de gezondheid De tekst besteedt aanzienlijke aandacht aan de normale microbiële flora in verschillende delen van het menselijk lichaam, wat essentieel is voor het begrijpen van disbalansen die tot infecties kunnen leiden. #### 7.3.1 Gastro-intestinaal stelsel De mondholte herbergt meer dan 500 verschillende bacteriële soorten. De maag dient als een belangrijke barrière vanwege zijn zure omgeving, hoewel een klein aantal bacteriën overleeft, vooral bij neutralisatie van de pH door voedsel. *Helicobacter pylori* is een uitzondering, omdat de maagmucosa zijn normale habitat is, en het neutraliseert zuur met urease. De darmflora wordt beïnvloed door factoren zoals slijm, darmbewegingen, voedselaanbod, anaërobe omstandigheden en de aanwezigheid van immuuncellen (#page=35, 36). Darmcommensalen breken suikerketens van glycoproteïnen in de darmslijmvlieslaag af, wat een manier is om de flora te selecteren. Er bestaat een complex samenspel tussen bacteriën, epitheelcellen, immuuncellen en zelfs verre organen, wat suggereert dat de microbiële flora de algemene gezondheid, hersenfuncties en de ontwikkeling van het immuunsysteem kan beïnvloeden [35](#page=35) [36](#page=36). #### 7.3.1.1 Belangrijke bacteriële groepen in de darm * **Enterokokken:** Vroeger onderdeel van de streptokokken, komen normaal voor in de darm en zijn resistent tegen veel antibiotica. Ze kunnen infecties veroorzaken zoals abcessen, urineweginfecties en endocarditis na bacteriëmie [38](#page=38). * **Anaeroben:** De *Bacteroides fragilis* groep is een voorbeeld van anaerobe bacteriën die voornamelijk in de darm voorkomen. *B. fragilis* is mogelijk virulenter door zijn kapsel en andere virulentiefactoren, en speelt een rol in gemengde abcessen en wondinfecties. Anaeroben zijn talrijker dan aeroben in de darm [38](#page=38). * ***Escherichia coli*:** Een *Enterobacteriaceae* die uitstekend is aangepast aan de darm van warmbloedige dieren en bij alle individuen voorkomt (#page=38, 39). Het reservoir is de darm van mens en dier, en contaminatie van de omgeving is mogelijk via stoelgang. Een groot deel van het *E. coli* genoom is variabel door extra genen en 'pathogenicity islands', wat leidt tot uropathogene en enteropathogene stammen. Commensale stammen kunnen ook conditionele infecties veroorzaken bij een verzwakt immuunsysteem of defecte barrières. De resistentie tegen antibiotica is variabel en afhankelijk van eerdere blootstelling aan antibiotica of de zorgsector. *E. coli* en andere gramnegatieve staven zoals *Shigella*, *Salmonella*, *Pseudomonas* en *Enterobacter* lijken microscopisch sterk op elkaar [38](#page=38) [39](#page=39) [40](#page=40). > **Tip:** De tabel op pagina 41 geeft een uitstekend overzicht van verschillende Enterobacteriaceae en Non-fermenters, hun reservoirs, virulentiefactoren en neiging tot nosocomiale infecties en multiresistentie. Dit is een essentieel referentiepunt voor examens. #### 7.3.2 Urogenitale slijmvliezen De vagina en urethra bij de vrouw zijn gevoelig voor veranderingen door de menstruatiecyclus, nabijheid van de anus en soms beïnvloeding door sperma. Tijdens de geslachtsrijpe periode zorgen oestrogenen voor een dikker epitheel en glycogeenopslag, wat gunstig is voor lactobacillen die een zure pH handhaven door melkzuurproductie, wat bijdraagt aan kolonisatieresistentie. Na de menopauze en voor de menarche is deze lactobacillenflora minder prominent. De mannelijke genitaliën hebben een stabieler fysiologisch milieu, prostaatsecreties met antibacteriële stoffen, en minder contact met het anale gebied, wat resulteert in een beperkte, gemengde flora [42](#page=42). #### 7.3.3 Bescherming van de urinewegen Bacteriën die de urethra binnendringen worden afgevoerd of geneutraliseerd door mechanische afvoer via urinestroom, de eigenschappen van de urine (hoge osmolariteit, zure pH, inhibitoren van adhesie, lactoferrine) en de inflammatoire en immunologische cellen en moleculen van de blaaswand. Urineweginfecties ontstaan door een verzwakte barrière (bv. bij vrouwen), afvloeistoornissen van urine (bv. door blaassondes, stenen) of door uropathogene soorten zoals *E. coli* [43](#page=43). ### 7.4 Abnormale flora en dysbacteriose Dysbacteriose verwijst naar de aanwezigheid van micro-organismen op plaatsen waar ze normaal niet worden verwacht. Dit kan tijdelijk zijn en hoeft niet direct ziekte te veroorzaken, maar kan leiden tot symptomatische infecties bij ecologische veranderingen [44](#page=44). #### 7.4.1 Abnormale flora (kolonisatie) * **Voorbeelden van abnormale kolonisatie:** * In de mondholte kunnen bacteriën zoals *Bacteroides fragilis* of gramnegatieve staven (*E. coli*, *Klebsiella*, *Serratia*) verschijnen bij chronische ziekten of na antibioticagebruik [44](#page=44). * In de darm kan na antibiotica *Enterobacter* sp. of *P. aeruginosa* dominant worden. Langdurig gebruik van breedspectrumantibiotica kan leiden tot overgroei van *Clostridioides difficile*, wat post-antibioticum diarree veroorzaakt [44](#page=44). * Anatomische locaties die normaal steriel zijn, zoals neussinussen, bronchiën of de blaas bij een verblijfsonde, kunnen gekoloniseerd worden [44](#page=44). > **Tip:** Dysbacteriose is geen infectie op zich, maar een voorstadium dat kan leiden tot opportunistische infecties die moeilijker te behandelen zijn vanwege mogelijke resistentie tegen standaard antibiotica [44](#page=44). #### 7.4.2 Dysbacteriose en specifieke aandoeningen Dysbacteriose wordt gedefinieerd als een veranderde flora die symptomen veroorzaakt of op lange termijn gezondheidsproblemen oplevert [45](#page=45). * **Bacteriële vaginose (BV):** Een verschuiving van een flora gedomineerd door *Lactobacillus* naar een flora met voornamelijk *Gardnerella vaginalis*, anaeroben en andere micro-organismen. Kenmerken zijn een vuilgrijze afscheiding, hoge pH en stinkende amines. De oorzaak is onbekend en probiotica zijn niet erg succesvol [46](#page=46). * **Candida vaginitis:** Toename van gistcellen (*Candida* spp.), die normaal in kleine aantallen aanwezig zijn, leidend tot roodheid, wit beslag, branderigheid en fluor. Kan worden uitgelokt door antibiotica of spontaan ontstaan [47](#page=47). * **Ziekten door tandplaque:** Tandplaque, een dikke laag bacteriën die ontstaat bij gebrek aan poetsen, kan leiden tot cariës (door zuurvormende bacteriën zoals *Streptococcus mutans*) en parodontitis (door anaerobe gramnegatieve staven in subgingivale plaque), wat tandverlies en een risico op bacteriëmie veroorzaakt [48](#page=48). * ***Clostridioides difficile* diarree:** Veroorzaakt door verstoring van de normale darmflora, vaak na antibioticagebruik. *C. difficile* produceert toxines die leiden tot diarree, variërend van mild tot ernstig met ulcera en perforatie. Sporen kunnen lang overleven in de omgeving, wat een risico vormt in ziekenhuizen. Fecestransplantatie is een succesvolle behandeling om de flora te herstellen [50](#page=50). * **Ziekte van Crohn:** Steeds meer aanwijzingen suggereren dat dit een gevolg is van intestinale dysbacteriose [50](#page=50). > **Voorbeeld:** Een patiënt van 66 jaar ontwikkelt na een chirurgische ingreep en antibioticagebruik ernstige diarree, later gediagnosticeerd als *C. difficile* diarree. Ondanks behandeling met orale vancomycine, wat de standaardbehandeling is, verbetert hij niet en gaat hij naar intensieve zorgen. Daar wordt overgeschakeld op intraveneus metronidazol, waarna hij snel herstelt. Dit illustreert hoe een dysbacteriose kan leiden tot een ernstige infectie en hoe behandeling soms aangepast moet worden [49](#page=49). ### 7.5 Positieve beïnvloeding van de microflora Interventies gericht op het omkeren of voorkomen van dysbacteriose omvatten probiotica (bv. *Saccharomyces* spp., lactobacillen) en prebiotica (voedingsbestanddelen die specifieke bacteriën bevorderen). Veel van deze interventies zijn controversieel en moeilijk te bewijzen met strenge klinische studies, deels omdat ze als voedingssupplementen worden aangeboden. Fecestransplantatie is inmiddels de gouden standaardbehandeling voor recidiverende *C. difficile* diarree. Onderzoek naar de commensale flora met behulp van deep sequencing (microbiomen) correleert bepaalde flora-types met chronische darmziekten, zwaarlijvigheid en neurologische aandoeningen, wat mogelijk leidt tot nieuwe behandelingen [51](#page=51). --- ## 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 | |------|------------| | Term | Definitie | | Immuunbarrière | Een verdedigingsmechanisme van het lichaam dat voorkomt dat ziekteverwekkers het lichaam binnendringen en infecties veroorzaken. | | Epitheliale cellen | Cellen die de oppervlakken van het lichaam bekleden, zoals de huid en de slijmvliezen, en een fysieke barrière vormen tegen indringers. | | PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) | Moleculaire structuren die voorkomen op pathogenen, maar niet op lichaamseigen cellen, en die herkend worden door receptoren van het aangeboren immuunsysteem. | | TLRs (Toll-like Receptors) | Receptoren op immuuncellen en epitheliale cellen die PAMPs herkennen en zo een immuunrespons activeren. | | Langerhans-cellen | Gespecialiseerde immuuncellen in de epidermis die pathogenen kunnen detecteren en een ontstekingsreactie kunnen initiëren. | | Commensalen | Micro-organismen die op of in het lichaam leven zonder ziekte te veroorzaken, en soms zelfs voordelen bieden. | | Sebum | Een vetachtige substantie geproduceerd door talgklieren die helpt de huid te smeren en te beschermen. | | Cerumen | Oorsmeer, geproduceerd in de gehoorgang, dat een beschermende rol speelt. | | Maceratie | Het week worden van de huid door langdurige blootstelling aan vocht, wat de barrièrefunctie kan verzwakken. | | Occlusie | Het afsluiten van de huid, bijvoorbeeld onder verband, wat kan leiden tot een vochtige omgeving en woekering van micro-organismen. | | Biofilm | Een georganiseerde gemeenschap van micro-organismen die zich vasthechten aan een oppervlak en omgeven zijn door een beschermende matrix, wat ze resistent maakt tegen afweermechanismen en antibiotica. | | Gingivo-creviculaire vloeistof | Een geringe hoeveelheid vocht die sijpelt uit de sulcus gingivalis (tandvleesrand), rijk aan eiwitten en immuuncomponenten. | | Streptokokken | Een grote groep bacteriën die, afhankelijk van hun eigenschappen, al dan niet pathogeen kunnen zijn voor de mens. Ze worden vaak ingedeeld op basis van hun hemolytische activiteit en hun vermogen om infecties te veroorzaken. | | Alfa-hemolytisch (vergroenend) | Een kenmerk van bepaalde streptokokken waarbij de rode bloedcellen rond de kolonies op een voedingsbodem gedeeltelijk worden afgebroken, wat resulteert in een groene verkleuring. Dit duidt vaak op een minder pathogene stam. | | Beta-hemolytisch | Een kenmerk van bepaalde streptokokken waarbij de rode bloedcellen rond de kolonies op een voedingsbodem volledig worden afgebroken, wat resulteert in een heldere zone. Dit duidt vaak op pathogene soorten met specifieke virulentiefactoren. | | Virulentiefactoren | Specifieke moleculen of structuren die door een micro-organisme worden geproduceerd en die bijdragen aan het vermogen om een gastheer te infecteren, schade te veroorzaken en de immuunrespons te ontwijken. | | Nasopharynx | Het bovenste deel van de keelholte, achter de neus. Dit is een veelvoorkomend reservoir voor verschillende bacteriën, waaronder streptokokken en meningokokken. | | Droplets | Kleine druppeltjes speeksel of slijm die worden verspreid bij hoesten, niezen of praten. Dit is een belangrijke route voor de overdracht van veel luchtwegpathogenen. | | Slijmvliescontact | Direct contact tussen slijmvliezen, bijvoorbeeld via handen of voorwerpen, wat kan leiden tot de overdracht van micro-organismen. | | Gemengde abcessen | Abcessen die worden veroorzaakt door een combinatie van verschillende soorten bacteriën, vaak voorkomend in de mondholte zoals bij odontogene abcessen. | | Odontogeen | Verwijzend naar oorzaken die voortkomen uit de tanden of het tandvlees, zoals odontogene abcessen. | | Transiënte bacteriëmie | Een tijdelijke aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan, die kan optreden na bijvoorbeeld tandheelkundige ingrepen of zelfs bij dagelijkse activiteiten. | | Cariës | Tandbederf, veroorzaakt door bacteriën in de mond die suikers omzetten in zuren, wat leidt tot de afbraak van tandglazuur. | | Lactaatproductie | Het proces waarbij bacteriën melkzuur (lactaat) produceren uit koolhydraten. Dit zuur kan tandglazuur aantasten. | | Gastro-intestinaal stelsel | Het spijsverteringskanaal, inclusief de mondholte, maag, darmen en anus, waar voedsel wordt verteerd en opgenomen. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen, zoals bacteriën, schimmels en virussen, die van nature voorkomen in een bepaald milieu, in dit geval het spijsverteringskanaal. | | Mondholte | Het eerste deel van het spijsverteringskanaal, waar meer dan 500 verschillende bacteriële soorten kunnen voorkomen en waar bacteriën uit voeding en speeksel terechtkomen. | | Maag | Een orgaan in het spijsverteringsstelsel dat een belangrijke barrière vormt tegen micro-organismen door zijn zeer zure omgeving, waardoor de meeste bacteriën niet kunnen overleven. | | Helicobacter pylori | Een specifieke bacterie die zich aanpast aan de zure omgeving van de maag door ureum om te zetten in ammoniak, wat het zuur neutraliseert en de bacterie in staat stelt te overleven in de maagmucosa. | | Darmpathogenen | Micro-organismen die ziekten kunnen veroorzaken in de darmen, vaak met verhoogde gevoeligheid voor infectie wanneer de maagzuurbarrière wordt aangetast. | | Darmbewegingen | De samentrekkingen van de spieren in de darmwand die helpen bij het voortbewegen van voedsel en het tegengaan van bacteriële groei door mechanische stimulatie. | | Anaerobiose | Een omgeving zonder zuurstof, die gunstig is voor de groei van bepaalde bacteriën die in het gastro-intestinaal stelsel voorkomen, met name in de dikke darm. | | Mucines | Glycoproteïnen die een slijmlaag vormen op het darmslijmvlies, welke bacteriën kunnen afbreken en als voedingsbron kunnen dienen, en die ook een rol spelen bij het voorkomen van directe adherentie van bacteriën aan epitheelcellen. | | Epitheelcellen | De cellen die de binnenkant van het spijsverteringskanaal bekleden en die een barrière vormen tegen de microbiële flora, maar ook een rol spelen in de interactie met bacteriën. | | Feces | Ontlasting die grote hoeveelheden bacteriën bevat, met een diversiteit van meer dan 500 soorten, wat de omvang en samenstelling van de darmflora weerspiegelt. | | Abnormale flora | De aanwezigheid van micro-organismen, zoals bacteriën of schimmels, op een anatomische locatie waar ze normaal gesproken niet of in zeer geringe aantallen voorkomen. Deze kolonisatie kan transiënt zijn en hoeft niet direct tot symptomen of ziekte te leiden. | | Bacteriële vaginose (BV) | Een veelvoorkomende vaginale aandoening waarbij de normale flora, die voornamelijk uit lactobacillen bestaat, verandert in een flora met een overgroei van bacteriën zoals G. vaginalis, anaeroben en mycoplasmata. Dit kan leiden tot symptomen zoals een vuilgrijze afscheiding, een hoge pH en een onaangename geur. | | Candida vaginitis | Een vaginale infectie veroorzaakt door een overgroei van gistcellen, voornamelijk Candida-soorten, die normaal gesproken in zeer kleine aantallen aanwezig zijn. Klinische tekenen omvatten roodheid, wit beslag, fluor en een branderig gevoel, en kan uitgelokt worden door antibiotica of spontaan ontstaan. | | Caries | Tandbederf dat ontstaat door de woekering van zuurminnende bacteriën, zoals Streptococcus mutans, in tandplak. Deze bacteriën zetten voedingssuikers om in melkzuur, wat leidt tot de oplossing van tandglazuur en invasie van bacteriën in de tand. | | Clostridioides difficile diarree | Een vorm van diarree die wordt veroorzaakt door de bacterie Clostridioides difficile, vaak na antibioticagebruik. De ziekte ontstaat door een verstoring van de normale darmflora, waardoor C. difficile kan toenemen en toxines gaat produceren, wat kan variëren van banaal tot zeer ernstig. | | Dysbacteriose | Een veranderde samenstelling van de microbiële flora in het lichaam, die aanleiding kan geven tot symptomen of op langere termijn gevolgen kan hebben voor de gezondheid. Het is geen infectie op zich, maar kan leiden tot opportunistische infecties. | | Opportunistische infectie | Een infectie die wordt veroorzaakt door micro-organismen die normaal gesproken niet ziekteverwekkend zijn, maar dit wel kunnen worden wanneer de weerstand van de gastheer verlaagd is of wanneer de normale flora verstoord is. Deze infecties kunnen moeilijker te behandelen zijn. | | Parodontitis | Een ontsteking van het steunweefsel rond de tanden, veroorzaakt door de woekering van anaërobe gramnegatieve staven in subgingivale plaque. Dit kan leiden tot inflammatie (gingivitis), verlies van steunweefsel en bot, en uiteindelijk het loskomen van tanden. | | Tandplaque | Een dikke laag bacteriën die zich op tanden vormt, met name bij afwezigheid van poetsen. Tandplaque kan leiden tot de ontwikkeling van tandbederf (caries) en tandvleesontstekingen (gingivitis en parodontitis). | | Ziekte van Crohn | Een chronische, inflammatoire darmziekte waarvoor steeds meer argumenten zijn dat deze mede het gevolg is van een intestinale dysbacteriose, wat duidt op een verstoorde darmflora als mogelijke oorzaak. | | Alveoli | Kleine, zakvormige structuren in de longen waar gasuitwisseling plaatsvindt. Ze vormen het uiteindelijke doelwit voor de kleinste deeltjes die de luchtwegen binnendringen. | | Aspiratie | Het inademen van vreemd materiaal, zoals voedsel, vloeistoffen of braaksel, in de luchtwegen, wat kan leiden tot infecties zoals pneumonie. | | Aerosol | Een fijne nevel van vloeibare of vaste deeltjes in de lucht, die klein genoeg is om diep in de luchtwegen, tot in de alveoli, te doordringen. | | Bronchiëctasieën | Permanente verwijdingen van de luchtwegen (bronchi) die ontstaan door chronische ontsteking, wat leidt tot een verminderde afweer en een verhoogd risico op infecties. | | Ciliair epitheel | Bekleding van de luchtwegen die bestaat uit cellen met trilhaartjes (cilia). Deze trilhaartjes bewegen slijm en ingevangen micro-organismen omhoog en uit de luchtwegen. | | COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease) | Een chronische longaandoening die gekenmerkt wordt door vernauwing van de luchtwegen en schade aan de longblaasjes, wat leidt tot ademhalingsproblemen en een verhoogd risico op infecties. | | Endotoxine | Een toxische component van de celwand van gramnegatieve bacteriën, die bij vrijkomen een sterke immuunreactie en ontstekingen kan veroorzaken. | | Grampositieve diplokokken | Een type bacterie dat zich kenmerkt door zijn bolvormige uiterlijk (kokken) en de neiging om in paren te voorkomen (diplokokken). Streptococcus pneumoniae is een voorbeeld hiervan. | | Humorale immuunrespons | Het deel van het immuunsysteem dat werkt via antilichamen die in de lichaamsvloeistoffen (humor) circuleren, zoals bloed en lymfe. | | Immunosuppressie | Een verzwakking van het immuunsysteem, waardoor het lichaam vatbaarder wordt voor infecties, inclusief opportunistische infecties. | | Invasieve infecties | Infecties waarbij pathogenen de normale barrières van het lichaam doorbreken en zich verspreiden naar normaal steriele lichaamsdelen, zoals de bloedbaan of hersenvliezen. | | Meningokok (Neisseria meningitidis) | Een bacterie die voorkomt in de nasopharynx van mensen en die, hoewel meestal asymptomatisch dragerschap veroorzakend, ernstige invasieve infecties zoals meningitis en bacteriëmie kan veroorzaken. | | Kolonisatie | De aanwezigheid en vermenigvuldiging van micro-organismen op een gastheeroppervlak, zoals de slijmvliezen, zonder noodzakelijkerwijs ziekte te veroorzaken. | | Asymptomatisch dragerschap | De aanwezigheid van een ziekteverwekker in het lichaam zonder dat er klinische symptomen optreden, waardoor de persoon een bron van besmetting kan zijn. | | Kapsel (bacterieel) | Een buitenste laag rondom bepaalde bacteriën, vaak bestaande uit polysachariden, die fungeert als een belangrijke virulentiefactor door bescherming te bieden tegen fagocytose en het immuunsysteem te ontwijken. | | Anticomplementaire moleculen | Moleculen die door bacteriën worden geproduceerd om de werking van het complementsysteem van het immuunsysteem te remmen, wat helpt bij het ontwijken van de immuunrespons. | | Moleculair switchen van oppervlakte antigenen | Het vermogen van sommige pathogenen om hun oppervlakte-eiwitten snel te veranderen, waardoor het immuunsysteem moeite heeft om specifieke antistoffen te handhaven. | | IgAse | Een enzym geproduceerd door sommige bacteriën dat IgA-antilichamen afbreekt, wat de kolonisatie en infectie vergemakkelijkt. | | Endotoxine (LPS) | Een component van de celwand van gramnegatieve bacteriën die, wanneer vrijgegeven, een krachtige ontstekingsreactie kan veroorzaken, leidend tot symptomen zoals shock en bloedingen. | | Bacteriëmie | De aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan, wat kan leiden tot systemische infecties en ernstige complicaties. | | Barrières | Fysische, chemische, microbiële en immunologische mechanismen die voorkomen dat vreemde organismen het lichaam binnendringen. | | Normale flora | De verzameling van micro-organismen die van nature op en in het lichaam aanwezig zijn en een belangrijke barrièrefunctie vervullen. | | Infectie | Symptomatische kolonisatie, waarbij micro-organismen ziekte veroorzaken. | | Dysbiose | Een langdurige verstoring van de normale bacteriële flora, die kan leiden tot gezondheidsproblemen. | | Fysische barrières | Structuren zoals de huid en slijmvliezen die het lichaam scheiden van de externe omgeving en de toegang van micro-organismen bemoeilijken. | | Chemische barrière | Omgevingsfactoren zoals zuurstofspanning en pH, evenals antibacteriële stoffen zoals lysosoom en defensines, die de groei van micro-organismen remmen. | | Lysosyme | Een enzym dat de peptidoglycaanlaag van bacteriële celwanden afbreekt, wat leidt tot cellysis. | | Siderocaline | Een eiwit dat bacteriële sideroforen bindt, waardoor ijzer minder beschikbaar wordt voor bacteriële groei en het gemakkelijker kan worden opgenomen door immuuncellen. | | Defensines | Korte, kationische peptiden die antimicrobiële eigenschappen bezitten en bacteriële, virale of schimmelmembranen kunnen binnendringen en beschadigen. |

# Barrières tegen micro-organismen en de normale flora Dit onderwerp behandelt de verschillende barrières die het lichaam heeft om micro-organismen buiten te houden en de rol van de normale flora als onderdeel van deze bescherming [1](#page=1). ### 1.1. Inleiding tot barrières en normale flora Het lichaam is voortdurend blootgesteld aan micro-organismen uit de omgeving, maar slechts zelden leidt dit tot kolonisatie of infectie. Het lichaam beschikt over barrières die kolonisatie en infectie tegengaan. De huid en slijmvliezen herbergen grote aantallen micro-organismen die de 'normale' microflora vormen. De samenstelling van deze flora is locatie-specifiek en aangepast aan de fysicochemische kenmerken van de omgeving. Deze flora is niet alleen een onderdeel van de niche, maar biedt ook weerstand tegen verstoring, wat een belangrijke barrièrefunctie inhoudt. Meer pathogene bacteriën kunnen de normale flora verstoren en overgroeien, terwijl verstoringen in barrièrefuncties frequente oorzaken zijn van infecties. Langdurige verstoring van de gezonde flora (dysbiose) wordt steeds vaker behandeld met flora-herstellende maatregelen in plaats van antibiotica [1](#page=1) [4](#page=4). ### 1.2. Soorten barrières tegen micro-organismen De barrières van het lichaam tegen micro-organismen zijn mechanisch (belang van de flow), chemisch, microbiologisch (belang van de flora) en immunologisch van aard [1](#page=1) [5](#page=5). #### 1.2.1. Fysische barrières (mechanische) Fysische barrières scheiden het lichaam van de externe omgeving [6](#page=6). * **Meerlagig epitheel:** Dit omvat de huid, haren en nagels. De huid is een sterke, meerlagige barrière die is afgedekt met een dode cellaag, wat penetratie door intacte huid door virussen bemoeilijkt. Defecten in het huidepitheel kunnen leiden tot penetratie door micro-organismen [6](#page=6). * **Slijmvliezen:** Deze bekleden de luchtwegen, urinewegen, het gastro-intestinaal kanaal en de geslachtsorganen. Slijmvliezen bestaan vaak uit levende cellen, soms éénlagig, om gas- en voedingstoffenuitwisseling mogelijk te maken, maar deze levende cellen vormen een ingangspoort voor virussen [6](#page=6). * **Spoelfunctie:** Een continue stroom van mucus helpt bij het afvoeren van micro-organismen [6](#page=6) [7](#page=7). * **Snelle celturnover:** Cellen in bijvoorbeeld de darm worden snel afgestoten en vervangen (3-4 dagen), wat herkolonisatie bemoeilijkt [6](#page=6). * **Aanhechtingsmogelijkheden:** Bacteriën kunnen zich op slijmvliezen alleen aanhechten via specifieke adhesiemoleculen [7](#page=7). * **Schilfering:** De voortdurende afschilfering van epithelia vereist constante herkolonisatie door bacteriën, behalve op tandglazuur, wat benadrukt waarom tandenpoetsen belangrijk is [7](#page=7). #### 1.2.2. Chemische barrières Chemische barrières omvatten omgevingsfactoren en specifieke stoffen [8](#page=8). * **Omgevingsfactoren:** * **Aanwezigheid/afwezigheid van zuurstof:** Lage zuurstofspanning in diepe haarfollikels, het colon lumen of tandplaque creëert anaerobe milieus [8](#page=8). * **Zuurtegraad:** Een zure omgeving, zoals in de vagina en maaginhoud, remt veel micro-organismen [8](#page=8). * **Aanwezige metabole bronnen:** positieve invloeden en negatieve invloeden * positieve invloeden: * **Vagina:** Glycogeen wordt door acidofiele lactobacillen omgezet in lactaat (melkzuur), wat de pH zuur houdt [8](#page=8). * **Dikdarm:** Grote hoeveelheden onverteerd voedselmateriaal ondersteunen een complex microbiologisch systeem [8](#page=8). * negatieve invloeden: wat voor een bepaalde soort positief is is voor de andere negatief * **Hormonale invloeden:** Hormonen beïnvloeden het metabolisme en daarmee de huid (vetten, sebum) en vaginale epitheelcellen (glycogeen) [8](#page=8). * **Antibacteriële stoffen en immuunglobulines:** * **Lysosyme:** Een enzym dat peptidoglycanen afbreekt [8](#page=8). * **Lipocaline/siderocaline:** Bindt bacteriële sideroforen (ijzerbindende moleculen) zodat ijzer niet door bacteriën gebruikt kan worden [8](#page=8). * **Defensines:** Korte (max 45 AZ), kationische peptiden met hydrofobe delen voor insertie in membraan, die antimicrobieel werken door membranen te verstoren. Ze worden inactief geproduceerd en pas actief na secretie. Het aantal defensine genen varieert per individu [10](#page=10). * *alfa-defensines* (afgescheiden door neutrofielen (neutrofiele granulocyten), macrofagen en Paneth-cellen (aanwezig in de crypts van kleine intestines)) * *bèta-defensines* (afgescheiden door epitheelcellen). * **Dimeer IgA:** Een immuunglobuline die een rol speelt in de bescherming [8](#page=8). #### 1.2.3. De barrièrefunctie van de normale flora (microbiologische) De normale flora speelt een cruciale rol in de bescherming tegen micro-organismen [11](#page=11). * **Competitie:** De flora concurreert met potentieel pathogene micro-organismen om ruimte en voedsel [11](#page=11). * **Metabolietenproductie:** Sommige bacteriën bevorderen de groei van andere door metabolieten te produceren of de pH gunstig te beïnvloeden. Andere remmen de groei door metabolieten of bacteriocines (door bacteriën zelf aangemaakte antibiotica) [11](#page=11). * **Kolonisatieresistentie:** De normale flora bezet niches, beïnvloedt de lokale omgeving en voorkomt zo dat andere soorten of nieuwe stammen zich kunnen vestigen [11](#page=11). * **Overige functies:** De normale flora is ook betrokken bij de productie van vitaminen, de vertering van voedsel in het colon, en de stimulatie van het immuunsysteem [11](#page=11). * **Bron van problemen:** De flora kan echter ook een bron zijn van geurtjes (diep en oppervlakkig), contaminatie van stalen voor onderzoek en endogene infecties [11](#page=11). * **Stabiliteit:** De normale flora kan niet geëlimineerd worden, maar kan wel tijdelijk of langdurig gewijzigd worden [11](#page=11). ### 1.3. Barrières en microflora per lichaamsoppervlak Verschillende lichaamsoppervlakken hebben specifieke barrières en microflora's [13](#page=13). #### 1.3.1. Huidbarrière De intacte huid vormt een robuuste barrière tegen infectie [13](#page=13). * **Eigenschappen:** De huid is droog en zuur, met een gekeratiniseerd epitheel. Sebumklieren produceren vetten die lipofiele gisten voeden, en in de gehoorgang is er cerumen. Aangepaste bacteriën produceren metabolieten die andere bacteriën afremmen. De flora bestaat hoofdzakelijk uit coagulase-negatieve stafylokokken, Corynebacterium en Cutibacterium spp [13](#page=13). * **Immuunsysteem:** Epitheliale cellen (keratinocyten) en Langerhans-cellen in de epidermis bewaken de barrière en kunnen inflammatie induceren bij gevaar [13](#page=13). * **Verstoringen van de huidbarrière:** * **Vocht:** Te natte huid (maceratie, occlusie) leidt tot woekering van S. aureus, gramnegatieve staven en gisten, wat kan evolueren naar infectie [14](#page=14). * **Vet:** Te veel vet stimuleert de groei van Malassezia sp., wat schilfering (roos) veroorzaakt [14](#page=14). * **Blokkering van klierafvoer:** Sebumstuwing veroorzaakt acne, mede door woekering van Cutibacterium [14](#page=14). * **Defecten:** Grote huiddefecten (bv. brandwonden) leiden tot sterke kolonisatie en verhoogd infectierisico [14](#page=14). * **Virussen:** Virussen bereiken de huid eerder via viremie en vinden een target in de huidcellen [14](#page=14). * **Dermatofyten:** Schimmels die keratine als voedsel gebruiken en oppervlakkige huid-, nagel- en haarinfecties kunnen veroorzaken [14](#page=14). ##### 1.3.1.1. Stafylokokken op de huid * **Coagulase-negatieve stafylokokken (bv. S. epidermidis):** Deze zijn goed aangepast aan de droge huid en veroorzaken meestal geen infectie, zelfs niet bij huidletsels. Op vreemde lichamen (protheses) kunnen ze echter biofilms vormen die moeilijk te elimineren zijn [15](#page=15). * **S. lugdunensis:** Hoewel coagulase-negatief, is deze soort even virulent als S. aureus [15](#page=15). * **S. aureus:** Dit is een bacterie van de mens, die zich voornamelijk nestelt in vochtige gebieden zoals de neusgang en het perineum, maar ook in de keel. Ongeveer 30% van de gezonde mensen is drager in de neus. S. aureus produceert toxines, enzymen en adhesines die invasie, afscherming en pyogene infecties mogelijk maken. Het kan ook overleven in macrofagen. Ziekten veroorzaakt door S. aureus kunnen variëren van voedselvergiftiging (door enterotoxines) tot het toxische shock syndroom (TSST) en stafylokokken scalded skin syndroom (huidloslating). Immuniteit tegen S. aureus wordt bemoeilijkt door een B-cel superantigeen (SpA), wat levenslange bescherming voorkomt [16](#page=16) [17](#page=17). #### 1.3.2. Mondholte en bovenste luchtwegen De mondholte en bovenste luchtwegen hebben specifieke barrières en een rijke microflora [19](#page=19). * **Mondholte en neus:** De neusschelpen verwarmen lucht, creëren turbulentie en vangen stofdeeltjes en bacteriën op in speeksel en mucus. Hoesten, niezen en slikken zijn belangrijke afweermechanismen. Speeksel draagt bij aan vertering, buffert zuren en levert beperkte voedingsstoffen [19](#page=19). * **Neusbijholten en middenoor:** Deze gebieden zijn grotendeels bacterievrij [19](#page=19). * **Tanden:** * **Gingivo-creviculaire vloeistof:** Een kleine sijpeling van serumrijk vocht in de sulcus gingivalis bevat eiwitten, immuunglobulines, complement en macrofagen [19](#page=19). * **Tandoppervlak:** Vormt plaque, waar bacteriën glucose omzetten in zuren die glazuur oplossen (cariës). Speeksel bufferende eigenschappen en een hoog debiet helpt hierbij [19](#page=19). * **Nasopharynx, oropharynx en tonsillen (Ring van Waldeyer):** Dit lymfoïde weefsel kan gekoloniseerd worden door potentieel pathogene bacteriën zoals meningokokken, H. influenzae, pneumokokken en S. pyogenes. Direct contact met het immuunsysteem voorkomt vaak infecties, en stammen verdwijnen weer, soms opgevolgd door andere types. Kolonisatie zonder symptomen wordt onderscheiden van infectie [20](#page=20). * **Mondholte flora:** Grote aantallen bacteriën (ca. $10^7$ per ml speeksel, $10^9$ per mg tandplaque) komen voor, waaronder orale streptokokken [20](#page=20). * **Bescherming diepe luchtwegen en darmkanaal:** De glottis sluit de luchtwegen af. Slijm, cilia, slikken, hoesten en niezen beschermen de diepe luchtwegen. Het darmkanaal heeft fundamenteel andere fysiologische omstandigheden, beginnend met maagzuur [20](#page=20). #### 1.3.3. Diepe luchtwegen De diepe luchtwegen beschikken over efficiënte afweermechanismen [27](#page=27). * **Bescherming:** Beschermd tegen aspiratie door de glottis. Kleine deeltjes botsen tegen de wanden van bronchiën en bronchioli, waarbij alleen de allerkleinste (aerosolen) de alveoli bereiken. Ciliair epitheel en mucus vangen micro-organismen op en voeren ze af [27](#page=27). * **Steriliteit:** De lagere luchtwegen zijn nagenoeg steriel. \_Pneumocystis jirovecii (een fungus) kan aanwezig zijn, maar veroorzaakt zelden een opportunistische pneumonie, behalve bij ernstige immuunsuppressie [27](#page=27). * **Verhoogd risico:** Verminderde ciliaire functie (door roken, virusinfectie) of taai slijm (mucoviscidose) vergemakkelijkt bacteriële infectie. Verminderd bewustzijn verhoogt het risico op aspiratie en pneumonie [27](#page=27). * **Immuunsysteem:** Secreties bevatten humorale en cellulaire bestanddelen van het aangeboren en verworven immuunsysteem [27](#page=27). * **Alveolaire macrofagen:** Vormen de eerste verdedigingslinie tegen bacteriën die diep doordringen, zoals pneumokokken, \_Legionella en \_Mycobacterium tuberculosis [27](#page=27). * **Infectie routes:** Infecties ontstaan vaak na groei in de nasopharynx en aspiratie, of direct via kleine druppeltjes (aerosol) voor soorten die de nasopharynx niet koloniseren [27](#page=27). * **Chronische inflammatie:** Bij chronische inflammatie (bv. COPD) ontstaan anatomische en histologische afwijkingen, waardoor de diepe luchtwegen permanent gekoloniseerd kunnen raken en infectieuze opstoten kunnen optreden [28](#page=28). * **Community vs. Hospital Acquired Pneumonia:** Enterobacteriaceae en andere gramnegatieve staven koloniseren de normale nasopharynx niet en veroorzaken zelden community-acquired pneumonie. Gehospitaliseerde patiënten, chronisch zieken en alcoholici kunnen echter drager zijn en hierdoor longontstekingen oplopen, met name ziekenhuisinfecties [28](#page=28). ##### 1.3.3.1. Bovenste en onderste luchtweginfecties (exclusief faryngitis) Micro-organismen maken ziek ondanks barrières door verminderde barrière functie of doordat ze "professionele" invadors zijn [29](#page=29). * **Verminderde barrière functie:** Verzwakte barrières, zoals verminderde slijmafvoer of ciliaire functie, laten kolonisatie en infectie toe [29](#page=29). * **Virussen:** Luchtwegcellen zijn direct toegankelijk voor virussen met specifieke receptoren (bv. rhinovirussen via ICAM-1). Dit leidt tot penetratie en cellyse [29](#page=29). * **Bacteriën:** 'Professionele' invadors zoals \_Streptococcus pyogenes, pneumokokken en \_H. influenzae hechten aan, vermenigvuldigen zich in grote aantallen, veroorzaken inflammatie, vaak geholpen door toxines [29](#page=29). #### 1.3.4. Gastro-intestinaal stelsel Het spijsverteringsstelsel heeft verschillende barrières en een complexe microflora [35](#page=35). * **Mondholte:** Kan meer dan 500 verschillende species bevatten. Voeding brengt veel bacteriën mee die meestal niet ter plaatse blijven [35](#page=35). * **Maag:** Vormt een belangrijke barrière door zijn zeer zure milieu, waarin de meeste bacteriën niet overleven. Het wegvallen van maagzuur (door ziekte of medicatie) verhoogt de gevoeligheid voor darmpathogenen. \_Helicobacter pylori is een uitzondering; het neutraliseert maagzuur met urease [35](#page=35). * **Andere spijsverteringssappen:** Gal en andere sappen kunnen ook groei van micro-organismen afremmen [35](#page=35). * **Darm:** * **Tegenwerking groei:** Slijm, kneden en darmbewegingen gaan bacteriële groei tegen [35](#page=35). * **Bevordering groei:** Grote hoeveelheden voedsel, dode darmcellen, bacteriën, metabolieten en anaerobiose bevorderen groei [35](#page=35). * **Contact:** Veel bacteriën hebben direct contact met cellen, zitten in het slijm, of bevinden zich vrij in het lumen [35](#page=35). * **Immuniteit:** Contact met immuuncellen en immuunglobulines vindt plaats [35](#page=35). * **Adhesie en herkolonisatie:** Gepaste adhesines en receptoren zijn nodig voor kolonisatie van epitheel, en afschilfering van cellen vereist herkolonisatie [35](#page=35). * **Feces:** Grote aantallen bacteriën ( $10^8$ tot $10^9$ per gram) met een unieke samenstelling worden uitgescheiden [35](#page=35). * **Mucus in colonwand:** Een dikke laag glycoproteïnen voorkomt adherentie aan epitheelcellen. Darmcommensalen breken de suikerketens af. Dit is een mechanisme waarmee de commensale flora wordt geselecteerd [36](#page=36). * **Complex interactiesysteem:** Er bestaat een complex systeem van gradiënten, metabole interacties, en signalen tussen bacteriën, epitheelcellen, immuuncellen en andere organen. De microbiële flora beïnvloedt de algehele conditie van het lichaam, hersenfuncties en de ontwikkeling van het immuunsysteem [36](#page=36). #### 1.3.5. Urogenitale slijmvliezen De urogenitale slijmvliezen hebben specifieke barrières en een beschermende flora [42](#page=42). * **Vagina (en urethra bij vrouw):** * **Bedreigingen:** Grote fysiologische veranderingen (menstruatiecyclus), nabijheid van de anus, invloed van sperma. Darmsoorten en \_Candida spp. kunnen tijdelijk aanwezig zijn [42](#page=42). * **Bescherming (geslachtsrijpe periode):** Oestrogenen bevorderen een dikker epitheel en glycogeenopslag. Glycogeen is een bron voor acidofiele lactobacillen, die melkzuur produceren en zo een zure pH handhaven. Deze flora biedt kolonisatieresistentie. Na de menopauze en voor de menarche is deze flora minder dominant [42](#page=42). * **Mannelijke genitaliën:** * **Bescherming:** Grotere afstand van urethra tot anus, stabielere fysiologie, prostaatsecreties met antibacteriële stoffen, minder contact met anaal gebied [42](#page=42). * **Flora:** Beperkte, gemengde aeroob-anaerobe mengflora [42](#page=42). * **Bedreiging:** Contact met mucosa van seksuele partner met potentiële pathogenen [42](#page=42). * **Bescherming van urinewegen tegen infectie:** * **Mechanisch:** Wegspoelen door urinestroom; volledige lediging van de blaas is cruciaal [43](#page=43). * **Eigenschappen van urine:** Urine is een slechte groeiomgeving (hoge osmolariteit, zure pH). Inhibitoren van bacteriële adherentie en lactoferrine (ijzercaptatie) dragen bij aan bescherming [43](#page=43). * **Blaaswand:** Bevat inflammatoire en immunologische cellen en moleculen [43](#page=43). * **Oorzaken urineweginfecties:** Minder goede barrières (vrouwelijke urinewegen), afvloeistoornissen (tumoren, stenen, zwangerschap, blaasverlamming, blaassondes), of uropathogene soorten (vooral uropathogene \_E. coli) [43](#page=43). * * * # Specifieke microflora per lichaamsoppervlak Hieronder vindt u een gedetailleerde samenvatting over de specifieke microflora per lichaamsoppervlak, bedoeld als studiehandleiding. ## 2\. Specifieke microflora per lichaamsoppervlak Dit deel van de studiehandleiding beschrijft de specifieke microflora die voorkomt op verschillende lichaamsoppervlakken, waaronder de huid, de luchtwegen, het maag-darmkanaal en het urogenitale stelsel. ### 2.1 Huidbarrière De intacte huid vormt een zeer effectieve barrière tegen infecties door bacteriën en virussen. De huid biedt een droge en zure omgeving door gekeratiniseerd epitheel. Speeksel en afscheidingen van talgklieren bevochtigen bepaalde gebieden. Talgklieren produceren vetten die lipofiele gisten zoals \_Malassezia ondersteunen. In de gehoorgang komt ook oorsmeer (cerumen) voor. Aangepaste bacteriën op de huid produceren metabolieten die de groei van onaangepaste bacteriën remmen. De microflora van de huid bestaat voornamelijk uit coagulase-negatieve stafylokokken, \_Corynebacterium en \_Cutibacterium spp., die in grote aantallen aanwezig zijn. Andere soorten zijn transiënt en verdwijnen snel. In vochtigere niches, vaak dichter bij lichaamsopeningen en slijmvliezen, is er meer variatie, inclusief \_S. aureus en \_Acinetobacter [13](#page=13). Epitheelcellen van de huid, zoals keratinocyten, uiten receptoren van het aangeboren immuunsysteem (TLR, NOD, mannose receptoren) die PAMPs herkennen. Langerhanscellen in de epidermis bewaken de barrière en induceren inflammatie bij gevaar. De huid biedt over het algemeen een uitstekende bescherming tegen indringers [13](#page=13). #### 2.1.1 Stafylokokken * **Coagulase-negatieve stafylokokken (CNS)**: Vaak aangeduid als \_S. epidermidis (de meest voorkomende soort), zijn goed aangepast aan de droge huidomgeving en talrijk aanwezig. Ze veroorzaken doorgaans geen infecties, zelfs niet bij grote huidletsels. Echter, op vreemde voorwerpen zoals protheses kunnen ze een biofilm vormen die moeilijk te bestrijden is met het immuunsysteem of antibiotica [15](#page=15). * ***S. lugdunensis****: Hoewel niet primair op de huid voorkomend, is het een CNS-soort met een virulentie vergelijkbaar met \_S. aureus [15](#page=15).* * ***S. aureus****: Deze bacterie produceert het coagulase-enzym en is dus coagulase-positief [15](#page=15).* > ***Tip:*** *Het belang van CNS op protheses benadrukt de rol van biofilms in infectieziekten.* #### *2.1.2 S. aureus* * ***Bron, reservoir en overdracht****: \_S. aureus is een menselijke bacterie (zelden ook huisdieren). De droge huid is geen ideale habitat, maar vochtige gebieden zoals de neusgang en het perineum wel. Ongeveer 30% van de gezonde mensen draagt \_S. aureus in de neus, wat dynamisch is met langdurige dragers, negatieve dragers en mensen die negatief worden. Vanuit dit reservoir kunnen andere lichaamsdelen, zoals vingers, gecontamineerd raken. De bacterie kan ook langdurig overleven op droge oppervlakken in de omgeving van 'strooiers' of na contact. Mensen met huid- of luchtweginfecties zijn ook bronnen. Overdracht vindt plaats via druppels en contact (direct en indirect, inclusief oppervlakken) [16](#page=16).* * ***Pathogenese****: \_S. aureus produceert toxines, enzymen, adhesines en factoren die het immuunsysteem ontwijken. Dit maakt invasie van cellen en weefsels mogelijk, afscherming en het veroorzaken van pyogene infecties. De bacterie kan ook overleven in macrofagen (eventueel als 'small-colony variants' of persisters), waardoor het beschermd is tegen immuuncellen en sommige antibiotica, en via de bloedbaan naar andere organen verspreid kan worden met metastatische infecties als gevolg [16](#page=16).* * ***Ziekten door extra toxines****:* * ***Enterotoxines****: Veroorzaken voedselintoxicaties; de ziekte wordt veroorzaakt door het toxine in het voedsel, niet door de bacterie zelf [16](#page=16).* * ***TSST (Toxic Shock Syndrome Toxin)****: Veroorzaakt toxische shock, met symptomen zoals shock, diarree en latere schilfering van handpalmen en voetzolen (tamponziekte) [16](#page=16).* * ***Stafylokokken Scalded Skin Syndrome****: Gekenmerkt door loslating van de huid [16](#page=16).* ### *2.2 Mondholte en bovenste luchtwegen* *De mondholte en neus spelen een rol bij het verwarmen van de lucht, turbulentie voor het afvangen van stofdeeltjes en bacteriën in speeksel en slijm, hoesten, niezen en slikken. De speekselstroom draagt bij aan de spijsvertering, buffert zuren geproduceerd door bacteriën en levert geringe hoeveelheden voedingsstoffen. Neusbijholten en middenoor zijn grotendeels bacterievrij [19](#page=19).* #### *2.2.1 Tanden* *Het tandoppervlak is uniek omdat het niet afschilfert, waardoor plaque (bacterielagen) zich kan vormen. Bepaalde bacteriën zetten glucose om in zure metabolieten die glazuur oplossen en cariës veroorzaken. De gingivo-creviculaire vloeistof in de sulcus gingivalis sijpelt serumrijk vocht met eiwitten, immunoglobulines, complement en macrofagen. Speeksel heeft een bufferende werking, een lage eiwitconcentratie en een relatief hoge doorstroming (flow) [19](#page=19).* #### *2.2.2 Nasopharynx, oropharynx en tonsilregio* *Dit gebied, inclusief de ring van Waldeyer (lymfoid weefsel met tonsillen), heeft crypten die contact maken met het immuunsysteem. Het is een plaats van kolonisatie (zonder ziekte) met potentieel pathogene micro-organismen zoals meningokokken, \_H. influenzae, pneumokokken en \_S. pyogenes. Door direct contact met het immuunsysteem ontstaan zelden infecties en verdwijnen de stammen weer, vaak opgevolgd door een ander type. De aanwezigheid van deze bacteriën staat niet gelijk aan een infectie zolang er geen symptomen zijn [20](#page=20).* *In de mondholte bevinden zich grote aantallen bacteriën (ongeveer $10^7$ per ml speeksel, $10^9$ per mg tandplaque) uit diverse genera, waaronder orale streptokokken (voorheen \_Streptococcus viridans-groep). Meer distaal worden de aantallen beperkt door beschermingsmechanismen van de diepere luchtwegen (glottis, slijm, cilia, slikken, hoesten, niezen) en het maagzuur van het beginnende maag-darmkanaal [20](#page=20).* #### *2.2.3 Streptokokken* *Streptokokken zijn medisch onder te verdelen in drie groepen: de pyogene groep, S. pneumoniae, en de S. viridans-groep [21](#page=21).* ##### *2.2.3.1 S. pyogenes (Groep A Lancefield streptococcus)* * ***Bron, reservoir en overdracht****: \_S. pyogenes is een tijdelijke bewoner van de nasopharynx van de mens. Overdracht vindt plaats via druppels en geïnfecteerde huidletsels. Na contact kan de bacterie zich in de keel handhaven en ziekte of dragerschap veroorzaken. Immuniteit is type-specifiek; na het ontwikkelen van immuniteit verdwijnt de bacterie weer. Dit verklaart deels waarom complicaties vroeger vaker voorkwamen dan nu [23](#page=23).* * ***Pathogenese****: Bevat veel virulentiefactoren zoals adhesines, toxines, immuun ontwijkende moleculen, weefseldestructieve enzymen en kan intracellulair overleven. Sommige toxines worden door fagen gemedieerd [23](#page=23).* * ***Infecties****:* * ***Keelontsteking****: De belangrijkste bacteriële verwekker [23](#page=23).* * ***Huid- en weke deleninfecties****: Impetigo, cellulitis, necrotiserende fasciitis ('vleesetende bacterie') [23](#page=23).* * ***Scarlatina (roodvonk)****: Een zeldzame kinderziekte [23](#page=23).* * ***Andere infecties****: Oor, neus, keel (NKO) infecties, artritis [23](#page=23).* * ***'Niet-pyogene' complicaties****: Op afstand van de infectiehaard, veroorzaakt door immuuncomplexen (glomerulonefritis) of kruisreactiviteit van antilichamen (artritis, hartklepletsels, acuut reuma). Toxines kunnen ook een rol spelen (roodvonk) [23](#page=23).* * ***S. dysgalactiae****: Vergelijkbaar met \_S. pyogenes in biologie, voorkomen en infecties, maar minder frequent en met minder ernstige complicaties [23](#page=23).* ##### *2.2.3.2 Orale streptokokken (S. viridans-groep)* *Dit is een grote groep 'niet-virulente' streptokokken die voornamelijk in de mond voorkomen. Ze worden vaak aangeduid als orale of vergroenende streptokokken. S. pneumoniae wordt biologisch tot de orale streptokokken gerekend, maar is door de verwerving van 'pathogenicity islands' sterk pathogeen geworden [25](#page=25) [30](#page=30).* * ***Bron, reservoir en overdracht****: Reservoir is de nasopharynx en andere slijmvliezen; overdracht via druppels of slijmvliescontact [25](#page=25).* * ***Infecties****: Over het algemeen weinig pathogeen, maar kunnen deel uitmaken van gemengde flora bij abcessen (bv. odontogeen). \_Endocarditis lenta of subacuta kan optreden na transiënte bacteriëmie (bij tandmanipulaties, maar ook bij dagelijkse activiteiten zoals bijten en kauwen) in aanwezigheid van een beschadigde hartklep [25](#page=25).* * ***Pathogenese****: \_S. mutans speelt een belangrijke rol bij cariës door lactaatproductie die glazuur oplost. Glucanen, externe polysacchariden, helpen de bacterie zich te hechten aan tandoppervlakken en hartklepletsels [25](#page=25).* * ***Bescherming****: Tandhygiëne (plaque preventie) is belangrijk [25](#page=25).* ##### *2.2.3.3 Streptococcus pneumoniae of pneumokok* * ***Bron, reservoir en overdracht****: Reservoir is de nasopharynx (en andere slijmvliezen) van de mens; overdracht via druppels of slijmvliescontact [30](#page=30).* * ***Infecties****:* * ***Invasieve infecties****: Bacteriële pneumonie, meningitis [30](#page=30).* * ***Respiratoire infecties****: Pneumonie, bronchitis, otitis, conjunctivitis. Deze hebben een minder dramatisch verloop [30](#page=30).* * ***Pathogenese****: Kolonisatie van de nasopharynx, gevolgd door micro-aspiratie of verspreiding naar het middenoor bij verminderde beluchting of beschadiging van ciliaire functie. Het kapsel is een efficiënt middel tegen fagocytose. De bacterie heeft ontstekingsbevorderende moleculen zoals pneumolysine. Sommige stammen zijn virulenter dan andere [30](#page=30).* #### *2.2.4 De meningokok of Neisseria meningitidis* * ***Bron, reservoir en overdracht****: De meningokok komt voor in de nasopharynx van mensen. Overdracht is via druppels en de bacterie overleeft niet lang in de omgeving. De meeste overdrachten leiden tot tijdelijke kolonisatie zonder infectie; dit wordt asymptomatisch dragerschap genoemd. Een infectie hangt af van de virulentie van de stam, de inoculomgrootte en de snelheid van immuniteitsopbouw. Ernstige invasieve infecties zijn zeldzaam [26](#page=26).* * ***Pathogenese****: Beschikt over specifieke virulentiefactoren voor aanhechting en ontwijking van inflammatie en immuniteit (kapsel, anticomplementaire moleculen, snel wisselen van oppervlakteantigenen, IgAse). Kan epitheelcellen binnendringen en naar de submucosa, bloedbaan of meningeale ruimte gaan. Endotoxine (LPS) veroorzaakt een krachtige inflammatoire reactie met shock, trombopenie en bloedingen [26](#page=26).* * ***Kapsels****: Belangrijke virulentiefactor, met serotypes A, B en C. Antistoffen tegen een serotype bieden bescherming [26](#page=26).* > ***Tip:*** *Het 'infernal trio' (pneumokok, \_Haemophilus influenzae, \_Moraxella catarrhalis) zijn de meest voorkomende bacteriële verwekkers van luchtweginfecties, met de nasopharynx als natuurlijke biotoop [33](#page=33).* ### *2.3 Diepe luchtwegen* *Verminderde ciliaire functie (door roken of virusinfecties) en aandoeningen zoals mucoviscidose vergemakkelijken bacteriële infecties. In de alveoli vormen alveolaire macrofagen de eerste verdedigingslinie. Infecties ontstaan vaak na groei in de nasopharynx en aspiratie, of direct via kleine druppels (aerosolen) voor pathogenen zoals \_Mycobacterium tuberculosis en \_Legionella [27](#page=27).* > ***Tip:*** *Professionele pathogenen kunnen gezonde individuen ziek maken, terwijl conditionele pathogenen een aanleiding nodig hebben, zoals een virale infectie [34](#page=34).* ### *2.4 Gastro-intestinaal stelsel* *De mondholte kan meer dan 500 verschillende species bevatten, maar deze bacteriën blijven niet lang ter plaatse.* #### *2.4.1 Enterokokken* *enterokokken komen normaal gesproken alleen in de darm voor. Ze zijn resistent tegen veel antibiotica. Pathogene infecties kunnen abcessen, urineweginfecties en endocarditis na bacteriëmie omvatten [38](#page=38).* #### *2.4.2 Anaeroben* *De \_Bacteroides fragilis-groep is een belangrijke groep anaeroben die normaal alleen in de darm voorkomt. \_B. fragilis is door zijn kapsels en andere virulentiefactoren mogelijk virulenter en speelt een rol in gemengde anaerobe abcessen en wondinfecties. Anaeroben zijn 100 keer talrijker dan aeroben in de darm [38](#page=38).* #### *2.4.3 \_Escherichia coli* * ***Pathogenese****: Een groot deel van het \_E. coli-genoom is variabel, met 'pathogenicity islands'. Hoewel commensaal, kunnen sommige stammen pathogeen zijn en urineweginfecties en gastro-intestinale infecties veroorzaken (uropathogene en enteropathogene stammen). Commensale stammen kunnen ook conditionele infecties veroorzaken bij een verzwakte barrière of immuunsysteem. \_E. coli is gevoelig voor veel antibiotica, maar resistentie neemt toe [39](#page=39).* #### *2.4.4 \_E. coli, Enterobacterales, gramnegatieve staven* *Gramnegatieve staven, zoals \_E. coli, \_Shigella, \_Yersinia, \_Salmonella, en \_Pseudomonas, lijken sterk op elkaar qua gramkleuring en hebben biologische overeenkomsten. Ze zijn belangrijk in infectieziekten, met variabele epidemiologie, ziektemakend vermogen en gevoeligheid voor antibiotica [40](#page=40) [41](#page=41).* > ***Tip:*** *Nosocomiale infecties worden frequent veroorzaakt door bacteriën die overleven in vochtige omgevingen en resistent zijn aan veel antibiotica [41](#page=41).* ### *2.5 Urogenitale slijmvliezen* #### *2.5.1 Vagina (en urethra bij vrouw)* *De vaginale flora wordt beïnvloed door grote fysiologische veranderingen, de nabijheid van de anus en soms door sperma. Darmsoorten en \_Candida spp. kunnen tijdelijk aanwezig zijn. Gedurende de geslachtsrijpe periode zorgen oestrogenen voor een dikker epitheel en glycogeenopslag. Glycogeen wordt door lactobacillen gebruikt om melkzuur te produceren, wat een zure pH handhaaft en zorgt voor kolonisatieresistentie. Na de menopauze en voor de menarche is de lactobacillenflora minder aanwezig en de flora gemengder [42](#page=42).* #### *2.5.2 Mannelijke genitaliën* *De afstand van de urethra tot de anus en het perineum is groter, de fysiologie is stabieler met antibacteriële prostaatsecreties, en er is minder contact met het anale gebied. De flora is beperkt en een gemengde aeroob-anaerobe mix. Een bedreiging is contact met de mucosa van seksuele partners [42](#page=42).* #### *2.5.3 Bescherming van urinewegen tegen infectie* *Bacteriën die de urethra binnendringen, worden afgevoerd of geneutraliseerd door mechanische spoeling door urinestroom, de eigenschappen van urine (hoge osmolariteit, zure pH, inhibitoren van adhesie, lactoferrine) en de blaaswand (immuuncellen en moleculen). Urineweginfecties ontstaan door een minder goede barrière (vrouwelijke urinewegen), afvloeistoornissen van de urine, of door uropathogene soorten zoals uropathogene \_E. coli [43](#page=43).* * * * # *Abnormale flora, dysbacteriose en hun gevolgen* *Dit onderwerp behandelt de verstoring van de normale microbiële gemeenschappen in het lichaam, wat leidt tot dysbacteriose, en de diverse oorzaken en gezondheidsgevolgen die hieruit voortvloeien.* ### *4.4.1. Abnormale flora (kolonisatie)* *Dysbacteriose wordt gedefinieerd als de aanwezigheid van micro-organismen, waaronder bacteriën en schimmels, op plaatsen waar ze doorgaans niet worden verwacht of in aantallen die significant afwijken van de normale flora. Deze afwijkende micro-organismen zijn minder aangepast aan de specifieke ecologische omstandigheden van die locatie. Een abnormale kolonisatie is niet per definitie een infectie en veroorzaakt niet altijd symptomen of ziekte. Echter, onder invloed van ecologische veranderingen kunnen deze kiemen persisteren en zich ontwikkelen tot een symptomatische aanwezigheid, oftewel een infectie. Dit kan leiden tot opportunistische infecties, die vaak moeilijker te behandelen zijn vanwege mogelijke resistentie tegen initiële antibiotica [44](#page=44).* ***Voorbeelden van abnormale kolonisatie en de potentiële gevolgen:*** * ***Huid:*** *Een verstoorde huidbarrière, door bijvoorbeeld te veel vocht of occlusie, kan leiden tot woekering van \_S. aureus, gramnegatieve staven en gisten. Ook een te vette huid kan leiden tot een toename van de lipofiele gist \_Malassezia sp., wat schilfering veroorzaakt. Blokkering van talgklieren kan acne veroorzaken, mede door woekering van \_Cutibacterium. Grote defecten zoals brandwonden verhogen het risico op kolonisatie en infectie [14](#page=14).* * ***Urinewegen:*** *Patiënten die in het ziekenhuis zijn opgenomen, kunnen urethrale kolonisatie met \_Pseudomonas sp. ontwikkelen, wat kan leiden tot urineweginfecties [44](#page=44).* * ***Mondholte:*** *Normaal gesproken niet voorkomende bacteriën zoals \_Bacteroides fragilis en bepaalde 'gram-negatieve staven' (\_E. coli, \_Klebsiella, \_Serratia, etc.) kunnen worden aangetroffen bij chronische ziekte of na meervoudige antibioticabehandelingen [44](#page=44).* * ***Darm:*** *Hoewel \_E. coli de belangrijkste aerobe gramnegatieve staaf in de normale darmflora is, kunnen na antibiotica, zoals langdurig breedspectrumgebruik van amoxicilline-clavulaanzuur, andere species zoals \_Enterobacter sp. of \_P. aeruginosa dominant worden. Dit kan leiden tot de overgroei van \_Clostridioides difficile, wat post-antibiotische diarree veroorzaakt [44](#page=44).* * ***Andere anatomische sites:*** *Anatomische locaties die normaal steriel zijn, zoals neussinussen bij chronische afwijkingen, bronchiën bij bronchiëctasieën, of de blaas met een verblijfsonde, kunnen gekoloniseerd worden bij veranderde 'klaring' [44](#page=44).* ### *4.4.2. Dysbacteriose* *Dysbacteriose is specifiek een veranderde flora die leidt tot symptomen of gezondheidsproblemen op langere termijn [45](#page=45).* > ***Tip:*** *Hoewel abnormale flora en dysbacteriose gerelateerd zijn, is dysbacteriose een klinisch relevantere term omdat het wijst op symptomatische of pathologische veranderingen in de microflora.* #### *4.4.2.1. Bacteriële vaginose (BV)* *Bacteriële vaginose (BV) is een veelvoorkomende aandoening waarbij de dominante \_Lactobacillus-flora in de vagina wordt vervangen door een toename van bacteriën zoals \_G. vaginalis, anaëroben en \_Mycoplasmata. Klinische tekenen omvatten een vuilgrijze afscheiding, een verhoogde pH en stinkende metabolieten (amines). Patiënten ervaren een stinkende geur en verhoogde afscheiding. Ondanks adequate antibiotica kan BV hardnekkig recidiveren. De precieze oorzaak van deze dysbacteriose is onbekend. Pogingen om BV te behandelen met probiotica (lokale toediening van lactobacillen) zijn tot nu toe niet erg succesvol [46](#page=46).* #### *4.4.2.2. Candida van huid en slijmvliezen: bv. vaginitis* *Candida vaginitis treedt op wanneer gistcellen, normaal aanwezig in zeer kleine aantallen, sterk toenemen. Dit resulteert in klinische tekenen zoals een rode vagina met wit beslag, witte fluor en een branderig gevoel. Candida vaginitis kan worden uitgelokt door antibiotica of spontaan ontstaan. Bij sommige personen kunnen frequente of hardnekkige recidieven optreden zonder aanwijsbare onderliggende oorzaak. Bacteriële vaginose en vaginale candidiasis zijn de meest voorkomende microbiële oorzaken van vaginitis; een derde, minder frequente oorzaak is de protozoön \_Trichomonas vaginalis [47](#page=47).* > ***Example:*** *Een patiënt die antibiotica gebruikt voor een bacteriële infectie, kan een verhoogd risico lopen op Candida vaginitis omdat de antibiotica de normale vaginale flora, die de groei van Candida remt, aantasten.* #### *4.4.2.3. Caries en parodontitis* *Tandplaque, een dikke laag bacteriën die ontstaat door onvoldoende mondhygiëne, kan leiden tot ernstige gebitsproblemen [48](#page=48).* * ***Caries (tandbederf):*** *In supragingivale plaque woekeren zuurminnende bacteriën zoals \_Streptococcus mutans. Deze zetten voedingssuikers om in melkzuur, wat leidt tot de oplossing van tandglazuur. Hierna kunnen andere bacteriën het dentine binnendringen, wat resulteert in tandbederf [48](#page=48).* * ***Parodontitis (parodontale afbraak):*** *Subgingivale plaque, aanwezig aan de rand van de tandvleesrand, kent een woekering van anaërobe gramnegatieve staven. Dit veroorzaakt inflammatie (gingivitis) en op termijn verlies van steunweefsel en bot, wat leidt tot loskomen van tanden [48](#page=48).* *Caries en parodontitis zijn belangrijke oorzaken van tandabcessen en vormen een risico voor bacteriëmie en daaropvolgende infecties zoals endocarditis. \_S. mutans speelt een cruciale rol bij het ontstaan van cariës door lactaatproductie en het vasthechten op het tandoppervlak via geproduceerde glucanen [25](#page=25) [48](#page=48).* #### *4.4.2.4. Clostridioides difficile diarree* *\_C. difficile is een belangrijke verwekker van diarree bij of na antibioticagebruik. De ziekte kan variëren van banaal tot zeer ernstig, met ulcera en perforatie. Kleine hoeveelheden van de bacterie en zijn sporen zijn normaal aanwezig in de darm. De ziekte ontstaat wanneer de normale flora wordt verstoord, waardoor \_C. difficile kan toenemen en toxines produceert. Na genezing worden de aantallen \_C. difficile weer ingeperkt door de normale flora. Sommige patiënten blijven echter recidiveren ondanks 'gepaste' antibiotica (orale metronidazole of vancomycine). De bacterie kan overleven in de omgeving als sporen, wat een verhoogd risico in ziekenhuizen betekent [50](#page=50).* > ***Example:*** *Een 66-jarige man die herstelt van een coloncarcinoomoperatie, ontwikkelt koorts en hevige diarree na antibioticagebruik (amoxicilline-clavulaanzuur) vanwege een verdenking op urineweginfectie. Fecesonderzoek bevestigt \_Clostridioides difficile infectie. Een succesvolle behandeling met fecestransplantatie van een gezonde donor illustreert de rol van dysbacteriose bij deze aandoening [49](#page=49) [50](#page=50).* *Fecestransplantatie (stoelgangstransplantatie) van een gezonde donor is inmiddels de meest effectieve behandeling voor recidiverende \_Clostridioides difficile diarree, omdat het de darmflora herstelt [51](#page=51).* #### *4.4.2.5. Ziekte van Crohn* *De ziekte van Crohn is een chronische, moeilijk te behandelen darmziekte waarvoor steeds meer bewijs is dat het mede het gevolg is van een intestinale dysbacteriose [50](#page=50).* ### *4.5. Positieve beïnvloeding van de microflora* *Het doel is om dysbacteriose om te keren of te voorkomen. Interferentiestrategieën omvatten [51](#page=51):* * ***Probiotica:*** *Dit zijn levende micro-organismen (bv. \_Saccharomyces sp., lactobacillen) die, bij adequate inname, gunstige effecten hebben op de gezondheid. Ze worden gebruikt om algemeen gezonder te zijn, en tegen obstipatie of diarree na antibiotica [51](#page=51).* * ***Prebiotica:*** *Dit zijn voedingsbestanddelen die selectief de groei en/of activiteit van bepaalde bacteriën in de darm bevorderen, zonder dat deze bacteriën zelf worden toegediend [51](#page=51).* *Veel van deze interventies blijven controversieel en de klinische studies zijn vaak moeilijk te onderbouwen, mede doordat deze producten vaak als voedingssupplementen worden aangeboden en niet onder de strenge regelgeving voor geneesmiddelen vallen [51](#page=51).* *Stoelgangstransplantatie is de beste behandeling gebleken voor recidiverende \_Clostridioides difficile diarree [51](#page=51).* *Onderzoek naar de commensale flora met behulp van deep sequencing (microbioomstudies) heeft correlaties aangetoond tussen bepaalde flora-types en chronische darmziekten, zwaarlijvigheid en neurologische aandoeningen. Nieuwe studies zullen naar verwachting leiden tot nieuwe ontdekkingen en mogelijke behandelingen of interventies [51](#page=51).* * * * # *Positieve beïnvloeding van de microflora* *Dit deel behandelt methoden om de microflora positief te beïnvloeden, zoals probiotica, prebiotica en fecestransplantatie, en de huidige stand van onderzoek [3](#page=3) [51](#page=51).* ### *4.5.1 Doelstellingen van positieve beïnvloeding* *Het primaire doel van het positief beïnvloeden van de microflora is het omkeren of voorkomen van dysbacteriose. Dit wordt nagestreefd om algemene gezondheid en fitheid te bevorderen, en specifiek om klachten zoals obstipatie en diarree na antibiotica te bestrijden [51](#page=51).* ### *4.5.2 Interferentiestrategieën* *Er zijn verschillende strategieën ontwikkeld om de microflora te beïnvloeden:* #### *4.5.2.1 Probiotica* *Probiotica zijn levende micro-organismen die, wanneer in voldoende hoeveelheden toegediend, een gunstig effect hebben op de gezondheid van de gastheer. Voorbeelden hiervan zijn \_Saccharomyces sp. (bakkersgist) en lactobacillen. Ze worden ingezet voor diverse toepassingen, waaronder het verbeteren van de spijsvertering en het behandelen van diarree na antibioticagebruik [51](#page=51).* #### *4.5.2.2 Prebiotica* *Prebiotica zijn voedingsbestanddelen die selectief bepaalde bacteriën in de darm stimuleren om te groeien en actief te worden, zonder dat deze bacteriën zelf direct worden toegediend [51](#page=51).* #### *4.5.2.3 Fecestransplantatie* *Fecestransplantatie (Stoelgangstransplantatie) is een interventie die inmiddels wordt beschouwd als de meest effectieve behandeling voor recidiverende \_Clostridioides difficile diarree [51](#page=51).* ### *4.5.3 Onderzoek en controverses* *Veel van de interventies gericht op het positief beïnvloeden van de microflora blijven controversieel. De bewijsvoering met behulp van goede klinische studies is vaak moeilijk, mede doordat veel van deze producten als voedingssupplementen worden aangeboden en daardoor niet onder de strenge regelgeving voor geneesmiddelen vallen [51](#page=51).* #### *4.5.3.1 Microbiomenstudie* *Met behulp van 'deep sequencing' worden de microbiomen, de gemeenschappen van commensale flora, bestudeerd. Er is reeds een correlatie vastgesteld tussen specifieke flora-types en aandoeningen zoals chronische darmziekten, zwaarlijvigheid en neurologische aandoeningen [51](#page=51).* #### *4.5.3.2 Toekomstperspectief* *Nieuw onderzoek zal naar verwachting leiden tot verdere ontdekkingen en potentieel nieuwe behandelingen of interventies om de microflora positief te beïnvloeden [51](#page=51).*

| Term | Definition | |------|------------| | Barrières | Fysische, chemische, microbiële en immunologische mechanismen die het lichaam beschermen tegen het binnendringen van vreemde organismen. | | Normale flora | De gemeenschap van micro-organismen die van nature op en in het lichaam voorkomen en een belangrijke rol spelen in de bescherming tegen pathogenen. | | Kolonisatie | De aanwezigheid van micro-organismen op een lichaamsoppervlak zonder dat dit leidt tot ziekteverschijnselen. | | Infectie | Symptomatische kolonisatie, waarbij micro-organismen schade aanrichten en ziekteverschijnselen veroorzaken. | | Dysbacteriose | Een verstoring van de normale balans van de microflora, gekenmerkt door de aanwezigheid van micro-organismen die men normaal niet op die plaats verwacht. | | Virulentie | Het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken, vaak door de aanwezigheid van specifieke factoren die de gastheer kunnen schaden. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken. | | Commensaal | Een organisme dat samenleeft met een andere soort, zonder deze te schaden, en er mogelijk voordeel van ondervindt. | | Sideroforen | Moleculen die door bacteriën worden geproduceerd om ijzer te binden, een essentieel element voor hun groei, en zo concurrerende bacteriën te hinderen. | | Defensines | Antimicrobiële peptiden die een rol spelen in het aangeboren immuunsysteem door bacteriële, virale of schimmelmembranen te doorboren. | | Glycoproteïnen | Eiwitten waaraan koolhydraatketens zijn gebonden, die een rol spelen in de structuur van slijmvliezen en de hechting van bacteriën kunnen beïnvloeden. | | Enterokokken | Een groep bacteriën die normaal gesproken in de darmen voorkomt en resistent kan zijn tegen diverse antibiotica. | | Anaeroben | Micro-organismen die kunnen groeien in een omgeving zonder zuurstof. | | Uropathogeen | Een micro-organisme dat specifiek infecties van de urinewegen kan veroorzaken. | | Fecestransplantatie | Een medische procedure waarbij fecale materie van een gezonde donor wordt getransplanteerd in het maag-darmkanaal van een patiënt om de darmflora te herstellen. | | Probiotica | Levende micro-organismen die, wanneer in voldoende hoeveelheden toegediend, een gezondheidsvoordeel bieden aan de gastheer. | | Prebiotica | Niet-verteerbare voedingsbestanddelen die selectief de groei en/of activiteit van bepaalde micro-organismen in de darm bevorderen. | | Bacteriële vaginose | Een veelvoorkomende vaginale dysbacteriose, gekenmerkt door een verandering in de dominante microflora, met een afname van lactobacillen en een toename van anaëroben en G. vaginalis. | | Candida vaginitis | Een vaginale infectie veroorzaakt door een overgroei van de gist Candida, vaak voorkomend bij verstoring van de normale vaginale flora of door antibiotica-gebruik. | | Clostridioides difficile diarree | Een vorm van diarree die ontstaat na verstoring van de darmflora, meestal door antibioticagebruik, waardoor C. difficile toxines produceert. | | Caries | Tandbederf veroorzaakt door zuurproducerende bacteriën die suikers omzetten in melkzuur, wat leidt tot de demineralisatie van tandglazuur. | | Parodontitis | Een ernstige ontsteking van het tandvlees en het omliggende kaakbot, vaak veroorzaakt door anaërobe gramnegatieve bacteriën in subgingivale plaque. |

# De kiem-gastheer relatie: concepten De relatie tussen een micro-organisme (kiem) en zijn gastheer is een dynamisch samenspel dat bepaalt of er sprake is van kolonisatie, infectie of ziekte, waarbij zowel eigenschappen van de kiem (virulentie) als van de gastheer (vatbaarheid) een cruciale rol spelen [4](#page=4). ### 1.1 Infectie ≠ ziekte: kiem-gastheer relatie De relatie tussen een kiem en een gastheer is variabel en kan variëren van harmonisch tot ziekteverwekkend. Ziekte treedt op wanneer de interactie met symptomen gepaard gaat die het functioneren van de gastheer nadelig beïnvloeden. Het "ijsbergconcept" illustreert dat de zichtbare, klinische presentatie (de top van de ijsberg) slechts een deel is van het spectrum aan mogelijke infecties; veel infecties verlopen asymptomatisch, maar kunnen nog steeds overdracht faciliteren. De uitkomst van de ontmoeting wordt bepaald door de eigenschappen van zowel de kiem (stam, adaptief vermogen, virulentie) als de gastheer (individuele vatbaarheid). Artsen treden op als "relatietherapeuten" om infectieziekten te beheersen, niet zozeer de microben zelf te bestrijden [4](#page=4) [5](#page=5). > **Tip:** Begrijp dat een infectie niet altijd betekent dat de gastheer ziek is, en dat asymptomatische dragers een belangrijke rol kunnen spelen in de verspreiding van ziekte. ### 1.2 Partner 1: de kiem Vanuit een evolutionair perspectief planten succesvolle kiemen zich voort door de faciliteiten van de gastheer te benutten. Een te hoge morbiditeit of mortaliteit bij de gastheer kan de overlevingskansen van de kiem verminderen, wat impliceert dat kiemen die minder schade aanrichten vaak succesvoller zijn. Succesvolle kiemen veroorzaken bij voorkeur geen of nauwelijks ziekte (bv. commensalen, anellovirus), of net voldoende om overdracht te faciliteren (bv. rotavirus, influenza). Sommige kiemen integreren hun genetisch materiaal in het genoom van de gastheer, een proces dat zelfs kan leiden tot >40% van het menselijk genoom dat afkomstig is van virussen en transposons [6](#page=6). Kiemen evolueren doorgaans sneller dan gastheren, waardoor ze zich beter kunnen aanpassen aan veranderende omstandigheden. Pathogene kiemen kunnen symptomen uitlokken die de verspreiding naar andere gastheren bevorderen, zoals niezen, hoesten of diarree. Variabiliteit tussen stammen binnen een soort is goed gedocumenteerd, en er bestaan fenotypische variaties (bv. persisters) die aanpassing aan nieuwe omstandigheden mogelijk maken [6](#page=6). ### 1.3 Virulentie Virulentie is het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken bij een gastheer. Pathogene kiemen onderscheiden zich van niet-pathogenen door de expressie van virulentiefactoren – genen die de pathogene levensstijl ondersteunen. Een schoolvoorbeeld hiervan is urineweginfectie-veroorzakende *Escherichia coli* (UPEC). Hoewel *E. coli* deel uitmaakt van de normale darmflora, kunnen specifieke stammen (zoals UPEC) virulentiefactoren tot expressie brengen die invasie en pathologie mogelijk maken [4](#page=4) [7](#page=7). UPEC kan zich hechten aan epitheelcellen van de blaas en nieren, endocytose ondergaan, uit het vesikel ontsnappen en intracellulair groeien. Dit intracellulaire overleven, met aanpassingen die fagocytose ontwijken en de vorming van latente intracellulaire gemeenschappen, is een cruciaal aspect van urineweginfecties. Deze intracellulaire bacteriële gemeenschappen kunnen na verloop van tijd vrijkomen en nieuwe epitheelcellen infecteren, wat kan leiden tot latentie en terugkerende infecties [7](#page=7) [8](#page=8). Voorbeelden van UPEC-virulentiefactoren zijn: * Type I pili (FimH gen): essentieel voor hechting aan epitheel en speelt een rol in intracellulair overleven [7](#page=7). * Genen betrokken bij motiliteit [7](#page=7). * Genen die de regulatie van celdeling beïnvloeden [7](#page=7). * Genen betrokken bij het ontwijken van het immuunsysteem, zoals het remmen van TLR-signalering [7](#page=7). > **Voorbeeld:** De Lubeck-ramp in 1930 illustreert de potentie van virulente stammen. 251 baby's kregen oraal BCG-vaccin gecontamineerd met wild-type *Mycobacterium bovis*, wat resulteerde in de dood van 72 zuigelingen en ziekte bij 135 anderen [11](#page=11). ### 1.4 Partner 2: de gastheer Het menselijk lichaam herbergt een uitgebreid ecosysteem van micro-organismen, waaronder virussen die al *in utero* aanwezig kunnen zijn en bacteriën die tijdens en na de geboorte worden verworven. Een gezond leven vereist de aanwezigheid van deze micro-organismen, met name in de darmflora. Het menselijk immuunsysteem is geëvolueerd om samen te leven met micro-organismen, waarbij het interne milieu vrij gehouden wordt van bacteriën terwijl deze aan de buitenste oppervlakken worden getolereerd [9](#page=9). Harmonieuze relaties kunnen echter verstoord raken door verschillende factoren: * Neonatale periode: een nog niet volledig ontwikkelde immuunrespons tegen binnenkomende bacteriën [9](#page=9). * Schade aan het lichaam: door trauma, operaties (iatrogeen) of uitputting (voedingsdeficiëntie, ziekte, ouderdom, behandeling) [9](#page=9). * Aanwezigheid van vreemde voorwerpen of avasculaire zones: zoals bij penetrerende verwondingen of trombose [9](#page=9). * Verstoorde darmflora: door antibioticagebruik, overmatige of ontoereikende hygiëne [9](#page=9). Het medisch handelen zelf kan soms bijdragen aan het ontstaan van infecties [9](#page=9). ### 1.5 Vatbaarheid Vatbaarheid verwijst naar de mate waarin een gastheer gevoelig is voor kolonisatie door een micro-organisme. Deze vatbaarheid wordt beïnvloed door genetische variabiliteit en individuele eigenschappen van de gastheer, waaronder de immuunrespons [4](#page=4). Bij urineweginfecties (UWI) speelt vatbaarheid een belangrijke rol. De verdediging tegen bacteriën zoals UPEC berust op de signalering via TLR4 in epitheelcellen, wat leidt tot de rekrutering van neutrofielen via IL-8. Variaties in genen die coderen voor TLR4, TLR-receptoren, de IL-8 receptor (CXCR1) en IL-8 zelf, kunnen leiden tot een verhoogde incidentie van UWI binnen families [10](#page=10). > **Tip:** Genetische factoren kunnen de vatbaarheid voor specifieke infecties significant beïnvloeden, wat verklaart waarom sommige individuen of populaties gevoeliger zijn dan anderen. ### 1.6 Infectie ≠ ziekte: kiem-gastheer relatie op populatieniveau: myxomatose story De interactie tussen kiem en gastheer op populatieniveau wordt geïllustreerd door de myxomatose-epidemie bij konijnen. Dit is een klassiek voorbeeld van hoe een zeer letale microbe zich in een gastheerpopulatie vestigt en vervolgens evolueert naar een staat van meer gebalanceerde pathologie. Dit aanpassingsproces is ook waargenomen bij *Vibrio cholerae* en mogelijk zal HIV hetzelfde pad volgen [12](#page=12). Overlevenden van een epidemie dragen vaak specifieke genetische kenmerken die hen bescherming bieden. Kiemen met lagere virulentie hebben een selectief voordeel omdat de gastheer langer leeft, wat meer tijd biedt voor verspreiding. Dit leidt tot co-evolutie [13](#page=13): * De kiem verandert, waarbij de virulentie en het replicatief vermogen kunnen afnemen. Vergelijkingen tussen HIV-virussen uit de jaren '80 en nu tonen deze evolutie [13](#page=13). * De gastheerpopulatie verandert. Voorbeelden hiervan zijn de selectie van resistente individuen (bv. CCR5-mutanten bij HIV), genetische bottlenecks door historische epidemieën (bv. pest in Scandinavië), de introductie van nieuwe ziekten bij inheemse populaties (bv. mazelen en TBC bij indianen) en de prevalentie van erfelijke aandoeningen in gebieden met endemische ziekten (bv. sikkelcelanemie in malariagebieden) [13](#page=13). ### 1.7 Co-evolutie kiem - host De interactie tussen kiemen en gastheren is een proces van voortdurende co-evolutie, waarbij beide partijen zich aanpassen aan elkaar. Dit kan leiden tot de selectie van genetische variaties die zowel de gastheer beschermen tegen ziekte als de kiem in staat stellen zich te verspreiden zonder de gastheer direct te doden [13](#page=13). **Voorbeeld: Sikkelcelanemie** Sikkelcelanemie is een erfelijke bloedaandoening die veroorzaakt wordt door een puntmutatie in het gen voor hemoglobine, resulterend in Hemoglobine S. In omstandigheden met lage zuurstofspanning, zoals tijdens een malariainfectie wanneer merozoïeten hemoglobine metaboliseren, wordt Hemoglobine S onoplosbaar, wat leidt tot een sikkelvormige cel. Deze misvormde cellen worden sneller door de milt verwijderd. Heterozygoten (die één kopie van het gemuteerde gen dragen) zijn relatief beschermd tegen ernstige malaria omdat besmette sikkelcellen vaker worden geëlimineerd. Dit verklaart de hogere prevalentie van heterozygoten in malariagebieden. Homozygoten (die twee kopieën van het gemuteerde gen dragen) zijn anemisch en vatbaar voor infarcten (bv. in de milt), wat hun risico op infecties, zoals die door *Streptococcus pneumoniae*, verhoogt, zelfs zonder malariabesmetting [14](#page=14). > **Tip:** Begrijp dat genetische aandoeningen zoals sikkelcelanemie, die ernstige gevolgen hebben, in endemische gebieden kunnen blijven bestaan vanwege een evolutionair voordeel dat ze bieden tegen een specifieke infectieziekte. --- # Het verloop van een infectie Dit onderdeel beschrijft de opeenvolgende fasen van een infectieproces, van initiële aanhechting tot schade aan de gastheer. ### 5.2.1 Aanhechting en invasie: entry De eerste stap in het infectieproces is het overwinnen van de natuurlijke weerstand van de gastheer, wat leidt tot het aanslaan van de infectie. Barrières zoals de huid en slijmvliezen moeten doorbroken worden. Dit kan gebeuren door actieve penetratie, zoals bij bepaalde wormen, of door een sterkere aanhechting aan gastheercellen. Factoren zoals adhesie-eiwitten van bacteriën (bv. *Staphylococcus aureus* bindt fibrinogeen) spelen hierbij een cruciale rol. Ziekteverwekkers kunnen de slaagkans van een infectie vergroten door barrières te omzeilen, wat met name geldt voor de meeste exogene infecties. Een beschadigde gastheer is vatbaarder voor infectie dan een intacte gastheer [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17) [18](#page=18). > **Tip:** Virulentiefactoren, zoals toxines (bv. het pertussistoxine dat trilharen stillegt) of zuurresistente structuren (cysten, bacteriën), kunnen helpen bij het overwinnen van deze natuurlijke barrières [16](#page=16). ### 5.2.2 Vermenigvuldiging Om zich te kunnen verspreiden, moet de kiem in aantal toenemen door vermenigvuldiging. Dit kan lokaal gebeuren op de plaats van de initiële infectie. Sommige micro-organismen, zoals *Staphylococcus aureus*, kunnen repliceren door interactie met gastheercomponenten, zoals prothrombine, wat leidt tot de omzetting van fibrinogeen in fibrine. Dit bevordert lokale replicatie en beschermt de bacterie tegen fagocyten. Meer overleving dan afsterven van de kiem resulteert in een toename van het aantal micro-organismen [15](#page=15) [20](#page=20) [21](#page=21). > **Example:** Humaan papillomavirus (HPV) kan lokaal repliceren op de cervix, wat normaal gesproken geen sterke immuniteit geeft tegen herinfectie, in tegenstelling tot een vaccin. Wratten op de huid kunnen soms plotseling verdwijnen na blootstelling van HPV aan het immuunsysteem [20](#page=20). ### 5.2.3 Lokale of gegeneraliseerde verspreiding Na vermenigvuldiging kan de kiem zich lokaal of gegeneraliseerd door het lichaam verspreiden. Dit kan gebeuren via verschillende routes [15](#page=15): * Via het lymfesysteem (bv. lymfangitis bij streptokokkeninfecties) [22](#page=22). * Systemisch via bloed of bloedcellen (viremie of bacteriëmie) [22](#page=22). * Via zenuwbanen (neurogeen, bv. Herpes simplex) [22](#page=22). De reden voor diepere verspreiding is soms onduidelijk, zeker als het de transmissie niet bevordert, zoals bij invasie van het centrale zenuwstelsel (CNS) door meningokokken of poliovirus. Bij de verspreiding komt de kiem bloot te staan aan het immuunsysteem, waarbij virulentiefactoren en immuundeviatie mechanismen cruciaal zijn voor succes. *Staphylococcus aureus* maakt hiervoor gebruik van cytotoxines (bv. $\alpha$-toxine) en enzymen (proteases, lipases, nucleases) die weefsel afbreken en ijzer leveren voor voeding [22](#page=22) [23](#page=23). > **Tip:** De verspreiding van een infectie heeft directe gevolgen voor het klinisch beeld. Oppervlakkige infecties zijn vaak kortdurend en zelden chronisch, terwijl systemische verspreiding kan leiden tot langdurige of chronische infecties die vaak verworven immuniteit vereisen voor eliminatie [27](#page=27). ### 5.2.4 Ontwijken afweer Om succesvol te zijn, moet de kiem de afweer van de gastheer lang genoeg ontwijken. Dit is essentieel om replicatie en transmissie mogelijk te maken. *Staphylococcus aureus* bezit hiervoor diverse mechanismen, zoals het binden aan Fc-delen van IgG, vWF en C3 via Proteïne A (SpA). Dit remt de antibacteriële werking van deze factoren. Bovendien kan het polyklonale B-celactivatie veroorzaken, wat de vorming van specifieke antistoffen tegen *S. aureus* hindert. Leucocidines, zoals de Panton-Valentine leukocidine, vernietigen granulocyten, wat leidt tot purulente infecties [15](#page=15) [29](#page=29) [30](#page=30). > **Tip:** Het ontwijken van de immuunrespons is een sleutel tot het succes van een infectie en kan op verschillende manieren gebeuren, van het blokkeren van immuunfactoren tot het actief vernietigen van afweercellen (#page=29, page=30) [29](#page=29) [30](#page=30). ### 5.2.5 Vrijkomen uit lichaam: exit Om de infectie te kunnen voortzetten, moet de kiem het lichaam van de gastheer verlaten in voldoende aantallen om nieuwe gastheren te vinden, wat leidt tot transmissie. Dit proces, ook wel 'exit' genoemd, wordt beïnvloed door verschillende factoren [15](#page=15) [31](#page=31): * **Aantal kiemen vrijgesteld:** Niezen kan bijvoorbeeld een veel grotere uitscheiding van kiemen veroorzaken dan hoesten [31](#page=31). * **Stabiliteit van de kiemen buiten het lichaam:** Gespecialiseerde structuren zoals sporen, cysten en eieren verhogen de stabiliteit en weerstand tegen uitdroging en chemicaliën [32](#page=32). * **Aantal kiemen nodig voor infectie van de volgende host:** Dit minimale aantal (infectieuze dosis) kan sterk variëren per kiem [31](#page=31). * **Stam van de kiem:** Verschillende stammen kunnen variërende transmissie-eigenschappen hebben [31](#page=31). Mechanismen zoals hoesten, niezen en diarree bevorderen de 'expulsie' van kiemen. *Staphylococcus aureus* kan bijvoorbeeld enterotoxines produceren die braken en diarree veroorzaken, wat de darmtransit versnelt en de kiem toelaat het lichaam te verlaten [32](#page=32) [33](#page=33). > **Example:** Voor *Shigella dysenteriae* volstaan slechts 10 kiemen voor infectie bij ingestie, terwijl voor *Salmonella typhi* ongeveer $10^4$ kiemen nodig zijn [31](#page=31). ### 5.2.6 Schade aan gastheer, immuunrespons en inflammatie De schade aan de gastheer kan direct door het micro-organisme of indirect door de immuunrespons veroorzaakt worden (#page=15, page=35). Dit is niet altijd een noodzakelijke stap voor de kiem, maar wel per definitie aanwezig bij pathogenen die ziekte veroorzaken. Schade kan mechanisch zijn, zoals bij wormen. Exotoxines kunnen vitale functies verstoren, terwijl endotoxines (LPS) krachtige immuunstimuli zijn die een cascade van immuunreacties en ontstekingen veroorzaken (#page=25, page=26) [15](#page=15) [25](#page=25) [26](#page=26) [35](#page=35). De reactie van de gastheer is vaak bepalend voor het optreden van symptomen. Inflammatie, koorts en andere immuunreacties kunnen de oorzaak zijn van ziekteverschijnselen. Soms kan infectie optreden zonder symptomen, wat screening noodzakelijk kan maken om verspreiding te remmen, met name als de infectie behandelbaar is. Bij een verzwakt immuunsysteem kunnen symptomen juist afwezig zijn, maar kunnen ze weer optreden wanneer de immuniteit verbetert (bv. immuunreconstitutie syndroom) [34](#page=34). > **Tip:** Het onderscheid tussen pathogeniciteit (ziekmakend vermogen in het algemeen) en virulentie (kwantificatie van het ziekmakend vermogen, bv. LD50) is belangrijk. Houd ook rekening met de incubatietijd, de periode tussen infectie en symptomen, waarbij shedding (infectieus zijn) vaak al voor de symptomen begint [34](#page=34). --- ## 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 | |------|------------| | Virulentie | Het ziekmakend vermogen van een specifiek micro-organisme-isolaat bij een standaard gastheer, waarbij de eigenschappen van het micro-organisme en de gastheer bepalen of ziekte optreedt. | | Vatbaarheid | De mate waarin een gastheer vatbaar is voor kolonisatie door een micro-organisme, bepaald door de individuele genetische variabiliteit, eigenschappen en de reactie van de gastheer, zoals afweer en immunologie. | | Infectie | De aanwezigheid en vermenigvuldiging van een micro-organisme in of op een gastheer, wat niet noodzakelijk leidt tot ziekte. | | Ziekte | Een toestand waarbij de interactie tussen een kiem en een gastheer leidt tot symptomen die het functioneren van de gastheer nadelig beïnvloeden. | | Kiem-gastheer relatie | De interactie tussen een micro-organisme (kiem) en de organismen waar het op leeft (gastheer), die variërend kan zijn van harmonieus tot pathologisch. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken bij een gastheer. | | Commensaal | Een micro-organisme dat op of in een gastheer leeft zonder schade te berokkenen, en mogelijk voordeel ondervindt. | | Adaptief vermogen | Het vermogen van een micro-organisme om zich aan te passen aan veranderende omgevingsomstandigheden, inclusief de reacties van de gastheer. | | Immuniteit | De bescherming van een gastheer tegen ziekteverwekkers, ontwikkeld door het immuunsysteem. | | Inflammatie | Een lokale reactie van het lichaam op schadelijke stimuli, zoals pathogenen of beschadigde cellen, gekenmerkt door roodheid, zwelling, warmte en pijn. | | Endogene retrovirussen (HERV) | Virussen die deel uitmaken van het genoom van de gastheer en via de geslachtscellen worden doorgegeven aan volgende generaties. | | Stochastische phenotypische variaties | Willekeurige en onvoorspelbare veranderingen in de eigenschappen van cellen of organismen, die kunnen leiden tot aanpassing aan nieuwe omstandigheden. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriën die in een rusttoestand verblijven en daardoor minder gevoelig zijn voor antibiotica, wat kan leiden tot herkolonisatie. | | Virulentiefactoren | Specifieke genen of moleculen die een micro-organisme in staat stellen om pathogeniciteit te vertonen, zoals adhesines, toxines of enzymen. | | UPEC (Urinary tract pathogenic Escherichia coli) | Een specifieke stam van E. coli die urineweginfecties kan veroorzaken door het bezit van virulentiefactoren die aanhechting en invasie in de urinewegen mogelijk maken. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen, ziekteverwekkers of celresten "opeten" en neutraliseren. | | Latentie | Een periode waarin een infectie aanwezig is in het lichaam zonder duidelijke symptomen, maar waarbij het micro-organisme zich nog steeds kan vermenigvuldigen en potentieel opnieuw actief kan worden. | | Transmissie | Het proces waarbij een ziekteverwekker wordt overgedragen van de ene gastheer op de andere. | | Exotoxines | Toxines die door bacteriën worden uitgescheiden en direct schade aanrichten aan gastheercellen of functies. | | Endotoxines | Componenten van de celwand van Gram-negatieve bacteriën (lipopolysacchariden) die na celdood vrijkomen en een krachtige immuunrespons opwekken. | | Attenuatie | Het proces waarbij de virulentie van een micro-organisme wordt verminderd, vaak gebruikt bij de productie van vaccins. | | Pathogenese | Het mechanisme waarmee een ziekte zich ontwikkelt in een gastheer. | | Co-evolutie | Het gelijktijdige evolutionaire proces waarbij twee of meer soorten elkaar wederzijds beïnvloeden en aanpassen, zoals tussen kiemen en gastheren. | | Sikkelcelanemie | Een erfelijke bloedaandoening veroorzaakt door een mutatie in het hemoglobinegen, die bescherming kan bieden tegen malaria in heterozygoten. | | Hemoglobine S (Hb S) | Een abnormale vorm van hemoglobine die sikkelcelanemie veroorzaakt, die onder omstandigheden van lage zuurstofspanning de rode bloedcellen een sikkelvorm geeft. | | Incubatie | De periode tussen blootstelling aan een ziekteverwekker en het optreden van symptomen. | | Shedding | Het vrijkomen van ziekteverwekkers uit een geïnfecteerde gastheer, wat overdracht naar nieuwe gastheren mogelijk maakt. |

# De relatie tussen kiem en gastheer Dit onderwerp onderzoekt de complexe en dynamische interactie tussen micro-organismen en hun gastheren, waarbij de nadruk ligt op de variabelen die bepalen of een infectie leidt tot ziekte. ### 1.1 Kiem-gastheer relatie: begrippen De relatie tussen een gastheer en een micro-organisme is geen eenduidige strijd, maar een interactie die kan variëren van harmonieus tot verziekt. Een arts moet deze relatie respecteren en interventies overwegen wanneer nodig, met het besef dat micro-organismen zich vaak aanpassen en kunnen overwinnen. De uitkomst van deze ontmoeting wordt bepaald door een combinatie van de eigenschappen van de kiem (virulentie) en de gastheer (vatbaarheid) [1](#page=1) [4](#page=4). #### 1.1.1 Infectie ≠ ziekte: kiem-gastheer relatie Het concept "infectie ≠ ziekte" is cruciaal. Een infectie is de aanwezigheid en replicatie van een micro-organisme in een gastheer. Ziekte ontstaat wanneer deze infectie leidt tot symptomen die het functioneren van de gastheer nadelig beïnvloeden, vaak als gevolg van de reactie van de gastheer (zoals de immuunrespons) [1](#page=1) [4](#page=4) [5](#page=5). Het "ijsbergconcept" illustreert dit: de zichtbare symptomatische ziekte is slechts de top van de ijsberg; veel infecties verlopen asymptomatisch maar kunnen nog steeds overdraagbaar zijn. De specifieke stam van de kiem, zijn adaptieve vermogen en virulentie, samen met de individuele vatbaarheid van de gastheer, bepalen de klinische presentatie [5](#page=5). #### 1.1.2 Partner 1: de kiem Vanuit een evolutionair perspectief planten micro-organismen zich voort door gebruik te maken van de faciliteiten van de gastheer. Sterke schade aan de gastheer kan de overleving van de kiem belemmeren, waardoor succesvolle kiemen vaak weinig of geen ziekte veroorzaken. Sommige kiemen integreren zelfs in het genoom van de gastheer. Andere kiemen, zoals pathogenen, veroorzaken wel ziekte, maar vaak op een manier die verspreiding bevordert, bijvoorbeeld via symptomen als niezen of diarree. De variabiliteit tussen verschillende stammen van een kiem is aanzienlijk, en adaptaties zoals stochastische fenotypische variaties (bv. persisters) stellen subpopulaties in staat zich aan te passen aan veranderende omstandigheden [6](#page=6). > **Tip:** Kiemen hebben vaak een evolutionair voordeel omdat ze sneller evolueren en zich aanpassen dan hun gastheren [6](#page=6). #### 1.1.3 Virulentie Virulentie wordt gedefinieerd als het ziekmakend vermogen van een micro-organisme-isolaat bij een "standaard" gastheer. Dit vermogen wordt beïnvloed door de specifieke eigenschappen van de kiem, zoals zijn adaptief vermogen [4](#page=4) [5](#page=5). #### 1.1.4 Partner 2: de gastheer Mensen leven samen met een grote verscheidenheid aan micro-organismen die al vroeg in het leven worden verworven. Een gezond leven is vaak afhankelijk van de aanwezigheid van bepaalde micro-organismen, zoals de darmflora. Het lichaam en het immuunsysteem zijn geëvolueerd om samen te leven met micro-organismen, waarbij de interne omgeving grotendeels vrij van bacteriën wordt gehouden, terwijl ze aan de buitenste oppervlakken worden getolereerd [9](#page=9). Verschillende factoren kunnen de harmonieuze relatie met een kiem verstoren, waaronder de neonatale periode, lichamelijke schade (trauma of iatrogeen), uitputting (door ondervoeding, ziekte, ouderdom of behandeling), de aanwezigheid van vreemde voorwerpen of avasculaire zones, en een verstoorde darmflora (door antibiotica, overmatige of onvoldoende hygiëne). Medische ingrepen kunnen soms ook bijdragen aan het ontstaan van infecties [9](#page=9). #### 1.1.5 Vatbaarheid Vatbaarheid verwijst naar de individuele eigenschappen van de gastheer, inclusief genetische variabiliteit, die bepalen hoe goed deze reageert op een micro-organisme en hoe waarschijnlijk kolonisatie zal plaatsvinden [4](#page=4). #### 1.1.6 Infectie ≠ ziekte: kiem-gastheer relatie op populatie niveau: myxomatose story De myxomatose-epidemie bij konijnen is een klassiek voorbeeld van hoe de relatie tussen kiem en gastheer op populatieniveau kan evolueren. Aanvankelijk veroorzaakte de myxomatosevirus een zeer dodelijke ziekte. Overlevenden van de epidemie hadden specifieke kenmerken, en kiemen met lagere virulentie kregen een voordeel omdat hun gastheren langer leefden en de verspreiding faciliteerden. Dit leidde tot co-evolutie waarbij zowel de kiem als de gastheerpopulatie zich aanpasten [12](#page=12) [13](#page=13). #### 1.1.7 Co-evolutie kiem - host Co-evolutie tussen kiem en gastheer leidt tot wederzijdse aanpassingen. Virussen kunnen bijvoorbeeld hun replicatieve vermogen verliezen, terwijl gastheerpopulaties resistentiegenen kunnen selecteren. Voorbeelden hiervan zijn de selectie van CCR5-mutanten bij HIV-infectie en de genetische bottlenecks die zijn ontstaan door historische epidemieën zoals de pest. Ook de introductie van ziekten zoals mazelen en TBC bij inheemse bevolkingen illustreert de impact van co-evolutie [13](#page=13). ### 1.2 Verloop van een infectie Het verloop van een infectie kan worden opgedeeld in verschillende fasen, waarbij elke stap voorwaarden en potentiële gevolgen heeft [15](#page=15). | Stap | Voorwaarde | Gevolg | | :------------------------- | :-------------------------------------------------------------------------- | :---------------------------------------------------- | | a. Aanhechting +/- invasie: entry | Natuurlijke weerstand overwinnen | Aanslaan van infectie | | b. Vermenigvuldiging | Meer overleving dan afsterven van kiem | Toename aantal | | c. Lokale of gegeneraliseerde verspreiding | Ontwijken natuurlijke barrières, aanpassen aan de host | Verspreiding | | d. Ontwijken verdediging | Lang genoeg ontwijken immuun- en andere respons | Antwoord van kiem op afweer | | e. Vrijkomen uit lichaam: exit | In voldoende aantallen vrijkomen zodat kiem nieuwe gastheren vindt | Transmissie | | f. Schade aan gastheer, immuunrespons inflammatie | Niet noodzakelijk, per definitie wel bij pathogenen | Ziekte | > **Example:** De ontwikkeling van het Bacille Calmette-Guérin (BCG) vaccin toont de impact van attenuatie. Door wild-type *M. bovis* jarenlang op glycerine-gal-aardappelmedium te kweken, verloor het virus pathogene eigenschappen. Echter, de Lubeck-ramp in 1930, waarbij baby's werden geïnfecteerd met een gecontamineerd vaccin, resulteerde in ernstige ziekte en sterfgevallen, wat de variabiliteit in de kiem-gastheer relatie benadrukt. Een ander voorbeeld is de injectie van >45.000 Amerikaanse soldaten met een Gele Koorts-vaccin gecontamineerd met HBV, wat leidde tot hepatitis bij een aanzienlijk aantal van hen [11](#page=11). --- # Virulentie en de factoren die ziekte veroorzaken Dit onderwerp onderzoekt virulentie, het vermogen van micro-organismen om ziekte te veroorzaken, en de specifieke factoren die hieraan bijdragen. ### 2.1 Het concept virulentie * Sommige bacteriën, soorten of stammen, kunnen bij bepaalde gastheren symptomen veroorzaken; dit zijn pathogenen [7](#page=7). * Pathogenen onderscheiden zich van niet-pathogenen door de expressie van virulentiefactoren: genen die een pathogene levensstijl mogelijk maken [7](#page=7). * Een schoolvoorbeeld van een pathogeen is urpathogene *Escherichia coli* (UPEC) [7](#page=7). * *E. coli* behoort tot de normale darmflora, maar klonale variaties (stammen) kunnen virulentiefactoren tot expressie brengen en zo pathogeen vermogen verwerven [7](#page=7). * Virulentie kan gekwantificeerd worden, vaak door vergelijking van verschillende isolaten van dezelfde kiem, bijvoorbeeld met de *lethal dose 50* ($LD_{50}$) [34](#page=34). > **Tip:** Pathogeniciteit verwijst naar het ziekmakend vermogen vergeleken tussen verschillende soorten kiemen, terwijl virulentie een kwantificering van dit vermogen is, vaak binnen dezelfde kiemsoort [34](#page=34). ### 2.2 Virulentiefactoren en hun functies Virulentiefactoren stellen micro-organismen in staat om infecties te veroorzaken en te handhaven. Deze factoren kunnen worden onderverdeeld in verschillende categorieën: #### 2.2.1 Aanhechting en invasie * Micro-organismen moeten zich kunnen aanhechten aan gastheercellen om infecties te initiëren en te voorkomen dat ze worden weggespoeld [16](#page=16). * *Staphylococcus aureus* kent tientallen factoren die betrokken zijn bij adhesie aan gastheercellen. Een voorbeeld is de binding aan fibrinogeen [18](#page=18). * UPEC kan zich hechten aan epitheelcellen van de blaas en nieren [7](#page=7). * Sommige virussen, zoals het humaan papillomavirus (HPV), kunnen zich aanhechten en infecteren [20](#page=20). * Adhesie kan de eerste stap zijn naar invasie van weefsels [16](#page=16). #### 2.2.2 Vermenigvuldiging * Om zich te kunnen verspreiden, moeten micro-organismen zich vermenigvuldigen, hetzij lokaal ter plaatse van de initiële infectie, hetzij na diepere verspreiding [20](#page=20). * *Staphylococcus aureus* kan zich repliceren door interactie met prothrombine, wat leidt tot de omzetting van fibrinogeen in fibrine. Dit bevordert lokale replicatie, beschermt tegen fagocyten en vermindert de microcirculatie [21](#page=21). * Virussen produceren zelf geen toxines, maar symptomen treden vaak pas op bij de immuunrespons van de gastheer [28](#page=28). #### 2.2.3 Lokale of gegeneraliseerde verspreiding * Na vermenigvuldiging kunnen micro-organismen zich vanuit de primaire infectiehaard verspreiden via lymfe, systemisch (bloed), of zenuwbanen [22](#page=22). * De reden voor verspreiding naar diepere weefsels, zoals het centrale zenuwstelsel (CNS), is niet altijd duidelijk voor transmissie, maar kan verband houden met specifieke doelwitcellen [22](#page=22). * Tijdens verspreiding worden kiemen blootgesteld aan het immuunsysteem; de effectiviteit van virulentiefactoren en immuundeviatie mechanismen bepaalt het succes van de verspreiding [22](#page=22). * *Staphylococcus aureus* produceert cytotoxines (zoals α-toxine) en enzymen (proteases, lipases, nucleases) die weefselafbraak bevorderen en ijzer als voedingsstof beschikbaar maken [23](#page=23). * UPEC kan na opname in epitheelcellen ontsnappen uit vesikels naar het cytoplasma, intracellulair groeien, filamenteuze vormen aannemen die resistent zijn tegen fagocytose, en een latente intracellulaire vorm aannemen die een bron is voor terugkerende infecties. Epitheliale cellen kunnen barsten of loslaten (exfoliatie), waarbij bacteriën andere cellen kunnen binnendringen [7](#page=7) [8](#page=8). * Oppervlakkige infecties zijn vaak "hit-and-run" infecties die zelden chronisch worden, zoals een verkoudheid door rhinovirus, en waarvoor aangeboren immuniteit vaak volstaat voor eliminatie [27](#page=27). * Systemische verspreiding kan leiden tot trage replicatie en chronische infecties, die meestal verworven immuniteit vereisen voor eliminatie [27](#page=27). * "Shedding" (uitscheiding) naar volgende gastheren kan plaatsvinden voor en soms na de symptomen, wat overdracht mogelijk maakt. Dit kan continu (bv. EBV) of intermitterend (bv. HSV) zijn [28](#page=28). > **Voorbeeld:** Mazelen is een voorbeeld van een ziekte waarbij het virus via het bloed het lichaamsoppervlak bereikt, eerst de luchtwegen, dan de slijmvliezen (Koplik's spots) en ten slotte de huid (uitslag) [28](#page=28). #### 2.2.4 Ontwijken van het immuunsysteem * Het ontwijken van het immuunsysteem is essentieel voor het succes van een infectie en de transmissie ervan [29](#page=29). * *Staphylococcus aureus* produceert proteïne A (SpA), dat bindt aan het Fc-deel van IgG, vWF en C3, waardoor hun antibacteriële werking wordt geïnhibeerd [29](#page=29). * Protein A kan ook polyklonale B-celactivatie veroorzaken, wat de vorming van antistoffen tegen *S. aureus* verhindert [29](#page=29). * Sommige cytotoxines zijn specifiek gericht tegen granulocyten (leukocidines, bv. Panton-Valentine leukocidine), wat leidt tot etter, bestaande uit dode granulocyten, en purulente infecties [30](#page=30). * UPEC kan genen hebben die betrokken zijn bij immuunontwijking, zoals het afremmen van TLR-signalering [7](#page=7). #### 2.2.5 Schade aan de gastheer (door toxines en enzymen) * Bacteriële toxines kunnen directe schade aanrichten aan de gastheer [25](#page=25). * Exotoxines kunnen op verschillende manieren werken, vaak door een tweedelig molecuul waarbij één deel de cel binnendringt en het andere een vitale functie remt. Toxines zijn doorgaans niet antigenisch variabel, wat leidt tot goede immuniteit na blootstelling (bv. vaccins met toxoid) [25](#page=25). * Sommige toxines kunnen diarree veroorzaken, wat bijdraagt aan verspreiding via fecaal-orale route [25](#page=25). * Bacteriën produceren enzymen zoals collagenasen, DNase en streptokinase die verspreiding bevorderen of de kiem beschermen (bv. coagulase-producerende stafylokokken), en deze enzymen kunnen zelf schade veroorzaken [25](#page=25). * Endotoxines, zoals lipopolysaccharide (LPS), activeren immuunmechanismen en de stolling, wat leidt tot krachtige immuunstimulatie en potentieel gedissemineerde intravasculaire stolling (DIC) [26](#page=26). * *Staphylococcus aureus* produceert het toxic shock syndrome toxin-1 (TSST-1), een superantigeen dat niet-specifieke T-cel stimulatie veroorzaakt en leidt tot shock, koorts en capillaire lekkage. Dit toxine helpt bij verspreiding maar is ook immunosuppressief [24](#page=24). * Enterotoxines van *Staphylococcus aureus* kunnen braken en diarree opwekken, waardoor de bacterie de darm kan verlaten en voedselvergiftiging kan veroorzaken [33](#page=33). * Schade kan ook mechanisch zijn, zoals bij infecties met wormen [35](#page=35). * De reactie van de gastheer, zoals inflammatie en koorts, is vaak bepalend voor het optreden van symptomen, zelfs als de infectie zelf minimaal is [34](#page=34). > **Tip:** De incubatietijd, de periode tussen infectie en symptomen, kan variëren. Vaak is de gastheer al infectieus (shedding) vóór het optreden van symptomen [34](#page=34). ### 2.3 Vrijkomen uit het lichaam (exit) en transmissie * Transmissie van micro-organismen wordt beïnvloed door het aantal vrijgestelde kiemen, hun stabiliteit buiten het lichaam, de benodigde infectieuze dosis voor de volgende gastheer, en de stam van de kiem [31](#page=31). * Niezen zorgt voor een veel grotere uitscheiding van kiemen dan hoesten. Spreken kan ook bijdragen aan de verspreiding van kleine druppeltjes die in de longen van een andere gastheer terecht kunnen komen [31](#page=31). * Stabiliteit in de omgeving omvat resistentie tegen uitdroging, hitte en chemicaliën. Gespecialiseerde structuren zoals sporen en cysten verlenen stabiliteit [32](#page=32). * Andere factoren die transmissie bevorderen, zijn expulsie zoals hoesten, niezen, en diarree. Diarree is voordelig voor de kiem door massale verspreiding [32](#page=32). * De benodigde infectieuze dosis varieert sterk, bijvoorbeeld 10 kiemen voor *Shigella dysenteriae* versus 10^4 kiemen voor *Salmonella typhi* [31](#page=31). ### 2.4 Latentie en chronische infecties * UPEC kan een latente intracellulaire vorm aannemen, wat een bron kan zijn voor terugkerende infecties (#page=7, 8) [7](#page=7) [8](#page=8). * Oppervlakkige infecties zijn vaak kortstondig, terwijl systemische verspreiding soms leidt tot chronische infecties [27](#page=27). * Infecties kunnen optreden zonder symptomen, wat een noodzaak voor screening kan creëren, zoals bij HIV [34](#page=34). ### 2.5 Indirecte schade via het immuunsysteem * Micro-organismen kunnen ziekte veroorzaken door overstimulatie van immuunmechanismen, zowel natuurlijk als adaptief [35](#page=35). * Een verbetering van de immuniteit kan paradoxaal genoeg leiden tot symptomen, zoals bij een AIDspatiënt die symptomen van geelzucht ontwikkelt na behandeling met anti-HIV medicatie, door een immuunreconstitutie syndroom [34](#page=34). * Bij een stervende kan een "verbetering" voorafgaand aan de dood duiden op een instortende weerstand, verminderde inflammatie en minder symptomen [34](#page=34). --- # Vatbaarheid van de gastheer Dit onderwerp onderzoekt de factoren die de vatbaarheid van een gastheer voor infectie bepalen. ### 3.1 De relatie tussen gastheer en micro-organisme De relatie tussen een gastheer en een micro-organisme is dynamisch en wordt bepaald door de eigenschappen van beide partijen. De gastheer reageert op de microbe via afweermechanismen, immunologie en individuele variabiliteit, die samen de vatbaarheid voor kolonisatie bepalen. De microbe reageert op de gastheer, wat onderdeel is van de microbiologie. De uitkomst van deze interactie, of deze leidt tot ziekte, hangt af van de eigenschappen van zowel de kiem als de gastheer [4](#page=4). #### 3.1.1 Infectie versus ziekte Een infectie hoeft niet altijd tot ziekte te leiden. De relatie tussen kiem en gastheer is variabel, en we zien vaak slechts de top van de "ijsberg" van infectieziekten: de symptomatische, klinische presentatie. Veel infecties verlopen asymptomatisch, wat echter niet uitsluit dat de gastheer de infectie kan overdragen. De aard van de relatie wordt bepaald door de virulentie van de kiem en de vatbaarheid van de gastheer. Het is cruciaal voor artsen om deze nuances te begrijpen en diagnoses te kunnen stellen, zelfs als niet alle symptomen aanwezig zijn, aangezien dit afhankelijk is van de specifieke stam en de unieke patiënt [5](#page=5). #### 3.1.2 Factoren die de vatbaarheid van de gastheer beïnvloeden De vatbaarheid van de gastheer wordt beïnvloed door diverse factoren: * **Individuele verschillen en genetische aanleg:** Variaties in de gastheer, zoals genetische polymorfismen in receptoren zoals TLR4 en de expressie van IL-8 receptoren (CXCR1), kunnen de vatbaarheid voor infecties vergroten. Dit kan leiden tot een verhoogd incidentie van bijvoorbeeld urineweginfecties binnen families [10](#page=10). * **Omgevingsfactoren en de levensstijl van de gastheer:** * **Neonatale periode:** De immuunrespons is in de neonatale periode getemperd, wat de vatbaarheid voor bacteriële invasie kan vergroten [9](#page=9). * **Schade aan het lichaam:** Trauma, zowel door externe oorzaken als iatrogeen (veroorzaakt door medisch handelen), kan de integriteit van de barrières aantasten en de vatbaarheid verhogen [17](#page=17) [9](#page=9). * **Uitputting:** Voedseltekorten, ziekte, ouderdom of behandelingen die leiden tot uitputting kunnen de weerstand van de gastheer verminderen [9](#page=9). * **Vreemd materiaal of avasculaire zones:** De aanwezigheid van een vreemd voorwerp, penetrerende wonden, of avasculaire gebieden zoals bij trombose, creëren omstandigheden waarin micro-organismen gemakkelijker kunnen koloniseren [9](#page=9). * **Gestoorde flora:** Het gebruik van antibiotica of extreme hygiënepraktijken (zowel te veel als te weinig) kunnen de natuurlijke microflora verstoren, waardoor de gastheer vatbaarder wordt voor infecties [9](#page=9). * **Immuundepressie:** Een verzwakt immuunsysteem, bijvoorbeeld door medicatie of ziekte (zoals HIV), kan leiden tot minder uitgesproken symptomen bij een infectie, maar verhoogt wel het risico op complicaties [34](#page=34). > **Tip:** Het medisch handelen zelf kan soms bijdragen aan het ontstaan van infecties door het doorbreken van natuurlijke barrières of het verstoren van de commensale flora [9](#page=9). #### 3.1.3 De rol van de gastheer in de immuunrespons en inflammatie Naast de eigenschappen van de kiem, speelt de reactie van de gastheer een cruciale rol in het al dan niet optreden van symptomen. Veel symptomen zijn het gevolg van de immuunrespons van de gastheer, zoals inflammatie en koorts. Soms leidt een verbetering van de immuunstatus, zoals bij behandeling van HIV, tot het optreden van symptomen die voorheen onderdrukt waren door de immuundepressie. Dit fenomeen, waarbij de immuunrespons zelf ziekteverschijnselen veroorzaakt, staat bekend als het immuunreconstitutie syndroom. Bij terminale patiënten kan een ogenschijnlijke "verbetering" voor het overlijden juist duiden op een instortende weerstand, met minder inflammatie en symptomen als gevolg [34](#page=34). #### 3.1.4 Virulentie versus Pathogeniciteit * **Pathogeniciteit:** Het algemene vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken [34](#page=34). * **Virulentie:** De mate waarin een micro-organisme ziekte kan veroorzaken, vaak gekwantificeerd door metingen zoals de letale dosis 50 (LD50) [34](#page=34). > **Belangrijk:** De kans op infectie, met name bij exogene infecties, hangt af van de effectiviteit van de gastheerbarrières en de virulentie van de kiem. Bij een beschadigde gastheer is de kans op infectie significant hoger dan bij een intacte gastheer [17](#page=17). ### 3.2 Infectie zonder symptomen Infectie kan optreden zonder dat er symptomen waarneembaar zijn. Dit onderstreept het belang van screening, met name voor tijdelijke en behandelbare infecties zoals HIV, om verspreiding te helpen remmen [34](#page=34). ### 3.3 De arts als "relatietherapeut" De rol van de arts in de context van infectieziekten kan worden beschouwd als die van een "relatietherapeut". De arts richt zich niet primair op de bestrijding van de microbe zelf, maar op de infectieziekte, die voortkomt uit de interactie tussen de kiem en de gastheer. Begrip van de eigenschappen van micro-organismen en de gemiddelde relatie met de gastheer is essentieel voor iedere arts. Wereldwijd is strijden tegen infectieziekten een belangrijk deel van de klinische activiteit, met 1 op de 5 sterfgevallen als direct gevolg van een infectie [4](#page=4). --- # Verloop van een infectie Een infectie doorloopt een reeks opeenvolgende stappen, van het moment dat een kiem het lichaam binnenkomt tot de uiteindelijke schade die het veroorzaakt [15](#page=15). ### 4.1 De verschillende fasen van een infectie Het verloop van een infectie kan worden onderverdeeld in zes hoofdfasen: aanhechting en invasie, vermenigvuldiging, verspreiding, ontwijken van de afweer, vrijkomen uit het lichaam (exit), en schade aan de gastheer met een immuunrespons en inflammatie [15](#page=15). #### 4.1.1 Aanhechting en invasie (entry) Dit is de eerste stap waarbij de kiem de natuurlijke weerstand van de gastheer moet overwinnen om zich te kunnen vestigen. Natuurlijke barrières zoals de huid en slijmvliezen moeten doorbroken worden, hetzij door actieve penetratie (bv. sommige wormen), hetzij door een sterkere aanhechting aan gastheercellen (bv. $N$. gonorrhoeae). Factoren zoals toxines (bv. B. pertussis toxine dat trilharen stilleggen) of zuurresistente structuren (bv. cysten en bacteriën) kunnen hierbij een rol spelen. Een beschadigde host is vatbaarder voor infecties dan een intacte host. Bij $S$. aureus zijn tientallen factoren gekend die betrokken zijn bij adhesie aan gastheercellen, waaronder het binden aan fibrinogeen. Het overleven van de infectie hangt vaak af van de virulentie van de kiem, met name bij het overwinnen van de barrières. Sommige bacteriën kunnen ook passief opgenomen worden in gastheercellen, zoals UPEC, waarna ze ontsnappen aan fagocytose [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17) [18](#page=18) [8](#page=8). #### 4.1.2 Vermenigvuldiging Om succesvol te kunnen verspreiden, moet de kiem in aantal toenemen door vermenigvuldiging. Dit kan lokaal gebeuren ter plaatse van de initiële infectie. Bij $S$. aureus kan replicatie lokaal bevorderd worden door interactie met prothrombine, wat leidt tot de omzetting van fibrinogeen in fibrine. Dit biedt bescherming tegen fagocyten en vermindert de microcirculatie. Vermenigvuldiging is essentieel om de infectie uit te breiden en een groter aantal kiemen te produceren [15](#page=15) [20](#page=20) [21](#page=21). #### 4.1.3 Lokale of gegeneraliseerde verspreiding Na vermenigvuldiging kan de kiem zich verspreiden, zowel lokaal als gegeneraliseerd door het lichaam. Verspreiding kan plaatsvinden via het lymfestelsel (bv. lymfangitis bij streptokokkeninfecties) systemisch via het bloed of bloedcellen (viremie of bacteriëmie) of via zenuwbanen (neurogeen, bv. Herpes simplex). Soms is de reden voor diepere verspreiding, zoals invasie van het centrale zenuwstelsel (CNS) door meningokokken of poliovirus, onduidelijk omdat dit niet noodzakelijk is voor transmissie. Het rabiësvirus daarentegen infecteert neuronen als doelwitcellen en verspreidt zich via axonaal transport, wat tijd kan geven voor vaccinatie-geïnduceerde immuniteit [15](#page=15) [22](#page=22). Tijdens de verspreiding komt de kiem bloot te staan aan het immuunsysteem, waarbij virulentiefactoren en immuundeviatie mechanismes de slaagkans van de verspreiding bepalen. Cytotoxines zoals α-toxine en diverse enzymen (proteases, lipases, nucleases) van $S$. aureus helpen bij weefselafbraak en dienen als bron van voedingsstoffen, waaronder ijzer. Sommige infecties blijven oppervlakkig en zijn vaak "hit-and-run" infecties, zelden chronisch (bv. rhinovirus verkoudheid). Systemische verspreiding kan leiden tot trage replicatie en chronische infecties, die meestal verworven immuniteit vereisen voor eliminatie [22](#page=22) [23](#page=23) [27](#page=27). #### 4.1.4 Ontwijken van afweer Om te overleven en succesvol te zijn, moet de kiem de afweermechanismen van de gastheer ontwijken. $S$. aureus heeft hiervoor diverse strategieën, zoals Proteïne A (SpA) dat bindt aan het Fc-deel van IgG, vWF en C3, waardoor hun antibacteriële werking geïnhibeerd wordt. SpA kan ook polyklonale B-cel activatie veroorzaken, wat de vorming van specifieke antistoffen tegen $S$. aureus belemmert. Sommige cytotoxines, zoals Panton–Valentine leukocidine, zijn specifiek gericht tegen granulocyten, wat leidt tot etter (dode granulocyten) en purulente infecties. Het ontwijken van de afweer is essentieel voor de succesvolle transmissie van de infectie [15](#page=15) [29](#page=29) [30](#page=30). #### 4.1.5 Vrijkomen uit lichaam (exit) Dit stadium betreft de uitscheiding van de kiem uit het lichaam van de gastheer, zodat deze nieuwe gastheren kan vinden. De transmissie wordt beïnvloed door het aantal vrijgestelde kiemen, hun stabiliteit buiten het lichaam, het aantal kiemen dat nodig is voor een nieuwe infectie, en de stam van de kiem. Niezen leidt tot meer uitscheiding van kiemen dan hoesten, en ook spreken kan bij bepaalde medeklinkers veel kiemen verspreiden. Kleinste druppeltjes kunnen direct in de longen van naburige gastheren terechtkomen [15](#page=15) [31](#page=31). De stabiliteit van kiemen in de omgeving kan variëren, met gespecialiseerde structuren zoals sporen (bv. tetanus), cysten (amoeben) en eieren die stabiliteit ontlenen aan uitdroging. Indien kiemen gevoelig zijn voor uitdroging, vindt transmissie enkel plaats in vochtige omstandigheden. Expulsie wordt bevorderd door hoesten en niezen, die meer secretie opwekken, en door diarree, wat leidt tot massale verstrooiing van pathogenen. Enterotoxines van $S$. aureus kunnen braken en diarree uitlokken, wat de darm helpt verlaten en leidt tot voedselvergiftiging bij consumptie van besmette voeding [32](#page=32) [33](#page=33). #### 4.1.6 Schade aan gastheer, immuunrespons en inflammatie Dit is de fase waarin de infectie leidt tot schade aan de gastheer, vaak gepaard gaande met een immuunrespons en inflammatie. Schade kan direct veroorzaakt worden door de kiem of indirect door de immuunrespons van de gastheer. Het ziekmakend vermogen van een kiem wordt aangeduid met pathogeniciteit, en de kwantificatie daarvan met virulentie (bv. LD50). De incubatietijd is de periode tussen infectie en symptomen, maar verspreiding (shedding) kan reeds vóór de symptomen optreden. De symptomen zijn vaak het gevolg van de reactie van de gastheer, zoals inflammatie en koorts [15](#page=15) [34](#page=34) [35](#page=35). Exotoxines kunnen directe schade veroorzaken. Tetanus- en difterie-vaccins, gebaseerd op toxoid, illustreren dat toxines niet antigenisch variabel zijn en goede immuniteit opwekken. Sommige toxines veroorzaken diarree, wat de uitscheiding en verspreiding bevordert. Endotoxines, zoals lipopolysaccharide (LPS), zijn krachtige immuunstimuli die diverse immuunmechanismen activeren, evenals het stollingssysteem [25](#page=25) [26](#page=26). > **Tip:** Het is belangrijk te onthouden dat niet elke infectie leidt tot merkbare ziekteverschijnselen. Infectie is niet per definitie gelijk aan ziekte [15](#page=15). > **Tip:** Latentie, zoals waargenomen bij UPEC, is een belangrijke fase waarin bacteriën zich intracellulair kunnen handhaven en later opnieuw kunnen opflakkeren [8](#page=8). > **Tip:** Bij de analyse van infectieverlopen is het cruciaal om onderscheid te maken tussen de eigenschappen van de kiem en de reactie van de gastheer, aangezien beide bepalend zijn voor het klinische beeld [34](#page=34). --- # Co-evolutie van kiem en gastheer Co-evolutie tussen kiemen en gastheren beschrijft het dynamische proces waarbij populaties van ziekteverwekkers en hun gastheren zich over lange periodes aan elkaar aanpassen, wat leidt tot veranderingen in zowel virulentie als resistentie [12](#page=12). ### 5.1 Het dynamische evenwicht tussen kiem en gastheer #### 5.1.1 De myxomatose als klassiek voorbeeld Myxomatose is een van de best bestudeerde voorbeelden van hoe een zeer dodelijke kiem zich gedraagt in een gastheerpopulatie. Oorspronkelijk was de kiem extreem virulent, wat resulteerde in een snelle dood van de gastheer en beperkte verspreiding van de kiem. Na verloop van tijd evolueerde de relatie naar een meer gebalanceerde pathologie, waarbij de kiem minder virulent werd en de gastheerpopulatie meer resistent raakte. Andere voorbeelden die een dergelijk pad kunnen volgen zijn *Vibrio cholerae* en mogelijk HIV [12](#page=12). #### 5.1.2 Evolutie van virulentie bij kiemen Kiemen met lagere virulentie hebben vaak een selectief voordeel, omdat ze hun gastheren langer in leven houden, wat de verspreiding van de kiem bevordert. Dit kan leiden tot een afname van het replicatieve vermogen van de kiem. Een vergelijking tussen HIV-virussen die nu circuleren en die van de jaren tachtig illustreert dit fenomeen. De kiem verandert dus, mogelijk door verlies van fitness [13](#page=13). > **Tip:** Het idee dat dodelijkere pathogenen altijd evolutionair succesvoller zijn, is een misvatting. Gematigde virulentie kan adaptief zijn voor de kiem, omdat het de overlevingskans en daarmee de verspreidingsmogelijkheden vergroot. #### 5.1.3 Genetische aanpassing van gastheerpopulaties Gastheerpopulaties passen zich eveneens aan de aanwezigheid van kiemen aan. Dit kan leiden tot de selectie van genetische kenmerken die resistentie verlenen [13](#page=13). * **HIV-infectie:** Een kleine fractie van de bevolking is resistent tegen HIV, bijvoorbeeld individuen met de CCR5-mutant, die actief worden uitgeselecteerd [13](#page=13). * **Genetische bottlenecks:** Historische gebeurtenissen zoals de pestepidemieën in Scandinavië leidden tot genetische bottlenecks. De genetische variabiliteit op middeleeuwse kerkhoven was groter dan die van de hedendaagse Deense bevolking in dezelfde regio [13](#page=13). * **Introductie van nieuwe ziekten:** De introductie van mazelen en tuberculose bij inheemse Amerikaanse bevolkingsgroepen door Europese kolonisten resulteerde in een hoge mortaliteit en sterke selectiedruk [13](#page=13). ### 5.2 Sikkelcelanemie: een geval van co-evolutie Sikkelcelanemie, veroorzaakt door de aanwezigheid van hemoglobine S, is een prominent voorbeeld van co-evolutie tussen een gastheer en een ziekteverwekker (malaria) [14](#page=14). #### 5.2.1 Moleculaire basis van hemoglobine S Hemoglobine S (Hgb S) is het gevolg van een puntmutatie. Dit hemoglobine is onoplosbaar in gereduceerde toestand, wat optreedt bij lage zuurstofspanning. Dit is met name relevant wanneer malaria *merozoieten* hemoglobine metaboliseren [14](#page=14). #### 5.2.2 Bescherming tegen malaria De onoplosbaarheid van gereduceerd Hgb S leidt tot een verandering van de celvorm (sikkeling) van rode bloedcellen. Deze gesikkelde cellen worden sneller door de milt verwijderd. Heterozygoten voor Hgb S (dragers van één Hgb S-allel en één normaal Hgb-allel) zijn relatief beschermd tegen ernstige malaria-parasitemie. Dit komt doordat de besmette cellen, die sneller sikkelen, vaker worden geëlimineerd voordat de parasiet zich volledig kan vermenigvuldigen. Dit verklaart het hogere percentage heterozygoten in gebieden waar malaria endemisch is, zoals in Afrika [14](#page=14). > **Example:** De hogere prevalentie van het sikkelcel-allel in malariagebieden is een klassiek voorbeeld van selectie. Dragers van de heterozygoote vorm hebben een overlevingsvoordeel in deze omgevingen, ondanks de nadelen van het sikkelcelkenmerk in afwezigheid van malaria. #### 5.2.3 Nadelen van homozygotie Homozygoten voor sikkelcelanemie (dragers van twee Hgb S-allelen) ervaren ook sikkeling zonder de aanwezigheid van malaria. Dit leidt tot ernstige anemie, infarcten (vooral in de milt) en een verhoogde vatbaarheid voor bacteriële infecties, zoals *Streptococcus pneumoniae*. Zwarte straaljagerpiloten die in gebieden zonder malaria leven, hebben echter een verhoogd risico op dodelijke ongelukken door de nadelige effecten van sikkelcelanemie op de fysieke gesteldheid [14](#page=14). #### 5.2.4 Co-evolutie in actie De sikkelcelanemie demonstreert hoe een genetische variant die oorspronkelijk nadelig is in de meeste omstandigheden, selectief voordelig kan worden in de aanwezigheid van een specifieke ecologische druk (malaria). Dit is een krachtig voorbeeld van de wederzijdse aanpassing tussen kiem en gastheer die co-evolutie kenmerkt [14](#page=14). --- ## 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 | |------|------------| | Virulentie | Het ziekmakend vermogen van een specifiek micro-organisme of stam daarvan, gemeten aan de hand van de schade die het aan een ‘standaard’ gastheer kan toebrengen. | | Vatbaarheid | De mate waarin een gastheer vatbaar is voor kolonisatie door een micro-organisme, bepaald door een combinatie van de eigenschappen van de gastheer, zoals genetische variabiliteit en immuunrespons. | | Kiem-gastheer relatie | De interactie tussen een micro-organisme (kiem) en de levende organisme (gastheer) waarin het zich bevindt, die kan variëren van harmonisch tot ziekteverwekkend. | | Infectie | Het proces waarbij een micro-organisme een gastheer binnendringt en zich daarin vermenigvuldigt, wat niet noodzakelijk leidt tot ziekte. | | Ziekte | Een nadelige beïnvloeding van het functioneren van de gastheer, vaak als gevolg van de reactie van de gastheer op een infectie of de directe schade veroorzaakt door de kiem. | | Virulentiefactoren | Specifieke genen of moleculaire structuren van een micro-organisme die het in staat stellen om te pathogeniseren, zoals middelen voor hechting, invasie of het ontwijken van de afweer. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken bij een gastheer. | | Asymptomatische infectie | Een infectie die geen waarneembare ziekteverschijnselen veroorzaakt bij de gastheer, hoewel de gastheer nog steeds infectieus kan zijn. | | Attenuatie | Het proces waarbij de virulentie van een micro-organisme wordt verminderd, bijvoorbeeld door langdurige kweek op specifieke media, waardoor het minder ziekteverwekkend wordt. | | Co-evolutie | Het proces waarbij twee of meer soorten elkaar wederzijds beïnvloeden en zich evolutionair aanpassen aan elkaar, zoals de ontwikkeling van ziekteverwekkers en de weerstand van gastheren. | | Endogene retrovirussen (HERV) | Virale sequenties die in het genoom van de gastheer zijn geïntegreerd en afkomstig zijn van retrovirussen; ze vormen een aanzienlijk deel van het menselijk genoom. | | Fagocytose | Een proces waarbij bepaalde cellen van het immuunsysteem (fagocyten) ziekteverwekkers of celresten opnemen en vernietigen. | | Exotoxines | Toxines die door bacteriën worden uitgescheiden en een breed scala aan schadelijke effecten kunnen hebben op de gastheer, zoals diarree of weefselschade. | | Endotoxines | Een bestanddeel van de celwand van Gram-negatieve bacteriën dat bij vrijkomen sterke immuunreacties kan opwekken en ernstige pathologische effecten kan veroorzaken. | | Incubatieperiode | De tijd die verstrijkt tussen de blootstelling aan een ziekteverwekker en het optreden van de eerste symptomen van de ziekte. | | Shedding | Het proces waarbij een geïnfecteerde gastheer ziekteverwekkers uitscheidt, wat cruciaal is voor de verdere verspreiding van de infectie naar nieuwe gastheren. |

# Het influenzavirus en de acute virale infectie Dit onderwerp introduceert het verloop van acute virale infecties, met de nadruk op het influenzavirus, inclusief overdracht, immuniteit en pathologie [1](#page=1). ### 1.1 Verloop van een infectie in het algemeen Een infectie verloopt in verschillende fasen, waarbij de interactie tussen kiem en gastheer cruciaal is. Wanneer de grens tussen het interne en externe milieu wordt overschreden, treedt een aangeboren respons op, gestimuleerd door pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) gedetecteerd door receptoren zoals Toll-like receptoren, en door damage-associated molecular patterns (DAMPs) die vrijkomen bij celbeschadiging. Deze responsen zijn doorgaans effectief tegen externe indringers. Virale infecties kunnen legio zijn en vaak asymptomatisch verlopen, wat kan wijzen op een zwakke gastheerrespons of een gebrek aan schade. Wanneer er echter wel schade optreedt of een afweerrespons wordt geïnitieerd, manifesteren zich symptomen en een acuut ziektebeeld [4](#page=4). ### 1.2 Eigenschappen van een acute virale infectie Acute virale infecties worden gekenmerkt door een "hit and run" mechanisme, waarbij het virus slechts tijdelijk in het lichaam aantoonbaar is. Dit komt doordat geïnfecteerde cellen meestal afsterven en het virus zich slechts beperkt kan verspreiden dankzij de verworven afweer. Als gevolg hiervan herstelt de gastheer, mogelijk met langdurige immuniteit, of overlijdt de patiënt. Deze infecties worden typisch veroorzaakt door 'naakte' virussen die de gastheercel noodzakelijkerwijs doden, maar ook door virussen met een membraan zoals het influenzavirus en coronavirus [5](#page=5). #### 1.2.1 Influenza A virus Het influenzavirus is een typisch voorbeeld van een acute virale infectie die een brede waaier aan gastheren kan infecteren, waaronder vogels, mensen, varkens en paarden. Influenza B virus infecteert voornamelijk mensen, terwijl influenza C virus vooral bij de mens wordt aangetroffen, maar soms ook bij varkens. Influenza A en B virussen bevatten elk acht verschillende RNA-segmenten, in tegenstelling tot influenza C virussen die zeven RNA-segmenten hebben. De transcriptie en replicatie van het influenzavirus vinden plaats in de celkern, waarna het virus "budding" ondergaat aan het celmembraan, wat resulteert in polymorfe virionen. De diameter van het influenza A virus varieert tussen 80 en 120 nm [5](#page=5) [6](#page=6). **Influenza A virus componenten en hun functie:** * **Hemagglutinine (HA):** Dit eiwit bindt aan sialzuur-bevattende receptoren op het celoppervlak, wat essentieel is voor de binding van het virus aan de cel. HA kan ook rode bloedcellen doen agglutineren. Het is verantwoordelijk voor de penetratie van het virus in het cytoplasma door fusie mogelijk te maken tussen het geëndocyteerde viruspartikel en het endosomale membraan, waardoor het virale nucleocapside wordt vrijgemaakt. HA is het voornaamste antigeen waartegen neutraliserende antilichamen worden gevormd, en veranderingen in de antigeenstructuur van HA zijn gerelateerd aan influenzavirus-epidemieën. Bij endocytose ontsnapt het virus uit het lysosoom dankzij de fusie van membranen, getriggerd door een lage pH die een conformationele wijziging van HA veroorzaakt [7](#page=7). * **Neuraminidase (NA):** Dit integraal membraaneiwit is het tweede subtype-specifieke glycoproteïne van influenza A en B virussen. NA katalyseert de klieving van de $\alpha$-ketoside binding tussen het terminale sialzuur en het nabijgelegen D-galactose. Een belangrijke functie van NA is het verwijderen van sialzuur van HA, NA, en het oppervlak van de gastheercel tijdens budding. NA kan ook het transport van het virus door de mucine-laag van de luchtwegen faciliteren, zodat het virus zijn weg kan vinden naar de doelwit epitheelcellen. Bovendien verhindert de enzymatische activiteit van NA de zelfaggregatie van dochtervirussen door het verwijderen van neuraminezuur (siaalzuur) van de oligosaccharide ketens op de receptoren. Wanneer virussen worden gekweekt in aanwezigheid van een NA-inhibitor, worden grote aggregaten van dochtervirussen waargenomen aan het oppervlak van de besmette cellen [16](#page=16) [17](#page=17). #### 1.2.2 Overdracht en infectiepoort Influenza wordt overgedragen via druppelinfectie, niet via aerosolen. Dit vereist dicht contact (minder dan 1,5 meter) en gebeurt via besmette, recent gevormde druppeltjes. Overdracht kan plaatsvinden door het aanraken van deurklinken, openbaar vervoer, of door handengeven gevolgd door het aanraken van slijmvliezen (bijvoorbeeld door neuspeuteren of ogen wrijven). Handhygiëne is daarom cruciaal tijdens influenza-epidemieën. Op de slijmvliezen stuit het virus op barrières zoals de slijmlaag en IgA. Om te infecteren moet het virus binden aan een levende cel, wat gebeurt via hemagglutinine (HA) dat sialzuurresiduen herkent [7](#page=7). ### 1.3 Influenza A virus: aangeboren immuniteit Na besmetting met het influenzavirus ontmoet het virus de slijmvliezen als eerste barrière, met onder andere de slijmlaag en IgA. Het virus moet zich vervolgens binden aan een levende cel via hemagglutinine (HA), dat sialzuur-bevattende receptoren herkent. De interactie van het virus met de cel leidt tot een reactie van de gastheer [7](#page=7): * **Aangeboren immuniteit:** PAMP-receptoren worden geactiveerd, wat leidt tot de afgifte van interferon. Dit beschermt naburige cellen en activeert NK-cellen [7](#page=7). * **Verworven immuniteit:** Mucosale dendritische cellen (DCs) nemen antigenen/virussen op en migreren naar lymfoïde weefsel voor T-cel priming in de drainerende lymfeklieren [7](#page=7). ### 1.4 Solubele antivirale factor: interferon Infectie van de cel door influenza induceert een antivirale respons, met name de afgifte van interferon. Interferon biedt bescherming aan naburige cellen en activeert Natural Killer (NK) cellen [13](#page=13) [7](#page=7). ### 1.5 Innate immune effector mechanism: Interferon stimulated genes (ISG) Naast interferon spelen Interferon Stimulated Genes (ISGs) een belangrijke rol in de aangeboren immuunrespons tegen virale infecties [13](#page=13) [7](#page=7). ### 1.6 De balans tussen de respons van de gastheer en de interferentie door het virus De infectie door het influenzavirus brengt de gastheer aan het werk met een antivirale en pro-inflammatoire respons (via NF-$\kappa$B). De pro-inflammatoire respons ondersteunt de replicatie van het virus, maar induceert ook cytokines en chemokines die leiden tot inflammatie en de rekrutering van de verworven immuniteit. Een excessieve respons kan resulteren in een 'cytokine storm', met potentieel capillaire lekkage en multi-orgaanfalen (MOF) tot de dood, zoals gezien bij aviaire influenza-infecties bij de mens [13](#page=13). De virale polymerasen 'gijzelen' de cellulaire machinerie en degraderen gastheer mRNA. Het virale eiwit NS1 van influenza inhibeert splicing en de nucleaire export van gastheer RNA. In het cytoplasma vindt preferentiële translatie plaats van viraal RNA, omdat virale mRNAs minder gevoelig zijn voor inhibitie door PKR-activatie. Dit resulteert in een 'shut-off' van de eigen eiwitsynthese van de gastheercel, wat leidt tot een verminderde antivirale respons en apoptose binnen 40 uur na infectie. Hoewel influenza een 'budding' virus is, is de infectie dus lytisch voor de cel [13](#page=13). Naast de aangeboren afweer (interferon, NK-cellen) treedt ook verworven immuniteit op, waarbij virusneutraliserende antilichamen en cytotoxische T-cellen een belangrijke rol spelen. Gespecialiseerde virale eiwitten kunnen de gastheerrespons moduleren op celniveau (bv. interferonrespons) en op het niveau van het immuunsysteem (bv. invloed op de aard van de immuunrespons) [13](#page=13). ### 1.7 Respons op infectie: opstarten verworven immuunrespons De verworven immuunrespons wordt opgestart wanneer mucosale dendritische cellen antigenen of virussen opnemen en migreren naar lymfoïde weefsels voor T-cel priming. Virusneutraliserende antilichamen en cytotoxische T-cellen zijn belangrijk in deze respons [13](#page=13) [7](#page=7). ### 1.8 Levenscyclus influenza virus De levenscyclus van het influenzavirus omvat verschillende stappen, waaronder binding aan de cel via HA, endocytose, vrijgave van het nucleocapside in het cytoplasma, replicatie in de kern, en 'budding' aan het celmembraan. Neuraminidase (NA) speelt een rol bij het verwijderen van sialzuur, wat de verspreiding van het virus vergemakkelijkt en zelfaggregatie van virusdeeltjes voorkomt [13](#page=13) [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17) [5](#page=5) [7](#page=7). ### 1.9 Pathogenese Influenza resulteert in een acute infectie met celdood en lokale inflammatoire reacties, zoals oedeem en pijn in de larynx, trachea en bronchi. Een bacteriële superinfectie is een mogelijke complicatie. Cytokinevrijlating veroorzaakt systemische effecten zoals koorts, vermoeidheid en spierpijn. Virusuitscheiding ('shedding') vindt plaats, meestal voor aanvang van de symptomen (ongeveer 24 uur ervoor) tot enkele dagen erna, met een maximum van een week. Dit kan langer duren bij verminderde immuniteit of bij eerste infecties, zoals bij kinderen. De uitgesproken klachten, zoals koorts, duren doorgaans 3 tot 5 dagen. De intrede van effectieve verworven immuniteit is cruciaal voor het voorkomen van toekomstige infecties, hoewel het virus antigeen drift en shift vertoont om dit te omzeilen [18](#page=18). **Illustratieve voorbeelden:** * Patiënten met verminderde cellulaire immuniteit (bv. na chemotherapie of bij AIDS) lopen een verhoogd risico op gecompliceerde, diepe infecties van hart en longen. Vaccinatie wordt in deze gevallen aanbevolen [18](#page=18). * Tijdens de Spaanse griep stierven voornamelijk jongeren, terwijl ouderen relatief beschermd waren door eerdere infecties met analoge virussen [18](#page=18). ### 1.10 Bloedbeeld bij een virale infectie (Geen specifieke informatie over bloedbeeld gevonden op de opgegeven pagina's.) ### 1.11 Kliniek en diagnostiek Influenza-infectie beïnvloedt het normale functioneren en werken, in tegenstelling tot een banale verkoudheid. Herstel 'ad integrum' (volledig herstel) is de regel [21](#page=21). **Complicaties van influenza kunnen zijn:** * Virale pneumonie [21](#page=21). * Bacteriële superinfectie, zowel in de bovenste als soms ook in de onderste luchtwegen [21](#page=21). * Systemische complicaties, met name bij personen met reeds bestaande aandoeningen zoals cardiovasculaire belasting (door koorts en cytokines), diabetici, ouderen (60+), zeer jonge kinderen (jonger dan 2 jaar), en (hoog)zwangeren [21](#page=21). Om deze redenen wordt vaccinatie sterk aanbevolen voor risicogroepen, gezondheidswerkers, dierenartsen, kippenkwekers en ook voor de werkende bevolking om economische redenen [21](#page=21). **Snelle diagnostiek:** * Antigeendetectie op nasofarynxmonsters is nuttig, met name wanneer er nog hoge virusuitscheiding is (kort na aanvang van symptomen) [21](#page=21). * RT-PCR op dezelfde monsters is gevoeliger [21](#page=21). In de praktijk is de klinische diagnose, ondersteund door epidemiologische gegevens (bv. van peilpraktijken en referentielaboratoria), vaak doorslaggevend [21](#page=21). **Tip:** Bij een vermoeden van influenza is het belangrijk om de diagnostische methoden te kennen, met name de vroege detectie via antigeentesten en de hogere sensitiviteit van RT-PCR, om tijdig de juiste beslissingen te kunnen nemen, zeker voor risicogroepen [21](#page=21). **Voorbeeld:** Een arts die in de wintermaanden veel patiënten met griepachtige symptomen ziet, zal de epidemiologische situatie meewegen om de diagnose influenza te stellen, zonder direct een laboratoriumtest aan te vragen tenzij de patiënt tot een risicogroep behoort of er aanwijzingen zijn voor complicaties [21](#page=21). --- # Immunologische respons op virale infecties Dit deel behandelt de immuunreacties van de gastheer tegen virale infecties, waarbij zowel de aangeboren als de verworven immuniteit aan bod komen, met specifieke aandacht voor pathogen recognition receptors, interferonen, interferon-gestimuleerde genen (ISGs) en de balans tussen gastheerverdediging en virale interferentie. ### 2.1 Algemene principes van de gastheerrespons op infecties De gastheer beschikt over mechanismen om het interne milieu te beschermen tegen indringers uit het externe milieu. Wanneer de barrières tussen deze milieus worden overschreden, treedt een onmiddellijke, aangeboren respons op. Deze respons wordt geactiveerd door pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) die herkend worden door receptoren zoals Toll-like receptoren (TLRs), en door damage-associated molecular patterns (DAMPs) die vrijkomen bij celschade, bijvoorbeeld door virale cellyse. Deze mechanismen, waaronder complement en immuuncellen zoals granulocyten en NK-cellen, zijn effectief tegen veel pathogenen. Virale infecties zijn echter talrijk en vaak asymptomatisch, wat kan duiden op een zwakke gastheerrespons of het uitblijven van schade. Schade of een optredende afweer leidt eerder tot symptomen en een acuut ziektebeeld, beide gesignaleerd door PAMPs en DAMPs. Een PAMP-signaal zonder DAMP kan daarentegen leiden tot een chronisch verloop [4](#page=4). ### 2.2 Virusdetectie: pathogen recognition receptors (PRRs) Virussen worden herkend door specifieke receptoren die geassocieerd zijn met pathogenen. Bij influenza virusinfecties, bijvoorbeeld, vindt herkenning plaats via RNA- en DNA-sensoren [10](#page=10) [8](#page=8). #### 2.2.1 RNA-sensoren Viraal RNA, met name double-stranded RNA (dsRNA) of non-capped RNA, wordt gedetecteerd door verschillende receptoren. Membraneuze RNA-receptoren, zoals TLR3, bevinden zich endosomaal en herkennen dsRNA. Cytoplasmatische receptoren, zoals RIG-I en inflammasomen, detecteren eveneens viraal RNA. Deze herkenning leidt tot de activatie van signaalroutes, waaronder NF-κB, wat de productie van pro-inflammatoire cytokines (IL-1, IL-6, TNF) induceert, en IRF3, wat de productie van type-I interferonen (IFN-α en IFN-β) stimuleert [10](#page=10) [8](#page=8). #### 2.2.2 DNA-sensoren Naast RNA-sensoren zijn er ook DNA-sensoren, zowel membraneus (zoals TLR9) als cytoplasmatisch, die viraal DNA kunnen detecteren. Deze sensoren spelen een rol bij infecties met DNA-virussen, maar ook bij bacteriële infecties en parasitaire infecties die DNA vrijgeven in het cytoplasma. De onderscheiding tussen endogeen en vreemd DNA door deze receptoren is nog niet volledig opgehelderd. Bij auto-immuunziekten, zoals lupus, kunnen anti-DNA responsen en antistoffen voorkomen [10](#page=10). ### 2.3 Solubele antivirale factoren: interferon Interferonen (IFNs) zijn cruciale oplosbare factoren die een antiviraal effect uitoefenen [11](#page=11). #### 2.3.1 Type I interferon respons Type I interferonen, met name IFN-α en IFN-β, worden typisch geïnduceerd door dsRNA, zoals dat ontstaat tijdens virale replicatie. Na secretie in de omgeving binden IFN-α/β aan specifieke receptoren op celoppervlakken, wat leidt tot JAK-STAT signalisatie. Dit triggert de inductie van interferon-gestimuleerde genen (ISGs) [11](#page=11). #### 2.3.2 Interferon-gestimuleerde genen (ISGs) ISGs zijn een groep van ongeveer 300 genen die de replicatie van virussen blokkeren en actief zijn tegen zowel RNA- als DNA-virussen. Voorbeelden van ISGs met antivirale functies zijn [12](#page=12): * **Interferon inducible transmembrane proteins (IFITMs):** Deze blokkeren virusbinding en de loslating van virussen uit endosomen [12](#page=12). * **ISG15:** Een ubiquitin-achtig eiwit dat zich kan hechten aan andere eiwitten (ISG-ylation), waardoor hun afbraaktijd verkort wordt [12](#page=12). * **Tetherin:** Voorkomt de loslating van virussen van het celmembraan [12](#page=12). * **cGAS (cyclic GMP-AMP synthase):** Een DNA-sensor die zowel RNA- als DNA-virusreplicatie blokkeert [12](#page=12). * **RNAseL:** Knipt zowel viraal als cellulair RNA [12](#page=12). * **PKR:** Fosforyleert de eukaryote translatie-initiatiefactor EIF2A, wat leidt tot stilstand van eiwitsynthese [12](#page=12). #### 2.3.3 Virale interferentie met het interferon-systeem Virussen hebben mechanismen ontwikkeld om de interferonrespons te omzeilen. Dit kan gebeuren door [11](#page=11): a. Het blokkeren van de inductie van interferonen [11](#page=11). b. Het produceren van virale decoy IFN-receptoren [11](#page=11). c. Het verstoren van intracellulaire signaalroutes [11](#page=11). d. Het blokkeren van de werking van ISGs [11](#page=11). ### 2.4 De balans tussen gastheerverdediging en virale interferentie De interactie tussen de gastheer en het virus is een dynamisch evenwicht. Infectie met een virus, zoals influenza, induceert een antivirale respons (interferon) en een pro-inflammatoire respons (NF-κB). De pro-inflammatoire respons ondersteunt virusreplicatie, maar induceert ook cytokines en chemokines die ontsteking bevorderen en de verworven immuniteit rekruteren. Excessieve ontsteking kan leiden tot een "cytokine storm", met mogelijke gevolgen als capillaire lekkage en multiorgaanfalen, wat tot de dood kan leiden, zoals gezien bij aviaire influenza-infecties [13](#page=13). Virale polymerases kunnen de gastheer machinerie 'gijzelen' en gastheer mRNA degraderen. Het influenza-eiwit NS1 remt splicing en nucleaire export van gastheer RNA, terwijl in het cytoplasma de translatie van viraal RNA geprefereerd wordt omdat virale mRNA's minder gevoelig zijn voor PKR-activatie. Dit resulteert in een stop van de eigen eiwitsynthese van de gastheercel, wat leidt tot een verminderde antivirale respons en apoptose. Ondanks dat influenza een 'budding' virus is, is de infectie dus lytisch voor de cel [13](#page=13). Naast de aangeboren afweer (interferon, NK-cellen), treedt ook verworven immuniteit op, waarbij virusneutraliserende antilichamen en cytotoxische T-cellen een belangrijke rol spelen. Gespecialiseerde virale eiwitten kunnen de gastheerrespons moduleren, zowel op cellulair niveau (bv. interferonrespons) als op het niveau van het immuunsysteem [13](#page=13). ### 2.5 Opstarten van de verworven immuunrespons De verworven immuunrespons wordt opgestart na de initiële aangeboren reactie. Dendritische cellen (DCs) spelen hierin een cruciale rol door antigenen op te nemen op de plaats van infectie of inflammatie [14](#page=14). #### 2.5.1 Rol van dendritische cellen en macrofagen Dendritische cellen en macrofagen zijn verspreid door het lichaam en fungeren als 'bewakers'. Na stimulatie door infectie migreren en matureren DCs naar perifere lymfoïde organen, waar ze antigenen presenteren aan naïeve T-cellen, wat leidt tot T-cel activatie. Lokale macrofagen daarentegen blijven ter plaatse en dragen bij aan effectorfuncties en wondherstel [14](#page=14). ### 2.6 Bloedbeeld bij virale infecties Bij virale infecties is er doorgaans geen duidelijke acute fase respons, zoals bij bacteriële infecties (geen neutrofilie, linksverschuiving, of significante stijging van acute fase eiwitten zoals CRP) [20](#page=20). #### 2.6.1 Lymfocytose en neutropenie Vaak wordt een lymfocytose waargenomen, mede door de optredende verworven immuunreactie. Soms kan er ook neutropenie optreden, mogelijk gerelateerd aan systemische effecten van interferon. Lymfocytose kan niet alleen door specifieke immuunreacties worden uitgelokt, maar ook direct door virale eiwitten, zoals bij EBV en CMV [20](#page=20). #### 2.6.2 Diagnostische overwegingen De genoemde veranderingen in het bloedbeeld zijn vaak weinig specifiek en dragen beperkt bij aan de diagnostiek, behalve dat ze een bacteriële infectie minder waarschijnlijk maken. Het onderscheid tussen virale en bacteriële infecties is niet altijd eenduidig; lymfocytose kan bijvoorbeeld ook voorkomen bij bacteriële infecties zoals kinkhoest. Diagnostische waarde wordt vooral gehecht aan de detectie van een specifieke serologische respons (specifieke IgM, toename in specifieke IgG, of complementfixatie) en, indien nodig, het aantonen van het virus zelf. De diagnostiek bij acute virale infecties is vaak meer gebaseerd op klinische bevindingen (anamnese, lichamelijk onderzoek) dan op laboratoriumonderzoeken [20](#page=20). > **Tip:** Interferonbehandelingen vertonen bijwerkingen die lijken op de symptomen van virale infecties, zoals griepale klachten. Dit onderstreept de rol van interferonen als deel van de natuurlijke afweer tegen virussen [19](#page=19). --- # Antigene veranderingen en epidemiologie van influenza Dit onderwerp behandelt de mechanismen waarmee influenza virussen veranderen (antigene shift en drift), wat leidt tot de evolutie van nieuwe stammen, en de epidemiologische implicaties hiervan, inclusief vogelgriep en historische pandemieën. ### 3.1 Antigene drift en shift Influenza virussen kunnen op twee hoofdwijzen veranderen, wat cruciaal is voor hun epidemiologie en het ontstaan van nieuwe infecties en pandemieën [24](#page=24). #### 3.1.1 Antigene drift Antigene drift omvat kleine, voortdurende veranderingen in het virus, voornamelijk door puntmutaties. Deze veranderingen beïnvloeden de eiwitten op het viruskapsel, zoals hemagglutinine (H) en neuraminidase (N). Wanneer een geïnfecteerd individu antilichamen produceert tegen een bepaalde griepstam, zullen deze antilichamen een nieuwe stam, die door drift is veranderd, mogelijk niet optimaal herkennen. Dit verklaart waarom mensen meerdere keren door griep geïnfecteerd kunnen worden en waarom de samenstelling van het griepvaccin jaarlijks aangepast moet worden, vaak gebaseerd op informatie uit het ene halfrond voor het seizoen in het andere halfrond, aangevuld met gegevens van het voorgaande jaar. Oudere individuen beschikken over een breder repertoire aan virusneutraliserende antilichamen, wat hen mogelijk beter beschermt tegen bepaalde stammen, zoals geïllustreerd door de H1N1 pandemie waarbij voornamelijk jongeren werden getroffen. RNA virussen, zoals influenza, zijn over het algemeen minder stabiel en kunnen immuunevasie bereiken door mutaties en immuunselectie [24](#page=24) [25](#page=25). > **Tip:** Antigene drift is een geleidelijk proces dat leidt tot de jaarlijkse griepepidemieën en noodzaakt tot het aanpassen van het vaccin. #### 3.1.2 Antigene shift Antigene shift is een plotselinge en ingrijpende verandering in influenza A virussen. Dit proces resulteert in de ontwikkeling van virussen met volledig nieuwe hemagglutinine (H) en/of neuraminidase (N) eiwitten. Wanneer een antigene shift plaatsvindt, hebben de meeste mensen weinig tot geen immunologische bescherming tegen dit nieuwe virus, wat leidt tot pandemieën [24](#page=24). > **Voorbeeld:** Een antigene shift kan optreden wanneer een influenzavirus van een dierlijke bron, zoals vogels, genetisch materiaal uitwisselt met een humaan influenzavirus in een intermediaire gastheer, zoals varkens, die beide receptoren voor de virussen hebben [26](#page=26). ### 3.2 Epidemiologie van vogelgriep A virussen Influenza A virussen kunnen een breed scala aan gastheren infecteren, waaronder varkens, paarden, zeehonden, diverse vogelsoorten en ook de mens. Alle subtypes van influenza A virussen, geclassificeerd door 15 HA- en 9 NA-subtypes, zijn aangetroffen bij watervogels. Dit grote reservoir van virussen bij vogels, gecombineerd met het gesegmenteerde genoom van het virus dat recombinatie en reassortment mogelijk maakt, kan bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe pandemische humane stammen [26](#page=26). Humane influenza A virussen binden aan $\alpha$2-6 gebonden sialezuur-bevattende receptoren, die voornamelijk in de bovenste luchtwegen voorkomen. Vogelgriepvirussen daarentegen binden preferentieel aan $\alpha$2-3 gebonden sialezuur residuen, die zich dieper in de luchtwegen bevinden. Dit mechanisme kan verklaren waarom aviaire influenza infecties bij mensen een virale pneumonie kunnen veroorzaken. Varkens fungeren als een intermediaire gastheer omdat ze beide typen receptoren bezitten, waardoor ze potentieel besmet kunnen worden met zowel humane als aviaire influenzastammen, wat de genetische uitwisseling en de vorming van nieuwe virussen faciliteert [26](#page=26). ### 3.3 Historische pandemieën #### 3.3.1 De Spaanse Griep . De pandemie van 1918, bekend als de Spaanse Griep, was de meest dodelijke influenza pandemie in de geschiedenis. In de Verenigde Staten eiste deze pandemie het leven van ongeveer 675.000 mensen, wat meer was dan het aantal Amerikanen dat in alle oorlogen van de 20e eeuw omkwam. Wereldwijd wordt geschat dat de pandemie tussen de 40 en 50 miljoen doden heeft veroorzaakt [27](#page=27). #### 3.3.2 Pandemieën in de 20ste eeuw De 20e eeuw kende meerdere grote influenzapandemieën die werden veroorzaakt door wisselende stammen [29](#page=29). * **1918: Spaanse Griep (H1N1)** Veroorzaakte 50-100 miljoen doden wereldwijd [29](#page=29). * **1957: Aziatische Griep (H2N2)** Resulteerde in ongeveer 1,1 miljoen doden [29](#page=29). * **1968: Hongkong Griep (H3N2)** Leidde tot circa 1 miljoen doden [29](#page=29). * **2009: Mexicaanse Griep (H1N1)** Veroorzaakte naar schatting 0,25 miljoen doden [29](#page=29). ### 3.4 Humane besmetting door vogelgriepvirussen Hoewel influenza A virussen een breed spectrum aan gastheren kunnen infecteren, is humane besmetting door vogelgriepvirussen een belangrijk aandachtspunt [26](#page=26). * **1997: Hongkong uitbraak (H5N1)** Een uitbraak in Hong Kong in de tweede helft van 1997 resulteerde in 18 bevestigde humane besmettingen door het vogelgriepvirus A, serotype H5N1, afkomstig van besmette kippen. Van deze gevallen stierven 6 personen. Sindsdien hebben vogelgriepvirussen die humane besmettingen hebben veroorzaakt, zich over het algemeen niet gehandhaafd als blijvende infectie bij de mens of zich van mens tot mens verspreid [31](#page=31). * **Adaptatie voor transmissie in zoogdieren ** In 2012 publiceerden twee laboratoria studies die de adaptatie van vogelgriepvirussen voor transmissie in zoogdieren beschreven, gebruikmakend van fretten als model. Deze adaptatie werd gekoppeld aan veranderingen in het hemagglutinine (HA)-eiwit, waardoor het virus zich kan binden aan andere sialezuurreceptoren, en aan het PB2-eiwit, dat een rol speelt bij de temperatuurregulatie (42 °C in de darm van vogels versus 36-37 °C in de luchtwegen van mensen) [31](#page=31). De tabel hieronder geeft een overzicht van bevestigde humane gevallen en sterfgevallen door diverse vogelgriepvirussen: | Year | Strain | Country | Number of confirmed human cases | Number of confirmed human deaths | | :------ | :------ | :---------------------------------------------- | :------------------------------ | :------------------------------- | | 1997 | A/H5N1 | Hong Kong | 18 | 6 | | 1999 | A/H9N2 | Hong Kong | 2 | 0 | | 2003 | A/H5N1 | Hong Kong | 2 | 1 | | 2003 | A/H7N3 | Canada | 2 | 0 | | 2003 | A/H7N7 | Netherlands | 84 | 1 | | 2003 | A/H9N2 | Hong Kong | 1 | 0 | | 2003-2013 | A/H5N1 | Viet Nam, Indonesia, Egypt, Cambodia, China | 648 | 384 | | 2013-14 | A/H7N9 | China | 144 | 46 | | 2013-14 | A/H10N8 | China | 2 | 1 | *Data tot eind januari 2014* [31](#page=31). ### 3.5 Immuunevasie en "original antigenic sin" Influenza virussen zijn zeer mutabele virussen. Ze bevatten 8 eiwitten die kunnen wijzigen. De virale veranderingen kunnen ertoe leiden dat het virus geleidelijk aan het immunologisch geheugen ontsnapt zonder een compenserende immuunrespons te stimuleren. Wanneer voorgevormde antistoffen de primaire responsen verhinderen, wordt er weinig immuniteit opgebouwd tegen de nieuwe antigenen. Dit fenomeen wordt aangeduid als "original antigenic sin" [33](#page=33). > **Tip:** "Original antigenic sin" is een fenomeen waarbij een eerdere blootstelling aan een influenzavirus de immuunrespons op latere blootstellingen aan gerelateerde, maar geëvolueerde, stammen beïnvloedt, vaak ten gunste van de oorspronkelijke immuunrespons in plaats van de meest effectieve respons op de nieuwe stam. --- # Diagnostiek, behandeling en preventie van influenza Dit onderwerp behandelt de klinische presentatie en diagnostiek van influenza, de beschikbare behandelingsopties, en cruciale preventieve maatregelen zoals vaccinatie. ### 15.1 Kliniek en diagnostiek van influenza Influenza wordt gekenmerkt door een acute infectie waarbij besmette cellen afsterven en lokale inflammatoire reacties optreden, leidend tot symptomen zoals oedeem en pijn in de larynx, trachea, en bronchi. Een mogelijke complicatie is een bacteriële surinfectie. Cytokinevrijlating kan systemische effecten veroorzaken, waaronder koorts, vermoeidheid en spierpijn. Virusuitscheiding (shedding) vindt meestal plaats kort voor het begin van de symptomen (ongeveer 24 uur ervoor) tot enkele dagen erna, met een maximum van ongeveer een week. Bij een verminderde immuniteit of bij kinderen die nog geen verworven immuniteit hebben, kan dit langer duren. De uitgesproken klachten, zoals koorts, duren doorgaans 3 tot 5 dagen [18](#page=18). Bij een virale infectie zoals influenza zien we doorgaans geen duidelijke acute fase respons, zoals bij bacteriële infecties, wat betekent dat er geen neutrofilie, linksverschuiving of aanzienlijke stijging van acute fase eiwitten in het serum is (bijvoorbeeld nauwelijks een stijging van CRP). Wel kan een lymfocytose optreden door de verworven immuunreactie, en soms ook neutropenie, mogelijk als gevolg van systemisch interferon. Deze bloedbeeldkenmerken zijn echter weinig specifiek en helpen voornamelijk bij het uitsluiten of minder waarschijnlijk maken van een bacteriële infectie. Het onderscheid tussen een virale en bacteriële infectie is niet altijd zwart-wit; lymfocytose kan bijvoorbeeld voorkomen bij bacteriële infecties zoals kinkhoest [20](#page=20). Diagnostisch is het aantonen van een specifieke serologische respons (detectie van specifieke IgM, een toename in specifieke IgG, of complementfixatie), en indien nodig het aantonen van het virus, van groter belang. In de praktijk is de diagnose van acute virale infecties vaak klinisch, gebaseerd op anamnese, lichamelijk onderzoek en klinische tekenen, in plaats van op laboratoriumonderzoek. Snelle diagnostiek kan plaatsvinden door antigeendetectie op nasofarynxmonsters, wat met name nuttig is als er nog hoge virusuitscheiding is (kort na het begin van de symptomen). Een nog gevoeliger methode is RT-PCR op dezelfde monsters. De klinische diagnose wordt verder ondersteund door epidemiologische gegevens, zoals rapportage van peilpraktijken en referentielaboratoria. Influenza monitoring maakt ook gebruik van sociale media en datamining, zoals Google Flu Trends [20](#page=20) [21](#page=21) [22](#page=22). #### 15.1.1 Complicaties van influenza Influenza kan leiden tot complicaties zoals virale pneumonie en bacteriële surinfecties van de bovenste en soms onderste luchtwegen. Systemische complicaties kunnen optreden bij personen met cardiovasculaire aandoeningen, diabetici, 60-plussers, kinderen onder de 2 jaar, en (hoog)zwangeren [21](#page=21). > **Tip:** Influenza is een ernstigere ziekte die het normale functioneren belemmert, in tegenstelling tot een banale verkoudheid. Herstel is over het algemeen 'ad integrum' (volledig) [21](#page=21). > **Voorbeeld:** De Spaanse Griep van 1918 trof vooral jongeren, terwijl ouderen relatief beschermd waren door eerdere infecties met analoge virussen [18](#page=18). ### 15.2 Behandeling van influenza De behandeling van influenza omvat in de eerste plaats het 'uitzieken' van de infectie [23](#page=23). #### 15.2.1 Symptomatische therapie Symptomatische therapie bestaat uit het gebruik van paracetamol als koortswerend middel, vooral bij cardiovasculaire belasting. Cave: salicylaten (aspirine) moeten vermeden worden bij kinderen en adolescenten vanwege het risico op het syndroom van Reye [23](#page=23). #### 15.2.2 Etiologische therapie Etiologische therapie richt zich op het virus zelf. Neuraminidaseremmers zoals oseltamivir en zanamivir hebben een beperkt effect, en resistentie kan tijdens de behandeling optreden. M2-blokkers zoals amantadine en rimantadine worden niet meer gebruikt vanwege de snel optredende resistentie [23](#page=23). > **Tip:** Interferon, dat door het lichaam wordt aangemaakt als reactie op virale infecties, heeft ook een therapeutische toepassing. De symptomen die optreden na toediening van interferon alfa als medicijn (bijvoorbeeld bij chronische hepatitis C) lijken sterk op de symptomen van een flinke virale infectie, zoals griep [19](#page=19). ### 15.3 Preventie van influenza Preventie is cruciaal en 'beter dan genezen' [23](#page=23). #### 15.3.1 Vaccinatie De belangrijkste preventieve maatregel is de jaarlijkse vaccinatie tegen seizoensgriep. Het vaccin bevat de circulerende stammen van influenza A en B, waarvan de samenstelling wordt bepaald door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO). Vaccinatie wordt ten zeerste aanbevolen voor risicogroepen, waaronder personen met cardiovasculaire aandoeningen, diabetici, 60-plussers, kinderen onder de 2 jaar, (hoog)zwangeren, gezondheidswerkers, dierenartsen, en kippenkwekers. Om economische redenen kan vaccinatie ook worden overwogen voor de werkende bevolking [21](#page=21) [23](#page=23). > **Voorbeeld:** Bij patiënten met een verminderde cellulaire immuniteit, zoals bij chemotherapie of AIDS, is er een verhoogd risico op gecompliceerde infecties van hart en longen. Vaccinatie wordt in deze gevallen aanbevolen [18](#page=18). > **Tip:** "Onderschat nooit influenza, vriend van de begrafenisondernemer". Dit benadrukt de potentieel ernstige aard van de ziekte [23](#page=23). #### 15.3.2 Virale interactie met de gastheer Het influenza virus interfereert met de gastheerrespons. Infectie induceert een antivirale respons (interferon) en een pro-inflammatoire respons (NF-κB). De pro-inflammatoire respons ondersteunt virusreplicatie, maar kan ook leiden tot cytokines/chemokines die inflammatie en recruitering van verworven immuniteit veroorzaken. Excessieve cytokinevrijlating kan leiden tot een cytokine storm, met mogelijke gevolgen zoals capillaire lekkage, multiple organ failure (MOF) en zelfs de dood, zoals gezien bij aviaire influenza infecties bij mensen. Het virus gijzelt de gastheer machinerie en degradeert gastheer mRNA. Het eiwit NS1 van influenza inhibeert de splicing en nucleaire export van gastheer RNA en bevoordeelt in het cytoplasma de translatie van viraal RNA. Virale mRNAs zijn minder gevoelig voor inhibitie van translatie door PKR activatie. Dit leidt tot een stopzetting van de eigen eiwitsynthese van de gastheercel, verminderde antivirale respons en apoptose binnen 40 uur na infectie. Influenza infectie is dus lytisch voor de cel, ondanks dat het een 'budding' virus is. Naast aangeboren afweer (interferon, NK-cellen) treedt ook verworven immuniteit op, waarbij virusneutraliserende antilichamen en cytotoxische T-cellen belangrijk zijn. Gespecialiseerde virale eiwitten kunnen de gastheerrespons moduleren op celniveau en op het niveau van het immuunsysteem [13](#page=13). --- ## 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 | |------|------------| | Primo-infectie | De eerste infectie met een bepaald agens in een individu dat daar nog geen immuniteit tegen heeft opgebouwd. Dit is cruciaal voor het initiëren van zowel de aangeboren als de verworven immuunrespons. | | Incubatieperiode | De tijdspanne tussen de blootstelling aan een ziekteverwekker en het optreden van de eerste symptomen. Deze periode kan variëren afhankelijk van het type infectie en de aard van de ziekteverwekker. | | Aangeboren immuniteit | De niet-specifieke, inherente afweermechanismen van het lichaam die onmiddellijk reageren op pathogenen. Dit omvat fysieke barrières, cellulaire responsen zoals fagocytose, en de productie van ontstekingsmediatoren. | | Symptomatologie | De verzameling van symptomen die kenmerkend zijn voor een bepaalde ziekte of aandoening. Het beschrijft de klinische uitingen van de infectie in de gastheer. | | Specifieke immuniteit | Ook wel verworven immuniteit genoemd, dit is een adaptieve en gespecialiseerde afweerreactie die wordt opgebouwd na blootstelling aan een specifiek agens. Dit omvat de productie van antilichamen en de activering van T-cellen. | | Cytopathogeen effect | Schade aan of celdood van gastheercellen veroorzaakt door een virus. Dit kan leiden tot weefselschade en het vrijkomen van moleculaire patronen die geassocieerd zijn met schade (DAMPs). | | Pathogeen geassocieerd moleculair patroon (PAMP) | Moleculaire structuren die voorkomen op pathogenen, maar niet op gastheercellen. Voorbeelden zijn lipopolysachariden (LPS) op bacteriën of dubbelstrengs RNA (dsRNA) in virussen, die worden herkend door Toll-like receptoren. | | Cytokine storm | Een overmatige en ongecontroleerde afgifte van cytokines, wat leidt tot ernstige ontsteking en systemische ziekte. Dit kan levensbedreigende gevolgen hebben zoals multi-orgaanfalen. | | Hemagglutinine (HA) | Een glycoproteïne op het oppervlak van het influenzavirus dat verantwoordelijk is voor de binding aan sialzuur-bevattende receptoren op gastheercellen en voor de fusie van virale en endosomale membranen, waardoor het virus de cel kan binnendringen. | | Neuraminidase (NA) | Een enzym op het oppervlak van het influenzavirus dat sialzuurresiduen klieft. Dit is essentieel voor de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes uit de geïnfecteerde cel en voorkomt zelfaggregatie van virussen. | | Antigene drift | Kleine, geleidelijke veranderingen in de antigene structuren van een virus, meestal door puntmutaties. Dit leidt tot nieuwe virusstammen die deels aan de immuniteit kunnen ontsnappen, wat jaarlijkse epidemieën veroorzaakt. | | Antigenische shift | Een abrupte en ingrijpende verandering in de antigene eigenschappen van een virus, meestal door genetische herassortiment (bij gesegmenteerde genomen). Dit kan leiden tot pandemieën omdat de populatie weinig of geen immuniteit heeft tegen de nieuwe stam. | | Lymfocytose | Een verhoogd aantal lymfocyten in het bloed. Dit kan wijzen op een virale infectie, hoewel het ook bij bacteriële infecties kan voorkomen, en is diagnostisch niet altijd specifiek. | | RT-PCR | Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction. Een moleculaire techniek die wordt gebruikt om RNA-virussen te detecteren en te kwantificeren door het RNA eerst om te zetten in cDNA en vervolgens te amplificeren. | | Syndroom van Reye | Een zeldzame, maar ernstige aandoening die voornamelijk kinderen en adolescenten treft, vaak geassocieerd met het gebruik van aspirine tijdens virale infecties zoals griep. Het kan leiden tot zwelling van de hersenen en leverschade. | | Mucin | Een glycoproteïne dat in slijm wordt aangetroffen en helpt bij de bevochtiging en bescherming van epitheeloppervlakken. Neuraminidase kan het transport van virussen door mucus vergemakkelijken. | | Interferon | Een groep eiwitten die door gastheercellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties. Interferonen spelen een cruciale rol in de aangeboren immuniteit door de antivirale staat van naburige cellen te induceren. | | Interferon-gestimuleerde genen (ISGs) | Genen die worden geactiveerd door interferonen. De eiwitten die door deze genen worden gecodeerd, hebben diverse antivirale functies, zoals het remmen van virusreplicatie, eiwitsynthese of het blokkeren van virusuitscheiding. |

# Introductie tot infecties met extracellulaire pathogenen en E. coli Dit onderwerp introduceert infecties door extracellulaire bacteriën, met de nadruk op E. coli, en bespreekt de overdracht, incubatie, immuniteit, virulentie, symptomen, diagnose, beloop, complicaties en behandeling. ### 1.1 Extracellulaire pathogenen en de rol van E. coli Extracellulaire pathogenen, zoals pyogene bacteriën, kunnen een primo-infectie veroorzaken. E. coli wordt gebruikt als modelorganisme om de pathologie van deze infecties te begrijpen. Het bespreekt de overdracht, de ingangspoort, de incubatieperiode, de aangeboren immuniteit, de virulentie, de symptomatologie, het laboratoriumonderzoek van acute bacteriële infecties, het natuurlijke verloop, de complicaties en de behandeling. Naast S. aureus, S. pyogenes en andere species die pyogene infecties kunnen veroorzaken, staat E. coli centraal [1](#page=1). ### 1.2 E. coli en zijn ecologische niche Escherichia coli (E. coli) is een bacterie waarmee studenten al eerder kennis hebben gemaakt in verband met normale flora, urineweginfecties en diarree. E. coli komt voor in de darm van mensen en vele soorten warmbloedige dieren en dient als indicator van fecale contaminatie van leidingwater [3](#page=3). #### 1.2.1 Kolonisatie en weerstand van het menselijk lichaam E. coli slaagt erin de dunne en dikke darm van de mens te koloniseren, wat duidt op geschikte omstandigheden aldaar. In andere ecosystemen, zoals de keel, lukt dit niet zonder meer. Echter, bij kwalitatieve veranderingen van de barrières, zoals na antibioticagebruik of bij chronisch zieken, kan E. coli andere plaatsen gaan koloniseren. Dit geldt ook voor huidplooien die vochtig en gemacereerd zijn, en voor chronische wonden zoals decubitusletsels, wat leidt tot abnormale kolonisatie [3](#page=3). #### 1.2.2 Genetische variabiliteit en pathogeniteit Een aanzienlijk deel van het E. coli genoom is variabel en bevat extra genen en 'pathogenicity islands'. Hoewel E. coli op basis van zijn basisgenoom commensaal is, kunnen sommige stammen pathogeen zijn en urineweginfecties en gastro-intestinale infecties veroorzaken (uropathogene en enteropathogene stammen). Daarnaast kunnen commensale stammen, bij defecten van barrières en/of het immuunsysteem, conditionele infecties veroorzaken [3](#page=3). ### 1.3 Conditionele infecties met 'commensale' E. coli Conditionele infecties met commensale E. coli ontstaan grotendeels door een verminderde barrièrefunctie [4](#page=4). #### 1.3.1 Impact van afwijkingen van afvoerwegen en weerstandsdalingen Afwijkingen van afvoerwegen en weerstandsdalingen kunnen leiden tot infectie van de galblaas en galwegen (cholecystitis), of van de urinewegen, wanneer de barrièrefunctie is beschadigd [4](#page=4). #### 1.3.2 Abnormale kolonisatie van de huid Bij abnormale kolonisatie van de huid, zoals bij maceratie, kan een oppervlakkige ontsteking optreden in bijvoorbeeld de liezen (intertrigo) of de gehoorgang (otitis externa). Dit gebeurt wanneer de omstandigheden voor de barrières gewijzigd zijn [4](#page=4). #### 1.3.3 Verspreiding naar diepere weefsels E. coli kan diepere weefsels bereiken en een inflammatie (diffuse ontsteking en/of abces) veroorzaken, zoals bij peritonitis en buikabcessen, of postoperatieve wondinfecties. Vaak zijn dit menginfecties waarbij de virulentiefactoren van andere species complementair werken, wat duidt op massief beschadigde barrières [4](#page=4). #### 1.3.4 Metastatische infecties Bij de genoemde infecties kunnen cellen in de bloedbaan terechtkomen en naar andere plaatsen worden meegevoerd, wat leidt tot meningitis en andere metastatische infecties zoals artritis. De aanwezigheid van specifieke O en K antigenen is hierbij bevorderlijk [4](#page=4). #### 1.3.5 Belang van immuniteit Door contact met diverse stammen bouwt het lichaam geleidelijk immuniteit op. Echter, de grote variatie aan stammen zorgt ervoor dat er altijd nieuwe stammen opduiken waarvoor nog geen beschermende immuniteit bestaat [4](#page=4). --- # Afweer tegen pyogene bacteriën en inflammatoire respons Deze sectie beschrijft de immuunafweer tegen pyogene bacteriën, met een focus op de inflammatoire respons en de verschillende effector mechanismen die hierbij betrokken zijn. ### 2.1 De inflammatoire respons op een bacteriële infectie De initiële detectie van bacteriën in weefsels wordt uitgevoerd door weefselmacrofagen. Deze macrofagen zijn uitgerust met pathogen recognition receptoren (PRRs), zoals Toll-like receptoren (TLRs), die pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) kunnen detecteren. Een typisch voorbeeld is de herkenning van lipopolysaccharide (LPS) uit de celwand van gramnegatieve bacteriën door het TLR4/CD14-complex [7](#page=7). Nadat bacteriën zijn gedetecteerd, kunnen macrofagen deze fagocyteren en mediatoren vrijgeven, waaronder cytokines (zoals IL-1, IL-6, IL-8, TNF) en prostaglandines. Deze mediatoren induceren een lokale inflammatoire respons [7](#page=7). De belangrijkste manifestaties van deze lokale inflammatie zijn: * **Verhoogde vasculaire permeabiliteit:** Dit leidt tot accumulatie van plasmacomponenten en vocht, resulterend in zwelling (tumor) [7](#page=7). * **Verhoogde bloeddoorstroming door vasodilatatie:** Dit veroorzaakt roodheid (rubor) en warmte (calor). Dit vergemakkelijkt de instroom van immuuncellen, zoals neutrofielen, die worden aangetrokken door chemokines zoals IL-8, om de bacteriën op te ruimen [7](#page=7). * **Pijn (dolor) en functieverlies (functio laesa):** De zwelling en inflammatoire mediatoren stimuleren pijnzenuwen en kunnen de functie van het aangedane orgaan of de regio belemmeren [7](#page=7). Deze klassieke symptomen vormen samen het syndroom van tumor, calor, rubor, dolor en functio laesa, dat al lange tijd bekend is [7](#page=7). De inflammatoire reactie is essentieel voor het snel opruimen van bacteriën door middel van fagocytose, mede geholpen door opsonisatie en directe lyse door geactiveerd complement. De activatie van complement kan verder worden bevorderd door reeds gevormde antilichamen [7](#page=7). Naast de lokale reactie kunnen er systemische reacties optreden bij voldoende inflammatie. Cytokines zoals IL-1 en TNF kunnen het centrale zenuwstelsel beïnvloeden, wat kan leiden tot rillingen en koorts (wat nuttig kan zijn voor het versnellen van het metabolisme, het verbeteren van de immuuncelfunctie en het remmen van bacteriële replicatie). Ook wordt de synthese van acute fase eiwitten in de lever, gemedieerd door IL-6, gestimuleerd (bijvoorbeeld C-reactief proteïne, CRP) [7](#page=7). #### 2.1.1 Cytokines en hun rol Cytokines zijn kleine eiwitten (ongeveer 25 kDa) die door specifieke cellen worden gesecreteerd en door binding aan specifieke receptoren responsen induceren. Ze hebben uiteenlopende effecten. Chemokines zijn een type cytokine dat verantwoordelijk is voor chemoattractie. Interleukines (IL) zijn cytokines die worden afgescheiden door en inwerken op leukocyten. De detectie van verschillende pathogenen door verschillende receptoren kan leiden tot de vrijlating van diverse cytokines [5](#page=5). #### 2.1.2 Systemische effecten van inflammatie: bloedbeeld De mediatoren die vrijkomen tijdens inflammatie hebben systemische effecten die diagnostisch relevant zijn. Vaak wordt een verhoogd aantal neutrofielen waargenomen, inclusief meer immature vormen (een 'linksverschuiving') en trombocytose [10](#page=10). Naast veranderingen in cel aantallen en distributie, is er een verandering in de concentratie van acute fase eiwitten. Positieve acute fase eiwitten, zoals CRP, serum amyloid A, haptoglobine en fibrinogeen, nemen toe in concentratie. Negatieve acute fase eiwitten, zoals transferrine, nemen af in concentratie, evenals serumijzer en de spiegels van andere metalen. Deze daling is bedoeld om bacteriële replicatie af te remmen, aangezien deze ionen essentieel zijn voor hun metabolisme [10](#page=10). Deze veranderingen in de chemische samenstelling van het bloed beïnvloeden de sedimentatiesnelheid van rode bloedcellen (bloedbezinking, ESR), wat een aspecifieke maar waardevolle parameter van inflammatie is. ESR staat voor erythrocyte sedimentation rate [10](#page=10). ### 2.2 Effector armen van de immuunrespons De bescherming tegen extracellulaire, pyogene bacteriën berust op verschillende elementen. Deze omvatten [9](#page=9): * **Neutrofielen:** Cruciaal voor fagocytose en de eliminatie van bacteriën [9](#page=9). * **Antilichamen:** Essentieel voor opsonisatie en complementactivatie [9](#page=9). * **Complement:** Een systeem van plasma-eiwitten dat kan leiden tot bacteriële lyse, opsonisatie en inflammatoire respons [9](#page=9). * **Oxidatieve burst:** Neutrofielen produceren reactieve zuurstofspecies die bacteriën kunnen doden [9](#page=9). * **NETose:** Neutrofielen kunnen hun kernmateriaal en granulen vrijgeven om een netwerk van DNA en eiwitten te vormen dat bacteriën vangt en neutraliseert. Dit proces wordt 'neutrophil extracellular trap' (NET) vorming genoemd [9](#page=9).
> **Tip:** Begrijp de link tussen de lokale inflammatoire symptomen (tumor, calor, rubor, dolor, functio laesa) en de onderliggende fysiologische processen zoals vasodilatatie, verhoogde vasculaire permeabiliteit en de activatie van zenuwen.
> **Tip:** De diagnostische relevantie van veranderingen in het bloedbeeld (zoals linksverschuiving en stijging van acute fase eiwitten) bij infecties is belangrijk om te onthouden voor klinische toepassingen.
> **Example:** De herkenning van LPS door TLR4/CD14 is een fundamenteel mechanisme van de aangeboren immuniteit bij infecties met gramnegatieve bacteriën [7](#page=7).
> **Example:** Koorts, als systemische reactie, wordt gemedieerd door cytokines zoals IL-1 en TNF en heeft adaptieve voordelen voor de gastheer [7](#page=7).
> **Example:** Neutrofielen spelen een centrale rol in de afweer tegen pyogene bacteriën, zowel door fagocytose als door de productie van antimicrobiële stoffen en NETs [9](#page=9). --- # Complicaties van bacteriële infecties Bacteriële infecties kunnen leiden tot ernstige complicaties, waaronder de vorming van abcessen en het optreden van septische shock, die beide een aanzienlijk risico vormen voor de patiënt. ### 3.1 Abcesvorming Een abces is een gecompliceerde vorm van een bacteriële infectie die ontstaat wanneer de gastheer onvoldoende in staat is de bacteriën effectief te klaren. Dit kan gebeuren bij een verminderde immuunrespons of bij een grote hoeveelheid bacteriën die moeilijk te elimineren zijn. Het gevolg is een langdurig ontstekingsproces waarbij dode afweercellen en bacteriën zich ophopen en etter vormen [11](#page=11). #### 3.1.1 Pathogenese en kenmerken van een abces * **Ontstaan:** Een abces ontstaat als een afgekapselde collectie van etter in het weefsel. Deze afkapseling maakt het voor immuuncellen en antibiotica moeilijk om de infectiehaard te penetreren [11](#page=11). * **Betekenis:** Het ontstaan van een abces wordt door sommigen beschouwd als een teken van een actieve gastheerreactie op de infectie ("pus bonum et laudabile"). Echter, het abces vormt een aanhoudend risico voor de patiënt en dient zo snel mogelijk geëvacueerd te worden [11](#page=11). * **Behandeling:** De traditionele medische wijsheid luidt "ubi pus, ibi evacua" (waar pus is, daar evacueren). Dit betekent dat chirurgische interventie, zoals incisie en drainage, vaak noodzakelijk is om het abces te verwijderen [11](#page=11). #### 3.1.2 Voorbeelden van abcessen * **Empyeem:** Een empyeem is een abces dat lichaamsholtes vult, bijvoorbeeld een bacteriële infectie in de buikholte door *E. coli* na een darmperforatie [11](#page=11). ### 3.2 Septische shock Septische shock is een levensbedreigende complicatie van bacteriële infecties die wordt gekenmerkt door een massale systemische inflammatoire reactie. Dit kan ontstaan door de grootschalige vrijlating van mediatoren door macrofagen als reactie op een massale invasie van bacteriën [12](#page=12). #### 3.2.1 Kenmerken van septische shock * **Systemische vasodilatatie:** Een van de meest kritieke kenmerken is systemische vasodilatatie, wat leidt tot een gevaarlijke bloeddrukdaling (shock) [12](#page=12). * **Diffuse intravasculaire stolling (DIS):** De infectie kan leiden tot diffuse intravasculaire stolling, een stoornis waarbij bloedplaatjes en stollingsfactoren in het hele lichaam worden verbruikt, wat kan leiden tot zowel trombose als bloedingen [12](#page=12). * **Capillaire lek:** Verhoogde doorlaatbaarheid van de capillairen (kleine bloedvaten) kan leiden tot vochtverlies uit de bloedbaan in het omringende weefsel [12](#page=12). * **Multiorgaanfalen:** De combinatie van deze factoren kan resulteren in het falen van meerdere organen [12](#page=12). #### 3.2.2 Risicogroepen voor sepsis Patiënten met een verminderde klaring van pathogenen lopen een verhoogd risico op het ontwikkelen van sepsis en septische shock. Dit omvat patiënten met [12](#page=12): * **Asplenie:** Afwezigheid van de milt, wat de bescherming tegen gekapselde bacteriën vermindert. Deze patiënten dienen gevaccineerd te worden tegen bacteriën zoals pneumokokken [12](#page=12). * **Neutropenie:** Een tekort aan neutrofielen, een type witte bloedcel dat essentieel is voor de bestrijding van bacteriële infecties [12](#page=12). * **Complement- of antilichaamdeficiënties:** Stoornissen in het complementsysteem of antilichaamproductie die de immuunrespons belemmeren [12](#page=12). #### 3.2.3 Experimentele en therapeutische overwegingen Experimenteel kan septische shock worden uitgelokt door intraveneuze injectie van Lipopolysaccharide (LPS). Behandelingsstrategieën gericht op het neutraliseren van specifieke cytokines, zoals anti-TNF of anti-IL6 antistoffen, blijken onvoldoende effectief te zijn. De effectiviteit van combinaties van anti-cytokine therapieën wordt nog onderzocht [12](#page=12). --- # Pathogene E. coli stammen en hun specifieke infecties Dit deel behandelt de verschillende typen pathogene *E. coli* stammen en de infecties die ze veroorzaken, waaronder uropathogene *E. coli* (UPEC) die urineweginfecties veroorzaakt, en diverse enteropathogene *E. coli* (EPEC) stammen die gastro-intestinale infecties kunnen leiden tot diarree, dysenterie, of zelfs hemolytisch uremisch syndroom (HUS). De rol van virulentiëfactoren en transmissiewegen wordt toegelicht. ### 4.1 Virulentiefactoren van *E. coli* *E. coli* stammen bezitten diverse virulentiefactoren die bijdragen aan hun pathogene potentieel. Deze factoren kunnen onderverdeeld worden in die welke aanwezig zijn bij alle stammen en die welke specifiek zijn voor uropathogene en enteropathogene stammen [13](#page=13). #### 4.1.1 Algemene virulentiefactoren (aanwezig bij alle stammen) * **Adhesines:** Moleculen die bacteriën helpen hechten aan gastheercellen. * **Hemolysine:** Een cytotoxisch toxine dat rode bloedcellen kan lysis. * **Kapsels:** Een buitenste laag die helpt bij het ontwijken van fagocytose door immuuncellen. * **Sideroforen:** Moleculen die ijzer binden, wat essentieel is voor bacteriële groei. * **Sommige O-antigenen:** Kunnen complement-remmend werken, wat de immuunrespons omzeilt. * **Endotoxine:** Zoals bij alle gramnegatieve bacteriën, is endotoxine aanwezig in de celwand en speelt het een rol bij ontsteking [13](#page=13). #### 4.1.2 Specifieke virulentiefactoren (aanwezig bij uro- en enteropathogenen) * Extra adhesines en toxines die specifiek zijn voor de veroorzaakte infectie [13](#page=13). **Tip:** Pathogeniteitseilanden (PAI) zijn genetische elementen die extra virulentiefactoren kunnen bevatten en die de overgang van commensale naar pathogene stammen kunnen faciliteren [13](#page=13). ### 4.2 Infecties met pathogene *E. coli* stammen #### 4.2.1 Uropathogene *E. coli* (UPEC) *E. coli* is de meest voorkomende verwekker van urineweginfecties (UTI's). Dit wordt mede verklaard door de aanwezigheid van *E. coli* in de darm, wat de nabijheid tot de urinewegen bevordert [14](#page=14). * **Risicofactoren voor UTI's:** factoren die een goede blaaslediging belemmeren, veranderde darmflora, gebruik van blaassondes, ziekenhuisomgeving en overdracht tussen patiënten kunnen bijdragen aan infectie [14](#page=14). * **Spontane UTI's:** Vooral bij vrouwen kunnen UTI's "spontaan" ontstaan zonder duidelijke bevorderende factoren. Uropathogene stammen van *E. coli* zijn hierbij verreweg de meest frequente verwekkers [14](#page=14). * **Virulentie van UPEC:** Deze stammen kunnen het blaas- en nierepitheel koloniseren door specifieke adhesines, met name Type 1 pili. De binding aan specifieke receptoren op de urotheelcellen verklaart mede de genetische component van vatbaarheid en het verschil in neiging tot cystitis of pyelonefritis [14](#page=14). **Tip:** Het verschil in blaas- en nierepitheelcellen speelt een rol in het bepalen of een stam cystitis of pyelonefritis veroorzaakt [14](#page=14). #### 4.2.2 Gastro-intestinale infecties door *E. coli* Diarree is wereldwijd een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit, vooral in armere, tropische landen waar feco-orale overdracht frequent is. Naast virale en andere bacteriële verwekkers, kunnen specifieke "enteropathogene *E. coli* (EPEC)" stammen gastro-intestinale infecties veroorzaken [15](#page=15). * **Klinische beelden:** * Gastro-enteritis, variërend van banaal tot ernstig met vochtverlies [15](#page=15). * Ernstigere klachten met een dysenteriebeeld (etter en bloed in ontlasting, koorts, algehele malaise) [15](#page=15). * Effecten op afstand, zoals het Hemolytisch Uremisch Syndroom (HUS) [15](#page=15). **Afbeelding:** Een illustratie toont het aandeel van verschillende pathogenen in diarree, met *E. coli* als een belangrijke bacteriele verwekker [15](#page=15). #### 4.2.3 Reservoirs en transmissiewegen van pathogene *E. coli* Pathogene *E. coli* stammen kunnen voorkomen in diverse dierlijke reservoirs en zich tussen dieren verspreiden [16](#page=16). * **Transmissie:** Faeco-orale transmissie is het dominante patroon voor *E. coli* als veroorzaker van diarree [16](#page=16). * **Besmettingsbronnen:** * Fecale materie kan voedsel, irrigatiewater, recreatief en drinkwater contamineren [16](#page=16). * Mensen kunnen blootgesteld worden door ingestie van gecontamineerd voedsel of water, of direct contact met gekoloniseerde dieren [16](#page=16). * Secundaire transmissie kan tussen mensen plaatsvinden, bijvoorbeeld in kinderdagverblijven of verpleeghuizen [16](#page=16). * Voedsel kan besmet raken door slechte kookpraktijken (bv. rauw vlees in contact met ander voedsel) of door asymptomatische of symptomatische voedselbereiders met onvoldoende handhygiëne [16](#page=16). * Recreatief of drinkwater kan gecontamineerd raken door rioolwater [16](#page=16). **Tip:** Het schema van Croxen et al. toont een algemeen overzicht van reservoirs en transmissiewegen van pathogene *E. coli* [16](#page=16). #### 4.2.4 Overzicht van verschillende enteropathogene *E. coli* (EPEC) stammen *E. coli* stammen kunnen diarree veroorzaken via verschillende mechanismen, met elk hun eigen biologie, klinische beelden en complicaties [18](#page=18). * **Enteropathogene *E. coli* (EPEC):** Hechten zich aan het darmepitheel en veroorzaken vervlakking van de microvili [18](#page=18). * **Shiga toxin-producing *E. coli* (STEC):** Produceren Shiga toxine en worden verder besproken in sectie 4.2.5 [18](#page=18). * **Enterotoxigene *E. coli* (ETEC):** Bezitten 'colonization factors' (CFs) voor aanhechting en produceren enterotoxines die vergelijkbaar zijn met choleratoxine, wat leidt tot zuiver water- en elektrolytenverlies [18](#page=18). * **Enteroaggregative *E. coli* (EAEC):** Vormen biofilms op de mucosa door aanhechting aan elkaar en het celoppervlak, resulterend in 'aggregative adherence' (AA) patronen, ook wel beschreven als 'gestapelde bakstenen' [18](#page=18). * **Diffusely adherent *E. coli* (DAEC):** Cellulaire verspreiding over het oppervlak resulterend in een 'diffuse adherence' (DA) patroon [18](#page=18). * **Adherent invasive *E. coli* (AIEC):** Koloniseren de intestinale mucosa, kunnen epitheelcellen binnendringen en repliceren in macrofagen. AIEC gebruikt type I pili voor adhesie aan intestinale cellen [18](#page=18). * **Enteroinvasieve *E. coli* (EIEC):** Zijn intracellulaire pathogenen, vergelijkbaar met *Shigella* sp., die de mucosale cellen penetreren via M-cellen en de submucosa bereiken. EIEC en *Shigella* doden submucosale macrofagen en verspreiden zich via laterale invasie van colonocyten [18](#page=18). **Tip:** De classificatie van enteropathogene *E. coli* is gebaseerd op hun adhesiepatronen en mechanismen van pathogene actie [18](#page=18). #### 4.2.5 Shiga toxin-producerende *E. coli* (STEC) STEC-stammen produceren Shiga toxine en zijn een belangrijke oorzaak van gastro-intestinale infecties, met potentieel ernstige complicaties [19](#page=19). * **Terminologie:** Enterohemorrhagic *E. coli* (EHEC) en verotoxine-producerende *E. coli* (VTEC) zijn vrijwel synoniemen voor STEC [19](#page=19). * **Klinisch beeld:** Variërend van gewone diarree tot bloederige diarree, met mogelijke complicaties van Hemolytisch Uremisch Syndroom (HUS) [19](#page=19). * **Eerste fase:** Diarree, vaak bloederig, door lokale celschade veroorzaakt door het toxine [19](#page=19). * **Tweede fase (7-10 dagen later):** Complicaties door de systemische werking van het toxine op cellen, waaronder niercellen. Dit kan leiden tot trombocytopenie, hemolytische anemie en acute nierinsufficiëntie. Op de plaats van de oorspronkelijke infectie zijn dan geen bacteriën meer aanwezig [19](#page=19). * **Bekende stammen:** *E. coli* O157:H7 is een bekende STEC-stam. Het is belangrijk op te merken dat niet alle STEC-stammen pathogeen zijn en dat andere stammen vergelijkbare ziekte kunnen veroorzaken [19](#page=19). * **Reservoir en Voedselveiligheid:** STEC, met name O157:H7, is sterk geassocieerd met runderen en rundvlees. Dit heeft een grote impact gehad op voedselveiligheidsmanagement, met name in de context van hamburgerketens waar onvoldoende doorbakken voedsel besmetting kan veroorzaken [19](#page=19). * **Laboratoriumdiagnostiek:** De diagnose wordt voornamelijk gesteld door het aantonen van de toxines in stoelgang of in gekweekte *E. coli*-stammen met moleculaire technieken, vaak in referentielaboratoria [19](#page=19). #### 4.2.6 Hemolytisch Uremisch Syndroom (HUS) HUS is een ernstige complicatie van infecties met met name STEC-stammen [19](#page=19). * **Mechanisme:** Shiga-toxine bindt aan globotriaosylceramide (Gb3) receptoren op het oppervlak van glomerulaire endotheelcellen [20](#page=20). * **Gevolgen:** Beschadiging van de nierfunctie leidt tot nierinsufficiëntie. Dit kan tijdelijk of definitief zijn en dialyse of zelfs niertransplantatie vereisen. Personen met een reeds bestaande chronische ziekte lopen een verhoogd risico op overlijden [20](#page=20). **Voorbeeld:** De HUS-epidemie in Duitsland in 2011 was een ernstig uitbraak veroorzaakt door een nieuwe stam (*E. coli* O104:H4) die Shiga toxine produceerde en initieel werd gedacht te zijn veroorzaakt door een EHEC-stam [20](#page=20). #### 4.2.7 De HUS-epidemie in Duitsland . De HUS-epidemie in Duitsland in 2011 kende een aanzienlijke impact [21](#page=21). * **Omvang:** 4075 gevallen gemeld in 16 landen, waarvan 908 gevallen van HUS (wat hemodialyse vereiste) en 50 doden [21](#page=21). * **Identificatie:** De bacterie was een nieuwe, onbekende stam, wat de identificatie en opsporing aanvankelijk bemoeilijkte [21](#page=21). * **Bron:** Aanvankelijk werd gedacht dat komkommers en tomaten de bron waren, wat leidde tot grote economische schade aan de Europese groentemarkt. Later bleek de bron fenegriek-zaadjes te zijn, afkomstig uit Egypte. Deze zaadjes waren waarschijnlijk besmet via water dat vervuild was door vee of andere fecale bronnen [22](#page=22). **Tip:** De HUS-epidemie benadrukt het belang van traceerbaarheid van voedselbronnen en de potentiële impact van onbekende of nieuwe pathogenen [22](#page=22). --- # Diagnostiek en behandeling van E. coli infecties Dit onderwerp behandelt de diagnostische methoden en behandelingsopties voor infecties veroorzaakt door *Escherichia coli*, met specifieke aandacht voor uitdagingen in monstername, laboratoriumanalyse, en het groeiende probleem van antibioticaresistentie. ### 5.1 Diagnostiek van E. coli infecties De diagnostiek van *E. coli* infecties is sterk afhankelijk van het type infectie en de aard van het af te nemen staal. #### 5.1.1 Urineonderzoek Urine wordt beschouwd als een type II staal, wat betekent dat contaminatie door bacteriën uit de urethra, vulva of glans penis mogelijk is. Zorgvuldige afname is daarom cruciaal. Urine wordt kwantitatief gekweekt, waarbij alleen uropathogene bacteriën worden opgezocht en gerapporteerd. De drempel om een kweek als positief te beschouwen, varieert en hangt af van de afnamemethode, het geslacht van de patiënt (minder contaminatie bij mannen), en de aanwezigheid van symptomen (hogere drempel bij asymptomatische patiënten) [23](#page=23). #### 5.1.2 Fecesonderzoek Feces is een type III staal, wat inhoudt dat er altijd bacteriën aanwezig zijn. Het laboratorium moet weten welke bacteriën diarree kunnen veroorzaken en hoe deze te herkennen, vaak met behulp van selectieve bodems. Enteropathogene *E. coli* stammen kunnen in de praktijk moeilijk worden onderscheiden van commensale stammen met standaardmethoden, waardoor moleculaire technieken, die zelden worden toegepast, nodig zijn voor een definitieve diagnose [23](#page=23). #### 5.1.3 Diepe infecties Bij infecties van de buikholte of galwegen is er vaak geen staal beschikbaar, tenzij er een chirurgische ingreep plaatsvindt. Voor infecties zoals meningitis of artritis kan materiaal verkregen worden door punctie voor kweek. Hemoculturen kunnen de verwekker soms opsporen, hoewel dit type I stalen zijn en gevoelig voor contaminatie door huidbacteriën tijdens afname [23](#page=23). #### 5.1.4 Chronische wonden Chronische wonden zijn vaak gecontamineerd met diverse bacteriën, waaronder *E. coli*. De aanwezigheid van deze bacteriën betekent niet automatisch dat er sprake is van een infectie die behandeling vereist [23](#page=23). #### 5.1.5 Typering van E. coli Een traditionele methode om *E. coli* stammen te onderscheiden is serotypering op basis van O (somatisch), H (flagellair) en K (kapsel) antigenen. Hoewel deze methode nog enigszins in gebruik is, zijn er ondertussen diverse nieuwe mogelijkheden op basis van moleculaire technieken. Serotypering was lange tijd populair omdat serotypes vaak geassocieerd werden met pathotypes, maar het verband met enteropathogene eigenschappen blijkt minder duidelijk dan men vroeger dacht [24](#page=24). > **Tip:** Hoewel serotypering een historische methode is, is het belangrijk om te weten dat het verband tussen specifieke serotypes en pathogene eigenschappen minder sterk is dan voorheen werd aangenomen [24](#page=24). ### 5.2 Behandeling van E. coli infecties De behandeling van *E. coli* infecties omvat antibiotica, chirurgische interventies en supportieve therapie, met speciale aandacht voor antibioticaresistentie. #### 5.2.1 Antibiotherapie Over het algemeen was *E. coli* oorspronkelijk gevoelig voor veel antibiotica, maar er is een geleidelijke toename van resistentie waargenomen. De antibiotische gevoeligheid kan variëren afhankelijk van de geografische locatie, de antibioticadruk en de kans op overdracht, met name in nosocomiale settings [25](#page=25) [26](#page=26). **Situaties waarin antibiotica niet behandeld moeten worden:** * Asymptomatische bacteriurie wordt over het algemeen niet met antibiotica behandeld [25](#page=25). * De meeste gevallen van diarree, met name infecties door STEC (Shiga toxin-producing *E. coli*), kunnen zelfs meer complicaties vertonen na antibioticatoediening [25](#page=25). > **Opmerking:** Bij ernstige Salmonella gastro-enteritis die antibiotische behandeling vereist, zijn neonacroliden een optie. Hoewel klinisch minder bruikbaar voor gram-negatieven met hoge MICs, bereiken ze goede concentraties in de darm en intracellulaire Salmonella's, in tegenstelling tot bijvoorbeeld β-lactams [25](#page=25). **Antibiotherapie bij menginfecties:** Bij infecties van de buikholte, zoals abcessen of peritonitis, is er vaak sprake van een menginfectie door meerdere bacteriën. De keuze van een antibioticum houdt hierbij rekening met deze mix, conform richtlijnen zoals de BAPCOC-richtlijnen [25](#page=25). #### 5.2.2 Chirurgische behandeling Chirurgische interventies omvatten het draineren van abcessen, het verwijderen van pus en necrotisch weefsel, en het herstellen van de anatomie om onderliggende afwijkingen aan te pakken en de ontsteking te stoppen [25](#page=25). #### 5.2.3 Supportieve behandeling Bij zeer ernstige infecties, die kunnen leiden tot een daling van de bloeddruk en orgaanfunctiestoornissen, is supportieve therapie noodzakelijk. Dit kan bestaan uit maatregelen ter verhoging van de bloeddruk, ventilatieondersteuning en nierdialyse [25](#page=25). #### 5.2.4 Gevoeligheid van E. coli voor antibiotica De volgende tabel illustreert de evolutie van de resistentie van *E. coli* tegen verschillende antibiotica in urinestalen over tijd en in verschillende patiëntengroepen [26](#page=26). | Antibiotica | Urine vrouwen Huisartspraktijk Cystitis | Urine vrouwen Huisartspraktijk Cystitis | Stammen UZ-Gent Patiënten < 5 dagen opgenomen | Alle stammen UZGent Patiënten > 5 dagen opgenomen | . | :-------------------- | :------------------------------------------- | :------------------------------------------- | :---------------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | Amoxycilline | 73 | 56 | 35 | 26 | | Cotrimoxazol | 83 | 77 | 57 | 56 | | Ofloxacin | 99 | 86 | 72 | 64 | | Furadantine* | 100 | 100 | 97 | 97 | | Fosfomycine* | _ | 100 | 98 | 98 | | Gentamycine | _ | 90 | 93 | 89 | | Temocilline [S | 100 | 97 | 91 | | | Amoxycilline-clavulaanzuur [S | 93 | 82 | 71 | | | Ceftriaxone [s | 97 | 83 | 82 | | | Piperacilline-tazobactam [S | 98 | 98 | 98 | | | Meropenem [S | 100 | 99.8 | 99.8 | | * (alleen voor cystitis) * [S: niet getest, als gevoelig beschouwd > **Ter illustratie:** De tabel vergelijkt de stijgende resistentie voor verschillende antibiotica tegen *E. coli* uit urinestalen in 1995 en 20 jaar later en tegenover stammen uit het ziekenhuis van patiënten die recent opgenomen waren of al meer dan 5 dagen opgenomen waren. Dit toont een duidelijke trend van toenemende resistentie [1](#page=1) [26](#page=26) [2](#page=2) [3](#page=3) [4](#page=4). --- ## 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 | |------|------------| | Extracellulaire pathogenen | Micro-organismen, zoals bacteriën, die zich buiten de gastheercellen vermenigvuldigen en schade aanrichten. Ze worden vaak bestreden door het immuunsysteem via bijvoorbeeld fagocyten en antistoffen. | | Pyogene bacteriën | Bacteriën die ettervorming (pus) veroorzaken, vaak door het induceren van een sterke inflammatoire respons met de rekrutering van neutrofielen. | | Primo-infectie | De eerste keer dat een gastheer wordt blootgesteld aan een specifiek pathogeen, waarbij het immuunsysteem nog geen specifieke afweer heeft opgebouwd. | | Pathologie | De studie van ziekten, hun oorzaken (etiologie), mechanismen (pathogenese), structurele veranderingen (morfologie) en de gevolgen daarvan voor het lichaam. | | Virulentie | De mate waarin een pathogeen in staat is om ziekte te veroorzaken. Dit wordt bepaald door specifieke factoren van het micro-organisme die het vermogen tot invasie, replicatie en het ontwijken van de immuunrespons bevorderen. | | Incubatieperiode | De tijdspanne tussen de blootstelling aan een pathogeen en het optreden van de eerste klinische symptomen van de infectie. | | Aangeboren immuniteit | De niet-specifieke afweerreacties van het lichaam die direct na de blootstelling aan een pathogeen optreden. Het omvat fysieke barrières, cellulaire componenten zoals macrofagen en neutrofielen, en ontstekingsreacties. | | Symptomatologie | Het geheel van symptomen en tekenen die kenmerkend zijn voor een bepaalde ziekte of aandoening. | | Laboratoriumdiagnostiek | Het gebruik van laboratoriumonderzoek, zoals bloedtesten, kweek en beeldvorming, om een diagnose te stellen of de voortgang van een ziekte te volgen. | | Uropathogene E. coli (UPEC) | Stammen van Escherichia coli die specifiek urineweginfecties (UTI's) veroorzaken. Ze bezitten adhesines die binding aan de urinewegen faciliteren en kunnen ontstekingen veroorzaken. | | Gastro-intestinale infecties | Infecties van het spijsverteringskanaal, vaak veroorzaakt door bacteriën, virussen of parasieten, resulterend in symptomen zoals diarree, braken en buikpijn. | | Pathogenicity islands (PAI) | Specifieke genetische sequenties op het genoom van een bacterie die virulentiëfactoren bevatten en die waarschijnlijk horizontaal zijn overgedragen, waardoor de bacterie pathogeen wordt. | | Commensale flora | Micro-organismen die normaal gesproken op of in het lichaam leven zonder ziekte te veroorzaken, en vaak een symbiotische relatie aangaan met de gastheer. | | Conditionele infecties | Infecties die optreden wanneer een normaal commensale bacterie, onder specifieke omstandigheden zoals een verzwakt immuunsysteem of beschadigde barrières, pathogeen wordt. | | Barrière functie | De beschermende mechanismen van het lichaam die de toegang van pathogenen tot interne weefsels belemmeren, zoals huid, slijmvliezen en de epitheliale integriteit. | | Inflammatoire response | Een complexe biologische reactie van het lichaam op schadelijke stimuli zoals pathogenen of beschadigd weefsel, gekenmerkt door roodheid, zwelling, warmte en pijn. | | Cytokines | Kleine eiwitten die door cellen worden uitgescheiden en die fungeren als signaalmoleculen om de communicatie en respons tussen cellen te reguleren, met name tijdens immuunreacties. | | Chemokines | Een subtype van cytokines die chemotactische activiteit vertonen, wat betekent dat ze cellen, met name leukocyten, aantrekken naar de plaats van ontsteking. | | Interleukines (IL) | Een groep cytokines die een belangrijke rol spelen in de communicatie tussen leukocyten en bij het reguleren van immuunresponsen. | | Leukocyten | Witte bloedcellen die een cruciale rol spelen in de immuunrespons door pathogenen te bestrijden en lichaamsweefsels te beschermen tegen infectie en ziekte. | | Fagocytose | Het proces waarbij bepaalde cellen van het immuunsysteem, zoals macrofagen en neutrofielen, pathogenen, celresten of vreemde deeltjes "opeten" en afbreken. | | PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) | Moleculaire structuren die voorkomen op pathogenen maar niet op lichaamseigen cellen, en die worden herkend door PRRs van het immuunsysteem om een immuunrespons te activeren. | | TLRs (Toll-like Receptors) | Een klasse van receptoren op immuuncellen die PAMPs herkennen en zo een cruciale rol spelen in de activatie van de aangeboren immuniteit. | | LPS (Lipopolysaccharide) | Een belangrijk component van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën, dat als een endotoxine werkt en een sterke immuunrespons kan opwekken. | | Complement | Een complex systeem van eiwitten in het bloed dat deel uitmaakt van de aangeboren immuniteit en helpt bij het bestrijden van infecties door pathogenen direct te lyseren of de fagocytose te faciliteren. | | Vasodilatatie | Het verwijden van bloedvaten, wat leidt tot een verhoogde bloedtoevoer naar een bepaald gebied, vaak gezien als een reactie op ontsteking. | | Neutrofielen | Een type witte bloedcel en een belangrijk onderdeel van de aangeboren immuniteit, gespecialiseerd in fagocytose en het bestrijden van bacteriële infecties. | | Opsonisatie | Het proces waarbij pathogenen worden bedekt met moleculen (zoals antilichamen of complementcomponenten) die de herkenning en fagocytose door immuuncellen vergemakkelijken. | | Acute fase eiwitten | Eiwitten waarvan de concentratie in het bloed verandert tijdens een ontstekingsreactie, zoals C-reactief proteïne (CRP) en serum amyloid A. | | Granulocytose | Een verhoging van het aantal granulocyten (zoals neutrofielen, eosinofielen en basofielen) in het bloed, vaak een teken van infectie of ontsteking. | | Linksverschuiving | Een toename van jonge, immature vormen van neutrofielen in het bloed, wat duidt op een verhoogde productie door het beenmerg als reactie op een infectie of ontsteking. | | Abces | Een ophoping van pus in een weefselholte, veroorzaakt door een bacteriële infectie en ontstekingsreactie. Het is vaak omgeven door een fibreuze capsule. | | Empyeem | Een ophoping van pus in een bestaande lichaamsholte, zoals de pleuraholte (longempyeem) of de buikholte (buikempyeem). | | Septische shock | Een levensbedreigende complicatie van een ernstige infectie, waarbij de wijdverspreide inflammatie leidt tot een drastische daling van de bloeddruk, orgaanfalen en een verstoorde bloedcirculatie. | | Diffuse intravasculaire stolling (DIC) | Een ernstige aandoening waarbij de bloedstolling in het hele lichaam wordt geactiveerd, wat leidt tot de vorming van bloedstolsels en het verbruik van stollingfactoren, met bloedingen tot gevolg. | | Multiple orgaan falen (MOF) | Het falen van meerdere organen in het lichaam, vaak als gevolg van ernstige infecties, shock of andere kritieke ziekten. | | Adhesines | Moleculen op het oppervlak van bacteriën die hen in staat stellen zich vast te hechten aan gastheercellen of weefsels, wat een belangrijke stap is in het kolonisatieproces. | | Hemolysine | Een toxine dat rode bloedcellen kan afbreken (hemolyse). Dit kan bijdragen aan weefselschade en de verspreiding van de infectie. | | Kapsels | Een beschermende buitenlaag rondom sommige bacteriën die hen kan beschermen tegen fagocytose door immuuncellen en kan bijdragen aan hun persistentie in de gastheer. | | Sideroforen | Moleculen die door bacteriën worden geproduceerd om ijzer uit de omgeving op te nemen, aangezien ijzer essentieel is voor hun groei en metabolisme. | | Endotoxine | Een toxine dat deel uitmaakt van de celwand van Gram-negatieve bacteriën (zoals LPS) en dat bij vrijkomen een krachtige inflammatoire en immuunrespons kan opwekken. | | Enteropathogenen | Micro-organismen die infecties van het spijsverteringskanaal veroorzaken, vaak leidend tot diarree. | | Enteroaggregatieve E. coli (EAEC) | Een type enteropathogene E. coli dat zich aggregeert op de darmmucosa en persistentie en ontsteking kan veroorzaken, vaak geassocieerd met chronische diarree. | | Enterotoxigene E. coli (ETEC) | Een type enteropathogene E. coli dat enterotoxines produceert die leiden tot waterige diarree, vaak vergelijkbaar met de effecten van cholera toxine. | | Enteroinvasieve E. coli (EIEC) | Een type enteropathogene E. coli dat vergelijkbaar is met Shigella en in staat is de darmepitheelcellen te penetreren en intracellulaire infecties te veroorzaken. | | Enteropathogene E. coli (EPEC) | Een type enteropathogene E. coli dat zich vasthecht aan de darmepitheelcellen en microvili vervlakt, wat leidt tot diarree, vooral bij zuigelingen. | | Shiga toxin-producing E. coli (STEC) | Een groep E. coli stammen die shiga toxines produceren, welke ernstige darmklachten kunnen veroorzaken, waaronder bloederige diarree en het hemolytisch uremisch syndroom (HUS). | | Hemolytisch uremisch syndroom (HUS) | Een ernstige complicatie van infecties met STEC, gekenmerkt door hemolytische anemie, nierfalen en trombocytopenie (laag aantal bloedplaatjes). | | Globotriaosylceramide (Gb3) | Een receptor op het oppervlak van de glomerulaire endotheelcellen die wordt herkend door shiga toxine, wat leidt tot schade aan de nieren en de ontwikkeling van HUS. | | Urineonderzoek (Type II staal) | Een type monster waarbij contaminatie door bacteriën uit de omgeving of de huid mogelijk is. Zorgvuldige afname en interpretatie zijn cruciaal voor de diagnose, zoals bij urineweginfecties. | | Fecesonderzoek (Type III staal) | Een monster van ontlasting dat altijd bacteriën bevat. Het laboratorium moet specifiek zoeken naar verwekkers van diarree, vaak met behulp van selectieve media. | | Hemocultuur | Een bloedkweek die wordt uitgevoerd om de aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan te detecteren, wat wijst op een systemische infectie zoals sepsis. | | Serotypering | Een methode om bacteriën te classificeren op basis van hun antigenen, zoals O-, H- en K-antigenen. Dit kan helpen bij het identificeren van specifieke stammen en hun mogelijke pathogeniteit. | | Pathotypes | Subgroepen van bacteriën die worden geclassificeerd op basis van hun specifieke ziekteverwekkende eigenschappen en de ziektebeelden die ze veroorzaken. | | Antibioticaresistentie | Het vermogen van bacteriën om de effecten van antibiotica te weerstaan, waardoor de behandeling van infecties moeilijker wordt. | | Asymptomatische bacteriurie | De aanwezigheid van bacteriën in de urine zonder dat er symptomen van een urineweginfectie aanwezig zijn. Behandeling is meestal niet nodig. | | Nosocomiale overdracht | De verspreiding van infecties binnen een zorginstelling, zoals een ziekenhuis, vaak door contact tussen patiënten, personeel of apparatuur. | | BAPCOC | Waarschijnlijk een afkorting voor een richtlijn-uitgevend orgaan voor de behandeling van infecties, mogelijk specifiek voor buikinfecties (bv. Belgian Antibiotic Policy). | | Draineren (abcessen) | Het chirurgisch verwijderen van pus en vloeistof uit een abces, wat essentieel is voor de genezing en het voorkomen van verdere verspreiding van de infectie. | | Supportieve behandeling | Behandelingen die gericht zijn op het ondersteunen van vitale lichaamsfuncties en het verlichten van symptomen bij ernstig zieke patiënten, zonder de onderliggende oorzaak direct aan te pakken. |

# Classificatie en replicatie van virussen Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten die zich vermenigvuldigen door de machinerie van gastheercellen te kapen, waarbij hun classificatie en replicatiestrategieën sterk afhangen van hun genetisch materiaal en structuur [1](#page=1). ### 1.1 Classificatie van virussen De rudimentaire classificatie van virussen is gebaseerd op enkele kernkenmerken [1](#page=1): * **Aanwezigheid van een envelop:** * Virussen met een envelop hebben een grillige structuur van lipiden [1](#page=1). * Virussen zonder envelop vertonen compacte, geometrische vormen [1](#page=1). * **Type genetisch materiaal:** * Virussen kunnen dubbelstrengig of enkelstrengig genetisch materiaal bevatten [1](#page=1). * **Samenstelling van het genetisch materiaal:** * Het genetisch materiaal kan bestaan uit DNA of RNA [1](#page=1). Een infectieus virusdeeltje omvat dus ofwel een envelop ofwel niet, en bevat DNA of RNA, dat verder onderverdeeld kan worden in dubbelstrengige of enkelstrengige vormen [1](#page=1). ### 1.2 Replicatie van virussen Virussen hebben een gastheercel nodig om zich te kunnen repliceren. Het replicatieproces verloopt via specifieke stappen, die afhankelijk zijn van het type genetisch materiaal van het virus (DNA/RNA, dubbel/enkelstrengig) [1](#page=1) [2](#page=2). #### 1.2.1 Algemene stappen van virale replicatie De replicatiecyclus van een virus omvat de volgende algemene fasen: 1. **Herkenning en binding:** Virussen herkennen gastheercellen via specifieke receptoren op hun celmembraan. Wanneer een geschikte gastheercel is gevonden, binden de virussen zich aan deze receptoren [1](#page=1). 2. **Intrede en ontmanteling:** Het viruscapside kan fuseren met het celmembraan, of het hele virus komt het cytoplasma binnen. Na binnenkomst wordt het capside verwijderd, waardoor het genetisch materiaal vrijkomt [1](#page=1). 3. **Vrijmaking van nucleïnezuur:** Het virale nucleïnezuur (DNA of RNA) komt vrij in het cytoplasma en kan, afhankelijk van het virus, naar de celkern migreren [1](#page=1). 4. **Synthese van virale componenten:** Viraal messenger-RNA (mRNA) wordt aangemaakt (direct of via tussenstappen). Dit mRNA dient als sjabloon voor de synthese van virale capside-eiwitten en de replicatie van het virale nucleïnezuur [1](#page=1). * **Omzetting naar mRNA:** Alle genetische materialen (DNA of RNA, enkel- of dubbelstrengig) worden uiteindelijk omgezet naar mRNA om de synthese van virale eiwitten en nieuwe virale nucleïnezuren mogelijk te maken [2](#page=2). * **Enkelstrengig DNA virussen:** Virussen met enkelstrengig DNA kunnen dit eerst omzetten naar dubbelstrengig DNA, waarna het transcriptie tot mRNA kan plaatsvinden [2](#page=2). 5. **Assemblage en vrijgave:** Nieuwe viruspartikels worden gesynthetiseerd. Deze kunnen vervolgens de gastheercel verlaten door middel van afsnoering, waarbij een envelop ontstaat, of door lyse (scheuring) van de gastheercel, wat resulteert in naakte virussen (zonder envelop) [1](#page=1). #### 1.2.2 Belang van polymerasen bij replicatie Virussen die niet over de benodigde nucleïnezuren beschikken om hun eigen mRNA te produceren, moeten hun eigen polymerasen meenemen naar de gastheercel. Zonder deze meegebrachte polymerasen is replicatie niet mogelijk [2](#page=2). > **Tip:** Het begrijpen van de specifieke replicatiestrategieën van virussen, die sterk variëren afhankelijk van hun genetische materiaal, is cruciaal voor het ontwikkelen van antivirale therapieën. > **Example:** Een RNA-virus dat een RNA-afhankelijke RNA-polymerase nodig heeft, moet dit enzym coderen en meenemen, aangezien de gastheercel doorgaans geen dergelijke polymerasen heeft [2](#page=2). --- # Classificatie en taxonomie van bacteriën Deze sectie behandelt de verschillende vormen, gramkleuring, celwandstructuur en de wetenschappelijke nomenclatuur en systematiek die gebruikt wordt voor de classificatie van bacteriën, met nadruk op DNA-sequenties. ### 2.1 Morfologie en celwandstructuur Bacteriën vertonen diverse vormen, wat leidt tot verschillende conformaties. Deze vormen omvatten kokken (in streptoligging, pakketjes en trosjes), staven, vibrio's en spirillen. Daarnaast kunnen bacteriën voorzien zijn van flagellen (monotriche, lofotriche en peritriche configuraties). Ook poolkorrels en sporen (centraal of eindstandig) komen voor [2](#page=2). Bacteriën worden doorgaans geclassificeerd als gram-positief (gram+) of gram-negatief (gram–), wat direct verband houdt met de structuur van hun celwand [2](#page=2). * **Gram-positieve bacteriën** hebben één membraan omgeven door een dikke celwand [2](#page=2). * **Gram-negatieve bacteriën** bezitten twee membranen met een dunne celwand ertussen [2](#page=2). Het kennen van de celwandstructuur is cruciaal voor het selecteren van de juiste antibiotica voor een specifieke bacterie. Deze indeling wordt mede bepaald door een specifieke kleuringstechniek [2](#page=2). ### 2.2 Wetenschappelijke nomenclatuur en systematiek De taxonomie van bacteriën linkt fylogenie (de verwantschap tussen bacteriën) aan de classificatie zelf. Tegenwoordig is DNA-sequencing, met name volledige DNA-sequenties, de primaire basis voor deze classificatie. De ontwikkeling verloopt van fenotypische kenmerken (hoe een bacterie eruitziet) naar genotypische analyse (DNA-sequencing) en uiteindelijk naar fylogenetische inzichten (verwantschap) [3](#page=3). Het 'species concept' is problematisch bij bacteriën, omdat ze zich niet seksueel voortplanten. Nieuwe bacteriën ontstaan door groei en celdeling. Er is daarom een theoretische lijn nodig om te bepalen wanneer een nieuw species begint. Het kan voorkomen dat bacteriën initieel onder één species worden gecategoriseerd, maar later worden opgesplitst in nieuwe species. De onderverdeling in nieuwe species is gebaseerd op DNA-conservatie (behoud van DNA) en veranderingen in DNA-sequenties [3](#page=3). #### 2.2.1 Taxonomie en nomenclatuur Taxonomie is een hiërarchische classificatie die gebaseerd is op fenotype en evolutionaire verwantschap. De naam van een bacterie bestaat vaak uit de combinatie van genus en species. Een uitzondering hierop zijn de Enterobacteriaceae, waarbij de hele groep (enterobacterales) als familie wordt beschouwd [3](#page=3). De nomenclatuur is binomiaal, wat betekent dat de naam uit twee woorden bestaat en het systeem van Carl Linnaeus volgt, bestaande uit de genusnaam plus de speciesnaam. Deze namen zijn vaak afgeleid van Latijnse of Griekse woorden, of verwijzen naar een fenotype (zoals een ziektebeeld) of een persoon. Nieuwe namen moeten voldoen aan de regels van de ‘International Code of Nomenclature of Bacteria’ [4](#page=4). ### 2.3 Commensaal versus pathogeen Sommige micro-organismen komen regelmatig voor in de normale flora maar kunnen ook ziekte veroorzaken. Deze bacteriën kunnen zowel commensaal als pathogeen zijn, afhankelijk van het stadium en de locatie waar ze worden aangetroffen. Voorbeelden hiervan zijn *Streptococcus pneumoniae*, *Neisseria meningitidis*, *Haemophilus influenzae* en *Streptococcus pyogenes* [4](#page=4). Deze micro-organismen beschikken over virulentiefactoren die suggereren dat ze frequent in contact komen met elementen van het immuunsysteem. Met behulp van deze virulentiefactoren proberen ze het immuunsysteem te ontwijken en te overleven. Voorbeelden van zulke factoren zijn capsules, IgA protease, pilli en anti-fagocytaire eiwitten [4](#page=4). Immunisatie kan ziekte voorkomen, maar elimineert ook de kolonisatie van deze bacteriën, waardoor ze niet meer in de normale flora kunnen voorkomen. Voorbeelden van vaccins die dit effect hebben zijn Hib conjugate, Prevnar en meningokokkenvaccins [4](#page=4). Pathogenen onderscheiden zich van commensalen doordat ze de inherente eigenschap bezitten om anatomische barrières te passeren of andere afweerstrategieën van de gastheer te doorbreken. Dit stelt hen in staat te overleven en zich te vermenigvuldigen, terwijl andere bacteriën daarin falen. Pathogenen dringen binnen en vermenigvuldigen zich vervolgens. Een voorbeeld hiervan is een bacterie die in het bloed wordt aangetroffen; bloed is normaal gesproken steriel, dus de aanwezigheid van een bacterie duidt op het doorbreken van een anatomische barrière en het vinden van een geschikte niche voor vermenigvuldiging [4](#page=4). --- # Commensale versus pathogenen micro-organismen Dit onderwerp behandelt de fundamentele verschillen tussen commensale en pathogene micro-organismen, inclusief het concept van commensale pathogenen, de rol van virulentiefactoren en het effect van immunisatie [4](#page=4). ### 3.1 Definitie van pathogenen en commensalen Pathogenen zijn micro-organismen die de inherente eigenschap bezitten om anatomische barrières te passeren of andere gastheer-verdedigingsstrategieën te doorbreken, wat bij andere bacteriën niet lukt. Dit stelt hen in staat om binnen te dringen en zich te vermenigvuldigen, bijvoorbeeld in normaal gesproken steriele ruimtes zoals bloed. De capaciteit om een barrière te doorbreken is dus essentieel voor pathogeniciteit. De meeste pathogenen vestigen zich in specifieke niches waar doorgaans geen stabiele microbiële populaties aanwezig zijn, omdat ze voordeel halen uit dit specifieke milieu om zich te vermenigvuldigen en de gastheer te schaden. Deze invasieve eigenschappen zijn cruciaal voor hun overleving in de natuur en ze zijn vaak gastheerspecifiek. Een pathogeen moet kunnen indringen, zich vermenigvuldigen en de gastheer verlaten zonder uitgeroeid te worden [5](#page=5). Commensale micro-organismen, daarentegen, leven in symbiose met de gastheer zonder ziekte te veroorzaken. Ze maken deel uit van de normale flora en hebben geen inherente eigenschap om barrières te doorbreken of het immuunsysteem te omzeilen. ### 3.2 Commensale pathogenen Sommige micro-organismen worden regelmatig aangetroffen in culturen van de normale flora, maar kunnen onder bepaalde omstandigheden ook ziekte veroorzaken; dit worden commensale pathogenen genoemd. Bacteriën kunnen dus zowel commensale als pathogene rollen vervullen, afhankelijk van het stadium en de locatie waar ze worden aangetroffen. Voorbeelden hiervan zijn *Streptococcus pneumoniae*, *Neisseria meningitidis*, *Haemophilus influenzae* en *Streptococcus pyogenes*. Deze micro-organismen beschikken over virulentiefactoren, wat suggereert dat ze regelmatig in contact komen met elementen van het immuunsysteem [4](#page=4). > **Tip:** Begrijp dat de classificatie als pathogeen of commensale pathogeen contextafhankelijk is en vaak afhangt van de interactie tussen de microbe, de gastheer en de omgeving. #### 3.2.1 Virulentiefactoren Virulentiefactoren zijn eigenschappen van micro-organismen die hen helpen het immuunsysteem te ontwijken en te overleven, waardoor ze ziekte kunnen veroorzaken. Deze factoren kunnen uiteenlopende functies hebben, zoals het vormen van een capsule, het produceren van IgA-protease, het bezitten van pili voor adhesie, of het produceren van anti-fagocytaire eiwitten [4](#page=4). Bovendien kunnen virulentiefactoren ook een biologische functie hebben in een niet-pathogene context. Ze kunnen essentieel zijn voor het ziek maken van de gastheer of voor verspreiding. Een voorbeeld is biofilmvorming, wat de vorming van multicellulaire gemeenschappen mogelijk maakt die zowel in de gastheer als in de omgeving moeilijker te overwinnen en te verwijderen zijn [5](#page=5). #### 3.2.2 Immunisatie en kolonisatie Immuunisatie is een cruciaal mechanisme dat niet alleen ziekte voorkomt, maar ook kolonisatie door bepaalde bacteriën elimineert. Na vaccinatie kunnen deze bacteriën niet langer de normale flora koloniseren. Voorbeelden van succesvolle vaccinaties die dit principe illustreren zijn de Hib-conjugaatvaccins, Prevnar, en meningokokkenvaccinaties [4](#page=4). ### 3.3 Bacteriële pathogeniciteit als een levensstijl Bacteriële pathogeniciteit kan worden beschouwd als een levensstijl die via evolutie is ontstaan, waarbij pathogenen strategieën ontwikkelen om te overleven in de gastheer. Dit omvat diverse tactieken [5](#page=5): * **De gastheer binnendringen:** Het overwinnen van anatomische en fysiologische barrières [5](#page=5). * **Een niche vinden:** Het identificeren en vestigen in een specifieke locatie waar vermenigvuldiging mogelijk is [5](#page=5). * **Intiem interageren met de gastheer:** Dit kan bijvoorbeeld het hechten aan specifieke receptoren omvatten [5](#page=5). * **Repliceren:** Het vermenigvuldigen tot aantallen die ziekte kunnen veroorzaken; vaak zijn meerdere pathogenen nodig [5](#page=5). * **Persisteren:** Het vermogen om te overleven ondanks immuunresponsen van de gastheer [5](#page=5). Pathogeniciteit is een weerspiegeling van de evolutie tussen een micro-organisme en een specifieke gastheer. Ziekte kan worden gezien als een gevolg van een microbiële aanpassingsstrategie, een "experiment" dat zowel door de gastheer als de microbe kan worden beïnvloed. Ecologische principes zijn van toepassing op zowel commensalen als pathogenen die samenleven binnen het humane ecosysteem [5](#page=5). --- # Pathogeniciteit en ziekte bij infecties Dit deel behandelt de principes van pathogeniciteit, de interactie tussen gastheer en pathogeen, en het ijsbergconcept dat het verschil tussen infectie en klinische ziekte illustreert. ### 4.1 Principes van pathogeniciteit Pathogeniciteit weerspiegelt de evolutionaire interactie tussen een micro-organisme en een specifieke gastheer. Ziekte is vaak een gevolg van een microbiële aanpassingsstrategie, een "experiment" dat zowel door de gastheer als de microbe kan "fouten" maken. Virulentiefactoren, die essentieel kunnen zijn voor het ziek maken of de verspreiding van een pathogeen, kunnen ook een biologische functie hebben in een niet-pathogene context. Ecologische principes zijn van toepassing op zowel commensalen als pathogenen die samenleven in het humane landschap [5](#page=5). Bacteriële pathogeniciteit kan worden beschouwd als een "lifestyle" die is ontstaan door evolutie, waarbij pathogenen strategieën ontwikkelen om te overleven binnen een gastheer. Dit omvat [5](#page=5): * De gastheer binnendringen [5](#page=5). * Een niche vinden, vaak in een milieu waar andere stabiele microbiële populaties afwezig zijn, wat hen een voordeel geeft om zich te vermenigvuldigen en de gastheer te schaden [5](#page=5). * Intiem interageren met de gastheer, bijvoorbeeld door te hechten aan receptoren [5](#page=5). * Repliceren; vaak zijn meerdere pathogenen nodig om ziekte te veroorzaken [5](#page=5). * Persisteren, onder meer door het omzeilen of manipuleren van de immuunrespons van de gastheer [5](#page=5). * Verspreiding of exit uit de gastheer [6](#page=6). * Voortdurende evolutie en experimentatie, waarbij geleerde "ervaringen" worden gedeeld [6](#page=6). Om pathogeen te zijn, moet een micro-organisme eigenschappen bezitten om een barrière te doorbreken en te overleven in de gastheer zonder te worden uitgeroeid. Deze invasieve eigenschappen zijn cruciaal voor overleving in de natuur en pathogenen zijn vaak gastheer-specifiek [5](#page=5). ### 4.2 Ziekte als gevolg van interactie Klinische ziekte is altijd het resultaat van een gastheer-pathogeen interactie; een samenspel tussen de gastheer en het pathogeen. Het is belangrijk te beseffen dat niet iedereen ziek wordt na het binnenkrijgen van een pathogeen [6](#page=6). #### 4.2.1 Het ijsbergconcept Het ijsbergconcept illustreert dat niet elke infectie leidt tot klinische ziekte. Er is een significant verschil in hoe vaak infecties zich manifesteren als ziekte [6](#page=6). * **Asymptomatische versus symptomatische infecties:** Infecties kunnen zowel asymptomatisch (zonder symptomen) als symptomatisch (met symptomen) zijn [6](#page=6). * **Meer asymptomatische gevallen:** Het ijsbergmodel suggereert dat er meer mensen asymptomatisch zijn dan symptomatisch [6](#page=6). * **Potentiële besmettelijkheid:** Een asymptomatische infectie betekent niet dat de persoon niet besmettelijk is voor anderen [6](#page=6). > **Voorbeeld:** Bij rabiës is 100% van de infecties klinisch zichtbaar, terwijl bij polio slechts enkele percentages van de infecties tot een klinisch beeld leiden, hoewel dit beeld dan wel ernstig kan zijn. Dit benadrukt de variabiliteit in de manifestatie van ziekte [6](#page=6). --- ## 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 | |------|------------| | Envelop (virussen) | Een lipide laag die het virale genetisch materiaal omgeeft. Virussen met een envelop hebben vaak een grillige structuur en raken de cel meestal kwijt via afsnoering, wat resulteert in een envelop rond het nieuwe virusdeeltje. | | Capside | De eiwitomhulsel dat het genetisch materiaal (DNA of RNA) van een virus beschermt. Na de binding met de gastheercel kan de capside fuseren met het celmembraan of wordt het virus in zijn geheel opgenomen, waarna de capside wordt verwijderd om het nucleïnezuur vrij te maken. | | Nucleïnezuur (viraal) | Het genetisch materiaal van een virus, bestaande uit DNA of RNA. Dit kan enkelstrengig of dubbelstrengig zijn en speelt een cruciale rol in de replicatie van het virus binnen een gastheercel, omdat het dient als sjabloon voor de synthese van virale eiwitten en nieuw genetisch materiaal. | | Replicatie (viraal) | Het proces waarbij een virus zich vermenigvuldigt binnen een gastheercel. Dit omvat stappen zoals celherkenning, binding, opname, vrijmaking van genetisch materiaal, synthese van virale componenten en de uiteindelijke assemblage en afgifte van nieuwe virusdeeltjes. | | Gastheercel | Een levende cel waarin een virus zich kan vermenigvuldigen. Virussen zijn afhankelijk van gastheercellen voor hun replicatie, aangezien ze zelf niet over de benodigde machinerie beschikken om dit proces uit te voeren. | | mRNA (viraal) | Messenger RNA dat wordt gesynthetiseerd vanuit het virale genetisch materiaal (DNA of RNA). Dit mRNA dient als sjabloon voor de productie van virale eiwitten, zoals de capside-eiwitten, die nodig zijn voor de opbouw van nieuwe virusdeeltjes. | | Gram-kleuring | Een differentiële kleuringstechniek die gebruikt wordt om bacteriën te classificeren op basis van hun celwandstructuur. Gram-positieve bacteriën behouden de paarse kleurstof door hun dikke celwand, terwijl Gram-negatieve bacteriën de roze tegenkleuring aannemen na het verwijderen van de buitenste membraan en dunnere celwand. | | Genus | Een taxonomische rangorde boven de soort, die een groep nauw verwante bacteriën omvat. De naam van een bacterie bestaat meestal uit de combinatie van het genus en de soortnaam, wat de binominale nomenclatuur vormt. | | Species (bacterieel) | De fundamentele taxonomische eenheid die een groep bacteriën omvat met vergelijkbare genetische en fenotypische eigenschappen. Het concept van een species bij bacteriën is complex vanwege aseksuele voortplanting en wordt gebaseerd op DNA-conservatie en sequentieveranderingen. | | Commensaal | Een micro-organisme dat op of in het lichaam van een gastheer leeft zonder schade te veroorzaken, en vaak profiteert van de gastheer zonder deze significant te beïnvloeden. Sommige commensalen kunnen echter onder bepaalde omstandigheden pathogeen worden. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken in een gastheer. Pathogenen hebben specifieke eigenschappen, bekend als virulentiefactoren, die hen in staat stellen anatomische barrières te overwinnen, gastheerweefsels te beschadigen en zich te vermenigvuldigen. | | Virulentiefactoren | Moleculaire componenten of mechanismen die een micro-organisme gebruikt om ziekte te veroorzaken. Dit kunnen structuren zijn zoals capsules, enzymen zoals IgA-protease, of eiwitten die de immuunrespons van de gastheer ontwijken. | | Pathogeniciteit | De inherente eigenschap van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken. Het is een complexe interactie tussen de microbe en de gastheer, waarbij evolutionaire aanpassingen van de microbe essentieel zijn voor overleving en het veroorzaken van ziekte. | | IJsbergconcept | Een model dat de relatie tussen infectie en ziekte illustreert. Het toont aan dat bij veel infectieziekten slechts een klein deel van de geïnfecteerde individuen klinische symptomen vertoont (de top van de ijsberg), terwijl het merendeel asymptomatisch blijft (het ondergedompelde deel). |

# Introductie tot microbiologie en de drie domeinen van het leven Dit onderwerp introduceert de micro-organismen en hun complexe relatie met de mens, concepten van de ecologische niche, en de fundamentele principes van de microbiologie, inclusief de ontdekking van micro-organismen en hun indeling in de drie domeinen van het leven: Archaea, Bacteria en Eukarya. ### 1.1 Introductie tot microbiologie Microbiologie bestudeert micro-organismen, die onze wereld op fundamentele wijze beïnvloeden. Hoewel de mens zich vaak beschouwt als de "top van de voedselketen", zijn we microscopisch gezien afhankelijk van en leven we te midden van talloze andere levende wezens. Micro-organismen zijn niet-zichtbare organismen die een cruciale rol spelen in kringloopprocessen, waarbij de output van het ene proces de input is voor het andere [2](#page=2). #### 1.1.1 De mens en micro-organismen De relatie tussen de mens en micro-organismen is complex en omvat commensalen (die voordeel trekken zonder de gastheer te schaden), symbionten (die wederzijds voordeel ondervinden) en pathogenen (die ziekte veroorzaken). Veranderingen in het milieu, zoals bevolkingstoename, hygiënepraktijken, antibioticagebruik en mobiliteit, verstoren deze relaties en kunnen leiden tot nieuwe uitdagingen op het gebied van gezondheid en ziekte. De impact van infectieziekten op de mens en zijn genoom, evenals de opkomst van nieuwe en terugkerende pathogenen en antibioticaresistentie, zijn belangrijke actuele thema's [1](#page=1) [2](#page=2). #### 1.1.2 Ontdekking van micro-organismen De microbiologie begon met de uitvinding van de microscoop rond 1600 in Nederland. Antonie van Leeuwenhoek beschreef levende micro-organismen zoals kokken (bolvormig) en staven (staafvormig), evenals staphylokokken (trosvormig). Aanvankelijk werd het onzichtbare leven, waaronder micro-organismen, gezien als spontaan ontstaan uit levenloze materie (generatio spontanea), terwijl het zichtbare leven als geschapen werd beschouwd. De diversiteit van de microbiële wereld bleek echter veel groter te zijn dan aanvankelijk werd gedacht, zelfs groter dan die van zichtbare macro-organismen [3](#page=3) [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6). #### 1.1.3 De ecologische niche Een niche wordt gedefinieerd als de plaats, omgeving en toestand waarin een organisme zich goed voelt en kan overleven en voortplanten. Het begrijpen van de interacties tussen verschillende soorten binnen een niche is een fundamenteel concept in de microbiologie [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.2 De drie domeinen van het leven De classificatie van het leven is fundamenteel veranderd door de toepassing van moleculaire technieken, met name de analyse van nucleïnezuursequenties [7](#page=7). #### 1.2.1 Van zichtbare naar moleculaire kenmerken In de 19e eeuw begon men het bestaan van micro-organismen te koppelen aan processen zoals rottingsprocessen, wijnproductie en ziekte. Nieuwe moleculaire technieken, zoals massief parallel sequencen (Next-Generation Sequencing, NGS), maken het mogelijk om al het RNA en DNA in een bepaalde niche te beschrijven, wat de ongekende diversiteit en functie van het leven blootlegt [3](#page=3) [7](#page=7). #### 1.2.2 16S rRNA en fylogenie De kleine subunit van het ribosoom, bekend als 16S rRNA (bij bacteriën) en 18S rRNA (bij eukaryoten), is essentieel voor dit classificatiesysteem. Dit ribosomale RNA komt bij alle levende wezens voor, is functioneel identiek, en wordt gebruikt voor taxonomische en fylogenetische analyse. De sequentieanalyse van 16S rRNA heeft geleid tot de opstelling van een levensboom [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.2.3 De drie domeinen van het leven Gebaseerd op nucleïnezuursequenties (16S/18S rRNA en DNA-sequenties) is het leven ingedeeld in drie domeinen: **Archaea**, **Bacteria** en **Eukarya** [8](#page=8). * **Archaea** en **Bacteria** zijn prokaryoten, wat betekent dat hun cellen geen kernstructuur hebben [8](#page=8). * **Eukarya** (waartoe planten, dieren en schimmels behoren) zijn organismen waarvan de cellen een celkern bevatten [8](#page=8). De drie domeinen van het leven, zoals voorgesteld door Carl Woese, zijn gebaseerd op moleculaire kenmerken [6](#page=6) [7](#page=7) [8](#page=8). #### 1.2.4 LUCA en horizontale gentransfer LUCA (Last Universal Common Ancestor) is de hypothetische gemeenschappelijke voorouder van al het leven op aarde. Echter, de frequentie van horizontale gentransfer (overdracht van genetisch materiaal tussen niet-verwante organismen) en horizontale organeltransfer tijdens de evolutie suggereert dat LUCA mogelijk niet op de traditionele manier heeft bestaan. Het wordt verondersteld dat eukaryoten zijn ontstaan uit een fusie tussen een archaion en een bacterie [10](#page=10) [8](#page=8) [9](#page=9). #### 1.2.5 Virussen Virussen worden niet opgenomen in de levensboom omdat ze niet als levende organismen worden beschouwd. Ze hebben een levende gastheer nodig om zich te vermenigvuldigen en kunnen worden gezien als onderdeel van de genenpool van het leven, die actief deelnemen aan de evolutie [8](#page=8). #### 1.2.6 Diversiteit van het leven Slechts een beperkt deel van de levensdiversiteit is meercellig en zichtbaar voor het blote oog, zoals planten, dieren en schimmels (ook wel Opisthokonten genoemd). De overgrote meerderheid van de biodiversiteit bevindt zich bij de bacteriën, die een vele malen rijkere en grotere diversiteit vertonen dan bijvoorbeeld de dierenwereld [8](#page=8). > **Tip:** Het is cruciaal om het onderscheid te onthouden tussen prokaryote domeinen (Archaea, Bacteria) en het eukaryote domein, evenals de rol van 16S rRNA in de classificatie. > **Voorbeeld:** De vraag "Welke twee organismen verschillen het meest van elkaar?" (zie pagina 5) illustreert hoe moleculaire data de traditionele, visuele classificatie kan uitdagen en de immense diversiteit van micro-organismen kan onthullen. Een stafylokok (bolletje) en E. coli (staafje) verschillen genetisch veel meer van elkaar dan bijvoorbeeld een mens en een bonobo. --- # De kiemtheorie en interacties tussen soorten in een niche Dit onderwerp behandelt de historische ontwikkeling van de kiemtheorie, de identificatie van ziekteverwekkers en hun diversiteit, alsook de complexe interacties tussen micro-organismen en hun omgeving binnen een specifieke niche. ### 2.1 De ontwikkeling van de kiemtheorie De kiemtheorie stelt dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. Dit staat in contrast met oudere ideeën die ziekte toeschreven aan concepten als "kwaadaardige dampen", "overdraagbare gifstoffen", "verrotting" of "magie". Een cruciale stap in de acceptatie van de kiemtheorie was het werk van Robert Koch in de periode 1870-1880, waarin hij de specifieke verwekkers identificeerde van ziekten zoals miltvuur (anthrax) veroorzaakt door *Bacillus anthracis*, tuberculose door *Mycobacterium tuberculosis*, en cholera door *Vibrio cholerae* [13](#page=13). > **Tip:** De identificatie van specifieke ziekteverwekkers door Koch was baanbrekend en legde de basis voor de moderne microbiologie en de aanpak van infectieziekten. ### 2.2 Ziekteverwekkers en hun eigenschappen Niet alle bacteriën zijn inherent ziekteverwekkend. Belangrijk is dat infectieziekten niet altijd overdraagbaar zijn door personen die zelf niet ziek zijn, aangezien deze dragers wel bacteriën kunnen bevatten die ziekte kunnen veroorzaken. De oorzaak van ziekte is ook niet telkens toe te schrijven aan één specifieke bacterie [14](#page=14). #### 2.2.1 Virulentie en conditionele pathogenen Virulentie wordt gedefinieerd als het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken. Naast de klassieke pathogenen die de regels van Koch volgen, bestaan er ook micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken afhankelijk van de omstandigheden. Deze worden **conditionele pathogenen** genoemd. De manifestatie van ziekte door deze pathogenen is afhankelijk van verschillende factoren [15](#page=15): * De vatbaarheid van het individu voor kolonisatie en invasie [15](#page=15). * De immuunrespons van het individu [15](#page=15). Deze conditionele pathogenen maken gebruik van opportuniteiten om ziekte te veroorzaken, zoals wonden of een verzwakt immuunsysteem [15](#page=15). #### 2.2.2 Opportunistische infecties en dysbacteriose Wanneer de oorzaak van ziekte een algemene vermindering van de immuniteit is, spreekt men van **opportunistische infecties**. De veroorzakers van deze infecties kunnen doorgaans geen ziekte veroorzaken bij gezonde individuen. Een ander fenomeen is **dysbacteriose**, waarbij de lokale flora uit balans is en de symptomen niet direct toe te schrijven zijn aan de overgroei van één enkele kiem [15](#page=15). #### 2.2.3 Diversiteit van pathogenen Pathogenen zijn verspreid over de gehele levensboom, inclusief bacteriën, eukaryoten en virussen. Er zijn tot op heden geen pathogenen ontdekt bij de Archaea. Pathogeniciteit impliceert dat deze micro-organismen dezelfde niche delen als hun gastheren [16](#page=16). > **Voorbeeld:** *E. coli* kan een commensale bacterie zijn in de darm, maar kan onder bepaalde omstandigheden (bijvoorbeeld in de urinewegen) blaasinfecties veroorzaken; dit maakt het een conditioneel pathogeen [15](#page=15). #### 2.2.4 Evolutie van pathogenen Bij het opkomen van een nieuw pathogeen, zoals COVID-19, is de natuurlijke evolutie dat het pathogeen muteert en de meest infectieuze vorm de overhand neemt. Een pathogeen kan niet blijven bestaan als er te weinig levende, vatbare gastheren zijn [17](#page=17) [18](#page=18). ### 2.3 Interacties tussen soorten in een niche #### 2.3.1 De macroscopische niche en predatie-prooi relaties Mensen leven samen met pathogenen in de macroscopische niche, die onze omgeving omvat. Net zoals bij predatoren en prooi, fluctueren de aantallen van pathogenen en hun gastheren. Een virus kan bijvoorbeeld niet overleven als er te weinig vatbare gastheren zijn [18](#page=18). > **Voorbeeld:** Mazelenvirus kan enkel overleven in de mens, leidt tot overlijden of levenslange immuniteit, waardoor enkel niet-immune mensen vatbaar zijn. In te kleine gemeenschappen kan het virus uitsterven als er geen nieuwe vatbare individuen zijn [18](#page=18). #### 2.3.2 Commensale bacteriën en symbionten Commensale bacteriën zijn niet-ziekmakende symbionten. De genetische samenstelling van een organisme, in combinatie met de aanwezige micro-organismen, bepaalt de diversiteit aan eiwitten en fysiologische functies. Het menselijk lichaam kent zowel fysiologisch steriele regio's (bv. bloed, intern milieu) als fysiologisch niet-steriele regio's (bv. huid, het maag-darmkanaal) [19](#page=19). #### 2.3.3 Het human metagenoom en microbioom Het **human metagenoom** is de verzameling van al het DNA van alle micro-organismen in een specifieke omgeving binnen het menselijk lichaam. Dit omvat zowel het **microbioom** (microbieel DNA) als het **viroom** (viraal RNA/DNA). De samenleving van een organisme met micro-organismen, ook wel symbionten genoemd, gedraagt zich als één geheel [20](#page=20). > **Voorbeeld:** Korstmossen zijn een klassiek voorbeeld van symbionten, bestaande uit een cyanobacterie die energie levert via fotosynthese en schimmels die structuur bieden. De schimmels worden niet buiten de lichen-structuur aangetroffen, wat de sterke afhankelijkheid van de symbiose illustreert. Op vergelijkbare wijze leven wij samen met onze darmbacteriën en huidbacteriën, waarbij deze samenwerking onze metabole activiteit aanvult [19](#page=19) [20](#page=20). De dikke en dunne darm herbergen een enorme hoeveelheid bacteriën (ongeveer $10^{14}$ per gram faeces), die samen met Archaea, virussen, gisten en protozoa het microbioom vormen. Dit complexe ecosysteem, met een gecombineerd genoom van ongeveer $5 \times 10^6$ genen, vult de menselijke metabole activiteit ($2 \times 10^4$ genen) aan, bijvoorbeeld door de verwerking van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitaminen. Virussen, met name bacteriofagen, spelen een belangrijke rol bij horizontale gentransfer en het beïnvloeden van bacteriepopulaties [19](#page=19). Next Generation Sequencing (NGS) is een techniek die ingezet wordt om de niches in ons lichaam en de samenstelling van het human metagenoom te bestuderen [20](#page=20). --- # Infectieziekten, menselijk genoom en evolutie Dit onderdeel onderzoekt de complexe interactie tussen infectieziekten, de menselijke populatie, de menselijke genoom en evolutionaire aanpassingen, met een focus op historische mortaliteit, de rol van bevolkingsgroei en genetische evolutie als reactie op pathogenen. ### 3.1 Historische impact van infectieziekten op de menselijke populatie Lange tijd waren infectieziekten de primaire doodsoorzaak voor de mensheid, in tegenstelling tot de huidige dominantie van hart- en vaatziekten en kanker. Vooral in steden, die sinds de 19e eeuw begonnen te groeien, decimeerden epidemieën de bevolking regelmatig, wat resulteerde in een lagere levensverwachting dan op het platteland. Dit probleem van multiresistente organismen bij ziekteverwekkers wordt vandaag de dag nog steeds ervaren in ziekenhuizen. De Covid-19 pandemie illustreert dat nieuwe ziekteverwekkers voortdurend zullen blijven opduiken [23](#page=23) [24](#page=24). #### 3.1.1 Mortaliteit en overlevingscurven De overlevingscurven van de menselijke populatie tonen aanzienlijke verschillen door de tijd en per locatie, voornamelijk als gevolg van variaties in mortaliteit door infectieziekten. Tot in de 19e eeuw bleef kindersterfte hoog, en de dreiging van infectieziekten zorgde ervoor dat slechts een beperkt aantal mensen de leeftijd van 70 jaar bereikte. In de 20e en 21e eeuw is kindersterfte in Westerse landen sterk gedaald, waardoor de meerderheid van de bevolking een hogere leeftijd bereikt. Infectieziekten waren vooral een kritieke factor voor de sterfte rond de reproductieve leeftijd, wat resulteerde in sterke selectiedruk gedurende de laatste 10.000 tot 15.000 jaar. Het ontstaan van de landbouw vergrootte het belang van infectieziekten, terwijl trauma (zoals jacht en oorlogen) ook een significante doodsoorzaak bleef, met name in het paleolithicum [25](#page=25). ### 3.2 Genetische aanpassing aan pathogenen #### 3.2.1 De rol van het HLA-systeem Het humaan leukocytenantigeen (HLA)-systeem speelt een centrale rol in het immuunsysteem door de presentatie van pathogenen aan immuuncellen, wat essentieel is voor immuniteit. Vanwege de noodzaak om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren, zijn deze genen polymorf met vele allelen per soort. De meest geschikte allelen worden geselecteerd in specifieke niches. Zo komt het HLA-A2 allel veel voor bij Europeanen en biedt het goede bescherming tegen onder andere influenza. De frequentie van dit allel varieert echter sterk tussen bevolkingsgroepen, van 0,00 in Kameroen tot 0,30 bij Europeanen. Deze verschillen in HLA-allelfrequenties weerspiegelen de verschillende pathogenen waaraan populaties zijn blootgesteld [26](#page=26). #### 3.2.2 Migratie, bevolkingsexplosie en pathogenen De mens verspreidde zich vanuit Afrika over de wereld in de laatste 40.000 jaar. De enorme bevolkingsexplosie met de ontwikkeling van dorpen en steden, die zich voornamelijk in de laatste 10.000 jaar voordeed, leidde tot een toename van pathogenen. Dit resulteerde in significante verschillen in pathogenen tussen Eurazië en Amerika. Toen de contacten tussen Eurazië en Amerika na 1492 herstelden, stierf ongeveer 90% van de oorspronkelijke Amerikaanse bevolking aan ziekten zoals pokken, mazelen en influenza, ziekten die in Eurazië waren ontstaan en waartegen Euraziaten weerstand hadden ontwikkeld. Omgekeerd lijkt syfilis vanuit Amerika naar Europa te zijn gebracht [27](#page=27). #### 3.2.3 De Rode Koningin hypothese De Rode Koningin hypothese, geïllustreerd door een citaat uit Lewis Carroll's "Through the Looking-Glass", stelt dat evolutie een continu proces is waarbij stilstand achteruitgang betekent. In de context van infectieziekten betekent dit dat zowel pathogenen als hun gastheren voortdurend moeten evolueren om te overleven; pathogenen ontwikkelen virulente factoren om immuunontwijking te bewerkstelligen, terwijl gastheren hun immuunsystemen moeten aanpassen. Deze wapenwedloop tussen gastheer en pathogeen is een drijvende kracht achter genetische evolutie [28](#page=28). ### 3.3 Classificatie van pathogenen Pathogenen kunnen worden ingedeeld op basis van hun oorsprong en de tijdsperiode waarin ze mens-specifiek zijn geworden [29](#page=29). #### 3.3.1 Pathogenen van altijd (lange co-evolutie) Dit omvat pathogenen die al zeer lang met de mens co-evolueren, zoals herpesvirussen. Deze hebben doorgaans een lange co-evolutie met de mens, wat leidt tot lage mortaliteit en persistentie van het virus, en vaak evolueren naar een symbiotische relatie [29](#page=29). #### 3.3.2 Pathogenen van de laatste 12.000 jaar (landbouw-gerelateerd) Met het ontstaan van de landbouw en de domesticatie van dieren zijn pathogenen zoals pokken, mazelen en influenza overgesprongen naar de mens. Verwante virussen en bacteriën zijn teruggevonden bij gedomesticeerde dieren, wat suggereert dat deze de bron zijn geweest voor de overgang naar de mens. Deze pathogenen hebben zich aangepast om mens-specifieke ziekteverwekkers te worden [29](#page=29). #### 3.3.3 Pathogenen van de laatste 100 jaar (recente pathogenen) Dit zijn recent opgedoken pathogenen zoals legionellosis, AIDS, ziekte van Lyme, E. coli O157:H7, H5N1 influenza, SARS, MERS, Ebola en Zika. Deze pathogenen zijn niet noodzakelijk in evenwicht met de gastheersamenleving en kunnen een zeer hoge mortaliteit veroorzaken, soms tot 100% [29](#page=29). #### 3.3.4 Terugkerende pathogenen Dit zijn ziekteverwekkers die opnieuw opduiken, zoals tuberculose (vaak geassocieerd met immuunsuppressieve therapie en AIDS) en bof (mogelijk door dichte populaties en vertraagde vaccinatie) [29](#page=29). ### 3.4 Bevolkingsexplosie en de opkomst van pandemieën Grote epidemieën en pandemieën zijn pas mogelijk geworden door de aanzienlijke bevolkingstoename. Ziekteverwekkers zoals *Yersinia pestis*, *Vibrio cholerae*, *Variola* (pokken), influenza (Spaanse griep) en HIV konden zich effectief verspreiden als gevolg van grote, dichtbevolkte gemeenschappen. De HIV-pandemie, die begon in 1981, heeft bijvoorbeeld tot 30 miljoen doden geleid [30](#page=30). ### 3.5 Het immuunsysteem: voordelen en nadelen van de adaptieve immuunrespons Het menselijk immuunsysteem is een complex systeem waarbij de inflammatoire adaptieve immuunrespons zowel voordelige als nadelige effecten kan hebben [31](#page=31). * **Evolutie van virulentiefactoren:** Virulentiefactoren van micro-organismen evolueren sneller dan het menselijk lichaam kan volgen, wat leidt tot voortdurende immuunontwijking [31](#page=31). * **Risico op auto-immuniteit:** Te hevige immuunreacties kunnen leiden tot auto-immuniteit, waarbij het immuunsysteem lichaamseigen weefsels aanvalt [31](#page=31). * **Specialisatie van verdediging:** Een sterke verdediging tegen één pathogeen kan de verdediging tegen andere pathogenen verzwakken ("inappropriate immune response"), wat een fijnafstemming van de immuunrespons vereist [31](#page=31). * **Cytokinestorm:** Een overdreven hevige inflammatoire respons, bekend als een cytokinestorm, kan op zichzelf tot sterfte leiden [31](#page=31). > **Tip:** De evolutionaire druk van infectieziekten is een constante drijfveer voor genetische diversiteit binnen de menselijke populatie en de ontwikkeling van zowel gastheer- als pathogeenevolutie. > **Voorbeeld:** Het verschil in mortaliteit van de pokkenepidemieën tussen de Oude en Nieuwe Wereld na 1492 illustreert hoe genetische aanpassing aan specifieke pathogenen over millennia een significant overlevingsvoordeel kan bieden. --- ## 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 | |------|------------| | Microbiologie | De wetenschap die zich bezighoudt met de studie van micro-organismen, zoals bacteriën, virussen, schimmels en protozoa, hun structuur, functie, ecologie en rol in ziekteprocessen. | | Niche | Een specifieke plaats of omgeving binnen een ecosysteem waar een organisme leeft en waarin het de benodigde hulpbronnen vindt om te overleven en zich voort te planten, samen met de ecologische rol die het daarin vervult. | | Commensalen | Micro-organismen die in of op het lichaam leven en profiteren van hun gastheer zonder deze significant te schaden of er voordeel aan te bieden. | | Symbionten | Organismen die in een wederzijds voordelige relatie met elkaar leven, waarbij beide organismen van de interactie profiteren. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken bij hun gastheer door invasie, toxineproductie of verstoring van normale lichaamsfuncties. | | Kiemtheorie | Het concept dat stelt dat ziekten veroorzaakt worden door specifieke micro-organismen, in tegenstelling tot eerdere theorieën over humoren, kwade dampen of spontane generatie. | | Kochs postulaten | Een reeks criteria die zijn opgesteld door Robert Koch om te bewijzen dat een specifiek micro-organisme de oorzaak is van een bepaalde ziekte. | | Virulentie | Het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken, gemeten aan de hand van de ernst van de ziekte of de mate van weefselbeschadiging. | | Conditionele pathogenen | Micro-organismen die onder bepaalde omstandigheden, zoals bij een verzwakt immuunsysteem van de gastheer of na een verwonding, ziekte kunnen veroorzaken. | | Opportunistische infecties | Infecties veroorzaakt door micro-organismen die normaal gesproken niet ziekteverwekkend zijn voor een gezonde gastheer, maar dit wel kunnen worden bij een verzwakt immuunsysteem. | | Dysbacteriose | Een onbalans in de normale microflora van het lichaam, wat kan leiden tot diverse gezondheidsproblemen. | | Fylogenetische boom | Een diagram dat de evolutionaire relaties tussen verschillende organismen weergeeft, gebaseerd op vergelijkingen van genetisch materiaal zoals rRNA-sequenties. | | Archaea | Een domein van eencellige micro-organismen die qua structuur lijken op bacteriën, maar zich genetisch en biochemisch onderscheiden en vaak in extreme omgevingen leven. | | Bacteria | Een domein van eencellige micro-organismen zonder celkern (prokaryoten), die wereldwijd voorkomen en een breed scala aan metabolische mogelijkheden hebben. | | Eukarya | Een domein van organismen wiens cellen een celkern bevatten; dit omvat dieren, planten, schimmels en protisten. | | LUCA (Last Universal Common Ancestor) | De hypothetische laatste gemeenschappelijke voorouder van alle huidige levensvormen op aarde. | | Horizontale gentransfer | Het proces waarbij genetisch materiaal van het ene organisme naar het andere wordt overgedragen, niet via reproductie, maar via bijvoorbeeld plasmideoverdracht of virale transductie. | | Metagenoom | De verzameling van al het genetisch materiaal van alle micro-organismen die in een bepaalde omgeving leven, zoals de menselijke darmflora. | | Viroom | De verzameling van alle virussen die aanwezig zijn in een specifieke omgeving, zoals het menselijk lichaam. | | Rode Koningin hypothese | Een evolutionair concept dat beschrijft hoe soorten zich voortdurend moeten aanpassen en evolueren om te overleven in een dynamische omgeving waarin andere soorten (zoals pathogenen) ook evolueren. | | Immuunrespons | De reactie van het immuunsysteem van een organisme op de aanwezigheid van vreemde stoffen of ziekteverwekkers, gericht op het elimineren ervan. | | Cytokine storm | Een overmatige en ontregelde immuunreactie, gekenmerkt door een massale afgifte van pro-inflammatoire cytokines, die schadelijk kan zijn en leiden tot orgaanfalen en de dood. |

# The origin of life and early evolution The origin of life and early evolution explores the scientific hypotheses and experimental evidence concerning how life arose on Earth and the subsequent major evolutionary transformations. ## 1. The origin of life The origin of life on Earth was a complex process requiring specific environmental conditions and the formation of organic molecules from inorganic precursors. ### 1.1 Hypotheses for the origin of organic molecules Early Earth's atmosphere, characterized by high levels of water vapor, nitrogen, carbon dioxide, methane, and ammonia, and a very low percentage of oxygen, provided the backdrop for the synthesis of organic molecules [9](#page=9). #### 1.1.1 The primordial soup theory Proposed independently by Oparin and Haldane in the 1920s, this theory posits that the early Earth's atmosphere was a reducing environment where simple organic molecules could form from inorganic ones, energized by UV radiation and lightning. Haldane envisioned the early ocean as a "primitive soup" of these organic molecules [10](#page=10) [9](#page=9). The Miller-Urey experiment in 1953 tested this hypothesis by simulating early Earth conditions in a closed system. They passed water vapor through a mixture of hydrogen, ammonia, and methane, subjected to electrical discharges to mimic lightning. After a week, the experiment yielded simple organic compounds like formaldehyde and hydrogen cyanide, as well as more complex ones such as amino acids and long hydrocarbon chains. This demonstrated the abiotic synthesis of organic molecules, though the primordial soup lacked nucleic acids, suggesting alternative pathways for their formation, possibly through the polymerization of hydrogen cyanide [10](#page=10) [11](#page=11). **Critique of the Primordial Soup Theory:** More recent insights suggest that the early Earth's atmosphere might not have been as reducing as initially thought. Experiments with atmospheres lacking significant methane and ammonia (primarily water vapor, CO2, and N2) produced simple organic molecules but not amino acids. This indicates that the primordial soup theory, as tested by Miller and Urey, may not be a complete explanation. The hypothesis also doesn't fully account for the lack of an ozone layer, which would have offered protection from high UV radiation that could degrade organic molecules [11](#page=11) [15](#page=15). #### 1.1.2 Hydrothermal and alkaline vents as sources of life An alternative hypothesis proposes that life originated around hydrothermal or alkaline vents on the ocean floor [12](#page=12). * **Hydrothermal vents (black smokers):** These are underwater volcanoes formed at tectonic spreading zones where ocean water seeps into the Earth's crust, heats up, and is ejected back into the ocean, forming chimney-like structures. They are characterized by high temperatures (300-400 °C) and release minerals that give them a dark appearance [12](#page=12). * **Alkaline vents:** These vents, discovered around 2000, operate at lower temperatures (40-90 °C) and have a high pH (9-11). They form through a reaction between olivine and water, producing serpentine and hydrogen gas. The structures resemble sponges with porous walls through which alkaline fluids flow [13](#page=13). These vents are considered promising sites for the origin of life due to their reducing nature and the presence of minerals and simple organic molecules. The pH gradient between the alkaline vent fluid and the more acidic ocean water (pH 5-7 on early Earth) could have provided an energy source for chemical reactions between hydrogen and carbon dioxide, leading to the formation of organic compounds like ribose, a component of nucleic acids. Hydrothermal vents, with their high temperatures, also drive the formation of new molecules from minerals. However, the high temperatures of black smokers raise questions about the stability of complex organic molecules and the survival of early life in such conditions. Alkaline vents offer more favorable temperatures, but concerns exist about the washout of building blocks and the availability of phosphorus for nucleic acid synthesis [13](#page=13) [15](#page=15). #### 1.1.3 The RNA world hypothesis This hypothesis, proposed in the 1960s, suggests that early life was based on RNA, with DNA evolving later. It posits that early life was heterotrophic, utilizing prebiotically synthesized organic compounds. Recent discoveries of new RNA enzymes and building blocks, along with evidence for the spontaneous abiotic synthesis of RNA building blocks like adenine, guanine, cytosine, and uracil, support this theory. However, the abiotic synthesis of complete ribonucleotides remains challenging, and RNA's inherent instability and the complexity of replication without accompanying molecules and compartmentalization pose counterarguments [14](#page=14) [15](#page=15). #### 1.1.4 Combination of hypotheses Currently, no single hypothesis fully explains the origin of life. Scientists often consider hybrid or sequential hypotheses. A prevalent view suggests that organic building blocks from atmospheric reactions and meteorites were concentrated and processed in various geological niches (e.g., volcanic rock pores, alkaline vent structures), utilizing energy from redox gradients or pH gradients. This could have led to the emergence of RNA (or RNA-like systems) which co-evolved with simple membranes and peptides [15](#page=15). ### 1.2 Polymerization of organic molecules The formation of macromolecules, such as proteins and nucleic acids, from simpler organic molecules is a crucial step. * **Amino acids:** These are the building blocks of proteins. Under the loss of water, amino acids can link together [16](#page=16). * **Clay as a catalyst:** The abundance of clay on early Earth, with its crystalline electrical charges, could have facilitated the weak binding of small molecules. This allowed them to form bonds with each other and then break their bond with the clay, making room for more molecules. Research shows that dripping mixtures of amino acids or RNA nucleotides onto warm sand, clay, or rock can lead to the spontaneous formation of polymers of these components, acting as weak catalysts [16](#page=16) [17](#page=17). ### 1.3 The first cells: protobionts The transition to life involved the formation of self-replicating molecules enclosed within membrane-like structures, known as protobionts [17](#page=17). * **Properties of protobionts:** These are collections of abiotically produced molecules surrounded by a membrane that exhibit some characteristics of life, such as simple multiplication, basic metabolism, and maintaining an internal chemical environment distinct from the surroundings [17](#page=17). * **Liposomes:** Small fat globules enclosed by a membrane, spontaneously formed when fat droplets are placed in water, are an example of such structures. When enzymes are added to liposomes, they can perform simple metabolic reactions [17](#page=17) [18](#page=18). * **Phospholipid bilayer:** Liposomes are formed by phospholipids, which have hydrophilic heads and hydrophobic tails. In an aqueous environment, they arrange into a bilayer, a structure also found in cell membranes [18](#page=18). * **Self-replicating RNA:** Protobionts likely contained self-replicating RNA molecules (ribozymes) capable of copying themselves with sufficient nucleotides. Protobionts with more stable and rapidly replicating RNA sequences would have had a selective advantage, leading to growth and division, a form of natural selection [18](#page=18) [19](#page=19). ### 1.4 What is 'life'? Defining life is a subject of ongoing debate, with no universally accepted definition. NASA defines life as "a self-sustaining chemical system capable of Darwinian evolution," but the "self-sustaining" aspect is problematic due to the inherent transience of life. The scientific community generally agrees on several characteristics common to all living cells [19](#page=19): 1. **Homeostasis:** The ability to maintain a stable internal environment [20](#page=20). 2. **Organization and structure:** The relationship between form and function, with the cell as the basic unit [20](#page=20). 3. **Growth:** An increase in size and complexity over a lifetime [20](#page=20). 4. **Metabolism:** The uptake and conversion of energy via biochemical processes [20](#page=20). 5. **Adaptation:** Structural or behavioral changes that enhance survival and reproduction, fundamental to evolution [20](#page=20). 6. **Responsiveness:** The ability to react to internal and external stimuli [20](#page=20). 7. **Reproduction:** The process of producing offspring, requiring self-replicating carriers of genetic material like RNA or DNA [20](#page=20). The earliest life on Earth is estimated to have emerged 3.5 to 4 billion years ago [20](#page=20). ## 2. Early evolution Early evolution saw the emergence of unicellular organisms, the "oxygen revolution," and the development of complex eukaryotic cells. ### 2.1 Important events in the history of life The history of life on Earth, spanning approximately 4.6 billion years, is marked by significant evolutionary milestones [22](#page=22). #### 2.1.1 The emergence of unicellular organisms The first microbial cells, prokaryotic unicellular organisms belonging to Archaea or Bacteria, appeared around 3.5 billion years ago on the ocean floor. For the first 2 billion years of Earth's existence, the atmosphere was anoxic (oxygen-free), with only nitrogen, carbon dioxide, and other gases present. Life during this period was limited to microorganisms capable of anaerobic metabolism. Early cells were likely chemolithotrophic, utilizing hydrogen and hydrogen sulfide from hydrothermal vents as electron donors and CO2 and N2 as sources for biosynthesis [22](#page=22) [23](#page=23). #### 2.1.2 Photosynthesis and the oxygen revolution The evolution of phototrophic microorganisms, which derive energy from sunlight, occurred within the first billion years of life. Initially, these were anoxygenic, meaning they did not produce oxygen. Cyanobacteria, oxygen-producing (oxygenic) phototrophs, evolved around 2.5 billion years ago. Through photosynthesis, they converted CO2 and H2O into glucose and O2, a process described by the equation [23](#page=23) [24](#page=24): $$ 6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2 $$ [24](#page=24). The oxygen released initially dissolved in the water, reacting with dissolved iron to form iron oxides that precipitated and accumulated as banded iron formations. Once all dissolved iron was precipitated, oxygen began to escape into the atmosphere. This "oxygen revolution," occurring between 2.7 and 2.4 billion years ago, led to an atmosphere containing about twenty percent oxygen [24](#page=24). The increased oxygen levels were detrimental to many anaerobic organisms, leading to extinctions or forcing them into anaerobic niches. However, aerobic organisms gained an energetic advantage, leading to faster reproduction and further evolutionary advancements [24](#page=24). #### 2.1.3 Endosymbiosis and the origin of eukaryotes For approximately two billion years, life was primarily prokaryotic and oxygen-poor. The emergence of the eukaryotic cell and multicellularity broadly coincided with the rise in atmospheric oxygen. The oldest microfossils with recognizable nuclei are about 2 billion years old [25](#page=25). Eukaryotic cells are more complex than prokaryotic cells, possessing membrane-bound nuclei, mitochondria, endoplasmic reticulum, and other organelles absent in prokaryotes. The modern eukaryotic cell is thought to be a genetic chimera, formed from contributions from both bacteria and archaea [25](#page=25). The endosymbiotic theory proposes that mitochondria and plastids (like chloroplasts) originated from smaller prokaryotes that took up residence within larger host cells. These endosymbionts, potentially an engulfed prey or an internal parasite, formed mutually beneficial relationships with the host cell. For example, an anaerobic host cell could benefit from an endosymbiont that consumed oxygen, while the endosymbiont benefited from the host's nutrients. Over time, these cells became integrated into a single organism [25](#page=25) [26](#page=26). **Evidence for the endosymbiotic theory:** * Mitochondrial and plastid membranes contain enzymes similar to those in bacterial plasma membranes [27](#page=27). * Mitochondria and plastids replicate through binary fission, akin to bacterial cell division [27](#page=27). * They possess their own circular DNA, which, like bacterial chromosomes, lacks histones or other major proteins [27](#page=27). * Mitochondria and plastids can perform transcription and translation to synthesize proteins, a process seen in bacteria [27](#page=27). * Their ribosomes are similar to prokaryotic ribosomes in size, nucleotide sequence, and sensitivity to antibiotics [27](#page=27). The engulfment of an aerobic bacterial cell by a prokaryotic cell (likely archaea) is believed to have given rise to mitochondria. A subsequent round of endosymbiosis, involving a photosynthetic microorganism, may have led to the formation of plastids. Additionally, the plasma membrane invaginated to form the nuclear envelope and endoplasmic reticulum, characteristic of eukaryotes [27](#page=27). #### 2.1.4 Multicellular organisms and the colonization of land The presence of oxygen facilitated the evolution of organisms that consume oxygen, leading to more efficient energy production and the development of multicellular life forms, including plants and animals. However, multicellular organisms, plants, and animals have only existed for about half a billion years. For the vast majority of Earth's history (80%), life was exclusively microbial, leading to the Earth being considered a microbial planet. Multicellular eukaryotic microfossils, such as algae, are found from 1.9 to 1.4 billion years ago [27](#page=27). --- # Diversity of life and classification This section explores the vast diversity of life on Earth, focusing on taxonomic classification systems, the three domains of life (Bacteria, Archaea, Eukarya), and phylogenetic analysis using cladograms. ### 3.1 Taxonomy Taxonomy is the scientific discipline concerned with classifying and naming organisms based on shared characteristics. This hierarchical system organizes the immense diversity of life, arranging species into progressively broader categories: domains, kingdoms, phyla, classes, orders, families, genera, and species. A taxonomic unit at any level is called a taxon [52](#page=52) [54](#page=54). #### 3.1.1 The grouping of species: the basic idea Estimating the total number of species on Earth is challenging, with figures ranging from 8.7 million to over 1 billion. Currently, about 2.16 million species have been formally described, with insects making up a significant portion. However, bacteria and archaea are believed to constitute 70-90% of all life [52](#page=52). The human tendency to group similar items is mirrored in taxonomy. Organisms are classified based on resemblances, leading to the identification of groups like "insects" or "rodents". This classification allows for effective communication about organisms, including their behavior, ecology, physiology, and evolutionary relationships [52](#page=52). Taxonomic nomenclature historically uses Latin for global clarity. Each species is given a two-part scientific name, the genus name followed by the species name, similar to a surname and first name. Strict rules govern the writing of these names: the genus is capitalized, the species is not, and the entire name is italicized. Carolus Linnaeus established these naming conventions in the 18th century [53](#page=53). #### 3.1.2 The three (?) domains of life Early attempts to understand evolutionary history relied on paleontology and comparative biology, which were less effective for microorganisms due to the lack of fossils and limited morphological features. The advent of DNA analysis, particularly using ribosomal RNA (rRNA), revolutionized this field. Carl Woese's research on methanogens led to the discovery of Archaea as a distinct domain, alongside Bacteria and Eukarya, establishing the three-domain system. This system replaced the older five-kingdom system (plants, animals, fungi, protists, prokaryotes). In the current system, Eukarya encompasses protists, fungi, plants, and animals [55](#page=55). More recent genomic studies indicate that eukaryotic cells possess a mix of archaeal, bacterial, and eukaryotic-specific characteristics. The endosymbiotic theory, which posits that eukaryotes arose from archaea and bacteria, is widely accepted, though the precise evolutionary relationship between eukaryotes and archaea remains a subject of discussion. Discoveries of previously unknown archaea, such as those in the Asgard group, suggest they are more closely related to eukaryotes than to other archaea, potentially leading to a shift towards a two-domain system where eukaryotes are nested within Archaea [56](#page=56) [57](#page=57). ### 3.2 Phylogeny Phylogeny is the study of the evolutionary history and relationships among organisms or groups of organisms. It aims to determine which species are closely related and share common ancestors [57](#page=57). #### 3.2.1 The link between phylogeny and classification Phylogenetic trees are diagrams that illustrate evolutionary history and relationships, akin to family trees. Organisms with recent common ancestors are likely to share similar characteristics, allowing for predictions about their traits. The hierarchical classification of Linnaeus is reflected in the branching patterns of phylogenetic trees. However, Linnaean classifications alone may not always accurately represent evolutionary relationships, as convergent evolution or loss of shared traits can lead to misclassification. DNA and other molecular evidence are crucial for refining classifications to reflect evolutionary history accurately [57](#page=57) [58](#page=58). #### 3.2.2 Convergent evolution Convergent evolution, also known as homoplasy, occurs when organisms independently evolve similar traits that are not inherited from a common ancestor. This often arises due to similar environmental pressures and natural selection, leading to analogous adaptations in unrelated lineages. For example, wings in insects and birds evolved independently. Organisms that appear similar externally due to convergent evolution may have significant differences in their internal anatomy, physiology, and reproductive systems [59](#page=59). #### 3.2.3 How to 'read' phylogenetic trees Phylogenetic trees are graphical representations of hypotheses about evolutionary relationships, consisting of nodes and branches. Branch tips represent existing species, while evolutionary lineages trace ancestral organisms. Nodes, or branching points, signify the divergence of evolutionary lines from a common ancestor. Sister taxa are groups that share a common ancestor not shared by any other group, indicating the closest evolutionary relatives [59](#page=59) [60](#page=60). The orientation of phylogenetic trees (horizontal, vertical, or diagonal) does not alter the relationships depicted; only the position of the nodes is informative. Rotation around nodes does not change the tree's topology. The branching pattern indicates the order in which descendants diverged from common ancestors, read from left to right over time. Branch length can sometimes represent the number of evolutionary changes along that lineage [60](#page=60). Rooted trees include a branch representing the most recent common ancestor of all taxa in the tree. A basal taxon is an early diverging lineage from the most recent common ancestor of the entire group. It's crucial to remember that phylogenetic trees illustrate descent patterns, not necessarily phenotypic similarity. For instance, crocodiles are more closely related to birds than to lizards due to their shared ancestry, despite superficial resemblances to lizards. Phylogenetic trees do not indicate the exact timing of species' evolution or the extent of change within a lineage; they only show shared ancestry [61](#page=61). #### 3.2.4 How to make phylogenetic trees Phylogenetic trees are constructed using molecular data, primarily DNA or protein sequences, comparing similarities and differences. Highly related organisms share very similar genetic sequences. Inferring the most accurate phylogenetic tree from sequence data can be complex, as the number of possible trees increases exponentially with the number of sequences [62](#page=62). Fylogenetic analysis employs molecular sequence data to identify the single correct tree representing evolutionary history. Trees can be constructed using algorithms or optimization criteria [62](#page=62). Cladistics is a method for constructing phylogenetic trees, resulting in a cladogram. A cladogram depicts evolutionary relationships between groups of organisms (clades), where a clade includes an ancestor and all its descendants. By identifying the point at which shared derived characteristics first appeared, evolutionary relationships can be inferred [62](#page=62). To construct a cladogram using morphological data, an outgroup (a closely related species not in the group being studied) is selected for comparison. Traits present in both the ingroup and outgroup are assumed to be ancestral. Traits found only within a subset of the ingroup are considered derived and indicate evolutionary branching points [62](#page=62) [63](#page=63). Alternatively, cladograms can be constructed from genetic data by aligning DNA or protein sequences and creating a dissimilarity matrix, which quantifies the differences between sequences. Hierarchical clustering, such as the UPGMA (unweighted pair group method with arithmetic mean) method, is then applied to group sequences based on their relatedness [64](#page=64). ### 3.3 Archaea The domain Archaea is named after the Archaean eon, the period when life first emerged on Earth. Initially thought to be relics of this ancient era due to their presence in extreme environments like volcanic systems and salt lakes, archaea are now known to inhabit a wide range of habitats and play crucial biogeochemical roles. Despite both being prokaryotic, Archaea and Bacteria are genetically and physiologically very distinct, with Archaea sharing more characteristics with Eukarya. It is probable that archaea contributed significantly to the origin of the Eukarya domain [66](#page=66). Most archaea are difficult to culture, suggesting much remains to be discovered about their properties. The most characterized archaea belong to the phyla Euryarchaeota and Crenarchaeota [66](#page=66). Common characteristics of all archaea include ether-linked lipids, absence of peptidoglycan in cell walls, and structurally complex RNA polymerases resembling those of eukaryotes. Common cell morphologies include cocci, rods, and spirals [67](#page=67). Early archaea are hypothesized to have lived at high temperatures, used H2 as an energy source, and fixed CO2. Current archaea exhibit significant metabolic diversity, functioning as chemoorganotrophs or chemolithotrophs, with either respiratory or fermentative metabolism, and can be aerobic or anaerobic [67](#page=67). Unique archaeal features include methanogenesis, the production of methane (CH4) from H2 and CO2 in anaerobic conditions, a process vital for natural gas production and climate regulation. Archaea also include many extremophiles, organisms thriving in extreme conditions like hyperthermosts (>80°C), halophiles, acidophiles, and psychrophiles [67](#page=67). ### 3.4 Bacteria #### 3.4.1 Bacteria are prokaryotes Cyanobacteria have profoundly influenced Earth over the last two billion years by causing oxygenation of the atmosphere and continue to produce a significant portion of the oxygen we breathe. The domain Bacteria encompasses numerous species with a prokaryotic cell structure, lacking a nucleus. Like archaea, bacteria can adapt readily to changing environmental conditions [67](#page=67). #### 3.4.2 Cell morphology in Bacteria Cell morphology is defined by size and shape, with a diverse range of forms found in the microbial world. Cell shape can aid in distinguishing microbes and often has ecological significance. Common bacterial shapes include cocci (spherical or oval), rods (cylindrical), spirilla (curved or spiral), and spirochetes (flexible spiral). Some bacteria exhibit irregular shapes or possess appendages like stalks and hyphae for attachment or increased surface area [68](#page=68). Cell division significantly impacts morphology, as cells that remain attached after division can form distinctive arrangements. Cocci can be found in pairs (diplococci), long chains (streptococci), three-dimensional clusters (tetrads, sarcinae), or grape-like clusters (staphylococci). Filamentous bacteria are long, thin rods that form long chains. Rods can be further classified into monobacilli (individual), streptobacilli (chains of 3+), and diplobacilli (chains of 2) [68](#page=68) [69](#page=69). #### 3.4.3 Cell multiplication in bacteria Bacterial cell multiplication involves complex biochemical reactions, including polymerization processes to form macromolecules. These macromolecules assemble into new cellular structures, leading to cell division. Many bacteria reproduce rapidly in favorable conditions through binary fission, where one cell divides into two identical daughter cells. For example, *Escherichia coli* can double its population in just 20 minutes [70](#page=70). #### 3.4.4 Bacteria, a diverse group with diverse properties Bacteria are known for causing diseases like strep throat and tuberculosis, as well as for their use in producing cheese and yogurt. Their wide nutritional requirements and diverse metabolisms lead to extensive applications [71](#page=71). ##### 3.4.4.1 The main phylogenetic groups within bacteria * **Proteobacteria:** A large, diverse clade of Gram-negative bacteria, including photoautotrophs, chemoautotrophs, and heterotrophs. Examples include pathogens like *Neisseria gonorrhoeae*, *Vibrio cholerae*, and *Helicobacter pylori* [71](#page=71). * **Chlamydias:** Bacteria that can only survive and parasitize animal cells, lacking peptidoglycan in their cell walls. *Chlamydia trachomatis* causes blindness and a common sexually transmitted infection [72](#page=72). * **Spirochetes:** Spiral-shaped, Gram-negative heterotrophs that move by rotating internal filaments. Pathogens include *Treponema pallidum* (syphilis) and *Borrelia burgdorferi* (Lyme disease) [72](#page=72). * **Cyanobacteria:** Gram-negative photoautotrophs and the only prokaryotes capable of photosynthesis. Plant chloroplasts are believed to have evolved from cyanobacteria via endosymbiosis [72](#page=72). * **Gram-positive bacteria:** A very diverse group, including actinomycetes (e.g., *Streptomyces* producing antibiotics) and pathogens like *Staphylococcus aureus*, *Bacillus anthracis*, and *Clostridium botulinum* [72](#page=72). ##### 3.4.4.2 Bacteria play an essential role in the biosphere Prokaryotes, including bacteria, are vital for recycling chemical elements in ecosystems, acting as decomposers that break down dead organic matter. They convert molecules into forms usable by other organisms. Cyanobacteria produce oxygen and fix atmospheric nitrogen (N2) into forms essential for protein and genetic material synthesis. Bacteria are also central to ecological interactions, often forming symbiotic relationships with larger organisms [72](#page=72) [73](#page=73). ##### 3.4.4.3 Bacteria have both beneficial and harmful consequences for humans The human gut hosts trillions of mutualistic bacteria that provide benefits to both host and microbe. *Bacteroides thetaiotaomicron*, for example, synthesizes essential nutrients and activates human genes involved in nutrient absorption [73](#page=73). All known pathogenic prokaryotes are bacteria, causing about half of all human diseases, such as tuberculosis. Bacterial toxins can also be harmful [73](#page=73). Bacteria are indispensable in science and technology, with *E. coli* serving as a model organism for biotechnology, used in producing insulin and sustainable plastics. They are also employed in bioremediation to remove pollutants from the environment [73](#page=73). ### 3.5 Fungi #### 3.5.1 Importance of fungi Fungi are a large, diverse, and widespread group of primarily sessile organisms, including molds, mushrooms, and yeasts. Most are microscopic terrestrial organisms that play a crucial role in decomposing organic matter, thereby recycling nutrients like carbon, nitrogen, and phosphorus. Some fungi are plant pathogens, and a few cause diseases in animals, including humans. Symbiotic relationships with plants can enhance mineral uptake. Fungi are also beneficial to humans through fermentation for producing organic acids and synthesizing antibiotics [73](#page=73). #### 3.5.2 Physiology and feeding mechanism of fungi Fungi are chemoorganotrophs with generally simple nutritional requirements, and most are aerobic. They feed by secreting extracellular enzymes that digest polymeric materials into monomers for absorption. As decomposers, they break down dead organisms; as parasites, they absorb nutrients from living cells [74](#page=74). Certain basidiomycetes are highly efficient at decomposing wood, paper, and textiles, breaking down the complex polymer lignin [74](#page=74). #### 3.5.3 Morphology Most fungi are multicellular, forming a network of thread-like structures called hyphae. Hyphae are tubular cell walls surrounding the cytoplasmic membrane. Vegetative hyphae are involved in nutrient uptake, while reproductive hyphae form reproductive structures. Hyphae often possess septa, cross-walls dividing them into cells (apocytic). In some cases, hyphae can be multinucleate without septa (coenocytic). Hyphal filaments grow primarily at their tips [74](#page=74). Hyphae aggregate to form a macroscopic visible tissue called a mycelium. Aerial hyphae from the mycelium produce spores called conidia at their tips, giving the mycelium a dusty appearance and aiding in dispersal. Some fungi form macroscopic fruiting bodies (e.g., mushrooms) that produce millions of spores. Yeasts, in contrast, grow as single cells [75](#page=75). Fungal cell walls are typically composed of chitin, a polymer of N-acetylglucosamine, arranged in microfibrils for structural integrity. Other polysaccharides like mannans and β-glucans, or even cellulose, can be present [75](#page=75). #### 3.5.4 Reproduction and phylogeny Fungi reproduce asexually and sexually [75](#page=75). ##### 3.5.4.1 Asexual reproduction in fungi Asexual reproduction in fungi involves mitosis and results in genetically identical offspring. Methods include [76](#page=76): * Production of haploid spores in a sporangium (sporangiospores) [76](#page=76). * Production of haploid spores via conidiospores (exogenous spore formation) [76](#page=76). * Fragmentation of hyphae forming arthrospores [76](#page=76). * Chlamydospores: resistant spores formed within hyphae [76](#page=76). * Cell division (cytokinesis) via mitosis, including budding in yeasts (blastospores) [77](#page=77). ##### 3.5.4.2 Sexual reproduction in fungi Sexual reproduction in fungi involves the fusion of hyphae of different mating types. Plasmogamy, the fusion of cytoplasm, leads to dikaryotic cells containing two haploid nuclei. Karyogamy, the fusion of these nuclei, forms a diploid zygote. Meiosis then produces genetically diverse haploid spores, which are often resistant to harsh conditions and aid in evolution. Fungal sexual spores are generally more resistant than asexual spores but less so than bacterial endospores [77](#page=77) [78](#page=78). ##### 3.5.4.3 Phylogeny of fungi Fungi share a common ancestor with animals and are more closely related to animals than any other eukaryotic group. Chytridiomycota is considered one of the earliest fungal lineages, characterized by motile zoospores. The loss of flagella in most fungi indicates it's a trait lost at different times in different lineages [78](#page=78). The major fungal groups include Mucoromycota, Ascomycota, and Basidiomycota, with Ascomycota and Basidiomycota housing the vast majority of described species. Ascomycota includes yeasts and molds, while Basidiomycota encompasses mushrooms and plant pathogens. Molecular analyses suggest that over 90% of fungal species remain undiscovered in environmental samples [79](#page=79). ##### 3.5.4.4 Reproduction in Mucoromycetes Mucoromycetes include fungi responsible for food spoilage. Asexual reproduction involves sporangiospores formed within a sporangium on a sporangiophore. Sexual reproduction involves plasmogamy followed by karyogamy to form a zygosporangium, which eventually produces haploid spores after meiosis [79](#page=79) [80](#page=80). ##### 3.5.4.5 Reproduction in Ascomycetes Ascomycetes are a diverse group found in various environments, including yeasts and complex organisms. Asexual reproduction occurs via conidiospores formed at the tips of conidiophores. Sexual reproduction involves plasmogamy, leading to dikaryotic asci where karyogamy and meiosis occur, resulting in 8 ascospore per ascus within an ascocarp. Yeasts, like *Saccharomyces cerevisiae*, reproduce asexually by budding or fission and sexually by forming ascospores [81](#page=81) [82](#page=82) [83](#page=83). ##### 3.5.4.6 Reproduction in Basidiomycetes Basidiomycetes, including mushrooms, form basidiospores on a basidium. Asexual reproduction involves hyphal fragmentation into arthrospores. Mushrooms can emerge rapidly from the underground mycelium through water absorption and cytoplasmic flow [85](#page=85). ### 3.6 Plantae There are over 325,000 described plant species, with most terrestrial plants playing a crucial role in enabling other life forms to survive on land by providing oxygen and food. This section focuses on the structure and organization of vascular plants, particularly angiosperms (flowering plants) [85](#page=85). #### 3.6.1 The plant body has a hierarchy of organs, tissues, and cells Plants, like animals, have organs composed of tissues, which are made up of specialized cells. A tissue is a group of cells with a common function or structure, while an organ comprises different tissue types performing specific functions [86](#page=86). The basic morphology of vascular plants reflects their terrestrial origin, with distinct aerial (shoot system: stems and leaves) and subterranean (root system) components. The root system anchors the plant and absorbs water and minerals, while the shoot system captures CO2 and light for photosynthesis. Stems support and orient leaves for maximal photosynthesis, and leaves are the primary photosynthetic organs [86](#page=86) [87](#page=87). #### 3.6.2 Dermal, vascular, and ground tissues Each plant organ consists of three fundamental tissue types: dermal, vascular, and ground tissue, forming interconnected tissue systems [87](#page=87). * **Dermal tissue:** The outer protective covering, forming the epidermis in non-woody plants and periderm in woody plants. It protects against damage, pathogens, and water loss. Specialized epidermal cells include root hairs for absorption and stomata for gas exchange [88](#page=88). * **Vascular tissue:** Responsible for long-distance transport of materials. Xylem transports water and minerals upwards, while phloem transports sugars from where they are produced to where they are needed [89](#page=89). * **Ground tissue:** Tissues not part of the dermal or vascular systems. Ground tissue within the vascular system is pith, and outside is cortex. It is involved in metabolic functions like storage, photosynthesis, and support [89](#page=89). #### 3.6.3 General plant cell types Plants exhibit cell differentiation, specializing cells for specific structures and functions [90](#page=90). ##### 3.6.3.1 The plant cell wall The plant cell wall is a chemically complex extracellular layer providing mechanical support, regulating growth, protecting the cell, and controlling water and ion transport. It is primarily composed of cellulose, hemicelluloses, and pectins, with structural proteins and sometimes lignin or cutin [90](#page=90). * **Primary cell wall:** Formed during cell division and growth. It is thin, rich in pectin and hemicellulose, and flexible [91](#page=91). * **Secondary cell wall:** Deposited inside the primary wall when growth stops. It is thicker, layered, and rich in cellulose, hemicellulose, and lignin, providing rigidity and strength [91](#page=91). The cell wall is dynamic, with composition and structure varying between species, organs, cell types, and developmental stages [91](#page=91). ##### 3.6.3.2 Parenchyma cells Parenchyma cells have thin, flexible primary cell walls and typically a large central vacuole. They are the least specialized and perform most metabolic functions, including photosynthesis and storage. Many can divide and differentiate into other plant tissues [91](#page=91) [92](#page=92). ##### 3.6.3.3 Collenchyma cells Collenchyma cells, often found in strands beneath the epidermis, provide flexible support to young, growing parts of the shoot. They have thicker primary cell walls but lack secondary walls and lignin, allowing them to elongate with the supported structures [92](#page=92). ##### 3.6.3.4 Sclerenchyma cells Sclerenchyma cells provide rigid support due to their thick, lignified secondary cell walls. Mature sclerenchyma cells are often dead but leave behind a supportive skeletal structure. They contribute to the hardness of nut shells and the fibers in hemp and flax [92](#page=92) [93](#page=93). ##### 3.6.3.5 Water-transporting cells of the xylem Tracheids and vessel elements are dead, tubular cells forming xylem for water transport. Tracheids are long and narrow with tapered ends, with water moving laterally through pits. Vessel elements are wider, shorter, and form long tubes with perforated end plates for unimpeded water flow. Their lignified secondary walls prevent collapse under pressure and provide structural support [93](#page=93) [94](#page=94). ##### 3.6.3.6 Sugar-transporting cells of the phloem Phloem cells, such as sieve cells and sieve-tube elements, are living when mature but lack nuclei and other organelles to facilitate nutrient flow. They are flanked by companion cells, which provide metabolic support [95](#page=95). ### 3.7 Protists Protists are a diverse collection of eukaryotic microorganisms that are not plants, animals, or fungi. This group exhibits a wide range of morphologies and phylogenetic diversity. Protist cells have a nucleus and other membrane-bound organelles [98](#page=98). #### 3.7.1 Protists, a collection of many different species The term "protist" encompasses all microbial eukaryotes that do not fit into the categories of plants, animals, or fungi. This group is highly diverse, with some protists being more closely related to plants, fungi, or animals than to other protists. They can be photo- or chemo-trophic, unicellular or multicellular, and are found worldwide [98](#page=98). #### 3.7.2 Phylogeny in protists The understanding of evolutionary relationships among protist groups and other eukaryotes is rapidly evolving [99](#page=99). #### 3.7.3 Excavata Excavata is a diverse group of protists that includes chemoorganotrophs and phototrophs, some of which are anaerobic. Members like Diplomonads and Parabasalids lack mitochondria and chloroplasts and live in anoxic habitats. Euglenoids are motile, chemo- and phototrophic eukaryotes [100](#page=100) [99](#page=99). #### 3.7.4 SAR The SAR supergroup, identified through DNA sequencing, comprises Stramenopiles, Alveolata, and Rhizarians [100](#page=100). * **Alveolata:** Characterized by alveoli (cytoplasmic sacs beneath the plasma membrane). This group includes ciliates, dinoflagellates, and apicomplexans [100](#page=100). * **Dinoflagellates:** Abundant in marine and freshwater phytoplankton, they possess two flagella and can cause "red tides" . * **Apicomplexans:** Nearly all are parasites of humans and other animals, with *Plasmodium* causing malaria . * **Stramenopiles:** Include diatoms, oomycetes, golden algae, and brown algae. Diatoms are single-celled algae with silica cell walls, forming a significant part of phytoplankton. Brown algae are large, multicellular seaweeds lacking true tissues. Oomycetes, like *Phytophthora*, were once mistaken for fungi but have cellulose cell walls . * **Rhizaria:** Diverse protists distinguished by their thread-like pseudopodia . #### 3.7.5 Amoebozoa Amoebozoa are a large group of terrestrial and aquatic protists using lobose pseudopodia for movement and feeding. They diverged from a lineage that eventually led to fungi and animals . ### 3.8 Algae Algae belong to the Archaeplastida and include red and green algae, which perform oxygenic photosynthesis . #### 3.8.1 General characteristics Algae are eukaryotic organisms containing chlorophyll and performing oxygenic photosynthesis. They can be microscopic or macroscopic and are found primarily in aquatic habitats . #### 3.8.2 Red algae Red algae (rhodophytes) are predominantly marine, containing chlorophyll a and phycobiliproteins. The red color is due to phycoerythrin, which allows them to absorb light at deeper water depths. Many red algae are multicellular "seaweeds" and are sources of agar and carrageen. Some, like *Porphyra*, are harvested for food (nori). Coral-like red algae play a role in reef development . #### 3.8.3 Green algae Green algae (chlorophytes and charophytes) have chloroplasts containing chlorophyll a and b, making them structurally and chemically similar to plants. They are phylogenetically closely related to plants. Most live in freshwater, though some are terrestrial or form symbiotic relationships in lichens. Their morphology ranges from unicellular to filamentous, colonial, and multicellular . ##### 3.8.3.1 General characteristics Green algae have chloroplasts containing chlorophyll a and b. They are phylogenetically closely related to plants . ##### 3.8.3.2 Morphology: from very small green algae to colonial green algae The green alga *Ostreococcus tauri* is one of the smallest known eukaryotes and serves as a model organism for studying genome reduction. *Volvox* forms colonies of hundreds of flagellated cells where some are specialized for photosynthesis and others for reproduction, connected by cytoplasmic strands. Colonial green algae like *Botryococcus braunii* produce hydrocarbons that can be used for biofuels . ##### 3.8.3.3 Endolithic phototrophic green algae Some green algae grow within porous rocks in dry or cold environments, utilizing sunlight and retained moisture. These endolithic communities contribute to rock weathering and habitat formation . ##### 3.8.3.4 Microalgae and diesel Microalgae are unicellular phototrophic eukaryotes that produce lipids, fatty acids, and carotenoids. Certain species, like *Chlorella* and *Chlamydomonas*, produce triacylglycerides (TAGs) that can be converted into biodiesel. The primary challenge for large-scale production is cost competitiveness with petroleum . ##### 3.8.3.5 Algae and the environment Algae play a significant role in wastewater treatment by absorbing excess nutrients like nitrogen and phosphorus, preventing eutrophication. Their photosynthetic activity produces oxygen, aiding aerobic bacteria in organic matter breakdown. Algae can also contribute to bioremediation by removing heavy metals and pollutants . ### 3.9 Cell culture and model organisms Researchers use model organisms and cell cultures to study biological mechanisms efficiently and safely . #### 3.9.1 Cell and tissue cultures * **Animal cell culture:** Animal cells are grown in vitro in nutrient-rich media, often supplemented with serum. Many cells require attachment to a surface. Cancer cells, unlike normal cells, can grow indefinitely in culture. HeLa cells are a famous example of immortalized human cervical cancer cells . * **Plant tissue culture:** Plant cells, tissues, or organs can be cultured in vitro for regeneration into whole plants, micropropagation, or metabolite production. Plant cells are often totipotent, meaning a single cell can develop into an entire plant. Plant hormones like auxins and cytokinins control cell differentiation . * **Limitations of in vitro cell cultures:** While offering controlled environments and rapid reproduction, cell cultures lack the anatomical architecture and systemic interactions of whole organisms. Therefore, in vitro results may not always be directly translatable to whole organisms . #### 3.9.2 Commonly used model organisms Model organisms are chosen for practical reasons (short life cycle, high fertility, ease of growth), evolutionary conservation of core processes, and availability of genetic tools. Genetic manipulation allows for the study of gene functions in their biological context. Ethical considerations and regulations govern the use of animal models, adhering to the 3R principles (replace, reduce, refine) . * ***Escherichia coli*:** A model for bacteria, widely used in molecular biology for studying gene function, biochemistry, and biotechnology. It is easy to grow, has a short generation time, and is amenable to genetic modification . * ***Arabidopsis thaliana*:** A model for plants, known for its rapid growth cycle (4-6 weeks), small size, small genome, and ease of transformation . * ***Caenorhabditis elegans*:** A nematode worm used in developmental biology and aging research. Its transparent cuticle allows for easy observation of cells, and its cell lineage is predictable . * ***Drosophila melanogaster*:** The fruit fly, a classic genetic model since the early 20th century due to its ease of cultivation, short life cycle, and abundant offspring . * ***Mus musculus* (laboratory mouse):** The primary mammalian model organism for biomedical research due to its physiological similarities to humans . * ***Danio rerio* (zebrafish):** An alternative to the lab mouse, offering rapid reproduction, transparent embryos for direct observation, and genetic similarity to humans in various systems . --- # Microbial growth and environmental factors This section delves into the principles of microbial growth, examining population dynamics and the crucial influence of environmental factors on microbial survival and proliferation. ### 4.3.1 Population growth dynamics Microbial populations, like all living organisms, have the capacity for significant expansion when provided with abundant resources. Ecologists study population growth in ideal, unlimited environments to understand the maximum potential growth rate and the conditions under which rapid growth can occur . #### 4.3.1.1 Exponential growth When a population experiences ideal conditions, with plentiful resources and no limiting factors, it exhibits exponential growth. This occurs when the population size increases by a constant factor at any given time. The rate of population increase ($dN/dt$) is proportional to the current population size ($N$) multiplied by a constant intrinsic growth rate ($r$) : $$ \frac{dN}{dt} = rN $$ In this equation: * $dN/dt$ represents the rate of population increase over time. * $N$ is the current population size. * $r$ is the intrinsic growth rate per capita. When population size is plotted against time, exponential growth results in a J-shaped curve. Although $r$ is constant, the number of new individuals added per unit of time increases as the population grows larger . #### 4.3.1.2 Logistic growth In reality, unlimited growth is rare because resources become limited as populations increase. The logistic growth model provides a more realistic description of population growth by incorporating the concept of carrying capacity ($K$), which is the maximum population size a given environment can sustain . The logistic growth equation modifies the exponential model to account for resource limitation: $$ \frac{dN}{dt} = rN \left( \frac{K - N}{K} \right) $$ In this model: * $K$ is the carrying capacity. * $(K - N)/K$ represents the fraction of the carrying capacity still available for population growth. When the population size ($N$) is small compared to $K$, the term $(K - N)/K$ is close to one, and growth approximates exponential growth. As $N$ approaches $K$, the term approaches zero, significantly slowing population growth. The logistic growth model produces a sigmoid (S-shaped) curve when population size is plotted against time. The fastest population growth typically occurs when the population size is at half the carrying capacity ($N = K/2$) . > **Tip:** The logistic model assumes immediate adaptation to growth and a smooth approach to carrying capacity. In natural populations, there can be a delay before the effects of increasing population size manifest, leading to temporary overshoots of the carrying capacity . #### 4.3.1.3 Microbial growth curve Microorganisms grown in a batch culture (a closed system with a finite volume of liquid medium) typically follow a growth cycle known as the microbial growth curve, which consists of four distinct phases : 1. **Lag phase:** The initial period where cells do not grow or grow very slowly after being inoculated into a new growth medium. This is due to the need for metabolic adaptation to the new environment. The duration depends on the cells' prior history, the medium, and growth conditions . 2. **Exponential (log) phase:** The period of rapid growth where the cell population doubles at regular intervals. Cells in this phase are metabolically uniform, and this is the preferred phase for experimental studies. Growth rates vary widely depending on media, conditions, and the organism . 3. **Stationary phase:** Growth stops when conditions can no longer support it, typically due to nutrient depletion or accumulation of toxic waste products. In this phase, the rate of cell death equals the rate of new cell formation, resulting in a constant number of living cells. The cellular metabolism shifts from growth to maintenance and survival . 4. **Death (or decline) phase:** The total number of cells decreases due to cell death exceeding cell division. Some sub-populations may adapt to cannibalize dying cells . ##### 4.3.1.4 Microbial growth parameters * **Generation time (g):** The time it takes for one cell to divide into two daughter cells. If starting with $N_0$ cells, the population size ($N_t$) after $n$ generations is given by: $$ N_t = N_0 \cdot 2^n $$ The number of generations ($n$) can be calculated as: $$ n = \frac{\log N_t - \log N_0}{\log } $$ [2](#page=2). And the generation time ($g$) is: $$ g = \frac{t}{n} $$ * **Specific growth rate (k):** Expresses the rate at which the population grows at any given moment, measured in reciprocal hours (h⁻¹) . Microbial growth is often visualized on a semilogarithmic graph, plotting the logarithm of the cell number against time, which shows a linear relationship during the exponential phase . > **Example:** Under optimal conditions, *E. coli* has a generation time of approximately 20 minutes. In 4 hours (240 minutes), this would result in 12 generations ($240/20 = 12$). Starting with 10 cells, the population would reach $10 \times 2^{12} = 40,960$ cells (#page=136, page=139) . ### 4.3.2 Nutritional requirements for microbial growth Microorganisms exhibit diverse metabolic strategies, leading to varied nutritional needs. However, all require a basic set of nutrients, categorized as macronutrients (needed in large quantities) and micronutrients (needed in trace amounts) . #### 4.3.2.1 Chemical composition of a bacterial cell The dry mass of a typical bacterial cell, such as *E. coli*, is predominantly composed of: * **Macronutrients:** Carbon, oxygen, nitrogen, hydrogen, phosphorus, and sulfur constitute approximately 96% of the dry weight . * **Other essential elements:** Potassium, sodium, calcium, magnesium, chlorine, and iron make up about 3.7% . * **Micronutrients:** At least 20 other elements are present in smaller amounts . Major cellular macromolecules include proteins, lipids, polysaccharides, lipopolysaccharides, and nucleic acids, which account for over 96% of the dry weight. Proteins and RNA are the most abundant . #### 4.3.2.2 Carbon, nitrogen, and other macronutrients * **Carbon:** Essential for biosynthesis. Heterotrophs obtain carbon from organic compounds, while autotrophs use carbon dioxide ($CO_2$) . * **Nitrogen:** Found in proteins and nucleic acids. Most microorganisms can utilize ammonia ($NH_3$), many can use nitrate ($NO_3^-$), and some can fix atmospheric nitrogen ($N_2$) . * **Phosphorus:** Crucial for nucleic acids and phospholipids, usually absorbed as inorganic phosphate ($PO_4^{3-}$) . * **Sulfur:** Found in amino acids (cysteine, methionine) and vitamins. Absorbed as sulfates ($SO_4^{2-}$), sulfides ($H_2S$), or organic sulfur compounds . * **Potassium:** Required for enzyme activity. * **Magnesium:** Stabilizes ribosomes, membranes, and nucleic acids; also needed for many enzymes. * **Calcium and Sodium:** Essential for only a few organisms, with marine microorganisms often requiring sodium chloride ($NaCl$) . #### 4.3.2.3 Micronutrients: trace elements and growth factors * **Trace elements:** Metal ions required as cofactors for enzyme activity. Iron is particularly important for respiration . * **Growth factors:** Organic micronutrients, most commonly vitamins, which often act as coenzymes. Some microorganisms can synthesize their own growth factors, while others must obtain them from the environment. Amino acids, purines, and pyrimidines are also common growth factors . > **Example:** Cyanobacteria are autotrophs that can synthesize all their growth factors, requiring minimal external additions. In contrast, lactic acid bacteria, living in nutrient-rich environments, often depend on external growth factors . ### 4.3.3 Environmental factors influencing microbial growth Even with optimal nutrients, microbial growth is dependent on suitable chemical and physical environmental conditions. Key factors include temperature, pH, water activity, and oxygen availability . #### 4.3.3.1 Temperature Temperature profoundly affects microbial growth and survival. Each microorganism has a minimum, optimum, and maximum temperature for growth . * **Minimum temperature:** Below this, metabolic reactions are too slow, and membranes may solidify. * **Optimum temperature:** The temperature at which the fastest growth occurs, with all cellular components functioning maximally. * **Maximum temperature:** Above this, essential cellular components (e.g., enzymes) denature, leading to cell death. Microorganisms are classified based on their optimal growth temperatures: * **Psychrophiles:** Optimum growth at 15°C or lower, with maximum growth below 20°C. Found in cold environments like oceans and glaciers . * **Mesophiles:** Optimum growth between approximately 20°C and 45°C. Common in moderate environments, including the human body (e.g., *E. coli* optima around 39°C) . * **Thermophiles:** Optimum growth between 45°C and 80°C. Found in warm environments like compost heaps . * **Hyperthermophiles:** Optimum growth above 80°C, with some thriving above 100°C. Found in extreme environments like hot springs and deep-sea hydrothermal vents . > **Tip:** Organisms adapted to extreme temperatures are called extremophiles. Psychrophilic enzymes are flexible at cold temperatures due to specific protein structures and amino acid compositions, while their membranes have higher unsaturated fatty acid content to maintain fluidity. Thermophiles and hyperthermophiles have heat-stable enzymes and lipids to withstand high temperatures . #### 4.3.3.2 pH (acidity) The pH of an environment influences microbial growth, with most organisms having a specific pH range for survival and an optimal pH for growth . * **Neutrophiles:** Grow optimally between pH 5.5 and 7.9 (e.g., *E. coli*) . * **Acidophiles:** Grow best at low pH values (below 5.5), with some thriving at pH 2 or even lower . * **Alkalophiles (or basophiles):** Grow optimally at high pH values (above 8), often in alkaline lakes and soils . Intracellular pH is generally maintained closer to neutrality (pH 5-9) to ensure the stability of macromolecules . #### 4.3.3.3 Water activity ($a_w$) Water availability, expressed as water activity ($a_w$), is crucial for growth. $a_w$ is the ratio of the vapor pressure of air in equilibrium with a substance to the vapor pressure of pure water, ranging from 0 (no free water) to 1 (pure water) . * **Osmosis:** Water moves from areas of high water concentration (low solute) to low water concentration (high solute). * **Halophiles:** Require salt for growth, with optimal growth at the $a_w$ of seawater (around 0.98) . * **Extreme halophiles:** Require very high salt concentrations (15-30%) for optimal growth. * **Halotolerant:** Can tolerate some salt but grow best without it. * **Osmophiles:** Thrive in environments with high solute concentrations, such as sugars. * **Xerophiles:** Grow in very dry environments . The minimum water activity for life is approximately 0.61. Organisms adapt to low water activity by increasing their internal solute concentration using compatible solutes (e.g., glycerol, sugars, amino acid derivatives) . #### 4.3.3.4 Oxygen ($O_2$) Oxygen requirements vary significantly among microorganisms: * **Obligate aerobes:** Require oxygen for growth and will die without it; rely solely on aerobic respiration . * **Microaerophiles:** Require oxygen but at lower concentrations than found in air (less than 21%) . * **Anaerobes:** Do not use oxygen. * **Aerotolerant anaerobes:** Can tolerate oxygen but do not use it for metabolism; rely on fermentation . * **Obligate (strict) anaerobes:** Killed or inhibited by oxygen. Found in oxygen-free environments like sediments and animal intestines . * **Facultative anaerobes:** Can grow in the presence or absence of oxygen, but grow better with oxygen (e.g., *E. coli*) . > **Tip:** Oxygen itself is not directly toxic to anaerobes, but its reduction by cellular processes can produce toxic reactive oxygen species (ROS) like superoxide anions ($O_2^{\cdot-}$), hydrogen peroxide ($H_2O_2$), and hydroxyl radicals ($HO^{\cdot}$). Aerobic organisms possess enzymes (e.g., superoxide dismutase, catalase) to neutralize these toxic byproducts . --- # Nutrient cycles and microbial processes This topic examines essential nutrient cycles, specifically the water, carbon, and nitrogen cycles, highlighting the crucial role of microorganisms in these biogeochemical processes and detailing key microbial metabolic functions involved. ### 4.1 Importance of nutrient cycles and their link to ecosystems Ecosystems are characterized by energy flow and chemical cycles. While energy, typically from sunlight, flows through trophic levels and is ultimately lost as heat, chemical elements like carbon and nitrogen are cycled between biotic and abiotic components. Autotrophic organisms fix inorganic elements from the environment into organic compounds, which are then consumed by heterotrophs. Decomposition and metabolic processes return these elements to inorganic forms, completing the cycle. Microbial activities are dominant in driving these nutrient cycles . Human activities, such as the burning of fossil fuels, release excess carbon dioxide (CO2) into the atmosphere, leading to global warming and ocean acidification, which severely impact sensitive ecosystems like coral reefs. A decrease in pH, even a small one, significantly reduces biogenic calcification, threatening marine biodiversity and food sources . ### 4.2 The water cycle Water is fundamental for all life, and its availability dictates ecosystem processes, particularly primary production and decomposition in terrestrial environments. The Earth's water is primarily stored in oceans (97%), with smaller amounts in glaciers, ice caps, lakes, rivers, and groundwater . The natural water cycle involves solar energy driving evaporation from oceans, water vapor rising and condensing into clouds, and precipitation returning water to Earth as rain and snow. Snowmelt and surface runoff replenish rivers, lakes, and oceans, while infiltration leads to groundwater storage. Plants can also contribute to water cycling through transpiration . Human activities have led to the development of the "urban water cycle," which includes water extraction, treatment, distribution, wastewater collection, and treatment before discharge . ### 4.3 The carbon cycle Carbon is the fundamental element for organic compounds, primarily sourced as CO2 from the atmosphere for photosynthetic organisms. The largest carbon reservoir is in the Earth's crust (sediments and rocks), but its release is very slow. Significant amounts of carbon are stored in terrestrial biomass (plants) and, even more so, in dead organic matter (humus) . CO2 is removed from the atmosphere by photosynthesis and returned through respiration and the microbial decomposition of organic matter. Since the Industrial Revolution, human activities have increased atmospheric CO2 by nearly 40%, leading to global warming. Microbial activities are expected to change in response to rising temperatures . #### 4.3.1 Photosynthesis and decomposition New organic compounds are biologically synthesized through CO2 fixation by autotrophs (phototrophs and chemolithotrophs). Phototrophs are the primary producers in the carbon cycle, using light energy to fix CO2 into organic matter, represented as (CH2O). The general equation for oxygenic photosynthesis is : $$ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{light energy}} (\text{CH}_2\text{O}) + \text{O}_2 $$ Autotrophs also respire, both in light and dark. The general equation for respiration is the reverse of oxygenic photosynthesis : $$ (\text{CH}_2\text{O}) + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} $$ For organic matter to accumulate, the rate of photosynthesis must exceed the rate of respiration. Organic compounds are broken down into methane (CH4) and CO2 through aerobic and anaerobic respiration, primarily driven by microbial activity . #### 4.3.2 Coupling with the nitrogen cycle The carbon cycle is closely linked with other nutrient cycles, particularly the nitrogen cycle. CO2 fixation is influenced by factors such as photosynthetic biomass and nitrogen availability, which can be a limiting nutrient. Large-scale biomass loss reduces CO2 fixation. High levels of organic carbon stimulate microbial nitrogen fixation (N2 to NH3), while low levels have the opposite effect. High ammonia levels stimulate CO2 fixation and nitrification but inhibit nitrogen fixation. High nitrate levels stimulate CO2 fixation and increase denitrification rates, which removes fixed nitrogen and negatively impacts CO2 fixation . #### 4.3.3 Methanogenesis In anoxic environments, methanogenesis, the biological production of methane, is a significant process carried out by archaea called methanogens. Most methanogens use CO2 as an electron acceptor in anaerobic respiration, reducing it to CH4 with H2 as the electron donor. Some methanogens can directly convert acetate into CH4 and CO2. For most organic compounds to be converted to CH4, methanogens must cooperate with other organisms that provide precursors . This multi-step process begins with the hydrolysis of complex organic molecules (polysaccharides, proteins, lipids, nucleic acids) into monomers by hydrolytic bacteria. For instance, cellulose is hydrolyzed to glucose by cellulolytic bacteria, then fermented into short-chain fatty acids (acetate, propionate, butyrate), alcohols (ethanol, butanol), H2, and CO2 by fermentative organisms. Hydrogen and acetate are directly used by methanogens, while other fatty acids and alcohols require further bacterial breakdown before methanogens can utilize them . ### 4.4 The nitrogen cycle Nitrogen is essential for life, forming amino acids, proteins, and nucleic acids. Plants can absorb inorganic nitrogen as ammonium (NH4+) and nitrate (NO3-), and organic nitrogen (amino acids). Animals rely solely on organic nitrogen sources, while bacteria can utilize all forms, including nitrite (NO2-). The atmosphere is the largest nitrogen reservoir, composed of about 80% nitrogen gas (N2). Other reservoirs include soil, sediments, water bodies, and biomass . Key processes in the nitrogen cycle include nitrification, denitrification, anammox, and nitrogen fixation . #### 4.4.1 Nitrogen fixation and denitrification Nitrogen gas (N2) is the most stable form of nitrogen and is fixed into usable forms by a limited number of bacteria and Archaea through nitrogen fixation. The reaction for nitrogen fixation is : $$ \text{N}_2 + 8 \text{H}^+ \rightarrow 2 \text{NH}_3 + \text{H}_2 $$ Fixed nitrogen, such as ammonia (NH3) or nitrate (NO3-), is crucial for organisms, and nitrogen-fixing bacteria make it available where it's scarce . Denitrification, or nitrate respiration, is the conversion of nitrate to nitrogen gas under anoxic conditions by denitrifying bacteria. The simplified reaction is : $$ \text{NO}_3^- \rightarrow \text{N}_2 $$ Denitrification can be beneficial, as seen in wastewater treatment where it reduces nutrient load, preventing algal blooms. However, it can also be detrimental in agricultural soils, leading to nitrogen loss from fertilized land under waterlogged conditions . The production of nitrous oxide (N2O) and nitric oxide (NO) during denitrification has significant environmental consequences. N2O is a potent greenhouse gas, contributing substantially to global warming. N2O can also be oxidized to NO in the atmosphere, leading to ozone depletion and acid rain, which alters soil pH and impacts microbial communities, soil fertility, plant diversity, and crop yields . #### 4.4.2 Ammonification and nitrification Ammonification is the release of ammonia from the breakdown of organic nitrogen compounds like amino acids and nucleotides. At neutral pH, ammonia exists as ammonium (NH4+). Much of this released NH4+ is rapidly recycled by plants and microorganisms . Nitrification is the oxidation of ammonia to nitrate (NO3-) and is crucial in well-drained, oxygenated soils at neutral pH, carried out by nitrifying bacteria and archaea. Nitrification consumes NH4+ and produces NO3-, a key plant nutrient. This process was historically considered to occur in two steps: ammonia oxidation to nitrite (NO2-) by bacteria like *Nitrosomonas*, and nitrite oxidation to nitrate by bacteria like *Nitrobacter*. However, some bacteria, such as *Nitrospira*, can oxidize ammonia directly to nitrate . #### 4.4.3 Anammox Anammox (anaerobic ammonium oxidation) is a process where ammonium can be oxidized under anoxic conditions. In this reaction, ammonia is anaerobically oxidized using NO2- as the electron acceptor, producing N2 as the final product. This metabolic shortcut is particularly valuable for wastewater treatment plants and is performed by specific types of bacteria . ### 4.5 Microbial processes Microbial processes are central to nutrient cycles and overall ecosystem function. Key processes include: * **Photosynthesis:** The process by which phototrophic organisms convert light energy into chemical energy, fixing CO2 into organic compounds . * **Respiration:** The metabolic process by which organisms break down organic compounds to release energy, often involving the consumption of oxygen (aerobic respiration) or other electron acceptors (anaerobic respiration), returning CO2 to the atmosphere . * **Methanogenesis:** The biological production of methane (CH4) from CO2 and H2 or acetate in anoxic environments, carried out by methanogenic archaea . * **Nitrification:** The aerobic oxidation of ammonia (NH3) to nitrite (NO2-) and then to nitrate (NO3-) by nitrifying bacteria and archaea . * **Denitrification:** The conversion of nitrate (NO3-) to nitrogen gas (N2) under anoxic conditions by denitrifying bacteria, often as an alternative to oxygen respiration . * **Ammonification:** The release of ammonia (NH3) from the decomposition of organic nitrogen compounds . * **Anammox:** The anaerobic oxidation of ammonia (NH3) to nitrogen gas (N2) using nitrite (NO2-) as an electron acceptor . --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Primordial soup theory | A hypothesis suggesting that the early Earth's ocean was a solution of organic molecules from which life could arise, proposed independently by Oparin and Haldane. | | Miller experiment | An experiment conducted by Stanley Miller and Harold Urey in 1953 that simulated the early Earth's atmosphere and produced simple organic compounds, including amino acids, from inorganic molecules. | | Hydrothermal vents | Underwater volcanic openings, also known as black smokers, found in volcanically active areas and tectonic spreading zones, where minerals precipitate from heated water. | | Alkaline vents | Underwater sources with lower temperatures than hydrothermal vents and a high pH, formed by a chemical reaction between olivine and water, producing hydrogen gas. | | RNA world hypothesis | A theory proposing that the earliest form of life was based on RNA molecules, with DNA and proteins developing later. | | Protobionts | Abiotically produced molecules enclosed by a membrane-like structure, exhibiting some properties of life such as simple reproduction and maintaining a distinct internal chemical environment. | | Homeostasis | The ability of an organism to maintain a constant internal environment. | | Metabolism | The sum of biochemical processes involved in energy production and consumption within a cell, essential for activity, growth, and reproduction. | | Prokaryote | A single-celled organism that lacks a membrane-bound nucleus and other membrane-bound organelles, found in bacteria and archaea. | | Eukaryote | An organism whose cells contain a nucleus and other organelles enclosed within membranes, such as plants, animals, fungi, and protists. | | Endosymbiosis | A symbiotic relationship in which one organism lives inside another, with the theory suggesting that mitochondria and plastids originated from prokaryotes that were engulfed by larger cells. | | Peptidoglycan | A polymer composed of N-acetylglucosamine and N-acetylmuramic acid that forms the cell wall of most bacteria, providing structural rigidity. | | Gram-positive bacteria | Bacteria that have a thick peptidoglycan layer in their cell wall and retain the crystal violet stain during Gram staining, appearing purple. | | Gram-negative bacteria | Bacteria that have a thin peptidoglycan layer, an outer membrane, and a periplasmic space, appearing pink after Gram staining. | | Lipopolysaccharide (LPS) | A complex molecule found in the outer membrane of Gram-negative bacteria, consisting of a lipid component and a polysaccharide chain, contributing to the cell wall's strength and acting as an endotoxin. | | S-layer | A protein or glycoprotein layer that surrounds the cell wall of many bacteria and archaea, providing structural support and protection. | | Pili | Filamentous appendages on the surface of bacteria, involved in adhesion and genetic material transfer (conjugation). | | Fimbriae | Short, hair-like appendages on the surface of bacteria, primarily involved in adhesion to surfaces and other cells. | | Endospores | Highly differentiated, dormant structures produced by some bacteria (e.g., Bacillus, Clostridium) that are resistant to extreme environmental conditions and can germinate into vegetative cells when conditions are favorable. | | Flagella | Long, whip-like structures used by many bacteria and archaea for locomotion, enabling them to move through liquid environments. | | Archaella | Motility structures found in Archaea that are structurally and functionally similar to bacterial flagella but have different protein compositions and energy sources. | | Taxonomie | The science of classification and naming of organisms, organizing biodiversity into hierarchical groups based on shared characteristics. | | Phylogeny | The study of the evolutionary history and relationships among individuals or groups of organisms, often visualized through phylogenetic trees. | | Convergent evolution (Homoplasy) | The independent evolution of similar features in different lineages, typically as an adaptation to similar environmental pressures, not due to shared ancestry. | | Phylogenetic tree | A diagram that represents the evolutionary history and relationships among species or groups of organisms, illustrating hypothesized branching patterns from common ancestors. | | Cladistics | A method of classification of animals and plants according to the proportion of measurable characteristics that they have in common, used to determine their evolutionary relationships. | | Cladogram | A branching diagram showing the evolutionary relationships among a group of organisms, based on shared derived characteristics. | | Archaea | A domain of single-celled microorganisms that are prokaryotic in cell structure but differ biochemically and genetically from Bacteria and Eukarya, often found in extreme environments. | | Bacteria | A domain of single-celled microorganisms that are prokaryotic and widespread in various environments, encompassing a wide range of metabolic and functional capabilities. | | Proteobacteria | A large phylum of Gram-negative bacteria that includes many important groups, such as photoautotrophs, chemoautotrophs, and heterotrophs, including pathogens. | | Cyanobacteria | Photosynthetic bacteria that produce oxygen as a byproduct of photosynthesis and are believed to have played a key role in the oxygenation of Earth's atmosphere. | | Fungi | A kingdom of eukaryotic organisms that include yeasts, molds, and mushrooms, characterized by their cell walls made of chitin and their heterotrophic mode of nutrition, often acting as decomposers. | | Hyphae | The long, branching filamentous structures of a fungus, used to absorb nutrients and form mycelia. | | Mycelium | A network of hyphae forming the vegetative part of a fungus, often found in soil or on decaying organic matter. | | Conidia | Asexual spores produced by fungi, typically formed at the tips of hyphae and dispersed to colonize new environments. | | Ascospores | Spores produced within a sac-like structure called an ascus, a characteristic of Ascomycetes fungi, formed during sexual reproduction. | | Basidiospores | Spores produced on a club-shaped structure called a basidium, characteristic of Basidiomycetes fungi, formed during sexual reproduction. | | Plantae | A kingdom of eukaryotic organisms that include plants, characterized by their cell walls made of cellulose and their autotrophic mode of nutrition through photosynthesis. | | Tissues | Groups of specialized cells that perform specific functions, such as dermal, vascular, and ground tissues in plants. | | Xylem | Vascular tissue in plants that transports water and dissolved minerals from the roots to the rest of the plant and also provides physical support. | | Phloem | Vascular tissue in plants that transports sugars produced during photosynthesis from the leaves to other parts of the plant where they are needed for growth or storage. | | Parenchyma cells | Versatile plant cells involved in metabolic functions like photosynthesis and storage, capable of differentiating into other cell types. | | Collenchyma cells | Plant cells with thickened primary cell walls that provide flexible mechanical support to growing parts of the plant, such as young stems and petioles. | | Sclerenchyma cells | Plant cells with rigid secondary cell walls, often lignified, that provide strong structural support; these cells are typically dead at maturity. | | Protists | A diverse group of eukaryotic microorganisms that are not plants, animals, or fungi. They are typically unicellular but can be colonial or multicellular and exhibit a wide range of metabolic strategies. | | Excavata | A diverse group of protists, including diplomonads, parabasalids, and euglenoids, often found in anaerobic environments or aquatic habitats. | | SAR (Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria) | A supergroup of protists characterized by specific genetic and morphological features, encompassing a vast diversity of unicellular and multicellular organisms. | | Algae | Photosynthetic eukaryotic organisms that range from unicellular to large multicellular forms, typically found in aquatic environments. | | Rhodophytes (Red algae) | A group of algae that contain chlorophyll a and phycobiliproteins, giving them a red or purplish hue, and are primarily marine. | | Chlorophytes (Green algae) | A group of algae that contain chlorophyll a and b, similar to plants, and are found in freshwater, marine, and terrestrial environments. | | Ecology | The scientific study of interactions among organisms and their environment, including biotic and abiotic factors. | | Microbiome | A community of microorganisms that inhabit a particular environment, such as the human gut or soil. | | Population | A group of individuals of the same species that live in the same area and interbreed. | | Community | An interacting group of various species in a common location. | | Ecosystem | A community of living organisms (biotic) interacting with their non-living physical environment (abiotic). | | Water activity (a_w) | A measure of the availability of water for microbial growth, defined as the ratio of the vapor pressure of air in equilibrium with a substance to the vapor pressure of pure water. | | Psychrophiles | Microorganisms that thrive at low temperatures, with optimal growth temperatures at or below 15°C. | | Mesophiles | Microorganisms that grow best at moderate temperatures, with optimal growth temperatures typically between 20°C and 45°C. | | Thermophiles | Microorganisms that thrive at high temperatures, with optimal growth temperatures between 45°C and 80°C. | | Hyperthermophiles | Microorganisms that thrive at extremely high temperatures, with optimal growth temperatures above 80°C. | | Acidophiles | Organisms that thrive in acidic environments, with optimal pH values typically below 5.5. | | Alkaliphiles | Organisms that thrive in alkaline environments, with optimal pH values typically above 8.0. | | Halophiles | Organisms that require high salt concentrations for growth, often found in saline environments like salt lakes or the ocean. | | Batch culture | A closed system where microorganisms are grown in a fixed volume of culture medium with limited nutrients and no replenishment. | | Growth curve | A graphical representation of the changes in population size of microorganisms over time in a culture, typically showing lag, exponential, stationary, and death phases. | | Lag phase | The initial phase of a microbial growth curve where microorganisms adapt to a new environment and show little to no growth. | | Exponential phase (Log phase) | The phase of microbial growth where the population increases exponentially at a constant rate due to rapid cell division. | | Stationary phase | The phase of microbial growth where the rate of cell division equals the rate of cell death, resulting in a stable population size. | | Death phase | The final phase of microbial growth where the rate of cell death exceeds the rate of cell division, leading to a decline in population size. | | Generation time | The time it takes for a microbial population to double in number through cell division. | | Turbidimetry | A method used to estimate the number of cells in a suspension by measuring the turbidity (cloudiness) caused by light scattering. | | Colony-forming units (CFU) | Units used to quantify the number of viable microorganisms in a sample, representing the number of colonies that grow on a solid medium. | | Aseptic technique | Practices performed under sterile conditions to prevent contamination by unwanted microorganisms. | | Nutrient cycling | The movement and transformation of essential elements (e.g., carbon, nitrogen, phosphorus) through ecosystems, involving both biotic and abiotic components. | | Photosynthesis | The process by which green plants and some bacteria use sunlight, water, and carbon dioxide to create their own food (glucose) and release oxygen. | | Respiration | The process by which organisms release energy from organic molecules, typically involving the consumption of oxygen and the production of carbon dioxide and water. | | Methanogenesis | The biological production of methane (CH$_4$), primarily carried out by methanogenic archaea in anaerobic environments. | | Nitrification | The biological oxidation of ammonia or ammonium to nitrite followed by the oxidation of the nitrites to nitrate, carried out by nitrifying bacteria and archaea. | | Denitrification | The process by which nitrate is reduced to gaseous nitrogen compounds, such as N$_2$O or N$_2$, typically under anaerobic conditions. |

# Humaan papillomavirus (HPV) Humaan papillomavirus (HPV) is een veelvoorkomend virus dat voornamelijk huidaandoeningen en potentieel kanker veroorzaakt. ## 1. Humaan papillomavirus (HPV) Het humaan papillomavirus (HPV) is wereldwijd een belangrijk virus, met name in de oncologie vanwege de link met baarmoederhalskanker, anale kanker en keelkanker [3](#page=3). ### 1.1 Kenmerken van het Papillomavirus Papillomavirussen behoren tot de familie Papillomaviridae en zijn niet-geënvlopeerde DNA-virussen met een dubbelstrengs genoom. Ze komen voor bij verschillende organismen, waaronder gewervelde zoogdieren. De virussen blijven aanwezig in het lichaam en kunnen geassocieerd worden met langdurige ziekten [3](#page=3) [5](#page=5) [7](#page=7). ### 1.2 Verschijningsvormen en Symptomen HPV veroorzaakt doorgaans letsels die niet agressief zijn en geen pijn doen. Een veelvoorkomende manifestatie is de verruca, oftewel wrat. Deze letsels kunnen scherp aanvoelen, vooral bij aanraking met tanden [6](#page=6). #### 1.2.1 Overdracht en Incubatietijd Overdracht van HPV kan plaatsvinden via huid-op-huid contact, bijvoorbeeld in vochtige omgevingen zoals zwembaden, gymnastiekzalen en kleedkamers, vooral bij kleine wondjes. HPV heeft een lange incubatietijd, wat betekent dat er een aanzienlijke periode kan verstrijken tussen de infectie en het ontstaan van symptomen [9](#page=9). ### 1.3 Virale Diversiteit en Infectiepatronen Er zijn meer dan 70 verschillende genotypen van HPV bekend (#page=7, 8). Deze genotypen kunnen leiden tot verschillende manifestaties en typen infecties. Sommige genotypen zijn specifiek voor bepaalde locaties (cutaan), terwijl andere zowel op de huid als op slijmvliezen (mucocutaan) infecties kunnen veroorzaken. Een voorbeeld van een genotype met een brede infectiecapaciteit is type 11 [10](#page=10) [7](#page=7) [8](#page=8). ### 1.4 Pathogenese van HPV-infectie De pathogenese van HPV-infectie begint met het virus dat latent aanwezig is in de epitheelcel met een lage proliferatiesnelheid [11](#page=11). #### 1.4.1 Ontwikkeling van Weefselletsels Via een klein wondje of beschadiging in de bovenste epitheellaag kan het virus zich in diepere weefsels verspreiden terwijl het prolifeert. In de latente periode repliceert het virus zich in de basale cellagen van het weefsel. Vervolgens prolifereert het virus verder naar het oppervlak, waarbij meer viruspartikels worden aangemaakt, geassembleerd en vrijgegeven aan de oppervlakte van de cellaag (#page=11, 12). Dit proces is vergelijkbaar in zowel de huid als de cervix [11](#page=11) [12](#page=12). #### 1.4.2 Goedaardige versus Kwaadaardige Wratten De cyclus van HPV begint in de basale cellagen en de cellen differentiëren en schuiven op naar het oppervlak [13](#page=13). * **Goedaardige wratten:** Deze worden gekenmerkt door overmatige proliferatie van de epitheellagen. Een voorbeeld is *verruca vulgaris*, die zich manifesteert als ruwe, slordig gekeratiniseerde uitstulpingen. Zwarte puntjes in de wrat duiden op kleine bloedvaatjes die zich proberen te nestelen. De huidcellen delen zich ongecontroleerd, wat resulteert in nieuwe groei. Het keratinisatieproces verloopt hierbij niet normaal, maar er is nog wel enige controle, in tegenstelling tot kwaadaardige tumoren. Deze kunnen soms zelflimiterend zijn vanwege beperkte zuurstof- en bloedtoevoer. *Verruca lata* zijn platte wratten [13](#page=13) [14](#page=14) [15](#page=15). * **Kwaadaardige wratten:** Bij kwaadaardige transformatie neemt ook de lagere cellaag deel aan de proliferatie, met hoge delingsactiviteit en mitotische activiteit, wat een cascade van oncogenen in gang zet [13](#page=13). ### 1.5 Detectie van Virussen De detectie van virussen verschilt van die van bacteriën, omdat virussen veel kleiner zijn en geen kweek mogelijk is. Gebruikte technieken omvatten [7](#page=7): * **Elektronenmicroscopie:** Biedt een hogere resolutie en vergroting om zeer kleine deeltjes te bekijken (#page=7, 8) [7](#page=7) [8](#page=8). * **DNA-gebaseerde methoden:** Deze zijn kostenefficiënt en veelgebruikt (#page=7, 8) [7](#page=7) [8](#page=8). * **Probes:** Hierbij wordt een gelabeld (bijvoorbeeld met fluorescentie) DNA-stuk geïncubeerd met viruspartikels. Een reactie die kan worden waargenomen, duidt op de aanwezigheid van het virus (#page=7, 8) [7](#page=7) [8](#page=8). * **PCR (Polymerase Chain Reaction):** Hoewel niet uitgebreid beschreven, is PCR een standaard DNA-gebaseerde methode voor virusdetectie. ### 1.6 Klinische Manifestaties en Risico's HPV kan leiden tot verschillende soorten letsels, afhankelijk van het getroffen gebied: * **Genitale HPV-infectie:** Dit kan resulteren in wratachtige letsels op de schaamlippen en vagina bij vrouwen, en op de eikel of net daaronder bij mannen. Bij vrouwen kunnen witachtige, wratachtige letsels rond de vaginale ingang voorkomen, en soms ook aan de binnenzijde, wat regelmatige gynaecologische onderzoeken noodzakelijk maakt [16](#page=16). * **Risico op kanker:** Afhankelijk van het specifieke HPV-type kan het virus leiden tot ongecontroleerde celgroei en kanker. Dit risico is met name aanwezig ter hoogte van de larynx, farynx, stembanden, baarmoederhals, perineum en anus [17](#page=17). Onderzoek naar de ontwikkeling van HPV-vaccins is gaande [17](#page=17). > **Tip:** Vanwege de lange incubatietijd en de potentiële link met kanker is het cruciaal om bij genitale HPV-infecties alert te zijn op veranderingen en regelmatig medisch advies in te winnen. --- # Pokkenvirussen en verwante ziekten Dit deel van het document behandelt verschillende pokkenvirussen, waaronder molluscus contagiosum, apenpokken (Mpox) en de uitgeroeide menselijke pokken (variola), met aandacht voor hun geschiedenis, klinische presentatie, overdracht en de ontwikkeling van vaccinatie [18-58. ### 2.1 Molluscum contagiosum Molluscum contagiosum, ook wel parelwratjes genoemd, is een virale aandoening die wordt veroorzaakt door het molluscipoxvirus. Het presenteert zich als gladde, zachte bolletjes of druppeltjes op de huid die geen pijn veroorzaken. Deze infectie kan vooral bij kinderen en volwassenen met een verzwakt immuunsysteem, zoals bij HIV-infectie, intens worden. Lokale immuniteit slaagt er dan niet in om het virus onder controle te houden. Als de immuniteit verbetert, kan cellulaire immuniteit het virus onder controle krijgen. Behandeling kan bestaan uit het uitlepelen of bevriezen van de letsels. Het wordt als relatief onschuldig beschouwd, aangezien het zich beperkt tot huidinfecties [18](#page=18) [19](#page=19) [20](#page=20). > **Tip:** Hoewel molluscum contagiosum voornamelijk een huidinfectie is, kan de ernst toenemen bij personen met een verzwakt immuunsysteem. ### 2.2 Andere pokkenvirussen: Mpox en Variola #### 2.2.1 Mpox (apenpokken) Mpox, voorheen bekend als apenpokken, presenteert zich met bolvormige of blaarvormige huidletsels die anders zijn dan bij molluscum contagiosum. Deze letsels zijn pijnlijk en hinderlijk, drogen geleidelijk in en genezen met een korst. Patiënten kunnen zich ziek voelen en koorts ervaren [21](#page=21) [22](#page=22). **Geschiedenis en evolutie van Mpox:** * **Voor 2022:** Mpox werd voornamelijk in Afrika waargenomen, met name in Centraal- en West-Afrika, en kwam vaak voor in clusters binnen families. De infectie trof voornamelijk jonge kinderen, die er heftig ziek van konden worden met een mortaliteit van ongeveer 10%. De klinische presentatie leek sterk op de historische presentatie van menselijke pokken [23](#page=23) [26](#page=26). * **Na 2022:** Na de COVID-19 pandemie ontstond er een nieuwe uitbraak van Mpox die zich vanuit reizigers uit Afrika naar Europa verspreidde. De verspreiding vond voornamelijk plaats bij mannen die seks hadden met mannen via onveilige contacten. In deze periode werden veel mensen met koorts en letsels gezien, die er niet klassiek uitzagen zoals eerder waargenomen. Mpox gedroeg zich in deze context deels als een seksueel overdraagbare aandoening (SOA), maar kan ook via ander nauw contact worden overgedragen. Het type 2-variant van Mpox werd in Europa waargenomen en kende nagenoeg geen sterfgevallen [26](#page=26) [27](#page=27) [28](#page=28). **Klinische presentatie van Mpox:** * Letsels beginnen vaak als kleine blaasjes of bultjes, die verward kunnen worden met waterpokken (varicella) [29](#page=29) [30](#page=30). * Ze kunnen evolueren naar zweervorming met een centrale inkeping [30](#page=30). * Uiteindelijk zakken de blaren in en vormen ze een korst die er afvalt [30](#page=30). * Klassieke pokkenletsels worden beschreven als blaasjes, verspreid of geïsoleerd, pijnlijk, soms met kleine bultjes, en vaak voorkomend op voetzolen en handpalmen [29](#page=29). * Een kenmerk van de latere stadia is de aanwezigheid van blaasjes met een putje of naveltje in het centrum, alvorens ze invallen en genezen [46](#page=46). * De letsels worden vaak gezien op de handen en voeten, en op het gelaat, armen en benen. Kenmerkend is dat de letsels zich in dezelfde ontwikkelingsfase bevinden [45](#page=45). * Naast de huid kunnen ook andere organen, zoals de lever en milt, aangetast worden [48](#page=48). **Varianten (Clades) van Mpox:** * **Clade 1:** De oorspronkelijke variant die zich in Centraal-Afrika verspreidde, werd endemisch en vertoonde een hogere mortaliteit. Deze clade werd gedreven door ongecontroleerde uitbraken binnen families en seksuele route van overdracht. In regio's met onrust en oorlog was er een grotere beweging van mensen en meer seksuele overdraagbare infecties, wat de verspreiding vergemakkelijkte, voornamelijk via heteroseksuele netwerken. Clade 1 heeft een significant hoger risico op vroegtijdig overlijden [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Clade 2:** Voornamelijk waargenomen in homoseksuele netwerken in andere contexten, met nagenoeg geen sterfgevallen [27](#page=27) [33](#page=33). > **Tip:** Het onderscheid tussen de verschillende clades van Mpox is cruciaal voor het inschatten van de prognose en het risico op mortaliteit. #### 2.2.2 Variola (menselijke pokken) Variola is het virus dat de menselijke pokken veroorzaakte, een ziekte die de mensheid duizenden jaren lang heeft geteisterd. De ziekte werd voor het eerst beschreven in de oudheid, onder andere in Egyptische optekeningen en de Bijbel. Door de middeleeuwen heen bleven pokken grote uitbraken veroorzaken met veel sterfte en littekens bij overlevenden [36](#page=36) [37](#page=37) [39](#page=39). **Kenmerken van Variola:** * **Overdracht:** Variola is een strikt humaan virus dat van mens op mens wordt overgedragen via respiratoire druppels of direct contact. Het was enorm besmettelijk binnen families [38](#page=38). * **Klinische Beelden:** * **Variola Major:** Een ernstige vorm van de ziekte met uitgebreide symptomen en een sterftecijfer van ongeveer 30% [38](#page=38). * **Variola Minor:** Een mildere vorm met minder uitgebreide uitslag en een lagere kans op sterfte [38](#page=38). * **Ziekteverloop:** * De ziekte begon met een incubatieperiode gevolgd door algemene prodromale symptomen zoals pijn, zich onwel voelen, koorts en algemene malaise [41](#page=41) [43](#page=43). * Daarna verspreidde de huiduitslag zich over het hele lichaam, met name op de benen, handen en het gelaat [44](#page=44) [45](#page=45). * Letsels werden gekenmerkt door blaasjes met een centrale inkeping (dimpel), die evolueerden tot blaren die invielen en uiteindelijk genazen met littekens [46](#page=46). * Een belangrijk herkenningspunt van pokken was de aantasting van de handpalmen en voetzolen, en de gelijktijdige ontwikkelingsfase van de letsels [45](#page=45). * **Complicaties en Gevolgen:** * Ongeveer één derde van de patiënten overleed aan de ziekte [49](#page=49) [50](#page=50). * Naast de primaire infectie konden secundaire infecties (sepsis) optreden, met name door bacteriën zoals stafylokokken en streptokokken die gemakkelijker door de aangetaste huid konden binnendringen [49](#page=49) [50](#page=50). * Ontbering, zoals langdurige periodes van onvoldoende voedsel en vochtinname, verergerde de situatie [49](#page=49) [50](#page=50). * Overlevenden hielden vaak veel littekens over [49](#page=49) [50](#page=50). * Aantasting van de ogen kon leiden tot blindheid, wat maatschappelijke problemen veroorzaakte [49](#page=49) [50](#page=50). > **Fact:** De mortaliteit van Variola Major bedroeg ongeveer 30% [38](#page=38). #### 2.2.3 Vaccinatie tegen Pokken De ontwikkeling van vaccinatie tegen pokken kende een lange geschiedenis van observaties en experimenten. * **Variolatie:** Deze praktijk, voornamelijk ontwikkeld in het Verre Oosten (China, India), hield in dat men een persoon bewust infecteerde met een kleine hoeveelheid vocht uit pokkenblaren via een wondje. Dit leidde ertoe dat de geïnfecteerde persoon weliswaar ziek werd, maar veel minder ernstig dan bij een natuurlijke besmetting. De hoeveelheid blootgestelde virusdeeltjes was significant lager, wat dit tot een voorloper van vaccinatie maakte. Later werd dit ook via de neus met een blaaspijp uitgevoerd [52](#page=52) [53](#page=53). * **Observaties met Koeienpokken:** Meisjes die melkkoeien melkten en in contact kwamen met koeienpokken, kregen slechts enkele letsels op hun handen, maar werden niet vatbaar voor de menselijke pokken. Dit, samen met de ervaringen met variolatie, leidde tot het idee van bescherming tegen pokken [55](#page=55). * **Lady Montagu's Observaties:** Lady Montagu observeerde de praktijk van variolatie in Turkije en vond deze indrukwekkend. Ze liet haar eigen kinderen varioleren, die na enkele dagen koorts te hebben gehad, geen pokken ontwikkelden. Dit wekte interesse in Engeland, ondanks aanvankelijk veel wantrouwen [54](#page=54). * **Eerste Vaccinatie Prototypes:** De observaties werden samengebracht en leidden tot de eerste prototypes van vaccinatie. Deze werden initieel op ethisch twijfelachtige wijze uitgeprobeerd, bijvoorbeeld op gevangenen. Er was veel weerstand en scepsis, zoals blijkt uit spotprenten die pus van kalveren als een gevaarlijke substantie afbeeldden [56](#page=56) [57](#page=57). * **Eradicatie:** Dankzij een agressieve wereldwijde vaccinatiecampagne is men erin geslaagd de menselijke pokken uit te roeien. Hoewel het virus nu niet meer circuleert in de algemene populatie, blijft het aanwezig in laboratoria, waardoor men op zijn hoede moet blijven voor varianten [58](#page=58). > **Fact:** De eradicatie van de menselijke pokken was een van de grootste successen in de volksgezondheid [58](#page=58). ### 2.3 Virale replicatie (algemeen voor Poxviridae) Alle poxvirussen repliceren in het cytoplasma van geïnfecteerde cellen via een complex, maar grotendeels geconserveerd, morfogenetisch proces. Er zijn twee verschillende infectieuze virusdeeltjes die de infectie kunnen initiëren: het intracellulaire mature virus (IMV) en het extracellulaire enveloped virus (EEV). Deze virionen verschillen in hun oppervlakteglycoproteïnen en het aantal omhullende membranen. De binding van het virion aan de cel wordt bepaald door verschillende virionproteïnen en door glycosaminoglycanen (GAGs) op het celoppervlak of componenten van de extracellulaire matrix [24](#page=24). Volledig permissieve virale replicatie wordt gekenmerkt door drie golven van virale mRNA- en eiwitsynthese (vroege, intermediaire en late fasen). Dit wordt gevolgd door de morfogenese van infectieuze deeltjes [24](#page=24). * Het initiële intracellulaire mature virus (IMV) wordt via microtubuli getransporteerd en omhuld met een uit het Golgi-apparaat afkomstige membraan, waarna het een intracellulair enveloped virus (IEV) wordt genoemd [24](#page=24). * Het IEV fuseert met het celoppervlakmembraan om een cel-geassocieerd enveloped virus (CEV) te vormen, dat ofwel door actinetail-polymerisatie van de cel wordt geëxtrudeerd, ofwel wordt vrijgegeven om vrije EEV te vormen [24](#page=24). * EEV kan ook ontstaan door directe afsnoering van IMV, dus zonder de IEV-vorm te passeren [24](#page=24). Poxvirussen brengen ook een reeks extracellulaire en intracellulaire modulatoren tot expressie, waarvan sommige worden gedefinieerd als 'host-range factors' die nodig zijn om de virale replicatiecyclus te voltooien. Poxvirussen kunnen zeer divers zijn in hun portfolio van specifieke modulatoren en 'host-range factors', die tropisme en gastheerrange bepalen. Niet-permissieve poxvirusinfecties stoppen over het algemeen na de bindings-/fusiefase [25](#page=25). **Specifieke kenmerken van het virion:** * Het virus is een dubbelstrengs DNA-virus met een envelop [25](#page=25). * Wanneer het de cel binnenkomt, heeft het een envelop (EEV of IEV) [25](#page=25). * Na het binnendringen van de gastheercel moet de envelop verwijderd worden (uncoating) [25](#page=25). * De replicatie van het genetisch materiaal is relatief eenvoudig en maakt gebruik van polymerasen die ook door de menselijke gastheer worden gebruikt [25](#page=25). * De assemblage en translatie van DNA naar verschillende componenten gebeurt in drie hoofdfasen: vroege, intermediaire en late fase [25](#page=25). * **Vroege fase:** Processen die belangrijk zijn bij de modulatie van de extracellulaire omgeving van de gastheercel [25](#page=25). * **Intermediaire fase:** Componenten worden geactiveerd die belangrijk zijn voor intracellulaire modulatie en processen [25](#page=25). * **Late fase:** Focus op assemblage en samenstelling van nieuwe virusdeeltjes die opnieuw uit de gastheercel kunnen worden afgesnoerd en zich kunnen verspreiden, met een envelop en een kopie van het DNA [25](#page=25). > **Tip:** De replicatie van poxvirussen in het cytoplasma en de aanwezigheid van twee typen infectieuze deeltjes (IMV en EEV) zijn kenmerkend voor deze virusfamilie. --- # Herpesvirussen en hun ziektebeelden De herpesvirussen vormen een uitgebreide familie met acht klinisch belangrijke types, die variëren in hun virulentie en de ziektebeelden die ze veroorzaken, van banale letsels tot ernstige oncologische en neurologische aandoeningen [61](#page=61). ### 3.1 Classificatie en structuur van herpesvirussen Herpesvirussen worden onderverdeeld in drie subfamilies op basis van hun replicatiepatroon en tropisme: alfa-, bèta- en gammaherpesvirussen [62](#page=62). * **Alfaherpesvirussen:** Deze groep omvat Herpes Simplex Virussen type 1 en 2 (HSV-1 en HSV-2) en Varicella Zoster Virus (VZV, type 3). Ze hebben een relatief klein genoom en een korte replicatiecyclus, en staan bekend om hun neurotropisme en het vermogen om latente infecties te veroorzaken in neurale ganglia [62](#page=62). * **Bètaherpesvirussen:** Deze groep omvat Cytomegalovirus (CMV, type 5) en Human Herpesvirus 6 (HHV-6) en 7. Ze hebben een langere replicatiecyclus en een breder cel tropisme dan alfaherpesvirussen [62](#page=62). * **Gammaherpesvirussen:** Deze groep omvat Epstein-Barr Virus (EBV, type 4) en Human Herpesvirus 8 (HHV-8). Ze infecteren voornamelijk lymfoïde cellen en worden geassocieerd met lymfoproliferatieve aandoeningen en kankers [62](#page=62). HSV heeft een relatief complex genoom voor een virus, met ongeveer 74 genen, verdeeld in een lange en korte unieke regio [63](#page=63). ### 3.2 Levenscyclus van herpesvirussen Herpesvirussen hebben een dubbelstrengs DNA-genoom. De lytische cyclus omvat de volgende stappen [64](#page=64): 1. **Binding:** Virussen binden aan specifieke receptoren op de celmembraan van de gastheercel via virale glycoproteïnen [66](#page=66). 2. **Entry:** Het virus komt de cel binnen door fusie van het virale envelop met het celmembraan of via endocytose [66](#page=66). 3. **Release en nucleair transport:** Na het afpelproces komen het nucleocapside en tegumentproteïnen vrij in het cytoplasma en worden naar de celkern getransporteerd [66](#page=66). 4. **Nucleaire entry:** Het virale genoom en enkele geassocieerde eiwitten komen de celkern binnen via kernporiën en circulariseren [66](#page=66). 5. **Genductie:** Virale genen worden sequentieel uitgedrukt (onmiddellijk vroege, vroege en late genen) [66](#page=66). 6. **DNA-replicatie:** Vroege virale genexpressie initieert de replicatie van het virale DNA [66](#page=66). 7. **Packaging:** Late virale structurele eiwitten assembleren met het gerepliceerde DNA in nieuwe virions [66](#page=66). 8. **Egress:** Nieuwe virions worden door het celmembraan naar buiten gebracht via cel fusie, exocytose of cel lysis [66](#page=66). ### 3.3 Neurovirulentie en latente infecties Veel herpesvirussen, met name HSV, zijn neurovirulent, wat betekent dat ze het centrale zenuwstelsel (CZS) kunnen infecteren, binnendringen en repliceren. Om te repliceren in neuronen, die geen eigen DNA-polymerase produceren, moeten herpesvirussen hun eigen polymerase meenemen [68](#page=68). Een cruciaal kenmerk van herpesvirussen is hun vermogen om latente infecties te veroorzaken. Na de primaire infectie trekken de virussen zich terug in neurale ganglia, waar ze in een episomale staat aanwezig blijven. Reactivatie uit latentie kan optreden bij momenten van verzwakte immuniteit, zoals stress, koorts of vermoeidheid, en kan leiden tot recidiverende ziektebeelden zonder significante schade aan de neuronen zelf [68](#page=68) [69](#page=69). > **Tip:** Het onderscheid tussen een acute infectie en latente infectie is essentieel voor het begrijpen van de ziektebeelden van herpesvirussen. Latentie betekent dat het virus aanwezig blijft in het lichaam en potentieel kan reactiveren. ### 3.4 Herpes Simplex Virussen (HSV-1 en HSV-2) HSV-1 en HSV-2 zijn nauw verwant en veroorzaken verschillende, maar soms overlappende ziektebeelden [62](#page=62) [72](#page=72). * **HSV-1:** Klassiek geassocieerd met orale infecties (koortslip, zweertjes in de mond, op de lippen, tandvlees). Indien het virus zich verder verspreidt, kan het herseninfecties (encefalitis) veroorzaken [72](#page=72) [75](#page=75). * **HSV-2:** Meestal geassocieerd met genitale infecties (zweertjes op de penis, perineum, perianaal gebied). Het kan ook orale laesies, slokdarm- en ooginfecties veroorzaken, en in zeldzame gevallen meningitis [72](#page=72) [73](#page=73) [75](#page=75). Bij de primaire infectie, die vaak heftiger is door het ontbreken van immuniteit, treden symptomen op zoals zweertjes in de mond, op de tong en het tandvlees. De virussen trekken zich terug in de neurale ganglia (trigeminale zenuwknopen) en kunnen via zenuwbanen weer tevoorschijn komen, leidend tot secundaire letsels zoals koortsblaasjes. Bij immuungecompromitteerde patiënten kan HSV ernstige, uitgebreide letsels veroorzaken, waaronder aantasting van de hersenen (temporale kwab). Overdracht van HSV-1 vindt klassiek plaats via speekseldruppels in de kindertijd, terwijl HSV-2 voornamelijk seksueel wordt overgedragen [74](#page=74) [75](#page=75) [77](#page=77) [78](#page=78). > **Belangrijk:** Neonatale herpes, een ernstige complicatie, kan optreden bij pasgeborenen wiens moeder actieve genitale herpesletsels heeft tijdens de bevalling [75](#page=75). ### 3.5 Varicella Zoster Virus (VZV) VZV veroorzaakt waterpokken (varicella) bij jonge kinderen. Dit is een kinderziekte die zeer besmettelijk is en zich uit in jeukende blaasjes verspreid over het lichaam, in verschillende stadia van ontwikkeling. Symptomen beginnen vaak met koorts en algemeen onwelzijn [80](#page=80) [81](#page=81) [84](#page=84). Na genezing van de waterpokken trekken VZV-deeltjes zich terug in onderliggende zenuwbanen en knopen, waar ze latent aanwezig blijven. Wanneer de cellulaire immuniteit verzwakt, kan het virus zich langs zenuwbanen verspreiden, wat leidt tot gordelroos (herpes zoster of zona) bij volwassenen. Gordelroos is pijnlijk en volgt vaak het verloop van een dermatoom. VZV is nauw verwant aan HSV en vereist hogere doses acyclovir voor behandeling. Besmetting gebeurt via grote en kleine druppels in de lucht [82](#page=82) [83](#page=83) [84](#page=84). ### 3.6 Cytomegalovirus (CMV) CMV infecteert cellen en veroorzaakt hyperplasie, met vergrote kernen en inclusies. Primair wordt CMV vaak in de jonge kinderjaren opgelopen, meestal asymptomatisch, hoewel kinderen en kleuters de grootste verspreiders zijn. Bij volwassenen die nog geen antistoffen hebben, kan CMV leiden tot ziekte met koorts en diepe vermoeidheid [86](#page=86) [87](#page=87) [88](#page=88). Secundaire infecties zijn mogelijk, waarbij het virus kan reactiveren, vooral bij verzwakte immuniteit (bv. na transplantatie of bij HIV). Een primaire CMV-infectie tijdens de zwangerschap kan leiden tot congenitale infectie bij de foetus, met mogelijke schade aan hersenen, lever en milt. Ongeveer 1% van de foetussen wordt geïnfecteerd, wat kan resulteren in leerstoornissen of andere ontwikkelingsproblemen bij het kind [89](#page=89) [91](#page=91) [96](#page=96) [97](#page=97). ### 3.7 Epstein-Barr Virus (EBV) EBV veroorzaakt de ziekte mononucleosis infectiosa (klierkoorts), die vaak voorkomt bij tieners en jongvolwassenen. De overdracht vindt plaats via speekseldruppels bij nauw contact [100](#page=100) [98](#page=98) [99](#page=99). * **Symptomen:** Hoge koorts, keelpijn met ontstoken tonsillen en wit beslag, forse gezwollen lymfeklieren (vooral in de hals), en soms zwelling van de milt en lever. De ziekte duurt enkele weken en het virus blijft latent aanwezig in de ganglia . * **Complicaties:** EBV kan aanleiding geven tot verschillende soorten kankers, waaronder lymfomen (bv. Burkitt lymfoom), nasofaryngeale kanker, borstkanker en maagkanker. Er is ook een sterk verband tussen EBV-infectie en de ontwikkeling van Multiple Sclerose (MS), waarschijnlijk door chronische inflammatie in de zenuwvezels . ### 3.8 Human Herpesvirus 6 (HHV-6) HHV-6 is een kinderziekte die zich manifesteert als exanthema subitum (plotselinge huiduitslag). Kinderen krijgen plotseling koorts, gevolgd door rode vlekjes die moeilijk te onderscheiden zijn van andere kinderziekten zoals mazelen. Het is over het algemeen onschuldig en heeft weinig complicaties. Bij immuungecompromitteerde personen kan HHV-6 echter opnieuw opduiken en leiden tot chronische koorts . ### 3.9 Human Herpesvirus 8 (HHV-8) HHV-8 is een oncogeen virus dat typisch geassocieerd wordt met HIV/AIDS en andere vormen van immuunsuppressie, zoals na transplantaties . * **Ziektebeelden:** * **Kaposi sarcoom:** Een bloedvattumor waarbij de endotheelcellen van de bloedvaten verkankeren. Dit resulteert in bruinpaarse, hobbelige vlekken onder de huid en slijmvliezen, vaak zichtbaar in het gezicht, op de neus, in het gehemelte en op de voetzolen. Het kan leiden tot bloedingen, slikproblemen en is potentieel levensbedreigend . * **Lymfomen:** Zeldzame lymfomen die zich in lichaams-caviteiten kunnen afspelen, zoals in de longen . De behandeling van HHV-8-gerelateerde aandoeningen richt zich primair op het behandelen van de onderliggende immuunsuppressie (bv. HIV-therapie). Wanneer de cellulaire immuniteit zich herstelt, kan het lichaam de Kaposi sarcoom vaak zelf onder controle krijgen. Chemotherapie kan soms extra noodzakelijk zijn . > **Opmerking:** Er is een algemene trend dat zeer besmettelijke ziekten vaker in de kindertijd voorkomen, terwijl minder besmettelijke ziekten zich verschuiven naar latere leeftijden. Herpesvirussen hebben de gemeenschappelijke eigenschap om zich te verstoppen in neuronen en soms in immuuncellen (B- en T-cellen), van waaruit ze kunnen reactiveren en problemen veroorzaken, met name bij immuungecompromitteerde individuen . --- # Virale kinderziekten en uitslag Dit onderwerp behandelt diverse virale kinderziekten die zich manifesteren met huiduitslag, waarbij de focus ligt op de symptomen, overdracht, complicaties en het belang van vaccinatie. ### 4.1 Mazelen Mazelen, ook wel de "eerste ziekte" genoemd, is een zeer besmettelijke virale aandoening die ernstige gevolgen kan hebben . #### 4.1.1 Symptomen en verloop De ziekte begint typisch met koorts, gevolgd door huiduitslag die begint op het hoofd en zich naar de rest van het lichaam verspreidt. Vlak voor het verschijnen van de uitslag kunnen er zogenaamde koplikvlekjes optreden, kleine grijze vlekjes aan de binnenkant van het mondslijmvlies, tegenover de tandenrij. Andere symptomen zijn conjunctivitis (rode ogen), coryza (verkoudheidsachtige klachten) en hoest. De uitslag wordt als morbilliform beschreven en kan zowel zichtbaar als voelbaar zijn, met een schuurpapierachtig gevoel . #### 4.1.2 Besmettelijkheid en overdracht Mazelen is extreem besmettelijk en wordt overgedragen via aerosolen. Eén patiënt kan tot wel 15 andere personen besmetten. Het virus verspreidt zich in het lichaam via het reticulo-endotheliaal systeem . #### 4.1.3 Virale structuur Het mazelenvirus is een RNA-virus met een envelop. De envelop bevat glycoproteïnen H (hemagglutinine) voor hechting aan gastheercellen en F (fusion-protein) voor binnendringing en celversmelting (syncytia). Het matrix-eiwit (M) is belangrijk voor de opbouw van nieuwe virusdeeltjes, en het nucleocapside bevat enkelstrengs RNA, beschermd door het NP-eiwit. Verdere eiwitten zijn P (helpt bij transcriptie) en L (RNA-polymerase) . #### 4.1.4 Complicaties Mazelen kan ernstige complicaties veroorzaken, waaronder bacteriële superinfecties zoals otitis en pneumonie. Een ernstige complicatie is encefalitis, een hersenontsteking die kan leiden tot mortaliteit (ongeveer 15%) en blijvende neurologische schade zoals doofheid, mentale retardatie en epilepsie bij ongeveer 25% van de getroffen kinderen. Een zeldzame, maar zeer ernstige complicatie is subacute scleroserende panencefalitis (SSPE), een chronisch hersenlijden dat jaren na de infectie kan optreden . #### 4.1.5 Vaccinatie en uitbraken Mazelen is een ideale kandidaat voor vaccinatie omdat er slechts één serotype is en immuniteit levenslang is. Vaccinatie sinds 1963 heeft geleid tot een drastische daling van het aantal gevallen. Echter, de afgelopen jaren is er een toename van mazelenuitbraken waargenomen, zowel binnen Europa als in België, wat deels te maken heeft met een lichte daling van de vaccinatiestatus in bepaalde groepen. Internationaal reizen draagt bij aan de verspreiding van uitbraken. Zowel kinderen als volwassenen die niet gevaccineerd zijn, lopen risico op infectie, wat tot ernstige ziektebeelden kan leiden . #### 4.1.6 Onderscheid met andere ziekten Het is belangrijk mazelen te onderscheiden van andere ziekten met uitslag, zoals rubella (rode hond) en de vijfde ziekte. Ook is het onderscheid met varicella (waterpokken) cruciaal. Waar varicella jeukende blaasjes (vesiculaire rash) veroorzaakt, kenmerken mazelen zich door vlekjes (maculeuze/papuleuze rash) die van het hoofd afdalen . > **Tip:** De ruwheid van de mazelenuitslag ("schuurpapierachtig") is een tastbaar kenmerk om te onthouden . ### 4.2 Rubella (Rodehond) Rubella is een virale ziekte die via de luchtwegen wordt overgedragen en over het algemeen minder ernstig is dan mazelen, met minder complicaties . #### 4.2.1 Belang voor zwangerschap Het grootste gevaar van rubella ligt in de infectie tijdens de zwangerschap, waarbij het kan leiden tot ernstige afwijkingen bij de foetus. Daarom is vaccinatie, en specifiek de controle op immuniteit bij vrouwen in de vruchtbare leeftijd, van cruciaal belang . #### 4.2.2 Symptomen Rubella gaat gepaard met mildere koorts en men voelt zich minder ziek; de ziekte kan soms onopgemerkt passeren. Er treedt een kortdurende huiduitslag op, vaak vergezeld van wat gezwollen lymfeklieren en conjunctivitis . #### 4.2.3 Immuniteit Bij rubella is de immuniteit belangrijker dan de ziekte zelf . ### 4.3 Vijfde ziekte (Erythema infectiosum) De vijfde ziekte wordt veroorzaakt door Parvovirus B19 en kan hematologische afwijkingen geven . #### 4.3.1 Symptomen en verloop Kenmerkend voor de vijfde ziekte zijn de blozende wangen ("slapped cheek"), die eruitzien alsof het kind op de kaak geslagen is. De ziekte gaat gepaard met lichte koorts, waarna de huiduitslag verschijnt; de huiduitslag volgt dus op de koorts. De symptomen passeren snel . #### 4.3.2 Vaccinatie Er bestaat geen vaccinatie tegen de vijfde ziekte . ### 4.4 Overige virale kinderziekten met uitslag Naast mazelen, rubella en de vijfde ziekte zijn er andere virale aandoeningen die uitslag kunnen geven. #### 4.4.1 Herpesvirus Infecties met een herpesvirus kunnen leiden tot enkele dagen koorts, gevolgd door een lichte huiduitslag. Het is niet altijd eenvoudig om de verschillende ziekten uit elkaar te houden, maar het onderscheid tussen ernstige ziekten zoals mazelen en scarlatina, en minder ernstige, is belangrijk . #### 4.4.2 Bof (Parotitis epidemica) Bof is een virale ziekte die vaak samen met rubella en mazelen in het vaccin is opgenomen . ##### 4.4.2.1 Symptomen en complicaties De ziekte kenmerkt zich door gezwollen klieren in de hals, met name de oorspeekselklieren (parotitis). Dit gaat gepaard met pijn, slikklachten en koorts. Een potentieel gevaarlijke complicatie is ontsteking van de teelballen (orchitis) bij jongens, wat kan leiden tot onvruchtbaarheid. In zeldzame gevallen kan meningo-encefalitis optreden . ##### 4.4.2.2 Bof bij jongvolwassenen Bof kan uitbraken veroorzaken, met name bij jongvolwassenen. Het risico op complicaties zoals orchitis en meningitis neemt toe bij het ouder worden; het doormaken van de ziekte op latere leeftijd is gevaarlijker dan in de kindertijd. Vaccinatie wordt daarom sterk aanbevolen ter bescherming van de gezondheid en vruchtbaarheid . ### 4.5 Belang van onderscheid en vaccinatie Het is essentieel om specifieke vlekjesziekten te herkennen, met name mazelen vanwege de terugkerende uitbraken. Het vermogen om mazelen te onderscheiden van varicella is van belang. Verder is het begrijpen van de redenen achter het opnemen van rubella en bof in het vaccinatieschema cruciaal. Dit benadrukt het belang van vaccinatieprogramma's ter preventie van ernstige ziektebeelden en hun complicaties . > **Tip:** Houd het onderscheid tussen de rash-patronen van mazelen (maculeus/papuleus, hoofd-naar-beneden) en varicella (vesiculair) goed voor ogen . > > **Tip:** Bij rubella is de preventie van congenitale afwijkingen het belangrijkste argument voor vaccinatie . > > **Tip:** Bof kan leiden tot blijvende onvruchtbaarheid, wat de noodzaak van vaccinatie bij jongvolwassenen onderstreept . --- ## 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 | |------|------------| | Humaan Papillomavirus (HPV) | Een veelvoorkomend virus dat infecties veroorzaakt, variërend van goedaardige wratten tot kankers zoals baarmoederhalskanker, anale kanker en keelkanker. Er bestaan meer dan 70 genotypen van dit virus. | | Herpesvirussen | Een familie van virussen die chronische infecties kunnen veroorzaken en in het lichaam aanwezig blijven. Ze kunnen geassocieerd worden met langdurige ziekten. | | Poxviridae | Een familie van virussen, waaronder de virussen die pokken, apenpokken en molluscus contagiosum veroorzaken. Deze virussen worden ook wel 'immergence pathogens' genoemd. | | Elektronenmicroscopie (EM) | Een microscopische techniek die zeer hoge vergrotingen en resoluties biedt, waardoor het mogelijk is om virussen en andere zeer kleine deeltjes te bestuderen die met een gewone lichtmicroscoop niet zichtbaar zijn. | | DNA-gebaseerde methoden | Diagnostische technieken die gebruik maken van genetisch materiaal (DNA) om de aanwezigheid van een virus of bacterie te detecteren, zoals PCR en probes. Deze methoden zijn vaak zeer gevoelig en specifiek. | | Latente periode | De periode tussen de infectie met een virus en het optreden van symptomen. Gedurende deze tijd kan het virus aanwezig zijn in het lichaam zonder duidelijke klachten te veroorzaken. | | Pathogenese | Het mechanisme of de manier waarop een ziekte wordt veroorzaakt door een ziekteverwekker, zoals een virus. Het beschrijft de interactie tussen de ziekteverwekker en de gastheer. | | Lythische cyclus | Een reproductieve cyclus van een virus waarbij het virus zich vermenigvuldigt in de gastheercel, de cel uiteindelijk vernietigt en nieuwe virusdeeltjes vrijgeeft om verdere infecties te veroorzaken. | | Latente infectie | Een vorm van infectie waarbij het virus zich in de gastheer 'verstopt' en inactief blijft, vaak in zenuwcellen of andere specifieke celtypen. Het virus kan later opnieuw geactiveerd worden. | | Cytomegalovirus (CMV) | Een virus uit de herpesfamilie dat vaak asymptomatisch verloopt, maar ernstige gevolgen kan hebben bij immuungecompromitteerde personen en congenitale infecties kan veroorzaken bij pasgeborenen. | | Epstein-Barr virus (EBV) | Een herpesvirus dat mononucleosis infectiosa (klierkoorts) veroorzaakt, voornamelijk bij tieners en jongvolwassenen. Het kan ook geassocieerd worden met bepaalde kankers. | | Varicella zoster virus (VZV) | Een herpesvirus dat waterpokken (varicella) veroorzaakt in de kindertijd en gordelroos (herpes zoster) op latere leeftijd, wanneer het virus opnieuw activeert. | | Exantheem | Een algemene term voor huiduitslag, vaak geassocieerd met infectieziekten. De aard en verspreiding van het exantheem kunnen kenmerkend zijn voor specifieke ziekten. | | Morbilliform | Een type huiduitslag dat qua uiterlijk lijkt op de uitslag van mazelen, maar niet identiek is. Het wordt vaak gebruikt als vergelijking bij medicamenteuze allergieën. | | Syncytia | Grote cellen gevormd door de fusie van meerdere cellen. Bij virale infecties kunnen geïnfecteerde cellen fuseren, wat leidt tot de vorming van syncytia. | | Neurovirulentie | Het vermogen van een virus om het centrale zenuwstelsel (CZS) te infecteren, te binnendringen en zich daarin te vermenigvuldigen, wat kan leiden tot neurologische schade. | | Variolatie | Een historische methode die werd gebruikt als voorloper van vaccinatie. Hierbij werd vocht uit pokkenblaren op een wond aangebracht om een mildere vorm van de ziekte te veroorzaken en bescherming te bieden tegen de volledige infectie. | | Encefalitis | Een ontsteking van de hersenen, vaak veroorzaakt door virussen. Het kan leiden tot ernstige neurologische symptomen, permanente schade en in sommige gevallen sterfte. | | Mononucleosis infectiosa (klierkoorts) | Een virale infectie, meestal veroorzaakt door het Epstein-Barr virus, die gekenmerkt wordt door koorts, keelpijn en gezwollen lymfeklieren. |

# De rol van microbiota in de gezondheid en fysiologie De aanwezigheid van bacteriën in dieren en mensen is overweldigend, waarbij de microbiota fungeert als een essentieel "extra orgaan" dat een cruciale rol speelt in tal van fysiologische processen en de gezondheid. Deze gemeenschap van micro-organismen is betrokken bij de productie van metabolieten, de interactie met gastheercellen en het sturen van gastheerresponsen, wat uiteindelijk de fysiologie en vatbaarheid voor ziekte beïnvloedt, afhankelijk van de samenstelling van de microbiota [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.1 De microbiota als een integraal onderdeel van de gastheer De bacteriële aanwezigheid in een dier of mens is significant, met naar schatting 90% van de cellen die bacterieel zijn. Bacteriën zijn aanwezig op alle mucosae en alleen al in de darm bevinden zich naar schatting $10^{14}$ bacteriën, wat ongeveer tien keer het aantal eukaryote cellen in het lichaam is. Deze enorme bacteriële populatie wordt beschouwd als een "extra orgaan" vanwege zijn diverse functies, waaronder de productie van metabolieten, de interactie met gastheercellen, het sturen van gastheerresponsen en de invloed op zowel fysiologie als ziekte [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.2 Bacteriële afbraak van nutriënten Een fundamentele rol van de darmmicrobiota is de afbraak van nutriënten die de gastheer zelf niet kan verteren [14](#page=14). #### 1.2.1 Afbraak van koolhydraten Polysacchariden, zoals cellulose, hemicellulose (bijvoorbeeld arabinoxylan, AX), pectines en zetmeel, worden door bacteriën afgebroken tot kleinere eenheden zoals oligosacchariden en monosacchariden. Dit proces resulteert in de productie van korte-keten vetzuren (SCFA's) zoals azijnzuur, boterzuur en propionzuur, evenals lactaat en gassen zoals waterstof ($H_2$), kooldioxide ($CO_2$) en methaan ($CH_4$) [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17) [18](#page=18). Belangrijke bacteriële families die betrokken zijn bij de productie van boterzuur zijn de Ruminococcaceae en Lachnospiraceae. Verder kan waterstofsulfide ($H_2S$) en methaan ($CH_4$) ook gevormd worden tijdens de afbraak [17](#page=17) [18](#page=18). #### 1.2.2 Afbraak van eiwitten Eiwitten worden door bacteriën ook afgebroken, wat leidt tot de vorming van diverse afbraakproducten. Bepaalde eiwitafbraakproducten kunnen concentratie-afhankelijke toxiciteit vertonen [19](#page=19). Een belangrijk proces is de decarboxylatie van aminozuren, waarbij uit aminozuren zoals alanine, ethylamine wordt gevormd, en ook andere (poly-)amines [20](#page=20). Daarnaast vindt deaminering van aminozuren plaats, wat leidt tot de productie van SCFA's en BCFA's (vertakte keten vetzuren). Bijvoorbeeld, de deaminering van alanine kan leiden tot de vorming van azijnzuur, terwijl deaminering van leucine kan resulteren in isovaleriaanzuur [21](#page=21). ### 1.3 Effecten van bacteriële metabolieten op de gastheer De darm produceert een grote diversiteit aan metabolieten, en deze metabolieten hebben talloze effecten op de gastheer [22](#page=22). #### 1.3.1 Boterzuur als cruciale metaboliet Boterzuur, een van de belangrijkste SCFA's, heeft een reeks gunstige effecten op de gastheer. Het is sterk ontstekingsremmend versterkt intercellulaire juncties verhoogt de productie van antimicrobiële peptiden (AMPs) en mucines bezit specifieke anti-virulentie eigenschappen en dient als energiebron voor epitheelcellen, wat hun deling stimuleert [23](#page=23). #### 1.3.2 Sturing van epitheelcommunicatie Bacteriële metabolieten kunnen het darmepitheel sturen om signalen te produceren die communiceren met andere delen van de gastheer. Dit illustreert de rol van de darmmicrobiota op de gezondheid van de gastheer, met effecten op extra-intestinale organen [34](#page=34). ### 1.4 Rol van microbiota in dierproductie De microbiota speelt een significante rol in dierproductie door de afbraak van nutriënten en de productie van energierijke metabolieten. De effecten op de diergezondheid beïnvloeden direct de productieve prestaties. Een gezonde microbiota kan de gewichtstoename (BWG) en de voederconversieratio (FCR) stimuleren, terwijl een verstoorde microbiota deze prestaties kan tegengaan [30](#page=30). --- # Microbiële diversiteit en factoren die de samenstelling beïnvloeden Dit deel behandelt de taxonomische en functionele diversiteit van microbiële gemeenschappen en de factoren die de samenstelling daarvan beïnvloeden, waaronder leeftijd, voeding, locatie en medicatiegebruik. ### 2.1 Microbiële diversiteit Microbiële diversiteit verwijst naar de variëteit aan micro-organismen in een bepaald habitat. Dit wordt onderscheiden in twee hoofdcategorieën: taxonomische diversiteit en functionele diversiteit [4](#page=4). #### 2.1.1 Taxonomische diversiteit Taxonomische diversiteit omvat het aantal (richness) en de relatieve verspreiding (evenness) van verschillende typen micro-organismen in een habitat. Traditioneel werd dit gemeten via kweekmethoden, maar tegenwoordig wordt hiervoor vaak 16S rRNA-genensequencing gebruikt [4](#page=4). #### 2.1.2 Functionele diversiteit Functionele diversiteit richt zich op het aantal en de relatieve verspreiding van de functies en activiteiten van micro-organismen in een habitat. Dit wordt onderzocht met behulp van analyses zoals metagenomics, metaproteomics en metabolomics [4](#page=4). ### 2.2 De darmmicrobiota Een stabiele microbiota met een hoge diversiteit in de darm is essentieel voor verschillende lichaamsfuncties, waaronder de vertering van complexe voedingsstoffen en bescherming tegen enteropathogenen. De menselijke darm bevat meer dan 1000 bacteriesoorten, voornamelijk afkomstig uit de phyla Bacteroidetes en Firmicutes, hoewel Actinobacteria, Proteobacteria en Verrucomicrobia ook aanwezig kunnen zijn in lagere aantallen. Er zijn aanzienlijke verschillen in de samenstelling van de microbiota tussen verschillende organen en individuen. Een lage taxonomische en functionele diversiteit kan leiden tot een verhoogd risico op ziekte [5](#page=5) [6](#page=6). > **Tip:** Een hoge microbiële diversiteit wordt over het algemeen geassocieerd met gezondheid, met name in de darm [7](#page=7). #### 2.2.1 Dysbiose in de darm Dysbiose is een verandering in de samenstelling van de darmmicrobiota naar een 'abnormale' staat. Dit kan worden veroorzaakt door factoren zoals voeding, antibiotica, ziekte of ontsteking. Dysbiose kan zowel een primaire oorzaak van ziekte zijn als secundair ziekte induceren of onderhouden [8](#page=8). ### 2.3 Factoren die de microbiotasamenstelling beïnvloeden Verschillende factoren spelen een cruciale rol in het bepalen van de samenstelling van de microbiële gemeenschap. #### 2.3.1 Leeftijd De kolonisatie van micro-organismen begint bij de geboorte en is afhankelijk van factoren zoals de geboortewijze. Initieel worden aërobe bacteriën dominant, gevolgd door facultatieve en strikt anaërobe bacteriën naarmate de leeftijd toeneemt. De taxonomische en functionele diversiteit neemt over het algemeen toe met de leeftijd [10](#page=10) [9](#page=9). #### 2.3.2 Voeding Voeding is een significante factor die de samenstelling van de darmmicrobiota stuurt [11](#page=11) [42](#page=42). * **Borstvoeding versus flesvoeding:** Borstvoeding leidt vaak tot een andere microbiota-samenstelling dan flesvoeding [11](#page=11). * **Vast voedsel:** De introductie van vast voedsel heeft ook een impact op de microbiota [11](#page=11). * **Energetisch voeder:** Hoog energetisch voeder kan leiden tot bacteriële overgroei en dysbiose [42](#page=42). * **Specifieke voedingscomponenten:** Niet-zetmeel polysacchariden (NSP) en enzymen, dierlijk eiwit, en het vetgehalte van het voeder hebben invloed op de microbiota [42](#page=42). * **Plotse voerveranderingen:** Abrupte wijzigingen in het voer kunnen de microbiota significant beïnvloeden [42](#page=42). > **Tip:** Een hoog aantal of een stijging van Proteobacteria, in vergelijking met andere phyla, kan duiden op een minder gunstige situatie, vergelijkbaar met dysbiose [11](#page=11). #### 2.3.3 Locatie in het lichaam De locatie van de micro-organismen binnen het lichaam is bepalend voor de samenstelling van de microbiota. Factoren die hierbij een rol spelen zijn [12](#page=12) [13](#page=13): * **Diersoort:** De structuur van het maag-darmkanaal en genetica beïnvloeden de microbiota [12](#page=12). * **Darmsegment:** Proximale en distale delen van de darm hebben verschillende microbiota [12](#page=12). * **Fysicochemische omstandigheden:** pH in de maag, galzouten, darmmotiliteit, structuur van de darmwand en zuurstofspanning zijn belangrijke beïnvloedende factoren [12](#page=12). * **Specifieke niches:** De microbiota kan zich onderscheiden in mucus-geassocieerde en luminale gemeenschappen [13](#page=13). #### 2.3.4 Medicatie (Antibiotica) Antibiotica worden gebruikt om antimicrobiële groeipromotie te bewerkstelligen, pathogenen te onderdrukken of gunstige bacteriën te stimuleren. Echter, antibiotica hebben een significante impact op de microbiotadiversiteit [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37). * **Impact op diversiteit:** Antibiotica kunnen leiden tot een drastische vermindering van de microbiële diversiteit [37](#page=37). * **Verschillende antibiotica, verschillende effecten:** Verschillende antibiotica kunnen uiteenlopende effecten hebben op de samenstelling van de microbiota, zoals aangetoond in studies met moxifloxacine, clindamycine en combinaties van cefazolin, ampicilline en sulbactam. Amoxicilline toonde ook significante veranderingen [38](#page=38). > **Tip:** Antimicrobiële groeipromotoren (AGP's) worden vaak ingezet in de veehouderij om de groei te bevorderen en pathogenen te bestrijden, maar hun gebruik leidt tot veranderingen in de microbiota [35](#page=35). #### 2.3.5 De microbiota van de luchtwegen De luchtwegen worden soms als steriel beschouwd, maar de bovenste luchtwegen (neus en nasopharynx) herbergen wel degelijk een eigen microbiota die afkomstig is uit de omgeving, stof of orale opname. De samenstelling van deze microbiota is van belang voor competitie en immunomodulatie. Infectieuze en niet-infectieuze luchtwegaandoeningen gaan vaak gepaard met verschuivingen in de microbiota, met een toename van Proteobacteria (zoals Pseudomonas, Neisseria, Haemophilus), Streptococcen en Staphylococcen. Factoren die de microbiotasamenstelling van de luchtwegen beïnvloeden zijn zuurstofspanning, mucusproductie, celdood, ontsteking, pH en de vrijgave van nutriënten [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). #### 2.3.6 De microbiota van de huid De huid, het meest blootgestelde orgaan, heeft een unieke microbiota die afhankelijk is van de fysicochemische eigenschappen van verschillende locaties op de huid. De huidmicrobiota bestaat voornamelijk uit Staphylococcen en Corynebacteriën, met variabele aanwezigheid van Propionibacterium. De samenstelling kan ook sterk variëren afhankelijk van de diersoort, de structuur van de huid (haar, veren), huisvesting en omgeving. Bij dieren, zoals vleeskippen, kan frequent contact met faecaal materiaal leiden tot een sterk variabele huidmicrobiota [46](#page=46) [47](#page=47). --- # Microbiota en de gezondheid van specifieke lichaamsdelen en systemen Dit onderwerp verkent de rol van de microbiota in verschillende lichaamsgebieden, waaronder de luchtwegen, huid en het urogenitale systeem, en hun verband met specifieke aandoeningen en infecties. ### 3.1 De microbiota van de luchtwegen De bovenste luchtwegen bevatten een eigen microbiota, die waarschijnlijk steriel is in de diepere luchtwegen zoals de trachea en bronchiën. De neus en nasopharynx huisvesten hogere aantallen micro-organismen vergeleken met de diepere luchtwegen. Deze microbiota is afkomstig van de omgeving, stof, de huid en orale opname vanuit de oropharynx. De samenstelling van de microbiota is cruciaal voor competitie met pathogenen en voor immunomodulatie. Infectieuze en niet-infectieuze luchtwegaandoeningen worden vaak geassocieerd met veranderingen in de microbiota. De typische samenstelling omvat vaak meer Proteobacteria (zoals *Pseudomonas*, *Neisseria*, *Haemophilus*), streptokokken en stafylokokken [43](#page=43) [44](#page=44). Factoren die de microbiotasamenstelling van de luchtwegen kunnen beïnvloeden, zijn onder andere zuurstofspanning, mucusproductie, celdood (bijvoorbeeld door virale infecties), ontsteking en de beschikbare nutriënten. De pH speelt ook een rol [45](#page=45). ### 3.2 De microbiota van de huid De huid is het meest blootgestelde orgaan en herbergt een unieke microbiota die sterk varieert afhankelijk van de fysico-chemische eigenschappen van verschillende huidgebieden. Over het algemeen bestaat de huidmicrobiota voornamelijk uit stafylokokken en corynebacteriën. Andere belangrijke commensalen zijn *Propionibacterium*. De samenstelling is variabel [46](#page=46). De microbiotasamenstelling van de huid is sterk afhankelijk van de diersoort en de structuur van de huid, inclusief haar en veren. Huisvesting en omgeving spelen ook een belangrijke rol in de samenstelling. Bij dieren kan frequent contact met faecaal materiaal (zoals bij vleeskippen) leiden tot een sterk variabele samenstelling van de huidmicrobiota [47](#page=47). #### 3.2.1 *Propionibacterium acnes* bij de mens *Propionibacterium acnes* is een facultatief anaërobe bacterie die een rol speelt in de menselijke huidmicrobiota. Het produceert zuren uit triglyceriden die aanwezig zijn in talg. Deze productie kan de kolonisatie van zuurtolerante kiemen, zoals *Corynebacterium* spp. en coagulase-negatieve stafylokokken, bevorderen. *P. acnes* kan ook de groei van streptokokken (waaronder *S. pyogenes*) en *Staphylococcus aureus* remmen. Echter, *P. acnes* kan ook ontsteking van de talgklieruitgang veroorzaken, wat leidt tot acne [48](#page=48). #### 3.2.2 Huidaandoeningen en microbiota Diverse huidaandoeningen worden geassocieerd met specifieke micro-organismen. Voorbeelden hiervan zijn dermatitis bij pluimvee, *Mallasezia pachydermatis* (een gist) bij honden, *Staphylococcus hyicus* bij biggen, en schimmels zoals *Trichophyton* en *Microsporum*. Allerlei kiemen, waaronder *E. coli* en stafylokokken, kunnen ook een rol spelen [49](#page=49). #### 3.2.3 Belang van de huidmicrobiota De huidmicrobiota speelt een belangrijke rol in de preventie van infecties. Verstoringen van de huidmicrobiota kunnen leiden tot aandoeningen zoals mastitis bij runderen, waar bepaalde stafylokokkensoorten bij betrokken zijn. Wondinfecties, veroorzaakt door pathogenen als *Pseudomonas* en *Staphylococcus aureus*, kunnen ook voorkomen. Invasieve infecties, bijvoorbeeld bij katheterisatie, kunnen eveneens een gevolg zijn van een verstoorde microbiota [50](#page=50). ### 3.3 De vaginale microbiota en urogenitale infecties De bovenste urinewegen, eileider en baarmoeder worden over het algemeen als steriel beschouwd. Infecties van de bovenste urinewegen zijn meestal ascenderend van aard, terwijl infecties van het geslachtsstelsel vaker na een systemische infectie optreden [51](#page=51). De vaginale microbiota wordt gedomineerd door lactobacillen, waaronder *Lactobacillus crispatus*. Lactobacillen bevorderen de gezondheid door middel van adhesie aan epitheelcellen, productie van antimicrobiële stoffen, het verlagen van de pH (onder andere door lactaatproductie) en het stimuleren van de immuunrespons van de gastheer. Een hoge diversiteit van micro-organismen in de vagina wordt als negatief beschouwd voor de gezondheid [51](#page=51). *Escherichia coli* is een frequente veroorzaker van urineweginfecties. Een ascenderende bovenste urineweginfectie kan voorkomen [52](#page=52) [53](#page=53). > **Tip:** Het behouden van een gezonde, diverse vaginale microbiota, voornamelijk bestaande uit lactobacillen, is cruciaal voor het voorkomen van urogenitale infecties. Veranderingen in deze balans, bijvoorbeeld door antibioticagebruik of hormonale schommelingen, kunnen leiden tot dysbiose en een verhoogd risico op infecties. --- # Modulatie van de microbiota voor gezondheidsdoeleinden Dit onderwerp onderzoekt strategieën om de samenstelling van de microbiota te beïnvloeden ten gunste van gezondheid en zoötechnische prestaties, met specifieke aandacht voor probiotica, prebiotica en organische zuren [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41). ### 4.1 Probiotica Probiotica zijn bacteriën met een gunstige invloed op de gezondheid. Ze kunnen worden toegediend via methoden zoals fecale transplantatie (transfaunatie) of competitieve exclusie. De producten kunnen bestaan uit een mengsel van verschillende stammen of uit enkelvoudige stammen. Veelgebruikte probiotische bacteriën zijn melkzuurbacteriën, waaronder soorten van het geslacht *Bacillus* en *Lactobacillus*. Probiotica hebben een aantoonbare invloed op zowel de darmmicrobiota als de gastheer [39](#page=39). ### 4.2 Prebiotica Prebiotica zijn niet-verteerbare componenten die specifiek de groei en activiteit van gezondheidsbevorderende bacteriën in de darm stimuleren. Voorbeelden hiervan zijn poly- en oligosacchariden, zoals azachariden (AXOS), xylo-oligosacchariden (XOS), fructo-oligosacchariden (FOS) en galacto-oligosacchariden (GOS). Een combinatie van probiotica en prebiotica wordt aangeduid als synbiotica [40](#page=40). ### 4.3 Organische zuren en andere moleculen Organische zuren, zoals azijnzuur, zijn eindproducten van fermentatie en kunnen deels als gevolg van de inzet van pre- en probiotica ontstaan. Deze zuren hebben effecten op zowel de gastheer als de microbiota. Naast organische zuren kunnen ook andere moleculen, zoals etherische oliën met antimicrobiële eigenschappen, worden ingezet om de microbiota te moduleren [41](#page=41). ### 4.4 Voeding als sturende factor De voersamenstelling speelt een cruciale rol in het sturen van de samenstelling van de darmmicrobiota. Een hoog energetisch voeder kan leiden tot bacteriële overgroei en dysbiose. Verschillende aspecten van de voeding hebben invloed op de microbiota, waaronder de aanwezigheid van niet-verteerbare polysacchariden (NSP) en het gebruik van enzymen, de hoeveelheid dierlijk eiwit, het vetgehalte van het voeder (hoog versus laag) en plotselinge veranderingen in de voersamenstelling [42](#page=42). > **Tip:** Begrijpen hoe voersamenstelling de microbiota beïnvloedt, is essentieel voor het optimaliseren van de gezondheid en prestaties van dieren [42](#page=42). --- ## 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 | |------|------------| | Microbiota | Een gemeenschap van micro-organismen, zoals bacteriën, schimmels en virussen, die in een specifiek habitat leven, bijvoorbeeld in of op een gastheerorganism.

De microbiota wordt beschouwd als een cruciaal onderdeel van de gastheergezondheid en speelt een rol in diverse fysiologische processen.

| | Taxonomische diversiteit | Verwijst naar de variatie in het aantal en de relatieve verdeling ('richness' en 'eveness') van verschillende typen bacteriën binnen een bepaald habitat of gemeenschap.

Het beschrijft de verscheidenheid aan bacteriële soorten of groepen.

| | Functionele diversiteit | Beschrijft de variatie in de aantallen en de relatieve verdeling van de 'functies' en 'activiteiten' van bacteriën binnen een bepaald habitat of gemeenschap.

Dit concept richt zich op wat de bacteriën doen in plaats van alleen op wie ze zijn.

| | Dysbiose | Een verstoring in de samenstelling van de microbiële gemeenschap die normaal gesproken in of op het lichaam aanwezig is.

Dit kan leiden tot nadelige effecten op de gastheergezondheid en kan verband houden met diverse ziekten en aandoeningen.

| | Metabolieten | Producten van het metabolisme die worden geproduceerd door micro-organismen of gastheercellen.

Deze stoffen kunnen diverse functies hebben, zoals het beïnvloeden van de gastheerrespons, het bijdragen aan de spijsvertering of het hebben van antimicrobiële eigenschappen.

| | Korte keten vetzuren (SCFA) | Een groep verzadigde vetzuren met minder dan zes koolstofatomen, geproduceerd door bacteriële fermentatie van koolhydraten in de darm.

Voorbeelden zijn azijnzuur, boterzuur en propionzuur, die belangrijke energiebronnen zijn voor darmepitheelcellen en immunomodulerende effecten hebben.

| | Probiotica | Levende micro-organismen die, wanneer in adequate hoeveelheden toegediend, een gunstig effect hebben op de gezondheid van de gastheer.

Ze worden vaak gebruikt om de darmgezondheid te verbeteren en de balans van de microbiota te herstellen.

| | Prebiotica | Niet-verteerbare voedingscomponenten die selectief de groei en/of activiteit van één of een beperkt aantal gunstige bacteriën in de dikke darm stimuleren.

Ze dienen als voedsel voor de nuttige darmbacteriën en bevorderen zo een gezonde darmflora.

| | Immunomodulatie | Het proces waarbij het immuunsysteem wordt gemoduleerd of aangepast.

De microbiota kan het immuunsysteem beïnvloeden door de ontwikkeling van lymfoïde structuren te sturen, de activiteit van immuuncellen te beïnvloeden en de balans tussen verschillende immuunresponsen te reguleren.

| | Colonisatie | Het proces waarbij micro-organismen zich vestigen en vermenigvuldigen op een oppervlak, zoals de huid of het darmslijmvlies, zonder noodzakelijkerwijs ziekte te veroorzaken.

De concurrentie voor ruimte en voedingsstoffen met pathogenen is een belangrijk aspect van kolonisatieresistentie.

|

# Introductie tot de microbiologie en de diversiteit van het leven Introductie tot de microbiologie en de diversiteit van het leven Dit onderwerp introduceert de studie van micro-organismen, hun impact op het leven en de mens, de evolutie van het begrip van de drie domeinen van het leven en de rol van moleculaire technieken bij het beschrijven van deze diversiteit. ## 1. Introductie tot de microbiologie en de diversiteit van het leven ### 1.1 Het perspectief van de microscopische wereld Traditioneel werd de mens beschouwd als de top van de voedselketen. Echter, vanuit een microscopisch perspectief leven we te midden van andere levende wezens, waarvan we afhankelijk zijn. De wereld is een kringloopproces waarbij de output van het ene proces de input is van het andere. Verstoringen van het milieu door bevolkingstoename, hygiëne, antibioticagebruik en mobiliteit veranderen deze relaties continu. ### 1.2 De ontdekking van micro-organismen en de drie domeinen van het leven * **Vroege ontdekkingen:** De uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw door onder andere Antoni van Leeuwenhoek leidde tot de beschrijving van microscopische organismen zoals kokken en staven. In eerste instantie werd aangenomen dat leven spontaan kon ontstaan uit levenloze materie. * **Evolutie van begrip:** In de 19e eeuw werd het bestaan van micro-organismen gekoppeld aan processen zoals rotting en fermentatie, en later aan ziekte. * **De drie domeinen van het leven:** Carl Woese introduceerde in 1977 een indeling gebaseerd op moleculaire kenmerken, met name de 16S rRNA-sequentie. Dit leidde tot de identificatie van drie domeinen: * **Bacteria:** Prokaryoten zonder celkern. * **Archaea:** Prokaryoten, evolutionair dichter bij eukaryoten dan bij bacteriën. * **Eukarya:** Organismen met een celkern. * **Moleculaire technieken:** Moderne technieken zoals massaal parallel sequencen (NGS) maken het mogelijk om het leven in elke niche te beschrijven, van het menselijk colon tot het zeewater. Deze technieken hebben de diversiteit van de microbiële wereld blootgelegd, die vele malen groter is dan die van de zichtbare, multicellulaire wereld. * **LUCA (Last Universal Common Ancestor):** Het concept van een enkele gemeenschappelijke voorouder is complexer geworden door de frequentie van horizontale genoverdracht (HGT). Eukaryoten zijn waarschijnlijk ontstaan uit een fusie tussen Archaea en Bacteria. HGT is ook frequent waarneembaar bij bacteriën, bijvoorbeeld bij de verspreiding van antibioticaresistentie. * **Virussen:** Virussen worden beschouwd als infectieuze agentia die buiten gastheercellen inactief zijn. Ze zijn niet zichtbaar met een lichtmicroscoop en werden pas in de 20e eeuw bestudeerd met elektronenmicroscopen. Virussen bevatten genen die evolueren en spelen een rol in de evolutie van het leven, onder andere door HGT. Ongeveer 8% van het menselijk genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal. ### 1.3 De kiemtheorie van Koch * **Van theorie naar praktijk:** De kiemtheorie stelt dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen, een concept dat de heersende opvatting van "kwaadaardige dampen" verving. * **Koch's postulaten:** Robert Koch identificeerde in de periode 1870-1880 de veroorzakers van miltvuur, tuberculose en cholera. Zijn werk legde de basis voor het identificeren van ziekteverwekkers. * **Pathogenen en hun interactie:** * Niet alle bacteriën zijn ziekteverwekkend. * Contact met ziekteverwekkers leidt niet altijd tot ziekte. De vatbaarheid van het individu (kolonisatie, invasie, immuunrespons) speelt een cruciale rol. * **Conditionele pathogenen:** Veroorzaken ziekte afhankelijk van de omstandigheden en de vatbaarheid van de gastheer (bv. E. coli bij blaasinfecties). * **Opportunistische infecties:** Veroorzaakt door micro-organismen die geen ziekte veroorzaken bij gezonde individuen, maar wel bij personen met een verminderde immuniteit (bv. *Pneumocystis jirovecii*). * **Dysbacteriose:** Een onevenwicht in de lokale flora, waarbij de symptomen niet aan één specifieke kiem toe te schrijven zijn. * **Locatie van pathogenen:** Pathogenen zijn verspreid over de evolutionaire boom van het leven (Archaea, Bacteria, Eukarya en Virussen). Er zijn nog geen pathogenen bij de Archaea gevonden. ### 1.4 Interacties tussen soorten in een niche * **Co-existentie:** Organismen leven samen in verschillende niches, zowel extern als intern aan het menselijk lichaam. Dit kan variëren van commensalisme (één voordeel, ander neutraal) tot symbiose (beide voordeel) en pathologie (één schaadt ander). * **Microbioom:** Het menselijk lichaam herbergt een complex ecosysteem van micro-organismen, met name in de darmen (darmmicrobioom), huid en slijmvliezen. Dit microbioom, samen met het viroom (virussen), vormt een cruciaal "metabool orgaan" dat menselijke metabole activiteiten aanvult. * **Dynamische habitat:** De samenstelling van het microbioom wordt beïnvloed door voeding, levensstijl en hygiëne. Een verstoord microbioom kan leiden tot ziekte. Experimenten met kiemvrije dieren tonen aan dat het ontbreken van een microbioom leidt tot een onderontwikkeld immuunsysteem en aangepaste stofwisseling. * **Menselijk viroom:** Het menselijk lichaam wordt blootgesteld aan talloze virussen, waaronder bacteriofagen die bacteriën kunnen doden of genetisch modificeren. ### 1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom * **Historische verschuiving:** Vóór 1900 waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaken. Tegenwoordig zijn dit hart- en vaatziekten en kanker, mede dankzij verbeterde hygiëne en medische vooruitgang. * **Evolutie van de mens en pathogenen:** De menselijke populatie heeft zich gedurende tienduizenden jaren aangepast aan de omgeving en aan pathogenen. De bevolkingsexplosie en de opkomst van landbouw en steden hebben de interactie met pathogenen veranderd, wat leidde tot nieuwe infectieziekten. * **Genetische aanpassing:** Het menselijk genoom toont tekenen van aanpassing aan pathogenen, met name via polymorfe genen zoals HLA-eiwitten die centraal staan in het immuunsysteem. Verschillen in HLA-allelfrequenties tussen bevolkingsgroepen reflecteren hun blootstelling aan specifieke pathogenen. * **Overdracht en aanpassing:** Migratie en contact tussen continenten hebben geleid tot de overdracht van ziekten (bv. pokken van Eurazië naar Amerika). Pathogenen kunnen zich snel aanpassen aan nieuwe gastheren, wat leidt tot het ontstaan van mens-specifieke pathogenen. * **Recente en terugkerende pathogenen:** De afgelopen eeuw hebben nieuwe pathogenen opgedoken, vaak gerelateerd aan veranderingen in de omgeving, domesticated animals, of medische interventies (bv. Legionella, AIDS, Lyme, SARS, Ebola). Sommige oude pathogenen zoals tuberculose keren terug als gevolg van immunsuppressie of dichte populaties. ### 1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen * **Impact van bevolkingsexplosie:** Grote epidemieën uit de geschiedenis zijn vaak direct gevolg van bevolkingsgroei en de daardoor ontstane dichtheid. * **Evolutie van pathogenen:** Pathogenen evolueren continu, maar de natuurlijke evolutie van een nieuw pathogeen is complex. Het idee dat de meest pathogene variant altijd de overhand neemt, is een simplificatie; infectiositeit en aanpassing zijn even belangrijk. * **De Roodkapje race:** Pathogenen ontwikkelen voortdurend strategieën om het immuunsysteem te ontwijken (immuunevasie), wat leidt tot een constante "wapenwedloop" tussen gastheer en pathogeen. * **Balans van het immuunsysteem:** Een te krachtige immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten of allergieën. Een immuunsysteem dat optimaal is aangepast aan het ene pathogeen, is niet noodzakelijk optimaal tegen een ander pathogeen. * **Cytokine storm:** Een overmatige inflammatoire respons kan op zichzelf fataal zijn. > **Tip:** Het begrijpen van de diversiteit van micro-organismen en hun interacties is essentieel voor de gezondheid van mens en milieu. Moleculaire technieken hebben ons begrip van deze complexe wereld revolutionair veranderd. --- # De kiemtheorie en pathogenen Dit deel van de studiehandreiking verkent de fundamentele kiemtheorie van ziekten, identificeert specifieke ziekteverwekkers en analyseert de complexe interacties tussen pathogenen, gastheersvatbaarheid en de diverse soorten ziekteverwekkers, waaronder opportunistische en conditionele pathogenen. ### 2.1 De kiemtheorie van ziekten De kiemtheorie stelt dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen, in tegenstelling tot eerdere opvattingen die ziekten toeschreven aan "kwaadaardige dampen", overdraagbare gifstoffen, verrotting of magie. In de periode 1870-1880 identificeerde Koch de specifieke ziekteverwekkers voor miltvuur ($Bacillus\ anthracis$), tuberculose ($Mycobacterium\ tuberculosis$) en cholera ($Vibrio\ cholerae$). > **Tip:** De postulata van Koch, hoewel niet expliciet in dit gedeelte genoemd, vormen de basis voor het aantonen van een causale relatie tussen een micro-organisme en een ziekte. Ze omvatten het isoleren van de microbe uit zieke organismen, het kweken ervan in een pure cultuur, het inoculeren van een gezonde gastheer en het opnieuw isoleren van dezelfde microbe. ### 2.2 Ziekteverwekkers en gastheersvatbaarheid Niet alle bacteriën kunnen ziekte verwekken, en contact met ziekteverwekkende bacteriën leidt niet altijd tot ziekte. Bovendien wordt een ziekte niet altijd door één specifieke bacterie veroorzaakt. * **Conditionele pathogenen:** Dit zijn ziekteverwekkers die ziekte veroorzaken afhankelijk van de vatbaarheid van het individu. De ziekte hangt af van de vatbaarheid voor kolonisatie, invasie en de immuunrespons van de gastheer. Een voorbeeld is blaasinfectie door $E. coli$. * **Opportunistische infecties:** Deze worden veroorzaakt door micro-organismen die geen ziekte kunnen veroorzaken bij gezonde personen. Ze maken gebruik van een opportuniteit, zoals een wondje, immuunsuppressie, of een verstoorde lokale flora (dysbacteriose), om ziekte te veroorzaken. Een voorbeeld is pneumonie veroorzaakt door $Pneumocystis\ jirovecii$. De pathogenen zijn verspreid over de "levensboom" (Archaea, Bacteria, Eukaryota, Virussen). Pathogeniciteit vereist dat de pathogenen dezelfde niche delen met de gastheer. ### 2.3 Interacties tussen soorten in een niche Micro-organismen leven in symbiose, commensalisme of als pathogenen in verschillende niches, waaronder het menselijk lichaam. * **Commensale bacteriën:** Dit zijn niet-ziekmakende symbionten die een belangrijke rol spelen in het functioneren van de gastheer. * **Het menselijk microbioom en viroom:** Het menselijk lichaam herbergt een enorm aantal micro-organismen (microbioom) en virussen (viroom), met name in de darm. Het gecombineerde genoom van deze micro-organismen bevat miljoenen genen die de menselijke metabole activiteit aanvullen, zoals de vertering van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitaminen. Virussen, met name bacteriofagen, spelen ook een rol bij horizontale gentransfer en kunnen het genetisch materiaal van bacteriën modificeren. * **Dynamisch habitat:** De samenstelling van het microbioom is dynamisch en wordt beïnvloed door voeding, levensstijl en hygiëne. Verstoring van dit evenwicht, bijvoorbeeld door antibioticagebruik, kan leiden tot gezondheidsproblemen zoals ernstige diarree. * **Kiemvrije dieren:** Experimenten met kiemvrije dieren tonen aan dat het ontbreken van een microbioom leidt tot een onderontwikkeld immuunsysteem, verminderde nutriëntenabsorptie en metabole veranderingen. ### 2.4 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom Infectieziekten hebben historisch gezien een enorme impact gehad op de menselijke mortaliteit en hebben geresulteerd in genetische aanpassingen van het menselijk genoom. * **Co-evolutie met pathogenen:** Langdurige co-evolutie tussen mens en bepaalde pathogenen, zoals herpesvirussen, heeft geleid tot een lage mortaliteit en persistentie van het virus, mogelijk geëvolueerd naar symbiose. * **Recente pathogenen:** Pathogenen die recent zijn overgesprongen naar de mens, zoals mazelen, pokken en influenza, kunnen, vooral in combinatie met bevolkingsexplosies en dichtbevolkte gebieden, leiden tot ernstige epidemieën. * **Genetische aanpassing:** De menselijke populatie heeft zich aangepast aan verschillende pathogenen. Verschillen in de frequentie van HLA-allelen tussen bevolkingsgroepen weerspiegelen blootstelling aan specifieke pathogenen. De verspreiding van de mens over de wereld heeft geleid tot de ontwikkeling van specifieke weerstanden tegen pathogenen die in bepaalde continenten endemisch waren. De contacten tussen Eurazië en Amerika na 1492 toonden aan hoe Euraziatische ziekten, waartegen de Euraziërs resistentie hadden ontwikkeld, verwoestend waren voor de inheemse Amerikaanse bevolking. Omgekeerd zou syfilis van de Indianen naar Europa zijn overgebracht. * **De Rode Koningin-competitie:** Pathogenen blijven evolueren met virulentiefactoren die immuunevasie bevorderen. Dit wordt wel de "Rode Koningin-competitie" genoemd: men moet voortdurend "rennen" om op dezelfde plaats te blijven in de evolutionaire strijd tussen gastheer en pathogeen. Te hevige immuunresponsen kunnen echter leiden tot auto-immuniteit of ongeschikte immuunresponsen, wat de gastheer weer vatbaarder kan maken. ### 2.5 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen De dynamiek van infectieziekten wordt beïnvloed door factoren zoals bevolkingsgroei, globale mobiliteit en aanpassingen van micro-organismen. * **Grote epidemieën:** Grote epidemieën uit het verleden, zoals die veroorzaakt door $Yersinia\ pestis$, $Vibrio\ cholerae$, pokken en influenza, zijn grotendeels het gevolg van de bevolkingsexplosie. * **Nieuwe pathogenen:** Opkomende pathogenen, zoals HIV, SARS, MERS, Ebola en Zika, kunnen, doordat ze mogelijk nog niet in evenwicht zijn met de menselijke populatie, een zeer hoge mortaliteit veroorzaken. * **Terugkerende pathogenen:** Pathogenen zoals tuberculose en bof kunnen terugkeren, mede door factoren zoals immuunsuppressieve therapie, AIDS en de dichtheid van populaties. > **Voorbeeld:** De COVID-19 pandemie illustreert hoe nieuwe ziekteverwekkers kunnen opduiken en een significante impact kunnen hebben op de wereldwijde gezondheid en economie. Het toont ook aan dat het pathogeen muteert, maar dat de meest infectieuze vorm de overhand kan krijgen, wat de uitdagingen voor volksgezondheid vergroot. De natuurlijke evolutie van een nieuw pathogeen, zoals COVID-19, is complex; het pathogeen muteert voortdurend, en hoewel de originele vorm kan blijven bestaan, kan de meest infectieuze variant uiteindelijk de overhand krijgen. > > Het idee dat een pathogeen niet muteert om succesvol te zijn, is onjuist; voortdurende mutatie en selectie zijn cruciaal voor de evolutie van pathogenen. Ook het idee dat ziekteverwekkers volledig uit te roeien zijn met antibiotica is onrealistisch gezien de snelle adaptatie en resistentieontwikkeling van micro-organismen. --- # Interacties tussen soorten in een niche en het menselijk microbioom Hier is een gedetailleerde samenvatting over "Interacties tussen soorten in een niche en het menselijk microbioom", opgesteld volgens de gestelde richtlijnen: ## 3. Interacties tussen soorten in een niche en het menselijk microbioom Dit onderwerp onderzoekt de complexe relaties tussen verschillende organismen binnen een gemeenschappelijke leefomgeving, met specifieke aandacht voor de menselijke habitat en de samenstelling en rol van het menselijk microbioom. ### 3.1 De mens als ecologische niche De mens wordt niet langer gezien als een geïsoleerd organisme aan de top van een voedselpyramide, maar als een ecosysteem dat bewoond wordt door talloze andere levende wezens, met name micro-organismen. Deze symbiotische en competitieve relaties zijn cruciaal voor de menselijke gezondheid en ons voortbestaan. Factoren zoals bevolkingsgroei, hygiëne, antibioticagebruik en mobiliteit hebben een significante impact op de samenstelling en balans van deze microbiële gemeenschappen. ### 3.2 Samenleving in een niche: commensalen, symbionten en pathogenen Verschillende soorten leven samen in een gedeelde niche met variërende interacties: * **Commensalen:** Niet-ziekmakende organismen die profiteren van de gastheer zonder deze significant te schaden of te helpen. * **Symbionten:** Organismen die in een nauwe relatie met elkaar leven, waarbij beide partners voordeel ondervinden. Dit wordt ook wel mutualisme genoemd. * **Pathogenen:** Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken bij de gastheer. De pathogeniciteit hangt vaak af van de vatbaarheid van het individu en de omstandigheden. ### 3.3 Het menselijk microbioom Het menselijk lichaam, met name de darm, is een complex ecosysteem dat bewoond wordt door een enorme diversiteit aan micro-organismen, gezamenlijk het microbioom genoemd. Dit omvat bacteriën, archaea, gisten, protozoa en virussen. #### 3.3.1 Samenstelling van het microbioom * **Darmmicrobiota:** De darm, vooral het colon, is de meest dichtbevolkte habitat met naar schatting $10^{14}$ bacteriën. Naast bacteriën leven hier ook archaea (vaak methaanproducerend), gisten en protozoa. * **Humane metagenoom:** Het gecombineerde genoom van alle micro-organismen in het lichaam, dat aanzienlijk groter is dan het menselijk genoom ($5 \times 10^6$ genen versus $2 \times 10^4$ genen). Dit levert een enorme metabole activiteit die de menselijke stofwisseling aanvult, bijvoorbeeld bij de vertering van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitaminen. * **Humane viroom:** Dit omvat alle virussen in en op het menselijk lichaam. Het grootste deel hiervan bestaat uit bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren en doden of genetisch modificeren. Een deel van het menselijk genoom bestaat ook uit ingebouwd viraal materiaal (endogene retrovirussen). #### 3.3.2 Fysiologisch steriele versus niet-steriele gebieden Niet alle delen van het lichaam zijn even rijk aan micro-organismen: * **Fysiologisch steriel:** Bloed, het interne milieu (hersenen, lever), bronchioli, alveoli, de urineblaas, ureters, prostaat, baarmoeder, zaad- en eileiders. * **Fysiologisch niet-steriel:** Huid, mond, maag-darmkanaal (van mond tot anus). #### 3.3.3 De rol van het microbioom als "metabool orgaan" Het microbioom speelt een cruciale rol in de menselijke gezondheid door: * **Aanvulling van metabole capaciteiten:** Helpen bij de vertering van voedselbestanddelen die het menselijk lichaam zelf niet kan verwerken. * **Productie van vitaminen:** Bijvoorbeeld vitamine K en bepaalde B-vitaminen. * **Bescherming tegen pathogenen:** Door competitie om voedingsstoffen en ruimte, en door de productie van antimicrobiële stoffen. * **Modulatie van het immuunsysteem:** Het microbioom traint en ontwikkelt het immuunsysteem vanaf de geboorte. #### 3.3.4 Invloed op gezondheid en ziekte De samenstelling van het microbioom is dynamisch en kan worden beïnvloed door factoren zoals voeding, levensstijl en hygiëne. Een verstoring van dit evenwicht, dysbacteriose genoemd, kan leiden tot diverse gezondheidsproblemen, waaronder: * **Verstoorde spijsvertering:** Zoals diarree na antibioticagebruik. * **Veranderde vatbaarheid voor ziekten:** Het metagenoom kan veranderen en daarmee de vatbaarheid voor infecties beïnvloeden. * **Effecten op metabolisme:** Veranderingen in het microbioom kunnen gerelateerd zijn aan obesitas en het vermogen om calorieën te verwerken. #### 3.3.5 Germ-free animals als model Onderzoek met kiemvrije dieren (dieren die in een steriele omgeving zijn geboren en opgegroeid) heeft aangetoond hoe essentieel micro-organismen zijn. Deze dieren vertonen onderontwikkelde organen (zoals een uitgezet caecum en verkleind darmoppervlak), verminderde nutriëntenabsorptie, een onderontwikkeld immuunsysteem, tragere gastro-intestinale transit en verhoogde epitheliale permeabiliteit. ### 3.4 Virussen in het menselijk ecosysteem Het menselijk viroom is divers en omvat niet alleen ziekteverwekkende virussen, maar ook niet-pathogene virussen en bacteriofagen. Bacteriofagen spelen een belangrijke rol in horizontale gentransfer, waarbij ze genen (zoals virulentiefactoren en antibioticaresistentiegenen) kunnen overdragen tussen bacteriën. Schattingen geven aan dat slechts een klein percentage van alle bestaande virussen in kaart is gebracht. ### 3.5 Interacties tussen mens en pathogeen: de "Red Queen's Race" De relatie tussen de mens en pathogenen is een voortdurende evolutionaire wapenwedloop, vergelijkbaar met de "Red Queen's Race" uit Lewis Carroll's "Through the Looking-Glass". Pathogenen evolueren continu om immuunvasie te bereiken, terwijl het menselijk immuunsysteem zich aanpast om deze te bestrijden. * **Co-evolutie:** Lange co-evolutie tussen mens en micro-organisme kan leiden tot een lage mortaliteit en persistentie van het virus, wat suggereert dat virussen evolueren naar een meer symbiotische relatie. * **Nieuwe en terugkerende pathogenen:** Bevolkingsexplosie, landbouw, domesticatie van dieren en internationale mobiliteit hebben geleid tot de opkomst van nieuwe pathogenen en de heropleving van oude ziekten. Voorbeelden zijn pokken, mazelen, influenza, AIDS, en recenter SARS, MERS, Ebola en COVID-19. * **Impact op het menselijk genoom:** Infectieziekten hebben een aanzienlijke selectiedruk uitgeoefend op het menselijk genoom gedurende de evolutie, met name op genen die betrokken zijn bij het immuunsysteem, zoals de HLA-genen. Verschillen in de frequentie van HLA-allelen tussen bevolkingsgroepen weerspiegelen de verschillende pathogenen waaraan ze zijn blootgesteld. * **Gevolgen van verstoorde ecologie:** Veranderingen in de ecologische balans, zoals de toename van hertenpopulaties, kunnen leiden tot de opkomst van nieuwe ziekten (bv. ziekte van Lyme). * **Antibioticaresistentie:** Het wijdverbreide gebruik van antibiotica leidt tot selectie van resistente bacteriën, wat een groeiende bedreiging vormt, vergelijkbaar met de situatie in grote steden in de 19e eeuw die geteisterd werden door epidemieën. > **Tip:** Begrijpen van de interacties tussen soorten in een niche, inclusief het menselijk microbioom, is essentieel voor het aanpakken van gezondheidsproblemen en het bevorderen van preventieve geneeskunde. > **Voorbeeld:** De interactie tussen de mens en zijn darmmicrobiota is een klassiek voorbeeld van mutualisme. De bacteriën helpen bij de vertering en vitaminenproductie, terwijl de mens hen voorziet van een stabiele leefomgeving en voedingsstoffen. Een verstoring hiervan kan leiden tot spijsverteringsproblemen of een verhoogde vatbaarheid voor infecties. --- # Infectieziekten, genoomimpact en evolutionaire aanpassing Hier is een gedetailleerde samenvatting van het onderwerp "Infectieziekten, genoomimpact en evolutionaire aanpassing" gebaseerd op de verstrekte documentatie, bedoeld als studiehandleiding voor examens. ## 5. Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom Dit gedeelte onderzoekt hoe infectieziekten de menselijke populatie en hun genoom hebben beïnvloed, en belicht de evolutionaire aanpassingen van zowel mens als pathogeen in reactie hierop. ### 5.1 Historische verschuivingen in mortaliteit en de impact van infectieziekten Historisch gezien waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaak bij de mens, een situatie die veranderde met de enorme bevolkingstoename en urbanisatie. Vóór 1900 werden de meeste sterfgevallen veroorzaakt door infectieziekten, terwijl tegenwoordig hart- en vaatziekten en kanker de belangrijkste doodsoorzaken zijn. In de 19e eeuw werden steden regelmatig geteisterd door epidemieën, wat leidde tot een aanzienlijke sterfte en stagnatie van de bevolkingsgroei. Heden ten dage zien we een vergelijkbaar probleem in ziekenhuizen door de opkomst van multiresistente micro-organismen. De overlevingscurves van de menselijke populatie vertonen significante verschillen door de tijd heen en per locatie. Kindersterfte was tot in de 19e eeuw hoog en bleef daarnaast een constante dreiging van de dood bestaan, waardoor slechts een klein deel van de bevolking de leeftijd van 70 jaar bereikte. In de 20e en 21e eeuw is de kindersterfte in Westerse landen grotendeels verdwenen en bereikt de meerderheid van de bevolking de leeftijd van 70 jaar. Deze veranderingen zijn grotendeels toe te schrijven aan de verminderde mortaliteit door infectieziekten, met name voor de reproductieve leeftijd, wat wijst op een intense selectie gedurende de laatste 10.000 tot 15.000 jaar. Dit selectieproces is relatief kort, wat impliceert dat de mens nog niet optimaal is aangepast aan onze huidige, dichtbevolkte samenleving. **Tip:** Houd er rekening mee dat naast infectieziekten ook trauma, zoals door jacht of oorlog, een belangrijke doodsoorzaak kan zijn geweest, vooral in het paleolithicum. Het belang van infectieziekten nam echter toe met de ontwikkeling van de landbouw. ### 5.2 Evolutionaire aanpassing van de mens aan pathogenen Het menselijk immuunsysteem speelt een cruciale rol in de interactie met pathogenen. HLA-eiwitten zijn hierbij centraal; zij presenteren pathogenen aan het immuunsysteem, wat essentieel is voor het opwekken van immuniteit. Vanwege de noodzaak om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren, zijn de genen die coderen voor deze eiwitten polymorf, met vele verschillende allelen binnen een soort. De meest geschikte allelen voor een specifieke niche worden geselecteerd. * **Voorbeeld:** Het HLA-A2 allel komt veel voor bij Europeanen en biedt een goede bescherming tegen bijvoorbeeld influenza. De frequentie van dit allel varieert echter sterk tussen bevolkingsgroepen (bijvoorbeeld 0,00 in Kameroen, 0,10 bij Australische Aboriginals, 0,15 in China, en 0,30 bij Europeanen). Deze verschillen in allelfrequenties weerspiegelen de variërende pathogenen waaraan bevolkingsgroepen historisch zijn blootgesteld. De menselijke verspreiding vanuit Afrika over de wereld, inclusief Noord-Amerika tijdens de laatste ijstijd, heeft geleid tot geografische isolatie en verschillende evolutionaire paden. Na het herstel van contacten rond 1492 overleden naar schatting 90% van de inheemse Amerikanen aan pokken, mazelen en influenza – ziekten die in Eurazië waren ontstaan en waartegen de Euraziërs een zekere weerstand hadden ontwikkeld. Omgekeerd wordt aangenomen dat syfilis van de inheemse Amerikanen afkomstig is en voor het eerst in Spanje in de 16e eeuw verscheen. > **Tip:** De "Red Queen's Race" metafoor illustreert de voortdurende evolutionaire wapenwedloop tussen gastheer en pathogeen. Pathogenen ontwikkelen constant virulente factoren om immuunevasie te bewerkstelligen, terwijl de gastheer zich aanpast om deze te bestrijden. ### 5.3 Aanpassing van pathogenen Pathogenen passen zich eveneens razendsnel aan hun omgeving aan, mede dankzij hun hogere reproductiesnelheid vergeleken met de mens. * **Voorbeeld:** Bacteriën kunnen volledige resistentie tegen antibiotica ontwikkelen binnen 11 dagen in experimentele settings. Ook het HIV-virus vertoont een enorme diversiteit binnen één patiënt. Er zijn verschillende categorieën pathogenen te onderscheiden op basis van hun evolutionaire geschiedenis: * **Pathogenen van niet-levende dragers:** Zoals *Clostridia* en *Pseudomonas*, die afkomstig zijn uit grond en water. * **Pathogenen van levende dragers (de mens):** * **Pathogenen van "altijd":** Virusfamilies zoals herpesvirussen vertonen sterke overeenkomsten met die van chimpansees, wat wijst op een lange co-evolutie en een tendens naar lage mortaliteit en persistentie, mogelijk evoluerend naar symbiose. * **Pathogenen van de laatste 12.000 jaar:** Pokken, mazelen en influenza zijn waarschijnlijk overgesprongen op de mens tijdens de opkomst van de landbouw en domesticatie van dieren. Verwante virussen en bacteriën zijn teruggevonden bij gedomesticeerde dieren, wat deze hypothese ondersteunt. Deze pathogenen zijn vervolgens aangepast aan de mens en werden mens-specifieke pathogenen. * **Pathogenen van de laatste 100 jaar:** Dit omvat recentere ziekteverwekkers zoals *Legionella* (geassocieerd met verwarmd water), AIDS, de ziekte van Lyme (gerelateerd aan toename van hertenpopulaties), *E. coli* O157:H7, influenzastammen (H5N1), SARS, MERS, Ebola en Zika. Deze recente pathogenen zijn niet noodzakelijkerwijs in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen een extreem hoge mortaliteit veroorzaken, zoals HIV. * **Terugkerende pathogenen:** Ziekten zoals tuberculose en bof kunnen terugkeren door factoren zoals immunosuppressieve therapie, AIDS of dichtbevolkte populaties met onvoldoende vaccinatiegraad. ### 5.4 Balans tussen gastheer en pathogeen De natuurlijke evolutie van een nieuw pathogeen wordt gekenmerkt door mutatie, waarbij de meest infectieuze varianten de overhand krijgen. Het is over het algemeen onmogelijk om ziekteverwekkers volledig uit te roeien met antibiotica. Het menselijk immuunsysteem is complex en een "superkrachtig" immuunsysteem dat alle pathogenen kan bestrijden, is niet ideaal. Een te heftige immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten of allergieën. Bovendien kan een sterke verdediging tegen het ene pathogeen leiden tot een verminderde weerstand tegen een ander pathogeen. Een te hevige inflammatoire respons kan een "cytokine storm" veroorzaken, die op zichzelf tot overlijden kan leiden. Het handhaven van een optimale balans ("fine tuning") van de immuunrespons is cruciaal voor overleving. --- ## 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 wezens die zo klein zijn dat ze niet met het blote oog zichtbaar zijn en alleen onder een microscoop kunnen worden waargenomen, zoals bacteriën, virussen, schimmels en protozoa. | | Kiemtheorie | Het principe dat specifieke ziekten worden veroorzaakt door specifieke micro-organismen, in tegenstelling tot eerdere theorieën over "kwaadaardige dampen" of spontane generatie. | | Pathogeen | Een micro-organisme of ander agens dat in staat is ziekte te veroorzaken bij een gastheer. | | Commensaal | Een organisme dat in symbiose leeft met een ander organisme, waarbij het voordeel heeft zonder de gastheer te schaden. | | Symbiont | Een organisme dat deelneemt aan een symbiotische relatie, die zowel mutualistisch (beide organismen profiteren), commensalistisch (één profiteert, de ander is ongedeerd) als parasitair (één profiteert, de ander wordt geschaad) kan zijn. | | Archaea | Een van de drie domeinen van het leven; deze prokaryote micro-organismen lijken op bacteriën maar verschillen significant in hun biochemie en genetische samenstelling, en leven vaak in extreme omgevingen. | | Bacteria | Een van de drie domeinen van het leven; deze prokaryote micro-organismen zijn alomtegenwoordig en komen voor in diverse vormen en leefomgevingen, sommigen zijn schadelijk en anderen nuttig. | | Eukarya | Een van de drie domeinen van het leven, waartoe organismen behoren met cellen die een celkern bevatten, inclusief dieren, planten, schimmels en protisten. | | Prokaryoot | Een organisme waarvan de cel(len) geen celkern of andere membraan-gebonden organellen bevat. Binnen de drie domeinen zijn Archaea en Bacteria prokaryoten. | | Eukaryoot | Een organisme waarvan de cel(len) een celkern en andere membraan-gebonden organellen bevat. | | 16S rRNA | Een klein ribosomaal RNA-molecuul dat een essentieel onderdeel is van het 30S ribosomale subeenheid in bacteriën en archaea. Het wordt veel gebruikt voor taxonomische classificatie en fylogenetische analyse vanwege de aanwezigheid van zowel geconserveerde als variabele regio's. | | LUCA | Staat voor "Last Universal Common Ancestor", de hypothetische laatste gemeenschappelijke voorouder van alle levende organismen op aarde. | | Horizontale gentransfer (HGT) | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet via verticale overerving (van ouder op nakomeling) met elkaar verbonden zijn. Dit is een belangrijke drijfveer voor evolutie bij micro-organismen. | | Pangenoom | De volledige set van genen die worden aangetroffen in alle stammen van een bepaalde soort of groep nauw verwante micro-organismen. Het omvat het kern-genoom (genen die in alle stammen aanwezig zijn) en de flexibele of supplementaire genen (genen die in slechts sommige stammen voorkomen). | | Virion | Een compleet, infectieus virusdeeltje dat bestaat uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel (capside), en soms een lipideomhulsel. | | Antigeendetectie | Een laboratoriummethode die wordt gebruikt om specifieke antigenen (moleculen, meestal eiwitten of polysacchariden, op het oppervlak van een pathogeen) te identificeren. Dit kan helpen bij het diagnosticeren van infectieziekten. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een moleculaire techniek die wordt gebruikt om specifieke segmenten van DNA exponentieel te amplificeren, waardoor kleine hoeveelheden genetisch materiaal detecteerbaar en analyseerbaar worden. | | Next Generation Sequencing (NGS) | Een reeks geavanceerde DNA-sequencingtechnologieën die snelle en kosteneffectieve volledige genomische sequencing mogelijk maken, wat een revolutie teweegbrengt in de microbiologie en genetica. | | Opportunistische infectie | Een infectie die wordt veroorzaakt door een pathogeen die normaal gesproken geen ziekte veroorzaakt bij een gezonde gastheer, maar die ziekte kan veroorzaken wanneer de gastheer immuungecompromitteerd is of wanneer het micro-organisme in een ongebruikelijke locatie terechtkomt. | | Dysbacteriose | Een onevenwichtige samenstelling van de normale microflora van het lichaam, vaak geassocieerd met gezondheidsproblemen. | | Microbioom | De verzameling van alle micro-organismen (bacteriën, archaea, virussen, schimmels) die in een bepaalde omgeving leven, zoals het menselijk lichaam. | | Viroom | De verzameling van alle virussen die in een bepaalde omgeving leven, zoals het menselijk lichaam. | | Huidig genoom | Het totale genetische materiaal van een organisme. | | Darmmicrobiota | De gemeenschap van micro-organismen die in de darmen leven, voornamelijk bacteriën, die een cruciale rol spelen in de spijsvertering, immuniteit en algehele gezondheid. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. Ze spelen een belangrijke rol in de ecologie van bacteriële gemeenschappen en worden onderzocht voor therapeutische toepassingen (faagtherapie). | | Endogene retrovirussen | Virussen die hun genetisch materiaal hebben geïntegreerd in het genoom van de gastheer, en die vervolgens worden doorgegeven aan de nakomelingen van de gastheer. | | HLA-eiwitten (Human Leukocyte Antigen) | Een groep eiwitten op het oppervlak van cellen die een sleutelrol spelen in het immuunsysteem door het presenteren van peptiden aan T-cellen, waardoor het immuunsysteem onderscheid kan maken tussen "zelf" en "vreemd". | | Alliel | Een van de twee of meer alternatieve vormen van een gen die zich op dezelfde plaats (locus) op een chromosoom bevinden. | | Co-evolutie | Het proces waarbij twee of meer soorten elkaar wederzijds beïnvloeden en evolutionair aanpassen als reactie op elkaars aanwezigheid. | | Immuniteit | De weerstand van een organisme tegen ziekteverwekkers. | | Virulentiefactoren | Moleculen of mechanismen die door een pathogeen worden gebruikt om infectie te veroorzaken, de gastheer te infecteren, te overleven en zich te verspreiden. | | Immuunevasie | Strategieën die pathogenen gebruiken om de immuunrespons van de gastheer te ontwijken, te omzeilen of te onderdrukken. | | Cytokinestorm | Een potentieel dodelijke overmatige immuunrespons die wordt gekenmerkt door een ongecontroleerde afgifte van pro-inflammatoire cytokines, wat leidt tot systemische ontsteking en orgaanfalen. |

# Introductie tot microbiologie en de diversiteit van het leven Dit document introduceert de student aan de wereld van micro-organismen, hun fundamentele rol in de ecologie, hun interacties met de mens, en de invloed van recente technologische vooruitgang op de ontdekking en studie ervan. ## 1. Introductie tot microbiologie en de diversiteit van het leven ### 1.1 Het leven: zichtbaar en onzichtbaar De microbiologie begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw, wat de ontdekking van microscopisch leven mogelijk maakte. In eerste instantie werd aangenomen dat dit microscopische leven spontaan kon ontstaan uit levenloze materie. Pas in de 19e eeuw werd het verband gelegd tussen micro-organismen en processen zoals rotting, fermentatie en ziekte. De microbiële wereld toont een diversiteit die vele malen groter is dan die van de macroscopische, zichtbare wereld. ### 1.2 De drie domeinen van het leven Oorspronkelijk werd het leven ingedeeld in twee categorieën: protisten (eencelligen) en monera (bacteriën). De moderne indeling, gebaseerd op moleculaire kenmerken zoals de sequentie van het 16S ribosomaal RNA (rRNA), onderscheidt drie domeinen van leven: * **Archaea:** Eencellige organismen die vaak in extreme omgevingen voorkomen. Ze delen kenmerken met zowel bacteriën als eukaryoten. * **Bacteria:** Een zeer diverse groep eencellige organismen die overal ter wereld voorkomen en een cruciale rol spelen in diverse ecosystemen. * **Eukarya:** Organismen waarvan de cellen een kernmembraan bezitten. Dit domein omvat onder andere planten, dieren, schimmels en protisten. Virussen worden niet opgenomen in deze indeling, maar worden beschouwd als infectieuze agentia die participeren in de evolutie van het leven door hun genetisch materiaal bij te dragen aan de genenpool. De fylogenetische boom van het leven, gebaseerd op nucleïnezuursequenties, toont aan dat planten, dieren en schimmels slechts een beperkt deel van de totale diversiteit vertegenwoordigen. De diversiteit binnen de bacteriën is aanzienlijk groter dan binnen de dieren. Het concept van de "laatste universele gemeenschappelijke voorouder" (LUCA) is complexer geworden door de erkenning van frequente horizontale gentransfer, een proces waarbij genetisch materiaal direct tussen organismen wordt uitgewisseld. Dit speelt een belangrijke rol in de aanpassing en evolutie van micro-organismen, bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van antibioticaresistentie. Het ontstaan van de Eukaryoten wordt verondersteld voort te komen uit een fusie tussen een archaeale voorouder en een bacterie. Kenmerken van eukaryoten die hen onderscheiden van archaea zijn onder andere een complex intern membraansysteem (endosomen) en energiefabriekjes (mitochondriën), die voortkomen uit de bacteriële partner. ### 1.3 Kiemtheorie en pathogeniteit De kiemtheorie, gepopulariseerd door Robert Koch in de late 19e eeuw, stelt dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. Koch identificeerde specifieke verwekkers voor miltvuur, tuberculose en cholera. > **Tip:** Niet alle bacteriën zijn ziekteverwekkend. De relatie tussen een micro-organisme en ziekte is complex en afhankelijk van factoren zoals de vatbaarheid van het individu en de omstandigheden. Er zijn verschillende categorieën pathogenen: * **Obligate pathogenen:** Veroorzaken altijd ziekte, ongeacht de conditie van de gastheer. * **Conditionele pathogenen:** Veroorzaken ziekte alleen onder specifieke omstandigheden, bijvoorbeeld wanneer de gastheer verzwakt is of wanneer de normale flora is verstoord. Voorbeelden hiervan zijn *E. coli* bij blaasontsteking of opportunistische infecties door *Pneumocystis jeroveci*. * **Commensalen:** Leven in symbiose met de gastheer zonder ziekte te veroorzaken, en kunnen zelfs voordelen bieden. Pathogenen kunnen verspreid zijn over de gehele levensboom, inclusief archaea, bacteriën, eukaryoten en virussen. Er is nog geen eenduidige verklaring waarom er (nog) geen pathogenen bij Archaea zijn gevonden. De evolutie van pathogenen is snel, mede door hun hoge reproductiesnelheid. Dit kan leiden tot de snelle ontwikkeling van resistentie tegen bijvoorbeeld antibiotica. ### 1.4 Interacties tussen soorten in een niche Micro-organismen leven niet geïsoleerd, maar in complexe gemeenschappen binnen specifieke niches. De mens is zelf een ecosysteem voor talloze micro-organismen, die samen het microbioom vormen. * **Fysiologisch steriele gebieden:** Zoals bloed, hersenen, lever en de diepere delen van de luchtwegen en urinewegen, bevatten normaal gesproken geen micro-organismen. * **Fysiologisch niet-steriele gebieden:** Zoals de huid en het spijsverteringskanaal, herbergen een rijke en diverse microbiële gemeenschap. De darm alleen bevat naar schatting $10^{14}$ bacteriën, naast archaea, virussen, gisten en protozoa. Het gecombineerde genoom van deze micro-organismen in de darm, het metagenoom, bevat aanzienlijk meer genen dan het menselijk genoom en draagt bij aan essentiële metabole processen, zoals de afbraak van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitaminen. > **Tip:** Het microbioom is dynamisch en kan worden beïnvloed door factoren zoals voeding, levensstijl en antibioticagebruik. Verstoring van het microbioom kan leiden tot gezondheidsproblemen. Virussen, met name bacteriofagen, spelen een belangrijke rol in de darm en kunnen bijdragen aan horizontale gentransfer en de evolutie van bacteriën. Kiemvrije dieren (germ-free animals) vertonen significante verschillen ten opzichte van dieren met een normaal microbioom, waaronder een verzwakt immuunsysteem, verminderde voedingsopname en aangepaste darmfysiologie. ### 1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom Infectieziekten waren historisch gezien een belangrijke doodsoorzaak, zeker na de opkomst van de landbouw en de vorming van dichtere populaties. Tegenwoordig, in Westerse landen, zijn infectieziekten minder dominant geworden, met hart- en vaatziekten en kanker als belangrijkste doodsoorzaken. Echter, de toename van bevolkingsdichtheid en wereldwijde mobiliteit blijft een risico vormen voor de verspreiding van nieuwe en terugkerende pathogenen. > **Tip:** De menselijke populatie evolueert continu onder druk van pathogenen. Dit leidt tot selectie van genetische varianten die beter bestand zijn tegen specifieke ziekteverwekkers. HLA-eiwitten, centraal in het immuunsysteem, tonen grote polymorfie, wat wijst op aanpassing aan diverse pathogenen. De verspreiding van de mens vanuit Afrika heeft geleid tot genetische divergentie en aanpassing aan lokale pathogenen. Bij hernieuwd contact tussen populaties, zoals na de ontdekking van Amerika, konden ziekten die in Eurazië waren geëvolueerd grote sterfte veroorzaken bij inheemse populaties die er geen immuniteit voor hadden ontwikkeld. ### 1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen De mensheid evolueert samen met zijn pathogenen, een proces dat vaak wordt beschreven met de metafoor van "de race van de Rode Koningin": om in stand te blijven, moet zowel de gastheer als het pathogeen voortdurend evolueren. * **Oude pathogenen:** Sommige pathogenen, zoals herpesvirussen, hebben een lange co-evolutie met de mens doorgemaakt en vertonen vaak een lagere mortaliteit. * **Nieuwe pathogenen:** De opkomst van landbouw en domesticatie van dieren heeft geleid tot de sprong van pathogenen van dieren naar mensen (zoönosen), wat resulteerde in mens-specifieke ziekteverwekkers. Nieuwe pathogenen kunnen ook ontstaan door mutaties, recombinatie of de introductie van pathogenen uit nieuwe omgevingen. Voorbeelden hiervan zijn Legionella, AIDS, ziekte van Lyme, en nieuwe influenzastammen. * **Terugkerende pathogenen:** Ziekten als tuberculose en bof kunnen opnieuw opduiken, vaak als gevolg van veranderingen in de gastheer (bijvoorbeeld immuunsuppressie) of verhoogde bevolkingsdichtheid. De strijd tegen pathogenen is een continu proces. Een overmatige immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten of zelfs fataal zijn door een "cytokine storm". Tegelijkertijd kan een immuunsysteem dat optimaal is aangepast aan het ene pathogeen, juist minder effectief zijn tegen andere. De balans van de immuunrespons is dus cruciaal. --- # Interacties tussen micro-organismen en hun omgeving, inclusief pathogenen Dit onderwerp onderzoekt de complexe interacties tussen micro-organismen en hun leefomgeving, waarbij de rol van commensalen, pathogenen en de dynamische veranderingen in deze relaties centraal staan. ### 2.1 De wereld van micro-organismen Microbiologie, de studie van micro-organismen, begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw. Aanvankelijk werd gedacht dat leven spontaan kon ontstaan (generatio spontanea), maar later werd het bestaan van micro-organismen gekoppeld aan processen zoals fermentatie en ziekte. De ontdekking van de diversiteit van micro-organismen, die vele malen groter is dan die van zichtbare organismen, werd bevorderd door de ontwikkeling van moleculaire technieken zoals massief parallel sequencen (NGS). Dit heeft geleid tot het model van de drie domeinen van het leven: Archaea, Bacteria en Eukarya. Virussen, hoewel geen levende cellen, worden beschouwd als actieve deelnemers aan de evolutie van het leven en maken deel uit van de genenpool. #### 2.1.1 De drie domeinen van het leven * **Archaea en Bacteria:** Dit zijn prokaryoten, wat betekent dat hun cellen geen celkern hebben. Ze zijn ondergebracht in twee aparte domeinen. * **Eukarya:** Deze organismen hebben een celkern en omvatten onder andere planten, dieren en schimmels. De eukaryoten zijn waarschijnlijk ontstaan uit een fusie tussen een archaeon en een bacterie. Mitochondriën, energieproducerende organellen, zijn afkomstig van de bacteriële partner. De diversiteit binnen de bacteriën is aanzienlijk groter dan binnen de dieren. Frequent horizontale gentransfer (het overdragen van genetisch materiaal tussen organismen die niet direct verwant zijn) draagt bij aan deze diversiteit, zoals te zien is bij de verspreiding van antibioticaresistentie. #### 2.1.2 Virussen en hun aanpassingsvermogen Virussen zijn infectieuze agentia die afhankelijk zijn van gastheercellen om zich voort te planten. Ze kunnen zeer snel evolueren en zich aanpassen aan hun omgeving, een proces dat wordt versneld door hun hoge voortplantingssnelheid. Tegenwoordig kunnen virussen gedetecteerd worden via antigeendetectie of genoomdetectie met technieken als PCR en NGS. Een aanzienlijk deel van het menselijk genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal (endogene retrovirussen). Het grootste deel van de bestaande virussen is nog niet in kaart gebracht. ### 2.2 De kiemtheorie van Koch De kiemtheorie stelt dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. Robert Koch identificeerde in de late 19e eeuw de specifieke verwekkers van miltvuur, tuberculose en cholera. #### 2.2.1 Postulaten van Koch en hun beperkingen De postulaten van Koch beschrijven criteria om een ziekteverwekker te identificeren: 1. Het micro-organisme moet aanwezig zijn in alle gevallen van de ziekte en afwezig bij gezonde personen. 2. Het micro-organisme moet geïsoleerd kunnen worden en in cultuur groeien. 3. De gekweekte micro-organisme moet bij inoculatie bij een gezonde gastheer dezelfde ziekte veroorzaken. 4. Het micro-organisme moet opnieuw geïsoleerd kunnen worden uit de geïnfecteerde gastheer. Het is echter niet altijd waar dat alle bacteriën ziekte kunnen veroorzaken, of dat contact met een ziekteverwekker altijd tot ziekte leidt. #### 2.2.2 Conditionele en opportunistische pathogenen * **Conditionele pathogenen:** Deze micro-organismen kunnen ziekte veroorzaken, maar dit hangt af van de vatbaarheid van de gastheer (bijvoorbeeld door een wondje of immuunsupressie). Een voorbeeld is *E. coli* die een blaasontsteking kan veroorzaken. * **Opportunistische infecties:** Hierbij veroorzaken micro-organismen ziekte bij personen met een verlaagde immuniteit. Een voorbeeld is pneumonie veroorzaakt door *Pneumocystis jiroveci*. * **Dysbacteriose:** Dit is een onevenwicht in de lokale flora, waarbij de symptomen niet toe te schrijven zijn aan de overgroei van één specifieke kiem. Pathogenen zijn te vinden verspreid over de "levensboom" (Archaea, Bacteria, Eukarya, en virussen). Er zijn tot op heden geen pathogenen bekend bij Archaea. ### 2.3 Interacties tussen soorten in een niche Micro-organismen leven in specifieke niches, zowel in de omgeving als in en op het menselijk lichaam. Deze interacties zijn dynamisch en worden beïnvloed door factoren zoals voeding, levensstijl en hygiëne. #### 2.3.1 Fysiologisch steriele en niet-steriele lichaamsdelen Sommige lichaamsdelen zijn fysiologisch steriel (zoals bloed en de hersenen), terwijl andere een rijke microbiota herbergen (zoals de huid en de darmen). De darmflora, bestaande uit bacteriën, archaea, virussen en protozoa, fungeert als een "metabool orgaan" dat aanvullend is op de menselijke metabole activiteit. #### 2.3.2 Het belang van de microbiota De mens leeft in symbiose met zijn micro-organismen, vergelijkbaar met lichen die bestaan uit algen en schimmels. De darmmicrobiota speelt een cruciale rol in de spijsvertering, de productie van vitamines en de bescherming tegen pathogenen. Veranderingen in de samenstelling van het microbioom, bijvoorbeeld door antibioticagebruik, kunnen leiden tot ziekte, zoals ernstige diarree. Kiemvrije dieren, die zonder micro-organismen opgroeien, vertonen onderontwikkelde immuunsystemen en spijsverteringssystemen. Het menselijk viroom, de verzameling virussen in het lichaam, omvat zowel ziekteverwekkende als niet-pathogene virussen, waaronder bacteriofagen die bacteriën kunnen doden of genetisch modificeren. #### 2.3.3 Evolutie van infectieziekten Vóór 1900 waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaak. Door bevolkingstoename en verstedelijking ontstonden epidemieën. Tegenwoordig spelen ook multiresistente organismen in ziekenhuizen een rol. #### 2.3.4 Genetische aanpassing van de mens In de afgelopen 10.000 tot 15.000 jaar heeft de mens zich aangepast aan een dichtbevolkte samenleving en de bijbehorende infectieziekten. Dit is een relatief korte periode voor evolutionaire aanpassing. De diversiteit in HLA-allelfrequenties tussen bevolkingsgroepen weerspiegelt de verschillende pathogenen waaraan zij historisch zijn blootgesteld. #### 2.3.5 De "Red Queen's Race" Pathogenen evolueren voortdurend om immuunevasie te bewerkstelligen, een fenomeen dat wordt beschreven als de "Red Queen's Race" (men moet blijven rennen om op dezelfde plaats te blijven). Dit verklaart waarom het immuunsysteem niet te krachtig kan zijn om alle pathogenen te bestrijden, aangezien een te hevige respons kan leiden tot auto-immuniteit of "cytokine storms". ### 2.4 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen Grote epidemieën uit het verleden, zoals die veroorzaakt door *Yersinia pestis*, *Vibrio cholerae*, pokken en influenza, waren vaak een direct gevolg van de bevolkingsexplosie. #### 2.4.1 Oorsprong van pathogenen * **Pathogenen van niet-levende dragers:** Zoals *Clostridia* en *Pseudomonas*. * **Pathogenen van levende dragers:** * **"Altijd" aanwezige pathogenen:** Zoals herpesvirussen, die een lange co-evolutie met de mens hebben gekend en daardoor vaak een lage mortaliteit hebben. * **Pathogenen van de laatste 12.000 jaar:** Deze zijn waarschijnlijk ontstaan na de opkomst van landbouw en domesticatie van dieren, en omvatten ziekten zoals pokken en mazelen. * **Pathogenen van de laatste 100 jaar:** Dit zijn recent opgedoken ziekteverwekkers zoals *Legionella*, AIDS, de ziekte van Lyme, nieuwe stammen van *E. coli*, en virussen zoals SARS, MERS, Ebola en Zika. Deze recente pathogenen zijn niet altijd in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen een hoge mortaliteit veroorzaken. #### 2.4.2 Terugkerende pathogenen Sommige ziekteverwekkers, zoals *Mycobacterium tuberculosis* en bofvirussen, komen opnieuw voor, vaak als gevolg van factoren zoals immuunsupressieve therapie, AIDS, of dichtbevolkte populaties. ### 2.5 Factoren die interacties beïnvloeden De interacties tussen micro-organismen en hun omgeving worden constant veranderd door: * **Antibioticaresistentie:** Het wijdverbreide gebruik van antibiotica selecteert voor resistente bacteriën, wat leidt tot de opkomst van multiresistente stammen. * **Menselijke mobiliteit:** Mondiale reizen verspreiden pathogenen sneller dan ooit tevoren. * **Milieuveranderingen:** Veranderingen in klimaat, landgebruik en ecologie kunnen de distributie en prevalentie van micro-organismen beïnvloeden. Deze dynamische interacties maken het begrijpen van infectieziekten complex en vereisen continue monitoring en aanpassing van onze strategieën voor ziektebestrijding. --- # Infectieziekten, evolutie en menselijke aanpassing Infectieziekten hebben een diepgaande impact gehad op de evolutie van de mens en zijn genoom, waarbij zowel de pathogenen als menselijke populaties zich voortdurend aanpassen door middel van genetische selectie, wat resulteert in een dynamisch samenspel tussen gastheer en ziekteverwekker. ### 3.1 De impact van infectieziekten op de mens en zijn genoom Infectieziekten hebben de menselijke mortaliteit gedurende millennia sterk beïnvloed, vooral tijdens de reproductieve leeftijd, wat resulteerde in een aanzienlijke selectiedruk over de laatste 10.000 tot 15.000 jaar. Hoewel dit evolutionair gezien een korte periode is, heeft dit geleid tot genetische aanpassingen binnen menselijke populaties. #### 3.1.1 Genetische aanpassing en selectie De menselijke overlevingscurven verschillen aanzienlijk in de tijd en per locatie. Voordat de moderne geneeskunde opkwam, was kindersterfte hoog en bleef de dreiging van infectieziekten gedurende het hele leven aanzienlijk, waardoor slechts een beperkt aantal mensen een hoge leeftijd bereikte. In de 20e en 21e eeuw is de kindersterfte in Westerse landen sterk gedaald, waardoor de meerderheid van de bevolking de leeftijd van 70 jaar bereikt. Deze verschuiving in overlevingspatronen is grotendeels toe te schrijven aan de verminderde mortaliteit door infectieziekten. > **Tip:** Begrijp dat de veranderende omstandigheden, zoals de bevolkingsgroei en de opkomst van landbouw, de aard en het belang van infectieziekten hebben veranderd, wat leidde tot specifieke evolutionaire druk op de mens. Een cruciaal aspect van de immuunrespons zijn de HLA-eiwitten. Deze eiwitten presenteren pathogenen aan het immuunsysteem, en hun genetische diversiteit (polymorfisme) is essentieel voor het herkennen van een breed scala aan ziekteverwekkers. De allelfrequentie van HLA-genen varieert tussen verschillende bevolkingsgroepen, wat een gevolg is van de uiteenlopende pathogenen waaraan deze populaties historisch zijn blootgesteld. Bij Europeanen komt bijvoorbeeld het allel HLA-A2 veel voor, wat bescherming biedt tegen influenza. #### 3.1.2 Co-evolutie met pathogenen De mens is geëvolueerd in nauwe interactie met pathogenen. Virussen die "van altijd" zijn, zoals herpesvirussen, vertonen een lange co-evolutie met de mens, wat resulteert in een lage mortaliteit en persistente infectie. Deze langdurige interacties leiden vaak tot een evolutie richting symbiose. #### 3.1.3 De rol van migratie en globalisering De migratie van de mens vanuit Afrika over de wereld, met name de verspreiding naar Amerika, heeft geleid tot de isolatie van populaties en hun eigen evolutionaire trajecten. Bij hernieuwd contact, zoals na de ontdekking van Amerika, stierven grote delen van de inheemse bevolking aan ziekten die oorspronkelijk uit Eurazië kwamen (pokken, mazelen, influenza), waartegen Euraziaten een zekere weerstand hadden ontwikkeld. Omgekeerd wordt gesuggereerd dat syfilis van de Amerikaanse indianen naar Europa is overgebracht. #### 3.1.4 Huidige bedreigingen en aanpassingen Moderne bedreigingen omvatten nieuwe pathogenen zoals HIV, die een zeer hoge mortaliteit kunnen veroorzaken. Terugkerende pathogenen zoals tuberculose winnen aan belang door factoren als immuunsuppressieve therapie en HIV. De snelle evolutie van pathogenen, mede door antibioticaresistentie en een hoge voortplantingssnelheid, vormt een constante uitdaging. De menselijke populatie, ondanks aanpassingen, is mogelijk nog niet optimaal aangepast aan de huidige dichte samenlevingen en de dynamiek van nieuwe ziekteverwekkers. ### 3.2 Evolutie van pathogenen Pathogenen evolueren voortdurend, gedreven door selectiedruk vanuit de gastheer en hun eigen hoge reproductiesnelheid. #### 3.2.1 Snelheid van evolutie Bacteriën, zoals E. coli, kunnen binnen elf dagen volledige resistentie ontwikkelen onder invloed van antibiotica. Ook virussen, zoals HIV, kunnen binnen een patiënt een aanzienlijke diversiteit genereren. Dit benadrukt de snelle adaptieve capaciteit van microbiële levensvormen. #### 3.2.2 Bronnen van pathogenen Pathogenen kunnen afkomstig zijn van niet-levende dragers (bodem, water) zoals Clostridia en Pseudomonas, of van levende dragers, met name de mens zelf. Pathogenen die al lange tijd met de mens co-evolueren, hebben vaak een lagere virulentie. Pathogenen die recenter de mens zijn gaan infecteren, met name die overgedragen zijn van gedomesticeerde dieren, kunnen een hogere mortaliteit veroorzaken. > **Voorbeeld:** De sprong van pathogenen van gedomesticeerde dieren naar de mens, met het ontstaan van landbouw zo'n 12.000 jaar geleden, is waarschijnlijk de oorsprong van ziekten zoals pokken, mazelen en influenza, die mens-specifiek zijn geworden. #### 3.2.3 Nieuwe en opkomende pathogenen De opkomst van nieuwe pathogenen zoals SARS, MERS, Ebola en Zika, naast terugkerende ziekten als Tuberculose, toont aan dat de dreiging van infectieziekten constant aanwezig is. Deze recente pathogenen zijn niet altijd in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen potentieel verwoestende effecten hebben. #### 3.2.4 De "Red Queen's Race" Pathogenen ontwikkelen voortdurend immuunevasie mechanismen ("virulentiefactoren") om detectie en eliminatie door het immuunsysteem te ontwijken. Dit staat bekend als de "Red Queen's Race" – een constante evolutionaire strijd waarbij beide partijen (gastheer en pathogeen) voortdurend moeten evolueren om te overleven. ### 3.3 Menselijke aanpassing aan pathogenen Menselijke populaties hebben zich door middel van genetische selectie aangepast aan de constante dreiging van infectieziekten. #### 3.3.1 Genetische weerstand Selectieve druk van pathogenen heeft geleid tot genetische varianten die een betere weerstand bieden tegen specifieke ziekteverwekkers. Dit is zichtbaar in de variërende frequenties van bijvoorbeeld HLA-allelen tussen populaties. #### 3.3.2 Nadelen van overmatige immuunrespons Hoewel een krachtig immuunsysteem wenselijk is, kan een te heftige immuunrespons schadelijk zijn. Dit kan leiden tot auto-immuunziekten, waarbij het immuunsysteem het eigen lichaam aanvalt, of tot "cytokine storms", een overmatige inflammatoire reactie die fataal kan zijn. De menselijke immuunrespons is een complex evenwicht, waarbij verdediging tegen het ene pathogeen soms ten koste kan gaan van de verdediging tegen andere. #### 3.3.3 De rol van het microbioom Het menselijk lichaam wordt bewoond door een divers microbioom, bestaande uit bacteriën, archaea, virussen en gisten. Dit microbioom, met name in de darm, speelt een cruciale rol in de spijsvertering, de productie van vitaminen en de ontwikkeling van het immuunsysteem. Een verstoord microbioom (dysbacteriose) kan leiden tot gezondheidsproblemen en een verhoogde vatbaarheid voor infecties. Bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren, spelen ook een rol in de regulatie van bacteriële populaties en kunnen bijdragen aan horizontale gentransfer, wat genetische informatie tussen micro-organismen verspreidt. > **Voorbeeld:** Germ-free dieren (kiemvrije dieren) vertonen een onderontwikkeld immuunsysteem, spijsverteringsproblemen en verminderde metabole efficiëntie, wat het belang van een functioneel microbioom onderstreept. #### 3.3.4 Virussen in het menselijk genoom Een significant deel van het menselijk genoom (ongeveer 8%) bestaat uit ingebouwd viraal materiaal, voornamelijk endogene retrovirussen. Dit suggereert een diepgaande en langdurige interactie tussen virussen en de menselijke evolutie, waarbij dit materiaal mogelijk een rol heeft gespeeld in de ontwikkeling van bepaalde menselijke eigenschappen. --- ## 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 | |------|------------| | Microbiologie | De wetenschap die zich bezighoudt met de studie van micro-organismen, hun biologie, ecologie, genetica en interacties met andere levende wezens en hun omgeving. | | Drie domeinen van het leven | Een classificatiesysteem dat al het leven op aarde verdeelt in drie groepen: Archaea, Bacteria en Eukarya, gebaseerd op fundamentele verschillen in hun celstructuur en genetische samenstelling. | | Kiemtheorie van Koch | Een set criteria die is ontwikkeld om te bepalen of een specifiek micro-organisme verantwoordelijk is voor een bepaalde ziekte. | | Niche | De specifieke leefomgeving van een organisme binnen een ecosysteem, inclusief de fysische omstandigheden en de interacties met andere soorten. | | Pathogeen | Een micro-organisme (zoals een bacterie, virus, schimmel of parasiet) dat in staat is ziekte te veroorzaken bij zijn gastheer. | | Commensaal | Een micro-organisme dat samenleeft met een gastheer zonder deze te schaden, en mogelijk voordeel ondervindt van de relatie. | | Symbiont | Een organisme dat in symbiose leeft met een ander organisme, wat kan resulteren in wederzijds voordeel (mutualisme), éénrichtingsvoordeel (commensalisme), of parasitisme. | | Antibioticaresistentie | Het vermogen van bacteriën om de effecten van antibiotica te weerstaan, wat een groeiend probleem vormt in de volksgezondheid. | | Eukaryoot | Een organisme waarvan de cellen een celkern en andere membraangebonden organellen bevatten. Voorbeelden zijn dieren, planten, schimmels en protisten. | | Prokaryoot | Een organisme waarvan de cellen geen celkern of andere membraangebonden organellen hebben. Bacteriën en Archaea zijn prokaryoten. | | 16S rRNA | Een klein ribosomaal RNA-molecuul dat wordt gebruikt voor taxonomische en fylogenetische analyse van bacteriën en Archaea vanwege zijn universele aanwezigheid en relatieve evolutieve conservatisme. | | Fylogenetische boom | Een diagram dat de evolutionaire relaties tussen verschillende soorten of groepen organismen weergeeft, gebaseerd op genetische of morfologische gegevens. | | LUCA (Last Universal Common Ancestor) | De hypothetische laatste gemeenschappelijke voorouder van al het leven op aarde. | | Horizontale gentransfer (HGT) | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet via seksuele voortplanting aan elkaar verwant zijn, wat een belangrijke rol speelt in de evolutie van bacteriën en Archaea. | | Pangenoom | De volledige verzameling genen van alle stammen binnen een soort. | | Viroom | De collectieve verzameling van alle virussen die voorkomen in een bepaalde omgeving of gastheer, vergelijkbaar met het microbioom voor bacteriën. | | Opportunistische infectie | Een infectie veroorzaakt door micro-organismen die normaal gesproken niet ziekteverwekkend zijn bij gezonde individuen, maar wel kunnen optreden wanneer het immuunsysteem van de gastheer verzwakt is. | | Dysbacteriose | Een onevenwichtige samenstelling van de microbiële gemeenschap in een gastheer, wat kan leiden tot gezondheidsproblemen. | | Humaan genoom | De volledige set van genetische instructies die nodig zijn om een mens te produceren, bestaande uit DNA. | | Metagenoom | Het verzamelde genetisch materiaal van een gemeenschap van micro-organismen, afkomstig uit een specifieke omgeving zoals de menselijke darm. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. | | Cytokine storm | Een overmatige en schadelijke immuunreactie die wordt gekenmerkt door een snelle en ongecontroleerde afgifte van pro-inflammatoire cytokines, wat kan leiden tot orgaanfalen en overlijden. | | Immuunevasie | Mechanismen die pathogenen gebruiken om detectie en eliminatie door het immuunsysteem van de gastheer te ontwijken. | | HLA-eiwitten (Human Leukocyte Antigen) | Moleculen op het oppervlak van cellen die betrokken zijn bij de presentatie van antigenen aan T-cellen, cruciaal voor de immuunrespons. |

# De diversiteit van het leven en de evolutie van microbiologie Dit onderwerp verkent de ontdekking van micro-organismen, de evolutionaire indeling van het leven in drie domeinen en de rol van moleculaire methoden bij het ontrafelen van deze diversiteit. ### 1.1 Introductie tot de microbiële wereld De studie van microbiologie begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw, wat leidde tot de beschrijving van microscopische levensvormen. Aanvankelijk werd gedacht aan spontane generatie, maar later werd het verband gelegd met processen zoals fermentatie, bederf en ziekte. De mens, hoewel macroscopisch dominant, leeft in een complexe interactie met een enorme diversiteit aan microscopische organismen, waar we van afhankelijk zijn. Veranderingen in milieu, bevolkingsgroei, hygiëne, antibiotica- en mobiliteitsgebruik beïnvloeden voortdurend deze relatie. ### 1.2 De drie domeinen van het leven De ontdekking en evolutie van de microbiologie zijn nauw verbonden met de opkomst van moleculaire technieken. De 16S rRNA-gensequentieanalyse, die universeel voorkomt in alle levende wezens en functioneel identiek is, heeft geleid tot de indeling van het leven in drie domeinen: * **Bacteria**: Prokaryote organismen zonder celkern. * **Archaea**: Prokaryote organismen, die qua biochemie en genetica soms meer lijken op eukaryoten dan op bacteriën. * **Eukarya**: Organismen met een celkern, waaronder planten, dieren en schimmels. Deze indeling is gebaseerd op nucleïnezuursequenties en vormt een fylogenetische boom die de evolutionaire relaties tussen organismen weergeeft. De diversiteit binnen de bacteriën wordt geschat vele malen groter te zijn dan die van de multicellulaire organismen. **Tip:** De 16S rRNA is een krachtig hulpmiddel voor taxonomische en fylogenetische studies van prokaryoten vanwege zijn universele aanwezigheid en relatief langzame evolutie. Virussen worden buiten deze classificatie gehouden, maar spelen een cruciale rol in de evolutie en de genenpool van het leven door middel van horizontale gentransfer. De oorsprong van eukaryoten wordt verondersteld te liggen in een fusie tussen een archaeon en een bacterie, waarbij mitochondria zijn ontstaan uit de bacteriële partner. Massief parallel sequencen (Next-Generation Sequencing, NGS) maakt het nu mogelijk om al het RNA- en DNA-gebaseerde leven in diverse niches te beschrijven, wat de immense diversiteit van microbiële levensvormen bevestigt. ### 1.3 De kiemtheorie van Koch Vóór de 19e eeuw werden ziekten vaak toegeschreven aan kwade dampen, magie of verrotting. De kiemtheorie, met name de postulaat van Koch in de jaren 1870-1880, vestigde het principe dat infectieziekten worden veroorzaakt door specifieke micro-organismen. Koch identificeerde de verwekkers van miltvuur (Bacillus anthracis), tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) en cholera (Vibrio cholerae). **Tip:** De Koch-postulaten zijn nog steeds relevant, maar er zijn ook infectieziekten bekend waarbij de verwekker wel geïsoleerd kan worden uit gezonde personen (conditionele pathogenen) of waarbij ziekte niet altijd optreedt, afhankelijk van de vatbaarheid van het individu. Deze conditionele pathogenen, zoals E. coli die blaasontstekingen kan veroorzaken, maken gebruik van opportuniteiten zoals wonden of immuunsuppressie. Opportunistische infecties treden op wanneer de immuniteit sterk is verminderd, terwijl dysbacteriose duidt op een onevenwicht in de lokale flora. Pathogenen zijn te vinden verspreid over de levensboom, inclusief bacteriën, virussen, fungi en protozoa. ### 1.4 Interacties tussen species in één niche Organismen leven in verschillende niches, zowel fysiologisch steriel (zoals bloed) als niet-steriel (zoals de huid en darmen). De darmen vormen een microbioom dat een enorme metabole activiteit genereert, die de menselijke metabole activiteit aanvult. Dit microbioom, bestaande uit bacteriën, archaea, virussen, gisten en protozoa, is dynamisch en kan worden beïnvloed door voeding, levensstijl en hygiëne. **Voorbeeld:** Kiemvrije muizen, zonder microbioom, vertonen een onderontwikkeld immuunsysteem, een verstoorde gastro-intestinale transit en een lagere absorptie van voedingsstoffen, wat resulteert in minder obesitas maar een hogere calorie-inname nodig is om op gewicht te blijven. Virussen, met name bacteriofagen, spelen een belangrijke rol in het menselijk viroom en kunnen bijdragen aan horizontale gentransfer en de verspreiding van resistentie tegen antibiotica. De mens leeft in nauwe symbiose met zijn micro-organismen; verstoring van dit evenwicht, bijvoorbeeld door antibioticagebruik, kan leiden tot ernstige gevolgen zoals diarree. ### 1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom Infectieziekten waren voor de 20e eeuw de belangrijkste doodsoorzaak. De ontwikkeling van de landbouw en de groei van bevolkingscentra leidden tot toename van infectieziekten door nauwer contact met gedomesticeerde dieren en elkaar. De menselijke bevolking heeft zich daardoor aangepast, wat zichtbaar is in de genetische verschillen in immuunresponsen, zoals de variatie in HLA-allelfrequenties tussen bevolkingsgroepen. **Tip:** De evolutionaire aanpassing van de mens aan dichtbevolkte gebieden en de daarmee gepaard gaande infectieziekten is relatief recent in de menselijke geschiedenis. De migratie van menselijke populaties over de wereld heeft geleid tot specifieke aanpassingen aan lokale pathogenen. Bijvoorbeeld, Europese populaties ontwikkelden enige weerstand tegen ziekten die in Eurazië waren ontstaan, wat desastreus was voor inheemse Amerikaanse bevolkingsgroepen bij contact. ### 1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen Met de bevolkingsgroei en mobiliteit zijn er continu nieuwe pathogenen ontstaan, of zijn oude pathogenen weer prominenter geworden. Recente pathogenen, zoals HIV, kunnen zeer hoge mortaliteit veroorzaken. Terugkerende pathogenen zoals tuberculose kunnen weer opduiken door factoren als immuunsuppressie en vaccinatiegeschiedenis. **Voorbeeld:** De COVID-19 pandemie demonstreert hoe nieuwe ziekteverwekkers zich snel kunnen verspreiden en hoe belangrijk de constante evolutie en aanpassing van pathogenen is in relatie tot de gastheer. De "Red Queen's Race" beschrijft de voortdurende evolutionaire wapenwedloop tussen pathogenen en hun gastheren. Virulentiefactoren van pathogenen zorgen voor immuunevasie, terwijl het immuunsysteem zich aanpast. Een te heftige immuunrespons kan echter ook schadelijk zijn en leiden tot auto-immuniteit of cytokine stormen. De menselijke immuunrespons is een complex samenspel dat moet balanceren tussen effectieve verdediging en het voorkomen van schade aan het eigen lichaam. --- # Pathogenen en hun interacties met de mens Hier is een studiehandleiding voor het onderwerp "Pathogenen en hun interacties met de mens". ## 2. Pathogenen en hun interacties met de mens Dit onderwerp onderzoekt de complexe relaties tussen micro-organismen en de mens, van de kiemtheorie tot de dynamiek van symbiose en pathogeniteit binnen de menselijke niche. ### 2.1 De oorsprong van microbiologische kennis en de diversiteit van het leven De studie van micro-organismen begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw, waardoor voorheen onzichtbare levensvormen zoals bacteriën konden worden waargenomen. Aanvankelijk werd het ontstaan van dit "onzichtbare leven" toegeschreven aan spontane generatie, in tegenstelling tot het zichtbare leven dat als geschapen werd beschouwd. Moleculaire technieken, met name de analyse van 16S rRNA-sequenties, hebben in de 20e eeuw geleid tot een revolutionaire herindeling van het leven. #### 2.1.1 De drie domeinen van het leven De huidige classificatie van het leven omvat drie domeinen: Archaea, Bacteria en Eukarya. * **Archaea en Bacteria** zijn prokaryoten, gekenmerkt door de afwezigheid van een celkern. * **Eukarya** omvat organismen met een celkern, waaronder planten, dieren en schimmels. Virussen worden beschouwd als niet-levende entiteiten die afhankelijk zijn van gastheercellen voor reproductie en een actieve rol spelen in de evolutie door genoverdracht. De diversiteit binnen de microbiële wereld (Archaea en Bacteria) is vele malen groter dan die van de zichtbare, multicellulaire organismen. De evolutionaire geschiedenis van het leven wordt vaak voorgesteld als een boom die gebaseerd is op genetische verwantschap, met LUCA (Last Universal Common Ancestor) als hypothetische oorsprong, hoewel horizontale gentransfer de evolutie complex maakt. #### 2.1.2 De evolutie van micro-organismen Micro-organismen, zoals bacteriën en virussen, passen zich met een uitzonderlijke snelheid aan hun omgeving aan, mede door hun snelle voortplantingscycli. Dit fenomeen wordt duidelijk geïllustreerd door de snelle ontwikkeling van antibioticaresistentie bij bacteriën en de diversificatie van virussen zoals HIV binnen individuele gastheren. Technieken zoals Next-Generation Sequencing (NGS) maken het mogelijk om de genetische inhoud van microbiële gemeenschappen in diverse niches, inclusief het menselijk lichaam, te bestuderen. #### 2.1.3 Identificatie van ziekteverwekkers Vroeger werden ziekten vaak toegeschreven aan "kwaadaardige dampen" of "gifstoffen". De ontwikkeling van de kiemtheorie, met name door het werk van Robert Koch in de late 19e eeuw, toonde aan dat specifieke micro-organismen verantwoordelijk zijn voor infectieziekten. Koch identificeerde de verwekkers van miltvuur, tuberculose en cholera. > **Tip:** De regels van Koch zijn fundamenteel voor het vaststellen van causaliteit tussen een micro-organisme en een ziekte. Echter, niet alle bacteriën veroorzaken ziekte, en contact met ziekteverwekkers leidt niet altijd tot ziekte door factoren als immuniteit en de vatbaarheid van het individu. Er wordt onderscheid gemaakt tussen: * **Obligate pathogenen**: Veroorzaken ziekte bij vrijwel iedereen die ermee geïnfecteerd raakt. * **Conditionele pathogenen**: Veroorzaken ziekte afhankelijk van de omstandigheden, zoals een verzwakt immuunsysteem of een verstoorde lokale flora (dysbacteriose). * **Opportunistische infecties**: Veroorzaakt door micro-organismen die normaal gesproken niet ziekteverwekkend zijn bij gezonde individuen. Pathogenen zijn verspreid over de evolutionaire boom van het leven, en hun pathogeniciteit impliceert dat ze dezelfde ecologische niches delen met hun gastheren. ### 2.2 Interacties tussen soorten in een niche Het menselijk lichaam en zijn omgeving vormen complexe niches waar diverse soorten organismen met elkaar interageren, variërend van symbiose tot pathogeniteit. #### 2.2.1 De menselijke niche: steriele en niet-steriele gebieden Het menselijk lichaam kent zowel fysiologisch steriele gebieden (zoals bloed, interne organen, luchtwegen diep in de longen, en de urinewegen) als niet-steriele gebieden die rijkelijk worden bevolkt door micro-organismen (microbioom). De darm is met $10^{14}$ bacteriën, archaea, virussen en protozoa de meest bevolkte en metabool actieve regio, die de menselijke stofwisseling significant aanvult. Virussen, met name bacteriofagen, spelen een belangrijke rol in de darmgezondheid en kunnen bijdragen aan horizontale gentransfer. #### 2.2.2 Commensalen en symbionten Commensale bacteriën zijn niet-ziekmakende symbionten die in harmonie leven met hun gastheer. Een bekend voorbeeld van symbiose is de lichen, die bestaat uit een cyanobacterie (voor fotosynthese) en schimmels (voor structuur). Op vergelijkbare wijze leven mensen samen met hun darm- en huidbacteriën, die gezamenlijk een belangrijk "metabool orgaan" vormen. Het menselijk metagenoom en viroom, bestudeerd met technieken als NGS, tonen de enorme diversiteit aan micro-organismen en virussen waarmee we samenleven. #### 2.2.3 Het belang van het microbioom Het microbioom is een dynamisch ecosysteem dat wordt beïnvloed door voeding, levensstijl en hygiëne. Veranderingen in de samenstelling van het microbioom kunnen de vatbaarheid voor ziekten beïnvloeden. Germ-free dieren (kiemvrije dieren) vertonen, bijvoorbeeld, een onderontwikkeld immuunsysteem, verminderde voedingsopname en problemen met de spijsvertering, wat het cruciale belang van de normale flora benadrukt. Obesitas kan in verband worden gebracht met de samenstelling van het darmmicrobioom, met een hogere aanwezigheid van enzymen die koolhydraten verwerken. #### 2.2.4 Virussen in en op de mens De mens wordt omringd door en herbergt een divers viroom, dat ziekteverwekkende en niet-pathogene virussen omvat. Bacteriofagen kunnen specifieke bacteriën doden of genetische informatie overdragen, zoals virulentiefactoren en antibioticaresistentie. Daarnaast bestaat een aanzienlijk deel van het menselijk genoom uit geïntegreerd viraal materiaal, zoals endogene retrovirussen. ### 2.3 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom Infectieziekten hebben een aanzienlijke invloed gehad op de menselijke evolutie en gezondheid, met name met de toename van de bevolkingsdichtheid. #### 2.3.1 Historische impact van infectieziekten Vóór de 20e eeuw waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaken, met grote epidemieën die de bevolkingsgroei beperkten. De opkomst van grote steden in de 19e eeuw leidde tot frequente en verwoestende epidemieën. Hoewel moderne geneeskunde en hygiëne de mortaliteit door infectieziekten aanzienlijk hebben verminderd, blijven ze een bedreiging, vooral in ziekenhuizen met multiresistente micro-organismen. #### 2.3.2 De menselijke aanpassing aan pathogenen De menselijke evolutie, vooral in de laatste 10.000 tot 15.000 jaar, is mede gevormd door de selectieve druk van infectieziekten. De verspreiding van de mens over de wereld heeft geleid tot geografische verschillen in de blootstelling aan pathogenen en bijbehorende genetische aanpassingen. Zo ontwikkelden Euraziaten een zekere weerstand tegen ziekten als pokken en mazelen, die oorspronkelijk uit Azië afkomstig waren, terwijl de inheemse bevolking van Amerika hierdoor zwaar werd getroffen na hernieuwd contact. Het menselijk immuunsysteem, met name via HLA-eiwitten, speelt een centrale rol in de detectie van pathogenen. De polymorfie van HLA-genen zorgt ervoor dat een species een breed scala aan pathogenen kan presenteren aan het immuunsysteem, waarbij specifieke allelen in verschillende bevolkingsgroepen onder invloed van lokale pathogenen selectief zijn geworden. #### 2.3.3 Co-evolutie en de "Red Queen's Race" Er is een continue co-evolutie gaande tussen gastheren en pathogenen, vaak aangeduid als de "Red Queen's Race". Pathogenen ontwikkelen constant manieren om immuunvasie te bewerkstelligen, terwijl gastheren hun afweer aanpassen. > **Tip:** Een te krachtige immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten of allergieën. Er is een delicate balans in de immuunrespons; een sterke verdediging tegen één pathogeen kan de weerstand tegen een ander verzwakken. #### 2.3.4 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen Infectieziekten kunnen worden ingedeeld naar hun oorsprong en het tijdstip waarop ze een significante impact hadden op de mens: * **Oude pathogenen**: Afkomstig van niet-levende dragers (zoals Clostridia) of pathogenen met een lange co-evolutie met de mens, resulterend in een lagere mortaliteit en persistentie (zoals herpesvirussen). * **Pathogenen van de laatste 12.000 jaar**: Deze kwamen op met de landbouw en de vorming van dorpen en steden (bv. pokken, mazelen, influenza). Vaak zijn deze afkomstig van gedomesticeerde dieren. * **Recente pathogenen (laatste 100 jaar)**: Zoals legionellosis, AIDS, ziekte van Lyme, E. coli O157:H7, SARS, MERS, Ebola, en Zika. Deze kunnen zeer hoge mortaliteit veroorzaken en zijn mogelijk nog niet in evenwicht met de gastheerpopulatie. * **Terugkerende pathogenen**: Zoals tuberculose, die opnieuw opduiken door factoren als immuunsuppressie of de vorming van dichte populaties. Een te hevige inflammatoire respons, zoals een "cytokine storm", kan op zichzelf tot overlijden leiden. De constante evolutie van pathogenen, gecombineerd met menselijke factoren zoals bevolkingsgroei en mobiliteit, zorgt ervoor dat nieuwe infectieziekten blijven opduiken. --- # Infectieziekten en menselijke aanpassing Dit onderwerp onderzoekt de impact van infectieziekten op de menselijke populatie en zijn genoom, de evolutie van ziekteverwekkers en de genetische aanpassing van de mens aan nieuwe pathogenen. ### 3.1 De wisselwerking tussen mens en micro-organismen De mens is geen geïsoleerd organisme, maar leeft in symbiose met een immens aantal micro-organismen, zowel zichtbaar als onzichtbaar. Terwijl macroscopisch de mens zich aan de top van de voedselketen waant, vormt microscopisch gezien de mens een complexe kringloop waarin hij afhankelijk is van en interageert met andere levende wezens. Veranderingen in het milieu, bevolkingstoename, hygiëne, antibioticagebruik en mobiliteit beïnvloeden deze wisselwerking continu. #### 3.1.1 De drie domeinen van het leven en de microbiële diversiteit De ontdekking van de microscoop in de 17e eeuw opende deuren naar de microscopische wereld. Aanvankelijk werd gedacht aan spontane generatie, maar later werd de link gelegd met rottingsprocessen, fermentatie en ziekte. Moleculaire technieken, met name Next Generation Sequencing (NGS), hebben de enorme diversiteit van micro-organismen onthuld. Het leven is ingedeeld in drie domeinen: Archaea, Bacteria en Eukarya. Prokaryoten missen een celkern, terwijl eukaryoten deze wel bezitten. Virussen, hoewel geen levende wezens in de klassieke zin, worden beschouwd als actieve deelnemers aan de evolutie, deel van de genenpool en kunnen de evolutie van het leven beïnvloeden door middel van horizontale gentransfer. De diversiteit binnen de bacteriën is vele malen groter dan die van de zichtbare, meercellige organismen. #### 3.1.2 Interacties binnen een niche: commensalen, symbionten en pathogenen Micro-organismen leven in specifieke niches, waar diverse interacties plaatsvinden. Commensale bacteriën leven zonder de gastheer te schaden, symbionten bieden voordelen, terwijl pathogenen ziekte kunnen veroorzaken. De mens leeft samen met een complex ecosysteem van micro-organismen in diverse niches, zoals de huid en de darmen. Het menselijk genoom (ongeveer 20.000 genen) werkt nauw samen met het metagenoom van onze microbiota (ongeveer 5 miljoen genen), wat neerkomt op een metabool orgaan dat essentiële functies vervult, zoals de vertering van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitamines. Deze microbiota is dynamisch en kan veranderen onder invloed van voeding, levensstijl en medicatie. > **Tip:** Het menselijk lichaam is een ecosysteem op zich. Het begrijpen van de interacties tussen de mens en zijn microbiota is cruciaal voor het begrijpen van zowel gezondheid als ziekte. ### 3.2 Infectieziekten: evolutie, selectie en menselijke aanpassing Infectieziekten hebben een significante impact gehad op de menselijke populatie en haar evolutie. Vroeger waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaak, wat leidde tot sterke selectiedruk op het menselijk genoom, met name tijdens de reproductieve leeftijd. #### 3.2.1 De kiemtheorie en pathogeniteit De kiemtheorie, gepropageerd door Koch, stelt dat ziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. Hoewel Koch's postulaten gelden voor veel klassieke pathogenen, zijn er ook conditionele pathogenen die alleen ziekte veroorzaken onder bepaalde omstandigheden, zoals een verzwakt immuunsysteem (opportunistische infecties) of een verstoring van de lokale flora (dysbacteriose). Pathogeniciteit is het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken en is niet beperkt tot één domein van het leven; pathogenen zijn verspreid over Archaea, Bacteria, Eukaryoten en Virussen. #### 3.2.2 De impact van infectieziekten op menselijke overlevingscurves De overlevingscurves van de menselijke populatie zijn door de geschiedenis heen sterk beïnvloed door infectieziekten. Met name de kindersterfte was lange tijd hoog. De toename van de bevolkingsdichtheid, met name sinds het ontstaan van landbouw en steden, creëerde gunstige omstandigheden voor de verspreiding van infectieziekten. Dit leidde tot een evolutionaire "wapenwedloop" tussen mens en pathogeen, waarbij genetische varianten die beter bestand waren tegen specifieke ziekteverwekkers werden geselecteerd. #### 3.2.3 Genetische aanpassing aan pathogenen Het menselijk immuunsysteem, met name de HLA-eiwitten, speelt een centrale rol in de verdediging tegen pathogenen. De genetische diversiteit van deze eiwitten (polymorfisme) zorgt ervoor dat de mens een breed scala aan pathogenen kan presenteren aan het immuunsysteem. Verschillen in HLA-allelfrequenties tussen bevolkingsgroepen weerspiegelen de verschillende pathogenen waaraan deze populaties historisch zijn blootgesteld. > **Example:** De verspreiding van de mens vanuit Afrika over de wereld heeft geleid tot verschillende selectiedrukken. Bij het herstel van contacten tussen Eurazië en Amerika leidde de introductie van Euraziatische ziekten zoals pokken en mazelen tot massale sterfte onder de inheemse Amerikaanse bevolking, die daar geen weerstand tegen hadden opgebouwd. #### 3.2.4 Evolutie van pathogenen en hun aanpassing Pathogenen evolueren voortdurend door mutatie en selectie. Dit geldt met name voor micro-organismen met een snelle voortplantingssnelheid, zoals bacteriën en virussen. De menselijke populatie heeft zich aangepast aan "oude" pathogenen waarmee al lange tijd co-evolutie plaatsvond, wat vaak resulteert in een lagere mortaliteit en een meer symbiotische relatie. "Nieuwe" pathogenen, zoals HIV, kunnen daarentegen een veel hogere mortaliteit veroorzaken. > **Tip:** De evolutie van pathogenen kan extreem snel gaan. Een voorbeeld hiervan is de ontwikkeling van antibioticaresistentie bij bacteriën, wat een groeiend probleem vormt in de gezondheidszorg. #### 3.2.5 "Oude", "nieuwe" en "terugkerende" pathogenen * **Oude pathogenen:** Dit zijn ziekteverwekkers waarmee de mens al zeer lange tijd co-evolueert, zoals herpesvirussen. Deze hebben vaak een lagere mortaliteit en een persistent karakter, omdat de evolutie heeft geleid tot een vorm van symbiose. * **Nieuwe pathogenen:** Pathogenen die recent zijn overgesprongen op de mens, vaak afkomstig van gedomesticeerde dieren (bij het ontstaan van de landbouw) of door veranderingen in het milieu (bv. ziekte van Lyme, Legionella). Deze nieuwe pathogenen kunnen een hoge mortaliteit veroorzaken. De COVID-19 pandemie is een recent voorbeeld van een nieuw pathogeen dat wereldwijd impact heeft. * **Terugkerende pathogenen:** Ziekteverwekkers die opnieuw opduiken, vaak door factoren als immuunsuppressie (bv. tuberculose bij HIV-patiënten) of veranderingen in populatiedynamiek (bv. bof in dichtbevolkte gebieden). ### 3.3 De menselijke aanpassing: een voortdurend proces De aanpassing van de mens aan infectieziekten is een voortdurend proces. Dit omvat zowel genetische aanpassingen op populatieniveau als individuele immuunreacties. #### 3.3.1 De "Red Queen's Race" De interactie tussen mens en pathogeen kan worden beschreven als de "Red Queen's Race": beide soorten moeten constant evolueren om te overleven. Pathogenen ontwikkelen immuunevasie-strategieën, terwijl de menselijke immuunsystemen zich ontwikkelen om deze te omzeilen. Een te krachtig immuunsysteem kan echter ook nadelig zijn, leidend tot auto-immuunziekten of allergieën. De fijnafstemming van de immuunrespons is dus cruciaal. #### 3.3.2 Antibioticaresistentie en de uitdaging van moderne geneeskunde Het wijdverbreide gebruik van antibiotica heeft geleid tot de snelle evolutie van antibioticaresistente bacteriën. Dit vormt een grote uitdaging voor de moderne geneeskunde, vergelijkbaar met de problemen die grote epidemieën vroeger veroorzaakten. Ziekenhuizen worden steeds vaker geconfronteerd met multiresistente organismen. #### 3.3.3 De complexiteit van de immuunrespons Een effectieve verdediging tegen één bepaald pathogeen kan leiden tot een minder effectieve verdediging tegen andere pathogenen. Dit illustreert de complexiteit van het immuunsysteem en de noodzaak van een delicate balans. Te heftige ontstekingsreacties, zoals een "cytokine storm", kunnen op zichzelf fataal zijn. > **Example:** De menselijke aanpassing aan lactose is een voorbeeld van een relatief recente genetische verandering die gepaard gaat met veranderingen in de samenstelling van de darmmicrobiota. Dit toont aan hoe voedingsmiddelen en gerelateerde aanpassingen de microbiële gemeenschap en menselijke gezondheid beïnvloeden. --- ## 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 | |------|------------| | Commensalen | Organismen die samenleven met een ander organisme, waarbij de commensal voordeel heeft en de ander niet geschaad of geholpen wordt. | | Symbionten | Organismen die in een nauwe en wederzijds voordelige relatie samenleven met een ander organisme. | | Pathogenen | Micro-organismen of andere agentia die ziekte kunnen veroorzaken bij een gastheer. | | Generatio spontanea | Een oude biologische theorie die stelde dat levende organismen spontaan konden ontstaan uit niet-levende materie. | | 16S rRNA | Een molecuul dat voorkomt in de kleine subeenheid van ribosomen bij alle levende wezens, gebruikt voor taxonomische en fylogenetische analyses. | | Archaea | Een domein van micro-organismen die prokaryotisch zijn (geen celkern) en zich onderscheiden van bacteriën en eukaryoten door hun unieke biochemie en fysiologie. | | Bacteria | Een domein van micro-organismen die prokaryotisch zijn (geen celkern) en wijdverbreid voorkomen in diverse omgevingen. | | Eukarya | Een domein van organismen waarvan de cellen een celkern bevatten (eukaryoten), waartoe onder andere planten, dieren, schimmels en protisten behoren. | | LUCA | Afkorting voor "Last Universal Common Ancestor", de hypothetische laatste gemeenschappelijke voorouder van al het leven op aarde. | | Horizontale gentransfer | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet via verticale reproductie (ouder op kind) gerelateerd zijn. | | Antibioticaresistentie | Het vermogen van bacteriën om te overleven en te groeien ondanks de aanwezigheid van antibiotica, wat leidt tot infecties die moeilijk te behandelen zijn. | | Electronenmicroscoop | Een microscoop die een bundel elektronen gebruikt om een vergroting van een monster te produceren, waardoor veel hogere resoluties mogelijk zijn dan met lichtmicroscopen. | | PCR | Polymerase Chain Reaction (Polymerasekettingreactie), een techniek die wordt gebruikt om specifieke DNA-segmenten exponentieel te vermenigvuldigen. | | Next Generation Sequencing (NGS) | Een technologie voor het snel en efficiënt sequencen van grote hoeveelheden DNA of RNA, wat de analyse van genomen en microbiomen revolutioneert. | | Kiemtheorie (Germ theory) | De wetenschappelijke theorie die stelt dat veel ziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. | | Postulaten van Koch | Een set criteria die zijn ontwikkeld om de causale relatie tussen een micro-organisme en een specifieke ziekte vast te stellen. | | Conditionele pathogenen | Micro-organismen die normaal gesproken niet ziekte veroorzaken, maar dat wel kunnen doen onder bepaalde omstandigheden, zoals bij een verzwakt immuunsysteem. | | Opportunistische infecties | Infecties veroorzaakt door micro-organismen die normaal gesproken onschadelijk zijn, maar ziekte kunnen veroorzaken wanneer de afweer van de gastheer verzwakt is. | | Dysbacteriose | Een verstoring van de normale balans van micro-organismen in een bepaald deel van het lichaam, zoals de darmflora. | | Bacteriofagen | Virussen die specifiek bacteriën infecteren en doden, en een belangrijke rol spelen in de regulatie van bacteriële populaties en de genetische uitwisseling in microbiële gemeenschappen. | | Human metagenoom | Het totale genetische materiaal van alle micro-organismen (bacteriën, virussen, schimmels, etc.) die samenleven in een bepaald milieu, zoals het menselijk lichaam. | | Viroom | Het totale virale genetische materiaal (DNA en RNA) van alle virussen die in een bepaald milieu voorkomen, met name in een gastheer. | | Germ free animals | Dieren die in een steriele omgeving worden gefokt en vrij zijn van alle micro-organismen. | | Immuunvasatie | De strategieën die pathogenen gebruiken om het immuunsysteem van de gastheer te ontwijken en te omzeilen, waardoor ze infectie kunnen veroorzaken en voortduren. | | Cytokine storm | Een overmatige en ongecontroleerde immuunrespons, gekenmerkt door de massale afgifte van ontstekingsbevorderende cytokines, die schadelijk kan zijn voor de gastheer. |

# Introductie tot microbiologie en de diversiteit van het leven Dit document introduceert de microbiologie als discipline, waarbij de nadruk ligt op de diversiteit van het leven, de evolutie van onze kennis hierover, en de impact van moderne moleculaire technieken op dit begrip. ## 1\. Introductie tot microbiologie en de diversiteit van het leven ### 1.1 Het perspectief van de mens op het leven Traditioneel werd de mens gezien als het dominante organisme, "top of the food chain". Echter, op microscopisch niveau wordt duidelijk dat de mens afhankelijk is van en samenleeft met ontelbare andere levende wezens. Het concept van de voedselpyramide is verouderd; het leven is een kringloopproces waarin output input wordt. Verstoringen door bevolkingstoename, hygiëne, antibioticagebruik en mobiliteit veranderen deze verhoudingen continu. ### 1.2 De drie domeinen van het leven De studie van micro-organismen begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw, waardoor zichtbaar werd dat er een "onzichtbaar" leven bestond naast het reeds bekende, zichtbare leven. In eerste instantie werden deze verdeeld in protisten (eencelligen) en monera (bacteriën). Vroeger werd aangenomen dat het onzichtbare leven spontaan kon ontstaan (generatio spontanea). De ontwikkeling van moleculaire technieken, met name het analyseren van het 16S rRNA gen (onderdeel van de kleine subunit van het ribosoom), heeft geleid tot een revolutionaire herindeling van het leven. Dit gen komt in alle levende wezens voor, is functioneel identiek, en een uitstekend hulpmiddel voor taxonomie en fylogenie. De inzichten hieruit, met name door het werk van Carl Woese rond 1977, hebben geleid tot de indeling in drie domeinen: * **Archaea:** Oorspronkelijk geduid als bacteriën, maar blijken genetisch en biochemisch significant anders. * **Bacteria:** De prokaryote micro-organismen die we traditioneel als bacteriën kennen. * **Eukarya:** Organismen met een celkern, waartoe ook de mens behoort. Prokaryoten missen een celkern, terwijl eukaryoten er wel over beschikken. Virussen worden buiten deze indeling geplaatst; ze worden beschouwd als dood materiaal dat echter wel een actieve rol speelt in de evolutie door hun genenpool. De fylogenetische boom van het leven, gebaseerd op nucleïnezuursequenties in plaats van fenotypische kenmerken, toont aan dat de diversiteit binnen de bacteriën vele malen groter is dan die van de dieren (Animalia). De eukarya, waaronder planten, dieren en schimmels, vormen slechts een beperkt deel van de totale diversiteit. De hypothese over het ontstaan van eukaryoten suggereert een fusie tussen een archaeon en een bacterie. Eukaryoten bezitten naast een celkern ook complexe endomembranen en een cytoskelet, eigenschappen die mogelijk zijn ontstaan uit de samenwerking met de bacteriële partner. Nieuwe technieken zoals massaal parallel sequencen (NGS) maken het mogelijk om het leven in vrijwel elke niche te beschrijven, van het menselijk colon tot het Noordzeewater. Dit onthult een enorme en nog grotendeels onbekende diversiteit aan micro-organismen. Miljoenen nieuwe genen met ongekende functies worden ontdekt. De snelheid van aanpassing en evolutie bij micro-organismen, zoals bacteriën en virussen, is extreem hoog door hun snelle voortplantingssnelheid. > **Tip:** Het 16S rRNA gen is cruciaal voor het begrijpen van de evolutionaire verwantschap tussen micro-organismen, omdat het aanwezig is in alle levende wezens en relatief langzaam muteert. ### 1.3 De kiemtheorie van Koch De ontdekking van micro-organismen bracht ook discussie teweeg over hun rol bij ziekte. Vroeger werden ziekten toegeschreven aan "kwaadaardige dampen" of magische oorzaken. De kiemtheorie, sterk bevorderd door het werk van Robert Koch in de jaren 1870-1880, stelde dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. Koch identificeerde de specifieke verwekkers van miltvuur (Bacillus anthracis), tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) en cholera (Vibrio cholerae). De opvatting dat ziekteverwekkers strikt volgens Koch's postulaten werken, is echter te simplistisch. Niet alle bacteriën veroorzaken ziekte; veel zijn commensalen of symbionten. Ziekte hangt af van de vatbaarheid van het individu en de interactie met het micro-organisme. * **Conditionele pathogenen:** Kunnen ziekte veroorzaken bij bepaalde individuen of onder specifieke omstandigheden (bv. E. coli bij een blaasontsteking). * **Opportunistische infecties:** Veroorzaakt door micro-organismen die geen ziekte veroorzaken bij gezonde personen, maar wel bij personen met een verzwakt immuunsysteem (bv. Pneumocystis jirovecii bij een longontsteking). * **Dysbacteriose:** Een disbalans in de lokale flora, waarbij de symptomen niet aan één specifieke kiem toe te schrijven zijn. Pathogenen zijn verspreid over de "levensboom" en delen een niche met ons. Het is opvallend dat er tot nu toe geen pathogenen bij Archaea zijn geïdentificeerd, mogelijk door hun specifieke leefomgevingen of biochemische eigenschappen. ### 1.4 Interacties tussen species in één niche Micro-organismen leven in complexe gemeenschappen, zowel in de omgeving als in en op het menselijk lichaam. Dit geldt ook voor pathogenen. Het verband tussen de populatiegrootte van een gastheer en de prevalentie van een pathogeen wordt geïllustreerd door het mazelenvirus: het virus kan alleen overleven en epidemieën veroorzaken in grote, niet-immune populaties. Als een populatie te klein wordt, sterft het virus uit en kan het alleen opnieuw geïntroduceerd worden. Het menselijk lichaam kent zowel fysiologisch steriele als niet-steriele niches: * **Steriele niches:** Bloed, interne organen (lever, hersenen), luchtwegen (bronchioli, alveoli), urinewegen (blaas, ureter), prostaat, baarmoeder, zaad- en eileiders. * **Niet-steriele niches:** Huid, mond, en met name het maag-darmkanaal. Het dikke en dunne darm bevat een enorme hoeveelheid micro-organismen (10^14 bacteriën), samen met Archaea, virussen, gisten en protozoa. Dit darmmicrobioom, met een gecombineerd genoom van ongeveer 5x10^6 genen, functioneert als een "metabool orgaan" dat aanvullend is op de menselijke metabole activiteit (2x10^4 genen). Het helpt bij de afbraak van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitaminen. Virussen, met name bacteriofagen, zijn ook zeer abundant in de darm (10^9 per gram faeces) en spelen een rol bij horizontale gentransfer, waarbij ze genetisch materiaal tussen bacteriën kunnen uitwisselen. Next Generation Sequencing (NGS) heeft het mogelijk gemaakt om het menselijk metagenoom (microbioom en viroom) gedetailleerd in kaart te brengen. De samenstelling van het microbioom is dynamisch en wordt beïnvloed door factoren zoals voeding, lifestyle en hygiëne. Veranderingen hierin kunnen leiden tot verhoogde vatbaarheid voor ziekte. Germ-free dieren (kiemvrije dieren) vertonen significante afwijkingen in spijsvertering, absorptie en immuunsysteem, wat het belang van micro-organismen benadrukt. > **Voorbeeld:** Het menselijk genoom telt ongeveer 20.000 genen, terwijl het darmmicrobioom miljoenen genen bevat, wat de enorme metabole bijdrage van deze micro-organismen illustreert. Het menselijk lichaam is tevens onderhevig aan het menselijk viroom, dat naast ziekteverwekkende virussen ook niet-pathogene virussen en bacteriofagen omvat. Ons eigen genoom bevat ook geïntegreerd viraal materiaal. ### 1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom Historisch gezien waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaken, vooral na de bevolkingsexplosie en urbanisatie. Steden werden geteisterd door epidemieën. Tegenwoordig zijn hart- en vaatziekten en kanker de belangrijkste doodsoorzaken in de westerse wereld, maar ziekenhuizen kampen nu met problemen van multiresistente organismen. Nieuwe infectieziekten kunnen ontstaan door mutaties, maar ook door de aanpassing van pathogenen die al langer bestaan. De mens is niet optimaal aangepast aan de huidige dichtbevolkte samenleving. Selectie op genetische varianten die beter bestand zijn tegen lokale pathogenen heeft plaatsgevonden tijdens de wereldwijde verspreiding van de mens. HLA-eiwitten, cruciaal voor het immuunsysteem, zijn polymorf. Verschillen in HLA-allelfrequenties tussen bevolkingsgroepen zijn het gevolg van blootstelling aan verschillende pathogenen. Bij hernieuwde contacten tussen continenten, zoals na de ontdekking van Amerika, stierven grote delen van de inheemse bevolking aan ziekten die in Eurazië waren ontstaan en waarvoor Euraziërs een zekere weerstand hadden opgebouwd. Pathogenen kunnen ingedeeld worden op basis van hun "leeftijd" in relatie tot de menselijke evolutie: * **Pathogenen van niet-levende dragers:** Grond, water (bv. Clostridia, Pseudomonas). * **Pathogenen van levende dragers (mens):** * **Oude pathogenen:** Van lange co-evolutie met de mens, vaak lage mortaliteit/persistentie (bv. herpesvirussen die verwant zijn aan die van chimpansees). * **Pathogenen van de laatste 12.000 jaar:** Ontstaan mogelijk bij de ontwikkeling van landbouw en domesticatie van dieren, met sprongen naar de mens (bv. pokken, mazelen, influenza). * **Pathogenen van de laatste 100 jaar:** Nieuwere ontdekkingen gerelateerd aan veranderende leefomgevingen en gedragingen (bv. legionellosis, AIDS, ziekte van Lyme, E. coli O157:H7, SARS, MERS, Ebola, Zika). Deze zijn niet altijd in evenwicht met de gastheer en kunnen hoge mortaliteit geven. > **Tip:** De "Red Queen's Race" beschrijft de continue evolutionaire wapenwedloop tussen pathogenen en gastheren, waarbij beide partijen zich voortdurend moeten aanpassen om te overleven. ### 1.6 Oude, nieuwe, terugkerende pathogenen Grote epidemieën uit het verleden, zoals die veroorzaakt door \_Yersinia pestis, \_Vibrio cholerae, \_Variola (pokken) en \_Influenza (Spaanse griep), waren vaak direct gevolg van bevolkingsexplosie. Tegenwoordig zien we ook terugkerende pathogenen, zoals tuberculose (mede door immuunsuppressieve therapie) en bof (door dichtere populaties). Het immuunsysteem is complex en moet een balans vinden tussen verdediging en het voorkomen van auto-immuniteit. Te heftige immuunresponsen kunnen leiden tot overlijden (bv. "cytokine storm") of auto-immuunziekten. De afweer tegen één bepaald pathogeen kan ten koste gaan van de weerstand tegen andere. Het is onmogelijk om ziekteverwekkers volledig uit te roeien, omdat ze zich continu aanpassen en evolueren. De COVID-19 pandemie onderstreept dat nieuwe ziekteverwekkers zullen blijven opduiken. * * * # De kiemtheorie en pathogenen Hier is een gedetailleerde studiehandleiding over "De kiemtheorie en pathogenen". ## 2\. De kiemtheorie en pathogenen Dit gedeelte behandelt de ontwikkeling van de kiemtheorie van ziekten, de identificatie van pathogenen door Koch, en de concepten van conditionele pathogenen, opportunistische infecties en dysbacteriose. ### 2.1 De ontwikkeling van de kiemtheorie De notie dat ziekten worden veroorzaakt door "kwaadaardige dampen, overdraagbare gifstoffen, verrotting, magie..." domineerde lange tijd het denken. Tegen deze ideeën verscheen in de 19e eeuw de kiemtheorie (germ theory), die stelde dat infectieziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. #### 2.1.1 Koch's postulaten en de identificatie van pathogenen Een cruciale ontwikkeling in de acceptatie en toepassing van de kiemtheorie was het werk van Robert Koch. Tussen 1870 en 1880 identificeerde Koch succesvol de specifieke verwekkers van verschillende ziekten: * Miltvuur (anthrax), veroorzaakt door \_Bacillus anthracis. * Tuberculose, veroorzaakt door \_Mycobacterium tuberculosis. * Cholera, veroorzaakt door \_Vibrio cholerae. Deze successen legden de basis voor wat later bekend zou worden als de postulaten van Koch, een set criteria om een causaal verband tussen een micro-organisme en een ziekte vast te stellen. #### 2.1.2 Conditionele pathogenen, opportunistische infecties en dysbacteriose Niet alle micro-organismen die geïsoleerd kunnen worden bij een gastheer, veroorzaken direct ziekte. Het concept van pathogeniteit is genuanceerder geworden: * **Conditionele pathogenen:** Dit zijn micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken, maar niet altijd. Hun pathogeniteit hangt af van de omstandigheden en de vatbaarheid van de gastheer. Een klassiek voorbeeld is \_E. coli dat blaasontstekingen kan veroorzaken. Of deze bacteriën ziekte veroorzaken, is afhankelijk van de vatbaarheid van het individu voor kolonisatie, invasie en de immuunrespons. Ze maken gebruik van een "opportuniteit", zoals een wondje op de huid of immuunsuppressie. * **Opportunistische infecties:** Dit zijn infecties veroorzaakt door micro-organismen die geen ziekte kunnen veroorzaken bij gezonde personen. Ze manifesteren zich wanneer er sprake is van een algemeen verlaagde immuniteit. Een voorbeeld hiervan is pneumonie veroorzaakt door \_Pneumocystis jiroveci. * **Dysbacteriose:** Dit verwijst naar een onevenwicht in de lokale flora van het lichaam. Bij dysbacteriose zijn de symptomen niet toe te schrijven aan de overgroei van één specifieke kiem, maar aan de ontregeling van het gehele micro-ecosysteem. ### 2.2 Pathogenen in de levensboom Pathogenen zijn verspreid over de verschillende domeinen van het leven: Archaea, Bacteria, Eukaryoten en Virussen. Pathogeniciteit impliceert dat deze micro-organismen dezelfde niche delen met de gastheer. De vraag waarom er nog geen specifieke pathogenen bij Archaea zijn gevonden, blijft een onderwerp van onderzoek. #### 2.2.1 Voorbeelden van pathogenen De volgende organismen worden genoemd als voorbeelden van pathogenen verspreid over de "levensboom": * \_Trypanosoma, \_Giardia lamblia, \_Trichomonas vaginalis, \_Entamoeba histolytica (Eukaryoten) * \_Bacillus anthracis, \_Mycobacterium tuberculosis, \_Vibrio cholerae, \_E. coli, \_Staphylococcus aureus (Bacteriën) * \_Candida albicans (Eukaryoot - gist) * Wormen, schurftmijt (Eukaryoten - meercellig) * Virussen, transposons (niet formeel in domeinen ingedeeld) De pathogenen zijn verspreid, wat aangeeft dat pathogeniciteit een eigenschap is die zich op verschillende plaatsen in de evolutie heeft ontwikkeld. ### 2.3 Interacties tussen soorten in een niche Micro-organismen en mensen leven in constante interactie in diverse niches, zowel extern (omgeving) als intern (het lichaam). #### 2.3.1 Leven in gedeelde niches Net zoals populaties van prooi en predator elkaar beïnvloeden, zo interageren ook virussen en hun gastheren. Mazelenvirus kan bijvoorbeeld alleen overleven als er voldoende vatbare mensen zijn. Wanneer de menselijke gemeenschap te klein is, kan het virus uitsterven. #### 2.3.2 Fysiologisch steriele en niet-steriele niches in het menselijk lichaam Het menselijk lichaam kent verschillende niches met uiteenlopende microbioële bezetting: * **Fysiologisch steriel:** Dit omvat onder andere het bloed, het interne milieu (hersenen, lever), de diepere luchtwegen (bronchioli, alveoli), de urinewegen (urineblaas, ureter) en de prostaat, baarmoeder, zaad- en eileiders. * **Fysiologisch niet-steriel:** Hieronder vallen de huid, het spijsverteringskanaal van mond tot anus, en met name de dikke en dunne darm. De darm is de belangrijkste locatie van het microbioom, met naar schatting $10^{14}$ bacteriën, aangevuld met Archaea, virussen, gisten en protozoa. Dit gecombineerde genoom (ongeveer $5 \\times 10^6$ genen) vult de menselijke metabole activiteit (ongeveer $2 \\times 10^4$ genen) aan, wat de darm tot een "metabool orgaan" maakt. #### 2.3.3 Het belang van het microbioom en viroom Het menselijk microbioom en viroom (het totale microbieel en viraal DNA/RNA in een niche) zijn dynamische ecosystemen. Veranderingen in voeding, levensstijl en hygiëne kunnen de samenstelling van het microbioom beïnvloeden, met mogelijke gevolgen voor de vatbaarheid voor ziekte. * **Germ-free animals:** Dieren die volledig vrij zijn van micro-organismen vertonen significante fysiologische afwijkingen, waaronder een vergroot caecum, verminderde darmoppervlakte voor absorptie, en een onderontwikkeld immuunsysteem. Dit onderstreept het cruciale belang van de microbiota voor de normale ontwikkeling en functie. * **Het menselijk viroom:** De mens wordt continu blootgesteld aan een breed scala aan virussen, waaronder ziekteverwekkers, niet-pathogene virussen en bacteriofagen. Bacteriofagen kunnen bacteriën doden of genetisch wijzigen, bijvoorbeeld door de overdracht van virulentiefactoren of antibioticaresistentie. Een deel van het menselijk genoom bestaat ook uit geïntegreerd viraal materiaal (endogene retrovirussen). #### 2.3.4 De impact van bevolkingstoename en mobiliteit op ziekteverwekkers Historisch gezien waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaken, vooral door de toename van de bevolkingsdichtheid in steden. Tegenwoordig zien we een vergelijkbaar probleem in ziekenhuizen met multiresistente micro-organismen. De bevolkingsexplosie en verhoogde mobiliteit hebben geleid tot de opkomst van nieuwe en terugkerende ziekteverwekkers. ### 2.4 Infectieziekten en hun impact op de mens en zijn genoom De interactie tussen de mens en ziekteverwekkers heeft een aanzienlijke impact gehad op de menselijke evolutie en genomische aanpassing. #### 2.4.1 Genetische aanpassing aan pathogenen Gedurende de afgelopen 10.000 tot 15.000 jaar, een relatief korte periode in evolutionaire termen, hebben infectieziekten een sterke selectiedruk uitgeoefend op de menselijke populatie. Met name rond de reproductieve leeftijd stierven veel mensen aan infectieziekten. Dit heeft geleid tot genetische aanpassingen, zoals veranderingen in de allelfrequenties van het HLA-systeem, dat een sleutelrol speelt in de presentatie van pathogenen aan het immuunsysteem. #### 2.4.2 Mondiale verspreiding en co-evolutie met pathogenen De verspreiding van de mens vanuit Afrika over de wereld heeft geleid tot het ontstaan van genetische verschillen in weerstand tegen pathogenen tussen bevolkingsgroepen. Zo stierven veel oorspronkelijke bewoners van Amerika aan ziekten uit Eurazië, waartegen de Euraziërs al enige weerstand hadden ontwikkeld. Anderzijds zijn ziekten zoals syfilis waarschijnlijk van Amerika naar Europa gebracht. #### 2.4.3 De oorsprong van pathogenen Pathogenen kunnen afkomstig zijn van niet-levende dragers (bodem, water) of van levende dragers. Pathogenen die lange tijd met de mens co-evolueren, zoals herpesvirussen, hebben doorgaans een lagere mortaliteit en een meer symbiotische relatie. Pathogenen die relatief recent op de mens zijn overgesprongen, bijvoorbeeld vanuit gedomesticeerde dieren, kunnen daarentegen zeer virulent zijn. De toename van populaties herten heeft bijvoorbeeld geleid tot een toename van de ziekte van Lyme. ### 2.5 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen Grote epidemieën uit het verleden zijn vaak een direct gevolg van de bevolkingsexplosie. Tegenwoordig zien we zowel de opkomst van nieuwe pathogenen als de terugkeer van oude, bijvoorbeeld door immuunsuppressie (zoals bij HIV) of door te dichte populaties. #### 2.5.1 Evolutie van pathogenen en immuunrespons Pathogenen evolueren voortdurend om immuunontwijking te bewerkstelligen (de "Red Queen's Race"). Dit is een complex samenspel waarbij de gastheer zich probeert aan te passen, terwijl het pathogeen constant nieuwe manieren vindt om te ontsnappen aan de immuunrespons. * **Balans in immuunrespons:** Een te krachtige immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten of allergieën. Anderzijds kan een verdediging die zeer effectief is tegen één pathogeen, minder effectief zijn tegen een ander. Het "fine-tunen" van de immuunrespons is cruciaal. * **Cytokine storm:** Een overmatige inflammatoire respons, ook wel een cytokine storm genoemd, kan op zichzelf leiden tot ernstige ziekte en overlijden. De constante evolutie en aanpassing van zowel pathogenen als de menselijke gastheer maakt het bestrijden van infectieziekten een voortdurende uitdaging. * * * # Interacties tussen soorten in een niche en het menselijk microbioom Dit onderwerp verkent de complexe relaties tussen micro-organismen binnen specifieke leefomgevingen, inclusief de rol van commensalen en symbionten, en de samenstelling en dynamiek van het menselijk microbioom en viroom, met een focus op de darmflora. ### 3.1 De microbieel-menselijke samenleving De mens wordt niet alleen beschouwd als de 'top van de voedselketen' in de macroscopische wereld, maar microscopisch gezien leven we in symbiose met een immense diversiteit aan micro-organismen. Deze interacties zijn cruciaal voor ons voortbestaan en welzijn, en vormen een kringloopproces waarin de output van het ene systeem de input is van het andere. Verstoringen van dit evenwicht door factoren zoals bevolkingsgroei, hygiëne, antibioticagebruik en mobiliteit, beïnvloeden zowel de micro-organismen als de mens. ### 3.2 Diversiteit van leven: van microscoop tot moleculaire analyse * **Vroege ontdekkingen:** De uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw door Van Leeuwenhoek maakte het onzichtbare leven zichtbaar, eerst als kokken en staven. Pas in de 19e eeuw werd hun rol in fermentatie, rot en ziekte begrepen. * **De drie domeinen:** Gebaseerd op moleculaire kenmerken, zoals de 16S rRNA-sequentie, is het leven ingedeeld in drie domeinen: Archaea, Bacteria en Eukarya. Virussen worden beschouwd als infectieuze agentia die deelnemen aan de evolutie van het leven. * **Moleculaire evolutie:** Nieuwe technieken zoals massief parallel sequencen (NGS) maken het mogelijk om het leven in elke niche te beschrijven, wat leidt tot de ontdekking van miljoenen nieuwe genen met ongekende functies. De diversiteit binnen de bacteriën is veel groter dan die van de zichtbare wereld. * **Horizontale genoverdracht:** Frequentie en belang van horizontale genoverdracht (HGT) bij bacteriën, wat bijdraagt aan hun snelle aanpassing, bijvoorbeeld in resistentie tegen antibiotica. * **Eukaryoten:** De evolutie van eukaryoten wordt verondersteld voort te komen uit een fusie tussen Archaea en bacteriën, waarbij mitochondria oorspronkelijk afkomstig waren van een bacteriepartner. ### 3.3 De kiemtheorie en pathogeniteit * **Van kwaadaardige dampen tot micro-organismen:** De kiemtheorie, prominent gemaakt door Koch in de late 19e eeuw, stelde dat ziekten worden veroorzaakt door micro-organismen, in tegenstelling tot eerdere theorieën over 'kwaadaardige dampen'. * **Koch's postulaten:** Koch identificeerde de veroorzakers van miltvuur, tuberculose en cholera. Echter, niet alle bacteriën zijn pathogeen, en contact met een pathogeen leidt niet altijd tot ziekte. * **Conditionele pathogenen en opportunisten:** Ziekteverwekkers kunnen ook bij gezonde individuen worden aangetroffen (conditionele pathogenen), waarbij de ziekte afhangt van de vatbaarheid van de gastheer. Opportunisten veroorzaken ziekte bij immuungecompromitteerde personen, en dysbiose (balansverstoring van lokale flora) kan leiden tot symptomen die niet aan één kiem zijn toe te schrijven. * **Verspreiding van pathogenen:** Pathogenen zijn verspreid over de levensboom en delen vaak een niche met hun gastheer. Archaea zijn momenteel nog niet als belangrijke pathogenen geïdentificeerd. * **Evolutie van pathogenen:** Pathogenen passen zich snel aan hun omgeving aan. De natuurlijke evolutie van een nieuw pathogeen leidt vaak tot mutaties waarbij de meest infectieuze vormen overheersen. ### 3.4 Interacties in een niche: commensalen, symbionten en het menselijk microbioom * **Leven in symbiose:** Net zoals predatoren en prooi elkaar beïnvloeden, interageren micro-organismen met elkaar en met hun gastheren. Het mazelenvirus kan bijvoorbeeld alleen overleven bij voldoende vatbare mensen, wat leidt tot epidemieën in grote gemeenschappen, maar uitsterven bij te kleine populaties. * **Steriele en niet-steriele niches:** Fysiologisch steriele lichaamsdelen zijn onder andere bloed, hersenen, lever, longen (bronchioli, alveoli) en de urinewegen. Niet-steriele gebieden omvatten de huid en het gehele maagdarmkanaal. * **Het menselijk microbioom:** * **Darmflora:** De dikke en dunne darm huisvesten ongeveer $10^{14}$ bacteriën, naast Archaea, virussen, gisten en protozoa. Dit vormt samen met het menselijk genoom een "metabool orgaan" met een gecombineerd genoom van $5 \\times 10^6$ genen, dat onze metabole capaciteit aanvult met functies zoals het verwerken van onverteerbare polysacchariden en de productie van vitaminen. * **Viroom:** De darm bevat ook een enorme hoeveelheid virussen (ongeveer $10^9$ per gram feces), voornamelijk bacteriofagen die de bacteriële populatie beïnvloeden en bijdragen aan horizontale genoverdracht. Een aanzienlijk deel van ons genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal. * **Commensale bacteriën:** Dit zijn niet-ziekmakende symbionten die in harmonie leven met hun gastheer. * **Metagenoom en dynamiek:** Next Generation Sequencing (NGS) stelt ons in staat om de niches van ons lichaam en het menselijk metagenoom (microbioom en viroom) te bestuderen. Net zoals een korstmos bestaat uit verschillende symbionten die samen functioneren, leven wij ook in nauwe samenwerking met onze microbioom. De samenstelling van het microbioom is dynamisch en wordt beïnvloed door voeding, levensstijl en hygiëne. Veranderingen hierin kunnen de vatbaarheid voor ziekte vergroten. * **Tip:** Het metagenoom van een individu kan aanzienlijk veranderen gedurende het leven, in tegenstelling tot het stabiele humane genoom. * **Germvrije dieren:** Dieren die in een steriele omgeving opgroeien (kiemvrije dieren) vertonen significante afwijkingen in hun spijsverteringsstelsel en immuunsysteem, wat de cruciale rol van micro-organismen benadrukt. * **Invloed op ziekte:** De samenstelling van het darmmicrobioom kan obesitas voorspellen en is geassocieerd met de aanwezigheid van meer koolhydraat-verwerkende enzymen. ### 3.5 Infectieziekten: impact op mens en genoom * **Historische context:** Vóór 1900 waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaken, mede door de groeiende bevolkingsdichtheid in steden. Tegenwoordig zijn hart- en vaatziekten en kanker dominant, maar ziekenhuizen kampen met een vergelijkbaar probleem van multiresistente organismen. * **Co-evolutie en selectie:** Mensen hebben zich de laatste 10.000-15.000 jaar snel aangepast aan hun omgeving en de toename van infectieziekten. De verschillen in overlevingscurves door de tijd en per locatie worden sterk beïnvloed door infectieziekten. * **HLA-polymorfisme:** De diversiteit aan HLA-eiwitten, die centraal staan in het immuunsysteem, is het resultaat van selectie op specifieke allelen die bescherming bieden tegen de pathogenen die in een bepaalde niche heersen. Deze allelfrequenties variëren sterk tussen bevolkingsgroepen. * **Migratie en ziekte:** De verspreiding van de mens vanuit Afrika heeft geleid tot de ontwikkeling van verschillende pathogenen in Eurazië en Amerika. Bij het herstel van contacten tussen deze continenten, zoals na 1492, stierven grote aantallen inheemse Amerikanen aan ziekten uit Eurazië waartegen Europeanen al enige weerstand hadden opgebouwd. * **Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen:** * **Oude pathogenen:** Afkomstig van niet-levende dragers (zoals Clostridia) of levende dragers. Virussen zoals herpesvirussen hebben een lange co-evolutie met de mens doorgemaakt, wat leidt tot lagere mortaliteit en persistentie. * **Nieuwe pathogenen:** Pathogenen zoals pokken, mazelen en influenza zijn waarschijnlijk ontstaan bij het begin van de landbouw en gedomesticeerde dieren, en zijn daarna geëvolueerd tot mens-specifieke pathogenen. Recente pathogenen zoals HIV, SARS en Ebola kunnen een zeer hoge mortaliteit veroorzaken en zijn mogelijk nog niet in evenwicht met de gastheerpopulatie. * **Terugkerende pathogenen:** Ziekten zoals tuberculose en bof kunnen terugkeren door factoren als immuunsuppressie of dichtbevolkte gemeenschappen. * **De 'Red Queen's Race':** Pathogenen ontwikkelen voortdurend virulentiefactoren om immuunontwijking te bewerkstelligen, wat leidt tot een constante evolutionaire wapenwedloop tussen gastheer en pathogeen. * **De fijne balans van het immuunsysteem:** Een te sterke immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten of overmatige ontstekingsreacties (cytokine storm), terwijl een verzwakte of onjuiste respons vatbaarheid voor andere infecties vergroot. ### 3.6 Evolutie van micro-organismen en menselijke aanpassing * **Snelle aanpassing:** Virussen en bacteriën passen zich met enorme snelheid aan hun omgeving aan, mede door hun snelle voortplantingssnelheid. Een experiment toonde aan dat bacteriën binnen 11 dagen volledige resistentie konden ontwikkelen tegen antibiotica in een gegradueerd medium. * **Microbioom en ziekte:** Het menselijk microbioom, met name de darmflora, speelt een essentiële rol in de gezondheid en kan de vatbaarheid voor ziekte beïnvloeden. Veranderingen in het microbioom, bijvoorbeeld door antibioticagebruik, kunnen leiden tot ernstige disbalansen zoals diarree. * **Virale diversiteit:** Zelfs binnen een enkele gastheer kan een virus zoals HIV een aanzienlijke diversiteit ontwikkelen. * **Gedomesticeerde dieren als bron:** Veel pathogenen die menselijke ziekten veroorzaken, hebben verwante virussen en bacteriën gemeen met gedomesticeerde dieren, wat suggereert dat de sprong naar de mens is gemaakt met het ontstaan van de landbouw. ### 3.7 Virusdetectie en het menselijk viroom * **Viruskenmerken:** Virussen zijn infectieuze agentia die zich alleen kunnen voortplanten in een gastheercel. Ze zijn veel kleiner dan bacteriën en niet zichtbaar met een lichtmicroscoop, maar wel met een elektronenmicroscoop. * **Detectiemethoden:** Naast microscopie worden antigeendetectie (eiwit/suikerketens) en genoomdetectie (PCR, NGS) gebruikt voor virusidentificatie. * **Het menselijk viroom:** Dit omvat alle virussen die de mens infecteren, inclusief ziekmakende, niet-pathogene en bacteriofagen. Een deel van ons eigen genoom bestaat uit geïntegreerde retrovirussen. De menselijke viroom is nog grotendeels onontgonnen terrein, met schattingen dat slechts een klein percentage van alle bestaande virussen in kaart is gebracht. > **Tip:** De evolutie van zowel micro-organismen als de mens is een dynamisch proces, waarbij interacties binnen niches en de constante druk van pathogenen beide partijen beïnvloeden. Het begrijpen van deze interacties is cruciaal voor het bevorderen van gezondheid en het bestrijden van ziekten. * * * # Infectieziekten, menselijke evolutie en pathogenen Dit gedeelte onderzoekt hoe infectieziekten de menselijke populatie en ons genoom hebben gevormd, hoe genetische selectie ons helpt aan te passen aan pathogenen, en de historische context van oude, nieuwe en terugkerende ziekteverwekkers. ## 4\. Infectieziekten, menselijke evolutie en pathogenen Infectieziekten hebben een diepgaande impact gehad op de menselijke evolutie en ons genoom, waarbij genetische selectie centraal staat in de aanpassing van de mens aan de voortdurende dreiging van pathogenen. De studie van oude, nieuwe en terugkerende ziekteverwekkers biedt inzicht in deze dynamische relatie. ### 4.1 De impact van infectieziekten op de mens en zijn genoom De menselijke geschiedenis is onlosmakelijk verbonden met infectieziekten. De mortaliteitscurves van menselijke populaties tonen significante verschuivingen door de eeuwen heen, met een overwicht aan infectieziekten als doodsoorzaak, met name voor de reproductieve leeftijd, tot in de 19e eeuw. Dit duidt op een intense selectiedruk gedurende de laatste 10.000 tot 15.000 jaar, een relatief korte periode in evolutionaire termen, wat impliceert dat we mogelijk nog niet optimaal aangepast zijn aan onze huidige, dichtere samenlevingen. Naast infectieziekten speelden ook trauma, zoals verwondingen opgedaan tijdens de jacht of oorlogen, een belangrijke rol in de mortaliteit, vooral in eerdere perioden. Met de opkomst van de landbouw nam het belang van infectieziekten toe. #### 4.1.1 Genetische aanpassing en selectie #### 4.1.1.1 Het immuunsysteem en HLA-eiwitten Het humaan immuunsysteem, met name de humane leukocytenantigenen (HLA)-eiwitten, speelt een cruciale rol in de detectie van pathogenen. Deze eiwitten presenteren pathogenen aan het immuunsysteem, waardoor immuniteit kan worden opgebouwd. Vanwege de noodzaak om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren, zijn de genen die coderen voor HLA-eiwitten zeer polymorf, wat betekent dat er vele verschillende allelen per soort bestaan. In specifieke niches worden de meest geschikte allelen geselecteerd. * **Voorbeeld:** Bij Europeanen komt het HLA-A2 allel veelvuldig voor en biedt het een goede bescherming tegen bijvoorbeeld influenza. De frequentie van specifieke HLA-allelen varieert aanzienlijk tussen verschillende bevolkingsgroepen, wat reflecteert dat ze blootgesteld zijn (geweest) aan verschillende pathogenen. De allelfrequentie van HLA-A2 varieert van 0,00 in Kameroen tot 0,30 in Europa. #### 4.1.1.2 Migratie en ziekteoverdracht De migratie van menselijke populaties heeft geleid tot de verspreiding van zowel de mens als hun pathogenen. Toen de contacten tussen Eurazië en Amerika na 1492 werden hersteld, stierven naar schatting 90% van de inheemse Amerikaanse bevolking aan ziekten zoals pokken, mazelen en influenza, ziekten die in Eurazië waren ontstaan en waartegen de Euraziërs een zekere weerstand hadden ontwikkeld. Omgekeerd wordt gesuggereerd dat syfilis vanuit Amerika naar Europa is overgebracht. De mens heeft zich vanuit Afrika verspreid over de wereld, en met de opkomst van landbouw en dichtere bevolkingsconcentraties in de laatste 10.000 jaar, hebben pathogenen zich ook verspreid, wat leidde tot verschillen tussen Euraziatische en Amerikaanse pathogenen. #### 4.1.1.3 De 'Red Queen's Race' De voortdurende evolutionaire wapenwedloop tussen pathogenen en hun gastheren wordt treffend beschreven door het concept van de 'Red Queen's Race'. Pathogenen ontwikkelen constant nieuwe virulentiefactoren om immuunevasie te bewerkstelligen, terwijl gastheren zich hiertegen proberen te weren. Dit proces van co-evolutie verklaart waarom er geen "superkrachtig" immuunsysteem bestaat dat alle pathogenen kan bestrijden. Een te krachtige of onjuiste immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten of allergieën. Bovendien kan een sterke verdediging tegen één pathogeen leiden tot een verminderde weerstand tegen andere. Overmatige ontstekingsreacties kunnen leiden tot een "cytokine storm", wat op zich al fataal kan zijn. > **Tip:** Begrijpen van de 'Red Queen's Race' is cruciaal om te realiseren waarom infectieziekten een blijvende uitdaging vormen en waarom het uitroeien van alle pathogenen onmogelijk is. ### 4.2 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen De diversiteit aan pathogenen waarmee de mens wordt geconfronteerd, kan worden ingedeeld naar hun evolutionaire herkomst en de periode waarin ze dominant werden. #### 4.2.1 Oude pathogenen Sommige pathogenen hebben een lange co-evolutie met de mens doorgemaakt, wat vaak resulteert in een lagere mortaliteit en een meer persistente relatie met de gastheer. Herpesvirussen, die sterk lijken op die van chimpansees, zijn een voorbeeld van pathogenen die mogelijk al sinds lange tijd met de mens samenleven en waarbij de evolutie richting symbiose is gegaan. #### 4.2.2 Nieuwe pathogenen (emerging pathogens) #### 4.2.2.1 Pathogenen uit de landbouw Pathogenen die het meest waarschijnlijk de sprong naar de mens hebben gemaakt bij het ontstaan van de landbouw, ongeveer 12.000 jaar geleden, omvatten virussen zoals pokken, mazelen en influenza, en bacteriën zoals \_Yersinia pestis en \_Vibrio cholerae. Deze pathogenen zijn waarschijnlijk geëvolueerd vanuit gedomesticeerde dieren en zijn mens-specifieke pathogenen geworden. #### 4.2.2.2 Recente pathogenen De laatste 100 jaar hebben zich nieuwe pathogenen gemanifesteerd, vaak gerelateerd aan veranderingen in het milieu en de levensstijl. Voorbeelden hiervan zijn: * Legionellosis (geassocieerd met stilstaand verwarmd water) * AIDS (veroorzaakt door HIV) * Ziekte van Lyme (door toename van de hertenpopulatie) * \_Escherichia coli O157:H7 (veroorzaker van hemolytisch-uremisch syndroom) * H5N1 influenza pandemie (met shifts en drifts) * SARS, MERS, Ebola, Zika Deze recente pathogenen zijn niet noodzakelijk in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen een zeer hoge mortaliteit veroorzaken, zoals HIV dat tot heden al meer dan 30 miljoen doden heeft geëist. #### 4.2.3 Terugkerende pathogenen Sommige pathogenen, hoewel niet nieuw, kunnen terugkeren of opnieuw dominant worden onder bepaalde omstandigheden. Dit geldt voor: * Tuberculose (door immuunsuppressieve therapieën voor auto-immuunziekten en AIDS) * Bof (in dichtbevolkte gebieden, mogelijk door afnemende vaccinatiegraad of aflopende immuniteit) #### 4.2.4 De natuurlijke evolutie van pathogenen De natuurlijke evolutie van een opkomend pathogeen, zoals COVID-19, wordt gekenmerkt door mutaties. Het dominante scenario is niet dat de meest pathogene variant de overhand neemt, maar eerder dat de meest infectieuze variant zich verspreidt. Pathogenen die de mens als gastheer succesvol infecteren, evolueren voortdurend. > **Tip:** Het is cruciaal om te beseffen dat het volledig uitroeien van ziekteverwekkers met antibiotica onmogelijk is, omdat ze zich voortdurend aanpassen en resistentie ontwikkelen. Het concept van conditionele pathogenen, die ziekte veroorzaken afhankelijk van de vatbaarheid van het individu, is hierbij ook relevant. ### 4.3 Interacties tussen soorten in een niche De mens leeft in constante interactie met een breed scala aan micro-organismen, waaronder commensalen, symbionten en pathogenen. Deze interacties vinden plaats in verschillende niches, zowel macroscopisch als microscopisch. #### 4.3.1 Commensalen en symbionten Commensale bacteriën zijn niet-ziekmakende symbionten die vaak voordeel halen uit de gastheer zonder de gastheer significant te schaden. Ons lichaam, met name de darm, is een dynamisch habitat dat een enorme hoeveelheid micro-organismen huisvest, waaronder bacteriën, archaea, virussen en gisten. Dit microbioom functioneert als een metabool orgaan dat de menselijke metabole capaciteiten aanvult, bijvoorbeeld door de productie van vitaminen en de vertering van onverteerbare polysacchariden. * **Voorbeeld:** Lichens zijn voorbeelden van symbiose, bestaande uit een cyanobacterie en twee schimmels. Op vergelijkbare wijze leven wij samen met onze darm- en huidbacteriën. #### 4.3.2 De invloed van leefstijl op het microbioom Factoren zoals voeding, levensstijl en hygiëne beïnvloeden de samenstelling van het microbioom. In tegenstelling tot het menselijk genoom, kan het metagenoom (het gecombineerde genoom van micro-organismen) veranderen, wat invloed kan hebben op de vatbaarheid voor ziekte. * **Voorbeeld:** Het innemen van antibiotica kan het evenwicht van het darmmicrobioom verstoren, wat kan leiden tot ernstige diarree. Kiemvrije dieren (germ-free animals) vertonen een onderontwikkeld immuunsysteem, een veranderd darmoppervlak en verlengde gastro-intestinale transit, wat suggereert hoe belangrijk de aanwezigheid van micro-organismen is voor de normale ontwikkeling en functie. De samenstelling van het humane viroom, inclusief bacteriofagen die bacteriën kunnen modificeren, speelt ook een belangrijke rol. #### 4.3.3 Pathogenen in de levensboom Pathogenen, ziekteverwekkers, zijn verspreid over de gehele levensboom en kunnen afkomstig zijn van archaea, bacteriën, eukaryoten en virussen. #### 4.3.4 De rol van virussen Virussen worden beschouwd als "dood materiaal" dat alleen tot leven kan komen in een gastheercel. Ze bevatten genen die evolueren en nemen actief deel aan de evolutie van het leven. Veel virussen zijn niet-pathogeen, maar sommige kunnen specifieke bacteriën doden of genetisch wijzigen, bijvoorbeeld door de overdracht van virulentiefactoren of antibioticaresistentie. Een aanzienlijk deel van het menselijk genoom bestaat uit geïntegreerd viraal materiaal, zoals endogene retrovirussen. #### 4.3.5 Ziekteverwekkers en hun eigenschappen Niet alle bacteriën kunnen ziekte verwekken, en contact met een ziekteverwekkende bacterie leidt niet altijd tot ziekte. Ziekte veroorzaakt door bacteriën wordt niet altijd door één enkele bacterie veroorzaakt. Infectieziekten kunnen worden overgedragen door personen die niet ziek zijn. * **Conditionele pathogenen:** Ziekteverwekkers die weliswaar geïsoleerd kunnen worden bij gezonde mensen, maar pas ziekte veroorzaken afhankelijk van de vatbaarheid van het individu, kolonisatie, invasie en immuunrespons. Een voorbeeld is \_E. coli die blaasontstekingen kan veroorzaken. * **Opportunistische infecties:** Veroorzaakt door micro-organismen die geen ziekte kunnen veroorzaken bij gezonde personen, maar wel wanneer de immuniteit van de gastheer algemeen verminderd is. * **Dysbacteriose:** Een disbalans in de lokale flora, waarbij de symptomen niet toe te schrijven zijn aan de overgroei van één specifieke kiem. #### 4.3.6 Microbiële evolutie in een gestructureerde omgeving Micro-organismen kunnen zich met een enorme snelheid aanpassen aan hun omgeving, mede dankzij hun snelle voortplantingssnelheid in vergelijking met de mens. Experimentele opstellingen, zoals de "MEGA-plate", maken het mogelijk om microbiële evolutie in een gesatureerde omgeving met bijvoorbeeld antibiotica te bestuderen en de snelheid van adaptatie te observeren. > **Tip:** Houd rekening met de contextuele aard van pathogeniteit. Een micro-organisme dat in de ene situatie een commensale is, kan onder andere omstandigheden een pathogeen worden. * * * ## 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 | |------|------------| | Microbiologie | De wetenschap die zich bezighoudt met de studie van micro-organismen, hun levensprocessen, hun interacties en hun rol in het milieu en bij ziekte. | | Drie domeinen van het leven | Het classificatiesysteem dat al het leven op aarde verdeelt in drie groepen: Archaea, Bacteria en Eukarya, gebaseerd op genetische en moleculaire kenmerken. | | Kiemtheorie van Koch | Een reeks criteria die worden gebruikt om de oorzaak van een infectieziekte vast te stellen, namelijk dat een specifiek micro-organisme de ziekte veroorzaakt. | | Niche | Een specifieke omgeving of locatie waar een organisme of een populatie van micro-organismen leeft en interacties aangaat met andere organismen. | | Pathogeen | Een micro-organisme, virus of ander agens dat ziekte kan veroorzaken bij een gastheer. | | Commensaal | Een organisme dat leeft in symbiose met een ander organisme, waarbij het ene organisme voordeel heeft en het andere geen noemenswaardig voordeel of nadeel ondervindt. | | Symbiont | Een organisme dat leeft in symbiose met een ander organisme, waarbij beide organismen voordeel ondervinden van de relatie. | | Generatio spontanea | Een verouderde wetenschappelijke theorie die stelde dat levende organismen spontaan konden ontstaan uit levenloze materie. | | 16S rRNA | Een klein ribosomaal RNA-molecuul dat voorkomt in bacteriën en dat wordt gebruikt voor fylogenetische analyse en identificatie vanwege zijn universele aanwezigheid en relatieve constantheid. | | Archaea | Een van de drie domeinen van het leven, bestaande uit eencellige micro-organismen die structureel en biochemisch verschillen van bacteriën en eukaryoten. | | Bacteria | Een van de drie domeinen van het leven, bestaande uit eencellige prokaryotische micro-organismen die wijdverbreid zijn in bijna alle habitats op aarde. | | Eukarya | Een van de drie domeinen van het leven, waartoe organismen behoren waarvan de cellen een celkern en andere membraan-gebonden organellen bevatten, inclusief planten, dieren, schimmels en protisten. | | Prokaryoten | Cellen zonder celkern of andere membraan-gebonden organellen; kenmerkend voor bacteriën en archaea. | | Eukaryoten | Cellen met een celkern en membraan-gebonden organellen; kenmerkend voor planten, dieren, schimmels en protisten. | | LUCA (Last Universal Common Ancestor) | De hypothetische laatste voorouder van alle organismen op aarde, waarvan wordt aangenomen dat al het huidige leven afstamt. | | Horizontale gentransfer (HGT) | Het overbrengen van genetisch materiaal tussen organismen die geen ouder-kindrelatie hebben, wat een belangrijke rol speelt in de evolutie van micro-organismen. | | Pangenoom | De volledige set van alle genen die in alle stammen van een bepaalde soort worden aangetroffen, inclusief de genen die slechts in enkele stammen aanwezig zijn. | | Coregenoom | De set genen die aanwezig is in alle stammen van een bepaalde soort en die essentieel is voor de basisoverleving van de soort. | | Endomembranen | Een systeem van membranen binnen de eukaryote cel dat bestaat uit het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat, lysosomen en de kernenvelop, betrokken bij eiwitsynthese en transport. | | Cytoskelet | Een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten dat de vorm en interne organisatie van eukaryote cellen handhaaft en beweging mogelijk maakt. | | Mitochondriën | Organellen in eukaryote cellen die verantwoordelijk zijn voor celademhaling en de productie van adenosinetrifosfaat (ATP), de belangrijkste energiedrager van de cel. | | Viroom | De verzameling van alle virussen (inclusief bacteriofagen) die aanwezig zijn in een bepaald milieu, zoals het menselijk lichaam. | | Human metagenoom | Het totale genetische materiaal van alle micro-organismen (bacteriën, archaea, virussen, schimmels) die samenleven in een specifieke habitat, zoals de menselijke darm. | | Bacteriofaag | Een virus dat bacteriën infecteert. | | Conditionele pathogeen | Een micro-organisme dat onder bepaalde omstandigheden, zoals bij een verzwakt immuunsysteem of een verstoorde microbiële balans, ziekte kan veroorzaken. | | Opportunistische infectie | Een infectie veroorzaakt door een micro-organisme dat normaal gesproken niet pathogeen is, maar dat wel ziekte kan veroorzaken bij individuen met een verzwakt immuunsysteem. | | Dysbacteriose | Een onbalans in de samenstelling en/of activiteit van de normale microbiële flora van het lichaam, die kan leiden tot diverse gezondheidsproblemen. | | HLA-eiwitten (Human Leukocyte Antigen) | Eiwitten op het oppervlak van cellen die een rol spelen in het immuunsysteem door antigenen te presenteren aan T-cellen, waardoor het immuunsysteem kan reageren op vreemde indringers. | | Alliel | Een van de verschillende vormen van een gen die op dezelfde plaats (locus) op een chromosoom kunnen voorkomen. | | Co-evolutie | Het proces waarbij twee of meer soorten elkaar wederzijds beïnvloeden en zich samen ontwikkelen door middel van natuurlijke selectie. | | Immuunsuppressie | Het verminderen van de activiteit van het immuunsysteem, vaak gebruikt om afstoting van transplantaten te voorkomen of de symptomen van auto-immuunziekten te beheersen. | | Cytokinestorm | Een potentieel dodelijke overmatige immuunrespons gekenmerkt door een massale afgifte van pro-inflammatoire cytokinen, die kan leiden tot orgaanschade. |

# De drie domeinen van het leven en de evolutie van micro-organismen Dit onderwerp onderzoekt de driedeling van het leven in de domeinen Archaea, Bacteria en Eukarya, en belicht de evolutionaire processen die micro-organismen hebben gevormd, met speciale aandacht voor moleculaire technieken en horizontale gentransfer. ### 1.1 Historische context en de classificatie van leven De studie van micro-organismen begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw, waarbij voor het eerst levende organismen zoals kokken en staven werden waargenomen. Aanvankelijk werd leven opgesplitst in een zichtbaar (door god geschapen) en een onzichtbaar deel (micro-organismen), waarbij de oorsprong van het laatste werd toegeschreven aan generatio spontanea. Pas in de 19e eeuw werden micro-organismen geassocieerd met processen zoals rotting, wijnproductie en ziekte [3](#page=3) [4](#page=4). ### 1.2 De overgang van fenotypische naar moleculaire classificatie De classificatie van organismen is geëvolueerd van het observeren van zichtbare, fenotypische kenmerken naar het analyseren van moleculaire kenmerken. De ontdekking en het gebruik van het 16S rRNA-gen zijn cruciaal gebleken voor fylogenie en taxonomie. Dit gen komt in functioneel identieke vorm voor bij alle levende wezens en is sterk verwant aan het 18S rRNA van eukaryoten. Moleculaire technieken, zoals massief parallel sequencen (NGS), hebben het mogelijk gemaakt om de enorme diversiteit van het leven, ook in de microbiële wereld, te beschrijven in diverse niches [6](#page=6) [7](#page=7). ### 1.3 De drie domeinen van het leven Op basis van moleculaire gegevens, met name nucleïnezuursequenties zoals 16S/18S ribosomaal RNA en DNA-sequenties, is het leven opgedeeld in drie domeinen [8](#page=8): * **Archaea:** Een domein van prokaryoten, gekenmerkt door het ontbreken van een celkern. * **Bacteria:** Een ander domein van prokaryoten, eveneens zonder celkern. De diversiteit binnen de bacteriën is vele malen groter dan bij de dieren [8](#page=8). * **Eukarya:** Organismen waarvan de cellen een celkern bevatten. Tot dit domein behoren de meercellige organismen zoals planten, dieren en fungi (ook welopisthokonten genoemd), die slechts een beperkt deel van het totale leven vormen [8](#page=8). Virussen worden niet opgenomen in deze classificatie van levende domeinen; ze worden beschouwd als dood materiaal dat echter wel deel uitmaakt van de genenpool van het leven en als actieve deelnemers aan de evolutie wordt gezien [8](#page=8). > **Tip:** Het is belangrijk te beseffen dat de zichtbare wereld van planten en dieren slechts een klein deel van de totale biodiversiteit vertegenwoordigt. De microbiële wereld is oneindig veel diverser [6](#page=6) [8](#page=8). ### 1.4 De evolutie van het leven en horizontale gentransfer Het concept van de "last universal common ancestor" (LUCA) wordt bevraagd vanwege de frequentie van horizontale gentransfer [9](#page=9). * **Horizontale gentransfer (HGT):** Dit proces, waarbij genetisch materiaal tussen niet-verwante organismen wordt uitgewisseld, is met name bij bacteriën duidelijk waarneembaar en frequent. Een bekend voorbeeld is de verspreiding van antibioticaresistentie. Het pangenoom van E. coli illustreert dit, met een kerngeenpool gedeeld door alle stammen en een veel groter pangenoom dat alle genen omvat die in minstens één E. coli stam voorkomen [9](#page=9). * **Ontstaan van Eukaryoten:** Er wordt aangenomen dat de Eukarya zijn ontstaan uit een fusie tussen een archaïsch voorouder en een bacterie. Eukaryoten onderscheiden zich van Archaea door kenmerken zoals een complex intern membraansysteem (endomembranen), een actine-cytoskelet gereguleerd door profilin, en energietransformerende organellen zoals mitochondriën, die afkomstig zijn van de bacteriële partner. Archaea uit de Asgard superphylum vertonen al een primitief actine-cytoskelet, wat suggereert dat hun voorouders mogelijk al de capaciteit hadden om een bacteriële partner te omhullen [10](#page=10). ### 1.5 Aanpassingssnelheid en diversificatie van micro-organismen Micro-organismen, zoals virussen en bacteriën, passen zich met een enorme snelheid aan hun omgeving aan. Dit is mede te danken aan hun aanzienlijk hogere voortplantingssnelheid vergeleken met complexere organismen [11](#page=11). > **Voorbeeld:** Volledige resistentie tegen antibiotica kan bij bacteriën al binnen 11 dagen ontstaan. De diversiteit binnen het HIV-virus bij één patiënt kan eveneens enorm zijn [11](#page=11). --- # Interacties tussen soorten in een niche en het microbioom Dit onderwerp verkent de complexe samenlevingsvormen tussen verschillende soorten binnen een gedeelde omgeving, met specifieke aandacht voor de rol van commensale bacteriën en het menselijk microbioom als een integraal metabool orgaan. ### 2.1 Het concept van niches en soorteninteracties #### 2.1.1 Niche en overleving van organismen Organismen leven samen in macroscopische niches. Een voorbeeld hiervan is de interactie tussen het mazelenvirus en de mens. Het mazelenvirus kan alleen overleven in mensen en neemt in aantal toe naarmate het aantal vatbare individuen stijgt. Wanneer de mensengemeenschap te klein is, kan het virus niet overleven en sterft het uit in die populatie, totdat het opnieuw geïntroduceerd wordt [18](#page=18). ### 2.2 Het menselijk microbioom: een metabool orgaan #### 2.2.1 Definitie en samenstelling Het menselijk lichaam kent zowel fysiologisch steriele als niet-steriele gebieden. Steriele gebieden omvatten onder andere bloed, het interne milieu, de luchtwegen (broncheoli, alveoli) en delen van het urogenitale systeem. Fysiologisch niet-steriele gebieden zijn onder meer de huid en het maag-darmkanaal. De dikke en dunne darm vormen de belangrijkste locatie van het microbioom, met een enorme populatie van ongeveer $10^{14}$ bacteriën, aangevuld met Archaea, virussen, gisten en protozoa [19](#page=19). Het gecombineerde genoom van het microbioom bevat ongeveer $5 \times 10^6$ genen, wat resulteert in een aanzienlijke metabole activiteit die de menselijke metabole capaciteit ($2 \times 10^4$ genen) aanvult. Dit maakt het microbioom functioneel vergelijkbaar met een metabool orgaan. Het draagt bij aan de verwerking van voor de mens onverteerbare polysachariden en de productie van vitaminen [19](#page=19). #### 2.2.2 Het viroom en bacteriële interacties Virussen zijn overvloedig aanwezig in het menselijk lichaam, met ongeveer $10^9$ virussen per gram faeces. Een significant deel hiervan zijn bacteriofagen, die specifieke bacteriën kunnen doden of genetisch kunnen modificeren door het overdragen van virulentiefactoren of antibioticaresistentie. Veel virale sequenties zijn nog onbekend, maar ze spelen een belangrijke rol in horizontale gentransfer [19](#page=19) [22](#page=22). #### 2.2.3 Commensale bacteriën Commensale bacteriën zijn niet-ziekmakende symbionten die in harmonie met de gastheer leven [19](#page=19). ### 2.3 Het human metagenoom en viroom #### 2.3.1 Next Generation Sequencing (NGS) Next Generation Sequencing (NGS) maakt het mogelijk om de complexe gemeenschappen van micro-organismen in onze lichaamsholtes te bestuderen. Het totaal aan microbieel DNA en viraal DNA/RNA wordt aangeduid als het **human metagenoom**, dat het **microbioom** (bacterieel DNA) en het **viroom** (viraal DNA/RNA) omvat [20](#page=20). #### 2.3.2 Vergelijking met lichen De symbiotische relatie tussen mens en microbioom kan vergeleken worden met lichen, die bestaan uit een fotosynthetische cyanobacterie en twee schimmels. De schimmels zijn buiten de lichen niet te vinden zonder hun cyanobacteriële symbionten. Op een vergelijkbare manier leven wij samen met onze darm- en huidbacteriën, en als een geheel gedragen we ons als één organisme [20](#page=20). ### 2.4 Invloed van externe factoren op het microbioom #### 2.4.1 Dynamische aard van het microbioom Het microbioom is een dynamisch habitat, beïnvloed door factoren zoals voeding, levensstijl en hygiëne. In tegenstelling tot het stabiele humaan genoom, kan het metagenoom veranderen, wat de vatbaarheid voor ziekte kan beïnvloeden [21](#page=21). #### 2.4.2 Effecten van antibiotica Het innemen van antibiotica kan het evenwicht van het microbioom verstoren, wat kan leiden tot ernstige diarree [21](#page=21). #### 2.4.3 Implicaties van kiemvrije dieren Kiemvrije dieren (germ-free animals) vertonen een vergroot caecum, een verkleind darmoppervlak met verminderde nutriëntenopname en een onderontwikkeld immuunsysteem. Dit resulteert in een langere gastro-intestinale transit, verminderde peristaltiek en verhoogde epitheliale permeabiliteit. Deze dieren hebben minder obesitas en hebben meer calorie-inname nodig om hetzelfde gewicht te behouden [21](#page=21). #### 2.4.4 Microbioom en obesitas De samenstelling van het darmmicrobioom kan obesitas voorspellen, met name door de aanwezigheid van meer koolhydraatverwerkende enzymen [21](#page=21). ### 2.5 Het humaan viroom Het humaan viroom omvat een breed scala aan virussen, inclusief ziekteverwekkende en niet-pathogene virussen. Daarnaast bestaat ons eigen genoom voor een deel uit geïntegreerde retrovirussen [22](#page=22). > **Tip:** Begrijpen hoe het microbioom functioneert als een metabool orgaan is cruciaal. Denk aan de synergie tussen menselijke en microbiële genen voor het uitvoeren van levensnoodzakelijke functies. > **Voorbeeld:** De productie van vitaminen zoals vitamine K en bepaalde B-vitaminen door darmbacteriën is een essentieel metabool proces dat de mens niet zelf kan uitvoeren [19](#page=19). --- # Infectieziekten, pathogenen en menselijke evolutie Dit onderwerp onderzoekt hoe infectieziekten de menselijke evolutie hebben beïnvloed, met de nadruk op de interactie tussen pathogenen en het menselijk genoom, adaptaties van het immuunsysteem en de opkomst van nieuwe ziekteverwekkers. ### 3.1 De evolutie van de kiemtheorie en pathogenen De opvatting dat ziekten worden veroorzaakt door micro-organismen, in plaats van door "kwaadaardige dampen" of "overdraagbare gifstoffen", werd cruciaal in de 19e eeuw. Tussen 1870 en 1880 identificeerde Koch de verwekkers van miltvuur (Bacillus anthracis), tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) en cholera (Vibrio cholerae). Dit markeerde een keerpunt in het begrijpen van infectieziekten [13](#page=13). **Vragen over ziekteverwekkers:** * Niet alle bacteriën zijn ziekteverwekkend [14](#page=14). * Contact met ziekteverwekkende bacteriën leidt niet altijd tot ziekte [14](#page=14). * Niet alle door bacteriën veroorzaakte ziekten worden door één enkele bacterie veroorzaakt [14](#page=14). * Infectieziekten kunnen overgedragen worden door personen die niet ziek zijn [14](#page=14). #### 3.1.1 Conditionele en opportunistische pathogenen Naast ziekten die strikt de postulaten van Koch volgen, zijn er infectieziekten waarbij de verwekker ook bij gezonde mensen kan worden geïsoleerd, maar niet altijd ziekte veroorzaakt. Het al dan niet optreden van ziekte hangt af van de vatbaarheid van het individu voor kolonisatie, invasie en de immuunrespons. Dit zijn **conditionele pathogenen**, zoals *E. coli* dat blaasontstekingen kan veroorzaken door een opportunistische gelegenheid. Wanneer een algemene vermindering van de immuniteit optreedt, spreken we van **opportunistische infecties**, waarbij de veroorzaker geen ziekte kan veroorzaken bij gezonde personen (bijvoorbeeld *Pneumocystis jirovecii* dat pneumonie veroorzaakt). Wanneer de lokale flora uit balans is, spreken we van **dysbacteriose**, waarbij de symptomen niet aan de overgroei van één specifieke kiem kunnen worden toegeschreven [15](#page=15). #### 3.1.2 De plaats van pathogenen in de levensboom Pathogenen zijn verspreid over de "levensboom" en omvatten archaea, bacteriën, eukaryoten en virussen. Pathogeniciteit impliceert dat pathogenen dezelfde niche delen met de mens. Er zijn nog geen pathogenen gevonden bij Archaea [16](#page=16). #### 3.1.3 Evolutie van nieuwe pathogenen De natuurlijke evolutie bij het opkomen van een nieuw pathogeen, zoals COVID-19, leidt ertoe dat het pathogeen muteert en de meest infectieuze vorm de overhand neemt. De gastheer kan resistentie ontwikkelen, waardoor het pathogeen kan uitsterven, maar een succesvol pathogeen muteert voortdurend. Het is niet zo dat het meest pathogene variant de overhand neemt, noch dat het succesvol pathogeen niet muteert [17](#page=17). ### 3.2 Impact van infectieziekten op de mens en zijn genoom Voor 1900 waren infectieziekten de belangrijkste doodsoorzaken, mede door de enorme bevolkingstoename en de ontwikkeling van steden die regelmatig door epidemieën werden geteisterd. Tegenwoordig zijn hart- en vaatziekten en kanker de belangrijkste doodsoorzaken. Ziekenhuizen kampen vandaag met een vergelijkbaar probleem door multiresistente organismen [23](#page=23). **Feiten over ziekteverwekkers:** * "Nieuwe" infectieziekten worden niet noodzakelijk veroorzaakt door "grote" mutaties bij een specifieke bacterie [24](#page=24). * Ziekteverwekkers bij de mens zijn grotendeels vergelijkbaar met die bij chimpansees en bonobo's [24](#page=24). * Het is onmogelijk om ziekteverwekkers volledig uit te roeien met antibiotica; ze kunnen niet volledig uitgeroeid worden [24](#page=24). * Pandemieën zoals COVID-19 tonen aan dat er voortdurend nieuwe ziekteverwekkers zullen opduiken [24](#page=24). #### 3.2.1 Selectie door infectieziekten gedurende de menselijke evolutie Overlevingscurven van menselijke populaties verschillen door de tijd en per locatie, met kindersterfte die tot de 19e eeuw hoog bleef. Na de kinderleeftijd bleef er een continue dreiging van de dood, waardoor slechts een beperkt aantal mensen de leeftijd van 70 bereikte. In de 20e en 21e eeuw is kindersterfte grotendeels verdwenen, en bereikt de meerderheid van de mensen de 70 jaar in de Westerse wereld. Deze verschillen zijn grotendeels toe te schrijven aan mortaliteit door infectieziekten, met name voor de reproductieve leeftijd, wat leidt tot een enorme selectie gedurende de laatste 10-15 duizend jaar. Dit is een relatief korte periode, wat aangeeft dat de mens nog niet optimaal is aangepast aan dichte samenlevingen. Naast infectieziekten worden ook trauma's (jacht, oorlogen) als belangrijke doodsoorzaken aangenomen, vooral in het paleolithicum, terwijl het belang van infectieziekten toenam met de ontwikkeling van landbouw [25](#page=25). #### 3.2.2 De rol van het immuunsysteem en genetische aanpassing HLA-eiwitten zijn cruciaal voor het immuunsysteem; ze presenteren pathogenen aan het immuunsysteem, en zonder deze presentatie is er geen immuniteit. De genen voor HLA-eiwitten zijn polymorf om zoveel mogelijk pathogenen te kunnen presenteren. De meest geschikte allelen worden in een bepaalde niche geselecteerd. Bij Europeanen komt het HLA-A2 allel vaak voor en biedt het bescherming tegen influenza, maar dit varieert sterk tussen bevolkingsgroepen (bijvoorbeeld 0,00 in Kameroen tot 0,30 in Europa). Deze verschillen in HLA-allelfrequenties zijn het gevolg van blootstelling aan verschillende pathogenen [26](#page=26). Genetische varianten die het best aangepast zijn aan nieuwe situaties, worden geselecteerd. Bij de verspreiding van de mens vanuit Afrika over de wereld, en na het verbreken van de contacten tussen Eurazië en Amerika, stierven ongeveer 90% van de indianen aan pokken, mazelen en influenza, ziekten die in Eurazië waren ontstaan waartegen Euraziërs weerstand hadden ontwikkeld. Omgekeerd zou syfilis mogelijk van de indianen naar Europa zijn overgedragen [27](#page=27). > **Tip:** Dit illustreert de "Red Queen's Race", een concept uit de evolutiebiologie, waar soorten voortdurend moeten evolueren om te overleven in een competitieve omgeving, vergelijkbaar met de adaptieve race tussen gastheer en pathogeen [28](#page=28). ### 3.3 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen #### 3.3.1 Classificatie van pathogenen op basis van hun ontstaansgeschiedenis Pathogenen kunnen worden ingedeeld op basis van hun oorsprong en de tijdschaal waarop ze de mens beïnvloeden: * **Pathogenen van niet-levende dragers:** Zoals *Clostridia* en *Pseudomonas* uit grond en water [29](#page=29). * **Pathogenen van de mens ("van altijd"):** Virussen zoals herpesvirussen, die een lange co-evolutie met de mens hebben en vaak leiden tot lage mortaliteit en persistentie, wat evolutie richting symbiose suggereert [29](#page=29). * **Pathogenen van de laatste 12.000 jaar:** Pokken, mazelen en influenza, die waarschijnlijk de sprong naar de mens maakten bij het ontstaan van de landbouw, toen contact met gedomesticeerde dieren toenam. Deze pathogenen hebben zich aangepast en zijn mens-specifiek geworden [29](#page=29). * **Pathogenen van de laatste 100 jaar:** Recente pathogenen zoals legionellosis, AIDS, ziekte van Lyme, *E. coli* O157:H7, H5N1 influenza, SARS, MERS, Ebola en Zika. Deze zijn niet altijd in evenwicht met de gastheerpopulatie en kunnen een zeer hoge mortaliteit veroorzaken [29](#page=29). #### 3.3.2 Terugkerende pathogenen Sommige pathogenen keren terug, bijvoorbeeld tuberculose door immuunsuppressieve therapie of AIDS, en bof in dichte populaties of wanneer vaccinatie te lang geleden is [29](#page=29). #### 3.3.3 Grote epidemieën en bevolkingsgroei Grote epidemieën van de laatste 2000 jaar, zoals die veroorzaakt door *Yersinia pestis*, *Vibrio cholerae*, pokken (*Variola*), influenza (Spaanse griep) en HIV, zijn een direct gevolg van de bevolkingsexplosie. De HIV-pandemie vanaf 1981 heeft al 30 miljoen levens geëist [30](#page=30). ### 3.4 De complexiteit van het immuunsysteem en pathogenen Het menselijk immuunsysteem is niet "superkrachtig" en kan niet alle pathogenen meester zijn om verschillende redenen [31](#page=31): 1. **Immuunevasie:** Virulentiefactoren van pathogenen zorgen voor voortdurende immuunevasie ("the Red Queen's Race") [31](#page=31). 2. **Voorkomen van auto-immuunziekten:** Een te heftige immuunrespons kan leiden tot auto-immuniteit en allergieën [31](#page=31). 3. **Specificiteit van de afweer:** Een goede verdediging tegen één pathogeen kan leiden tot een minder goede verdediging tegen andere pathogenen ("inappropriate immune response"). Dit vereist fijnafstemming van de immuunrespons [31](#page=31). 4. **Cytokine storm:** Een te hevige inflammatoire respons kan op zichzelf tot overlijden leiden [31](#page=31). Dit alles, in combinatie met factoren zoals kanker, benadrukt de delicate balans tussen het immuunsysteem en de constante dreiging van pathogenen. --- ## 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 | |------|------------| | Microbiologie | De wetenschap die zich bezighoudt met de studie van micro-organismen, zoals bacteriën, virussen, schimmels en protozoa, inclusief hun biologie, ecologie, genetica en medische relevantie. | | Kiemtheorie (Germ Theory) | Het principe dat veel ziekten worden veroorzaakt door de aanwezigheid van specifieke micro-organismen of pathogenen in het lichaam, in plaats van door spontane generatie of andere onzichtbare oorzaken. | | Niche | Een specifieke omgeving of locatie waar een organisme leeft en de rol die het speelt binnen dat ecosysteem, inclusief alle ecologische en omgevingsfactoren die het leven van dat organisme beïnvloeden. | | Commensalen | Micro-organismen die in symbiose leven met een gastheer, waarbij één soort (de commensalen) profiteert en de andere soort (de gastheer) noch wordt geschaad, noch er voordeel uit haalt. | | Symbionten | Organismen die samenleven in een wederzijds voordelige relatie, waarbij beide soorten profiteren van de interactie, zoals bij sommige bacteriën in de menselijke darm. | | Pathogenen | Micro-organismen of andere ziekteverwekkende agentia die in staat zijn ziekte te veroorzaken bij een gastheer, door middel van invasie, toxineproductie of het verstoren van normale fysiologische processen. | | Domeinen van het leven | De hoogste taxonomische rangorde die alle organismen verdeelt in drie groepen: Archaea, Bacteria en Eukarya, gebaseerd op fundamentele verschillen in hun cellulaire structuur en genetisch materiaal. | | Generatio Spontanea | Een historische theorie die stelde dat levende organismen spontaan konden ontstaan uit levenloze materie, een idee dat later werd weerlegd door de ontdekking van micro-organismen en de kiemtheorie. | | 16S rRNA | Een subunit van het ribosomale RNA dat aanwezig is in bacteriën en archaea, en waarvan de sequentieanalyse veel wordt gebruikt voor de identificatie en classificatie (taxonomie en fylogenie) van deze micro-organismen. | | Fylogenie | De studie van de evolutionaire geschiedenis en verwantschap van soorten of groepen van organismen, vaak gebaseerd op genetische vergelijkingen zoals DNA- of RNA-sequenties. | | Archaea | Een van de drie domeinen van het leven, bestaande uit eencellige micro-organismen die lijken op bacteriën maar fundamentele verschillen vertonen in hun biochemie, celwandstructuur en genetisch materiaal; veel archaea leven in extreme omgevingen. | | Bacteria | Een van de drie domeinen van het leven, bestaande uit eencellige micro-organismen die zich kenmerken door hun prokaryote celstructuur (geen celkern) en aanwezigheid van een celwand. | | Eukarya | Een van de drie domeinen van het leven, waartoe organismen behoren waarvan de cellen een celkern bevatten en gespecialiseerde organellen hebben, zoals planten, dieren, fungi en protisten. | | Prokaryoten | Organismen waarvan de cellen geen celkern hebben en waarvan het genetisch materiaal zich vrij in het cytoplasma bevindt; dit omvat bacteriën en archaea. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen een celkern bevatten die het genetisch materiaal omsluit, en die ook andere membraan-gebonden organellen bezitten. | | LUCA (Last Universal Common Ancestor) | De hypothetische laatste gemeenschappelijke voorouder van al het leven op aarde, waaruit alle huidige levensvormen zijn geëvolueerd. | | Horizontale Gentransfer (HGT) | Het proces waarbij genetisch materiaal van het ene organisme naar een ander wordt overgedragen, niet via voortplanting, maar door directe overdracht, bijvoorbeeld via virussen of plasmiden. | | Pangenoom | De volledige verzameling van genen die aanwezig is in alle stammen van een species, inclusief genen die slechts in enkele stammen voorkomen. | | Viroom | De totale verzameling van virussen die in een bepaald ecosysteem of bij een gastheer aanwezig zijn, inclusief zowel pathogene als niet-pathogene virussen. | | Metagenoom | Het verzamelde genetisch materiaal van alle organismen (bacteriën, archaea, virussen, fungi) in een bepaald monster of milieu, wat inzicht geeft in de diversiteit en functie van een microbiele gemeenschap. | | Microbiom | De gemeenschap van micro-organismen die op en in een gastheer leven, samen met hun genetisch materiaal en de omgeving waarin ze zich bevinden; in de menselijke context refereert dit vaak aan de micro-organismen in de darmen, op de huid, etc. | | Bacteriofagen (Fagen) | Virussen die specifiek bacteriën infecteren en doden; ze spelen een belangrijke rol in de regulatie van bacteriële populaties en kunnen ook bijdragen aan horizontale gentransfer. | | Endogene retrovirussen | Virale sequenties die geïntegreerd zijn in het genoom van de gastheer en die erfelijk worden doorgegeven aan volgende generaties; ze vormen een deel van het menselijk genoom. | | Opportunistische pathogenen | Micro-organismen die normaal gesproken niet ziekteverwekkend zijn bij gezonde individuen, maar wel ziekte kunnen veroorzaken wanneer de weerstand van de gastheer verminderd is, of wanneer ze op een verkeerde locatie in het lichaam terechtkomen. | | Dysbacteriose | Een onevenwichtige samenstelling van de normale microbiota van het lichaam, wat kan leiden tot diverse gezondheidsproblemen, zoals spijsverteringsstoornissen of verhoogde vatbaarheid voor infecties. | | HLA-eiwitten (Human Leukocyte Antigen) | Moleculen op het oppervlak van cellen die betrokken zijn bij het immuunsysteem door antigenen te presenteren aan T-cellen, wat essentieel is voor de herkenning van ziekteverwekkers en de activatie van een immuunrespons. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere varianten (allelen) van een gen binnen een populatie, wat leidt tot genetische diversiteit. Bij HLA-genen is dit cruciaal voor de brede herkenning van pathogenen. | | Allelfrequentie | De relatieve frequentie waarmee een bepaald allel (een variant van een gen) voorkomt in een populatie. Verschillen in allelfrequenties tussen populaties kunnen wijzen op adaptatie aan lokale omgevingsomstandigheden, zoals blootstelling aan specifieke pathogenen. | | Virulentiefactoren | Specifieke eigenschappen of moleculen die een pathogeen produceert en die bijdragen aan zijn vermogen om infectie te veroorzaken, de gastheer te beschadigen of het immuunsysteem te ontwijken. | | Immuunevasie | Strategieën die pathogenen gebruiken om het immuunsysteem van de gastheer te ontwijken, te omzeilen of te onderdrukken, waardoor ze kunnen overleven en zich vermenigvuldigen. | | Cytokine storm | Een overmatige en ongecontroleerde immuunreactie, gekenmerkt door een massale afgifte van pro-inflammatoire cytokines, die kan leiden tot ernstige weefselschade en levensbedreigende complicaties. |

# Structure et diversité des bactériophages Cette section explore la morphologie, la classification et la diversité des bactériophages, en mettant l'accent sur les Caudoviricetes et d'autres types viraux. ### 1.1 Introduction aux bactériophages Les bactériophages, abrégés phages, sont des virus qui infectent exclusivement les bactéries. Leur découverte remonte à plus d'un siècle, attribuée à Frederick Twort en 1915 et Félix d'Hérelle en 1917. Félix d'Hérelle a particulièrement contribué à leur étude, notamment en développant la technique des plages de lyse, permettant leur quantification et isolement. Une plage de lyse correspond à une zone de lyse bactérienne résultant de l'infection par un seul bactériophage, assurant ainsi l'obtention d'une population clonale ou pure. Ces phages sont des systèmes modèles importants pour l'étude de processus fondamentaux en biologie moléculaire, ayant permis des découvertes telles que l'identification de l'ADN comme matériel génétique, le décryptage du code génétique et la découverte du système CRISPR-Cas9 [1](#page=1). ### 1.2 Morphologie des phages La morphologie des phages présente une grande diversité, allant des structures classiques aux formes plus inhabituelles. #### 1.2.1 Les Caudoviricetes Les Caudoviricetes représentent la famille la plus connue des bactériophages et sont caractérisés par une morphologie dite "tête-queue". Leur génome est constitué d'ADN double brin linéaire encapsidé dans la particule virale, et il se réplique généralement via un intermédiaire ADN double brin circulaire dans la cellule infectée. Ces phages sont les plus prévalents dans la majorité des biomes, y compris les environnements marins, terrestres et le microbiote humain [1](#page=1). ##### 1.2.1.1 Classification des Caudoviricetes Historiquement, la classification des Caudovirales était principalement morphologique, reposant sur trois familles: Myoviridae (queue longue et contractile), Siphoviridae (queue longue et flexible) et Podoviridae (queue courte). Cependant, l'avènement du séquençage de nouvelle génération a révélé un nombre considérablement plus important de séquences d'ADN phagiques, notamment issues des microbiotes, conduisant à une révision majeure de la classification. En 2016, l'ordre des Caudovirales a été remplacé par la classe des Caudoviricetes, et les anciennes familles morphologiques ont été supprimées. Elles ont été remplacées par une vingtaine de nouvelles familles définies génétiquement, dont le nombre continue d'augmenter, reflétant une diversité beaucoup plus grande que ce que la classification morphologique seule pouvait suggérer [1](#page=1). #### 1.2.2 Autres morphologies virales Outre les Caudoviricetes, d'autres morphologies virales sont observées : * **Virus nus à capside hélicoïdale:** La capside forme un tube en spirale, dans lequel est enroulé un génome d'ADN ou d'ARN [2](#page=2). * **Virus nus à capside icosaédrique:** La capside adopte la forme d'un polyèdre, une structure très fréquente chez les virus [2](#page=2). * **Virus enveloppés:** Ces virus possèdent une enveloppe lipidique entourant la capside. Un exemple notable est la famille des Fuselloviridae, qui présente une forme inhabituelle de fuseau et se retrouve dans des environnements extrêmes tels que des sources d'eau très chaude ou des milieux à pH très acide [2](#page=2). Il est important de noter que la majorité de nos connaissances sur les sites de réplication des bactériophages sont basées sur les phages modèles étudiés depuis une centaine d'années, et la compréhension du fonctionnement des phages découverts plus récemment est encore en cours [2](#page=2). ### 1.3 Diversité des bactériophages La diversité des bactériophages est comparable, voire supérieure, à celle des bactéries qu'ils infectent [2](#page=2). #### 1.3.1 Spécificité d'hôte Plusieurs espèces de bactériophages peuvent infecter une même espèce bactérienne hôte (par exemple, plusieurs phages différents peuvent infecter *Escherichia coli*). La spécificité d'hôte peut varier considérablement [2](#page=2): * **Spectre d'hôte étroit:** Certains phages, comme le phage T4, n'infectent que des espèces bactériennes spécifiques, telles que *Escherichia* et *Shigella* [2](#page=2). * **Spectre d'hôte large:** D'autres phages, comme le phage JHP, sont capables d'infecter une gamme plus étendue d'espèces bactériennes, incluant *Pseudomonas*, *Escherichia*, *Salmonella*, *Campylobacter*, *Acinetobacter* et *Proteus* [2](#page=2). La spécificité d'hôte est un aspect crucial pour la phagothérapie, car elle exige l'identification précise du phage adapté pour traiter une infection bactérienne donnée [2](#page=2). #### 1.3.2 Abondance des phages Les bactériophages sont extrêmement abondants dans les écosystèmes aquatiques. Dans 1 millilitre d'eau de mer : * Zones côtières (écosystèmes plus riches): environ $10^7$ phages par mL [2](#page=2). * Océans: environ $10^6$ phages par mL [2](#page=2). À l'échelle planétaire, le nombre total de phages dans les océans est estimé à $10^{30}$. Chaque virus contient approximativement 0,2 femtogramme (fg) de carbone [2](#page=2). > **Tip:** La compréhension de la diversité et de la spécificité d'hôte des bactériophages est fondamentale non seulement pour la recherche en biologie moléculaire, mais aussi pour des applications biotechnologiques et thérapeutiques émergentes comme la phagothérapie. --- # Cycles de réplication des bactériophages Les bactériophages, des virus infectant spécifiquement les bactéries, se répliquent selon deux cycles principaux: lytique et lysogène, chacun impliquant des étapes distinctes d'interaction avec la cellule hôte, de réplication du matériel génétique viral et d'assemblage de nouvelles particules virales [3](#page=3). ### 2.1 Le cycle lytique Le cycle lytique aboutit à la destruction de la bactérie hôte. Il comprend les étapes suivantes [3](#page=3): #### 2.1.1 Attachement La première étape cruciale est l'attachement du bactériophage à la surface d'une bactérie hôte susceptible. Cette fixation est rendue possible par une interaction spécifique entre une protéine d'attachement située sur le bactériophage et un récepteur moléculaire exprimé à la surface de la bactérie [4](#page=4). #### 2.1.2 Entrée du matériel génétique Une fois fixé, le bactériophage doit introduire son matériel génétique (ADN ou ARN) à l'intérieur de la bactérie. Par exemple, chez le phage T4, le bactériophage dégrade une partie de la paroi bactérienne (peptidoglycane) pour permettre l'injection de son ADN dans le cytoplasme bactérien. Le bactériophage ne pénètre généralement pas entièrement dans la cellule, seul son génome est transféré [3](#page=3) [4](#page=4) [6](#page=6). #### 2.1.3 Réplication et expression des gènes viraux Après l'entrée de son ADN, le bactériophage prend le contrôle de la machinerie cellulaire de la bactérie. La réplication du génome viral et l'expression de ses gènes se déroulent de manière régulée, souvent en cascade. Chez le phage T4, trois phases principales d'expression génétique sont observées : * **Gènes précoces immédiats**: Ces gènes sont exprimés dès l'entrée de l'ADN viral, généralement dans les 0 à 2 minutes post-infection. Ils sont transcrits par l'ARN polymérase bactérienne. Ces gènes codent pour des protéines essentielles à la réplication, comme une peptidase qui dégrade l'ADN bactérien et une ARN polymérase spécifique au phage, chargée de synthétiser les copies de l'ADN viral. Le bactériophage peut modifier la structure de l'ADN en remplaçant les cytosines par de l'hydroxyméthylcytosine, ce qui protège son propre ADN de la dégradation par ses propres enzymes [4](#page=4) [5](#page=5). * **Gènes précoces retardés**: Exprimés entre 3 et 8 minutes après l'infection, ils codent pour des enzymes de modification des nucléotides, des enzymes de réplication de l'ADN, des endonucléases qui dégradent l'ADN bactérien, et le facteur sigma gp55, essentiel à l'expression des gènes tardifs. L'ADN du phage est ainsi chimiquement différent de l'ADN bactérien, empêchant sa propre dégradation [5](#page=5). * **Gènes tardifs**: Ils sont activés après le début de la réplication de l'ADN, vers 12 minutes post-infection. Ces gènes nécessitent la protéine gp55 (facteur sigma spécifique) et codent pour les protéines structurales du phage (tête, queue, fibres) ainsi que pour les enzymes d'assemblage et la lysozyme (gp e), une enzyme indispensable à la lyse cellulaire [5](#page=5). La régulation stricte assure que les gènes structuraux ne sont pas exprimés avant la réplication de l'ADN, et que la lyse ne survient qu'après l'assemblage complet des virions, optimisant ainsi le détournement des ressources cellulaires pour la production virale [6](#page=6). #### 2.1.4 Assemblage et lyse Les protéines virales synthétisées sont ensuite assemblées pour former de nouvelles particules virales (virions). La lyse cellulaire, facilitée par la lysozyme virale, se produit environ 25 à 30 minutes après l'infection, libérant 100 à 200 nouveaux virions prêts à infecter d'autres bactéries [3](#page=3) [6](#page=6). > **Tip:** Le cycle lytique est un processus rapide et destructeur, idéal pour le phage lorsque les conditions d'hôte sont abondantes et favorables à une prolifération rapide [8](#page=8). > **Example:** Le bactériophage T4 est un exemple classique de cycle lytique, démontrant une régulation génétique en cascade sophistiquée [4](#page=4). ### 2.2 Le cycle lysogène Dans le cycle lysogène, le bactériophage ne détruit pas immédiatement la bactérie hôte, mais intègre son génome dans celui de la bactérie. #### 2.2.1 Lysogénie Lors de l'infection par un bactériophage tempéré (capable de lysogénie), comme le phage Lambda (λ), les étapes initiales d'attachement et d'entrée de l'ADN viral sont similaires au cycle lytique. Cependant, au lieu d'être répliqué, l'ADN du bactériophage s'intègre dans le chromosome bactérien. Ce matériel génétique viral intégré est alors appelé un **prophage** [6](#page=6) [7](#page=7). Une partie des gènes du bactériophage peut être exprimée (par exemple, le gène de la protéine fluorescente verte, GFP), mais les gènes impliqués dans le cycle lytique (structure, lyse) ne sont pas actifs. La bactérie hôte infectée par un prophage continue à vivre, à se diviser et à croître, répliquant l'ADN viral intégré avec son propre chromosome à chaque division cellulaire [6](#page=6) [7](#page=7). > **Tip:** La lysogénie permet au bactériophage de survivre et de se propager passivement avec la bactérie hôte, particulièrement lorsque les conditions sont moins favorables à un cycle lytique immédiat [8](#page=8). #### 2.2.2 Choix entre cycle lytique et lysogène Chez le phage Lambda, le choix entre le cycle lytique et le cycle lysogène est régulé par deux protéines précoces principales: CII (ou C2) et Cro [7](#page=7). * Un **excès de CII** favorise l'établissement de la lysogénie [7](#page=7). * Un **excès de Cro** favorise le cycle lytique [7](#page=7). La protéine CII est sensible aux protéases bactériennes et est dégradée en conditions normales de croissance, permettant ainsi l'accumulation de Cro et l'adoption du cycle lytique [7](#page=7). #### 2.2.3 Facteurs favorisant la lysogénie Plusieurs conditions favorisent l'établissement de la lysogénie et l'accumulation de CII : * **Température basse**: Elle favorise la stabilité de la protéine CII [7](#page=7). * **Phase stationnaire ou plateau de croissance bactérienne**: Un métabolisme ralenti de l'hôte [7](#page=7) [8](#page=8). * **Infections multiples simultanées**: Entraîne une accumulation de CII [7](#page=7). Ce mécanisme complexe permet au bactériophage d'adapter sa stratégie de réplication aux conditions environnementales, optant pour le cycle lytique en cas de conditions favorables (nombreux hôtes en croissance active) et pour la lysogénie en cas de conditions défavorables (peu d'hôtes disponibles, phase stationnaire, ou forte densité de phages) [8](#page=8). #### 2.2.4 Stabilisation et réactivation du prophage L'intégration du génome viral dans le chromosome bactérien implique l'expression de l'intégrase phagique. Le maintien de la lysogénie est assuré par la protéine répresseur CI, qui bloque l'expression des gènes tardifs du cycle lytique, comme celui de la lysozyme. Le prophage est alors répliqué à chaque division bactérienne, assurant sa persistance [8](#page=8). > **Example:** Le phage Lambda est un bactériophage tempéré qui peut choisir entre la lyse et la lysogénie [6](#page=6). ##### 2.2.4.1 Réactivation du prophage (induction) Le processus de lysogénie est réversible. Lorsque la bactérie hôte est soumise à des stress tels qu'un choc thermique, une irradiation UV, ou des dommages à l'ADN, la réponse SOS bactérienne est activée. Cette réponse conduit à la dégradation de la protéine CI, entraînant la réactivation du prophage et la reprise du cycle lytique. Ce mécanisme permet au bactériophage de sortir de son état de dormance lorsque les conditions deviennent propices à sa réplication active [8](#page=8). ### 2.3 Transduction phagique La transduction est un mécanisme de transfert génétique entre bactéries médiatisé par les bactériophages. Il existe différents types de transduction, notamment la transduction généralisée et la transduction spécialisée [8](#page=8). --- # Transduction bactérienne médiée par les phages La transduction est un mécanisme de transfert génétique entre bactéries médiatisé par des bactériophages, permettant ainsi la propagation de gènes au sein d'une population bactérienne. Ce processus est essentiel pour l'évolution bactérienne et présente des applications importantes en génétique et en pathologie. Il existe trois types principaux de transduction: généralisée, spécialisée et simple [11](#page=11) [8](#page=8). ### 3.1 Types de transduction #### 3.1.1 Transduction généralisée La transduction généralisée est réalisée par des bactériophages lytiques [9](#page=9). **Mécanisme :** * Lors de l'assemblage des particules virales, l'ADN bactérien, fragmenté durant la réplication du phage, peut être accidentellement encapsidé dans un virion au lieu du génome viral [9](#page=9). * Cet événement est relativement rare, avec une fréquence estimée entre 1 particule sur 100 000 et 1 sur 1 000 000 [9](#page=9). * Le fragment d'ADN bactérien encapsidé représente généralement 1 à 2% du chromosome bactérien total [9](#page=9). * Le phage P1 chez *E. coli* est un exemple typique de phage impliqué dans la transduction généralisée [9](#page=9). **Applications en génétique bactérienne :** * **Cartographie génétique par co-transduction :** Cette technique permet de déterminer la proximité de gènes sur le chromosome bactérien. * **Calcul des distances entre gènes:** La fréquence de co-transduction de deux gènes est inversement proportionnelle à leur distance physique sur le chromosome. Plus la distance est grande, plus la fréquence de co-transduction est faible. Par exemple, si deux marqueurs sont co-transduits à 40%, cela suggère qu'ils sont probablement proches sur le chromosome [9](#page=9). #### 3.1.2 Transduction spécialisée La transduction spécialisée est caractéristique des phages tempérés, comme le phage $\lambda$ [9](#page=9). **Caractéristiques :** * Elle ne concerne que les gènes situés à proximité immédiate du site d'intégration du prophage dans le chromosome bactérien [10](#page=10). * Sa fréquence est généralement plus élevée que celle de la transduction généralisée [10](#page=10). **Mécanisme :** * Lors de l'excision du prophage du chromosome bactérien, une excision imprécise peut survenir, entraînant l'incorporation accidentelle de gènes bactériens adjacents au site d'intégration dans le génome viral [10](#page=10). * Il en résulte la formation de particules virales hybrides contenant à la fois du matériel génétique viral et bactérien [10](#page=10). * Lors de nouvelles infections, ces particules virales transfèrent de manière ciblée ces gènes bactériens à de nouvelles cellules hôtes [10](#page=10). #### 3.1.3 Transduction simple (Conversion lysogénique) La transduction simple, souvent appelée conversion lysogénique, concerne la modification du phénotype bactérien par les gènes d'un prophage [10](#page=10). **Définition :** * Elle se produit lorsque les gènes portés par le prophage confèrent de nouvelles propriétés à la bactérie hôte. Ces gènes sont systématiquement transférés d'une souche bactérienne à une autre lors de la réactivation du cycle lytique du prophage et de la production de nouvelles particules phagiques infectieuses [10](#page=10). **Exemples :** * La production de la toxine diphtérique par *Corynebacterium diphtheriae* est médiatisée par un prophage [10](#page=10). * La toxine cholérique chez *Vibrio cholerae* est également encoded par un prophage [10](#page=10). * Les gènes de résistance aux antibiotiques peuvent aussi être transférés par ce mécanisme [11](#page=11). **Impact en pathogénie :** * La conversion lysogénique peut transformer des bactéries non pathogènes en pathogènes en leur apportant de nouveaux facteurs de virulence [11](#page=11). * Cela contribue à l'évolution de la virulence bactérienne [11](#page=11). * Ce transfert de gènes se réalise le plus souvent au sein de la même espèce bactérienne, mais des transferts inter-espèces ont été observés, par exemple de *Staphylococcus aureus* vers *Listeria monocytogenes* [11](#page=11). ### 3.2 Spécificités et applications modernes **Limites techniques :** * La capacité de transfert d'ADN par transduction est limitée par la taille maximale d'ADN qu'un bactériophage peut encapsider [11](#page=11). * La spécificité d'hôte du bactériophage est un autre facteur limitant, bien que des transferts intergénériques aient été documentés dans certains cas [11](#page=11). **Applications modernes :** * Construction de souches bactériennes spécifiques [11](#page=11). * Études de génétique moléculaire [11](#page=11). * Compréhension de l'évolution des pathogènes [11](#page=11). * Surveillance de l'émergence de nouveaux variants pathogènes [11](#page=11). La diversité des mécanismes de transduction met en évidence le rôle fondamental des bactériophages dans l'évolution bactérienne et leur utilité comme outils en génie génétique [11](#page=11). ### 3.3 Bactériophages et santé humaine Les bactériophages peuvent jouer un rôle dans la virulence bactérienne en transportant des facteurs de virulence, présents dans leur génome de prophage. Lorsque la bactérie est stressée, le prophage peut se réactiver, transférant ainsi ces facteurs de virulence. Ce processus, appelé conversion lysogénique, peut rendre une bactérie inoffensive pathogène [11](#page=11). La phagothérapie, l'utilisation de bactériophages comme antibiotiques, proposée initialement par Félix d'Hérelle en 1917, connaît un regain d'intérêt face au problème croissant des bactéries multi-résistantes [11](#page=11). > **Tip:** La distinction entre transduction généralisée et spécialisée repose principalement sur le type de phage impliqué (lytique vs tempéré) et la spécificité des gènes transférés (aléatoire vs adjacents au site d'intégration). La conversion lysogénique est une forme de transduction simple où le phage tempéré transfère des gènes qui modifient le phénotype bactérien. --- # Bactériophages, pathogénie et phagothérapie L'étude des bactériophages révèle leur rôle crucial dans l'évolution de la pathogénie bactérienne, notamment via la conversion lysogénique, et leur potentiel thérapeutique significatif, ouvrant la voie à la phagothérapie [13](#page=13). ### 4.1 Impact des bactériophages sur la pathogénie bactérienne Les bactériophages, en particulier les phages tempérés, jouent un rôle déterminant dans la pathogénie bactérienne par le biais de la transduction et de la conversion lysogénique [10](#page=10) [11](#page=11). #### 4.1.1 Transduction lysogénique et conversion lysogénique La transduction est le mécanisme par lequel les bactériophages transfèrent des gènes d'une bactérie à une autre. La transduction généralisée, associée aux phages lytiques, implique l'encapsidation aléatoire de fragments d'ADN bactérien lors de la formation de nouvelles particules virales. À l'inverse, la transduction spécialisée et simple concerne les phages tempérés et se limite aux gènes adjacents au site d'intégration du prophage dans le génome bactérien [10](#page=10). La conversion lysogénique se produit lorsque les gènes portés par un prophage intégré dans le génome bactérien modifient le phénotype de la bactérie hôte. Ces gènes viraux peuvent conférer de nouveaux facteurs de virulence, transformant ainsi des bactéries initialement non pathogènes en agents pathogènes, ou augmentant leur virulence. Ce processus est fondamental pour l'évolution de la virulence bactérienne [10](#page=10) [11](#page=11). **Exemples de conversion lysogénique :** * Production de la toxine diphtérique par *Corynebacterium diphtheriae* [10](#page=10). * Production de la toxine cholérique par *Vibrio cholerae* [10](#page=10). * Acquisition de gènes de résistance aux antibiotiques [11](#page=11). Ces transferts de gènes peuvent se réaliser au sein de la même espèce bactérienne, mais aussi, dans certains cas, entre espèces distinctes, comme le transfert de gènes de virulence de *Staphylococcus aureus* vers *Listeria monocytogenes* [11](#page=11). > **Tip:** Comprendre la conversion lysogénique est essentiel pour appréhender comment des bactéries apparemment inoffensives peuvent devenir dangereuses suite à l'acquisition de gènes viraux. #### 4.1.2 Spécificités techniques et applications La transduction est néanmoins limitée par la taille maximale d'ADN pouvant être encapsulé et par la spécificité d'hôte du bactériophage, bien que des transferts intergénériques aient été observés. Ces mécanismes de transduction soulignent l'importance des bactériophages dans l'évolution bactérienne et leur utilité comme outils en génétique moléculaire pour la construction de souches, l'étude de l'évolution des pathogènes et la surveillance de nouveaux variants [11](#page=11). ### 4.2 Bactériophages et santé humaine : la phagothérapie L'interaction des bactériophages avec la santé humaine est double: ils peuvent être à l'origine de la propagation de facteurs de virulence, mais ils représentent également une piste thérapeutique prometteuse, la phagothérapie [11](#page=11) [13](#page=13). #### 4.2.1 Historique et regain d'intérêt pour la phagothérapie La phagothérapie, l'utilisation de bactériophages pour traiter les infections bactériennes, a été proposée dès 1917 par Félix d'Hérelle. Son développement a été éclipsé par la découverte des antibiotiques (pénicilline en 1941, streptomycine en 1943). Cependant, l'émergence des bactéries multi-résistantes aux antibiotiques a ravivé l'intérêt pour cette approche thérapeutique. L'Institut Eliava en Géorgie utilise la phagothérapie en routine pour les infections cutanées [11](#page=11) [12](#page=12). #### 4.2.2 Applications cliniques récentes et exemples Des cas cliniques récents illustrent le potentiel de la phagothérapie : * En 2016, un homme de 68 ans atteint d'une infection à *Acinetobacter baumannii* multi-résistante a été traité avec succès par un cocktail de neuf phages lytiques associé à la minocycline, conduisant à une guérison après plusieurs mois [12](#page=12). * En 2018, un homme de 76 ans avec une infection à *Pseudomonas aeruginosa* résistante dans une greffe d'aorte a été traité avec une seule dose de phage OMKO 1 combiné à la ceftazidime, entraînant l'élimination de l'infection. Ce cas met en évidence une synergie potentielle: la résistance de *Pseudomonas* aux antibiotiques est souvent due à des pompes d'efflux qui exportent les antibiotiques hors de la cellule. Ces pompes correspondent parfois aux récepteurs des phages. Ainsi, une bactérie résistante à un antibiotique via une pompe d'efflux pourrait devenir plus sensible à un bactériophage ciblant ce récepteur, et inversement, une résistance au phage impliquerait la non-expression du récepteur, rendant la bactérie plus sensible à l'antibiotique [12](#page=12). * Une étude publiée en 2024 sur une série de 100 cas consécutifs traités par phagothérapie a montré une éradication du pathogène dans 61% des cas et une amélioration clinique dans 77% des cas. Les combinaisons de phages et d'antibiotiques ont démontré une synergie, empêchant la croissance bactérienne [12](#page=12). > **Example:** L'interaction entre résistance aux antibiotiques et sensibilité aux phages, comme observé chez *Pseudomonas aeruginosa*, illustre la complexité et le potentiel de la phagothérapie pour contourner les mécanismes de résistance bactérienne. #### 4.2.3 Caractéristiques de la phagothérapie : avantages et inconvénients | Avantages | Inconvénients | | :---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | :----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | Hautement spécifique, ne perturbant pas le microbiome commensal contrairement aux antibiotiques. | Spectre d'action étroit nécessitant l'identification du phage adéquat pour chaque souche bactérienne pathogène. Applicable principalement aux infections chroniques. | [12](#page=12). | Réplication lytique *in vivo*, permettant au phage de s'amplifier sur le site de l'infection. | La lyse bactérienne peut libérer des endotoxines, entraînant des effets secondaires. | [12](#page=12). | L'infection lytique et la résistance à la lyse n'impliquent pas de résistance croisée. | Le développement d'une réponse immunitaire contre les phages (protéines étrangères) peut limiter leur utilisation répétée, car les anticorps formés peuvent bloquer l'interaction phage-bactérie. | [12](#page=12) [13](#page=13). | Les bactériophages sont actifs contre les bactéries résistantes aux antibiotiques. | Les phages sont rapidement éliminés de la circulation sanguine, ayant une demi-vie courte. | [13](#page=13). | Absence de toxicité chimique car les phages sont des biomolécules (protéines et ADN). | | [13](#page=13). | Le traitement est souvent personnalisé, offrant une solution ciblée pour les infections résistantes. | | [13](#page=13). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Bactériophage | Virus qui infecte spécifiquement les bactéries, joué un rôle crucial dans la biologie moléculaire et la santé humaine. | | Plage de lyse | Zone claire dans une culture bactérienne où les bactériophages ont lysé les cellules bactériennes, utilisée pour quantifier et isoler les phages. | | Caudoviricetes | L'ordre des bactériophages les plus connus, caractérisés par une morphologie de type \"tête-queue\" et un génome en ADN double brin. | | Myoviridae | Famille de Caudoviricetes possédant une queue longue et contractile, anciennement utilisée dans la classification morphologique. | | Siphoviridae | Famille de Caudoviricetes avec une queue longue et flexible, autrefois classée morphologiquement. | | Podoviridae | Famille de Caudoviricetes caractérisée par une queue courte, une classification morphologique qui a évolué vers des méthodes génétiques. | | Cycle lytique | Mode de réplication virale où le virus envahit la cellule hôte, se réplique, puis détruit la cellule pour libérer de nouvelles particules virales. | | Cycle lysogène | Mode de réplication virale où le génome viral s'intègre dans le chromosome de la cellule hôte (prophage) sans immédiatement provoquer la lyse. | | Prophage | Le génome d'un bactériophage intégré dans le chromosome de la bactérie hôte, capable de se répliquer avec l'ADN bactérien. | | Lysogénie | Phénomène par lequel le génome d'un bactériophage s'intègre au chromosome bactérien, créant un prophage et permettant la survie de la bactérie hôte. | | Transduction | Processus par lequel un bactériophage transfère du matériel génétique d'une bactérie à une autre. | | Transduction généralisée | Type de transduction où des fragments d'ADN bactérien, provenant de toute partie du génome, sont encapsidés accidentellement dans les particules virales. | | Transduction spécialisée | Type de transduction impliquant des phages tempérés, où seuls les gènes adjacents au site d'intégration du prophage sont transférés. | | Conversion lysogénique | Modification du phénotype bactérien due à l'expression de gènes portés par un prophage, pouvant inclure des facteurs de virulence. | | Phagothérapie | Utilisation de bactériophages comme agents thérapeutiques pour traiter les infections bactériennes, particulièrement pertinente face à la résistance aux antibiotiques. | | Récepteur bactérien | Molécule à la surface de la bactérie à laquelle le bactériophage se lie pour initier l'infection. | | Endotoxines | Composants de la paroi des bactéries Gram-négatif qui peuvent être libérés lors de la lyse cellulaire et provoquer des réponses inflammatoires. | | GP55 | Facteur sigma spécifique du bactériophage T4, essentiel pour la transcription des gènes tardifs nécessaires à la production des composants viraux. | | Hydroxyméthylcytosine Synthase | Enzyme impliquée dans la modification chimique des bases nucléotidiques de l'ADN du bactériophage T4, protégeant ainsi son propre génome de la dégradation. |

# Principes et caractéristiques de l'échantillonnage alimentaire Ce sujet aborde les fondements de l'échantillonnage en analyse alimentaire, incluant la définition d'un échantillon, ses propriétés essentielles comme la représentativité et l'intégrité, ainsi que les diverses catégories d'échantillons utilisés. ### 1.1 Définition de l'échantillon L'échantillon est défini comme l'ensemble des objets ou matières prélevés au sein d'une population (un lot de produits alimentaires) dans le but d'estimer les caractéristiques de cette population. L'analyse de l'intégralité d'un lot est souvent impraticable en raison de contraintes de temps, de coût et du risque de destruction des produits. Chaque unité analysée au sein de l'échantillon est appelée un prélèvement élémentaire. L'opération de sélection de ces prélèvements constitue l'échantillonnage [1](#page=1). Le nombre total de prélèvements élémentaires formant l'échantillon est désigné par l'effectif de l'échantillon, noté $n$. Le rapport entre l'effectif de l'échantillon ($n$) et l'effectif total de la population ($N$) est appelé le taux d'échantillonnage, exprimé par la formule [1](#page=1): $$ \text{Taux d'échantillonnage} = \frac{n}{N} $$ [1](#page=1). ### 1.2 Caractéristiques de l'échantillon Pour être fiable, un échantillon doit impérativement posséder deux caractéristiques fondamentales: la représentativité et l'intégrité [1](#page=1) [2](#page=2). #### 1.2.1 Représentativité Un échantillon est dit représentatif s'il constitue une image fidèle de l'ensemble du lot dont il est issu. Cette représentativité peut concerner un lot homogène, où les éléments présentent peu de variations, ou un lot hétérogène, caractérisé par la présence d'anomalies [1](#page=1). Pour assurer la représentativité d'un échantillon, plusieurs approches peuvent être adoptées : * **Examen visuel:** Permet de détecter l'hétérogénéité d'un aliment en observant des différences de forme, de taille, de couleur, la présence de particules solides (cristallines, granulaires, poudreuses), la formation d'une croûte, ou le dépôt de matières solides dans un liquide [1](#page=1). * Si le lot est homogène, un seul échantillon suffit [1](#page=1). * Si le lot est hétérogène, il est nécessaire de le diviser en sous-lots distincts et de prélever des échantillons séparément pour chaque sous-lot [1](#page=1). * **Prélèvement aléatoire:** Chaque individu du lot doit avoir une probabilité égale d'être sélectionné pour faire partie de l'échantillon [1](#page=1). * **Prélèvement indépendant:** La sélection d'un individu ne doit pas influencer la probabilité de sélection des individus suivants [2](#page=2). #### 1.2.2 Intégrité L'intégrité de l'échantillon signifie que son état doit être préservé intact depuis le moment de son prélèvement jusqu'à celui de son analyse [2](#page=2). Pour garantir l'intégrité de l'échantillon, il est crucial de : * Adopter toutes les mesures nécessaires pour prévenir toute contamination extérieure [2](#page=2). * Éviter la prolifération ou la destruction des microorganismes pendant les étapes de transfert et de stockage de l'échantillon [2](#page=2). ### 1.3 Différents types d'échantillons Les échantillons peuvent être classifiés selon leur objectif de prélèvement [2](#page=2). #### 1.3.1 Échantillons sélectifs Les échantillons sélectifs sont prélevés dans le but de confirmer des anomalies suspectées ou constatées par le préleveur, ou suite à des plaintes de consommateurs. Ils sont basés sur des indices et des informations permettant d'identifier précisément les aliments à prélever. Ce type d'échantillonnage peut avoir lieu à n'importe quel stade du cycle de vie d'un produit alimentaire: fabrication, stockage, vente en gros, vente au détail ou sur les marchés [2](#page=2). #### 1.3.2 Échantillons objectifs Les échantillons objectifs sont généralement prélevés de manière systématique au sein d'un lot pour des activités de surveillance et de collecte de données, particulièrement lorsque aucune anomalie particulière n'est détectée. Ces prélèvements sont couramment réalisés chez les fabricants (sur le site de production) et aux points de vente. Ils impliquent un prélèvement aléatoire de plusieurs unités identiques, chacune ayant une chance égale d'être sélectionnée, et ce, à de nombreux endroits du lot [2](#page=2). ### 1.4 Conditions de prélèvement Le respect de certaines conditions est essentiel lors du prélèvement d'échantillons afin de ne pas altérer les caractéristiques du produit. Parmi ces conditions figure le respect des règles d'asepsie, visant à préserver la flore microbienne naturelle du produit [2](#page=2). --- # Plans d'échantillonnage et symboles associés Voici un résumé détaillé sur les plans d'échantillonnage et les symboles associés, conçu pour être un guide d'étude complet. ## 2. Plans d'échantillonnage et symboles associés Cette section explore les plans d'échantillonnage standardisés, notamment les plans à deux et trois classes, ainsi que les symboles clés tels que $n$, $c$, $m$ et $M$ utilisés pour évaluer la conformité des lots alimentaires en fonction de la présence et de la quantité de microorganismes [3](#page=3) [4](#page=4). ### 2.1 Définition des plans d'échantillonnage L'échantillonnage par plan est une méthode préconisée par la « International Commission on Microbiological Specifications for Foods » (I.C.M.S.F.). Elle repose sur le principe qu'un échantillon analysé donne des résultats non satisfaisants s'il renferme des microorganismes dangereux, ou s'il contient des germes en nombre supérieur à une limite au-delà de laquelle il devient potentiellement dangereux. Un plan d'échantillonnage est une procédure planifiée permettant de choisir ou de prélever des échantillons distincts d'un lot pour obtenir des informations et prendre une décision sur la conformité du lot complet. Il définit le nombre d'unités dans l'échantillon et la règle de décision pour évaluer la conformité du lot [3](#page=3). > **Tip:** L'objectif principal d'un plan d'échantillonnage est d'assurer la sécurité du consommateur en contrôlant la qualité microbiologique des denrées alimentaires. ### 2.2 Symboles utilisés dans les plans d'échantillonnage Plusieurs symboles sont utilisés pour définir et appliquer les plans d'échantillonnage : * **$n$**: Représente le nombre d'unités d'échantillonnage, c'est-à-dire la taille de l'échantillon. Ce nombre peut varier en fonction du risque associé au microorganisme, de la taille des lots et du plan utilisé. Bien que souvent $n=5$, ce n'est pas une règle universelle, surtout pour les microorganismes pathogènes ou les petits lots [3](#page=3). * **$c$**: Représente le nombre maximal permis d'unités d'échantillonnage de qualité moyenne. Si le nombre d'unités de qualité moyenne est supérieur à $c$, le lot est jugé inacceptable et doit être rejeté [3](#page=3). * **$m$**: Représente le nombre acceptable de microorganismes par gramme ou millilitre [4](#page=4). * Dans un plan à deux classes, $m$ distingue les unités de qualité acceptable de celles de qualité inacceptable [4](#page=4). * Dans un plan à trois classes, $m$ distingue les unités de qualité acceptable de celles de qualité moyenne [4](#page=4). La valeur de $m$ est déterminée d'après l'analyse de nombreux échantillons de lots jugés satisfaisants [4](#page=4). * **$M$**: Représente le nombre inacceptable de microorganismes par gramme ou millilitre. Son dépassement indique des conditions inacceptables, non contrôlées ou présentant un risque pour la santé. Il est uniquement utilisé dans les plans à trois classes pour distinguer les unités de qualité moyenne de celles de qualité inacceptable. La fixation de $M$ est plus complexe et dépend du produit, de la bactérie recherchée et de la méthode d'ensemencement [4](#page=4). ### 2.3 Catégories des aliments selon un plan d'échantillonnage Les aliments sont classés en catégories dans les plans d'échantillonnage en fonction des microorganismes rencontrés : * **Microorganisme non toléré (dangereux)**: Ce cas utilise un plan à deux classes avec deux catégories : * Aliment satisfaisant: la numération des germes est $< m$ [4](#page=4). * Aliment non satisfaisant: la numération des germes est $> m$ [4](#page=4). Pour certains microorganismes dangereux, $m = 0$ [4](#page=4). * **Microorganisme toléré (potentiellement dangereux)**: Ce cas utilise un plan à trois classes avec trois catégories : * Aliment satisfaisant [4](#page=4). * Aliment acceptable avec une limite (qualité moyenne) ou satisfaisant avec limite [4](#page=4). * Aliment non satisfaisant [4](#page=4). ### 2.4 Plan d'échantillonnage à deux classes Ce plan permet de qualifier chaque unité d'échantillonnage comme acceptable (satisfaisante) ou non acceptable (non satisfaisante). Il n'accepte aucune tolérance, menant à deux conclusions possibles: l'aliment est jugé satisfaisant ou non satisfaisant. Le lot est rejeté si plus de $c$ unités sur les $n$ unités échantillonnées examinées ont une numération de germes $> m$. Généralement, pour les microorganismes pathogènes, $c$ doit être égal à 0. La qualité du lot est évaluée selon deux classes de contamination [4](#page=4) [5](#page=5): * **Satisfaisante**: Numération des germes $\leq m$. Ce résultat est souvent exprimé comme « absence dans » [5](#page=5). * **Non satisfaisante**: Numération des germes $> m$. Le produit est déclaré impropre à la consommation, souvent exprimé comme « présence dans » [5](#page=5). **Résumé du plan à deux classes :** * $m$: nombre de germes présents (dans 1 g ou 1 ml), fixé par arrêté. Tous les résultats $\leq m$ sont satisfaisants [5](#page=5). * $n$: nombre d'unités composant l'échantillon [5](#page=5). * $c$: nombre d'unités de l'échantillon donnant des valeurs $> m$ [5](#page=5). > **Exemple:** Pour un plan à deux classes où $n=5$ et $c=0$, si l'on trouve une seule unité avec une numération de germes $> m$, le lot est rejeté. ### 2.5 Plan d'échantillonnage à trois classes Ce plan permet de qualifier chaque unité d'échantillonnage comme satisfaisante, acceptable (qualité moyenne) ou non satisfaisante. Si aucun échantillon n'a une valeur supérieure à $m$, le plan se ramène alors à un plan à deux classes. La qualité du lot est évaluée selon trois classes de contamination [5](#page=5): * **Qualité satisfaisante**: Les valeurs observées pour les $n$ unités de l'échantillon sont : * $\leq 3m$ en milieu solide [6](#page=6). * $\leq 10m$ en milieu liquide [6](#page=6). * **Qualité acceptable**: Lorsque les valeurs observées pour $c$ unités de l'échantillon (où $c/n \leq 2/5$) sont comprises : * Entre $3m$ et $10m$ en milieu solide [6](#page=6). * Entre $10m$ et $30m$ en milieu liquide [6](#page=6). Et lorsque les valeurs observées pour les autres unités de l'échantillon sont : * $\leq 3m$ en milieu solide [6](#page=6). * $\leq 10m$ en milieu liquide [6](#page=6). * **Qualité non satisfaisante**: * Lorsque les valeurs observées pour des unités d'échantillons $(c/n > 2/5)$ sont comprises : * Entre $3m$ et $10m$ en milieu solide [7](#page=7). * Entre $10m$ et $30m$ en milieu liquide [7](#page=7). * Ou dans le cas où une unité d'échantillon présente une valeur supérieure à $M$ [6](#page=6). **Résumé du plan à trois classes :** * $m$: fixé par arrêté (en fonction du germe, du consommateur et de l'aliment). Tous les résultats $\leq m$ sont satisfaisants [6](#page=6). * $M$: seuil limite au-delà duquel les résultats sont considérés non satisfaisants. Les valeurs de $M$ sont fixées à $M = 10m$ pour les dénombrements en milieux solides et $M = 30m$ pour les numérations en milieu liquide [6](#page=6). * $n$: nombre d'unités composant l'échantillon [6](#page=6). * $c$: nombre d'unités de l'échantillon donnant des valeurs comprises entre $m$ et $M$ [6](#page=6). **Évaluation de la qualité du lot dans un plan à trois classes :** * **Satisfaisante ou acceptable**: aucun résultat ne dépasse $M$. Les valeurs déterminées sont [6](#page=6): * $< 3m$ lors de numérations en milieu solide [6](#page=6). * $< 10m$ lors d'emplois de milieu liquide [6](#page=6). * **Acceptable** : les valeurs déterminées sont comprises entre : * $]3m - 10m[$ en milieu solide [7](#page=7). * $]10m - 30m[$ en milieu liquide [7](#page=7). * Et $c/n \leq 2/5$ [7](#page=7). * **Non satisfaisante**: des valeurs $> M$ ou $c/n > 2/5$ [7](#page=7). > **Tip:** Le plan à trois classes est utilisé lorsque l'on souhaite une évaluation plus nuancée de la qualité, permettant de distinguer un lot légèrement hors norme d'un lot franchement inacceptable. ### 2.6 Choix du plan d'échantillonnage Le choix du plan d'échantillonnage dépend de l'estimation du risque pour la santé (nature du germe) et du mode d'utilisation de l'aliment. Les germes sont classés en fonction du risque qu'ils représentent pour le consommateur [7](#page=7): * **Germes entraînant un risque sévère** (ex: *Clostridium botulinum*, *Salmonella typhi*, *Listeria monocytogenes*): le plan à deux classes est adopté [7](#page=7). * **Germes entraînant un risque moyen avec possibilité de large diffusion** (ex: *Staphylocoques entérotoxinogènes*, *Salmonella typhimurium*): le plan à deux classes est adopté [7](#page=7). * **Germes entraînant un risque moyen sans grande diffusion** (ex: *Bacillus cereus*, *Yersinia enterocolitica*): le plan à trois classes est le plus souvent adopté [7](#page=7). Le tableau 1 (pages 7-8) présente un guide pour le choix des valeurs de $n$ et $c$, ainsi que le type de plan, en fonction des risques sur la santé et des modalités d'utilisation du produit alimentaire. Par exemple, les cas de risque sévère direct impliquent généralement un plan à deux classes avec $c=0$ et des valeurs de $n$ allant de 15 à 60 [7](#page=7) [8](#page=8). ### 2.7 Étapes de l'échantillonnage Les principales étapes de l'échantillonnage en vue d'une analyse microbiologique comprennent : * **Prélèvement de l'échantillon pour laboratoire**: Il se fait généralement sur le site de production ou lors de la mise en vente. Le choix des unités d'échantillonnage, leur effectif et leur fréquence dépendent de plusieurs facteurs [8](#page=8): * **La nature du produit**: homogène (ex: lait) ou hétérogène [8](#page=8). * **Les modalités de production**: en continu ou en discontinu [8](#page=8). * **Le but de l'analyse**: contrôle systématique de produits finis, contrôle en cours de fabrication [8](#page=8). * **La valeur des critères à respecter et les tolérances admises**: déterminés d'après les plans d'échantillonnage [8](#page=8). > **Tip:** Une homogénéisation adéquate de l'aliment est cruciale avant le prélèvement, surtout pour les produits solides, afin d'assurer la représentativité de l'échantillon [3](#page=3). --- # Méthodes et procédures de prélèvement d'échantillons Ce thème aborde les différentes techniques et étapes nécessaires pour prélever des échantillons de diverses matrices, en garantissant leur intégrité et la fiabilité des analyses ultérieures [9](#page=9). ### 3.1 Principes généraux et préparations Avant toute intervention, il est crucial de connaître la capacité du laboratoire, les méthodes d'analyse requises, la quantité d'échantillon à prélever, ainsi que le matériel, les méthodes et les techniques d'échantillonnage appropriés [10](#page=10). #### 3.1.1 Préparation du matériel de prélèvement Le préleveur doit s'assurer que son matériel est adapté aux prélèvements prévus et en quantité suffisante. Le matériel essentiel comprend : * Désinfectant pour les mains et papier essuie-mains [10](#page=10). * Marqueurs, stylos, étiquettes [10](#page=10). * Blouse, charlotte, sur-chaussures [10](#page=10). * Enceinte isotherme de transfert (une pour les denrées chaudes, une autre pour les froides) [10](#page=10). * Matériel de prélèvement stérile: spatules, cuillères, fourchettes, couteaux, scalpel, sonde, etc. [10](#page=10). * Récipients stériles: pots, flacons, sachets stériles, etc. [10](#page=10). #### 3.1.2 Documents pour le prélèvement Plusieurs documents doivent être remplis avant de procéder au prélèvement d'échantillons alimentaires : * **Fiche de demande d'analyse du client:** Elle doit contenir les coordonnées du demandeur (nom, adresse, contact, téléphone) et des informations sur l'aliment (dénomination, endroit, pays ou entreprise productrice, historique de conformité, etc.) [10](#page=10). * **Formulaire de déplacement** [10](#page=10). * **Fiche de renseignement pour les prélèvements:** Elle compile toutes les conditions de prélèvement, incluant le nom du préleveur, la date et l'heure de réception, la taille du lot, la température de l'échantillon, etc. [10](#page=10). > **Tip:** La rigueur dans le remplissage de ces documents est essentielle pour assurer la traçabilité et l'exactitude des analyses. ### 3.2 Méthodes de prélèvement spécifiques Les méthodes varient en fonction de la nature du produit (solide, liquide) et de la matrice à analyser (surface, profondeur) [9](#page=9). #### 3.2.1 Prélèvement sur surfaces solides Plusieurs techniques peuvent être employées pour les surfaces solides : * **Écouvillonnage:** Un écouvillon en coton hydrophile, préalablement immergé dans une solution stérile, est frotté sur la surface du produit. L'écouvillon est ensuite replongé dans une solution stérile, et l'analyse est réalisée à partir de la suspension obtenue [9](#page=9). * **Rinçage:** Utilisé pour les récipients ou les tuyauteries, un volume connu de solution stérile est introduit dans le matériel à analyser. Après agitation, la solution est récupérée pour analyse [9](#page=9). * **Méthode des empreintes:** Un ruban adhésif stérilisé par UV est appliqué sur la surface à étudier. Après un court contact, il est retiré et appliqué sur un milieu gélosé. Après quelques heures de contact à la température d'incubation, le ruban est retiré et la boîte est incubée jusqu'à apparition des colonies [9](#page=9). * **Méthode du cylindre:** Un cylindre creux de section connue est appliqué sur la surface. Quelques millilitres de diluant stérile y sont introduits. Après contact, le diluant est retiré et analysé [9](#page=9). #### 3.2.2 Prélèvement de produits liquides La technique dépend du produit, du volume et de la forme du contenant. Il est impératif d'assurer une parfaite homogénéisation du liquide avant le prélèvement à la pipette, ou à l'aide d'un flacon lesté stérile ou autre, du volume nécessaire à l'analyse [9](#page=9). #### 3.2.3 Prélèvement de produits solides Le prélèvement de produits solides s'effectue généralement au scalpel (ex: muscle de viande) ou à la sonde (ex: fromages et produits mous) [9](#page=9). ### 3.3 Technique de prélèvements aseptiques Les prélèvements aseptiques visent à obtenir un échantillon sans contaminer le produit ou le lot d'origine. La procédure implique : * Désinfection des mains [10](#page=10). * Port d'une tenue de travail adéquate et propre (blouse, charlotte, surchaussures); ne pas porter de bijoux aux mains ou porter des gants propres [10](#page=10). * Identification de l'échantillon sur le contenant (dénomination, client, numéro d'identification, etc.) [10](#page=10). * Mesure de la température de l'aliment avec un thermomètre préalablement désinfecté [10](#page=10). * Prélèvement avec un matériel propre, stérile ou désinfecté, à un endroit différent de celui utilisé pour la mesure de température [11](#page=11). * Collecte d'une quantité suffisante d'échantillon pour les analyses dans un sachet ou un pot stérile hermétique [11](#page=11). * Placement de l'échantillon dans l'enceinte de transfert [11](#page=11). * Renseignement de la fiche de prélèvement [11](#page=11). > **Tip:** L'utilisation de matériel stérile est fondamentale pour éviter toute contamination croisée qui pourrait fausser les résultats analytiques. ### 3.4 Transport et conservation #### 3.4.1 Transport Les échantillons doivent être acheminés au laboratoire dans les plus brefs délais. Durant le transport, les échantillons chauds et froids doivent être stockés séparément dans des enceintes à températures appropriées [11](#page=11). #### 3.4.2 Arrivée au laboratoire À l'arrivée au laboratoire, la température de l'enceinte doit être mesurée et inscrite sur la fiche de demande d'analyse. Les échantillons doivent être examinés rapidement, de préférence dans les 24 heures, surtout pour les produits périssables [11](#page=11). #### 3.4.3 Conservation En attente d'analyses, les échantillons alimentaires sont conservés au réfrigérateur à des températures comprises entre 4 et 5 degrés Celsius. Après analyse, l'échantillon est également conservé au réfrigérateur à 4 - 5 degrés Celsius jusqu'à la notification des résultats [11](#page=11). ### 3.5 Traitement de l'échantillon L'analyse microbiologique s'effectue toujours à partir d'une suspension. Après ouverture aseptique, le produit est homogénéisé (liquide) ou broyé (solide) dans un volume connu de diluant stérile [11](#page=11). #### 3.5.1 Traitement des produits liquides Pour les produits liquides ou semi-liquides, une agitation manuelle vigoureuse suffit généralement à obtenir une homogénéité satisfaisante [11](#page=11). #### 3.5.2 Traitement des produits solides Deux techniques de broyage sont utilisables pour les produits solides : * **Broyage manuel:** Réalisé dans un mortier, en présence de sable ou de billes de verre stériles [11](#page=11). * **Broyage mécanique:** Peut être effectué à l'aide d'un broyeur électrique, tel qu'un Stomacher. Cet appareil disperse l'aliment dans le diluant dans des conditions douces, en utilisant des sacs plastiques stériles à usage unique [11](#page=11). > **Example:** Pour un échantillon de fromage à pâte dure, on utiliserait un scalpel stérile pour prélever une portion interne, puis on la broierait mécaniquement dans un Stomacher avec un diluant stérile pour obtenir la suspension mère nécessaire à l'analyse microbiologique [11](#page=11) [9](#page=9). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Échantillon | Une partie d'un lot de produits alimentaires sélectionnée pour être analysée afin d'estimer les caractéristiques de la totalité du lot, lorsque l'analyse de l'ensemble est impossible ou impraticable. | | Population | L'ensemble complet des objets ou des matières à partir duquel un échantillon est prélevé pour l'estimation de ses caractéristiques. | | Prélèvement élémentaire | Chacun des objets ou des portions de matière qui composent un échantillon. | | Effectif de l'échantillon (n) | Le nombre total de prélèvements élémentaires qui constituent un échantillon. | | Taux d'échantillonnage (n/N) | Le rapport entre l'effectif de l'échantillon (n) et l'effectif de la population (N), indiquant la proportion de la population représentée par l'échantillon. | | Représentatif | Une caractéristique essentielle de l'échantillon, signifiant qu'il doit être une image fidèle de l'ensemble du lot dont il est issu, reflétant son homogénéité ou son hétérogénéité. | | Intègre | Une caractéristique obligatoire de l'échantillon, garantissant que son état est préservé depuis le moment du prélèvement jusqu'à son analyse, sans altération ni contamination. | | Échantillons sélectifs | Échantillons prélevés spécifiquement pour confirmer des anomalies suspectées, suite à des plaintes ou des constatations, permettant d'identifier des aliments suspects grâce à des indices précis. | | Échantillons objectifs | Échantillons prélevés de manière systématique dans un lot dans le but de surveillance et de collecte de données, généralement réalisés en l'absence d'anomalies apparentes, sur des sites de production ou de vente. | | Asepsie | Ensemble des mesures visant à empêcher toute contamination microbienne lors des opérations de prélèvement ou d'analyse, afin de préserver la flore microbienne d'origine du produit. | | Plan d'échantillonnage | Une méthode planifiée et formalisée pour choisir et prélever des échantillons distincts d'un lot afin d'obtenir des informations précises et de prendre une décision sur la conformité globale du lot. | | Symbole n | Représente le nombre d'unités d'échantillonnage, c'est-à-dire la taille de l'échantillon à analyser. | | Symbole c | Représente le nombre maximal permis d'unités d'échantillonnage de qualité moyenne. Si ce nombre est dépassé, le lot est considéré comme inacceptable. | | Symbole m | Représente le nombre acceptable de microorganismes par gramme ou millilitre. Dans un plan à deux classes, il sépare les unités acceptables des inacceptables ; dans un plan à trois classes, il sépare les unités acceptables des unités de qualité moyenne. | | Symbole M | Représente le nombre inacceptable de microorganismes par gramme ou millilitre. Son dépassement indique des conditions inacceptables présentant un risque pour la santé. Il est utilisé dans les plans à trois classes pour distinguer les unités de qualité moyenne des unités inacceptables. | | Plan d'échantillonnage à deux classes | Permet de qualifier chaque unité d'échantillonnage comme acceptable ou non acceptable, sans tolérance. Le lot est jugé satisfaisant ou non satisfaisant. | | Plan d'échantillonnage à trois classes | Permet de qualifier chaque unité d'échantillonnage comme satisfaisante, acceptable (qualité moyenne) ou non satisfaisante, offrant une évaluation plus nuancée de la qualité du lot. | | Écouvillonnage | Une méthode de prélèvement de surface consistant à frotter une surface avec un écouvillon stérile imbibé d'une solution, puis à analyser la suspension obtenue. | | Rinçage | Méthode utilisée pour les récipients ou tuyauteries, impliquant l'introduction d'un volume de solution stérile, suivie d'une agitation et de la récupération de la solution pour analyse. | | Méthode des empreintes | Technique où un ruban adhésif stérile est appliqué sur une surface, puis transféré sur un milieu gélosé pour permettre le développement des colonies microbiennes. | | Prélèvement aseptique | Une technique de prélèvement visant à obtenir un échantillon sans contaminer le produit lui-même ou le lot d'origine, en respectant des règles d'hygiène strictes. | | Diluant stérile | Une solution préparée pour diluer l'échantillon et permettre la préparation de suspensions mères et de dilutions décimales pour l'analyse microbiologique. | | Suspension mère | La première suspension préparée en mélangeant une quantité définie d'échantillon avec un volume connu de diluant stérile. | | Dilutions décimales | Séries de dilutions réalisées à partir de la suspension mère, généralement par des facteurs de 10, pour obtenir des concentrations de microorganismes mesurables. |

# Indeling en basale kenmerken van micro-organismen Hieronder volgt een gedetailleerde samenvatting over de indeling en basale kenmerken van micro-organismen, speciaal samengesteld voor uw examenstudie. ## 1. Indeling en basale kenmerken van micro-organismen Microbiologie bestudeert micro-organismen, levende wezens die enkel met een microscoop waargenomen kunnen worden en variëren in grootte van nanometers tot micrometers. Deze organismen komen overal voor en spelen cruciale rollen in ecosystemen, zoals bodemvruchtbaarheid, menselijke gezondheid en waterzuivering [6](#page=6). ### 1.1 Groepen van micro-organismen Micro-organismen worden hoofdzakelijk ingedeeld in vijf groepen: bacteriën, algen, protozoa, fungi en virussen. Hoewel ze in grootte variëren en verschillende bestuderingstechnieken vereisen, delen ze het kenmerk dat ze klein zijn [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.1.1 Bacteriën en Archaea Bacteriën zijn prokaryote organismen, wat betekent dat ze geen echte celkern of membraanomgeven organellen bezitten. Sinds 1970 wordt onderscheid gemaakt tussen archaea (oer-bacteriën), vaak gevonden in extreme omgevingen en met een metabolisme dat meer verwant is aan eukaryoten, en (eu)bacteriën (echte bacteriën). Medisch belangrijke bacteriën en die gebruikt in humane toepassingen behoren tot de echte bacteriën. De (eu)bacteriën, archaea en eukaryoten vormen de drie domeinen van het leven, wat de basis is voor de indeling van de 'boom van het leven' die genetische verwantschap aantoont [7](#page=7) [8](#page=8). #### 1.1.2 Algen, Fungi en Protozoa Algen, fungi en protozoa zijn, net als planten en dieren, eukaryote organismen. Dit houdt in dat ze een echte celkern en membraanomgeven organellen hebben [7](#page=7). * **Algen:** Dit zijn diverse eukaryoten met een celwand die aan fotosynthese doen [7](#page=7). * **Protozoa:** Eéncellige eukaryoten zonder celwand die hun organisch materiaal heterotroof verkrijgen (dus niet aan fotosynthese doen) [7](#page=7). * **Fungi (Schimmels):** Deze hebben een celwand van chitine en zijn heterotroof. Ze worden onderverdeeld in ééncellige gisten en meercellige schimmels [7](#page=7). #### 1.1.3 Virussen Virussen zijn strikt genomen geen levende wezens omdat ze geen celstructuur hebben en zich niet zelfstandig kunnen voortplanten. Ze bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel en zijn niet terug te vinden in de 'boom van het leven' [8](#page=8). > **Tip:** De evolutie van eukaryoten uit prokaryoten via endosymbiose is een cruciaal concept. Let op de rol van kernvorming door instulping van de celmembraan en de opname van prokaryoten die mitochondriën en chloroplasten werden [10](#page=10) [11](#page=11). ### 1.3 Prokaryoten versus eukaryoten Het fundamentele verschil tussen prokaryoten en eukaryoten ligt in hun celstructuur en organisatie [9](#page=9). | Kenmerk | Prokaryoot | Eukaryoot | | :------------- | :--------------------------------------------- | :--------------------------------------------------------------------- | | Grootte | Kleiner | Groter | [10](#page=10). | DNA | Eén circulair DNA, los in cytoplasma | Meerdere lineaire DNA-moleculen, aanwezig in de celkern | [10](#page=10). | Organellen | Geen membraanomgeven organellen | Aanwezig, zoals kern, mitochondriën, chloroplasten | [10](#page=10). | Ribosomen | Klein (70S) | Groot (80S) | [10](#page=10). | Celwand | Complex | Eenvoudiger, indien aanwezig (bv. bij planten en fungi) | [10](#page=10). | Groepen | Bacteriën, Archaea | Algen, Protozoa, Fungi, Dieren, Planten | [10](#page=10). De endosymbiose-theorie verklaart het ontstaan van eukaryote celorganellen (mitochondriën en chloroplasten) uit opgenomen prokaryoten, wat ondersteund wordt door hun eigen DNA en 70S-ribosomen [10](#page=10) [11](#page=11). ### 1.4 Nomenclatuur Nomenclatuur, of naamgeving, zorgt voor een eenduidige benaming van levende organismen. Elke soort wordt aangeduid met een dubbele Latijnse naam [11](#page=11): * **Genusnaam:** De eerste naam, met een hoofdletter, verwijst naar het geslacht. Deze kan gebaseerd zijn op de ontdekker, een eigenschap of de vorm (bv. *Escherichia*, *Staphylococcus*, *Vibrio*) [11](#page=11). * **Soortnaam (specific epithet):** De tweede naam, met een kleine letter, is beschrijvend en kan verwijzen naar de vindplaats, kleur of vorm (bv. *aureus*, *coli*, *cholerae*) [11](#page=11). Vaak wordt de genusnaam afgekort tot de eerste letter (bv. *E. coli*, *S. aureus*). Latijnse namen worden in getypte teksten cursief gezet. Naast de wetenschappelijke namen worden in de microbiologie ook triviaalnamen gebruikt (bv. 'gonokok' voor *Neisseria gonorrhoeae*) [11](#page=11). ### 1.5 Taxonomie Taxonomie richt zich op het rangschikken van organismen in groepen op basis van hun gelijkenissen en verschillen. Dit leidt tot een classificatie die de genetische verwantschap weerspiegelt, met de drie domeinen (bacteriën, archaea, eukaryoten) als eerste onderverdeling. Voor verdere classificatie worden verschillende technieken gebruikt [12](#page=12) [8](#page=8): * **Morfologie:** Bestudeert de vorm en structuur van organismen, zowel inwendig als uitwendig, zoals celvorm en de inplanting van zweepdraden. Kleuringen (bv. Gram-kleuring) en het uitzicht van kolonies op voedingsbodems zijn hierbij behulpzaam, maar structurele gelijkenissen wijzen niet altijd op verwantschap [12](#page=12). * **Biochemische testen:** Differentiatie op basis van groeivoorwaarden (bv. zuurstofbehoefte, optimale temperatuur en pH) en biochemische kenmerken (metabolieten, enzymproductie, koolstofbron-voorkeur, fermentatieproducten). Deze testen zijn vaak vereenvoudigd tot kleurreacties of teststrips voor snelle identificatie [12](#page=12). * **Serologie:** Onderzoekt de reactie van organismen met specifieke antistoffen, wat cruciaal is voor identificatie [12](#page=12). * **Genetische analyse (DNA-sequencing):** Spoort specifieke sequenties in het DNA op om genetische overeenkomsten te evalueren. Dit is de meest gebruikte methode om verwantschappen te bepalen en vormt de basis voor fylogenetische bomen [13](#page=13). > **Tip:** Herken dat morfologische kenmerken nuttig zijn, maar dat biochemische en genetische methoden noodzakelijk zijn voor een betrouwbare classificatie vanwege het risico op convergente evolutie. --- # Morfologie, bouw en groei van bacteriën Dit deel behandelt de diverse vormen van bacteriën, de structuur van de bacteriecel (cytoplasma, kernzone, membraan, celwand, flagellen, etc.), hun reproductie via binaire deling, en de verschillende groeifasen in een batch cultuur. ### 2.1 Bacteriële vorm De morfologie bestudeert de vorm van organismen en vereist microscopisch onderzoek. Een standaard lichtmicroscoop is voldoende om bacteriën (1-20 µm) zichtbaar te maken, maar kleuringen zijn nodig voor beter contrast. Enkelvoudige kleuringen visualiseren de algemene vorm en groepering, terwijl differentiële kleuringen zoals de gramkleuring onderscheid maken tussen bacterietypes. Omdat levende cellen niet gekleurd kunnen worden, worden bacteriën meestal gefixeerd met hitte, wat ze doodt maar hun vorm zichtbaar maakt [30](#page=30). Hoewel morfologisch identieke bacteriën sterk kunnen verschillen in eigenschappen, is de morfologische variëteit beperkt. Identificatie gebeurt daarom voornamelijk op basis van metabolisme, met name het energiemetabolisme [30](#page=30). #### 2.1.1 Indeling naar uitwendige vorm Bacteriën worden ingedeeld in vier hoofdcategorieën op basis van hun uitwendige vorm [30](#page=30): * **Kokken:** Bolronde cellen. * **Monokokken:** Alleenstaande bollen [31](#page=31). * **Diplokokken:** Twee bollen, soms met slijmlaag (bv. *Neisseria gonorrhoeae*, *Neisseria meningitidis*) [31](#page=31). * **Streptokokken:** Ketens van bollen (bv. *Streptococcus pyogenes*) [31](#page=31). * **Stafylokokken:** Trossen (bv. *Staphylococcus aureus*) [31](#page=31). * **Tetraden:** Groepen van vier bollen in een vierkant (bv. *Gaffkya*) [32](#page=32). * **Sarcina:** Groepen van acht bollen in een kubus (bv. *Sarcina ventriculi*) [32](#page=32). * **Bacillen:** Staafvormige bacteriën. * **Monobacillen:** Alleenstaande staafjes (meest voorkomend) (bv. *Pseudomonas aeruginosa*, *Escherichia coli*, *Salmonella species*) [32](#page=32). * **Streptobacillen:** Ketens van staafjes (bv. *Bacillus cereus*) [32](#page=32). * **Spiraalvormige bacteriën:** Helicoïdale structuur. * **Spirillen:** Dikker, rigide celwand, uitwendige polaire flagellen (bv. *Campylobacter jejuni*) [33](#page=33). * **Spirochaeten:** Langer, dunner, flexibel, interne zweepdraad (bv. *Treponema pallidum*, *Borrelia burgdorferi*) [33](#page=33). * **Vibrio:** Kommavormig, gedeeltelijke draaiing (bv. *Vibrio cholerae*) [33](#page=33). * **Filamenteuze bacteriën:** Groeien als vertakte filamenten, vergelijkbaar met schimmels. Kunnen uiteenvallen in kokken of bacillen. Belangrijke producenten van antibiotica (bv. *Actinomyces*) [33](#page=33). #### 2.1.2 Afmetingen van bacteriën * Kokken: diameter 1 µm [33](#page=33). * Bacillen: diameter 0.5-1 µm, lengte 1-3 µm [33](#page=33). * Spirillen: diameter 1.5 µm, lengte 15 µm [33](#page=33). * Spirochaeten: diameter 0.15 µm, lengte tot 300 µm [33](#page=33). Bacteriën zijn kleiner dan eukaryoten omdat ze geen kern of celorganellen hebben, wat resulteert in een grotere oppervlakte/volume verhouding voor snellere opname en vermenigvuldiging [33](#page=33). ### 2.2 Bouw van de bacteriecel De bacteriecel bestaat uit het cytoplasma, de kernzone, de cytoplasmatische membraan, de celwand, een eventuele slijmlaag en zweepdraden [34](#page=34). #### 2.2.1 Het cytoplasma Het cytoplasma is een viskeuze, waterige massa (>90% water) omgeven door de membraan en celwand. Het bevat de kernzone, ribosomen, en soms korrels (inclusies/granules) met reservemateriaal (vetten, koolhydraten, fosfaten, zwavel) dat osmotisch inactief is. Het celmetabolisme vindt hier plaats, wat cruciaal is voor identificatie [34](#page=34). ##### 2.2.1.1 Ribosomen Bacteriële ribosomen zijn van het 70S-type, opgebouwd uit 30S en 50S componenten, in tegenstelling tot eukaryote 80S ribosomen. De Svedberg-eenheid (S) geeft de sedimentatiesnelheid aan. Ribosomen, bestaande uit rRNA en eiwitten, zijn de site van eiwitsynthese (translatie). Ze binden aan mRNA om eiwitten te produceren. Antibiotica kunnen de eiwitsynthese remmen door zich aan 70S ribosomen te binden, wat ze nuttig maakt tegen bacteriën maar niet tegen eukaryote cellen [34](#page=34). ##### 2.2.1.2 Koolhydraten en vetten als reserve * **Koolhydraten:** Zetmeel of glycogeen, polymeren van glucose, opgeslagen als korreltjes en kleurbaar met lugol [35](#page=35). * **Vetten:** Poly-β-hydroxyboterzuur bij bacteriën, in tegenstelling tot triglyceriden bij eukaryoten. Zichtbaar als lichtbrekende korrels en kleurbaar met sudanzwart [35](#page=35). Bacteriën slaan óf koolhydraten óf vetten op, soms beide. Actieve cellen hebben weinig reserves, maar bouwen deze op bij groeiremming [36](#page=36). ##### 2.2.1.3 Anorganische granules * **Volutinekorrels:** Bevatten polyfosfaten, energierijke moleculen voor nucleïnezuur- en fosfolipidensynthese. Worden gebruikt voor fosfaatverwijdering uit afvalwater [36](#page=36). * **Zwavelglobules:** Opgehoopte zwavel door oxidatie van sulfide, dient als energiebron. Wordt verder geoxideerd tot sulfaat [36](#page=36). #### 2.2.2 De cytoplasmatische membraan De bacteriemembraan bestaat voor 50% uit fosfolipiden en 50% uit eiwitten. Fosfolipiden hebben een hydrofiele kop en twee hydrofobe staarten, wat de vorming van een dubbellaag mogelijk maakt. Bacteriële membranen bevatten meer en diversere eiwitten dan eukaryote membranen. De 8 nm dikke membraan bepaalt sterk de cel eigenschappen [36](#page=36) [37](#page=37). Functies van de membraan: * **Barrière en transport:** Semi-permeabel, reguleert in- en uitgaande stoffen [38](#page=38). * **Passief transport:** Diffusie door de lipidedubbellaag of via carriers/kanalen (bv. O₂, H₂O, CO₂) [38](#page=38). * **Actief transport:** Tegen concentratiegradiënt in, met ATP-verbruik (bv. H⁺ pomp, Na⁺, glucose) [38](#page=38). * **Energieproductie:** Elektrontransportketen vindt hier plaats, vergelijkbaar met mitochondriën in eukaryoten [39](#page=39). * **DNA-replicatie, lipide- en celwandsynthese:** Deze processen vinden plaats aan de membraan door het ontbreken van specifieke organellen [39](#page=39). Eiwitdenaturerende factoren (alcoholen, detergenten) en sommige antibiotica kunnen de membraanfunctie verstoren [39](#page=39). #### 2.2.3 De kernzone (nucleoïde) Bacteriën missen een echte kern; hun DNA bevindt zich in de kernzone (nucleoïde). DNA is een dubbelstrengs, spiraalvormig molecuul bestaande uit nucleotiden (deoxyribose, fosfaat, stikstofbase: A, T, G, C). De ketens zijn antiparallel, met waterstofbruggen tussen basenparen (AT, GC). Een gen is een DNA-segment dat codeert voor een eiwit [39](#page=39). RNA is enkelstrengig en bestaat uit nucleotiden met ribose, fosfaat en basen A, U, G, C. Er zijn drie typen: mRNA (draagt genetische code voor eiwitsynthese), rRNA (onderdeel van ribosomen) en tRNA (transporteert aminozuren) [40](#page=40). Het bacteriële genoom bestaat meestal uit één circulair chromosoom met maximaal 5.10⁶ basenparen (ca. 5000 genen). DNA-replicatie verloopt via DNA-polymerase vanaf één oorsprongspunt, waarbij helicase de dubbele helix ontwindt en nieuwe complementaire strengen worden gesynthetiseerd. Transcriptie produceert mRNA, gevolgd door translatie op de ribosomen om eiwitten te vormen. DNA-gyrase speelt een cruciale rol bij het opwinden (superhelix) en ontwinden van het DNA voor replicatie, transcriptie en na replicatie. Sommige antibiotica remmen DNA-gyrase. In tegenstelling tot eukaryoten (gewikkeld rond histonen), ligt bacterieel DNA naakt in het cytoplasma [41](#page=41) [42](#page=42). Introns, niet-coderende sequenties, komen voornamelijk bij eukaryoten voor. Bij prokaryoten kunnen transcriptie en translatie gekoppeld optreden omdat het DNA zich in het cytoplasma bevindt [43](#page=43). Naast het chromosoom kunnen bacteriën plasmiden bevatten: kleine, circulaire, extrachromosomale DNA-moleculen met 10-150 genen die speciale eigenschappen coderen, zoals antibioticaresistentie. Plasmiden worden via conjugatie uitgewisseld en zijn van groot belang in de biotechnologie [43](#page=43). Tabel 2: Vergelijking tussen DNA in eu- en prokaryoten [44](#page=44). #### 2.2.4 De celwand Alle prokaryoten (behalve mycoplasma's en sommige archaea) hebben een celwand, die de celvorm, stevigheid en bescherming biedt. Bij bacteriën is peptidoglycaan (mureïne) de basale structuur, een polymeer van N-acetylglucosamine (G) en N-acetylmuraminezuur (M) met peptideketens. Dit vormt een stevig driedimensionaal netwerk dat osmotische druk kan weerstaan. Lysozym kan de glycosidische bindingen hydrolyseren, en penicilline verhindert de vorming van peptidecrosslinks, wat cellysis kan veroorzaken [45](#page=45) [46](#page=46). Het onderscheid tussen grampositieve en gramnegatieve bacteriën is gebaseerd op de celwandsamenstelling [46](#page=46). * **Grampositieve bacteriën:** Dikke peptidoglycaanlaag (20-50 nm) met teichoïnezuur, dat mogelijk dient voor hechting aan de membraan. Lipoteichoïnezuur heeft een vetzuur voor verankering in de membraan [47](#page=47). * **Gramnegatieve bacteriën:** Zeer dunne peptidoglycaanlaag (2-3 nm) omgeven door een buitenmembraan. De periplasmatische ruimte tussen membraan en buitenmembraan bevat de peptidoglycaanlaag en verteringscomponenten. De buitenmembraan bestaat uit een lipide-dubbellaag met fosfolipiden, lipoproteïnen, porines (transport van kleine moleculen) en lipopolysachariden (LPS) [48](#page=48). * **Lipopolysachariden (LPS):** Bestaan uit O-antigen (induceert antistoffen), core polysacharide en Lipide A (endotoxine) [48](#page=48). De gramkleuring, ontwikkeld door Gram, maakt onderscheid mogelijk: 1. Kleuring met kristalviolet. 2. Behandeling met lugol vormt een complex. 3. Ontkleuring met ethanol verwijdert het complex uit gramnegatieven, maar niet uit grampositieven vanwege de dikke peptidoglycaanlaag [50](#page=50). 4. Tegenkleuring met safranine kleurt de gramnegatieven rood; grampositieven behouden hun paarse kleur [51](#page=51). * **Tip:** Oude culturen kunnen hun gramkarakter wijzigen; verse culturen zijn essentieel [52](#page=52). Grampositief: Meeste kokken, sommige bacillen (*Lactobacillus*), filamenteuze bacteriën [52](#page=52). Gramnegatief: Sommige kokken (*Neisseria*), gramnegatieve bacillen (*Enterobacterales*), spiraalvormigen [52](#page=52). * **Mycoplasma:** Geen celwand, fragiel, leven intracellulair. Ze kleuren gramnegatief maar zijn niet te classificeren als kokken of bacillen [52](#page=52). * **Mycobacteriën:** Hebben een specifieke celwand met mycolzuren die gramkleuring verhindert. Ze worden opgespoord met zuurvaste kleuring [53](#page=53). #### 2.2.5 Slijmlaag of kapsel Een viskeuze laag (slijmlaag: flexibel, kapsel: stijf) aan de buitenkant van de celwand, bestaande uit polysachariden of een mengsel van polysachariden en eiwitten [53](#page=53). Functies: * **Bescherming:** Tegen uitdroging, fagocytose [54](#page=54). * **Reservevoedselopslag:** Extracellulair [54](#page=54). * **Hechting:** Helpt aan oppervlakken (bv. *Streptococcus mutans* bij tandcariës) [54](#page=54). * **Biofilmvorming:** Creëert een laag micro-organismen aan een oppervlak [54](#page=54). Diktes >0.2 µm zijn zichtbaar met een lichtmicroscoop, beter na negatieve kleuring met nigrosine. Bacteriën met een kapsel vormen S-type (smooth) kolonies; dunne slijmlagen geven R-type (rough) kolonies. Xanthaan, een verdikkingsmiddel, wordt geïsoleerd uit de slijmlaag van *Xanthomonas campestris* [54](#page=54). #### 2.2.6 Flagellen en fimbriae * **Flagellen (zweepdraden):** Lange, draadvormige uitsteeksels voor beweging, voornamelijk bij staafvormigen en spirillen. Bestaan uit flagelline [55](#page=55). * **Bouw:** Ontspringen uit basale lichaampjes in de celwand en membraan. Roterende beweging als propeller [55](#page=55). * **Aantal en inplanting:** Monotriche (één polaire), amfitriche (één aan elke pool), lofotriche (meerdere polair), peritriche (rondom) [56](#page=56). * **Detectie:** Fasecontrastmicroscopie of specifieke kleuringen. Motiliteit wordt getest in levende preparaten of halfvloeibare agar [56](#page=56). * **Pili (fimbriae, trilharen):** Korte, draadvormige uitsteeksels, voornamelijk bij gramnegatieven. Gemaakt van piline, talrijk, kort en dun [57](#page=57). * **Functies:** Hechting, soms beweging [57](#page=57). * **Sexpili:** Lange pili voor DNA-overdracht (conjugatie) [57](#page=57). * **Detectie:** Elektronmicroscoop [57](#page=57). Sommige bacteriën bewegen via gasvacuolen of door glijden over een oppervlak via secretie van polysachariden. Actieve, gerichte beweging als reactie op een prikkel is taxis (bv. fototaxis, chemotaxis) [58](#page=58). #### 2.2.7 Endosporen Bepaalde bacteriën (vooral grampositieven zoals *Bacillus* en *Clostridium*) kunnen zich omvormen tot endosporen in ongunstige omstandigheden. Dit is een inactieve, niet-reproductieve staat met minimaal metabolisme. Endosporen zijn zeer resistent tegen hitte, koude, droogte en chemicaliën dankzij een dikke sporewand en laag watergehalte. Bij normalisatie van de omstandigheden ontkiemen ze tot vegetatieve cellen. Sporen kunnen uren koken weerstaan en vereisen autoclaveren (120°C, 15 min) voor vernietiging. Tyndalisatie is een alternatief voor hittegevoelige producten [59](#page=59) [60](#page=60). * **Tip:** Endosporen mogen niet verward worden met schimmelsporen, die voortplantingsstructuren zijn [59](#page=59). ### 2.3 Bacteriële deling Bacteriën vermenigvuldigen zich voornamelijk via binaire deling (fissie). De moedercel groeit, verdubbelt haar DNA, en splitst zich in twee identieke dochtercellen. DNA-replicatie vereist relaxatie van de superhelix door DNA-gyrase. De celwand wordt continu bijgemaakt tijdens de deling, wat een doelwit is voor antibiotica zoals penicilline [62](#page=62) [63](#page=63). Het delingsvlak bepaalt de groeperingswijze: deling in hetzelfde vlak leidt tot diplokokken of streptokokken; willekeurige delingen leiden tot stafylokokken [63](#page=63). #### 2.3.1 Generatietijd Onder optimale omstandigheden is de tijd tussen twee delingen constant: de generatietijd (g). Voor *E. coli* is dit 18 minuten, voor *Mycobacterium tuberculosis* 15 uur. Milieuomstandigheden beïnvloeden de generatietijd aanzienlijk [64](#page=64). #### 2.3.2 Bacteriële groei Microbiële groei verwijst naar de toename van het aantal cellen in een populatie [65](#page=65). ##### 2.3.2.1 Groeicurve (batch cultuur) Bij inoculatie in een afgesloten voedingsbodem (batch cultuur) doorloopt de groei vier fasen, zichtbaar door het logaritme van het aantal levende cellen in functie van de tijd [65](#page=65). * **Latente (lag) fase:** Periode tussen inoculatie en start van groei. Geen toename van cellen; bacteriën wennen aan het medium. Duurt kort bij vergelijkbare omstandigheden [66](#page=66). * **Log fase (exponentiële fase):** Cellen groeien aan maximale, constante snelheid bepaald door de generatietijd. Dit wordt weergegeven door de formule $N_t = N_0 \times 2^n$ of $\log N_t = \log N_0 + n \log 2$. Het medium raakt uitgeput en metabolieten stapelen zich op, waardoor deze fase beperkt is [66](#page=66). * **Stationaire fase:** Aantal levende cellen is constant. Geboorte- en sterftecijfers zijn gelijk. Dit gebeurt door voedseltekort en toxische metabolieten. Alleen de sterkste cellen overleven [66](#page=66). * **Log sterfte fase:** Cellen sterven logaritmisch af doordat het medium volledig is uitgeput en reserves zijn opgebruikt [66](#page=66). ### 2.4 Morfologische classificatie Bacteriën worden ingedeeld op basis van vorm en gramtype [61](#page=61): Tabel 3: Indeling van bacteriën op basis van morfologie [61](#page=61). * **Kokken:** * Streptokokken (+), ketens, bv. *Streptococcus pyogenes*. * Stafylokokken (+), trossen, bv. *Staphylococcus aureus*. * Sarcina (+), per 8, bv. *Sarcina lutea*. * *Neisseria* (-), paren, bv. *Neisseria meningitidis*. * *Veillonella* (-), klein, paren/trossen, bv. *Veillonella parvula*. * **Bacillen:** * Zuurvaste bacillen (nvt), bv. *Mycobacterium tuberculosis*. * Grampositieve sporenvormers (+), bv. *Bacillus* (bv. *B. anthrax*), *Clostridium* (bv. *C. tetani*). * Grampositieve niet-sporenvormers (+), bv. *Corynebacterium diphtheriae*, *Lactobacillus*, *Listeria*. * Gramnegatieve bacillen (-), bv. *Pseudomonas*, *Enterobacterales* (bv. *Escherichia coli*, *Salmonella Typhi*). * **Vibrionen:** (-), bv. *Vibrio cholerae*. * **Spirillen:** (-), bv. *Campylobacter jejuni*. * **Spirochaeten:** (-), bv. *Borrelia*, *Treponema*. * **Mycoplasma’s:** (-), bv. *Mycoplasma pneumoniae*. * **Filamenteuze bacteriën:** (+), bv. Actinomyceten. --- # Bacteriële identificatie en metabolisme Dit onderwerp verkent de methoden voor bacteriële identificatie, inclusief morfologische en biochemische kenmerken, en beschrijft de fundamentele metabole processen zoals ademhaling, fermentatie en fototrofie, evenals de invloed van cultuurvoorwaarden [65-118. ### 3.1 Bacteriële groei Microbiële groei wordt gedefinieerd als de toename van het aantal cellen in een populatie. In een batchcultuur (afgesloten medium) doorloopt een bacteriële populatie vier fasen [66](#page=66): * **Latente (lag) fase:** De periode tussen inoculatie en de start van de groei, waarin de bacteriën zich aanpassen aan het nieuwe medium [66](#page=66). * **Log (exponentiële) fase:** Cellen groeien aan een maximale en constante snelheid, bepaald door de generatietijd. Deze fase is kort door uitputting van het medium en opstapeling van metabolieten. De relatie tussen het aantal cellen ($N_t$) op tijdstip $t$, het oorspronkelijke aantal cellen ($N_0$) en het aantal delingen ($n$) wordt gegeven door [66](#page=66): $$N_t = N_0 \times 2^n$$ of in logaritmische vorm: $$ \log N_t = \log N_0 + n \log 2 $$. De generatietijd ($g$) relateert de tijd ($t$) aan het aantal delingen ($n$) door $t = n \cdot g$ [65](#page=65) [66](#page=66). * **Stationaire fase:** Het aantal levende cellen is constant doordat de sterfte gelijk is aan de groei, veroorzaakt door gebrek aan voedingsstoffen en toxische metabolieten [66](#page=66). * **Log sterfte fase:** Cellen sterven logaritmisch af door uitputting van het medium en de opgebruikte reservematerialen [66](#page=66). > **Tip:** De duur van de lagfase wordt beïnvloed door de omstandigheden van de vorige cultuur, de grootte van het inoculum en of het inoculum uit de logfase afkomstig is [66](#page=66). Een continue cultuur, met continue aanvoer van vers medium en afvoer van oud medium, zorgt voor constante, optimale omstandigheden en voortdurende groei aan maximale snelheid [67](#page=67). ### 3.2 Metabolisme Metabolisme omvat alle chemische reacties in een cel en wordt onderverdeeld in anabolisme (opbouw) en katabolisme (afbraak) [68](#page=68). * **Katabolisme:** Afbraak van grote moleculen tot kleinere, waarbij energie wordt vrijgezet en opgeslagen als ATP. Dit gebeurt via de overdracht van elektronen naar een elektronenacceptor [68](#page=68). * **Anabolisme:** Opbouw van grote moleculen uit kleine, waarbij ATP wordt verbruikt [68](#page=68). Organismen worden geclassificeerd op basis van hun koolstofbron en energiebron [69](#page=69) [70](#page=70): * **Koolstofbron:** * **Autotrofen:** Gebruiken anorganische koolstofbronnen, voornamelijk CO$_{2}$ [69](#page=69). * **Heterotrofen:** Gebruiken organische koolstofbronnen zoals suikers, vetten en eiwitten [69](#page=69). * **Energiebron:** * **Fototrofen:** Verkrijgen energie uit licht [69](#page=69). * **Chemotrofen:** Verkrijgen energie uit chemische verbindingen. Chemotrofen worden verder onderverdeeld in [69](#page=69): * **Chemo-organotrofen:** Halen energie uit organische verbindingen door oxidatie, wat leidt tot ATP-aanmaak. Dit kan via aërobe ademhaling, anaërobe ademhaling of fermentatie. Deze zijn altijd heterotroof [70](#page=70). * **Chemo-lithotrofen:** Halen energie uit de oxidatie van anorganische verbindingen (bv. H$_{2}$, H$_{2}$S, NH$_{3}$, Fe$^{2+}$). Dit komt enkel voor bij prokaryoten en ze zijn meestal autotroof [70](#page=70). #### 3.2.1 Oxidatieprocessen Vier hoofdprocessen winnen energie: ademhaling, fermentatie, fototrofie en fotosynthese [72](#page=72). * **Ademhaling (respiratie):** Omzetting van energie uit verbindingen in ATP [72](#page=72). * **Aërobe ademhaling:** Vereist zuurstof (O$_{2}$) als finale elektronacceptor. Elektronen worden via een elektrontransportketen (in het cytoplasmamembraan bij prokaryoten) overgedragen, waarbij protonen over de membraan worden gepompt en ATP wordt gesynthetiseerd via ATP-synthase [72](#page=72). * **Anaërobe ademhaling:** Gebruikt andere finale elektronacceptoren dan O$_{2}$, zoals nitraat, sulfaat of CO$_{2}$. De energieopbrengst is lager dan bij aërobe ademhaling [72](#page=72). * **Fermentatie (gisting):** Een proces waarbij ATP rechtstreeks uit organische bestanddelen (meestal suikers) wordt geproduceerd wanneer externe elektronacceptoren niet beschikbaar zijn. Het organische molecuul dient zowel als elektrondonor als -acceptor. De ATP-opbrengst is veel lager dan bij respiratie. Belangrijke typen zijn [73](#page=73): * Melkzuurfermentatie [74](#page=74). * Gemengde zuurfermentatie [74](#page=74). * Ethanolfermentatie [74](#page=74). * Propionzuurfermentatie [74](#page=74). * **Fototrofie:** Organismen die lichtenergie gebruiken. Pigmentmoleculen absorberen licht, slaan elektronen aan en gebruiken deze energie om een protonengradiënt op te bouwen, wat leidt tot ATP-synthese [74](#page=74). * **Fotosynthese:** Lichtenergie wordt gebruikt om ATP aan te maken, dat vervolgens dient voor de synthese van organische moleculen uit CO$_{2}$ [75](#page=75). * **Oxygene fotosynthese:** Produceert O$_{2}$ (bv. planten, algen, cyanobacteriën) [75](#page=75). * **Anoxygene fotosynthese:** Produceert geen O$_{2}$ (bv. purperen en groene bacteriën), die andere elektrondonoren gebruiken zoals H$_{2}$S [75](#page=75). ### 3.3 Cultuurvoorwaarden Diverse uitwendige factoren beïnvloeden bacteriële groei [75](#page=75). * **Temperatuur:** Elke bacterie heeft een temperatuursinterval (minimum, optimum, maximum) voor groei [75](#page=75). * **Psychrofielen:** Optimum < 20°C [76](#page=76). * **Mesofielen:** Optimum tussen 20-40°C (inclusief menselijke pathogenen) [76](#page=76). * **Thermofielen:** Optimum tussen 40-80°C [76](#page=76). * **Hyperthermofielen:** Optimum > 80°C [76](#page=76). * **Thermotolerante:** Groeien bij lage en hoge temperaturen [76](#page=76). Klinische laboratoria stellen broedstoven vaak in op 37°C [77](#page=77). * **pH:** Bacteriële groei is afhankelijk van het pH-interval. * **Neutrofielen:** Optimum pH 5.5-8.0 [77](#page=77). * **Acidofielen:** Optimum pH < 5.5 [77](#page=77). * **Alkalifielen:** Optimum pH > 8.0 [77](#page=77). De cytoplasmatische pH blijft meestal tussen 6 en 7. Voedingsbodems worden vaak gebufferd om pH-schommelingen te stabiliseren [77](#page=77). * **Zuurstofconcentratie:** Gebaseerd op zuurstofbehoefte worden bacteriën ingedeeld [78](#page=78): * **Obligaat/strikt aërobe:** Hebben zuurstof nodig en doen aan aërobe respiratie. Gevoelig voor H$_{2}$O$_{2}$, bezitten enzymen om dit af te breken. Groeien aan de lucht-water interface [78](#page=78). * **Obligaat/strikt anaërobe:** Kunnen niet groeien in aanwezigheid van zuurstof. Gebruiken fermentatie of anaërobe respiratie. Kunnen H$_{2}$O$_{2}$ niet afbreken en sterven hierdoor. Groeien onderaan in het medium [79](#page=79). * **Facultatief anaërobe:** Groeien met of zonder zuurstof door zowel aërobe als anaërobe metabolisme. Produceren meer ATP via aërobe respiratie, wat leidt tot grotere groei aan de top van de buis. Bezitten H$_{2}$O$_{2}$-neutraliserende enzymen [79](#page=79). * **Micro-aerofiele:** Hebben zuurstof nodig maar te hoge concentraties zijn toxisch. Groeien bij lagere O$_{2}$-concentraties dan in lucht. Bezitten H$_{2}$O$_{2}$-neutraliserende enzymen [79](#page=79). * **Aerotolerante:** Doen aan fermentatie of anaërobe respiratie, maar zijn niet vergiftigd door zuurstof. Groeien overal even sterk en bezitten H$_{2}$O$_{2}$-neutraliserende enzymen [79](#page=79). Superoxide anionen (O$_{2}^{-}$) en waterstofperoxide (H$_{2}$O$_{2}$) zijn toxische bijproducten van zuurstofmetabolisme. Superoxide dismutase zet O$_{2}^{-}$ om in H$_{2}$O$_{2}$, en katalase zet H$_{2}$O$_{2}$ om in water en O$_{2}$ [80](#page=80). * **Osmotische effecten:** Beïnvloed door de concentratie aan opgeloste stoffen [81](#page=81). * **Isotone oplossing:** Gelijke concentratie aan opgeloste stoffen [81](#page=81). * **Hypertone oplossing:** Hogere concentratie in medium, leidt tot waterverlies en celkrimp (plasmolyse) [81](#page=81). * **Hypotone oplossing:** Lagere concentratie in medium, leidt tot wateropname en zwelling van de cel. Bacteriën zijn beter bestand tegen lysis dan dierlijke cellen door hun celwand [82](#page=82). Halofiele micro-organismen vereisen hoge zoutconcentraties, terwijl halotolerante micro-organismen bij zowel standaard als hogere zoutconcentraties groeien. Osmosiele micro-organismen groeien goed in hoge suikerconcentraties [81](#page=81). ### 3.4 Voedingsbodems Voedingsbodems voorzien micro-organismen van noodzakelijke nutriënten voor groei [83](#page=83). * **Ingrediënten:** * **Koolstofbron:** Essentieel voor celcomponenten [83](#page=83). * **Stikstofbron:** Kan anorganisch (bv. NH$_{4}^{+}$, NO$_{3}^{-}$, N$_{2}$) of organisch (aminozuren, nucleïnezuren) zijn. Stikstoffixatie is het proces waarbij N$_{2}$ wordt gereduceerd tot ammonium. Peptonen zijn gezuiverde stikstofbronnen [83](#page=83) [84](#page=84). * **Groeifactoren:** Organische componenten nodig voor specifieke organismen (bv. vitamines) [83](#page=83). * **Gistextract:** Rijke bron van aminozuren, peptiden, vitamines, koolhydraten en zouten [84](#page=84). * **Koolhydraten:** Gebruikt als energiebron en om groei te versnellen. Koolhydraatvergisting is belangrijk voor differentiatie [84](#page=84). * **Bloed en serum:** Nodig voor moeilijk te kweken micro-organismen, toegevoegd na sterilisatie van het medium [85](#page=85). * **Buffers:** Stabiliseren de pH [85](#page=85). * **NaCl:** Gebruikt voor gepaste osmotische druk [85](#page=85). * **Vaste en vloeibare bodems:** * **Vloeibaar medium (bouillon):** Stoffen zijn opgelost; groei zichtbaar als neerslag, vlies of troebeling. Gebruikt voor snelle kweek of bestudering van mobiliteit en zuurstofbehoefte [86](#page=86). * **Vast medium:** Groei zichtbaar als kolonies (zichtbare celhopen uit één moedercel). Gebruikt voor identificatie, het verkrijgen van reinculturen en tellingen. Typische kenmerken van kolonies zijn vorm, dikte, kleur, rand en consistentie. Vaste media worden verkregen door toevoeging van waterbindende stoffen zoals agar (polysacharide, smelt bij 90°C) of gelatine (eiwit, smelt bij 22°C). Silica-gel wordt gebruikt voor autotrofe bacteriën. Vaste media kunnen als agarplaat, schuine agarbodem (slant) of rechte agarbodem (stab, deep) worden aangeboden [86](#page=86) [87](#page=87). * **Halfvast medium:** Bevat 0.5% agar, gebruikt voor bepaling van motiliteit en zuurstofbehoefte [88](#page=88). * **Indeling voedingsbodems op basis van samenstelling:** * **Gedefinieerd medium:** Exact gekende chemische samenstelling [89](#page=89). * **Complex medium:** Exacte samenstelling onbekend door toevoeging van extracten [89](#page=89). * **Algemene/universele voedingsbodem:** Rijk medium voor groei van een breed scala aan micro-organismen (bv. nutriëntagar, bloedagar) [89](#page=89). * **Selectieve voedingsbodem:** Onderrukt groei van specifieke bacteriën om andere te isoleren (bv. MacConkey agar, Mannitol Salt Agar) [89](#page=89). * **Differentiële voedingsbodem:** Maakt onderscheid tussen bacteriesoorten met behulp van indicatoren (bv. MacConkey agar, Mannitol Salt Agar, bloedagar) [89](#page=89). * **MacConkey agar:** Selectief (remt grampositieve bacteriën) en differentiërend (onderscheid tussen lactose-fermentoren (roze kolonies) en non-fermentoren (witte kolonies)) [89](#page=89) [90](#page=90). * **Mannitol Salt agar (MSA):** Selectief (hoge zoutconcentratie remt gramnegatieven, selecteert stafylokokken) en differentiërend (mannitolfermentatie: gele kolonies; geen fermentatie: rode kolonies) [91](#page=91) [92](#page=92). * **Bloedagar:** Universeel en differentiërend (hemolyse: α-groen/bruin, β-helder, γ-geen verkleuring) [91](#page=91) [93](#page=93). ### 3.5 Aanleggen van een reincultuur Een uitzuiveringsent op een vaste bodem leidt tot gescheiden kolonies, die gebruikt worden voor het aanleggen van een reincultuur [93](#page=93). ### 3.6 Kweken van anaerobe bacteriën Speciale technieken zijn nodig om zuurstof uit te sluiten of te verminderen, zoals volledig gevulde, luchtdicht afgesloten media, toevoeging van reductoren (bv. thioglycolaat), of gebruik van anaerobe containers (bv. Gaspack systeem) [94](#page=94). ### 3.7 Bewaren van bacteriën * **Koelkast (4°C):** Enkele weken houdbaar [95](#page=95). * **Invriezen (-20°C tot -80°C):** Gebruik van cryoprotectanten zoals glycerol (20%) beschermt tegen vriesbeschadiging. Vloeibare stikstof (-196°C) voor lange bewaartijden [96](#page=96). * **Vriesdrogen (lyofilisatie):** Langdurige bewaring (jaren) met speciale apparatuur en cryoprotectanten (bv. sucrose) [96](#page=96). ### 3.8 Teltechnieken * **Telkamer:** Directe microscopische telling in een volume-eenheid. Nadeel: dode cellen worden meegeteld [97](#page=97). * **Kiemgetal:** Aantal levende micro-organismen per volume/gewicht (CFU). Gebruikt verdunningen en plating (spreid- of gietplaatmethode). Betrouwbaar resultaat tussen 30-300 kolonies per plaat [97](#page=97) [98](#page=98). * **Microbiële oppervlakteanalyses:** * **RODAC plaat:** Voor vlakke oppervlakken, drukplaat met agar [98](#page=98). * **Swabbing:** Met een bevochtigde swab voor onregelmatige oppervlakken, gevolgd door resuspensie en plating [99](#page=99). ### 3.9 Bacteriële identificatie Identificatie verloopt in stappen: reincultuur, groeiwijze kolonies, gramkleuring, morfologische kenmerken (vorm, grootte) en enzymtesten (katalase, oxidase) . #### 3.9.1 Groeiwijze van bacteriën kolonies Het uiterlijk en de geur van kolonies zijn typerend voor bacteriesoorten. Groei in vloeibaar of halfvloeibaar medium geeft informatie over zuurstofbehoefte en motiliteit . #### 3.9.2 Gramkarakter en andere morfologische kenmerken * **Gramkleuring:** Grampositief kleurt blauwpaars, gramnegatief roze/rood. Bepaalt ook vorm, grootte en onderlinge ligging (kokken, bacillen, spiraalvormigen) . * **Aminopeptidase test:** Opspoort aminopeptidase, aanwezig in gramnegatieve bacteriën, om onderscheid te maken indien gramkleuring onduidelijk is . * **Sporenkleuring:** Detecteert sporen, karakteristiek voor geslachten als *Bacillus* en *Clostridium* . De eerste indeling van bacteriën is gebaseerd op gramkarakter en morfologie (Tabel 4) . #### 3.9.3 Biochemische sneltesten * **Katalase test:** Detecteert het enzym katalase, aanwezig in aërobe en facultatief anaërobe bacteriën die H$_{2}$O$_{2}$ afbreken. Positieve reactie met gasbelvorming bij toevoeging van H$_{2}$O$_{2}$. Gebruikt om onderscheid te maken tussen grampositieve genera . * **(Cytochroom)oxidase test:** Detecteert cytochroom c oxidase, een enzym in de elektronentransportketen van aërobe ademhalers. Belangrijk voor differentiatie van gramnegatieve bacteriën (bv. *Pseudomonas* (positief) vs. *Enterobacterales* (negatief)). Reageert met dimethyl-para-fenyleendiamine en α-naftol tot een blauwpaars indofenol . * **Coagulase test:** Detecteert het enzym coagulase dat fibrinogeen omzet in fibrine, wat leidt tot bloedstolling. Gebruikt om *Staphylococcus aureus* (positief) te onderscheiden van coagulasenegatieve stafylokokken. Kan via slide test (gebonden coagulase), tube test (vrij coagulase) of latex-agglutinatie test . #### 3.9.4 Indeling op basis van koolhydraatfermentatie * **Fenol Red Broth (FRB):** Test of een bacterie een koolhydraat kan fermenteren met zuur- en/of gasproductie. Fenolrood dient als pH-indicator . * **Resultaten:** Geel met gas (zuur+gas), geel zonder gas (zuur, anaërogeen), rood zonder gas (geen fermentatie), roze zonder gas (alkalische producten uit peptonen) . * **Gebruik:** Differentiatie van gramnegatieve bacteriën, met name *Enterobacterales* . * **Kligler ijzer agar (KIA):** Combinatietest die fermentatie van glucose (0.1%) en lactose (1%), gasvorming en H$_{2}$S productie onderzoekt . * **Principe:** Fenolrood als indicator. Thiosulfaat wordt gereduceerd tot H$_{2}$S, wat met ijzerzouten een zwarte neerslag (FeS) vormt . * **Interpretatie:** * Niet-vergister: stomp en helling blijven rood . * Alleen glucose vergist: stomp geel, helling rood (non-lactose fermentor) . * Glucose en lactose vergist: hele buis geel (coliforme bacteriën) . * Gasproductie: gasbellen in stomp, scheuren of omhoog duwen van medium . * H$_{2}$S productie: zwarte stomp . * **Triple Sugar Iron agar:** Analoog aan KIA, maar bevat ook sucrose . #### 3.9.5 Korte (bonte) reeks Combinatie van tests (Kligler, MIU, citraattest) voor snelle inschatting van *Enterobacterales* . * **Mobiliteit-Indol-Urease test (MIU):** Multitestmedium in halfvast agar . * **Mobiliteit:** Groei alleen op de steeklijn (negatief) of zijdelings/troebel (positief) . * **Urease test:** Detecteert urease dat ureum splitst tot ammoniak en CO$_{2}$. Positief resultaat door roze kleuromslag (pH > 8.2) . * **Indol test:** Detecteert tryptofanase dat tryptofaan hydrolyseert tot indol. Positief resultaat met rode kleur bij toevoeging van Kovacs reagens . * **Citraat test (Simmons citraat):** Test de mogelijkheid tot groei op citraat als enige koolstofbron. Broomthymolblauw is de indicator . * **Interpretatie:** Groei en blauwe kleuromslag (positief) of geen groei/groen (negatief) . * **Gebruik:** Onderscheid tussen fecale en niet-fecale coliformen . #### 3.9.6 Nitraatreductie test Detecteert of bacteriën nitraat kunnen reduceren tot nitriet (als terminale elektronacceptor) . * **Principe:** Nitraat reductase zet NO$_{3}^{-}$ om in NO$_{2}^{-}$. Sommige bacteriën zetten nitriet verder om tot ammoniak (NH$_{3}$) of stikstofgas (N$_{2}$) . * **Detectie:** Toevoeging van Griess reagentia detecteert nitriet. Zinkpoeder wordt toegevoegd om eventueel resterend nitraat te reduceren tot nitriet, waardoor een rode kleur ontstaat als de reductie door de bacterie niet voltooid was. Een rode kleur na zinktoevoeging betekent dat bacteriën nitraat niet reduceren. Kleurloos blijven betekent dat de reductie wel plaatsvond en verder is gegaan. Durhambuisje kan gasvorming (N$_{2}$) opvangen . --- # Bestrijding en controle van micro-organismen Dit deel beschrijft de verschillende fysische en chemische technieken voor het bestrijden van micro-organismen, inclusief de terminologie rond sterilisatie en ontsmetting, en de evaluatie van antimicrobiële middelen zoals antibiotica en hun resistentie. ### 8.1 Terminologie Micro-organismen kunnen voedselbederf en infectieziekten veroorzaken, waardoor selectieve bestrijdingstechnieken noodzakelijk zijn. Het is essentieel dat de gebruikte techniek enkel het beoogde micro-organisme vernietigt zonder het omringende medium aan te tasten . * **Sterilisatie:** Het doden of verwijderen van alle levende organismen, waardoor een object volledig vrij is van leven . * **Ontsmetten (desinfecteren):** Het zo veel mogelijk doden of verwijderen van ongewenste micro-organismen . Er wordt een onderscheid gemaakt tussen: * **Fysische bestrijdingstechnieken:** Methoden die geen chemische stoffen gebruiken, zoals warmte, koude, straling, filtratie, droging en hoge osmotische druk . * **Chemische bestrijdingsmiddelen:** Chemische stoffen die worden gebruikt om micro-organismen te bestrijden . Bacteriën worden als dood beschouwd wanneer ze geen groei meer vertonen. Technieken die de vermenigvuldiging remmen, zijn **bacteriostatisch**, terwijl technieken die bacteriën doden, **bactericide** werken. Bij schimmels spreekt men van fungistatisch/fungicide, en bij virussen van viristatisch/viricide. De effectiviteit hangt af van factoren zoals het type micro-organisme, temperatuur, tijd, pH en concentratie . Het afsterven van micro-organismen verloopt logaritmisch in functie van de tijd; een constant percentage van de nog levende cellen sterft per tijdseenheid af . * **Decimale reductietijd (D-waarde):** De tijd die nodig is om 90% van een bacteriepopulatie te vernietigen . > **Tip:** De D-waarde is afhankelijk van de temperatuur, het type en de fysiologische toestand van de bacterie, en de aanwezigheid van andere stoffen . ### 8.2 Fysische bestrijdingstechnieken #### Warmte Bij verhitting sterven micro-organismen af door denaturatie van hun macromoleculen, met name eiwitten, waardoor metabolische reacties stoppen. De meeste ziekteverwekkers worden gedood bij 60-70°C, maar endosporen zijn thermoresistent. Warmtebehandeling is eenvoudig, effectief, relatief goedkoop en dringt door in het product . Er wordt onderscheid gemaakt tussen vochtige en droge warmte: ##### a. Droge warmte * Gebruikt in droogsterilisators (ovens) voor het steriliseren van glaswerk, metaal, poeders en oliën . * Niet geschikt voor materialen zoals rubber en plastic die degraderen bij hoge temperaturen . * Warmteoverdracht via droge lucht is langzaam . * **Temperaturen en tijden:** * 140°C gedurende 3 uur * 160°C gedurende 2 uur * 170°C gedurende 1 uur * 180°C gedurende ½ uur * Stapelmethoden zijn belangrijk om de luchtcirculatie te garanderen . * Leidt tot een volledig steriel product, inclusief het doden van endosporen . ##### b. Vochtige warmte * Stoom is een veel betere warmtegeleider dan droge lucht, waardoor lagere temperaturen en kortere tijden mogelijk zijn . * Wordt meestal uitgevoerd in een autoclaaf (hogedrukketel) . * **Typische condities:** * 120°C gedurende 20 minuten (met 1 atmosfeer overdruk) * 121°C gedurende 15 minuten (met 1 atmosfeer overdruk) * 144°C gedurende 5 minuten * Opwarmtijd moet in rekening worden gebracht . * Producten moeten afgesloten gesteriliseerd worden . * Leidt tot een volledig steriel product, inclusief het doden van endosporen . ##### c. Tyndallisatie * Een verouderde techniek met vochtige warmte, gebruikt voor warmtegevoelige voedingsbodems . * Herhaaldelijk koken (100°C) op 3 opeenvolgende dagen . * Dag 1: Doden vegetatieve vormen. * Dag 2: Doden nieuw ontwikkelde vegetatieve vormen uit achtergebleven sporen. * Dag 3: Geeft volledige zekerheid. ##### d. Pasteurisatie * Kort verwarmen van producten op een specifieke temperatuur gedurende een bepaalde tijd . * Gebruikt voor voedingsmiddelen die hoge temperaturen niet verdragen en waarbij eiwitdenaturatie vermeden moet worden . * Vermindert het aantal ziekteverwekkende, niet-sporulerende bacteriën, wat de houdbaarheid verlengt . * **Methoden:** * Batch pasteurisatie: 30 minuten op 60°C. * UHT (ultra high temperature) pasteurisatie: 2 seconden op 135°C (minder smaakverlies, langere houdbaarheid) . ##### e. Voorbereiding van sterilisatie * **Keuze van sterilisatietechniek:** Gebaseerd op de hittebestendigheid van materialen. Hittebestendige materialen (glas, metaal) voor droge warmte of autoclaaf. Warmtegevoelig plastic (polyethyleen, polystyreen) vereist technieken zoals gammastraling of ethyleenoxide. Polypropyleen en teflon zijn autoclafeerbaar. Rubber is autoclafeerbaar, maar degradeert na herhaaldelijk gebruik. Voedingsbodems worden meestal in de autoclaaf gesteriliseerd, tenzij warmtegevoelige bestanddelen aanwezig zijn, dan is tyndallisatie of membraanfiltratie een optie . * **Wassen en spoelen:** Zorgvuldige reiniging is essentieel om sporen van detergenten te vermijden. Glaswerk met micro-organismen moet eerst gesteriliseerd worden. Vloeibare bodems met schadelijke stoffen moeten apart worden opgevangen . * **Verpakken van het te steriliseren materiaal:** Flessen met schroefdoppen: dop één slag terugdraaien om overdruk te voorkomen. Erlenmeyers en kolven: afdekken met watten en aluminiumfolie. Proefbuizen: in metalen dozen of mandjes. Metalen instrumenten: in aluminiumdozen . ##### f. Bewaren van gesteriliseerd materiaal * Gesteriliseerd materiaal moet droog bewaard worden om micro-organismegroei te remmen . * Materiaal dat langer dan 2 maanden geleden gesteriliseerd is, wordt veiligheidshalve als niet steriel beschouwd . ##### g. Kwaliteitscontrole sterilisatie * **Methoden:** * Temperatuurssensor . * Indicatoren die van kleur veranderen (bv. autoclaaftape). Deze controleren enkel de temperatuur, niet de duur . * Strips met sporen van *Bacillus stearothermophilus*, die bij 120°C gedurende 12 minuten bestand zijn. Inc Ruben na sterilisatie om groei te detecteren . #### Afkoeling * Beneden de minimum temperatuur sterven bacteriën traag af . * Een koude shock kan massale celdood veroorzaken . * Koelen op 4°C remt de groei van de meeste bacteriën (pathogenen zijn mesofiel), met uitzondering van *Listeria monocytogenes*. Psychrofiele bacteriën groeien wel op 4°C maar zijn niet gevaarlijk . * Snel invriezen kan celdood veroorzaken door ijskristalvorming en denaturatie van eiwitten . * Voor langdurige bewaring worden cellen ingevroren met DMSO of glycerol om eiwitten te beschermen . #### Drogen * Drogen door verdamping of sublimatie (lyofilisatie/vriesdrogen) wordt gebruikt in de levensmiddelenindustrie . * Beschadigt de celmembraan en stopt het celmetabolisme door gebrek aan vrij water . * Lyofilisatie verwijdert water via sublimatie, waardoor chemische veranderingen worden vermeden. Gebruikt voor het bewaren van eiwitten, bloedproducten en bacterieculturen . #### Osmotische druk * Hoge concentraties zout of suiker creëren een hypertone omgeving die water aan micro-organismen onttrekt, waardoor hun metabolisme stilvalt . #### Filtratie * Gebruikt voor vloeistoffen en gassen die geen hoge temperatuur verdragen . * **Niet-steriliserend:** filters kunnen virussen niet tegenhouden . * Gebruikt in het labo voor temperatuurgevoelige media en oplossingen, en in de farmaceutische industrie voor medicijnen en vaccins . * **Membraanfilters:** Dunne vliezen met poriën (meestal 0.22 µm diameter), vervaardigd uit celluloseacetaat. Vangen micro-organismen aan het oppervlak op. Houdt bijna alle micro-organismen tegen, behalve virussen en enkele zeer kleine bacteriën . * **Dieptefilters:** Gebruikt als voorfilter om grote deeltjes te verwijderen en membraanfilters te beschermen . * **HEPA (high efficiency particulate air) filters:** Gebruikt om lucht bacterievrij te maken voor ziekenhuiskamers met immuungedeprimeerde patiënten . * **LAF-kasten (Laminaire Air Flow):** Beschermen materialen in de kast door laminaire luchtstroom na filtering via HEPA . * **Bioveiligheidskasten:** Beschermen de gebruiker en omgeving van pathogenen door uitblazende lucht te filteren met HEPA, en hebben een inwaartse luchtstroom . #### Straling Elektromagnetische straling met golflengtes kleiner dan zichtbaar licht is celdodend . ##### UV-straling * Gebruikt met golflengtes tussen 220 en 300 nm voor maximale bacteriedodende werking. DNA absorbeert UV-licht bij 265 nm, wat DNA-schade veroorzaakt . * **Beperkt doordringingsvermogen:** Enkel geschikt voor oppervlakken en ruimtes (bv. operatiekamers) . * Schadelijk voor huid en ogen; lampen mogen enkel in werking zijn wanneer er geen personeel aanwezig is . * UV-lampen verslijten snel en moeten regelmatig vervangen worden . * Gebruikt voor waterbehandeling door een dun waterlaagje langs de lampen te laten stromen . ##### Gammastralen * Radioactieve stralen met golflengte kleiner dan 0.01 nm . * **Sterk penetratievermogen** . * Ioniserend: ioniseert cellulair materiaal, wat leidt tot de vorming van ionen en radicalen die eiwitten en DNA aantasten . * Relatief goedkoop, aangemaakt vanaf radioactief ⁶⁰Co . * Gebruikt in de industrie voor het steriliseren van voorverpakte medische wegwerpproducten, petrischalen, medicijnen en voedsel . ### 8.3 Chemische bestrijdingstechnieken Ontsmetten (desinfecteren) bestrijdt ongewenste micro-organismen met ontsmettingsmiddelen. Werking hangt af van micro-organisme, concentratie, inwerkingsduur en temperatuur . * **Antiseptica:** Gebruikt om levend weefsel te ontsmetten . * **Desinfectantia:** Gebruikt om levenloze oppervlaktes te ontsmetten . * Mechanismen: eiwitdenaturatie, oxidatie, membraanschade . #### Fenolen * Bevatten een hydroxylgroep op een benzeenring . * Krachtige denaturerende stoffen voor eiwitten en enzymen, reageren ook met vetten . * Vernietigen primair de cytoplasmatische membraan . * Medische toepassingen zijn beperkt door toxiciteit voor de opperhuid . * Derivaten zoals chloroxylenol (dettol) worden in laboratoria gebruikt voor materialen en tafelbladen . #### Alcoholen * Vetoplossend en eiwitdenaturerend . * Gebruikte alcoholen in West-Europa: ethanol en isopropanol . * **Ideale concentratie: 70%**; lagere en hogere concentraties verminderen de antiseptische werking . * Actief tegen bacteriën en schimmels . * Onvoldoende activiteit tegenover bepaalde virussen en endosporen; niet geschikt voor ontsmetting van chirurgische instrumenten . * Gebruikt voor huidontsmetting, kleine apparatuur, tafelbladen . * Alcogel wordt gebruikt voor handhygiëne om verspreiding van resistente bacteriën tegen te gaan . #### Halogenen * Oxiderende reagentia die enzymen inactiveren door functionele groepen te oxideren . * **Chloor:** Gebruikt in diverse vormen (chloor, hypochloriet, organische chlooraminen) . * **Chloorgas:** Corroderend en irriterend, reageert met organische stof . * **Hypochloriet (NaClO):** Actieve stof in bleekmiddelen (javel), gebruikt in de voedingsindustrie en ziekenhuizen. Goede keuze voor het ontsmetten van werkzones bij schimmels . * **Chlooramine T:** Organisch chlooramine gebruikt in de medische sector . * **Jood:** Gebruikt als waterige oplossing van KI₃. Gebruikt om de huid te desinfecteren (bv. joodtinctuur, 1-2% in alcoholische oplossing). Jodofoor (bv. isobetadine) bevat gebonden jood en komt geleidelijk vrij. Weinig gebruikt in het labo vanwege sterke kleuring . #### Waterstofperoxide * H₂O₂ is een oxiderend antisepticum . * Een 3% oplossing wordt gebruikt voor wonddesinfectie . * Effectief tegen endosporen en voor het ontsmetten van vuile straatwonden . * Gebruikt voor desinfectie van medische apparatuur en zachte contactlenzen . * Bruist bij contact met weefsel door afbraak door katalase en peroxidase tot zuurstof en water . #### Zware metalen * Kwik- en zilverzouten (bv. mercurochroom, zilvernitraat) werden gebruikt als ontsmettingsmiddel . * Reageren met -SH groepen van eiwitten en enzymen . * Worden nog maar weinig gebruikt vanwege toxiciteit voor eukaryote cellen . #### Chloorhexidine * Veel gebruikt voor huidontsmetting (wonden, injecties) . * Gebruikt als mondwater en bewaarmiddel in farmaceutische producten . * Denatureert de plasmamembraan . #### Detergenten * Oppervlakte-actieve stoffen met een hydrofiel en hydrofoob deel die micellen vormen in water . * Beschadigen de bacteriële membraan en hebben een reinigend effect . * Verwijderen olieachtige lagen op de huid die bacteriën bevatten . * Regelmatig handen wassen met detergenten voorkomt infecties . * **Onderverdelingen:** * **Anionische detergenten:** Natrium-/kaliumzouten van vetzuren en sulfonaatzepen . * **Kationische detergenten:** Kwaternaire ammoniumzouten, hebben de beste desinfecterende werking . * **Niet-ionische detergenten:** Geen lading, hydrofiel deel lost op door waterstofbruggen (bv. alcoholethoxylaten) . * **Zwitterion detergenten:** Dragen zowel een positieve als negatieve lading . #### Gassen * Gebruikt voor producten die geen hoge temperatuur of vocht verdragen . * **Ethyleenoxide:** Kleurloos, reukloos, giftig, brandbaar en explosief gas met sterk doordringende en steriliserende eigenschappen, doodt ook sporen. Duur; gebruikt in industrie en grote ziekenhuizen voor plastic en rubber. Vereist lange ventilatie na sterilisatie vanwege resterend toxisch gas . * **Formaldehyde:** Gebruikt als gas of oplossing (formol). Gas voor desinfectie van ruimtes en reactoren. Oplossing voor weefselconservering, vaccins en vernietiging van bacterieculturen . #### Zuren en basen * De meeste pathogenen groeien bij neutrale pH . * De werking is gebaseerd op pH-daling of -stijging, wat leidt tot eiwitdenaturatie, groeiremming en celdood . * **Zuren:** SO₂, propionzuur, azijnzuur. Organische zuren (melkzuur, propionzuur, sorbinezuur, parabenen) worden gebruikt als conserveermiddelen . * **Basen:** KOH, NaHCO₃ . #### Kleurstoffen * Antiseptische werking door reactie met eiwitten . * Eosine is een gekend, maar weinig effectief voorbeeld . #### Evaluatie van antiseptica * **MIC-waarde (minimale inhibitorische concentratie):** De laagste concentratie van een antisepticum die bacteriegroei remt. Bepaald door verdunningen in cultuurmedium te testen. Strikte standaardisatie is nodig voor vergelijking . * **Disk diffusie methode (schijfjesmethode):** Bacteriecultuur wordt aangebracht op agarmedium, gevolgd door papieren schijfjes met antisepticum. Een inhibitiezone rond het schijfje geeft aan waar de bacterie niet groeit. Strikte standaardisatie is vereist voor correcte interpretatie. Resultaten worden vergeleken met richtwaarden (EUCAST, CLSI) om gevoeligheid of resistentie te bepalen . #### Antimicrobiële geneesmiddelen Chemische stoffen die aan de mens worden toegediend bij een infectie . * **Antibiotica:** Middelen tegen bacteriën . * **Antifungale geneesmiddelen:** Middelen tegen schimmels . * **Antivirale middelen:** Middelen tegen virussen . Een ideaal antimicrobieel geneesmiddel heeft **selectieve toxiciteit**, wat betekent dat het selectief processen bij micro-organismen verstoort zonder de menselijke cellen aan te tasten. Het antibioticum moet een specifiek doelwit (target) in de bacteriële stofwisseling verstoren, zoals de celwand of 70S ribosomen . Het onderscheid tussen "antibiotica" (uit levende organismen) en synthetische producten is vervaagd. Veel antibiotica worden nu via totaalsynthese of semisynthese geproduceerd . * **Werkingsspectrum:** De reeks bacteriën waartegen een antibioticum actief is . * **Breed spectrum:** Actief tegen een grote verscheidenheid aan grampositieve en gramnegatieve bacteriën . * **Smal spectrum:** Actief tegen slechts één of enkele bacteriesoorten . Antibiotica worden ingedeeld naar chemische structuur en werkingsmechanisme . ##### a. Sulfonamiden * Synthetische producten die de synthese van foliumzuur in bacteriën remmen. Foliumzuur is essentieel voor de aanmaak van nucleïnezuren . * Minder gebruikt vanwege neveneffecten . ##### b. Fluoroquinolones * Synthetische antibacteriële middelen die de werking van DNA-gyrase inhiberen . * DNA kan niet meer ontward worden, wat transcriptie en replicatie verhindert . * Eukaryote cellen bevatten geen DNA-gyrase, waardoor ze niet worden gestoord . ##### c. β-lactam antibiotica * Inclusief penicillines en cefalosporines . * Verstoren de vorming van de celwand bij nieuwe cellen door de brugvorming tussen peptidoglycaanpeptiden te hinderen . * De celwand wordt verzwakt en de bacteriën lyseren door osmotische druk; ze zijn dus **bactericide** . * Eukaryote cellen hebben geen peptidoglycaan, dus zij worden niet gestoord . * Werken over het algemeen tegen zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën . ##### d. Eiwitsynthese remmers * Inclusief chloramphenicol, macroliden, aminoglycosides en tetracyclines . * Inhiberen eiwitsynthese door binding aan 70S ribosomen . * Bacteriën kunnen geen eiwitten meer aanmaken en groeien niet meer; deze antibiotica zijn dus **bacteriostatisch** . * Eukaryote cellen hebben 80S ribosomen en ondervinden geen hinder . ##### e. Celmembraan verstoorders * Inclusief polymyxine . * Werken op de buiten- en cytoplasmatische membraan van gramnegatieve bacteriën, waardoor deze gaat lekken of gestoord wordt in zijn werking . * Worden weinig voorgeschreven vanwege toxiciteit voor de mens, aangezien prokaryote en eukaryote cellen hetzelfde membraantype hebben. Voornamelijk gebruikt als laatste redmiddel bij resistentie of voor lokale huidaandoeningen . ##### f. Nevenwerkingen * Antimicrobiële middelen kunnen toxische effecten hebben . * **Tetracyclines:** Worden opgeslagen in been- en tandweefsel, wat kan leiden tot verkleuring van tanden of groeiremming . * **Allergische effecten:** Reactie op een chemische stof na voorafgaande sensitisatie (vorming van antistoffen). Kan variëren van huidirritatie tot anafylactische shock. Vaak voorkomend bij penicilline, streptomycine of tetracycline . ##### g. Resistentie * Resistentie betekent dat een bacterie ongevoelig is geworden voor een antibacterieel middel . * Bijna alle pathogenen hebben resistentie ontwikkeld tegen één of meerdere antibiotica. MRSA (methicilline-resistente *Staphylococcus aureus*) is resistent tegen bijna alle antibiotica . ###### Ontstaan van resistentie * **Natuurlijke resistentie:** De bacterie is altijd al resistent geweest (bv. mycoplasma's missen celwand en zijn dus ongevoelig voor β-lactam antibiotica) . * **Verworven resistentie:** Resistentie ontwikkeld door mutatie of overdracht van een plasmide . ###### Mechanismen van resistentie: * **Ontbrekende structuur:** Het antibioticum heeft geen aangrijpingspunt (bv. mycoplasma's missen celwand) . * **Ondoorlaatbaarheid:** De bacterie is ondoorlaatbaar voor het antibioticum . * **Deactivatie van het antibioticum:** De bacterie produceert enzymen die het antibioticum afbreken (bv. β-lactamase breekt β-lactam antibiotica af) . * **Verandering van het doelwit:** Mutaties in het doelwit (bv. DNA-gyrase, ribosoom) voorkomen binding van het antibioticum . * **Ontwikkeling van een resistente biochemische pathway:** Directe opname van foliumzuur uit de omgeving leidt tot resistentie tegen sulfonamides . * **Efflux:** Het antibioticum wordt snel naar buiten gepompt . --- # Andere micro-organismen en hun eigenschappen Dit deel van de studiehandleiding behandelt virussen, fungi, protozoa en prionen, waarbij hun structurele kenmerken, voortplantingsmethoden en interacties met andere organismen worden uitgediept. ### 5.1 Virussen Virussen zijn extreem eenvoudige entiteiten, bestaande uit genetisch materiaal (nucleïnezuur) verpakt in een eiwitmantel. Ze variëren in grootte van 25 tot 300 nanometer en bevatten 10 tot 300 genen, wat onvoldoende is voor een zelfstandig leven. Virussen zijn obligaat intracellulaire parasieten; ze vertonen geen metabole activiteit en kunnen zich niet zelfstandig voortplanten, waardoor ze afhankelijk zijn van levende gastcellen voor reproductie, waarbij ze gebruik maken van het metabolisme van de gastcel. Ze kunnen daarom alleen in gastcellen worden gekweekt, niet op standaard voedingsbodems. Vrijwel alle levende wezens zijn vatbaar voor virale infecties, hoewel virussen meestal soortspecifiek zijn. Virussen die bacteriën infecteren worden bacteriofagen genoemd. Bekende voorbeelden van humane virussen zijn HIV (AIDS), influenzavirus (griep), rhinovirussen (verkoudheid), mazelenvirus en hepatitisvirussen . #### 5.1.1 Bouw van een virion Een virion is de extracellulaire vorm van een viruspartikel en bestaat uit het genoom, het capside, het tegument en de enveloppe. In tegenstelling tot cellulaire organismen bezitten virussen óf DNA óf RNA als genoom. De genetische informatie kan worden opgeslagen in vijf vormen: dubbelstrengs DNA (dsDNA), enkelstrengs DNA (ssDNA), dubbelstrengs RNA (dsRNA), enkelstrengs positief RNA (ss(+)RNA) of enkelstrengs negatief RNA (ss(-)RNA). Elk virus bevat slechts één type nucleïnezuur, dat lineair of circulair kan zijn. Retrovirussen, zoals HIV, bevatten ss(+)RNA dat in de gastcel wordt omgezet naar dsDNA via reverse transcriptie en vervolgens geïntegreerd wordt in het genoom van de gastcel . De eiwitmantel, het capside, is opgebouwd uit capsomeren, die van één of meerdere typen kunnen zijn. Sommige capsides bevatten ook glycoproteïnes die essentieel zijn voor de adsorptie en het binnendringen van de gastcel. Capsomeren kunnen op twee manieren rond het nucleïnezuur worden gerangschikt : * **Helicale structuur:** Capsomeren zijn op een spiraalvormige manier gestapeld, wat resulteert in langwerpige virussen . * **Icosahedrale structuur:** Capsomeren vormen een twintigvlakkige structuur met twaalf hoekpunten, waarbij elk vlak uit gelijkzijdige driehoeken bestaat. Deze worden vaak als bolvormig omschreven . Virussen met andere structuren worden complexe virussen genoemd. Het capside heeft antigene eigenschappen en kan de aanmaak van specifieke antistoffen bij de gastheer stimuleren . Sommige virussen, zoals influenza, hepatitis en HIV, zijn omgeven door een lipoïde membraan, de **enveloppe**. Deze membraan bevat glycoproteïnes voor adsorptie en toegang tot de gastheercel, en is de structuur waartegen immuniteit wordt opgebouwd. Virussen met een enveloppe worden geënveloppeerde virussen genoemd, terwijl virussen zonder enveloppe naakte virussen zijn. De enveloppe is een deel van de celmembraan van de gastheercel dat het virus meeneemt bij het verlaten van de cel. Geënveloppeerde virussen zijn gevoelig voor apolaire, vetoplossende solventen zoals alcohol. Bij geënveloppeerde virussen verbinden eiwitten de enveloppe met het capside en vormen ze het **tegument** . > **Tip:** Het onderscheid tussen naakte en geënveloppeerde virussen is belangrijk voor het begrip van hun gevoeligheid voor omgevingsfactoren en desinfectiemiddelen. #### 5.1.2 Virale replicatie Virale replicatie vindt plaats in levende en gevoelige gastcellen en verloopt in meerdere fasen : 1. **Adsorptie:** Het virus hecht zich aan de gastcel via oppervlakteproteïnes die interageren met specifieke receptoren op het celmembraan . 2. **Infiltratie:** Het virus dringt de gastcel binnen. Naakte virussen worden via endocytose opgenomen, terwijl geënveloppeerde virussen hun membraan laten versmelten met dat van de gastcel . 3. **Ontmanteling:** Het capside valt uiteen, waardoor het virale nucleïnezuur vrijkomt . 4. **Replicatiefase:** De bouwstenen voor nieuwe virussen (nucleïnezuren en eiwitten) worden aangemaakt, met specifieke mechanismen afhankelijk van het type virusgenoom . 5. **Assemblage:** Nieuwe virions worden gevormd door het omhullen van de nucleïnezuren met een eiwitmantel . 6. **Vrijzettingsfase:** Virussen verlaten de gastcel via exocytose, lysis (celafbraak) of budding (uitgroeien) . > **Tip:** Begrijp de verschillende replicatiestadia om te snappen hoe antivirale medicijnen kunnen ingrijpen in het proces. ### 5.2 Fungi Fungi zijn eukaryote organismen die voorkomen als eencellige gisten of meercellige schimmels. Ze bezitten een celwand, meestal opgebouwd uit chitine, een polymeer van N-acetylglucosamine . #### 5.2.1 Structuur van fungi Meercellige fungi, de schimmels, zijn opgebouwd uit hyfen: lange, continue of vertakte draden. Deze hyfen kunnen uit één cel met meerdere kernen bestaan, of uit afzonderlijke cellen gescheiden door septa. Het netwerk van hyfen wordt het **mycelium** of zwamvlok genoemd. Paddenstoelen zijn voortplantingsstructuren (vruchtlichamen) van bepaalde fungi, bestaande uit ineengeweven hyfen. Gisten zijn eencellig en kunnen pseudo-hyfen vormen door onvolledige knopvorming . #### 5.2.2 Voedselinname Fungi zijn chemo-organotrofe en heterotrofe organismen. Ze verkrijgen voedsel door verteringsenzymen uit te scheiden naar hun omgeving en de resulterende organische moleculen te absorberen; dit proces heet externe vertering. Het uitgebreide hyfennetwerk biedt een groot oppervlak voor nutriëntenabsorptie. Op basis van de oorsprong van hun voedsel worden fungi ingedeeld in parasieten, mutualisten en saprofieten . #### 5.2.3 Voortplanting De meeste fungi, met uitzondering van gisten, planten zich voort via sporen, die in grote aantallen, vaak via de wind, worden verspreid. Sporen kunnen ook worden verspreid door dieren, insecten of water. Bij geschikte omstandigheden ontkiemen sporen en vormen ze een nieuw mycelium . Fungi zijn gedurende de meeste levensfasen haploïd. De meeste fungi kunnen zich zowel seksueel als aseksueel voortplanten, maar doen dit hoofdzakelijk aseksueel. Seksuele voortplanting vindt doorgaans plaats onder minder gunstige omgevingsomstandigheden . * **Aseksuele voortplanting:** Nakomelingen worden gevormd uit één ouder door mitose. Voorbeelden zijn knopvorming (budding) bij gisten, waarbij een dochtercel loskomt van de oudercel . * **Seksuele voortplanting:** Dit omvat cel Fusie van twee ouders, gevolgd door meiose . #### 5.2.4 Voorbeelden van fungi * **Penseelschimmel (Penicillium sp.):** Een veelvoorkomende witte of blauwe schimmel, voorkomend als saprofiet in de bodem of als plantenpathogeen. Ze vormen penseelvormige voortplantingsstructuren met sporen . * Wordt gebruikt voor de productie van penicilline (P. chrysogenum, P. notatum) en kaas (P. roqueforti, P. camemberti) . * Sommige soorten kunnen voedselvergiftigingen veroorzaken . * **Kwastschimmel (Aspergillus sp.):** Leeft voornamelijk op plantenresten en vormt kwastvormige voortplantingsstructuren . * Sommige soorten zijn parasieten bij mens en dier, veroorzaken huid- en haarziekten of infecteren de sinussen/longen (aspergillose) . * A. flavus produceert aflatoxinen en kan voedselvergiftigingen veroorzaken . * A. niger wordt industrieel gebruikt voor de productie van citroenzuur . * **Gisten (bijv. Saccharomyces cerevisiae):** Eencellige organismen, rond tot ovaal met een diameter van 10 µm . * **Industriële toepassingen:** * **Aeroob milieu:** Suikers worden omgezet in CO₂ en H₂O, met veel energie vrijkomend, wat snelle vermenigvuldiging bevordert . * **Anaeroob milieu:** Suikers worden afgebroken tot CO₂ en ethanol (C₂H₅OH), met minder energie vrijkomend, wat leidt tot trage groei. Dit proces wordt gebruikt bij de productie van bier en brood (biergist/bakkersgist) . * **Candida-soorten:** De meest voorkomende veroorzaker van schimmelinfecties bij de mens. Ze komen voor als commensaal op huid, darmen en vagina. Overwoekering kan leiden tot infecties in keel, mond of vagina, bekend als candidiase . > **Tip:** Het onderscheid tussen gisten en schimmels is belangrijk, net als hun diverse rollen in de natuur en biotechnologie. ### 5.3 Protozoa (De verstrekte documentatie bevat geen specifieke details over protozoa binnen de gevraagde paginaregio's [4, 9-10, 150-162. Daarom kan hierover geen informatie worden opgenomen.) ### 5.4 Prionen (De verstrekte documentatie bevat geen specifieke details over prionen binnen de gevraagde paginaregio's [4, 9-10, 150-162. Daarom kan hierover geen informatie worden opgenomen.) --- ## 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 | |---|---| | Microbiologie | De wetenschap die zich bezighoudt met de studie van micro-organismen, hun eigenschappen, groei en interactie met hun omgeving. | | Micro-organismen | Levende wezens die zo klein zijn dat ze enkel met een microscoop zichtbaar zijn en variëren in grootte van kleiner dan een micrometer tot enkele nanometer. | | Prokaryoten | Cellen die geen echte celkern of membraanomgeven organellen bevatten, zoals bacteriën en archaea. | | Eukaryoten | Cellen die wel een echte celkern en membraanomgeven organellen bevatten, zoals planten, dieren, fungi en protozoa. | | Nomenclatuur | Het systeem van naamgeving van levende organismen, waarbij een dubbele Latijnse naam wordt gebruikt (genus en soort). | | Taxonomie | De wetenschap die zich bezighoudt met de classificatie, ordening en naamgeving van organismen op basis van hun overeenkomsten en verschillen. | | Spontane generatie | Een oude theorie die stelde dat levende wezens spontaan konden ontstaan uit dode materie. | | Kiemtheorie | Het principe, geformuleerd door Robert Koch, dat stelt dat een specifiek micro-organisme een specifieke ziekte kan veroorzaken. | | Symbiose | Het samenleven van organismen van verschillende soorten, waarbij ten minste één van de organismen voordeel ondervindt. | | Mutualisme | Een symbiotische relatie waarbij beide samenlevende soorten voordeel ondervinden. | | Commensalisme | Een symbiotische relatie waarbij de ene soort voordeel ondervindt en de andere soort neutraal blijft. | | Parasitisme | Een symbiotische relatie waarbij de ene soort (de gastheer) nadeel ondervindt van de andere soort (de parasiet). | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken. | | Incubatieperiode | De tijd tussen de besmetting met een ziekteverwekker en het optreden van de eerste ziekteverschijnselen. | | Virulentie | De mate waarin een micro-organisme ziekte kan veroorzaken. | | Toxine | Een giftige stof die door micro-organismen wordt geproduceerd en schade kan toebrengen aan de gastheer. | | Immuniteit | Het vermogen van het lichaam om zich te verdedigen tegen ziekteverwekkers. | | Fagocytose | Het proces waarbij bepaalde cellen (fagocyten) ziekteverwekkers omsluiten en vernietigen. | | Verworven immuniteit | Immuniteit die gedurende het leven wordt opgebouwd door blootstelling aan ziekteverwekkers. | | Antigen | Een lichaamsvreemde stof die een immuunreactie uitlokt. | | Antistof (Immunoglobuline) | Een eiwit dat door het immuunsysteem wordt geproduceerd om specifieke antigenen te neutraliseren. | | Humorale immuniteit | Immuniteit die wordt gemedieerd door antistoffen in het bloed en andere lichaamsvloeistoffen. | | Cellulaire immuniteit | Immuniteit die wordt gemedieerd door cellen van het immuunsysteem, zoals T-cellen. | | Morfologie | De studie van de vorm en structuur van organismen. | | Gramkleuring | Een differentiële kleuringstechniek die bacteriën verdeelt in grampositieve en gramnegatieve groepen op basis van hun celwandstructuur. | | Peptidoglycaan | Een complex polymeer dat een essentieel bestanddeel is van de celwand van bacteriën. | | Lipopolysachariden (LPS) | Componenten van de buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën, die als endotoxine kunnen fungeren. | | Endosporen | Robuuste, slapende vormen van bepaalde bacteriën die bestand zijn tegen extreme omstandigheden. | | Bacteriële groei | De toename van het aantal bacteriële cellen in een populatie. | | Generatietijd | De tijd die een bacterie nodig heeft om zich te verdubbelen door celdeling. | | Groeicurve (Batch cultuur) | Grafische weergave van de verschillende fasen van bacteriële groei in een gesloten systeem (lag, log, stationaire en sterftefase). | | Metabolisme | Het geheel van chemische processen die plaatsvinden in een cel om energie te verkrijgen en biomoleculen op te bouwen. | | Anabolisme | De opbouw van complexe moleculen uit eenvoudigere, waarbij energie wordt verbruikt. | | Katabolisme | De afbraak van complexe moleculen tot eenvoudigere, waarbij energie wordt vrijgezet. | | Autotrofen | Organismen die hun eigen organische voedsel produceren uit anorganische bronnen, zoals CO2. | | Heterotrofen | Organismen die afhankelijk zijn van externe organische bronnen voor voeding. | | Fototrofen | Organismen die energie uit licht halen. | | Chemotrofen | Organismen die energie uit chemische verbindingen halen. | | Ademhaling (Respiratie) | Een proces waarbij energie wordt vrijgezet uit organische of anorganische verbindingen door middel van een elektronentransportketen. | | Fermentatie (Gisting) | Een proces waarbij energie wordt vrijgezet uit organische verbindingen in afwezigheid van een externe elektronacceptor. | | Fotosynthese | Een proces waarbij lichtenergie wordt gebruikt om CO2 om te zetten in organische stoffen. | | Psychrofiele | Bacteriën die optimaal groeien bij lage temperaturen (onder 20°C). | | Mesofiele | Bacteriën die optimaal groeien bij gematigde temperaturen (20-40°C), zoals lichaamstemperatuur. | | Thermofiele | Bacteriën die optimaal groeien bij hoge temperaturen (40-80°C). | | Neutrofiele | Bacteriën die optimaal groeien bij een neutrale pH (5.5-8.0). | | Acidofiele | Bacteriën die optimaal groeien in een zuur milieu (pH < 5.5). | | Alkalifiele | Bacteriën die optimaal groeien in een alkalisch milieu (pH > 8). | | Obligaat aeroob | Micro-organismen die uitsluitend in aanwezigheid van zuurstof kunnen groeien. | | Obligaat anaeroob | Micro-organismen die uitsluitend in afwezigheid van zuurstof kunnen groeien. | | Facultatief anaeroob | Micro-organismen die zowel in aanwezigheid als in afwezigheid van zuurstof kunnen groeien. | | Osmose | De verplaatsing van water door een semi-permeabel membraan van een gebied met lage concentratie opgeloste stoffen naar een gebied met hoge concentratie. | | Hypertone oplossing | Een oplossing met een hogere concentratie opgeloste stoffen dan de cel, wat leidt tot waterverlies uit de cel. | | Hypotone oplossing | Een oplossing met een lagere concentratie opgeloste stoffen dan de cel, wat leidt tot wateropname in de cel. | | Voedingsbodem (Medium) | Een substraat dat de nodige voedingsstoffen bevat voor de groei van micro-organismen. | | Reincultuur | Een cultuur die slechts één type micro-organisme bevat. | | Mengcultuur | Een cultuur die meerdere types micro-organismen bevat. | | Kolonie | Een zichtbare massa van micro-organismen op een vaste voedingsbodem, ontstaan uit één enkele cel. | | Sterilisatie | Het proces waarbij alle levende micro-organismen, inclusief sporen, worden gedood of verwijderd. | | Ontsmetting (Desinfectie) | Het proces waarbij het aantal ongewenste micro-organismen wordt gereduceerd. | | Bacteriostatisch | Een middel dat de groei van bacteriën remt. | | Bactericide | Een middel dat bacteriën doodt. | | D-waarde (Decimale reductietijd) | De tijd die nodig is om 90% van een bacteriepopulatie te vernietigen bij een specifieke temperatuur. | | Autoclaaf | Een apparaat dat gebruikmaakt van stoom onder druk om materialen te steriliseren bij hoge temperaturen (meestal 121°C). | | Pasteurisatie | Een warmtebehandeling waarbij micro-organismen worden gedood of geïnhibeerd, maar niet alle organismen worden vernietigd. | | Lyofilisatie (Vriesdrogen) | Een methode om materialen te conserveren door invriezen gevolgd door sublimatie van water onder vacuüm. | | Filtratie | Een methode om vloeistoffen en gassen te zuiveren van micro-organismen door ze door een filter met kleine poriën te leiden. | | UV-straling | Ultraviolet licht dat gebruikt kan worden voor desinfectie door DNA-schade te veroorzaken. | | Gammastraling | Ioniserende straling met een sterk penetratievermogen, gebruikt voor sterilisatie van medische producten en voedsel. | | Antisepticum | Een middel dat gebruikt wordt om levende weefsels te ontsmetten. | | Desinfectans | Een middel dat gebruikt wordt om levenloze oppervlakken te ontsmetten. | | MIC-waarde (Minimale Inhibitorische Concentratie) | De laagste concentratie van een antimicrobieel middel die de groei van een micro-organisme remt. | | Disk-diffusie methode | Een laboratoriumtest om de gevoeligheid van bacteriën voor verschillende antibiotica te bepalen door het meten van inhibitiezones rond geïmpregneerde schijfjes. | | Antibiotica | Geneesmiddelen die bacteriële infecties bestrijden door de groei van bacteriën te remmen of ze te doden. | | Resistentie | Het vermogen van een micro-organisme om ongevoelig te zijn voor een antimicrobieel middel. | | Virussen | Zeer eenvoudige, obligaat intracellulaire parasieten die bestaan uit nucleïnezuur omgeven door een eiwitmantel. | | Virion | Een volledig virusdeeltje buiten de gastcel. | | Capside | De eiwitmantel die het genetisch materiaal van een virus omringt. | | Enveloppe | Een lipoïde membraan die sommige virussen omgeeft en afkomstig is van de gastheercel. | | Virale replicatie | Het proces waarbij een virus zich vermenigvuldigt binnen een gastcel. | | Fungi (Schimmels) | Eukaryote micro-organismen die als gisten (eencellig) of schimmels (meercellig met hyfen) voorkomen en een celwand van chitine hebben. | | Hyfen | Lange, draadvormige structuren die het mycelium van schimmels vormen. | | Mycelium | Het netwerk van hyfen dat het vegetatieve lichaam van een schimmel vormt. | | Protozoa | Eencellige, heterotrofe, eukaryote micro-organismen zonder celwand, die zich voortbewegen met behulp van flagellen, cilia of amoeboïde beweging. | | Prionen | Infectieuze eiwitten zonder genetisch materiaal die hersenaandoeningen kunnen veroorzaken door abnormale vouwing en aggregatie. | | Enterobacterales | Een orde van gramnegatieve, staafvormige bacteriën die vaak in het spijsverteringskanaal van dieren en mensen voorkomen. | | Staphylococcus | Een geslacht van grampositieve, kokvormige bacteriën die vaak in trossen voorkomen en diverse infecties kunnen veroorzaken. | | Streptococcus | Een geslacht van grampositieve, kokvormige bacteriën die in ketens voorkomen en diverse infecties kunnen veroorzaken, zoals keelontsteking. | | Mycobacterium | Een geslacht van zuurvaste, staafvormige bacteriën, waaronder de verwekker van tuberculose. | | Neisseria | Een geslacht van gramnegatieve diplokokken, waaronder de verwekkers van gonorroe en hersenvliesontsteking. | | Clostridium | Een geslacht van grampositieve, staafvormige, anaërobe bacteriën die endosporen vormen en toxines produceren die ernstige ziekten veroorzaken zoals tetanus en botulisme. | | Bacillus | Een geslacht van grampositieve, facultatief anaërobe bacteriën die endosporen vormen en vaak in de bodem voorkomen. | | Lactobacillus | Een geslacht van grampositieve, staafvormige melkzuurbacteriën die belangrijk zijn voor de darmflora en de productie van zuivelproducten. | | Listeria monocytogenes | Een grampositieve bacil die voedselvergiftiging kan veroorzaken, vooral gevaarlijk voor zwangere vrouwen en mensen met een verzwakt immuunsysteem. | | Fenol Red Broth (FRB) | Een voedingsbodem met fenolrood als pH-indicator, gebruikt om de fermentatie van koolhydraten door bacteriën te testen. | | Kligler ijzer agar (KIA) | Een combinatie medium dat de fermentatie van glucose en lactose, gasproductie en waterstofsulfideproductie test. | | MIU test | Een multitestmedium voor het gelijktijdig testen van mobiliteit, indolproductie en urease-activiteit van bacteriën. | | Citraattest (Simmons citraat) | Een medium met natriumcitraat als enige koolstofbron, gebruikt om de citraatbenutting door bacteriën te testen. | | Nitraatreductie test | Een test die aangeeft of bacteriën nitraat kunnen reduceren tot nitriet. | | Modificaties | Tijdelijke veranderingen in de fenotypische eigenschappen van een organisme als gevolg van omgevingsfactoren, die niet erfelijk zijn. | | Mutaties | Permanente veranderingen in de genetische code (DNA) van een organisme, die erfelijk zijn. | | Transposons | Mobiele genetische elementen die van de ene plaats in het genoom naar de andere kunnen springen. | | Genetische recombinatie | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen verschillende DNA-moleculen. | | Transformatie | Het opnemen van vrij DNA uit de omgeving door een bacteriecel. | | Transductie | De overdracht van bacterieel DNA van de ene cel naar de andere via een bacteriofaag (virus). | | Conjugatie | De overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriën via direct contact, meestal via een plasmide en een sexpilus. | | Plasmide | Kleine, circulaire, extrachromosomale DNA-moleculen die genen bevatten voor speciale eigenschappen zoals antibioticaresistentie. |

# Soorten voedselverontreinigingen Hier is een gedetailleerde samenvatting over soorten voedselverontreinigingen, opgesteld als een examen-gereed studieonderdeel. ## 1. Soorten voedselverontreinigingen Voedselverontreiniging verwijst naar de introductie van ongewenste materie, van welke aard dan ook, in of op voedsel, wat de kwaliteit en veiligheid ervan kan aantasten. Deze verontreinigingen kunnen variëren van zichtbare deeltjes tot microscopische organismen en chemische stoffen, en kunnen leiden tot commerciële schade, ziekte of zelfs de dood. De belangrijkste categorieën van voedselverontreinigingen zijn biologische, fysische en chemische verontreinigingen, waarbij allergenen een specifieke subcategorie vormen binnen de chemische verontreinigingen. ### 1.1 Biologische verontreinigingen Biologische verontreinigingen zijn de meest voorkomende oorzaak van voedselgerelateerde ziekten en ontstaan vaak door onwetendheid, gebrekkige hygiëne of slechte inrichting van bedrijfsruimtes. Ze zijn niet altijd direct zichtbaar en kunnen leiden tot vroegtijdig bederf of ernstige voedselinfecties en -intoxicaties. #### 1.1.1 Parasieten Parasieten zijn meercellige organismen die ziekten kunnen veroorzaken. * **Meercellige parasieten (wormziekten):** Zoals trichinellosis, lintwormen en spoelwormen. Deze kwamen vroeger veel voor, maar zijn door verbeterde hygiëne in landbouw en slachthuizen in westerse landen grotendeels verdwenen. In ontwikkelingslanden vormen ze nog steeds een significant probleem. De ernst van de ziekte varieert van symptoomloos tot dodelijk. * **Eencellige parasieten:** Voorbeelden hiervan zijn *Cyclospora* en *Cryptosporidium*. Deze veroorzaken nog steeds uitbraken, met name in de EU en Noord-Amerika. *Cyclospora* wordt vaak gelinkt aan verse producten zoals basilicum, broccoli, koriander, sla, frambozen en bessen, en is moeilijk van producten te verwijderen vanwege de oppervlaktestructuur. #### 1.1.2 Micro-organismen Micro-organismen zijn microscopische organismen die als eencellige, meercellige of celclusters voorkomen. De belangrijkste typen met betrekking tot voedselveiligheid zijn bacteriën, schimmels en virussen. ##### 1.1.2.1 Bacteriën Bacteriën zijn eencellige prokaryote cellen zonder celkern en kunnen zich voortplanten door binaire deling. Ze kunnen voedselinfecties of voedselintoxicaties veroorzaken. * **Voedselinfectie:** Veroorzaakt door het consumeren van het pathogene micro-organisme zelf. Het organisme koloniseert de darmen, verstoort de darmflora en veroorzaakt symptomen zoals diarree, buikpijn en koorts, meestal 8 uur tot meerdere dagen na consumptie. Door hittebehandeling kan het product veilig worden gemaakt. * **Voedselintoxicatie (Voedselvergiftiging):** Veroorzaakt door het consumeren van toxines geproduceerd door het micro-organisme. Symptomen treden acuut op (< 6 uur), met misselijkheid en braken als voornaamste klachten. Toxines zijn vaak hittebestendig, waardoor sterilisatie niet altijd effectief is. Preventie richt zich op het voorkomen dat micro-organismen kunnen uitgroeien tot toxineproducerende niveaus. **Belangrijke bacteriën en hun associaties:** * ***Listeria monocytogenes***: Veroorzaakt listeriosis, een ziekte die ondanks preventieve maatregelen nog steeds in opmars is en ernstige gevolgen kan hebben. * ***Staphylococcus aureus***: Aanwezig op menselijke huid, neus en haar. Produceert hittebestendige toxines die voedselvergiftiging veroorzaken. Vaak geassocieerd met vlees, gevogelte, eieren, salades en banket. * ***Clostridium botulinum***: Een sporenvormende bacterie die een zeer gevaarlijk, hitte-labiel neurotoxine produceert. Gevonden in ingeblikte levensmiddelen. Sporen zijn hittebestendig. * ***Salmonella spp.***: Veelvoorkomend bij dieren, vooral kippen en varkens. Geassocieerd met rauw vlees, gevogelte, eieren, melk en vis. Gevoelig voor hitte (> 70°C). Kruisbesmetting is een belangrijke bron van infectie. * ***Escherichia coli (E. coli)***: Normaliter aanwezig in de darmen van dieren en mensen, maar sommige stammen, zoals E. coli O157:H7, kunnen ernstige ziekte veroorzaken door toxineproductie. Geassocieerd met onvoldoende verhit gehakt, rauwe melk en ongepasteuriseerde sappen. Hittegevoelig (> 70°C). * ***Campylobacter jejuni***: Een belangrijke veroorzaker van bacteriële diarree in Europa, aangetroffen bij rundvee, kippen en vogels. Gevoelig voor hitte en preventie is cruciaal door goede hygiëne en bereiding. **Besmetting tijdens het verwerkingsproces:** Pathogenen kunnen via de mens, rauwe levensmiddelen, water, ongedierte, de omgeving (grond, stofdeeltjes) in de bedrijfsruimte terechtkomen. De mens is de grootste besmettingsbron. Kruisbesmetting, met name door rauw voedsel (kippenvlees, eieren, vis) en via omgevingselementen zoals stof en aerosolen, vormt een significant risico. **Preventieve maatregelen voor bacteriële besmetting:** * **Bronnen van besmetting weren:** Toegangsbeperking, ongediertebestrijding, goede handhygiëne, zieke medewerkers weren. * **Route infectiebron naar levensmiddel onderbreken:** Reiniging en desinfectie, aparte verwerking van rauw voedsel, vermijden van handbediende machines. * **Condities voor groei voorkomen:** Temperatuurbeheersing (max. 2 uur in de "danger zone" tussen 4°C en 60°C), beheersing van vocht (lage $A_w$), voedingsstoffen, zuurtegraad (pH), zuurstof (gas- of vacuümverpakking), gebruik van bewaarmiddelen en bestraling. Het FAT-TOM acroniem (Food, Acidity, Time, Temperature, Oxygen, Moisture) is een handig hulpmiddel om deze factoren te onthouden. ##### 1.1.2.2 Schimmels Schimmels zijn meercellige eukaryoten die zich voortplanten via sporen en organisch materiaal absorberen voor voeding. Hoewel de schimmels zelf niet altijd toxisch zijn, kunnen ze **mycotoxines** produceren – giftige secundaire metabolieten. * **Mycotoxines:** Kunnen planten en dieren infecteren. In gematigde klimaten zijn de concentraties vaak laag, maar in ontwikkelingslanden met tropische/subtropische klimaten en slechte opslagomstandigheden komen ze vaker en in hogere concentraties voor. Preventie omvat goede oogstpraktijken, gewasbescherming, juiste opslagcondities en eventuele behandelingen zoals decontaminatie. ##### 1.1.2.3 Virussen Virussen zijn niet-cellulaire entiteiten die DNA of RNA bevatten omgeven door een eiwitlaag. Ze kunnen zich niet buiten een gastheercel voortplanten. * **Besmetting:** Via rauw voedsel (vooral schaal- en schelpdieren uit besmet water), waswater, of besmette werknemers. * **Preventie:** Slechte hygiëne tijdens bereiding en onvoldoende verhitting (virussen worden afgedood bij ongeveer 60°C). * **Voorbeelden:** Norovirus en Hepatitis A- en E-virussen zijn belangrijke veroorzakers van voedselgerelateerde ziekten, vaak geassocieerd met bereid voedsel, bevroren bessen en schaaldieren. #### 1.1.3 Gisten Gisten zijn eencellige fungi. Hoewel ze bederf kunnen veroorzaken, vormen ze over het algemeen geen direct risico voor de voedselveiligheid in vergelijking met bacteriën en schimmels. ### 1.2 Fysische verontreinigingen Fysische verontreinigingen zijn vreemde voorwerpen of organismen die per ongeluk in voedsel terechtkomen, vaak tijdens de oogst of het productieproces. Deze kunnen variëren van hinderlijke objecten (papier, touw) tot gevaarlijke voorwerpen (glas, metaal). * **Gevolgen:** Voedsel kan ongeschikt worden voor consumptie (hinderlijk) of gevaarlijk voor de gezondheid (verwondingen). * **Preventieve maatregelen:** Zeven, magneten, metaaldetectie, röntgenscans, sorteersystemen en flotatie worden gebruikt om deze verontreinigingen te detecteren en te verwijderen. ### 1.3 Chemische verontreinigingen Chemische verontreinigingen omvatten een breed scala aan stoffen die in voedsel terechtkomen. Ze worden ingedeeld op basis van hun oorsprong: #### 1.3.1 Producteigen toxische chemische stoffen (van nature aanwezig) Deze stoffen komen van nature voor in de grondstof. * **Plantengifstoffen (fytotoxinen):** * **Alkaloïden:** Complexe, stikstofhoudende moleculen met vaak neuro-actieve eigenschappen. Voorbeelden zijn cafeïne, morfine en nicotine. Veelal afgebroken door koken. * **Lectinen:** Eiwitten in peulvruchten die in hoge concentraties toxisch kunnen zijn door de darmwand te perforeren en eiwitvertering te verstoren. Worden onschadelijk gemaakt door koken (minimaal 10 minuten bij 100°C). * **Cyanogene glycosiden:** Zoals in abrikozenpitten en lijnzaad, die in het lichaam worden omgezet tot blauwzuur (HCN). Verhitting reduceert het cyanidegehalte. * **Glycoalkaloïden (tomatine en solanine):** Aangetroffen in onrijpe tomaten en de schil/uitlopers van aardappelen. Solanine wordt deels verwijderd door schillen. Groene aardappelen zijn ongezond. * **Pyrrolizidine alkaloïden:** Gevonden in klein kruiskruid, dat per ongeluk in rucola kan terechtkomen. Leidt tot leverschade bij regelmatige inname. * **Oxaalzuur:** Vooral in rabarber, maar ook in spinazie, chocolade en thee. Kan bij overmatige inname misselijkheid, braken, stuipen en zelfs de dood veroorzaken. Het is een antinutriënt dat de opname van mineralen belemmert en nierstenen kan vormen. * **Myristicine:** In nootmuskaat, kan bij overmatig gebruik hallucinaties veroorzaken. * **Grayanotoxine ("gekke honing"):** Afkomstig van nectar van bepaalde rododendrons. Veroorzaakt duizeligheid, flauwvallen en hallucinaties. * **Dierlijke gifstoffen:** Geproduceerd in specifieke klieren. Een bekend voorbeeld is Tetrodotoxine (TTX) in de Japanse kogelvis, een potent neurotoxine. * **Algengifstoffen (fycotoxines):** Geproduceerd door microscopische algen (dinoflagellaten). Accumuleren in schaal- en schelpdieren en vis, en kunnen diverse gastro-intestinale of neurotoxische ziekten veroorzaken (PSP, DSP, ASP, NSP, CFP). * **Paddenstoelengifstoffen:** Sommige paddenstoelen bevatten toxines die orgaan- en weefselschade kunnen veroorzaken, soms met dodelijke afloop (bv. amatoxines). Valse morieljes bevatten gyromitrine, dat kan omzetten in methylhydrazine. Koken of langdurig drogen kan de giftigheid verminderen, maar is niet altijd voldoende. #### 1.3.2 Natuurlijk gevormde chemicaliën Deze stoffen ontstaan door biochemische reacties tijdens productie en verwerking. * **Biogene amines:** Ontstaan tijdens fermentatie, rotting of gisting door decarboxylering van aminozuren. * **Tyramine:** Gevormd uit tyrosine. Aanwezig in gerijpte kaas, rode wijn, chocolade. Kan bij gebruik van MAO-remmers een gevaarlijke bloeddrukstijging veroorzaken ("kaassyndroom"). * **Histamine:** Gevormd uit histidine. Aanwezig in vis (Scombroïde-intoxicatie bij hoge bewaartemperaturen na vangst) en gefermenteerde producten. Hittebestendig. * **Procescontaminanten tijdens verhitting:** * **Acrylamide:** Mogelijk kankerverwekkend. Ontstaat bij hoge temperaturen (rond 180°C) als nevenproduct van de Maillard-reactie (combinatie van reducerende suikers en aminozuur asparagine). Voorkomt in brood, frieten, chips, koffie. Minimalisatie kan door aanpassing van teelt, bewaren, receptuur, industriële processing en consumentenbereiding. * **AGE's (advanced glycation end products):** Ook gevormd tijdens de Maillard-reactie, in verband gebracht met verhoogd risico op diabetes en hart- en vaatziekten. * **MCPD's (3-monochloorpropaan-1,2-diolen) en glycidyl-esters:** Ontstaan uit afgebroken vetten bij hoge temperaturen, met name tijdens olieprocessing. Glycidol is een potentieel kankerverwekker. * **Furaan:** Mogelijk kankerverwekkend. Ontstaat bij thermische bewerking van levensmiddelen met uiteenlopende precursoren zoals aminozuren en suikers. Kan ontsnappen bij opwarming. #### 1.3.3 Bewust toegevoegde chemicaliën Deze stoffen worden opzettelijk aan voedsel toegevoegd. * **Additieven:** Stoffen die om technische redenen worden toegevoegd (bv. bewaarmiddelen, smaakversterkers, kleurstoffen). Meestal veilig in toegestane hoeveelheden, maar sommige (bv. BHA, BHT, parabenen, bepaalde kleurstoffen) kunnen op termijn schadelijk zijn of allergische reacties veroorzaken. * **Bestrijdingsmiddelen (pesticiden):** Gebruikt om ongedierte en onkruid te bestrijden. Residuen kunnen achterblijven op voedselgewassen. Was- en schilacties hebben vaak weinig effect. Bioaccumulatie is een risico. * **Residuen diergeneesmiddelen:** * **Antibiotica:** Gebruikt voor behandeling, preventie en vroeger als groeibevorderaar. Resten kunnen leiden tot antibioticaresistentie, een wereldwijde gezondheidsuitdaging. Er zijn wettelijke limieten en wachttijden ingesteld. * **Hormonen:** Gebruik in Europa verboden voor productieverhoging, hoewel ze van nature in dierlijke producten voorkomen. #### 1.3.4 Contaminanten (incidentele besmetting) Deze stoffen komen incidenteel in het voedsel terecht tijdens een van de stadia van productie en verwerking. * **Detergenten:** Residuen van reinigingsmiddelen indien onvoldoende nagespoeld. * **Minerale olie (smeermiddelen - MOH/MOAH):** Kan migreren uit contactmaterialen, machines of het milieu. MOAH is potentieel genotoxisch en kankerverwekkend. * **Zware metalen:** Lood (Pb), cadmium (Cd), kwik (Hg), arseen (As), tin (Sn). Ze kunnen bioaccumuleren en op lange termijn schadelijk zijn. Voeding is de voornaamste blootstellingsweg. Strenge wettelijke normen bestaan. * **Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's):** Ontstaan bij verbranding van organisch materiaal (bv. aangebrand voedsel, roken). Kankerverwekkend en genotoxisch. * **Dioxines:** Zeer giftige stoffen die ontstaan bij onvolledige verbranding, met name van chloorverbindingen. Bioaccumuleren in lichaamsvet en zijn persistent. Milieuverontreiniging is de primaire bron, maar kan ook via veevoer of oliën binnenkomen. * **Koelvloeistoffen:** Contaminatie bij lekkage uit koelinstallaties. * **Migratie uit contactmaterialen:** * **Additieven in kunststoffen:** Weekmakers (ftalaten), antioxidanten, kleurpigmenten etc. kunnen migreren, met name onder invloed van hitte, zure of vette voeding. Ftalaten zijn hormoonverstorend. * **Fotoinitiatoren in drukinkten:** Kunnen migreren uit verpakkingen, vooral UV-geharde inkten. * **Per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS):** Zeer persistente synthetische stoffen, gebruikt in o.a. vocht- en vetafstotende verpakkingen. Kunnen migreren en zijn in verband gebracht met gezondheidseffecten op het immuunsysteem. Regelgeving evolueert sterk. * **Minerale oliën (MOSH/MOAH):** Kunnen uit drukinkten (op basis van minerale olie) of gerecycleerd karton migreren. #### 1.3.5 Allergenen Allergenen zijn strikt genomen ook producteigen toxische stoffen, maar worden apart behandeld vanwege hun specifieke problematiek. Ze veroorzaken reacties van het immuunsysteem. * **Voedselallergie:** Een reactie van het immuunsysteem tegen lichaamsvreemde moleculen in voedsel. Zelfs minieme hoeveelheden kunnen heftige, potentieel fatale reacties (anafylaxie) veroorzaken. * **Belangrijkste allergenen:** Er zijn 14 allergenen die wettelijk verplicht zijn om te vermelden (tarwe, schaaldieren, eieren, vis, pinda's, soja, melk, noten, selderij, mosterd, sesamzaad, sulfieten, lupine, weekdieren). * **Aspecten van allergenenbeheer:** * **Bewust toegevoegde allergenen:** Moeten correct geëtiketteerd worden (voorverpakt via etikettering, niet-voorverpakt via informatie op de verkooplocatie). * **Onbewuste contaminatie (kruisbesmetting):** Toevallige introductie van allergenen. Wetgeving vereist reiniging en visuele controle van apparatuur. * **Precautionary Allergen Labeling (PAL) ("May Contain"):** Een vrijwillige waarschuwing die wordt toegepast wanneer kruisbesmetting niet volledig kan worden uitgesloten. Het gebruik ervan is aan strikte voorwaarden gebonden en vereist een risicobeoordeling, bij voorkeur kwantitatief. **Preventieve maatregelen en risicobeoordeling voor allergenen:** Inclusief grondstofinformatie, receptbeheer, etiketinformatie, voorkomen van verwisseling, scheiding van productielijnen, specifieke werkmethode, reiniging en verificatie van schoonmaakmethoden. Het voorkomen en beheersen van alle soorten voedselverontreinigingen is cruciaal voor de voedselveiligheid en de volksgezondheid. Een combinatie van goede hygiëne, procesbeheersing, kennis van de risico's en naleving van regelgeving is essentieel. --- # Biologische verontreinigingen: parasieten Dit topic gaat dieper in op de verschillende soorten parasieten die voedsel kunnen verontreinigen, met voorbeelden zoals lintwormen, haringwormen en cyclospora, en de effecten hiervan op de menselijke gezondheid. ## 2. Biologische verontreinigingen: parasieten Biologische verontreinigingen zijn meestal het gevolg van onwetendheid, gebrekkige inrichting van de bedrijfsruimte of slechte bedrijfshygiëne. Ze zijn niet altijd direct te ontdekken, maar kunnen ernstige gevolgen hebben, variërend van vroegtijdig bederf tot voedselvergiftiging en zelfs de dood. ### 2.1 Soorten biologische verontreinigingen Biologische verontreinigingen kunnen onderverdeeld worden in: * **Micro-organismen:** Eencellige of meercellige organismen, zoals bacteriën, schimmels, virussen en algen. * **Parasieten:** Ziekteverwekkende organismen, meestal meercellig (zoals wormen) of eencellig. ### 2.2 Parasieten Parasieten zijn meercellige, ziekteverwekkende organismen die wormziekten kunnen veroorzaken (bijvoorbeeld trichinellosis, lintworm, spoelworm). In Nederland en vergelijkbare regio's komen deze wormziekten door verbeterde hygiëne op veebedrijven en grondige controles in slachthuizen nagenoeg niet meer voor. In veel ontwikkelingslanden is dit echter nog wel een probleem. Eencellige parasieten, zoals *Cyclospora* en *Cryptosporidium*, veroorzaken nog regelmatig uitbraken in de EU en met name in Noord-Amerika. #### 2.2.1 Ziekteverschijnselen veroorzaakt door parasieten De ernst van de ziekteverschijnselen veroorzaakt door parasieten varieert van symptoomloos tot dodelijk, afhankelijk van de hoeveelheid parasieten. Meestal treden symptomen op ongeveer twee weken na besmetting en omvatten ze buikpijn en diarree. Na verloop van tijd kunnen oedeem, jeuk en koorts optreden. Chronische spierpijn kan op de langere termijn voorkomen. Een dodelijke afloop is zeldzaam, maar niet uitgesloten. #### 2.2.2 Voorbeelden van parasieten ##### 2.2.2.1 *Trichinella* * *Trichinella* is een parasitaire worm die via besmet vlees (bv. varkensvlees, paardenvlees, wild) kan worden overgedragen. Larven nestelen zich in de darmwand en migreren vervolgens naar de spieren. ##### 2.2.2.2 *Anisakis simplex* (haringworm) * *Anisakis simplex* is een nematode die voorkomt in zeevissen zoals kabeljauw, makreel en haring. * **Overdracht:** Het eten van de larven van *Anisakis simplex* kan leiden tot een darmontsteking met braken, hevige buikkrampen en in ernstige gevallen darmobstructie door zwelling van de darmwand. De worm kan de darmwand doorboren en zich nestelen in spierweefsel. Een allergische reactie is ook mogelijk. * **Transmissie:** Transmissie van mens op mens is onmogelijk. De larve ontwikkelt zich bij mensen niet verder dan het vierde larvale stadium. * **Verloop:** De larve sterft normaal gesproken spontaan af na ongeveer drie weken. * **Preventieve maatregelen:** Het invriezen van vis is een cruciale preventieve maatregel om deze parasiet te doden. Dit is in Nederland sinds 1968 wettelijk verplicht voor haring. De Europese wetgeving vereist dat vis die rauw gegeten of koud gerookt wordt, wordt behandeld met invriezen (–20 °C gedurende ten minste 24 uur) of verhitting (35 °C gedurende ten minste 15 uur, of enkele minuten opwarmen aan 60 °C voor andere vissoorten). Het snel schoonmaken van vis na de vangst helpt voorkomen dat larven vanuit het maagdarmkanaal naar de spieren migreren. Afgestorven larven kunnen nog steeds overgevoeligheidsreacties veroorzaken. Invriezen garandeert niet 100% dat alle larven dood zijn. ##### 2.2.2.3 Lintwormen * Lintwormen zijn een belangrijke oorzaak van hersenletsels, met epilepsie, verlammingen en andere neurologische problemen als gevolg, met name in ontwikkelingslanden. Besmetting kan plaatsvinden door het eten van rauwe of onvoldoende verhitte vis of vlees die larven van lintwormen bevatten. ##### 2.2.2.4 *Cyclospora* * *Cyclospora* is een eencellige, eukariote parasiet die zich voedt met organische stoffen en vaak als parasiet leeft. * **Symptomen:** Veroorzaakt gastro-intestinale symptomen zoals buikpijn, waterige diarree, misselijkheid, braken, lichaamspijn en vermoeidheid. Soms zijn ziekenhuisopnames nodig, overlijden is zeldzaam. * **Overdracht:** Overgedragen via voedsel of water dat besmet is met menselijke uitwerpselen. * **Preventie:** Goede hygiëne en correcte bemesting zijn de belangrijkste preventieve maatregelen. * **Besmetting:** *Cyclospora* is gelinkt aan diverse verse producten, zoals basilicum, broccoli, koriander, sla, frambozen en andere bessen, en sluimerwten. Vaak is de oorsprong afkomstig uit gebieden met slechtere hygiëne, met internationale reizen en voedselimport als oorzaken. * **Was-effectiviteit:** Het wassen van producten verwijdert de parasiet niet altijd, omdat de oppervlaktestructuur van sommige producten, zoals frambozen (met meer tentakeltjes), de *Cyclospora* een betere hechting biedt. Hierdoor zijn frambozen gevaarlijker in verband met besmetting. > **Tip:** Het schoonmaken van groenten en fruit is essentieel om het risico op besmetting met *Cyclospora* te minimaliseren, hoewel dit niet altijd volledig effectief is, vooral bij producten met complexe oppervlaktestructuren. --- Dit gedeelte van de studiehandleiding richt zich specifiek op biologische verontreinigingen door parasieten, conform de verstrekte documentatie en instructies. --- # Chemische verontreinigingen en hun bronnen Oké, hier is de gedetailleerde studiehandleiding voor het onderwerp "Chemische verontreinigingen en hun bronnen", volledig in het Nederlands en volgens alle opgestelde richtlijnen. ## 3. Chemische verontreinigingen en hun bronnen Chemische verontreinigingen zijn stoffen die, per ongeluk of met opzet, in voedsel terechtkomen en potentieel schadelijk kunnen zijn voor de menselijke gezondheid. ### 3.1 Indeling van chemische verontreinigingen Chemische verontreinigingen kunnen worden ingedeeld op basis van hun oorsprong en hoe ze in het product terechtkomen: * **Producteigen stoffen:** Deze zijn van nature aanwezig in de grondstof, of worden gevormd tijdens de productie- of verwerkingsprocessen. * **Natuurlijk aanwezig in grondstof:** Gifstoffen die inherent zijn aan de plant, het dier, of algemene organismen. * **Natuurlijk gevormd tijdens productie/verwerking:** Chemicaliën die ontstaan door reacties van nutriënten, gisting, rotting of verhitting. * **Bewust toegevoegde chemicaliën:** Stoffen die met opzet worden toegevoegd aan voedingsmiddelen. * **Contaminanten:** Deze zijn het gevolg van incidentele besmetting in één van de stadia van het productie- en verwerkingsproces. * **Allergenen:** Hoewel strikt genomen vaak natuurlijk voorkomend, worden allergenen omwille van hun specifieke problematiek apart behandeld als een groep die allergische reacties kan veroorzaken. ### 3.2 Producteigen toxische chemische stoffen Dit zijn stoffen die van nature voorkomen in voedingsmiddelen of ontstaan tijdens de verwerking. #### 3.2.1 Van nature aanwezig in grondstof Sommige grondstoffen bevatten van nature toxische chemische stoffen, vaak als afweermechanisme tegen ziekten of natuurlijke vijanden. * **Plantengifstoffen (fytotoxinen):** * **Alkaloiden:** Complexe chemische structuren met stikstofatomen, vaak met een bittere smaak en neuro-actieve eigenschappen. Voorbeelden zijn morfine, codeïne, kinine, cocaïne en cafeïne. De meeste worden afgebroken door koken. * **Lectinen:** Eiwitten die in hoge concentraties de darm kunnen perforeren en de eiwitvertering kunnen verstoren. Worden onschadelijk gemaakt door minimaal 10 minuten koken. Moderne bereidingswijzen met korte kooktijd vereisen extra aandacht. > **Voorbeeld:** Lectinen in rode kidneybonen. Deze worden onschadelijk gemaakt door verhitting (bv. 15 minuten bij 100°C). Langdurig koken op lage temperatuur (12u bij 65°C) is niet voldoende. * **Cyanide:** Komt voor in abrikozenpitten en lijnzaad. Wordt in het lichaam omgezet tot blauwzuur (HCN). Verhitting vermindert het gehalte tot ongevaarlijke niveaus (bv. in abrikozenjam). 2-3 eetlepels lijnzaad per dag zijn veilig voor volwassenen. Cassave bevat van nature blauwzuur en vereist spoelen na de oogst. * **Tomatine en Solanine:** Glycoalkaloïden die voorkomen in onrijpe tomaten en in de schil en uitlopers van aardappelen (vooral onder invloed van licht). Kunnen misselijkheid, braken en diarree veroorzaken. Het schillen van aardappelen verwijdert de meeste solanine. * **Zwarte nachtschade:** Zaden kunnen als toxische contaminant in de voedselketen terechtkomen. * **Klein kruiskruid:** Bevat pyrrolizidine alkaloïden, die leverschade kunnen veroorzaken bij regelmatige inname. De bladeren lijken op die van rucola. * **Oxaalzuur:** Komt voor in rabarber, peterselie, spinazie, chocolade, noten, bessen en bieten. Overmatige inname kan leiden tot misselijkheid, braken, stuipen en zelfs de dood. Het is een antinutriënt dat de opname van mineralen belemmert (bv. calcium) en kan nierstenen vormen. * **Myristicine:** Komt voor in nootmuskaat. In lage doses ongevaarlijk, maar excessief gebruik kan hallucinaties veroorzaken en gevaarlijk zijn. * **Grayanotoxine (gekke honing):** Verkregen uit nectar van rododendrons. Kan leiden tot lage bloeddruk, duizeligheid, flauwvallen en hallucinaties. * **Dierlijke gifstoffen:** Geproduceerd in klieren en afgescheiden via tanden, stekels of angels. * **Tetrodotoxine (TTX):** Een sterk neurotoxine in de Japanse kogelvis (fugu). Zelfs zeer kleine doses kunnen dodelijk zijn door verlamming van de ademhalingsspieren. Enkel geserveerd door gekwalificeerde koks. * **Algengifstoffen (fycotoxines):** Geproduceerd door microscopische algen (dynoflagellaten). Kunnen diverse maag-darmkanaal- of neurotoxische ziekten veroorzaken, zoals PSP, DSP, ASP, NSP en CFP. Accumulatie vindt plaats in schaal- en schelpdieren en zeevis. * **Paddenstoelengifstoffen:** Sommige paddenstoelen bevatten gifstoffen die organen kunnen beschadigen of dodelijk kunnen zijn. * **Gyromitrine:** In de valse morielje. Reageert met maagzuur tot methylhydrazine, dat interfereert met vitamine B6 en neurotoxische effecten veroorzaakt. Kan onschadelijk worden gemaakt door langdurig drogen of koken, maar restverschijnselen zijn mogelijk. #### 3.2.2 Natuurlijk gevormde chemicaliën (tijdens productie/verwerking) Deze stoffen ontstaan door biochemische reacties, vaak gekatalyseerd door enzymen, tijdens het verhitten, gisten of fermenteren. * **Biogene amines:** Ontstaan door decarboxylering van aminozuren tijdens fermentatie of bederf. * **Tyramine:** Gevormd uit tyrosine. Komt voor in gerijpte kazen, rode wijn, chocolade, zuurkool, sojabereidingen. Normaal gesproken snel afgebroken door MAO-enzymen. Bij gebruik van MAO-remmers kan dit leiden tot het "kaassyndroom" (plotselinge bloeddrukstijging). * **Histamine:** Ontstaat door decarboxylering van histidine. Komt voor in eiwitrijke, dierlijke voedingsmiddelen (vooral vis zoals tonijn, makreel) en gefermenteerde producten (kaas, ham, wijn). Wordt niet afgebroken door koken. > **Voorbeeld (Scombroïde-intoxicatie):** Ontstaat na het eten van vis met een hoge histamineconcentratie, vaak door onjuiste bewaring na de vangst waarbij bacteriën histidine omzetten in histamine. Symptomen treden snel op (minuten tot uren) en omvatten o.a. huiduitslag, misselijkheid, hoofdpijn en maagpijn. * **Procescontaminanten tijdens verhitting:** * **Acrylamide:** Ontstaat bij hoge temperaturen (ca. 180°C) als nevenproduct van de Maillard-reactie tussen reducerende suikers en het aminozuur asparagine. Komt voor in brood, frieten, chips, koffie. Mogelijk kankerverwekkend. De "Acrylamide Toolbox" bevat maatregelen om de vorming te minimaliseren, zoals selectie van aardappelvariëteiten met lage suikergehaltes, aangepaste bewaar- en bereidingsomstandigheden. * **AGE’s (advanced glycation end products):** Ontstaan ook tijdens de Maillard-reactie en worden in verband gebracht met diabetes, hart- en vaatziekten en kanker. De vermindering van de Maillard-reactie leidt tot lagere AGE-gehaltes, maar ook tot minder smaak en kleur. * **MCPD’s (3-monochloorpropaan-1,2-diolen):** Ontstaan door reactie van residuen van vetoxidatie met zout (chloride) bij hoge temperaturen. De oorsprong van de olie (bv. palmolie) speelt een rol. * **Glycidyl-esters:** Vormen de basis voor glycidol, een potentieel carcinogeen. Ontstaan uit afgebroken vetten, zowel tijdens de verwerking van olie als tijdens het frituren. * **Furaan:** Mogelijk kankerverwekkend. Ontstaat bij de thermische bewerking van levensmiddelen, met aminozuren, ascorbinezuur, suikers en meervoudig onverzadigde vetten als precursors. Bronnen zijn o.a. verbranding van afval en uitlaatgassen. Bij opwarming kan een deel ontsnappen, afhankelijk van de samenstelling en het proces. ### 3.3 Bewust toegevoegde chemicaliën Dit zijn stoffen die met opzet aan voedingsmiddelen worden toegevoegd voor specifieke technologische functies. * **Additieven:** Stoffen die om technische redenen worden toegevoegd tijdens productie, verwerking, verpakking, transport of opslag. * **Voorbeelden:** Bewaarmiddelen, smaakversterkers, stabilisatoren, kleurstoffen, voedingszuren, enzymen, antioxidanten. * **Risico's:** Hoewel de kans op schadelijke effecten klein is, kunnen overdosering of specifieke additieven op termijn problemen veroorzaken (bv. potentieel kankerverwekkende bewaarmiddelen zoals BHA/BHT, hormoonverstorende parabenen, allergische reacties door bepaalde kleurstoffen). * **Nitrosaminen:** Ontstaan door de binding van nitriet (natuurlijk of toegevoegd) met aminen bij verhitting. Ze zijn kankerverwekkend. Wettelijke maximale concentraties zijn vastgesteld. * **Bestrijdingsmiddelen (pesticiden):** Gebruikt om ongewenste onkruiden, insecten, etc. te bestrijden. * **Gevaar:** Achterblijven van residuen op voedselgewassen. Was- en schilprocedures hebben vaak beperkt effect omdat ze in het levensmiddel doordringen. Kunnen bioaccumuleren in de voedselketen en in grondwater terechtkomen. * **Regulatie:** Wettelijke maximale residugrenzen (MRL's) en veiligheidstermijnen voor de oogst zijn ingesteld. * **Residuen diergeneesmiddelen:** * **Antibiotica:** Gebruikt voor behandeling, preventie van infecties, of als groeibevorderaar (dit laatste is grotendeels verboden in de EU). > **Gezondheidsrisico:** Het belangrijkste risico is de ontwikkeling van antibioticaresistentie bij bacteriën, wat leidt tot onbehandelbare infecties. Dit is een van de grootste gezondheidsuitdagingen van de 21e eeuw. > **Voorbeeld:** ESBL-producerende bacteriën, die resistent zijn tegen veel antibiotica, kunnen zich vanuit de veehouderij via de voedselketen verspreiden. * **Hormonen:** Kunstmatige of natuurlijke hormonen kunnen worden toegediend om de productie van vlees en melk te vergroten. Gebruik is verboden in Europa. Hoewel de hormoonresten in vlees en melk snel worden afgebroken, geldt het voorzorgsprincipe. ### 3.4 Contaminanten: Incidentele besmetting Dit zijn onbedoelde besmettingen met chemische producten die tijdens het productieproces worden gebruikt. * **Detergenten:** Residuen van reinigingsmiddelen indien onvoldoende nagespoeld. Gebruik van food grade detergenten en voldoende naspoelen is essentieel. * **Minerale olie (smeermiddelen):** Vormen een risico door migratie uit contactmaterialen of door direct gebruik (bv. als hulpstof of in gewasbeschermingsmiddelen). De aromatische fractie (MOAH) is potentieel genotoxisch en carcinogeen. Er is nog geen definitieve wetgeving, maar wel actiedrempels voor MOSH/MOAH. * **Zware metalen:** * **Lood (Pb):** Voornamelijk via stof dat op planten neerdwarrelt. Kan leiden tot ontwikkelingsproblemen bij kinderen en cardiovasculaire problemen bij volwassenen. Milieumaatregelen hebben de blootstelling verminderd. * **Cadmium (Cd):** Opgenomen door planten uit de bodem. Bronnen zijn o.a. tabaksrook en vervuild water/meststoffen. Bioaccumuleert in organen (nier, lever) en is potentieel kankerverwekkend. Langere biologische halveringstijd leidt tot chronische toxiciteit. * **Kwik (Hg):** Vooral methylkwik is gevaarlijk voor de ontwikkeling van het zenuwstelsel, met name bij foetussen en jonge kinderen. Vooral in roofvissen aan het einde van de voedselketen aanwezig. * **Arseen (As):** Komt van nature voor en wordt gebruikt in o.a. pesticiden. Niet biologisch afbreekbaar. Via grond en water kan het in gewassen terechtkomen, met name rijst. Overvloedig spoelen en koken in water kan de blootstelling verminderen. * **Tin (Sn):** Kan migreren uit blikverpakkingen, vooral bij beschadigde blikken. Kan buikpijn veroorzaken. * **Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s):** Ontstaan bij de verbranding van organisch materiaal (bv. aangebrande producten, roken). Potentieel genotoxisch en kankerverwekkend. De blootstelling is voornamelijk via voeding. * **Dioxines:** Een groep zeer giftige stoffen (PCDDs, PCDFs, DL-PCB’s) die ontstaan bij onvolledige verbranding, vooral van chloorverbindingen. Ze breken langzaam af, hechten zich aan klei en bioaccumuleren in vet. Maatregelen om milieuvervuiling te verlagen hebben geleid tot een significant lagere dioxinegehalte in levensmiddelen. * **Koelvloeistoffen:** Contaminatie bij lekkage uit koelinstallaties. Vermijden door apparatuur anders te plaatsen. * **Migratie uit contactmaterialen:** Stoffen uit materialen die in contact komen met voedsel kunnen migreren. * **Additieven bij kunststofproductie:** Weekmakers (ftalaten), antioxidanten, kleurstoffen, UV-absorbers etc. kunnen migreren, vooral bij zure of vette voedingsmiddelen en verhitting. Weekmakers kunnen hormoonverstorend werken. * **Fotoinitiatoren in drukinkten:** Gebruikt in UV-inkten, kunnen migreren naar het voedsel. Hoewel specifieke EU-wetgeving ontbreekt, zijn er richtlijnen (bv. EuPIA). * **Minerale oliën (MOSH/MOAH):** Ook in drukinkten en verpakkingen. MOAH is potentieel kankerverwekkend. * **Per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS):** Synthetische stoffen die zeer persistent zijn en langzaam afbreken. Ze kunnen migreren uit vocht- en vetafstotende verpakkingen. Worden in verband gebracht met effecten op het immuunsysteem, geboortegewicht en cholesterolgehaltes. Er wordt gewerkt aan strengere EU-wetgeving en een potentieel totaalverbod. * **Wetgeving contactmaterialen:** Verordening (EG) nr. 1935/2004 stelt dat materialen geen bestanddelen mogen afgeven in hoeveelheden die gevaar opleveren voor de gezondheid of de voedingsmiddelen onaanvaardbaar beïnvloeden. Verordening (EG) 2023/2006 regelt goede fabricagemethoden (GMP). Tests worden uitgevoerd met voedselsimulantentest. ### 3.5 Allergenen Voedselallergie is een reactie van het immuunsysteem op specifieke voedselcomponenten, die bij zeer gevoelige personen ernstige, potentieel dodelijke, reacties kan veroorzaken (anafylaxie). * **Belangrijkste allergenen:** Noten, pinda's, melk, eieren, vis, schaaldieren, weekdieren, glutenbevattende granen (tarwe, rogge, etc.), soja, selderij, mosterd, sesamzaad, zwaveldioxide en sulfieten (boven 10 mg/kg of 10 mg/l), lupine. * **Twee belangrijke aspecten:** * **Bewust toegevoegde allergenen:** Wettelijke informatieplicht via etikettering (voorverpakte producten) of informatie op de verkooplocatie (niet-voorverpakte producten). Verordening (EU) 1169/2011 identificeert 14 hoofdallergenen. * **Onbewuste contaminatie (kruisbesmetting):** Toevallige introductie van allergenen. Regelgeving (wijziging VO 852/2004) vereist reiniging en controle op afwezigheid van zichtbare resten. > **Precautionary Allergen Labeling (PAL):** Verklaringen als "kan sporen van [allergeen] bevatten". Wordt vaak als gemaksoplossing gebruikt, maar is geen wettelijk kader. Het gebruik ervan moet gebaseerd zijn op een kwantitatieve risicobeoordeling en mag geen vervanging zijn van preventieve maatregelen. * **Preventieve maatregelen tegen kruisbesmetting:** * Leveranciersinformatie over allergenen in grondstoffen. * Correcte opslag, hantering en etikettering. * Procedures om verwisseling van producten te voorkomen. * Scheiding van productielijnen, recipiënten en opslag. * Specifieke productievolgorde (bv. hoogste allergenengehalte aan het einde van de dag). * Regelmatige en grondige reiniging en verificatie van schoonmaakmethoden. * Kwantitatieve risicobeoordeling (bv. Vital® programma) om de werkelijke blootstelling te bepalen. * **Analysemethoden:** Diverse methoden (bv. ELISA, Lateral flow testen) worden gebruikt, met variërende betrouwbaarheid en gevoeligheid. Het belang van testen ligt in het monitoren van trends, verificatie van maatregelen en het bepalen van acties op basis van resultaten. --- # Preventieve maatregelen tegen voedselverontreiniging Voedselverontreiniging kan leiden tot ernstige gezondheidsrisico's, economische schade en verlies van consumentenvertrouwen. Effectieve preventieve maatregelen zijn daarom cruciaal in de gehele voedselketen. Dit hoofdstuk bespreekt de diverse preventieve strategieën en maatregelen die genomen kunnen worden om voedselverontreiniging te voorkomen, waaronder hygiëne, temperatuurbeheersing en risicobeoordeling. ### 4.1 Soorten verontreinigingen Voedselverontreiniging kan worden onderverdeeld in vier hoofdcategorieën: * **Biologische verontreinigingen:** Micro-organismen (bacteriën, schimmels, virussen, algen) en parasieten (eencellig en meercellig). * **Fysische verontreinigingen:** Vreemde voorwerpen of organismen die per ongeluk in het voedsel terechtkomen. * **Chemische verontreinigingen:** Stoffen die van nature in het product aanwezig zijn, tijdens de productie ontstaan, bewust worden toegevoegd of incidenteel in het product terechtkomen. Allergenen worden strikt genomen bij chemische verontreinigingen ingedeeld. ### 4.2 Biologische verontreinigingen Biologische verontreinigingen zijn vaak het gevolg van gebrekkige hygiëne en inrichting van bedrijfsruimtes. Ze zijn niet altijd direct te ontdekken en kunnen ernstige gevolgen hebben. #### 4.2.1 Parasieten Parasieten zijn meercellige, ziekteverwekkende organismen, zoals wormen (trichinellosis, lintworm, spoelworm). Hoewel in westerse landen grotendeels verdwenen door verbeterde hygiëne en controles, komen ze in ontwikkelingslanden nog veel voor. Eencellige parasieten zoals *Cyclospora* kunnen nog steeds uitbraken veroorzaken, vaak gelinkt aan verse producten zoals fruit en groenten, vooral na internationale reizen of import uit gebieden met slechtere hygiëne. * **Preventieve maatregelen tegen parasieten:** * **Vis:** Diepvriezen (EU-wetgeving vereist specifieke temperaturen en tijdsduur, bijvoorbeeld $-20$ graden Celsius gedurende minimaal 24 uur) of verhitting boven $60$ graden Celsius gedurende enkele minuten. Vissen zo snel mogelijk na vangst schoonmaken om migratie van larven naar spieren te voorkomen. * **Groenten en fruit:** Grondig wassen kan helpen, hoewel de oppervlaktestructuur van sommige producten parasieten beter kan laten hechten. * **Algemeen:** Goede hygiëne, correcte bemesting en controle in slachthuizen zijn essentieel. #### 4.2.2 Bacteriën Bacteriën zijn eencellige prokaryote cellen die zich voortplanten door binaire splitsing. Ze kunnen voedselinfecties (ziekte door inname van levende bacteriën) of voedselintoxicaties (ziekte door ingenomen toxines geproduceerd door bacteriën) veroorzaken. * **Voedselinfectie:** Pathogenen koloniseren de darm, verstoren de darmflora. Symptomen treden na 8 uur tot meerdere dagen op (diarree, buikpijn, koorts). Risico weg door pathogeen te doden (sterilisatie). * **Voedselintoxicatie:** Ziekte door toxine van pathogeen. Symptomen treden acuut op (< 6 uur), met misselijkheid en braken. Risico blijft zelfs na doden pathogeen, omdat toxines vaak hittebestendig zijn. Preventie is gericht op het voorkomen van uitgroei tot toxineproducerend niveau. **Belangrijke bacteriële pathogenen en hun preventie:** * ***Listeria monocytogenes***: Een groeiend probleem, zelfs met inspanningen om het te bestrijden. Kan chronische ziekte en zelfs de dood veroorzaken. Preventie vereist strikte hygiëne en temperatuurbeheersing, omdat deze bacterie zich kan vermenigvuldigen in gekoelde producten. * ***Salmonella spp.***: Veelvoorkomend bij dieren (kippen, varkens) en in de omgeving. Geassocieerd met rauw vlees, gevogelte, eieren, melkproducten. * **Preventie:** Grondige verhitting boven $70$ graden Celsius. Cruciale preventie is het voorkomen van kruisbesmetting tussen rauwe en gekookte producten of besmette materialen. * ***Escherichia coli***: Van nature aanwezig in de darmen, maar sommige stammen (zoals O157:H7) zijn pathogeen. Geassocieerd met onvoldoende verhit gehakt, rauwe melk, taugé. * **Preventie:** Verhitting boven $70$ graden Celsius en voorkoming van kruisbesmetting. * ***Staphylococcus aureus***: Aanwezig op huid, haar en in neusholtes van mens en dier. Produceert hittebestendige toxines. Geassocieerd met vleesproducten, eieren, salades, banket. * **Preventie:** Volledig voorkomen is moeilijk. Goede verhitting en opslag zijn belangrijk. Kruisbesmetting en onjuiste hantering/opslag die uitgroei bevorderen, zijn risico's. Koken vernietigt de toxine niet volledig. * ***Clostridium botulinum***: Produceert een dodelijk neurotoxine. Sporen zijn hittebestendig, maar het toxine is hitte labiel (vernietigd bij $75-80$ graden Celsius gedurende 10 minuten). Vooral een risico bij ingeblikte producten. * **Preventie:** Commercieel ingeblikt voedsel is doorgaans veilig (gesteriliseerd of geconserveerd). Verse producten vormen geen gevaar. Goed verhitte producten zijn veilig. * ***Campylobacter jejuni***: Belangrijke veroorzaker van bacteriële diarree. Aangetroffen bij rundvee, kippen en in water. * **Preventie:** Juiste bewaring en verhitting. Voorkomen van kruisbesmetting is cruciaal. **Preventieve maatregelen tegen microbiële besmetting door de mens:** * **Handhygiëne:** Regelmatig handen wassen na toiletbezoek, na contact met rauw vlees, na aanraking van gebruikte vaatdoeken. * **Ziek personeel weren:** Personen met infectieziekten mogen niet werken met voedsel. * **Hulpmiddelen:** Gebruik van handschoenen kan een vals gevoel van veiligheid geven; handschoenen moeten regelmatig worden vervangen en handen moeten tussendoor gewassen worden. **Preventieve maatregelen tegen microbiële besmetting door omgeving en ongedierte:** * **Ongediertebestrijding:** Systematische bestrijding van insecten, knaagdieren en vogels. * **Hygiënische omgeving:** Voorkomen van stof, aerosols en besmetting uit de omgeving (grond, water). **Preventieve maatregelen tegen kruisbesmetting:** * **Scheiding:** Rauw voedsel apart verwerken van gekookt voedsel. Gebruik van aparte ruimtes, machines en gereedschappen. * **Reiniging en desinfectie:** Regelmatige en grondige reiniging van oppervlakken, apparatuur en gereedschappen. * **Indirecte besmetting voorkomen:** Vermijden van contactbesmetting via transportmiddelen zoals handen, apparatuur, werkbladen en (keuken-)doeken. #### 4.2.3 Schimmels Schimmels zijn eukaryote cellen die zich voortplanten via sporen. Ze veroorzaken voornamelijk bederf en afbraak van voedsel. * **Mycotoxines:** Sommige schimmels produceren toxische secundaire metabolieten (mycotoxines). Deze kunnen voorkomen in planten (zowel tijdens groei als opslag) en dierweefsels. Preventie is gericht op het voorkomen van schimmelgroei en het beheersen van opslagcondities. * **Preventieve maatregelen:** * Goede grondbewerking, vruchtwisseling, zaaigoed vrij van kiemen. * Gebruik van fungiciden. * Beheersing van omgevingsstress (bv. droogte). * Op tijd oogsten. * Optimale opslagcondities (temperatuur, vochtigheid). * Behandeling met anti-schimmelmiddelen. * Verwerking waarbij contact met vocht wordt gemeden. * Behandelingen om mycotoxines te verminderen: decontaminatie (chemisch, fysisch, biologisch). #### 4.2.4 Virussen Virussen zijn niet-cellulaire entiteiten die zich buiten een gastheercel niet kunnen voortplanten. Besmetting van voedsel is mogelijk via rauw voedsel (bv. schelp- en schaaldieren uit besmet water), waswater of besmette werknemers. * **Preventieve maatregelen:** * Slechte hygiëne tijdens bereiding voorkomen. * Goed verhitten (virussen worden afgedood bij ongeveer $60$ graden Celsius). * Goede sanitaire voorzieningen en handhygiëne. * Voorkomen van consumptie van rauwe of onvoldoende verhitte producten uit risicogebieden. ### 4.3 Fysische verontreinigingen Fysische verontreinigingen zijn vreemde voorwerpen die voedsel ongeschikt of onveilig maken voor consumptie. Voorbeelden zijn glas, metaal, steentjes, hout, plastic en karton. * **Preventieve maatregelen:** * **Detectieapparatuur:** Gebruik van zeven, magneten, metaaldetectie, X-ray detectie en sorteersystemen. * **Preventie tijdens productie:** Zorgvuldige oogst- en productieprocessen om de introductie van vreemde deeltjes te minimaliseren. Vermijden van jassen met borstzakken in productieruimtes. Kleine scherpe voorwerpen moeten vermeden worden. ### 4.4 Chemische verontreinigingen Chemische verontreinigingen kunnen op verschillende manieren in voedsel terechtkomen: #### 4.4.1 Producteigen toxische chemische stoffen (van nature aanwezig) Deze stoffen komen van nature voor in planten, dieren, algen en paddenstoelen. * **Plantengifstoffen (fytotoxinen):** * **Alkaloïden:** Complexe heterocyclische structuren met stikstofatomen. Kunnen neuro-actieve eigenschappen hebben. Veel worden afgebroken door koken. Voorbeelden: morfine, codeïne, cafeïne. * **Lectinen:** Eiwitten in peulvruchten die in hoge concentraties giftig kunnen zijn. Worden onschadelijk gemaakt door voldoende koken (minimaal $10$ minuten bij $100$ graden Celsius). * **Cyanogene glycosiden:** Kunnen in het lichaam worden omgezet tot blauwzuur (HCN). Voorbeelden: abrikozenpitten, lijnzaad, cassave. Verhitting verlaagt het cyanidegehalte. * **Glycoalkaloïden (tomatine en solanine):** Voorkomen in onrijpe tomaten en aardappelen (vooral onder de schil). Groene aardappelen zijn ongezond. * **Oxaalzuur:** Voorkomend in rabarber, spinazie, chocolade. Kan nierstenen vormen en de opname van mineralen belemmeren. * **Myristicine:** In nootmuskaat. Kan in hoge doses hallucinaties veroorzaken. * **Grayanotoxine:** In honing van bepaalde rododendrons ("gekke honing"). Werkt in op zenuwbanen en kan duizeligheid en hallucinaties veroorzaken. * **Overige:** Zwarte nachtschade, klein kruiskruid (pyrrolizidine alkaloïden) en verschillende eetbare paddenstoelen die op giftige lijken. * **Dierlijke gifstoffen:** Geproduceerd in specifieke klieren. Voorbeeld: Tetrodotoxine (TTX) in de Japanse kogelvis (Fugu). Een zeer sterk neurotoxine. * **Algengifstoffen (fycotoxines):** Geproduceerd door microscopische algen (Dynoflagellaten). Geaccumuleerd in schaal- en schelpdieren en vis. Veroorzaken diverse ziekten, o.a. PSP, DSP, ASP, NSP. * **Paddenstoelengifstoffen:** Sommige paddenstoelen zijn giftig, soms dodelijk. Voorbeelden: amatoxinen (lever- en nierschade), gyromitrine (valse morielje) dat omgezet wordt tot methylhydrazine. #### 4.4.2 Natuurlijk gevormde chemicaliën (tijdens productie/verwerking) Deze stoffen ontstaan door biochemische reacties, soms enzymatisch gekatalyseerd, tijdens productie of verwerking. * **Biogene amines:** Ontstaan tijdens gisting, rotting of fermentatie. * **Tyramine:** Gevormd door afbraak van tyrosine. Kan leiden tot bloeddrukstijging ("kaassyndroom") bij gebruik van MAO-remmers. Voorkomend in gerijpte kazen, rode wijn, chocolade. * **Histamine:** Ontstaat door decarboxylering van histidine. Komt voor in eiwitrijke vis (scombroïde-intoxicatie) en gefermenteerde producten. Kan niet door koken worden afgebroken. * **Scombroïde-intoxicatie:** Snel optredende symptomen na consumptie van vis met hoge histaminegehalten door verkeerde temperatuurbeheersing na vangst. * **Procescontaminanten tijdens verhitting:** * **Acrylamide:** Mogelijk kankerverwekkend. Gevormd bij hoge temperaturen (rond $180$ graden Celsius) als nevenproduct van de Maillard-reactie. Voorkomend in brood, frieten, chips, koffie. * **Preventie ("Acrylamide Toolbox"):** Aanpassing van teelt (aardappelvariëteiten met laag suikergehalte), bewaaromstandigheden, receptformulering (toevoegen van citroenzuur, calciumzouten), industriële processing (blancheren, gebruik van enzymen), verlaging van bereidingstemperatuur. * **AGE’s (Advanced Glycation End Products):** In verband gebracht met chronische ziekten. Ontstaan ook tijdens Maillard-reactie. Balans tussen smaak en gezondheid is nodig. * **MCPD's (3-monochloorpropaan-1,2-diolen):** Ontstaan bij hoge temperatuur uit reactie van vetoxidatie met zout. Olieherkomst speelt rol (bv. palmolie). * **Glycidyl-esters:** Vormen basis voor glycidol, potentieel carcinogeen. Ontstaan tijdens processing van olie (deodorisering) en frituren. * **Furaan:** Mogelijk kankerverwekkend. Gevormd bij thermische bewerking van voedsel. Belangrijkste blootstelling via consumptie. Kan deels ontsnappen bij opwarming. #### 4.4.3 Bewust toegevoegde chemicaliën Deze stoffen worden met opzet aan voedsel toegevoegd. * **Additieven:** Worden toegevoegd om te voldoen aan consumenteneisen (bewaarmiddelen, smaakversterkers, kleurstoffen, etc.). Wettelijk geregeld via positieve lijsten. Kleine kans op schadelijke effecten bij correct gebruik. Sommige bewaarmiddelen (E 320/321, parabenen) en kleurstoffen kunnen potentieel schadelijk zijn. * **Nitrosaminen:** Kankerverwekkend. Ontstaan door binding van nitriet (natuurlijk of toegevoegd) met amines bij verhitting. Gebruik van nitriet en nitraat is gereguleerd. * **Bestrijdingsmiddelen (pesticiden):** Gebruikt om onkruid, insecten etc. te bestrijden. Kunnen residuen achterlaten op voedselgewassen. Washen en schillen heeft beperkt effect. Omgevingscontaminatie kan ook optreden. Wettelijke maximale residugehalten (MRL's) en veiligheidstermijnen gelden. * **Residuen diergeneesmiddelen:** * **Antibiotica:** Gebruikt voor infectiebestrijding, -preventie of als groeibevorderaar. Risico op ontwikkeling van antibioticaresistentie bij bacteriën, wat een ernstige wereldwijde gezondheidsuitdaging is. De EU heeft het gebruik als groeibevorderaar verboden. Wachttijden na toediening en wettelijke limieten (MRL's) zijn van toepassing. * **Hormonen:** Gebruik verboden in Europa voor productieverhoging. Kunnen van nature voorkomen. Grote hoeveelheden kunnen schadelijk zijn. Snel afgebroken in het lichaam. #### 4.4.4 Contaminanten (incidentele besmetting) Dit zijn incidentele besmettingen met chemische producten die niet in het product thuishoren. * **Detergenten:** Gebruikt voor reiniging. Voldoende naspoelen met zuiver water is essentieel. Gebruik van food-grade detergenten op plantaardige basis. * **Minerale olie (smeermiddelen):** Kan via productieprocessen (machines), contactmaterialen of milieu in voedsel terechtkomen. Kan schadelijke gevolgen hebben voor de gezondheid (genotoxische carcinogenen). Wettelijke normen zijn in ontwikkeling. Gebruik van voedingsgeschikte smeermiddelen is cruciaal. * **Zware metalen:** Lood (Pb), cadmium (Cd), kwik (Hg), arseen (As), tin (Sn). Zeer giftig, bioaccumuleren en hebben schadelijke effecten op lange termijn. Voeding is de voornaamste blootstellingsweg. Strenge wettelijke normen zijn van kracht. * **Lood:** Komt via stof in de voedselketen. Kan ontwikkelingsproblemen veroorzaken. Gehaltes gedaald door milieumaatregelen. * **Cadmium:** Opgenomen uit bodem door planten. Hoogste concentraties in tabaksrook, ook in chocolade en schaal-/schelpdieren. Langdurige blootstelling is schadelijk voor nieren. * **Kwik:** Vooral methylkwik is gevaarlijk voor het zenuwstelsel, vooral bij foetus en kinderen. Vooral in roofvissen. Vis bevat ook waardevolle voedingsstoffen. * **Arseen:** Komt van nature voor en door menselijk gebruik (pesticiden). Niet biologisch afbreekbaar. Vooral in rijst en vis uit vervuilde gebieden. Overvloedig spoelen en koken kan blootstelling verminderen. * **Tin:** Kan migreren uit verpakkingen, vooral bij beschadigde blikken. Veroorzaakt buikpijn. * **Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s):** Ontstaan bij verbranding van organisch materiaal (aangebrand voedsel, roken). Kankerverwekkend en genotoxisch. Inname zo laag mogelijk houden. * **Dioxines:** Zeer giftige stoffen. Ontstaan bij onvolledige verbranding. Hopen zich op in lichaamsvet. Milieumaatregelen hebben geleid tot daling van dioxinegehalte in voeding. * **Koelvloeistoffen:** Contaminatie bij lekkage uit koelsystemen. Te vermijden door plaatsing van installaties. * **Migratie uit contactmaterialen:** Stoffen uit verpakkingsmaterialen (kunststoffen, drukinkten) kunnen migreren naar voedsel. * **Additieven in kunststoffen:** Weekmakers (bv. ftalaten - hormoonverstorend), kleurpigmenten, etc. Zure, vette voeding, verhitting en lange contacttijd kunnen migratie stimuleren. * **Fotoinitiatoren in drukinkten:** Kunnen migreren naar voedsel. * **Per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS):** Zeer persistent, breken nauwelijks af. Worden wijdverspreid toegepast (water-/vetafstotende coatings). Risico voor volksgezondheid. EU-wetgeving reguleert PFAS in verpakkingen en voeding, met voorstel voor een totaalverbod. * **Wetgeving contactmaterialen:** * **Verordening (EG) nr. 1935/2004:** Materialen mogen geen bestanddelen afgeven die gevaar opleveren voor de gezondheid of de samenstelling/smaak van het voedsel onaanvaardbaar wijzigen. * **Verordening (EG) 2023/2006 (GMP):** Goede fabricagemethoden moeten worden nageleefd om contaminatie te voorkomen. * **Verordening (EU) 10/2011:** Specifieke migratielimieten (SML) voor kunststof materialen. * **Testmethodes voor migratie:** Gebruik van voedselsimulanten en vastgestelde testcondities. ### 4.5 Allergenen Voedselallergie is een immuunreactie op voedselcomponenten die ernstige, soms fatale, reacties (anafylaxie) kan veroorzaken. * **Belangrijkste allergenen (14 allergenen):** Glutenbevattende granen, schaaldieren, eieren, vis, aardnoten, soja, melk, noten, selderij, mosterd, sesamzaad, zwaveldioxide/sulfieten, lupine, weekdieren. * **Bewust toegevoegde allergenen:** * **Informatieplicht (VO 1169/2011):** Correcte etikettering voor voorverpakte producten en informatie op de plaats van verkoop voor onverpakte producten is essentieel. * **Onbewuste contaminatie via kruisbesmetting:** * **Wetgeving:** Vereist reiniging en controle op afwezigheid van zichtbare resten van allergenen bij hergebruik van apparatuur. * **Precautionary Allergen Labeling (PAL) - "May Contain":** Waarschuwing voor mogelijke kruisbesmetting. Moet gerechtvaardigd zijn op basis van risicobeoordeling en wetenschappelijke gegevens, niet als een gemakzuchtige juridische dekking. Kwantitatieve risicobeoordeling is cruciaal. * **Preventieve maatregelen:** * Leveranciersinformatie over allergenen in grondstoffen. * Correcte opslag en etikettering van grondstoffen. * Procedures om verwisseling van producten en etiketten te voorkomen. * Scheiding van productielijnen, recipiënten en opslag. * Specifieke productievolgorde (bv. hoogste allergenengehalte aan het einde van de dag). * Bewustwording en specifieke opleiding van personeel. * Aandacht voor reiniging en verificatie van schoonmaakmethoden (bemonstering en analyse). * Systemen zoals SimplyOK® certificering. * **Analysemethoden:** Diverse methoden beschikbaar (bv. laterale flow testen voor autocontrole, ELISA, PCR). Belangrijk is de interpretatie van testresultaten en het vaststellen van normen en actiepunten. Testen maakt producten niet veiliger; ze zijn voor verificatie en monitoring. ### 4.6 Preventieve maatregelen algemeen Een systematische aanpak is essentieel voor effectieve preventie van voedselverontreiniging. * **Bron van besmetting weren:** Beperkte toegang tot productieruimtes, ongediertebestrijding, handhygiëne, weren van zieke mensen. * **Route infectiebron naar levensmiddel onderbreken:** Direct contact vermijden, reiniging en desinfectie, verwerken van rauw voedsel in aparte ruimtes, gebruik van hulpmiddelen om indirecte besmetting te voorkomen. * **Condities voor microbiële groei voorkomen:** * **Temperatuurbeheersing:** Voorkomen van verblijf in de "danger zone" ($4-60$ graden Celsius) voor langere periodes (maximaal 2 uur). * **Vochtbeheersing:** Drogen, pekelen. * **Voedingsstoffen beperken:** Essentiële hygiëne in productieruimtes. * **Zuurtegraad (pH) beheersen.** * **Zuurstofbeperking:** Gas- of vacuumverpakking. * **Gebruik van bewaarmiddelen.** * **Bestraling.** * **FAT TOM:** Een acroniem dat de factoren voor microbiële groei samenvat: Food, Acidity, Time, Temperature, Oxygen, Moisture. > **Tip:** Een grondige risicobeoordeling (zoals HACCP) is fundamenteel voor het identificeren van potentiële gevaren en het implementeren van passende preventieve maatregelen. Dit omvat het analyseren van kritieke controlepunten in de voedselketen. > **Voorbeeld:** In het geval van *Anisakis simplex* (haringworm) in vis, is diepvriezen een cruciale preventieve maatregel die wettelijk is vastgelegd om parasieten te doden. > **Voorbeeld:** Bij de preventie van *Listeria monocytogenes* in levensmiddelen, is strikte temperatuurbeheersing tijdens koeling essentieel, omdat deze bacterie zich ook bij lage temperaturen kan vermenigvuldigen. > **Voorbeeld:** De "Acrylamide Toolbox" biedt een reeks maatregelen om de vorming van acrylamide tijdens de verwerking van zetmeelrijke producten, zoals aardappelen en brood, te minimaliseren. > **Tip:** Goede communicatie en transparantie tussen alle schakels in de voedselketen (producenten, leveranciers, consumenten) zijn essentieel voor effectief risicobeheer en het voorkomen van voedselverontreiniging. --- # Biologische verontreinigingen: micro-organismen (bacteriën, schimmels, virussen) Dit deel behandelt de diverse microbiologische verontreinigingen in voedsel, waaronder bacteriën, schimmels en virussen, met aandacht voor hun voorkomen en impact op de voedselveiligheid. ### 5.1 Indeling van biologische verontreinigingen Biologische verontreinigingen kunnen worden onderverdeeld in: * **Parasieten:** Meercellige, ziekteverwekkende organismen, zoals wormen (trichinellosis, lintworm, spoelworm). Hoewel in Nederland grotendeels verdwenen door hygiëne en controle, komen ééncellige parasieten zoals Cyclospora en Cryptosporidium nog regelmatig voor. * **Micro-organismen:** Microscopische organismen die bestaan als eencellige, meercellige entiteiten of celclusters. De belangrijkste types voor voedselveiligheid zijn bacteriën, schimmels en virussen. ### 5.2 Parasieten Parasieten zijn meercellige organismen die diverse ziektebeelden kunnen veroorzaken. Hoewel veel wormziekten in West-Europa door verbeterde hygiëne praktisch verdwenen zijn, komen ééncellige parasieten nog steeds voor. #### 5.2.1 Voorbeelden van parasieten * **Trichinella:** Een rondworm die voorkomt in vlees van besmette dieren. * **Anisakis simplex (haringworm):** Een nematode die voorkomt in zeevissen zoals kabeljauw, makreel en haring. Het eten van larven kan leiden tot darmontsteking, braken, buikkrampen en in ernstige gevallen darmperforatie. Preventieve maatregelen zoals diepvriezen van vis zijn essentieel. * **Cyclospora:** Een eencellige parasiet die gastro-intestinale symptomen kan veroorzaken en overgedragen wordt via besmet voedsel of water. Goede hygiëne is cruciaal. * **Lintwormen:** Kunnen hersenletsels, epilepsie en verlammingen veroorzaken, met name in ontwikkelingslanden door het eten van besmet rauw voedsel. #### 5.2.2 Preventieve maatregelen tegen parasieten * **Diepvriezen van vis:** Verplicht voor consumptie van rauwe vis, met specifieke temperatuur- en tijdsvereisten. * **Verhitting van vis:** Een korte verhitting op 60 °C volstaat voor de meeste vissoorten. * **Snelle reiniging van vis na vangst:** Voorkomt migratie van larven naar de spieren. * **Hygiënische praktijken:** Cruciaal bij de productie en verwerking van voedsel. ### 5.3 Bacteriën Bacteriën zijn eencellige, prokaryote cellen (zonder celkern). Ze komen voor in vier hoofdvormen: bacillus (staafvorm), coccus (bolvorm), spirilla (spiraalvorm) en vibrio (gebogen vorm). Ze vermenigvuldigen zich door binaire splitsing. Celwandstructuur is een belangrijk classificatiekenmerk. Sommige voedselinfecties kunnen leiden tot ernstige en langdurige complicaties, waaronder chronische ziekte, invaliditeit en zelfs de dood. #### 5.3.1 Voedselinfectie versus voedselintoxicatie * **Voedselinfectie:** Ziek worden door het consumeren van levende pathogenen. De bacterie koloniseert de darm, wat leidt tot symptomen als diarree, buikpijn en koorts. Deze infecties kunnen voorkomen worden door het afdoden van de pathogenen (bv. door verhitting). * **Voedselintoxicatie:** Ziek worden door toxines (gifstoffen) geproduceerd door pathogenen. Symptomen treden acuut op (< 6 uur na consumptie), met misselijkheid en braken als voornaamste klachten. De toxines zijn vaak hittebestendig, waardoor sterilisatie niet altijd effectief is. Preventie richt zich op het voorkomen dat micro-organismen toxines produceren. #### 5.3.2 Voedseltoxi-infectie (VTI) en collectieve voedseltoxi-infectie (cVTI) Een VTI ontstaat wanneer een minimale toxische of infectieuze dosis wordt overschreden. De infectieuze dosis varieert per kiem. De groep "YOPI" (Young, Old, Pregnant, Immunocompromised) is extra kwetsbaar. Een cVTI treedt op wanneer minstens twee personen symptomen vertonen die waarschijnlijk verband houden met dezelfde voedselbron. #### 5.3.3 Producteigen flora Veel producten hebben een karakteristieke bacteriële flora, bestaande uit gewenste, bederf- of pathogene micro-organismen. Voorbeelden van pathogenen en hun associaties: * **Salmonella spp.:** Komt voor bij dieren (kippen, varkens) en in de omgeving. Geassocieerd met rauw vlees, gevogelte, eieren, melkproducten, vis en garnalen. Hittegevoelig, wordt gedood bij verhitting boven 70 °C. Kruisbesmetting is een belangrijke oorzaak. * **Escherichia coli (E. coli):** Normaal aanwezig in de darmen, maar sommige stammen zijn pathogeen. E. coli O157:H7 produceert toxines die de darmwand kunnen beschadigen. Geassocieerd met onvoldoende verhit rundvlees, ongepasteuriseerde sappen en rauwe melk. Hittegevoelig boven 70 °C. * **Staphylococcus aureus:** Aanwezig op huid, in neus en haar van mensen en dieren. Produceert hittebestendige toxines die voedselvergiftiging veroorzaken. Geassocieerd met vlees, eiproducten, salades en banket. Volledige preventie is lastig, maar correcte bewaring en hygiëne zijn cruciaal. * **Clostridium botulinum:** Sporenvormende bacterie die een zeer gevaarlijk neurotoxine produceert. Sporen zijn hittebestendig, maar het toxine is hitte labiel (vernietigd bij 80 °C gedurende 10 minuten). Komt voornamelijk voor in ingeblikte producten. * **Campylobacter jejuni:** Belangrijke veroorzaker van bacteriële diarree. Aangetroffen bij rundvee, kippen en vogels. Kan voorkomen worden door correcte bewaring en verhitting. Kruisbesmetting is een groot risico. #### 5.3.4 Besmetting tijdens het verwerkingsproces Pathogenen kunnen de productieruimte binnendringen via: * **Mens:** De belangrijkste bron van besmetting, via neus, mond, darmen, huid en handen. * **Ongedierte:** Insecten, knaagdieren en vogels kunnen pathogenen overbrengen via lopen op voedsel, knagen, uitwerpselen en urine. * **Kruisbesmetting:** Via rauw voedsel (bv. kip met Salmonella), eieren, vis, melk. Ook hygiëne tijdens het slachten is van belang. * **Omgeving:** Stofdeeltjes, aerosolen en aarde kunnen besmetting veroorzaken. #### 5.3.5 Preventieve maatregelen tegen bacteriën * **Bronnen van besmetting weren:** Toegangsbeperking, ongediertebestrijding, handhygiëne, weren van zieke werknemers. * **Route infectiebron naar levensmiddel onderbreken:** Reiniging en desinfectie, gescheiden verwerking van rauw voedsel, vermijden van handbediende machines. * **Condities voor microbiële groei voorkomen:** * **Temperatuur/Tijd:** Hittebehandeling, correcte bewaartemperaturen (maximaal 2 uur in de "danger zone" van 4-60 °C). * **Vocht:** Drogen, pekelen. * **Voedingsstoffen:** Hygiëne in productieruimten. * **Zuurtegraad (pH).** * **Zuurstof:** Gas- of vacuumverpakking. * **Bewaarmiddelen.** * **Bestraling.** * **FAT TOM:** Acroniem voor Food, Acid, Time, Temperature, Oxygen, Moisture. ### 5.4 Schimmels Schimmels en gisten zijn eukaryote cellen (met een celkern). De meeste schimmels zijn meercellig en voeden zich door absorptie. Ze vormen hyfen, de verzameling hyfen wordt mycelium genoemd. Schimmels reproduceren via sporen. De schimmels zelf zijn doorgaans niet toxisch, maar veroorzaken bederf. #### 5.4.1 Mycotoxines Mycotoxines zijn giftige secundaire metabolieten geproduceerd door schimmels. Ze kunnen voorkomen in planten (tijdens groei en opslag) en dierweefsel (indien dieren besmet voedsel eten). In gematigde klimaten zijn de concentraties meestal laag, maar in tropische/subtropische klimaten met slechte opslagomstandigheden kunnen hogere concentraties voorkomen. #### 5.4.2 Preventieve maatregelen tegen schimmels en mycotoxines * **Opslagcondities:** Voedsel afdekken, beschimmeld voedsel apart houden, groei op muren/plafonds tegengaan. * **Grondbewerking, vruchtwisseling, zaaigoedcontrole.** * **Gewasbescherming:** Gebruik van fungiciden. * **Omgevingsstress beheersen:** Besproeien bij droogte, behandelen tegen insectenvraat. * **Tijdig oogsten.** * **Opslagcondities die schimmelgroei voorkomen.** * **Behandeling met anti-schimmelmiddel.** * **Verwerking:** Contact met vocht voorkomen (conservering met zuren). * **Decontaminatie:** Chemische, fysische of biologische behandelingen kunnen specifieke mycotoxines verminderen. ### 5.5 Virussen Virussen zijn niet-cellulaire entiteiten die bestaan uit DNA of RNA omgeven door een eiwitlaag. Ze kunnen zich niet buiten een gastheercel voortplanten en zijn afhankelijk van een gastheer voor metabolisme. Virussen kunnen overleven in de omgeving, inclusief voedsel. #### 5.5.1 Besmetting en verspreiding Voedselbesmetting met virussen kan plaatsvinden via: * **Rauw voedsel:** Met name schelp- en schaaldieren uit met rioolwater besmet water. * **Waswater.** * **Besmette werknemers.** Verspreiding vindt plaats door: * **Slechte hygiëne tijdens bereiding.** * **Onvoldoende verhitting:** Virussen worden afgedood bij ongeveer 60 °C. #### 5.5.2 Voorbeelden van virussen * **Norovirus:** Zeer besmettelijk, kan leiden tot wereldwijd miljoenen ziektegevallen en duizenden overlijdens. Vaak terug te vinden in bereid eten, bevroren bessen en schaaldieren. * **Hepatitis A-virus:** Veroorzaakt miljoenen ziektegevallen en tienduizenden doden wereldwijd. Komt ook vaak voor in bereid eten, bevroren bessen en schaaldieren. * **Hepatitis E-virus:** Kan ook door voedsel worden overgedragen, voornamelijk afkomstig van varkens en wild. #### 5.5.3 Preventieve maatregelen * **Hygiëne bij voedselbereiding.** * **Adequate verhitting van voedsel.** * **Behandeling van afvalwater.** * **Vaccinatieprogramma's (indien beschikbaar).** --- ## 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 | |------|------------| | Voedselverontreiniging | Het overbrengen van ongewenste materie, van welke aard dan ook, in of op het voedsel. | | Biologische verontreiniging | Voedselverontreiniging veroorzaakt door micro-organismen zoals bacteriën, schimmels, virussen en parasieten, die ziekte kunnen veroorzaken. | | Fysische verontreiniging | Voedselverontreiniging door vreemde voorwerpen of organismen die niet van nature in het voedsel thuishoren, zoals glas, metaal, steentjes of ongedierte. | | Chemische verontreiniging | Voedselverontreiniging door de aanwezigheid van schadelijke chemische stoffen, zoals pesticiden, zware metalen, schoonmaakmiddelen of van nature voorkomende toxines. | | Allergenen | Specifieke eiwitten in voedsel die bij sommige mensen een allergische reactie kunnen veroorzaken, variërend van mild tot levensbedreigend. | | Parasieten | Meercellige, ziekteverwekkende organismen die in of op een gastheer leven en voedsel kunnen besmetten, zoals wormen (bv. lintworm, haringworm). | | Bacteriën | Eéncellig prokaryote micro-organismen die zich door binaire splitsing voortplanten en onder bepaalde omstandigheden voedselinfecties of -intoxicaties kunnen veroorzaken. | | Schimmels | Eukaryote, meestal meercellige organismen die zich door sporen voortplanten en voedsel kunnen bederven of, via mycotoxines, giftig kunnen worden. | | Virussen | Niet-cellulaire entiteiten die zich niet buiten een gastheercel kunnen voortplanten en die voedsel kunnen besmetten via indirect contact of besmet water. | | Mycotoxines | Giftige secundaire metabolieten geproduceerd door schimmels, die bij consumptie van besmet voedsel gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken. | | Voedselinfectie | Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met levende pathogene micro-organismen die zich in de darm vermenigvuldigen. | | Voedselintoxicatie | Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met toxines (gifstoffen) geproduceerd door micro-organismen. | | Residu | De restanten van stoffen zoals pesticiden, diergeneesmiddelen of reinigingsmiddelen die aanwezig kunnen blijven in of op voedsel. | | Contaminanten | Stoffen die onbedoeld in voedsel terechtkomen tijdens de productie, verwerking, verpakking, transport of opslag, zoals minerale oliën, zware metalen of koelvloeistoffen. | | Procesaantasting | Chemische stoffen die ontstaan tijdens de verwerking van voedsel, met name bij hoge temperaturen, zoals acrylamide of glycidyl-esters. | | GMP (Good Manufacturing Practice) | Goede fabricagemethoden die gevolgd moeten worden om de kwaliteit en veiligheid van voedselproducten te waarborgen. | | HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) | Een systeem voor het identificeren, evalueren en beheersen van voedselveiligheidsgevaren. | | KTV (Kritieke Controle Punten) | Specifieke punten in het productieproces waar beheersmaatregelen essentieel zijn om een voedselveiligheidsgevaar te voorkomen, te elimineren of tot een acceptabel niveau te reduceren. | | Hygiëne | Een reeks praktijken en procedures die gericht zijn op het handhaven van gezondheid en het voorkomen van ziekte, met name door de controle van besmetting. | | Kruisbesmetting | De onbedoelde overdracht van micro-organismen of allergenen van een besmet voedingsmiddel of oppervlak naar een ander, niet-besmet voedingsmiddel. | | Voedselveiligheid | De garantie dat voedsel geen schadelijke effecten op de gezondheid van de consument heeft. | | Voedselintolerantie | Een niet-immuun gemedieerde reactie op voedsel, vaak veroorzaakt door enzymatische tekorten, die kan leiden tot spijsverteringsproblemen. | | Anafylaxie | Een potentieel levensbedreigende, gegeneraliseerde allergische reactie die snel optreedt na blootstelling aan een allergeen. | | Mycotoxine Aflatoxine | Een groep toxines geproduceerd door bepaalde schimmels (Aspergillus soorten) die voorkomt op landbouwproducten zoals granen, noten en specerijen, en kankerverwekkend is. | | Histamine | Een biogeen amine dat ontstaat door de decarboxylering van histidine, vaak voorkomend in gefermenteerde en gerijpte voedingsmiddelen zoals vis en kaas, en allergische reacties kan veroorzaken. | | Listeria monocytogenes | Een bacterie die voedselvergiftiging kan veroorzaken, met name bij zwangere vrouwen, ouderen en immuungecompromitteerde personen, en die voorkomt in verschillende voedingsmiddelen zoals zuivelproducten, vlees en groenten. | | Vibrio vulnificus | Een bacterie die voorkomt in warm zeewater en schaaldieren, en die ernstige infecties kan veroorzaken, vooral bij mensen met een verzwakt immuunsysteem, via consumptie van rauwe zeevruchten of blootstelling aan besmet water. | | Fat Tom | Een acroniem dat wordt gebruikt als ezelsbruggetje voor de zes belangrijkste factoren die microbiële groei beïnvloeden: Voedsel (Food), Zuurtegraad (Acidity), Tijd (Time), Temperatuur (Temperature), Zuurstof (Oxygen) en Vocht (Moisture). | | Maillardreactie | Een chemische reactie tussen aminozuren en reducerende suikers die plaatsvindt bij verhitting, wat resulteert in de bruinkleuring en de ontwikkeling van smaak- en aromacomponenten in voedsel. | | Acrylamide | Een chemische stof die ontstaat tijdens het bakken of frituren van voedingsmiddelen rijk aan koolhydraten en het aminozuur asparagine, en die als potentieel kankerverwekkend wordt beschouwd. | | PFAS (Per- en polyfluoralkylstoffen) | Een groep synthetische chemicaliën die in diverse consumentenproducten worden gebruikt vanwege hun water- en vuilafstotende eigenschappen, en die zeer persistent zijn in het milieu en het menselijk lichaam. | | Zware metalen | Metaalelementen met een hoge dichtheid die giftig kunnen zijn, zelfs in lage concentraties, en die zich in het milieu ophopen en via de voedselketen in menselijke voeding terecht kunnen komen (bv. lood, cadmium, kwik). |

# Algemene kenmerken en anatomie van bacteriën Bacteriën zijn micro-organismen met een eenvoudige celstructuur die zich onderscheiden van eukaryoten en virussen door de afwezigheid van een celkern en organellen, en bezitten een celmembraan, een celwand (meestal) en genetisch materiaal [11](#page=11). ### 1.1 Fundamentele eigenschappen en celstructuur Bacteriën zijn microscopisch klein, met afmetingen variërend van 0,5 tot 10 micrometer, waardoor een microscoop noodzakelijk is voor observatie. Ze kunnen groeien in verschillende omgevingen, gebruikmakend van eenvoudige voedingsbronnen, en sommige soorten zijn gemakkelijk te kweken in een laboratorium, terwijl andere moeilijk te cultiveren zijn. In tegenstelling tot eukaryoten, die een celkern en organellen bezitten, zijn bacteriën prokaryoten. Virussen daarentegen zijn obligate intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van het gastheercelmetabolisme [11](#page=11). #### 1.1.1 Celmembraan Het celmembraan van bacteriën bestaat uit een fosfolipiden bilayer waarin macromoleculen, waaronder glycoproteïnen, zijn ingebed. Deze componenten spelen een cruciale rol bij het contact met de omgeving en bij de uitwisseling van stoffen tussen het intracellulaire en extracellulaire compartiment [12](#page=12). #### 1.1.2 Celwand De meeste bacteriën beschikken over een celwand die buiten het celmembraan is gelegen. De samenstelling van de celwand varieert significant tussen grampositieve en gramnegatieve bacteriën, wat de basis vormt voor de gramkleurbaarheid enverschillen in gevoeligheid voor antibiotica verklaart [13](#page=13). ##### 1.1.2.1 Grampositieve celwand Grampositieve bacteriën hebben een celwand die rijk is aan peptidoglycaan als primair bouwsteen, naast andere macromoleculen die zorgen voor contact en uitwisseling met de omgeving [13](#page=13). ##### 1.1.2.2 Gramnegatieve celwand Gramnegatieve bacteriën hebben een celwand die bestaat uit een dunne laag peptidoglycaan en een tweede lipidenmembraan. Dit buitenste membraan bevat lipopolysacchariden (LPS) [13](#page=13). ###### 1.1.2.2.1 Lipopolysaccharide (LPS) LPS is een essentieel bestanddeel van de celwand van gramnegatieve bacteriën en kent drie onderscheidbare onderdelen. Lipid A en de binnenste polysacchariden (core polysaccharide) zijn relatief constant, terwijl de buitenste suikers, bekend als het O-antigen, variabel zijn en species- of zelfs type-specifiek. Het O-antigen wordt gebruikt voor verdere karakterisering van een species. LPS is een krachtige inductor van inflammatie bij mensen, wat kan leiden tot koorts, activatie van stolling en ontstekingsreacties; het staat ook bekend als endotoxine [14](#page=14). ##### 1.1.2.3 Celwand van mycobacteriën Mycobacteriën onderscheiden zich door een celwand die onder andere is opgebouwd uit een dichte laag lange mycolzuren. Deze samenstelling resulteert in een lange overlevingsduur in de natuur, resistentie tegen veel antibiotica, en zuurvastheid. Bovendien maakt de aanwezigheid van mycolzuren mycobacteriën moeilijk verteerbaar voor macrofagen, waardoor ze kunnen overleven in het fagolysosoom van de macrofaag en moeilijk te bestrijden zijn, wat leidt tot complicaties bij infecties zoals tuberculose, met name bij immuungecompromitteerde personen [19](#page=19). > **Tip:** De celwand speelt een cruciale rol in de vorm van bacteriën en de Gramkleuring is een fundamentele diagnostische techniek die is gebaseerd op de verschillen in celwandsamenstelling. #### 1.1.3 Vorm van bacteriën en Gramkleuring De celwand bepaalt de algemene vorm van de bacterie, die vaak bolvormig (kok) of staafvormig (bacil) is, maar ook meer specifieke vormen kan aannemen zoals fusiform, kommavormig of spirocheet. De Gramkleuring, ontwikkeld door microbioloog Gram, maakt onderscheid mogelijk tussen grampositieve (blauw gekleurd) en gramnegatieve (rood gekleurd na ontkleuring) bacteriën, wat helpt bij hun identificatie [17](#page=17). > **Voorbeeld:** Kokken kunnen bijvoorbeeld in paren (diplokokken) of ketens (streptokokken) voorkomen, terwijl bacillen ook individueel, in palissades of in ketens kunnen voorkomen. #### 1.1.4 Bacterieel genoom Het bacteriële genoom bestaat uit een enkel, circulair, dubbelstrengs DNA-molecuul dat compact is opgevouwen door middel van supercoiling. Enzymen zoals gyrasen en topoisomerasen zijn essentieel voor het openen, ontvouwen en opnieuw sluiten van dit chromosoom en vormen belangrijke doelwitten voor antibiotica zoals chinolonen. Naast het genomische chromosoom kunnen bacteriën ook extra genetisch materiaal bevatten in de vorm van circulaire plasmiden [20](#page=20). #### 1.1.5 Extra structuren Bacteriën kunnen over diverse extra structuren beschikken die hun overleving en pathogeniciteit bevorderen [24](#page=24). ##### 1.1.5.1 Kapsel Een kapsel is een polysaccharidenlaag die de bacterie omringt en deze beschermt tegen fagocytose [24](#page=24). ##### 1.1.5.2 Flagellen Flagellen zijn flagellaire structuren die zorgen voor de beweeglijkheid van bacteriën [24](#page=24). ##### 1.1.5.3 Fimbriae Fimbriae zijn aanhechtingsmoleculen die bacteriën helpen binden aan specifieke receptoren op gastheercellen. Deze structuren zijn van belang bij kolonisatie en virulentie, en kunnen leiden tot de vorming van neutraliserende antilichamen bij de gastheer [24](#page=24). --- # Bacteriële groei, metabolisme en adaptatie Dit deel behandelt de fundamentele processen van bacteriegroei, hun metabolisme en de mechanismen waarmee bacteriën zich aanpassen aan uiteenlopende omgevingsfactoren, inclusief celdeling, reacties op omgevingsfactoren zoals pH en temperatuur, fenotypische variatie, biofilmvorming en quorum sensing. ### 2.1 Bacteriële celstructuur en aanpassingsvermogen Bacteriën zijn essentieel voor een gezond menselijk leven en onze microbiële flora beschermt ons tegen pathogenen. Ze kunnen schakelen tussen hyperactieve, slapende en schijnbaar "dode" staten afhankelijk van de omgevingsvereisten, wat klinische implicaties heeft. Groeiregulatie en groeivereisten zijn cruciaal om te begrijpen hoe bacteriën reageren op antibiotica en hoe ze gedijen in specifieke niches. Naast aanpassingsvermogen hebben bacteriën genetische mechanismen ontwikkeld om snel te muteren, resistentie en virulentie te ontwikkelen [1](#page=1). #### 2.1.1 Celwand: structuur en functie De meeste bacteriën bezitten een celwand buiten het celmembraan, die essentieel is voor hun vorm en structuur. De samenstelling van de celwand verschilt tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën. Sommige soorten, zoals Mycoplasmata en Chlamydiae, hebben echter geen celwand. Dit verschil in celwandsamenstelling beïnvloedt hun biologie, is de basis voor Gram-kleurbaarheid en verklaart de variërende gevoeligheid voor antibiotica. Extra moleculen in de celwand dienen voor contact en uitwisseling met de buitenwereld [13](#page=13). ##### 2.1.1.1 Gram-positieve en Gram-negatieve celwanden * **Gram-positieve bacteriën:** Hebben een dikke celwand met grote hoeveelheden peptidoglycaan als bouwsteen, gelegen buiten het celmembraan [13](#page=13). * **Gram-negatieve bacteriën:** Bezitten een dunnere laag peptidoglycaan, omgeven door een tweede lipidenmembraan dat lipopolysacchariden (LPS) bevat [13](#page=13). ##### 2.1.1.2 Gramkleuring De Gramkleuring, ontwikkeld door microbioloog Gram, onderscheidt bacteriën in Gram-positief (blauw gekleurd) en Gram-negatief (rood gekleurd na ontkleuring en tegenkleuring). Dit onderscheid is gebaseerd op verschillen in de peptidoglycaan-samenstelling van de celwand [17](#page=17). ##### 2.1.1.3 Vormen van bacteriën De meeste bacteriën hebben een bolvormige (kok) of staafvormige (bacil) vorm. Andere, meer specifieke vormen zijn fusiform, kommavormig en spirocheet (kurketrekkervorm) [17](#page=17). ##### 2.1.1.4 Celwand van mycobacteriën De celwand van mycobacteriën kenmerkt zich door een dichte laag lange mycolzuren. Dit leidt tot [19](#page=19): * Lange overleving in de natuur, weerstand tegen droogte en andere omgevingsfactoren [19](#page=19). * Besmettelijkheid en ziekteverwekkendheid doordat ze moeilijk verteerbaar zijn door macrofagen, waardoor ze in het fagolysosoom overleven. Dit vereist hulp van lymfocyten en cytokines, wat problemen kan veroorzaken bij hiv/aids [19](#page=19). * Resistentie tegen veel antibiotica [19](#page=19). * Zuurvastheid, wat wordt toegepast in zuurvaste kleuringen [19](#page=19). #### 2.1.2 Genetische basis voor aanpassing ##### 2.1.2.1 Minimaal aantal genen voor leven Bacteriën zoals *Escherichia coli* en *Mycobacterium tuberculosis* hebben 4-5 duizend genen, inclusief genen voor antibioticaresistentie, overleving onder verschillende condities (operonregulatie), virulentiefactoren (aanhechting, kapsel, toxines), sporevorming en persistentie. Dit stelt hen in staat te ontsnappen aan vijandige omstandigheden. Bacteriën hebben een enorm aanpassingsvermogen nodig om te overleven in wisselende omgevingen, zoals van warm en vochtig naar droog en koud, met zonlicht, mechanische stress en uitdroging [22](#page=22). ##### 2.1.2.2 Genoomgrootte en regulatiemechanismen Kleine genomen bestaan voornamelijk uit genen voor DNA-replicatie, translatie en energieproductie. Grotere genomen bevatten ook regulatiemechanismen die via signaaltransductie de gen transcriptie sturen, waardoor bacteriën zich kunnen aanpassen. Mycobacteriën kunnen na infectie bijvoorbeeld omvormen van metabool zeer actieve bacteriën tot "dormant" bacteriën, met een compleet ander patroon van genexpressie en eiwitten. Dit beïnvloedt antibioticagevoeligheid en vaccin-effectiviteit [23](#page=23). > **Tip:** Het menselijk lichaam is moleculair gezien overwegend microbieel. Om het functioneren van het menselijk lichaam te begrijpen, is het cruciaal om micro-organismen mee te nemen in de analyse [23](#page=23). ### 2.2 Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie Bacteriën en andere micro-organismen kunnen de omgeving beïnvloeden door de productie van metabolieten. Dit vindt plaats zowel buiten het lichaam, bijvoorbeeld bij voedselfermentatie (yoghurt, bier, kaas), als in het lichaam, zoals de zure metabolieten van lactobacillen die de vaginale pH reguleren. *Helicobacter pylori* neutraliseert lokaal maagzuur door ammoniakproductie, waardoor het op de maagmucosa kan leven. Bacteriën produceren ook enzymen en toxines die gastheercellen of andere bacteriën kunnen beschadigen [28](#page=28). #### 2.2.1 Celdeling van bacteriën Bacteriële groei verloopt door celdeling, waarbij de populatie zich logaritmisch vermenigvuldigt. Onder optimale omstandigheden kan een deling elke 20-30 minuten plaatsvinden. De groeicurve kent verschillende fasen: een lagfase (adaptatie), een logaritmische toename, een stationaire fase door uitputting van voedingsstoffen, en uiteindelijk een fase van afsterven [29](#page=29). #### 2.2.2 Omgevingsinvloeden op groei ##### 2.2.2.1 Invloed van zuurgraad (pH) De groei van bacteriën wordt sterk beïnvloed door de pH. Sommige bacteriën, zoals *Streptococcus mutans* (veroorzaker van cariës), gedijen in zure omgevingen, terwijl anderen de voorkeur geven aan alkalische omstandigheden [30](#page=30). ##### 2.2.2.2 Invloed van zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2) * **Obligaat aeroob:** Hebben zuurstof nodig voor groei, bv. *Mycobacterium tuberculosis* [30](#page=30). * **Facultatief aeroob/anaeroob:** Kunnen zowel met als zonder zuurstof groeien [30](#page=30). * **Anaeroob:** Zuurstof is toxisch voor deze bacteriën; gevoeligheid varieert van strikt anaeroob tot het verdragen van enige zuurstof (bv. in abcessen) [30](#page=30). * **Capnofiel:** Groeien beter in een omgeving met een hoge CO2-spanning, bv. *Haemophilus* [30](#page=30). > **Belang voor de geneeskunde:** De fysiologische eisen van bacteriën zijn cruciaal voor kweekomstandigheden in het laboratorium en voor het overleven van bacteriën in monsters tijdens transport [30](#page=30). ##### 2.2.2.3 Invloed van temperatuur Elke bacterie heeft een optimale temperatuur, een minimum en maximum temperatuur, en een temperatuurbereik voor groei. Humane pathogenen en commensalen groeien het snelst rond 36,5 °C. Koorts kan de groeisnelheid van bacteriën vertragen, terwijl lage temperaturen (koelkast) nog langzame groei mogelijk maken [30](#page=30). #### 2.2.3 Fenotypische variatie en adaptatie Bacteriën passen hun metabole capaciteiten aan de omgevingsomstandigheden aan. Wanneer een substraat uitgeput raakt, worden nieuwe substraten aangeboord waarvoor nieuwe enzymen nodig zijn. Dit leidt tot een knik in de groeicurve, wat de tijd representeert die nodig is om bijvoorbeeld het lactose-operon te activeren [31](#page=31). ##### 2.2.3.1 Het operonmodel voor genexpressieregulatie Het operonmodel beschrijft hoe genexpressie wordt gereguleerd. Als glucose aanwezig is, wordt dit eerst verbruikt, zelfs als andere suikers zoals lactose ook beschikbaar zijn. Zodra glucose opgebruikt is, wordt lactose gebruikt als energiebron, indien aanwezig. Het lactosemetabolisme wordt gestuurd door een feedbackmechanisme in een repressor-activatorsysteem. Bij activatie wordt de transcriptie van lactosekatabole enzymen gestimuleerd. Bij repressie (door aanwezigheid van glucose of afwezigheid van lactose) kan RNA-polymerase niet binden, waardoor transcriptie stopt en de lactosekatabole enzymen verdwijnen. De repressor LacI wordt geïnactiveerd door lactose. De bacteriële cel past dus zijn metabole wegen aan op basis van de omgevingscondities [32](#page=32). ##### 2.2.3.2 Planktonische vs. sessiele bacteriën Klassiek worden bacteriën bestudeerd in proefbuisjes, in planktonische vorm, in reincultuur en in de exponentiële fase. In de praktijk bevinden bacteriën zich echter vaak in gemengde culturen, onder suboptimale of vijandige omstandigheden, of in een metabool inactieve staat. Soms zijn ze sessiel in plaats van planktonisch. Dit kan leiden tot ander gedrag *in vivo* of *in loco*, zoals verhoogde virulentie of resistentie tegen antibiotica [33](#page=33). Verschillende verschijnselen illustreren fenotypische variaties: * **Persisters:** Bacteriën die minder metabool actief zijn en daardoor ongevoelig voor antibiotica. Dit is een actief proces met evolutionaire selectie [33](#page=33). * **Sporen:** Bacteriële structuren voor overleving [33](#page=33). * **Fenotypisch switchen ('bet hedging'):** Een populatie bestaat uit subpopulaties die voorbereid zijn op verschillende omgevingsuitdagingen, wat risicospreiding dient [33](#page=33). * **Biofilm en quorum sensing:** Zie hierna [33](#page=33). #### 2.2.4 Biofilm en quorum sensing ##### 2.2.4.1 Quorum sensing Quorum sensing is een mechanisme waarbij bacteriën de densiteit van hun populatie detecteren via boodschappermoleculen. Wanneer een kritische concentratie is bereikt, worden metabole pathways aangepast, wat resulteert in een veranderd metabolisme (bv. minder celdeling, meer toxines, slijmproductie). Dit maakt de bacteriële gemeenschap minder gevoelig voor antibiotica en moeilijker te elimineren door macrofagen [34](#page=34). ##### 2.2.4.2 Biofilm Een biofilm is een vorm van een bacteriële populatie met drastisch veranderde kenmerken. Het is een driedimensionale structuur met veel slijmproductie, en is ongevoelig voor antibiotica en macrofagen. Af en toe worden mobiele bacteriën losgelaten, mogelijk met een persister-fenotype. Biofilms spelen een rol bij infecties door lichaamsvreemde voorwerpen, maar ook bij veel weefselinfecties [34](#page=34) [36](#page=36). ##### 2.2.4.3 Interacties in biofilm In een biofilm beïnvloeden bacteriën elkaar zowel positief (bv. door aanhechtingsplaatsen te verschaffen) als negatief (competitie voor ruimte en voedsel, productie van antibacteriële middelen zoals bactericines). Deze interacties helpen de normale flora zich te beschermen tegen kolonisatie door pathogenen. Interacties met het menselijk lichaam worden in andere hoofdstukken besproken [38](#page=38). #### 2.2.5 Persisters Persisters zijn bacteriële cellen die ongevoelig zijn voor antibiotica vanwege een andere metabole toestand. Antibiotica doden bacteriën in een logaritmisch proces, maar persisters overleven dit en kunnen weer metabool actief worden. Dit fenomeen en de consequenties ervan worden verder besproken in het hoofdstuk over antibiotica [37](#page=37). --- # Genetische variatie en identificatie van bacteriën Dit onderwerp bespreekt de oorzaken van genetische diversiteit bij bacteriën en de methoden die worden gebruikt om bacteriën te identificeren en te classificeren. ### 3.1 Genetische variatie bij bacteriën Genetische variatie bij bacteriën ontstaat door mechanismen zoals mutatie en de uitwisseling van grote stukken erfelijk materiaal. Deze variatie is cruciaal omdat bacteriën van dezelfde soort niet identiek zijn; de variatie binnen bacteriesoorten is significant groter dan binnen diersoorten. Deze genetische verschillen kunnen leiden tot varianten met veranderde uiterlijke en fysiologische kenmerken, evenals stammen die toxines produceren, beter aangepast zijn aan een specifieke gastheer, of resistenter zijn tegen antibiotica. Dit staat in contrast met fenotypische variatie, die het gevolg is van verschillen in genexpressie van in principe hetzelfde genoom [43](#page=43). #### 3.1.1 Mechanismen van genetische uitwisseling Er zijn verschillende belangrijke mechanismen voor de uitwisseling van genetisch materiaal bij bacteriën: * **Transformatie**: Dit is de "spontane" opname van DNA uit de omgeving, afkomstig van verwante species, en de integratie ervan in het eigen chromosoom [44](#page=44). * **Transductie**: Hierbij worden genen overgebracht via virussen, specifiek bacteriofagen [44](#page=44). * **Conjugatie**: Dit proces omvat de overdracht van genen die zich op extrachromosomaal DNA, zoals plasmiden, bevinden. De genen bevinden zich vaak op transposons, wat kleine, mobiele genetische elementen zijn die van plaats kunnen veranderen en zich op specifieke locaties kunnen integreren [44](#page=44). * **Transfectie**: Dit is een techniek die voornamelijk in vitro wordt toegepast om cellen genetisch materiaal te laten opnemen [44](#page=44). Alle bovengenoemde mechanismen komen ook *in vivo* voor [44](#page=44). #### 3.1.2 Genetische "pakketten" Het basisgenoom van een bacteriesoort kan aangevuld worden met diverse chromosomale of extrachromosomale elementen. Sommige van deze genetische pakketten worden "pathogenicity islands" genoemd; dit is een verzameling genen die een stam beter in staat stellen te overleven, te adhereren, en ziekte te veroorzaken door middel van toxines [43](#page=43). ### 3.2 Identificatie en classificatie van bacteriën De identificatie en classificatie van bacteriën, ook wel taxonomie genoemd, heeft zich ontwikkeld van fenotypische kenmerken naar genetische analyses. #### 3.2.1 Taxonomie en naamgeving van bacteriën Traditioneel was de naamgeving en taxonomie van levende organismen, inclusief bacteriën, gebaseerd op fenotypische kenmerken, een systeem dat door Linnaeus voor macroscopische organismen werd opgesteld. Moderne taxonomie steunt echter meer op genetische gelijkenis, met de aanname dat evolutionaire verschillen geleidelijk optreden. De mate van genetisch verschil is omgekeerd evenredig met de taxonomische verwantschap. Nieuwe taxonomische inzichten hebben geleid tot aanpassingen in de indeling van bacteriën in genera en taxa, wat resulteert in veranderde soortnamen in vergelijking met oudere literatuur [39](#page=39). ##### 3.2.1.1 Ribosomaal RNA als leidraad Het gen voor het ribosomale 16S-RNA is een uitstekende sequentie voor het bestuderen van taxonomische verwantschap. Dit RNA-molecuul heeft een belangrijke structurele functie in het ribosoom en is vitaal. Structurele veranderingen (mutaties) kunnen leiden tot kritieke functionele verschillen, waardoor sommige gebieden van het 16S-RNA nauwelijks muteren. De veranderingen vinden traag plaats; sommige regio's zijn minder kritisch en bevatten meer variatie dan conservatieve regio's. Verschillen in deze regio's weerspiegelen de evolutionaire duur en daarmee de verwantschap, wat gebruikt kan worden voor taxonomische indeling, inclusief de classificatie in genus en species, en dus voor identificatie [40](#page=40). ##### 3.2.1.2 Wijzigingen in classificatie en naamgeving Nieuwe taxonomische inzichten hebben geleid tot aanpassingen in de classificatie en naamgeving van bacteriën. Voorbeelden hiervan zijn [41](#page=41): * *Actinobacillus actinomycetemcomitans* werd hernoemd tot *Aggregatibacter actinomycetemcomitans* [41](#page=41). * *Haemophilus aphrophilus* werd *Aggregatibacter aphrophilus* [41](#page=41). * *Pseudomonas maltophilia* werd eerst *Xanthomonas maltophilia* en vervolgens *Stenotrophomonas maltophilia* [41](#page=41). * *Pseudomonas cepacia* werd *Burkholderia cepacia* [41](#page=41). * Veel anaerobe gramnegatieve staven die voorheen tot het genus *Bacteroides* behoorden, worden nu ingedeeld in diverse genera zoals *Bacteroides*, *Prevotella*, *Porphyromonas*, en *Tannerella* [41](#page=41). * Er zijn ook vele andere voorbeelden bij streptokokken en corynebacteriën [41](#page=41). * *Pneumocystis carinii* werd geclassificeerd als een schimmel (*Pneumocystis jerevecii*) [41](#page=41). ##### 3.2.1.3 Schrijfwijze van bacterienamen De schrijfwijze van namen voor bacteriën, gisten, schimmels, protozoa en diersoorten volgt specifieke regels. In het Latijn worden genusnamen cursief geschreven (bijvoorbeeld *Paromoxyvirus*), terwijl Nederlandse en Engelse namen zoals "mazelen virus" of "measles virus" niet cursief worden geschreven. Nederlandse benamingen zoals "streptokokken" (*Streptococcus*) en "stafylokokken" (*Staphylococcus*) worden gebruikt. In het Latijn wordt het genus *Staphylococcus* cursief geschreven. De volledige Latijnse naam, zoals *Staphylococcus aureus*, wordt cursief geschreven, waarbij de genusnaam met een hoofdletter en de soortnaam met een kleine letter begint. Voor meervoudige soorten wordt "spp." gebruikt, zoals *Pseudomonas spp.* (Pseudomonas soorten), waarbij "spp." niet cursief wordt geschreven. Een uitzondering is *Salmonella Panama*, waarbij "Panama" geen speciesnaam is, maar een serovar, aangeduid door serologische testen [42](#page=42). #### 3.2.2 Belang van genotypische verschillen De diversiteit binnen bacteriën van dezelfde soort is aanzienlijk en kan gebruikt worden voor verdere onderscheidingen. Dit is nuttig om verschillende redenen [45](#page=45): * **Pathogeniciteit**: Bepaalde types bacteriën kunnen meer pathogeen zijn dan andere [45](#page=45). * **Epidemiologie**: Het traceren van de verspreiding van bacteriën in een gemeenschap, het bepalen of stammen in een populatie identiek zijn, of ze overeenkomen met stammen bij verschillende patiënten, en of ze vanuit andere landen worden geïntroduceerd [45](#page=45). * **Vaccinatie**: Voor vaccinatie, met name wanneer een vaccin beschermende antilichamen tegen een kapsel moet opwekken, is het essentieel om deze kapsels te kennen, te onderscheiden en epidemiologisch op te volgen [45](#page=45). Technieken zoals serotypering en genotypering, waaronder "fingerprinting" (met een hoog discriminerend vermogen) en volledige genoomsequencing, worden hiervoor gebruikt. Stammen die sterk op elkaar lijken worden klonaal verwante stammen genoemd, en identieke stammen worden een kloon genoemd [45](#page=45). #### 3.2.3 Serotypering van bacteriën Serotypering is gebaseerd op het gebruik van specifieke antilichamen die binden aan specifieke (oppervlakkige) moleculen van het micro-organisme. Gramnegatieve bacteriën hebben een buitenmembraan met lipolysacharide (LPS), dat somatische of O-antigenen bevat. Zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën kunnen een kapsel hebben (K-antigenen). Sommige soorten bezitten flagellen voor voortbeweging, die H-antigenen worden genoemd. Deze antigenen variëren per soort, en ook binnen een soort. Een serotype van een species heeft een identieke antigenformule [46](#page=46). * **Voorbeelden**: * *Escherichia coli* O157:H7 of *E. coli* O111:K58:H6. Deze types zijn sterk suggestief voor de aanwezigheid van specifieke (enteropathogene) pathogenicity islands [46](#page=46). * Bij meningokokken heeft de meerderheid van de pathogene stammen een kapsel met één van de drie varianten: type A, B of C. Bescherming door antilichamen tegen kapsel A biedt geen bescherming tegen B en C. Vaccinaties zijn niet gericht tegen alle drie, maar slechts tegen één kapseltype. De drie serotypes hebben elk een eigen epidemiologie, en de keuze voor vaccinatie is daarop gebaseerd [46](#page=46). Bacteriën van hetzelfde serotype kunnen nog steeds aanzienlijk divers zijn. Verdere opdeling is mogelijk door extra serotyperingen of genotypering, zelfs tot op individueel stamniveau (fingerprinting). Plasmiden en transposons (met virulentie- en resistentiegenen) kunnen verdere onderverdelingen mogelijk maken [46](#page=46). #### 3.2.4 Moleculaire fingerprinting of genotypering Moleculaire fingerprinting, of genotypering, is gebaseerd op specifieke DNA-sequenties van verschillende 'klonen'. Deze worden aangetoond met behulp van primers en PCR, wat resulteert in amplicons van verschillende lengtes. Alternatief kunnen ze worden 'geknipt' door restrictie-enzymen, of een combinatie van amplificatie gevolgd door restrictie digestie. Tegenwoordig wordt steeds vaker next-generation sequencing (NGS) gebruikt voor de karakterisering van bacteriën, waaronder whole genome sequencing [47](#page=47). --- ## 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 zonder celkern (prokaryoten), die essentieel zijn voor veel ecologische processen en een rol spelen in de gezondheid en ziekte van de mens. | | Virussen | Obligate intracellulaire parasieten die genetisch materiaal bevatten, omgeven door een eiwitmantel, en zich alleen kunnen vermenigvuldigen binnen levende gastheercellen. | | Immuunsysteem | Het biologische systeem dat een organisme beschermt tegen ziekteverwekkers, door het herkennen en vernietigen van vreemde indringers zoals bacteriën en virussen. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die de groei van micro-organismen remmen of ze doden, waaronder antibiotica (tegen bacteriën) en antivirale middelen. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen, voornamelijk bacteriën, die van nature op en in het menselijk lichaam leven en bijdragen aan de gezondheid. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken. | | Groeiregulatie | Het proces waarmee de groei en voortplanting van bacteriën wordt gecontroleerd, beïnvloed door omgevingsfactoren en interne mechanismen. | | Exponentiële groei | Een snelle, continue vermenigvuldiging van bacteriën waarbij de populatiegrootte exponentieel toeneemt onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme tussen bacteriën waarbij zij signalen uitwisselen om de dichtheid van hun populatie te meten en gezamenlijke gedragingen te coördineren. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen, ingebed in een zelfgeproduceerde matrix van extracellulaire substanties, die zich hecht aan oppervlakken. | | Gramkleuring | Een differentiële kleuringstechniek die bacteriën verdeelt in twee hoofdgroepen op basis van hun celwandsamenstelling: Gram-positief (kleurt blauw/paars) en Gram-negatief (kleurt rood/roze). | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een essentieel bestanddeel vormt van de celwanden van de meeste bacteriën, en dat zorgt voor structurele integriteit. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Complexe moleculen die deel uitmaken van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën en die een krachtige ontstekingsreactie bij de mens kunnen veroorzaken. | | Endotoxine | Een toxische component van de celwand van Gram-negatieve bacteriën, voornamelijk LPS, die koorts en andere inflammatoire reacties kan uitlokken. | | Genetisch materiaal | De drager van erfelijke informatie, in bacteriën meestal in de vorm van een circulair chromosoom van DNA, en eventueel plasmiden. | | Plasmiden | Kleine, circulaire dubbelstrengs DNA-moleculen die los van het chromosoom voorkomen in bacteriën en vaak genen bevatten voor resistentie tegen antibiotica of andere voordelige eigenschappen. | | Genoom | Het complete genetische materiaal van een organisme, inclusief alle genen. | | Metabolisme | Het geheel van chemische processen in een organisme dat nodig is voor instandhouding van het leven, inclusief stofwisseling en energieproductie. | | Fenotypische adaptatie | Het vermogen van een bacterie om zijn uiterlijke kenmerken en functionele eigenschappen aan te passen als reactie op omgevingsveranderingen, zonder dat het onderliggende genoom verandert. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriële cellen binnen een grotere populatie die, ondanks blootstelling aan antibiotica, in een metabool inactieve toestand verkeren en daardoor ongevoelig zijn voor deze middelen. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen op basis van gedeelde kenmerken en evolutionaire relaties. | | Ribosomaal RNA (rRNA) | Een type RNA dat deel uitmaakt van de ribosomen, de celonderdelen die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese. rRNA is cruciaal voor bacteriële taxonomie vanwege zijn relatieve stabiliteit en evolutionaire variatie. | | Genotypering | Een techniek die wordt gebruikt om de genetische samenstelling van een organisme te bepalen, vaak met als doel de identificatie en classificatie van specifieke stammen. | | Serotypering | Een methode om bacteriële stammen te identificeren en te classificeren op basis van hun antigenen, de moleculen op het celoppervlak die een immuunrespons kunnen opwekken. | | Antigeen | Een molecuul dat een immuunrespons kan opwekken, zoals de productie van antilichamen. | | Kapsel | Een slijmerige laag van polysachariden of polypeptiden die sommige bacteriën buiten hun celwand omhult, vaak ter bescherming tegen fagocytose of uitdroging. | | Flagellen | Zweepachtige aanhangsels op het oppervlak van veel bacteriën die zorgen voor beweeglijkheid. | | Fimbriae | Korte, draadachtige uitsteeksels op het oppervlak van bacteriën die worden gebruikt voor aanhechting aan oppervlakken of andere cellen. | | Sporen | Zeer resistente, inactieve vormen die door sommige bacteriën worden geproduceerd om te overleven onder ongunstige omgevingsomstandigheden zoals extreme temperaturen, uitdroging of gebrek aan voedingsstoffen. | | Virulentiefactoren | Moleculen of mechanismen die door bacteriën worden geproduceerd om infecties te veroorzaken of te verergeren, zoals toxines, enzymen die weefsels afbreken, of structuren die aanhechting bevorderen. |

# 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. |

# Bacteriën en hun eigenschappen Dit onderwerp verkent de fundamentele aard van bacteriën, hun classificatie, hun indrukwekkende aanpassingsvermogen aan diverse omgevingen, de regulatie van hun groei, en de genetische mechanismen die ten grondslag liggen aan mutatie en de ontwikkeling van resistentie [1](#page=1). ### 1.1 De bacterie als micro-organisme Bacteriën zijn micro-organismen met specifieke eigenschappen die cruciaal zijn voor hun overleving en interactie met hun omgeving, waaronder het menselijk immuunsysteem en antimicrobiële middelen [1](#page=1). #### 1.1.1 Concept van species en taxonomie Het concept van een bacteriespecies, samen met hun taxonomische indeling, vormt de basis voor hun classificatie en begrip [1](#page=1). #### 1.1.2 Aanpassingsvermogen en genexpressie Bacteriën kunnen schakelen tussen verschillende activiteitsniveaus, variërend van hyperactief tot slapend of zelfs tijdelijk inactief, afhankelijk van de omgevingscondities. Dit flexibele aanpassingsvermogen stelt hen in staat om specifieke sets van genen te activeren die nodig zijn voor overleving in diverse omgevingen [1](#page=1). #### 1.1.3 Groeiregulatie en groeivereisten De regulatie van bacteriegroei en hun specifieke groeivereisten zijn essentieel om te begrijpen hoe bacteriën reageren op antibiotica en hoe ze gedijen in specifieke niches [1](#page=1). **Factoren die bacteriegroei beïnvloeden:** * Exponentiële groei: Bacteriën kunnen zich exponentieel vermenigvuldigen onder optimale omstandigheden [1](#page=1). * Quorum sensing: Dit is een communicatiemechanisme waarbij bacteriën de dichtheid van hun populatie detecteren om collectief gedrag te coördineren [1](#page=1). * Biofilmvorming: Bacteriën kunnen zich nestelen in biofilms, gemeenschappen die hen beschermen tegen omgevingsstress en antimicrobiële middelen [1](#page=1). * Afhankelijkheid van pH en temperatuur: Bacteriële groei is sterk afhankelijk van specifieke pH-waarden en temperaturen [1](#page=1). > **Tip:** Het begrijpen van deze groeifactoren is cruciaal voor het ontwikkelen van effectieve strategieën tegen bacteriële infecties. ### 1.2 Genetische mechanismen voor adaptatie Bacteriën beschikken over gespecialiseerde genetische mechanismen die hen in staat stellen snel te muteren en resistentie en virulentie te ontwikkelen [1](#page=1). #### 1.2.1 Mutatie en resistentieontwikkeling Snelle mutatie is een sleutelmechanisme waarmee bacteriën zich aanpassen aan veranderende omstandigheden, wat kan leiden tot de ontwikkeling van resistentie tegen bijvoorbeeld antibiotica [1](#page=1). #### 1.2.2 Virulentieontwikkeling Net zoals resistentie, kunnen bacteriën ook hun virulentie, oftewel hun vermogen om ziekte te veroorzaken, genetisch aanpassen en ontwikkelen [1](#page=1). --- # Structuur en classificatie van virussen Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten die ondanks hun eenvoudige structuur en afhankelijkheid van gastheercellen een belangrijke rol spelen in de geneeskunde, en hun indeling is daarom medisch relevant [2](#page=2) [6](#page=6). ### 2.1 Definitie en algemene kenmerken Virussen worden gekenmerkt door hun status als obligate intracellulaire parasieten. Ze zijn infectieus en kunnen hun genoom introduceren in een gastheercel, waarna ze voor replicatie volledig afhankelijk zijn van de machinerie van deze cel. Virussen bezitten geen eigen celstructuur of organellen. Hun erfelijk materiaal bestaat uit RNA of DNA, dat enkelstrengs (ss) of dubbelstrengs (ds) kan zijn en één of meerdere chromosomen kan bevatten. Dit genetisch materiaal is verpakt in een eiwitmantel, gezamenlijk met eventuele structurele eiwitten, nucleïnezuur bindende eiwitten en enzymes, vormt dit het nucleocapside [2](#page=2) [3](#page=3). ### 2.2 Structuur van een virion Een virion, het complete virusdeeltje, kan naakt zijn of omgeven worden door een enveloppe [2](#page=2) [3](#page=3). #### 2.2.1 Naakte virussen Bij naakte virussen bestaat het virion uitsluitend uit een nucleocapside [3](#page=3). #### 2.2.2 Virussen met een enveloppe Virussen met een enveloppe bestaan uit een nucleocapside dat omgeven is door een membraan. Dit membraan bevat vaak glycoproteïnen die fungeren als receptoren voor de binding aan gastheercellen. Onder het membraan bevinden zich doorgaans matrix-eiwitten [3](#page=3). ### 2.3 Grootte en filtratie De grootte van virussen varieert aanzienlijk, van ongeveer 20 nanometer (nm) tot 100 nm. De genoomgrootte varieert van 3 kilobase (kb) tot meer dan 600 kb, waarbij RNA-virussen over het algemeen kleiner zijn. Vanwege hun kleine omvang kunnen virussen worden tegengehouden door filtratie. Bacteriële filters met poriegroottes van 0,45 µm tot 0,2 µm kunnen virussen verwijderen, hoewel deze filters primair bedoeld zijn om bacteriën en mycoplasma's te scheiden. Nanofiltratie, met fijnere membranen, wordt gebruikt om virusvrije eiwitoplossingen te verkrijgen, zoals bij de zuivering van stollingsfactoren uit bloed [4](#page=4). ### 2.4 Classificatie van virussen De indeling van virussen is van groot medisch belang. De classificatie is voornamelijk gebaseerd op twee criteria: het type genoom en de aanwezigheid van een membraan (enveloppe) [6](#page=6). #### 2.4.1 Classificatie op basis van genoomtype Het type genetisch materiaal (DNA of RNA, enkelstrengs of dubbelstrengs) is een cruciaal element in de classificatie van virussen. Deze indeling is de meest relevante voor medische toepassingen [2](#page=2) [6](#page=6). #### 2.4.2 Classificatie op basis van de aanwezigheid van een membraan Het al dan niet aanwezig zijn van een lipide dubbellaag rond het nucleocapside (enveloppe) is eveneens een medisch relevant classificatiecriterium [6](#page=6). > **Tip:** Begrijpen van de structuur van een virus, inclusief de aard van het genoom en de aanwezigheid van een enveloppe, is essentieel voor het begrijpen van hun infectiecycli, diagnostiek en behandelstrategieën. > **Example:** Virussen zoals het coronavirus en influenzavirus worden gekenmerkt door de aanwezigheid van een enveloppe, terwijl bacteriële faag T4 een naakt virus is. Parvovirus B19 is een voorbeeld van een klein, naakt virus met een DNA-genoom [5](#page=5) [6](#page=6). --- # Virale levenscyclus en interactie met het immuunsysteem De virale levenscyclus omvat een reeks essentiële stappen van virusinfectie tot de productie van nieuwe virale deeltjes, waarbij het immuunsysteem een cruciale rol speelt in zowel de verdediging als de interactie met het virus. ### 3.1 De virale levenscyclus De virale levenscyclus wordt opgedeeld in verschillende, deels simultane stappen, die inzicht geven in de infectieprocessen en aangrijpingspunten voor antivirale medicatie [12](#page=12). #### 3.1.1 Adsorptie Adsorptie is de eerste stap waarbij het virus zich bindt aan specifieke receptoren op de gastheercel. Deze receptoren zijn meestal koolhydraten, glycoproteïnen of glycolipiden op het celoppervlak. De receptor bepaalt de infecteerbaarheid van een cel en wordt beschouwd als een restrictiefactor. Sommige receptoren, zoals sialinezuur voor influenza, komen breed tot expressie, terwijl andere, zoals CD4 en co-receptoren CCR5 of CXCR4 voor HIV, beperkt zijn tot specifieke celtypes. Vaccins werken vaak door de virale structuren die aan deze receptoren binden, te neutraliseren met antistoffen [13](#page=13). #### 3.1.2 Penetratie Na adsorptie penetreert het virus de gastheercel. Bij bacteriofagen wordt het genoom direct in de cel geïnjecteerd, terwijl dierlijke virussen het nucleocapside via endocytose of membraanfusie binnengaan [14](#page=14). * **Voorbeeld:** Bij het Influenza A virus vindt penetratie plaats via endocytose. In het zure milieu van het endosoom activeert de pH-verandering de hemagglutinine-eiwit, waardoor de virale envelop fuseert met het endosoommembraan. Hierdoor komt het capside in het cytoplasma vrij [15](#page=15). #### 3.1.3 Expressie Expressie omvat de tot expressie komen van virale genen om virale eiwitten te produceren. De expressie is afhankelijk van het type en de organisatie van het virale genoom (RNA/DNA, enkelstrengs/dubbelstrengs) [17](#page=17). * **DNA-virussen:** Het genoom komt meestal tot expressie in de celkern, vergelijkbaar met het gastheergenoom. Poxvirussen vormen een uitzondering, aangezien hun dsDNA-genoom in het cytoplasma tot expressie komt en ze dus eigen enzymen mee moeten brengen [17](#page=17). * **ssRNA-virussen:** Positief-georiënteerde (+)ssRNA-genomen kunnen direct als mRNA functioneren. Negatief-georiënteerde (-)ssRNA- of dsRNA-genomen moeten eerst worden overgeschreven naar positief-georiënteerd RNA door een RNA-afhankelijk RNA polymerase [17](#page=17). * **Retrovirussen (klasse VI):** Hun +ssRNA-genoom wordt na uncoating eerst omgezet in DNA via reverse transcriptie en daarna geïntegreerd in het gastheergenoom [17](#page=17). #### 3.1.4 Replicatie Replicatie is het proces waarbij het virale genoom wordt vermenigvuldigd [18](#page=18). * **DNA-virussen:** Replicatie vindt meestal plaats in de kern, waarbij dsDNA als template dient. Klasse VII virussen repliceren in het cytoplasma via een RNA-kopie van het nucleaire DNA [18](#page=18). * **RNA-virussen:** De replicatie gebeurt door RNA-afhankelijk RNA polymerase, wat kan leiden tot aanzienlijke amplificatie van virale genomen [18](#page=18). * **Retrovirussen:** Replicatie van het +ssRNA-genoom verloopt via het geïntegreerde dsDNA-provirus, getranscribeerd door cellulaire polymerasen [18](#page=18). #### 3.1.5 Virion productie Na expressie en replicatie worden de virale genomen verpakt in capsiden om nucleocapsiden te vormen, gevolgd door de maturatie tot nieuwe virionen, vaak door auto-assemblage [22](#page=22). #### 3.1.6 Vrijlating Nieuwe virions worden vrijgelaten uit de gastheercel door budding (afsnoering) of lyse van de cel. De vrijlating kan worden belemmerd doordat het virus aan de cel blijft kleven, bijvoorbeeld aan receptoren of aan tetherin. Cel-naar-cel transmissie is een belangrijke overdrachtswijze, die het virus beschermt tegen neutraliserende antistoffen [23](#page=23). #### 3.1.7 Lytische levenscyclus (bacteriofaag) De lytische levenscyclus van bacteriofagen is snel en resulteert in de afsterving van de bacterie. Dit proces kan dienen als basis voor het gebruik van bacteriofagen als antibiotherapie, hoewel resistentievorming een probleem kan zijn [24](#page=24). #### 3.1.8 Temperate levenscyclus (bacteriofaag) De temperate levenscyclus maakt overdracht naar dochtercellen mogelijk zonder directe schade aan de gastheercellen. Een faagrepressor-eiwit onderdrukt de replicatie van de faag, maar kan bij inductie worden afgebroken, waarna de replicatiecyclus start. Dit proces is relevant voor transductie van antibioticumresistentie en toxines [26](#page=26). #### 3.1.9 Kinetiek van bacteriofaag replicatie Bij gesynchroniseerde infecties kan de kinetiek van replicatie (vaak binnen een half uur) en het aantal vrijgelaten infectieuze deeltjes per cel (burst size) worden gemeten. De expressie kan worden onderverdeeld in vroege (enzymen, regulatoren) en late (capside) eiwitten [28](#page=28). #### 3.1.10 Levenscyclus van dierlijke virussen Dierlijke virussen hebben vaak minder complexe levenscycli dan bacteriofagen vanwege de afwezigheid van een celwand. Ze groeien trager door de compartimentalisatie tussen celkern en cytoplasma [29](#page=29). * **Voorbeeld Herpesvirussen:** Na penetratie en uncoating gaat het dsDNA-genoom naar de kern voor replicatie en expressie. Eiwitten worden in het cytoplasma gesynthetiseerd en vervolgens naar de kern getransporteerd voor verpakking. Budding vindt plaats via het kernmembraan en het cytoplasmamembraan [29](#page=29). * **Voorbeeld Influenza:** Dit is een negatief-streng RNA-virus, maar de replicatie vindt plaats in de celkern [29](#page=29). #### 3.1.11 Expressie en replicatie van HCV Het positief-streng RNA-genoom van het Hepatitis C Virus (HCV) wordt in het cytoplasma vertaald tot één eiwit, dat vervolgens wordt verwerkt tot structurele en niet-structurele eiwitten. Het RNA-afhankelijk RNA polymerase (NS5B) produceert negatieve strengen en daarop nieuwe positieve strengen voor verpakking. Replicatie van HCV vindt plaats nabij het endoplasmatisch reticulum [30](#page=30). #### 3.1.12 Levenscyclus van HIV Bij HIV vindt na ligand-receptor herkenning fusie plaats tussen de virale envelop en de celmembranen, waarna het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt. Reverse transcriptase zet het RNA-genoom om in dsDNA. Dit dsDNA wordt geïntegreerd in het gastheergenoom door integrase. Transcriptie van het provirus gebeurt via cellulaire polymerasen, en de RNA-producten worden gespliced of ongespliced (volledige lengte). Budding vindt plaats aan het celmembraan [31](#page=31). ### 3.2 Interactie met het immuunsysteem Het aangeboren immuunsysteem speelt een cruciale rol bij de eerste afweer tegen virussen. #### 3.2.1 Patroonherkenning van virussen Cellen herkennen virale componenten als 'pathogen-associated molecular patterns' (PAMPs) via 'pattern recognition receptors' (PRRs). Voorbeelden van virale PAMPs zijn [19](#page=19): * dsRNA en RNA zonder 5' cap in het cytoplasma worden herkend door RIG-I [17](#page=17) [19](#page=19). * dsRNA in endosomen wordt herkend door TLR3 [17](#page=17) [19](#page=19). * dsDNA in endosomen wordt herkend door TLR9 [17](#page=17) [19](#page=19). #### 3.2.2 Interferon en interferon-gestimuleerde genen (ISG) PRRs activeren de productie van interferonen (IFN), met name type I en type III IFN. Interferonen induceren de expressie van interferon-gestimuleerde genen (ISG). Er zijn ongeveer 300 ISG's die antivirale functies hebben en de virusreplicatie blokkeren [20](#page=20) [21](#page=21). * **Voorbeelden van ISG's:** * **Interferon inducible transmembrane proteins (IFITM):** Blokkeren virusbinding en vrijlating uit het endosoom [21](#page=21). * **ISG15:** Een ubiquitin-achtig eiwit dat de afbraak van andere eiwitten versnelt via ISG-ylation [21](#page=21). * **Tetherin:** Voorkomt de vrijlating van virionen van het celmembraan [21](#page=21). * **cGAS (cyclic GMP-AMP cyclase):** Een DNA-sensor die RNA- en DNA-virusreplicatie blokkeert [21](#page=21). * **RNAseL:** Knipt viraal en cellulair RNA [21](#page=21). * **PKR (Protein Kinase R):** Fosforyleert de eukaryote translatie-initiatiefactor EIF2A, wat leidt tot stilstand van eiwitsynthese [21](#page=21). #### 3.2.3 Cytopathisch effect De interactie tussen virus en cel kan leiden tot een cytopathisch effect, wat zichtbaar gemaakt kan worden door middel van plaquevormingseenheden of direct observatie van celveranderingen [33](#page=33). > **Tip:** Het begrijpen van de virale levenscyclus is essentieel voor het ontwikkelen van antivirale therapieën, aangezien veel antivirale medicijnen zich richten op specifieke stappen in deze cyclus, zoals replicatie-enzymen of virale eiwitten betrokken bij de virusontsnapping. > **Tip:** De variabiliteit van RNA-virussen, zoals HIV, die leidt tot quasispecies, maakt het ontwikkelen van effectieve vaccins en therapieën complexer [9](#page=9). --- ## 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 zich kunnen aanpassen aan verschillende omgevingen en genetische mechanismen hebben om snel te muteren en resistentie te ontwikkelen. | | Virussen | Obligaat intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van een gastheercel voor replicatie, zonder eigen celstructuur of organellen, en erfelijk materiaal bevatten in een eiwitmantel. | | Immuunsysteem | Het biologische systeem dat cellen en moleculen produceert en coördineert om organismen te beschermen tegen ziekteverwekkers en andere ziekteveroorzakende agentia. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die worden gebruikt om bacteriële infecties te behandelen of te voorkomen, zoals antibiotica en antivirale middelen. | | Taxonomie | De wetenschappelijke classificatie van organismen in hiërarchische groepen op basis van gedeelde kenmerken. | | Artificiële minimale bacterie | Een theoretische of experimenteel geconstrueerde bacterie met het minimaal vereiste aantal genen voor overleving en replicatie. | | Groeiregulatie | Het proces waarbij de groei en deling van bacteriële cellen wordt gecontroleerd, beïnvloed door factoren zoals voedingsstoffen, temperatuur en pH. | | Exponentiële groei | Een groeipatroon waarbij de toename van de populatie in een bepaald tijdsinterval evenredig is met de huidige populatiegrootte. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij bacteriën de dichtheid van hun populatie detecteren en hun gedrag coördineren op basis van deze dichtheid. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen die aan een oppervlak is gehecht en omgeven is door een zelfgeproduceerde extracellulaire matrix. | | Mutatie | Een permanente verandering in de nucleotidensekwentie van het genoom van een organisme of virus. | | Resistentie | Het vermogen van een micro-organisme om te overleven en te groeien in aanwezigheid van een antimicrobieel middel dat normaal gesproken de groei zou remmen of de cel zou doden. | | Virulentie | De mate waarin een ziekteverwekker in staat is om schade aan de gastheer te veroorzaken. | | Levenscyclus van virussen | De reeks gebeurtenissen die een virus ondergaat, van infectie van een gastheercel tot de productie van nieuwe virusdeeltjes. | | Aangeboren immuunsysteem | Het eerste verdedigingsmechanisme van het lichaam tegen infecties, dat niet-specifiek is en direct na blootstelling aan een pathogeen reageert. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij viraal genetisch materiaal wordt ingebouwd in het genoom van de gastheercel, wat kan leiden tot persistentie en transformatie. | | Latentie | Een periode waarin een virus zich in de gastheercel bevindt maar niet actief repliceert, wat latere reactivatie mogelijk maakt. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij een cel verandert in een kankercel, vaak veroorzaakt door virale infectie of genetische mutaties. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme dat strikt afhankelijk is van een levende gastheercel om zich te kunnen vermenigvuldigen. | | Genoom | Het volledige genetische materiaal van een organisme of virus, bestaande uit DNA of RNA. | | Nucleocapside | Het complex van viraal genetisch materiaal (DNA of RNA) en de eiwitten die het omringen (capsomeren), waaruit een virion is opgebouwd. | | Enveloppe (membraan) | Een buitenste lipide laag van sommige virussen, afgeleid van de gastheercelmembraan, die glycoproteinen bevat. | | Virion | Een volledig infectieus viruspartikel dat bestaat uit genetisch materiaal omgeven door een eiwitmantel (capside). | | Naakte virussen | Virussen die geen lipide enveloppe hebben; hun virion bestaat alleen uit een nucleocapside. | | Glycoproteinen | Eiwitten waaraan koolhydraatketens zijn gebonden, vaak voorkomend in virale enveloppen en betrokken bij celherkenning en binding. | | Matrix eiwitten | Eiwitten die zich onder de virale enveloppe bevinden en stabiliteit en vorm bieden aan het virion. | | Genoomgrootte | De totale lengte van het genetische materiaal van een virus, uitgedrukt in basenparen (bp) of kilobasen (kb). | | Nanofiltratie | Een filtratieproces dat wordt gebruikt om virussen te verwijderen uit vloeistoffen op basis van hun grootte. | | Lyse | Het proces waarbij een cel wordt afgebroken of uiteenvalt, wat bij virussen kan leiden tot de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes. | | Humorale immuniteit | Deel van het immuunsysteem waarbij antilichamen worden geproduceerd om ziekteverwekkers buiten de cellen te bestrijden. | | Cytotoxische cellen | Immuuncellen (zoals CD8+ T-cellen en NK-cellen) die geïnfecteerde cellen kunnen herkennen en doden. | | Afsnoering | Het proces waarbij virusdeeltjes zich losmaken van de geïnfecteerde celmembraan, vaak zonder de cel onmiddellijk te doden. | | Labiel | Gevoelig voor degradatie door externe factoren zoals temperatuur, pH, detergenten of uitdroging. | | Gastro-intestinale tractus | Het spijsverteringskanaal, van de mond tot de anus. | | Cellulaire immuniteit | Deel van het immuunsysteem dat celgemedieerde reacties omvat, zoals de activiteit van T-cellen tegen geïnfecteerde cellen. | | Pathogeen-inactivatie | Processen die worden gebruikt om de infectiositeit van virussen te verminderen of te elimineren, bijvoorbeeld door behandeling met zeep of hitte. | | Solvens, detergens methode | Een methode voor het inactiveren van virussen met enveloppe door het gebruik van oplosmiddelen en detergenten die de lipide enveloppe beschadigen. | | RNA-afhankelijk RNA polymerase | Een enzym dat RNA als template gebruikt om een nieuwe RNA-streng te synthetiseren; cruciaal voor de replicatie van veel RNA-virussen. | | Quasispecies | Een groep nauw verwante virusdeeltjes met verschillende genetische mutaties binnen een geïnfecteerde gastheer, wat bijdraagt aan hun aanpassingsvermogen. | | Consensus sequentie | Een nucleotide- of aminozuursequentie die de meest voorkomende base of aminozuur op elke positie weergeeft binnen een groep gerelateerde sequenties. | | Fylogenetische boom | Een diagram dat de evolutionaire verwantschap tussen verschillende organismen of genen weergeeft, gebaseerd op hun genetische sequenties. | | Reverse transcriptase | Een enzym dat RNA als template gebruikt om DNA te synthetiseren; cruciaal voor retrovirussen. | | DNA virussen | Virussen die DNA als genetisch materiaal gebruiken. | | RNA virussen | Virussen die RNA als genetisch materiaal gebruiken. | | dsDNA | Dubbelstrengs DNA. | | ssDNA | Enkelstrengs DNA. | | dsRNA | Dubbelstrengs RNA. | | ssRNA (-) | Enkelstrengs RNA met negatieve polariteit, dat eerst moet worden omgezet in positieve polariteit om als mRNA te functioneren. | | ssRNA (+) | Enkelstrengs RNA met positieve polariteit, dat direct als mRNA kan functioneren. | | Retroviridae | Een familie van virussen die reverse transcriptase gebruiken om hun RNA-genoom om te zetten in DNA, dat vervolgens in het gastheergenoom wordt geïntegreerd (bv. HIV). | | Orthomyxoviridae | Een familie van virussen die influenza veroorzaken. | | Parvovirus B19 | Een parvovirus dat erythema infectiosum (vijfde ziekte) veroorzaakt. | | Bacteriofaag | Een virus dat bacteriën infecteert. | | Moleculaire biologie | De tak van biologie die zich bezighoudt met de moleculaire basis van biologische activiteit. | | Celcultuur | De groei van dierlijke, plantaardige of schimmelcellen in een laboratoriumomgeving buiten hun oorspronkelijke weefsel. | | Reverse transcriptase | Enzym dat RNA omzet in DNA. | | Nucleotiden sequentie | De volgorde van de nucleotiden (adenine, guanine, cytosine, thymine of uracil) in een DNA- of RNA-molecuul. | | Genoom | Het volledige genetische materiaal van een organisme of virus. | | Eukaryoot virus | Een virus dat eukaryote cellen infecteert. | | Lentivirus | Een genus van retrovirussen die verantwoordelijk zijn voor chronische, langdurige ziekten, zoals HIV. | | SARS-CoV | Acroniem voor Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus. | | Influenza H5N1 | Een subtype van het influenzavirus dat vogelgriep kan veroorzaken bij mensen. | | Mpox | Een virale ziekte die door apenpokken wordt veroorzaakt. | | Virale levenscyclus | De reeks gebeurtenissen die een virus ondergaat, van de infectie van een gastheercel tot de productie van nieuwe virusdeeltjes. | | Adsorptie | Het proces waarbij een virus zich bindt aan de oppervlakte van een gastheercel via specifieke receptor-ligand interacties. | | Receptor-virusligand interactie | De interactie tussen specifieke moleculen op de celoppervlakte (receptoren) en moleculen op het virus (liganden), die essentieel is voor virusbinding. | | Restrictiefactor | Een cellulaire factor die de infectie van een cel door een virus remt of verhindert. | | Siaalzuur | Een type koolhydraat dat vaak voorkomt op de celoppervlakte en dient als receptor voor sommige virussen, zoals influenza. | | CD4+ co-receptor CCR5 of CXCR4 | Co-receptoren op T-cellen die essentieel zijn voor de binding en infectie van HIV. | | Neutraliserende antistoffen | Antilichamen die de infectiositeit van een virus kunnen neutraliseren door binding aan virale oppervlakte-eiwitten te voorkomen. | | Penetratie | Het proces waarbij een virus de gastheercel binnendringt na de binding. | | Endocytose | Een proces waarbij de cel grote moleculen of deeltjes opneemt door het celmembraan naar binnen te vouwen en vesikels te vormen. | | Membraanfusie | Het proces waarbij het virale membraan (indien aanwezig) versmelt met het celmembraan of het membraan van een endosoom, waardoor het virale genoom of nucleocapside de cel binnenkomt. | | Uncoating | Het proces waarbij het virale eiwitmantel (capside) wordt afgebroken, waardoor het virale genoom vrijkomt in het cytoplasma of de kern van de gastheercel. | | Hemagglutinine (HA) | Een oppervlakte-eiwit van het influenzavirus dat verantwoordelijk is voor de binding aan sialinezuur op de gastheercel. | | Neuraminidase | Een enzym op het oppervlak van het influenzavirus dat neuraminezuurafbrekende activiteit heeft, wat helpt bij de vrijlating van virusdeeltjes uit de cel. | | Neuraminidase inhibitoren | Medicijnen die de activiteit van neuraminidase remmen, gebruikt in de behandeling van influenza. | | Endosoom | Een membraanom sloten blaasje in de cel dat wordt gevormd tijdens endocytose en betrokken is bij intracellulaire transport en afbraak. | | Lysosoom | Een membraanom sloten organel dat enzymen bevat die celcomponenten en vreemde materialen afbreken. | | M2 kanaal | Een eiwitkanaal in de enveloppe van het influenzavirus dat protonenimport reguleert, essentieel voor de uncoating. | | M2 kanaal blokkerende medicatie | Antivirale middelen die de functie van het M2 kanaalkanaal blokkeren en de uncoating van het influenzavirus remmen. | | Expressie | Het proces waarbij genetische informatie wordt omgezet in functionele producten, zoals eiwitten. | | Replicatie | Het proces waarbij een virus zijn genetisch materiaal kopieert en nieuwe virusdeeltjes produceert. | | Virostatica | Medicijnen die de replicatie van virussen remmen. | | PAMP | Pathogen-Associated Molecular Pattern; moleculaire structuren die voorkomen op pathogenen maar niet op gastheercellen, en door het immuunsysteem worden herkend. | | TLR9 | Toll-like receptor 9; een receptor die DNA herkent, vaak geassocieerd met bacteriële infecties of endogeen DNA. | | TLR7 | Toll-like receptor 7; een receptor die viraal RNA herkent. | | RIG-I | Retinoic acid-inducible gene I; een cytoplasmatische receptor die viraal RNA herkent. | | Dicer | Een enzym dat dubbelstrengs RNA (dsRNA) verwerkt tot kleinere interfererende RNA (siRNA) moleculen. | | siRNA | Small interfering RNA; korte RNA-moleculen die betrokken zijn bij RNA-interferentie, een mechanisme van genregulatie en antivirale afweer. | | Viraal genoom | Het genetische materiaal van een virus, bestaande uit DNA of RNA. | | Viraal gecodeerd | Genetische informatie die aanwezig is in het virale genoom en codeert voor specifieke virale eiwitten. | | Gastheer genoom | Het complete genetische materiaal van de gastheercel. | | Kern | Het deel van de eukaryote cel dat het genetisch materiaal bevat. | | Cytoplasma | Het deel van de cel dat zich buiten de kern bevindt en de organellen bevat. | | Pokkenvirussen | Een familie van virussen die pokkenziekten veroorzaken, gekenmerkt door een dsDNA-genoom en replicatie in het cytoplasma. | | ssRNA | Enkelstrengs RNA. | | mRNA | Messenger RNA; een type RNA dat de genetische code van DNA transporteert naar ribosomen voor eiwitsynthese. | | Negatief streng RNA | Een type viraal RNA dat complementair is aan mRNA en eerst moet worden omgezet in positief streng RNA om als mRNA te functioneren. | | Positief streng RNA | Een type viraal RNA dat direct als mRNA kan functioneren. | | RNA afhankelijk RNA polymerase | Enzym dat RNA als template gebruikt om een nieuwe RNA-streng te synthetiseren. | | Klasse VII retrovirussen | Een classificatie van virussen die een RNA-kopie van hun DNA-genoom produceren. | | DNA-fragmenten in kern | DNA-moleculen die zich in de kern van de cel bevinden en door het immuunsysteem kunnen worden herkend als vreemd. | | dsRNA (siRNA) | Dubbelstrengs RNA en kleine interfererende RNA-moleculen, die een rol spelen in RNA-interferentie en immuunrespons. | | RNA zonder 5’cap | Viraal RNA dat de 5’ cap-structuur mist, wat kan dienen als een signaal voor het immuunsysteem om het als vreemd te herkennen. | | Innate immune effector mechanism | Het mechanisme van het aangeboren immuunsysteem dat direct reageert op infecties. | | Interferon (IFN) | Een groep eiwitten die door cellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties, en die de immuunrespons moduleren. | | Interferon gestimuleerde genen (ISG) | Genen die worden geactiveerd door interferonen en die antivirale eiwitten produceren die virusreplicatie remmen. | | Type I en type III interferon | Subtypen van interferonen die een belangrijke rol spelen in de antivirale afweer. | | IFITM | Interferon-inducible transmembrane proteins; eiwitten die de toegang van virussen tot cellen en de vrijlating ervan uit endosomen blokkeren. | | ISG15 | Een ubiquitin-achtig eiwit dat zich aan andere eiwitten bindt (ISG-ylation) en hun stabiliteit beïnvloedt, wat bijdraagt aan de antivirale respons. | | Tetherin | Een cellulair eiwit dat de vrijlating van virusdeeltjes uit de celmembraan verhindert. | | cGAS | Cyclic GMP-AMP synthase; een DNA-sensor die de replicatie van zowel RNA- als DNA-virussen kan blokkeren. | | RNAseL | Een enzym dat zowel viraal als cellulair RNA kan knippen, en zo bijdraagt aan de antivirale afweer. | | PKR | Protein kinase R; een enzym dat eiwitsynthese remt door fosforylering van initiatiefactoren, als reactie op viraal dubbelstrengs RNA. | | Virion productie | Het proces waarbij nieuwe, infectieuze virusdeeltjes worden gevormd binnen de gastheercel. | | Auto-assembly | Het spontane proces waarbij componenten van een virus, zoals eiwitten, zich organiseren tot een functionele structuur zoals een capside. | | Maturatie virion | Het proces waarbij een virusdeeltje na assemblage chemische of structurele veranderingen ondergaat om infectieus te worden. | | Vrijstelling virions | Het proces waarbij nieuwe virusdeeltjes de gastheercel verlaten om andere cellen te infecteren. | | Budding | Een proces waarbij virusdeeltjes zich losmaken van de gastheercel door afsnoering van de celmembraan, vaak het virale enveloppe vormend. | | Cel-naar-cel transmissie | De overdracht van virussen van een geïnfecteerde cel naar een aangrenzende cel, zonder blootstelling aan het extracellulaire milieu. | | Neutraliserende antilichamen | Antilichamen die de infectiositeit van een virus kunnen neutraliseren door binding aan virale oppervlakte-eiwitten te voorkomen. | | Lytische levenscyclus | Een virale levenscyclus die leidt tot de snelle replicatie van het virus en de dood van de gastheercel. | | Bacteriofaag | Een virus dat bacteriën infecteert. | | Antibiotherapie | Het gebruik van antibiotica om bacteriële infecties te behandelen. | | Lysogene levenscyclus | Een virale levenscyclus waarbij het virale genoom wordt geïntegreerd in het gastheergenoom en wordt doorgegeven aan dochtercellen zonder onmiddellijke schade aan de gastheercel. | | Temperate bacteriofaag | Een bacteriofaag die een lysogene levenscyclus kan ondergaan. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van een bacterie naar een andere bacterie wordt overgebracht door een bacteriofaag. | | Antibiotica stress | Omstandigheden die bacteriën blootstellen aan antibiotica, wat kan leiden tot inductie van lysogene fagen of resistentieontwikkeling. | | Gesynchroniseerde infectie | Een experimentele opstelling waarbij alle gastheercellen in een populatie tegelijkertijd worden geïnfecteerd met een virus, waardoor de kinetiek van de virusreplicatie kan worden bestudeerd. | | Kinetiek van replicatie | De snelheid waarmee virusdeeltjes worden geproduceerd na infectie. | | Burst size | Het gemiddelde aantal infectieuze virusdeeltjes dat uit een geïnfecteerde cel wordt vrijgelaten. | | Vroege eiwitten | Virale eiwitten die vroeg in de replicatiecyclus worden gesynthetiseerd en vaak betrokken zijn bij replicatie en regulatie. | | Late eiwitten | Virale eiwitten die later in de replicatiecyclus worden gesynthetiseerd en vaak structurele componenten van het virus vormen. | | Compartimentalisatie | De scheiding van cellulaire processen in verschillende compartimenten, zoals de kern en het cytoplasma in eukaryote cellen. | | Nucleair lokalisatie signaal | Een sequentie in een eiwit die aangeeft dat het eiwit naar de kern van de cel moet worden getransporteerd. | | Packaging | Het proces waarbij viraal genetisch materiaal wordt verpakt in nieuwe capsiden om infectieuze virions te vormen. | | Hepatitis C virus (HCV) | Een virus dat hepatitis C veroorzaakt, een leverontsteking. | | Positief streng RNA genoom | Een viraal genoom dat direct als mRNA kan functioneren. | | Autocatalytisch | Een reactie die zichzelf katalyseert; in dit geval, een eiwit dat zichzelf kan knippen. | | Structurele eiwitten | Eiwitten die deel uitmaken van de structuur van het virus. | | Niet-structurele eiwitten | Virale eiwitten die niet direct deel uitmaken van de structuur van het virus, maar betrokken zijn bij replicatie, expressie en andere processen. | | RdRP | RNA-dependent RNA polymerase; enzym dat RNA als template gebruikt om een nieuwe RNA-streng te synthetiseren. | | Endoplasmatisch reticulum | Een netwerk van membranen in de cel dat betrokken is bij eiwitsynthese, lipide metabolisme en transport. | | Antivirale medicatie | Geneesmiddelen die de replicatie van virussen remmen. | | HIV | Human Immunodeficiency Virus; het virus dat AIDS veroorzaakt. | | Fusie membraan | Het samensmelten van membranen, zoals het virale membraan met het celmembraan. | | Nucleocapside | Het complex van viraal genetisch materiaal (DNA of RNA) en de eiwitten die het omringen. | | Pre-integratiecomplex | Een complex van virale componenten dat ontstaat na reverse transcriptie en voorbereiding op integratie in het gastheergenoom. | | Integrase (IN) | Een enzym dat betrokken is bij de integratie van het virale DNA in het gastheergenoom. | | LTR | Long terminal repeat; repetitieve sequenties aan de uiteinden van het genoom van retrovirussen, die een rol spelen bij integratie en transcriptie. | | Provirus | Viraal DNA dat geïntegreerd is in het gastheergenoom. | | Transcriptie | Het proces waarbij genetische informatie van DNA wordt overgeschreven naar RNA. | | Celulaire polymerasen | Enzymen van de gastheercel die betrokken zijn bij de synthese van RNA of DNA. | | Polyadenylatie | Het toevoegen van een poly-A staart aan het 3'-uiteinde van een RNA-molecuul, essentieel voor de stabiliteit en translatie van mRNA. | | Splicing | Het proces waarbij introns uit precursor mRNA worden verwijderd en exons worden samengevoegd om volwassen mRNA te vormen. | | Aantonen van virussen | Methoden die worden gebruikt om de aanwezigheid van virussen in monsters te detecteren. | | Plaques | Gebieden van cellyse op een monocultuur van cellen, veroorzaakt door virale infectie, gebruikt om virustiters te bepalen. | | Plaque forming units (PFU) | Een eenheid van virusconcentratie gebaseerd op het aantal plaques dat wordt gevormd op een celkweek. | | Cytopathisch effect (CPE) | Veranderingen in gastheercellen die zichtbaar zijn onder de microscoop en die worden veroorzaakt door virale infectie. | | Hoge titer | Een hoge concentratie van virusdeeltjes. | | Lage titer | Een lage concentratie van virusdeeltjes. | | Dilutie virus | Het proces van het verdunnen van een virusmonster om de concentratie te verlagen. |

# Barrières tegen micro-organismen en hun verstoring Dit onderwerp behandelt de diverse mechanismen die het lichaam gebruikt om te voorkomen dat micro-organismen binnendringen en infecties veroorzaken, evenals de gevolgen van verstoringen van deze barrières en de normale flora [1](#page=1) [4](#page=4). ### 1.1 Inleiding De omgeving is rijk aan micro-organismen waarmee we voortdurend in contact komen, maar dit leidt zelden tot permanente kolonisatie of infectie. Het lichaam beschikt over barrières die kolonisatie en infectie tegengaan. Op huid en slijmvliezen bevindt zich een grote hoeveelheid micro-organismen die de normale microflora vormen. Deze flora is aangepast aan specifieke 'econiches' en speelt een cruciale rol in de barrièrefunctie. Pathogene bacteriën kunnen de normale flora verstoren, terwijl verstoringen van barrièrefuncties vaak leiden tot infecties [1](#page=1) [4](#page=4). ### 1.2 Barrières tegen micro-organismen De barrières zijn opgebouwd uit fysische, chemische, microbiële en immunologische mechanismen die vreemde organismen buiten het lichaam houden [1](#page=1) [5](#page=5). #### 1.2.1 Fysische barrières Fysische barrières scheiden het lichaam van de externe omgeving [6](#page=6). * **Meerlagig epitheel:** Kenmerkend voor de huid, haar en nagels. Deze barrières zijn bedekt met een laag dode cellen, wat penetratie door intacte huid bemoeilijkt. Huidepitheeldefecten maken penetratie door micro-organismen mogelijk [6](#page=6). * **Slijmvliezen:** Bekleden luchtwegen, urinewegen, het gastro-intestinaal stelsel en geslachtsorganen. Deze bestaan uit levende cellen, vaak éénlagig om uitwisseling van gassen en voedingsstoffen mogelijk te maken, maar vormen wel een ingangspoort voor virussen [6](#page=6). * **Spoelfunctie:** Een continue stroom van mucus voert micro-organismen af. Dit omvat ook de peristaltiek van de darmen, speekselstroom en de lediging van de blaas. Vernauwingen of onvolledige lediging van delen van de darm, urogenitale tractus en luchtwegen verhogen het infectierisico. Voorbeelden zijn poststenotische pneumonie bij longcarcinoom, cholecystitis door een steen in de galwegen, en urineweginfecties bij een vergrote prostaat [6](#page=6) [7](#page=7). * **Celvernieuwing:** Cellen in de darm worden snel vervangen (3-4 dagen) [6](#page=6). * **Aanhechting:** Bacteriën kunnen zich op mucosa aanhechten via specifieke adhesiemoleculen [7](#page=7). * **Schilfering:** Alle epithelia schilferen, waardoor bacteriën constant moeten herkoloniseren. Tandglazuur schilfert niet, wat tandheelkundige hygiëne essentieel maakt [7](#page=7). * **Trapping, filtering en afvoer:** Micro-organismen worden gevangen in slijm op slijmvliezen en afgevoerd door trilhaarcellen of ingeslikt [7](#page=7). #### 1.2.2 Chemische barrière Chemische barrières omvatten omgevingsfactoren, aanwezige metabole bronnen, hormonale invloeden en antibacteriële stoffen [8](#page=8). * **Omgevingsfactoren:** * **Zuurstofspanning:** Lage zuurstofspanning (anaeroob milieu) heerst diep in haarfollikels, in het colon lumen en in tandplak [8](#page=8). * **Zuurtegraad (pH):** Een lage pH, zoals in de vagina en maaginhoud, is gunstig [8](#page=8). * **Aanwezige metabole bronnen:** * **Positieve invloeden:** In de vagina levert glycogeen een bron van suiker voor lactobacillen, die lactaat (melkzuur) produceren. De dikke darm biedt grote hoeveelheden onverteerd voedsel als substraat voor een complex microbiologisch systeem [8](#page=8). * **Negatieve invloeden:** Wat voor de ene bacteriesoort gunstig is, kan voor een andere negatief zijn, wat de vorming van niches bevordert [8](#page=8). * **Hormonale invloeden:** Hormonen beïnvloeden het metabolisme en daarmee de huid (vetten, sebumcysten) en vaginale epitheelcellen (glycogeen) [8](#page=8). * **Antibacteriële stoffen en immuunglobulines:** * **Lysosoom:** Een enzym dat peptidoglycanen afbreekt [8](#page=8). * **Lipocaline/siderocaline:** Bindt bacteriële sideroforen (ijzerbindende moleculen) voor degradatie door granulocyten, waardoor ijzer minder beschikbaar wordt voor bacteriën [8](#page=8). * **Defensines:** Korte, kationische peptiden die bacteriële, virale of schimmelmembranen kunnen doorboren. Ze worden als inactief eiwit gemaakt en worden pas actief na secretie. Alfa-defensines worden afgescheiden door neutrofielen, macrofagen en Panethcellen, terwijl bèta-defensines door epitheelcellen worden afgescheiden. Het aantal defensine genen varieert tussen individuen [10](#page=10). * **Dimeer IgA:** Een vorm van immuunglobuline A [8](#page=8). **Oorlog om ijzer:** Vertebraten minimaliseren vrij beschikbaar ijzer door ijzerbindende moleculen (transferrine) en intracellulaire opslag (hemoglobine, ferritine). Dit beperkt bacteriële groei. Bacteriën ontwikkelen strategieën zoals receptoren voor humane ijzerbindende moleculen, de aanmaak van sideroforen met hoge affiniteit voor ijzer, en hemolysines om ijzer uit cellen vrij te maken. Siderocalines neutraliseren bacteriële sideroforen, maar bacteriën produceren vervolgens weer nieuwe sideroforen die ongevoelig zijn voor siderocaline. De gastheer kan ook ijzeropname stoppen en ijzermobilisatie vanuit cellen beperken [9](#page=9). #### 1.2.3 Barrière-functie: de normale flora De normale microflora draagt bij aan de barrièrefunctie door: * **Competitie:** Concurreert met andere micro-organismen voor ruimte en voedsel [11](#page=11). * **Productie van metabolieten:** Sommige bacteriën bevorderen de groei van andere door metabolieten te produceren of een gunstige pH te creëren. Anderen remmen groei door metabolieten of bacteriocines (door bacteriën zelf aangemaakte antibiotica) [11](#page=11). * **Kolonisatieresistentie:** De normale flora bezet de niche, beïnvloedt de lokale omgeving en voorkomt vestiging van andere soorten of nieuwe stammen [11](#page=11). * **Overige functies:** Productie van vitamines, hulp bij vertering (in het colon), en stimulatie van het immuunsysteem [11](#page=11). De samenstelling van de microflora is locatie-afhankelijk en verschilt sterk tussen bijvoorbeeld de mondholte, huid, luchtwegen, darmtractus en genitale tractus [11](#page=11). ### 1.3 Overzicht van verschillende lichaamsoppervlakken met hun barrières en microflora #### 1.3.1 Huidbarrière De intacte huid is een effectieve barrière tegen infectie [13](#page=13). * **Kenmerken:** De huid is droog en zuur, met een barrière van gekeratiniseerd epitheel. Op sommige plaatsen wordt de huid beïnvloed door speeksel en talg (sebum). In de gehoorgang is er cerumen [13](#page=13). * **Microflora:** Beperkt tot voornamelijk coagulase-negatieve stafylokokken, Corynebacterium en Cutibacterium spp.. Andere soorten zijn transiënt. In vochtigere gebieden, zoals bij orificia en slijmvliezen, is er meer variatie met ook S. aureus en Acinetobacter [13](#page=13). * **Immunologische bewaking:** Epitheliale cellen (bv. keratinocyten) en Langerhanscellen (weefselmacrofagen) bewaken de barrière en kunnen ontsteking induceren bij gevaar [13](#page=13). * **Bescherming:** De huid biedt goede bescherming tegen indringers; weinig bacteriën kunnen intacte huid binnendringen. Virussen bereiken de huid vaker via viremie en vinden hun doelwit in huidcellen [13](#page=13) [14](#page=14). **Verstoring van de huidbarrière:** * **Te nat/maceratie/occlusie:** Kan leiden tot woekering van S. aureus, gramnegatieve staven en gisten, wat kan evolueren naar infectie (bv. candidiasis) [14](#page=14). * **Te vet:** Verhoogde groei van Malassezia sp. kan schilfering (roos) veroorzaken [14](#page=14). * **Blokkering van talgklieren:** Veroorzaakt acne, mede door woekering van Cutibacterium [14](#page=14). * **Infecties:** Folliculitis door Staphylococcus aureus of Streptococcus pyogenes [14](#page=14). * **Grote defecten (bv. brandwonden):** Veroorzaken sterke kolonisatie en maken de huid zeer gevoelig voor infectie [14](#page=14). * **Dermatofyten:** Schimmels die keratine gebruiken als voedsel en oppervlakkige huid-, nagel- en haarinfecties kunnen veroorzaken [14](#page=14). #### 1.3.2 Mondholte en bovenste luchtwegen De bovenste luchtwegen hebben een barrière functie [27](#page=27). * **Bescherming van diepe luchtwegen:** * De glottis beschermt tegen macro-aspiratie. Kleine deeltjes botsen tegen de wanden van bronchiën en bronchioli. Alleen de kleinste deeltjes (aerosol) bereiken de alveoli [27](#page=27). * Ciliair epitheel en mucus vangen micro-organismen op en voeren ze af [27](#page=27). * De diepere luchtwegen zijn grotendeels steriel, hoewel Pneumocystis jirovecii aanwezig kan zijn en bij immuunsuppressie pneumonie kan veroorzaken [27](#page=27). * **Factoren die de luchtwegen beïnvloeden:** * Verminderde ciliaire functie door roken of virusinfecties vergemakkelijkt bacteriële infectie [27](#page=27). * Mucoviscidose (cystic fibrosis) leidt tot taai slijm en frequente luchtweginfecties [27](#page=27). * Hoesten, niezen en slikken helpen bij de afvoer. Verminderd bewustzijn vergroot het risico op aspiratie en pneumonie [27](#page=27). * Secreties bevatten humorale en cellulaire componenten van het immuunsysteem [27](#page=27). * Alveolaire macrofagen vormen de eerste verdedigingslinie tegen bacteriën die diep doordringen, zoals pneumokokken, Legionella en Mycobacterium tuberculosis [27](#page=27). * **Infectiepaden:** Infecties ontstaan vaak na groei in de nasofarynx en aspiratie naar de diepe luchtwegen. Sommige pathogenen die de nasofarynx niet kunnen koloniseren, moeten direct diep geraken via aerosol, zoals Mycobacterium tuberculosis en Legionella sp. [27](#page=27). * **Chronische inflammatie (COPD):** Kan leiden tot afwijkingen in de luchtwegen (bronchiëctasieën, metaplasie), waardoor de verdediging vermindert en de diepe luchtwegen permanent gekoloniseerd kunnen raken [28](#page=28). * **Gramnegatieve staven:** Deze koloniseren de normale nasofarynx niet, maar kunnen ziekenhuisgerelateerde pneumonie veroorzaken bij gehospitaliseerde patiënten, chronisch zieken, alcoholici, en personen met slikstoornissen [28](#page=28). **Pathogenese van luchtweginfecties ondanks barrières:** * **Verminderde barrière functie:** Minder goede slijmafvoer, verminderde trilhaarfunctie door koude, pollutie, allergie, of virusinfecties laten kolonisatie en infectie toe [29](#page=29). * **Virussen:** Levende cellen in de luchtwegen komen in contact met grote hoeveelheden lucht en zijn toegankelijk voor virussen met specifieke receptoren, wat leidt tot penetratie en cellyse [29](#page=29). * **Bacteriën:** 'Professionele' invaders zoals Streptococcus pyogenes, pneumokokken en H. influenzae hechten zich aan, vermenigvuldigen zich, veroorzaken inflammatie, vaak geholpen door toxines [29](#page=29). #### 1.3.3 Gastro-intestinaal stelsel #### 1.3.4 Urogenitale slijmvliezen De urinewegen worden beschermd tegen infectie door: 1. **Mechanisch:** Wegspoelen door urinestroom; volledige lediging van de blaas is cruciaal [43](#page=43). 2. **Eigenschappen van urine:** * Urine is een ongunstige groeiomgeving voor bacteriën door hoge osmolariteit en zure pH [43](#page=43). * Inhibitoren van bacteriële adherentie coaten bacteriën en remmen adhesie [43](#page=43). * Lactoferrine bindt ijzer [43](#page=43). 3. **Blaaswand:** Bevat inflammatoire en immunologische cellen en moleculen [43](#page=43). Urineweginfecties ontstaan door: * Een minder goede barrière (vrouwelijke urinewegen) [43](#page=43). * Afvloeistoornissen van urine (onvolledige lediging) door tumoren, stenen, zwangerschap, blaasverlamming of verblijfsonde [43](#page=43). * Uropathogene soorten, met name uropathogene E. coli, die de urinewegen gemakkelijker koloniseren en inflammatie veroorzaken [43](#page=43). ### 1.4 Abnormale flora en dysbacteriose #### 1.4.1 Abnormale flora (kolonisatie) Onder abnormale flora (kolonisatie) verstaan we de aanwezigheid van micro-organismen die men normaal niet op die plaats verwacht. Deze kunnen transiënt zijn zonder symptomen te veroorzaken. Bij ecologische veranderingen kunnen deze kiemen persisteren. Een abnormale kolonisatie kan evolueren naar symptomatische aanwezigheid (infectie) [44](#page=44). * **Voorbeelden:** * **Mondholte:** Bacteroides fragilis, 'gram-negatieve staven' (E. coli, Klebsiella, Serratia) komen normaal niet voor, maar wel bij chronische ziekte of na antibiotica [44](#page=44). * **Darm:** Na antibiotica kan Enterobacter sp. of P. aeruginosa dominant worden. Overgroei van Clostridioides difficile kan leiden tot post-antibiotische diarree [44](#page=44). * **Anatomische sites zonder bacteriën:** Deze kunnen gekoloniseerd worden bij veranderde 'klaring', zoals neusbijholten bij chronische afwijkingen, bronchiën met bronchiëctasieën, of de blaas bij een verblijfsonde [44](#page=44). * **Implicaties:** Dysbacteriose is op zichzelf geen infectie, maar kan evolueren naar een opportunistische infectie die moeilijker te behandelen is [44](#page=44). #### 1.4.2 Dysbacteriose Dysbacteriose is een veranderde flora die leidt tot symptomen of gezondheidsproblemen op lange termijn [45](#page=45). * **Voorbeelden van dysbacteriosen:** * Bacteriële vaginose [45](#page=45). * Candida van huid en slijmvliezen (bv. vaginitis) [45](#page=45). * Caries en parodontitis [45](#page=45). * Clostridioides difficile diarree [45](#page=45). * Ziekte van Crohn [45](#page=45). ##### 1.4.2.1 Bacteriële vaginose ##### 1.4.2.2 Candida van huid en slijmvliezen (bv. vaginitis) ##### 1.4.2.3 Caries en parodontitis ##### 1.4.2.4 Clostridioides difficile diarree * **Oorzaak:** Ontstaat door verstoring van de normale flora na antibioticagebruik, wat leidt tot toename van C. difficile, die toxines produceert [50](#page=50). * **Symptomen:** Variërend van banaal tot ernstig (ulcera en perforatie) [50](#page=50). * **Aanwezigheid:** Kleine hoeveelheden van de bacterie en sporen zijn normaal aanwezig in de darm [50](#page=50). * **Behandeling:** Na genezing neemt de normale flora de controle weer over. Bij recidiverende gevallen kunnen orale metronidazol of vancomycine worden voorgeschreven. Fecestransplantatie, om de flora te herstellen, is een succesvolle behandeling gebleken [50](#page=50). * **Omgevingsresistentie:** De bacterie overleeft in de omgeving als sporen, wat het risico in ziekenhuizen verhoogt [50](#page=50). ##### 1.4.2.5 Ziekte van Crohn * **Aard:** Een chronische, moeilijk te behandelen darmaandoening [50](#page=50). * **Verband met dysbacteriose:** Er is groeiend bewijs dat de ziekte het gevolg is van een intestinale dysbacteriose [50](#page=50). ### 1.5 Positieve beïnvloeding van de microflora Strategieën om dysbacteriose om te keren of te voorkomen zijn gericht op het positief beïnvloeden van de microflora [51](#page=51). * **Interventiestrategieën:** * **Probiotica:** Zoals Saccharomyces sp. (bakkersgist) en lactobacillen, kunnen helpen bij obstipatie, diarree na antibiotica en algemeen welzijn [51](#page=51). * **Prebiotica:** Voedingsbestanddelen die selectief bepaalde bacteriën laten toenemen zonder ze zelf toe te dienen [51](#page=51). * **Controverses en onderzoek:** Veel van deze interventies zijn nog controversieel en moeilijk klinisch te bewijzen, mede omdat ze vaak als voedingssupplementen worden aangeboden [51](#page=51). * **Stoelgangstransplantatie:** Is momenteel de beste behandeling voor recidiverende Clostridioides difficile diarree [51](#page=51). * **Microbiomenonderzoek:** Studies met deep sequencing onderzoeken de commensale flora en de correlatie met chronische darmziekten, zwaarlijvigheid en neurologische aandoeningen. Nieuwe onderzoeken zullen waarschijnlijk leiden tot nieuwe ontdekkingen en behandelingen [51](#page=51). --- # Microflora van specifieke lichaamsoppervlakken De normale microflora van verschillende lichaamsoppervlakken, zoals de huid, luchtwegen, mondholte, maag-darmstelsel en het urogenitale stelsel, speelt een cruciale rol als barrière tegen pathogenen door competitie en productie van remmende metabolieten [13](#page=13). ### 2.1 Huidbarrière De intacte huid vormt een robuuste fysieke en chemische barrière, gekenmerkt door een droog, keratineus oppervlak en een zure pH, wat de groei van veel micro-organismen beperkt. Sebumklieren produceren vetten die de groei van lipofiele gisten, zoals *Malassezia*, ondersteunen, en in de gehoorgang komt cerumen voor. De normale huidflora bestaat voornamelijk uit coagulase-negatieve stafylokokken, *Corynebacterium* spp. en *Cutibacterium* spp.. Transiënte micro-organismen verdwijnen snel, hoewel vochtigere niches meer variatie kunnen vertonen met de aanwezigheid van *S. aureus* en *Acinetobacter*. Het aangeboren immuunsysteem, met receptoren zoals TLR's, en Langerhans-cellen bewaken de huidbarrière [13](#page=13). #### 2.1.1 Stafylokokken * **Coagulase-negatieve stafylokokken** (meestal *S. epidermidis*) zijn goed aangepast aan de droge huid en aanwezig in grote aantallen, zonder infecties te veroorzaken, zelfs bij huidletsels. Op vreemde lichamen (protheses) kunnen ze echter biofilms vormen en moeilijk te elimineren zijn [15](#page=15). * *S. lugdunensis* is een coagulase-negatieve stafylokok met een vergelijkbare virulentie als *S. aureus* [15](#page=15). * **S. aureus** is een menselijke bacterie die zich het liefst vestigt in vochtige huidplooien zoals de neusgang en het perineum, en de keel. Ongeveer 30% van de gezonde mensen draagt *S. aureus* in de neus, wat dynamisch kan veranderen. Overdracht vindt plaats via droplets en contact. *S. aureus* produceert toxines en enzymen die invasie, afscherming en pyogene infecties mogelijk maken. Het kan overleven in macrofagen en via de bloedbaan metastatische infecties veroorzaken. Enterotoxines veroorzaken voedselintoxicaties, terwijl TSST kan leiden tot toxisch shock syndroom. Het kan ook het stafylokokken 'scalded skin syndroom' veroorzaken, gekenmerkt door huidloslating [16](#page=16). ### 2.2 Mondholte en bovenste luchtwegen De mondholte en neus dienen als filter voor ingeademde lucht via neusschelpen, turbulentie, speeksel en mucus. De speekselstroom helpt bij vertering, buffert zuren en levert beperkte voedingsstoffen. Neusbijholten en het middenoor zijn overwegend bacterievrij. Op tandoppervlakken vormt zich plaque, waarbij bepaalde bacteriën glucose omzetten in zuren die cariës kunnen veroorzaken. Gingivo-creviculaire vloeistof in de sulcus gingivalis bevat eiwitten en immuunglobulines [19](#page=19). De naso- en oropharynx, inclusief de ring van Waldeyer, bevatten lymfoïd weefsel en faciliteren kolonisatie door potentieel pathogene micro-organismen zoals meningokokken, *H. influenzae*, pneumokokken en *S. pyogenes*. Direct contact met het immuunsysteem voorkomt meestal infecties. De mondholte telt grote aantallen bacteriën (tot 10^9 per mg tandplaque), waaronder orale streptokokken. Lagere luchtwegen en het darmkanaal worden beschermd door anatomische structuren (glottis), slijm, cilia, hoesten, niezen en slikken, en een maagzuurbarrière [20](#page=20). #### 2.2.1 Streptokokken Streptokokken worden medisch ingedeeld in pyogene groepen, *S. pneumoniae* en de S. viridans-groep. De classificatie kan ook gebaseerd zijn op Lancefield-antigenen (celwand-antigenen) of hemolyse op bloedagar. Bèta-hemolytische streptokokken lyseren rode bloedcellen volledig, terwijl alfa-hemolyse een vergroening veroorzaakt (bv. pneumokokken, sommige orale streptokokken). Gamma-hemolyse duidt op niet-hemolytische streptokokken [21](#page=21) [22](#page=22). * **S. pyogenes** (*Streptococcus pyogenes*, Groep A Lancefield streptokok) bevindt zich in de nasopharynx en wordt overgedragen via droplets. Het is een tijdelijke bewoner die ziekte of dragerschap kan veroorzaken. *S. pyogenes* heeft vele virulentiefactoren, waaronder adhesines, toxines en weefseldestructieve enzymen. Infecties omvatten keelontsteking, huid- en weke deleninfecties (impetigo, cellulitis, necrotiserende fasciitis), scarlatina en andere infecties. Niet-pyogene complicaties zoals glomerulonefritis en acuut reuma ontstaan door immuuncomplexen of kruisreactiviteit van antilichamen. *S. dysgalactiae* (Groep C en/of G) is biologisch vergelijkbaar maar minder frequent en ernstig [23](#page=23). * **Orale streptokokken** (ook wel S. viridans of vergroenende streptokokken genoemd) zijn een grote groep die voornamelijk in de mondholte voorkomt. Ze zijn minder pathogeen, maar kunnen bijdragen aan gemengde abcessen en subacute endocarditis na bacteriëmie, vooral bij beschadigde hartkleppen. *S. mutans* speelt een belangrijke rol bij cariës door lactaatproductie, wat leidt tot glazuuroplossing. Glucanen, externe polysacchariden geproduceerd door deze bacteriën, helpen bij de hechting aan tandoppervlakken en hartkleppen [25](#page=25). * **De meningokok of *Neisseria meningitidis*** bevindt zich in de nasopharynx en wordt overgedragen via droplets. De meeste overdrachten leiden tot tijdelijke kolonisatie zonder ziekte; het is asymptomatisch dragerschap. Virulentiefactoren helpen bij hechting, ontwijking van inflammatie en immuniteit. Het kapsel is een belangrijke virulentiefactor (serotypes A, B, C). Endotoxine (LPS) veroorzaakt een krachtige inflammatoire reactie. Meningokokken veroorzaken geen keelontsteking, hoewel de keel de poort van binnenkomst is [26](#page=26). #### 2.2.2 Diepe luchtwegen De diepe luchtwegen zijn over het algemeen steriel door beschermende mechanismen zoals de glottisfunctie, opvang van deeltjes in bronchiën en bronchioli, ciliair epitheel, mucus, hoesten, niezen en slikken. Alveolaire macrofagen vormen de eerste verdedigingslinie tegen diep doordringende bacteriën. Infecties van de diepe luchtwegen ontstaan vaak na kolonisatie van de nasopharynx en micro-aspiratie, of direct door aerosolen (*Mycobacterium tuberculosis*, *Legionella* sp.). Roken, virusinfecties en mucoviscidose verminderen de barrièrefunctie en verhogen het risico op infectie [27](#page=27). * **Streptococcus pneumoniae of pneumokok** is taxonomisch verwant aan orale streptokokken, maar is door de verwerving van pathogenicity-islands zeer pathogeen geworden. Het reservoir is de nasopharynx, en overdracht geschiedt via droplets of slijmvliescontact. Infecties kunnen invasief zijn (pneumonie, meningitis) of respiratoir (bronchitis, otitis, conjunctivitis). Het kapsel is essentieel voor het ontwijken van fagocyten. Er zijn meer dan 70 kapseltypes, wat stam-specifieke immuniteit vereist. Preventie omvat het voorkomen van risicofactoren en vaccinatie [30](#page=30) [31](#page=31). > **Tip:** De "Infernal trio" verwijst naar de drie bacteriën die het meest frequent bacteriële luchtweginfecties veroorzaken: *Pneumokok*, *Haemophilus influenzae*, en *Moraxella catarrhalis*. Deze komen alleen bij mensen voor en koloniseren de nasopharynx [33](#page=33). * Professionele pathogenen kunnen gezonde individuen ziek maken, terwijl conditionele pathogenen een aanleiding (bv. virale infectie) nodig hebben. *S. pneumoniae*, *N. meningitidis*, *S. pyogenes* en *S. aureus* worden beschouwd als virulente stammen. De interactie tussen kiem- en gastheer-eigenschappen bepaalt de uitkomst van deze evenwichten [34](#page=34). ### 2.3 Gastro-intestinaal stelsel De maag vormt een belangrijke barrière vanwege de hoge zuurgraad, waarbij *Helicobacter pylori* een uitzondering is en zich aanpast door ureum om te zetten naar ammoniak om het zuur te neutraliseren. Andere spijsverteringssappen zoals gal kunnen ook remmend werken. Factoren die bacteriële groei in de darm tegengaan zijn slijm, kneden en darmbewegingen, terwijl voedsel, dode darmcellen en metabolieten de groei bevorderen. Er is een grote diversiteit aan bacteriën in de feces, met meer dan 500 verschillende soorten, maar met een andere samenstelling dan in de rest van het spijsverteringskanaal [35](#page=35). #### 2.3.1 Enterokokken Enterokokken (*Enterococcus* spp.) zijn verwant aan streptokokken en komen normaal gesproken alleen in de darm voor. Ze zijn resistent tegen veel antibiotica. Pathogene infecties omvatten abcessen, urineweginfecties en endocarditis [38](#page=38). #### 2.3.2 Anaeroben De *Bacteroides fragilis* groep is een belangrijke groep anaeroben die voornamelijk in de darm voorkomt en resistenter is aan antibiotica dan andere anaeroben. *B. fragilis* speelt een rol bij gemengde abcessen en postoperatieve wondinfecties [38](#page=38). #### 2.3.3 Escherichia coli *E. coli* is in grote aantallen aanwezig in de darm van mensen en warmbloedige dieren en wordt bij nagenoeg alle individuen aangetroffen. Het is een indicator van fecale contaminatie. Een deel van het *E. coli* genoom is variabel, waardoor sommige stammen pathogeen zijn en urineweginfecties en gastro-intestinale infecties veroorzaken. Commensale stammen kunnen ook infecties veroorzaken bij defecten in barrières of het immuunsysteem. Er is sprake van toenemende antibioticaresistentie [38](#page=38) [39](#page=39). #### 2.3.4 E. coli, Enterobacterales, gramnegatieve staven Gramnegatieve staven, waaronder *E. coli*, *Shigella*, *Salmonella*, en *Pseudomonas aeruginosa*, delen biologische eigenschappen en zijn belangrijk in de infectieziekten. Veel van deze bacteriën, zoals *Klebsiella*, *Proteus*, *Enterobacter*, *Serratia*, en *Pseudomonas aeruginosa*, overleven in de omgeving en kunnen nosocomiale infecties veroorzaken door hun resistentie aan antibiotica en overlevingsvermogen in vochtige omgevingen [40](#page=40) [41](#page=41). > **Voorbeeld:** *Pseudomonas aeruginosa* is een gramnegatieve staaf die frequent in de omgeving voorkomt en multi-resistent is, waardoor het een gevaar vormt in de zorgsector [41](#page=41). ### 2.4 Urogenitale slijmvliezen #### 2.4.1 Vagina (en urethra bij vrouw) De vaginale flora wordt sterk beïnvloed door fysiologische veranderingen zoals de menstruatiecyclus. Tijdens de geslachtsrijpe periode zorgen oestrogenen voor een dikker epitheel en glycogeenopslag. Glycogeen is een voedingsbron voor lactobacillen, die een zure pH handhaven door melkzuurproductie, wat kolonisatieresistentie biedt. Na de menopauze en vóór de menarche is de lactobacillenflora minder aanwezig en is er een meer gemengde flora. Darmsoorten en *Candida* spp. kunnen tijdelijk aanwezig zijn [42](#page=42). #### 2.4.2 Mannelijke genitaliën De mannelijke genitaliën hebben een relatief grotere afstand van de urethra tot de anus en het perineum, fysiologisch stabielere omstandigheden en prostaatsecreties met antibacteriële substanties. De flora is beperkt en gemengd aeroob-anaeroob. Een bedreiging is contact met de mucosa van een seksuele partner [42](#page=42). ### 2.5 Abnormale flora en dysbacteriose #### 2.5.1 Bacteriële vaginose (BV) Bacteriële vaginose wordt gekenmerkt door een verandering van de lactobacillen-dominante flora naar een flora met voornamelijk *G. vaginalis*, anaeroben, streptokokken en mycoplasmata. Symptomen zijn een vuilgrijze afscheiding, hoge pH en onaangename geur. De oorzaak is onbekend en probiotische behandelingen met lactobacillen zijn niet erg succesvol [46](#page=46). #### 2.5.2 Candida vaginitis Gistcellen, zoals *Candida* spp., zijn normaal in kleine aantallen aanwezig, maar kunnen toenemen en vaginitis veroorzaken. Klinische tekenen omvatten een rode vagina met wit beslag en symptomen als jeuk en branderigheid. Dit kan door antibiotica worden uitgelokt, maar ook spontaan ontstaan. *Candida* kan pseudo-mycelia vormen [47](#page=47). #### 2.5.3 Ziekten door tandplaque Plaque, een dikke laag bacteriën op het tandoppervlak, kan leiden tot cariës en parodontitis. Supragingivale plaque met zuurminnende bacteriën zoals *Streptococcus mutans* zet voedingssuikers om in melkzuur, wat glazuuroplossing en tandbederf veroorzaakt. Subgingivale plaque kan leiden tot gingivitis en parodontitis (verlies van steunweefsel en bot). Cariës en parodontitis vormen ook een risico voor bacteriëmie en endocarditis [48](#page=48). --- # Abnormale flora en dysbacteriose Dit onderdeel beschrijft de afwezigheid van verwachte micro-organismen of de aanwezigheid van onverwachte soorten, wat kan leiden tot dysbacteriose. ### 3.1 Abnormale flora (kolonisatie) Onder abnormale flora verstaan we de aanwezigheid van micro-organismen die men doorgaans niet op een specifieke plaats verwacht. Deze aanwezigheid kan transiënt zijn en hoeft niet direct symptomen of ziekte te veroorzaken. Echter, bij ecologische veranderingen kunnen deze micro-organismen de kans krijgen om te persisteren. Deze abnormale kolonisatie kan, net zoals de normale flora, evolueren naar een symptomatische aanwezigheid, wat resulteert in een infectie. Een voorbeeld hiervan is de kolonisatie van de urethra bij patiënten in het ziekenhuis met *Pseudomonas sp.*, die effectief een urineweginfectie kunnen veroorzaken [44](#page=44). #### 3.1.1 Voorbeelden van abnormale kolonisatie * **Mondholte:** *Bacteroides fragilis* en 'gram-negatieve staven' zoals *E. coli*, *Klebsiella*, en *Serratia* komen normaal niet voor in de mondflora, maar kunnen wel aanwezig zijn bij chronische ziekte, na meerdere antibioticabehandelingen, of bij een veranderde 'klaring' [44](#page=44). * **Darm:** Hoewel *E. coli* de belangrijkste aerobe gramnegatieve staaf van de normale darmflora is, kunnen na antibioticagebruik andere species dominant worden, zoals *Enterobacter sp.* of *P. aeruginosa*. Een typisch voorbeeld, met name na langdurig breedspectrum antibioticagebruik (zoals amoxicilline-clavulaanzuur), is de overgroei van *Clostridioides difficile*, wat leidt tot post-antibiotische diarree [44](#page=44). Anatomische locaties die normaal gesproken geen bacteriën bevatten, kunnen gekoloniseerd worden bij een veranderde 'klaring'. Dit geldt bijvoorbeeld voor neusbijholtes bij chronische afwijkingen, bronchiën bij bronchiëctasieën, en de blaas bij de aanwezigheid van een verblijfskatheter [44](#page=44). > **Tip:** Dysbacteriose is op zich geen infectie, maar kan wel evolueren naar een 'opportunistische' infectie. Opportunistische infecties die hierdoor ontstaan, zijn vaak moeilijker te behandelen omdat de veroorzakende micro-organismen resistenter kunnen zijn tegen de initieel gebruikte antibiotica [44](#page=44). ### 3.2 Dysbacteriose Dysbacteriose wordt gedefinieerd als een veranderde flora die aanleiding geeft tot symptomen of op langere termijn gevolgen heeft voor de gezondheid. Het betreft de aanwezigheid van micro-organismen, waaronder bacteriën en schimmels, die men doorgaans niet op die specifieke plaats verwacht en die minder aangepast zijn aan de lokale ecologie [44](#page=44) [45](#page=45). #### 3.2.1 Voorbeelden van dysbacteriose De volgende aandoeningen worden beschouwd als uitingen van dysbacteriose: * Bacteriële vaginose [45](#page=45). * *Candida* van huid en slijmvliezen (bijvoorbeeld vaginitis) [45](#page=45). * Caries en parodontitis [45](#page=45). * *Clostridioides difficile* diarree [45](#page=45). * Ziekte van Crohn [45](#page=45). ##### 3.2.1.1 Bacteriële vaginose (BV) Bij bacteriële vaginose verandert de normale vaginale flora, die voornamelijk uit *Lactobacillus* bestaat, naar een flora met een overwicht aan *Gardnerella vaginalis*, anaëroben, *Streptococcen* en *Mycoplasmata*. Klinische kenmerken zijn onder andere een vuilgrijze afscheiding, een verhoogde pH en stinkende metabolieten (amines). Patiënten ervaren vaak een stinkende geur en meer afscheiding. De aandoening komt frequent voor en kan bij sommigen hardnekkig recidiveren, ondanks adequate antibiotische behandeling. De precieze oorzaak van deze dysbacteriose is onbekend. Pogingen om bacteriële vaginose te behandelen met probiotica (lokale toepassing van lactobacillen) zijn over het algemeen niet erg succesvol [46](#page=46). ##### 3.2.1.2 *Candida* vaginitis Gistcellen, zoals *Candida*, zijn normaal gesproken in zeer kleine aantallen aanwezig in de vagina en kunnen bij dysbacteriose in aantal toenemen. Klinische tekenen van *Candida* vaginitis zijn een rode vagina met wit beslag, en symptomen zoals (witte) fluor en een branderig gevoel. Vaginitis door *Candida* kan worden uitgelokt door antibiotica, maar kan ook spontaan ontstaan. Bij sommige personen treden frequente of hardnekkige recidieven op waarvoor geen onderliggende oorzaak aanwijsbaar is. Bacteriële vaginose en vaginale candidiasis zijn de meest voorkomende microbiële oorzaken van vaginitis. Een derde, minder frequente oorzaak is een infectie met het protozoön *Trichomonas vaginalis* [47](#page=47). > **Voorbeeld:** Een vaginaal uitstrijkje kan, naast lactobacillen, ook gistcellen tonen met knopvorming. In gevallen van *Candida* vaginitis kunnen de gistcellen ook voorkomen als lange hyphen, ook wel pseudomycelia genoemd [47](#page=47). ##### 3.2.1.3 Ziekten door tandplaque Zonder mondhygiëne, zoals poetsen, kan zich een dikke laag bacteriën vormen, genaamd plaque. Als plaque langdurig aanwezig blijft, kunnen via twee mechanismen symptomen en letsels ontstaan, zowel gegeneraliseerd in de mondholte als op specifieke moeilijk bereikbare plaatsen [48](#page=48). * **Supragingivale plaque:** In deze plaque woekeren zuurminnende bacteriën zoals *Streptococcus mutans* en andere, die voedingssuikers omzetten in melkzuur. Dit leidt tot de oplossing van glazuur en vervolgens tot invasie van bacteriën, wat resulteert in tandbederf of cariës [48](#page=48). * **Subgingivale plaque:** Deze plaque bevindt zich aan de rand van de sulcus gingivalis en wordt gekenmerkt door de woekering van anaërobe gramnegatieve staven. Dit veroorzaakt inflammatie (gingivitis) en kan later leiden tot verlies van steunweefsel en bot, wat bekend staat als parodontitis of parodontale afbraak, met als gevolg loskomen van tanden [48](#page=48). Caries en parodontitis zijn belangrijke oorzaken van tandabcessen en vormen een risico voor bacteriëmie en endocarditis, evenals andere metastatische infecties [48](#page=48). ##### 3.2.1.4 *Clostridioides difficile* diarree *C. difficile* is een verwekker van diarree die optreedt bij of na antibioticagebruik. Het spectrum van de ziekte kan variëren van 'banaal' tot zeer ernstig, met ulcera en perforatie. Kleine hoeveelheden van de bacterie, inclusief de sporen, zijn normaal aanwezig in de darm. De ziekte ontstaat door verstoring van de normale darmflora, waardoor *C. difficile* kan toenemen en toxines gaat produceren. Na genezing keren de aantallen *C. difficile* weer terug naar normale niveaus, onder invloed van de normale flora. Sommige patiënten blijven echter recidiveren ondanks 'gepaste' antibiotica, zoals orale metronidazol of vancomycine. De bacterie overleeft in de omgeving van de patiënt als sporen, wat een verhoogd risico op infectie in ziekenhuizen met zich meebrengt [50](#page=50). > **Voorbeeld:** Een succesvolle behandeling van *C. difficile* diarree door middel van fecestransplantatie (van een gezonde donor) illustreert dat de infectie een uiting is van dysbacteriose, omdat de behandeling gericht is op het herstellen van de normale flora [50](#page=50). > **Casus:** Een 66-jarige man wordt opgenomen voor een chirurgische ingreep voor coloncarcinoom. Profylactisch wordt cefazoline toegediend en een blaassonde geplaatst die vier dagen later wordt verwijderd. Vier dagen na de ingreep ontwikkelt de patiënt koorts, hevige diarree en voelt zich ziek. Laboratoriumonderzoek van de feces toont een positieve test voor *Clostridioides difficile* antigen, en coloscopie toont grote membranen. Behandeling met vancomycine per os start, maar de patiënt reageert niet en wordt overgeplaatst naar intensieve zorgen. Daar wordt vancomycine gestopt en vervangen door intraveneus metronidazol, waarna de patiënt snel herstelt en binnen twee weken het ziekenhuis kan verlaten [49](#page=49). ##### 3.2.1.5 Ziekte van Crohn De ziekte van Crohn is een chronische, vaak moeilijk te behandelen darmziekte. Er is toenemend bewijs dat deze ziekte ook het gevolg kan zijn van een intestinale dysbacteriose [50](#page=50). --- ## 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 | |------|------------| | Barrières | Fysische, chemische, microbiële en immunologische mechanismen die bedoeld zijn om vreemde organismen te verhinderen het lichaam binnen te dringen. | | Normale flora | Een gemeenschap van micro-organismen die van nature aanwezig is op en in het lichaam, aangepast aan specifieke econiches en met een belangrijke barrièrefunctie. | | Dysbiose | Een verstoring van de balans van de normale microflora, gekenmerkt door de aanwezigheid van micro-organismen die men doorgaans niet op die plaats verwacht, wat kan leiden tot symptomen of ziekte. | | Kolonisatie | De aanwezigheid van micro-organismen op of in het lichaam zonder dat dit per se leidt tot ziekte of symptomen. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat in staat is ziekte te veroorzaken bij een gastheer. | | Commensaal | Een micro-organisme dat samenleeft met een gastheer zonder deze te schaden, en soms zelfs voordelen biedt. | | Econiche | De specifieke omgeving of habitat waarin een micro-organisme leeft, inclusief alle biologische en abiotische factoren. | | Virulentie | De mate waarin een micro-organisme in staat is ziekte te veroorzaken, gemeten aan de hand van specifieke factoren die het organisme helpen te overleven en schade aan te richten. | | Sideroforen | Moleculen die bacteriën produceren om ijzer uit de omgeving te binden en op te nemen, wat essentieel is voor hun groei. | | Defensines | Korte, kationische antimicrobiële peptiden die een rol spelen in het aangeboren immuunsysteem door bacteriële, virale of schimmelmembranen te beschadigen. | | Gramkleuring | Een biochemische kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de structuur van hun celwand, resulterend in de indeling in grampositieve en gramnegatieve bacteriën. | | Epitheel | Een type weefsel dat de oppervlakken van het lichaam bedekt, zoals de huid en de bekleding van organen en lichaamsholtes, en dat een belangrijke rol speelt als barrière. | | Mucus | Een visceus, slijmerig afscheidingsproduct dat het lichaam beschermt door oppervlakken te bevochtigen, te smeren en micro-organismen te vangen. | | Aerobe bacteriën | Bacteriën die zuurstof nodig hebben om te groeien en te overleven. | | Anaerobe bacteriën | Bacteriën die niet afhankelijk zijn van zuurstof voor hun groei en soms zelfs worden gedood door de aanwezigheid ervan. | | Grampositieve bacteriën | Bacteriën die bij Gramkleuring paars kleuren, wat duidt op een dikke peptidoglycaanlaag in hun celwand. | | Gramnegatieve bacteriën | Bacteriën die bij Gramkleuring roze kleuren, wat duidt op een dunnere peptidoglycaanlaag en een buitenmembraan in hun celwand. | | Lipopolysaccharide (LPS) | Een belangrijk bestanddeel van de buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën, dat een krachtige ontstekingsreactie kan veroorzaken bij infectie. | | Lactoferrine | Een eiwit dat van nature voorkomt in lichaamsvloeistoffen en dat de groei van bacteriën remt door ijzer te binden, een essentieel element voor bacteriegroei. | | Probiotica | Levende micro-organismen die, wanneer ze in adequate hoeveelheden worden toegediend, een gunstig effect hebben op de gezondheid van de gastheer, met name op de darmflora. | | Prebiotica | Niet-verteerbare voedingsbestanddelen die selectief de groei of activiteit van bepaalde nuttige bacteriën in de darm stimuleren. |

# Bacteriële structuur en eigenschappen Hier is een uitgebreide samenvatting van "Bacteriële structuur en eigenschappen", klaar voor je studie: ## 1. Bacteriële structuur en eigenschappen Dit onderwerp beschrijft de fundamentele anatomie, celstructuur, het genoom, extra structuren en de celwand van bacteriën, inclusief hun indeling en kenmerken zoals gramkleuring en vormen. ### 1.1 Bacteriële anatomie en celstructuur Bacteriën zijn eencellige organismen die zich onderscheiden van Eukarya en Archaea. Ze missen een echte celkern, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum, maar bezitten een circulair genoom, een celmembraan, een celwand en ribosomen. Hun DNA is vrij in het cytoplasma aanwezig, wat snelle replicatie mogelijk maakt. Bacteriën kunnen zowel extracellulair als intracellulair groeien. #### 1.1.1 Lipopolysacchariden (LPS) LPS is een belangrijk onderdeel van de celwand van gramnegatieve bacteriën en bestaat uit drie delen: * **Lipid A:** De binnenste component. * **'Core' polysacchariden:** De centrale structuren. * **O-antigen:** De buitenste, variabele polysaccharidenketens die soort-specifiek zijn en gebruikt worden voor karakterisering. LPS heeft een inflammatoire werking en wordt beschouwd als een **endotoxine**, wat koorts, activatie van stolling en inflammatie kan veroorzaken. #### 1.1.2 Gramkleuring De gramkleuring is een methode om bacteriën te onderscheiden op basis van de samenstelling van hun celwand, met name het peptidoglycaan. * **Grampositieve bacteriën** kleuren blauw. * **Gramnegatieve bacteriën** kleuren rood. #### 1.1.3 Bacteriële vormen De celwand van bacteriën is bepalend voor hun vorm: * **Kokken:** Bolvormig (bijvoorbeeld *Streptokokken* in kettingen of *Stafylokokken* in trossen). * **Bacillen:** Staafvormig. * **Andere vormen:** Fusiform, kommavorm, spirocheet (kurkentrekker). Mycobacteriën hebben een specifieke celwand met een dichte laag mycolzuren, wat hen zuurvast maakt en leidt tot een langere overleving in de natuur en resistentie tegen veel antibiotica. #### 1.1.4 Bacteriën zonder celwand Sommige bacteriën, zoals *Mycoplasma* en *Chlamydia*, missen een celwand. Deze zijn fragieler en kunnen zelden vrij rondzwerven. ### 1.2 Bacterieel genoom Het bacteriële genoom bestaat meestal uit: * **Eén circulair, dubbelstrengs DNA-chromosoom:** Dit DNA is supercoiled en wordt ontward door enzymen zoals gyrasen en topoisomerasen. Deze enzymen zijn een doelwit voor bepaalde antibiotica (bv. chinolonen). * **Plasmiden:** Extra genetisch materiaal buiten het chromosoom. Plasmiden kunnen worden doorgegeven tussen bacteriën en bevatten genen die coderen voor resistentie tegen antibiotica, overleving onder stressvolle omstandigheden, virulentiefactoren (zoals adhesines, kapsels, toxines), en sporenvorming. Het bacteriële genoom bevat minder genen dan het menselijke genoom, maar meer dan een virus, omdat bacteriën levende cellen zijn die niet volledig afhankelijk zijn van de gastheercel voor hun machinerie. ### 1.3 Extra structuren Bacteriën kunnen verschillende extra structuren hebben die hun overleving en virulentie bevorderen: * **Kapsel:** Een polysaccharidenlaag rond de celwand die beschermt tegen fagocytose. Het O-antigen van LPS kan ook als een soort kapsel fungeren. * **Flagel:** Een zweepdraadachtig aanhangsel dat zorgt voor beweeglijkheid. * **Fimbriae (of pili):** Korte, stekelachtige uitsteeksels die dienen als adhesiemoleculen om te binden aan specifieke receptoren op gastheercellen, wat belangrijk is voor kolonisatie. * **Pilus:** Wordt gebruikt voor conjugatie, een proces waarbij een bacterie een kopie van zijn plasmide doorgeeft aan een andere bacterie. * **Sporen:** Een metabolisch inactieve, zeer resistente vorm die bacteriën kunnen vormen om te overleven in ongunstige omstandigheden (hitte, uitdroging, straling). Bij gunstige omstandigheden ontkiemt de spoor weer tot een actieve bacterie. *Clostridium tetani* (klem) is hier een voorbeeld van. ### 1.4 Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie * **Metabolisme:** Bacteriën zetten organische moleculen om voor energieproductie. Ze beïnvloeden hun omgeving via metabolieten. Bekende voorbeelden zijn lactobacillen die glycogeen omzetten in melkzuur, wat de pH in de vagina verlaagt, en *Helicobacter pylori* dat ammoniak produceert om maagzuur te neutraliseren. * **Celdeling:** Bacteriën groeien logaritmisch, wat leidt tot grote aantallen in korte tijd. De groeicurve kent verschillende fasen: lagfase (adaptatie), logaritmische fase (snelle groei), stationaire fase (uitputting van voedingsstoffen) en afsterffase. * **Invloed van omgevingsfactoren:** Temperatuur, zuurgraad, zuurstof (O2) en kooldioxide (CO2) beïnvloeden de groei van bacteriën. Dit is cruciaal voor kweekomstandigheden in laboratoria en overleving van monsters. * **Planktonische vs. Sessiele bacteriën:** * **Planktonisch:** Vrij zwevende bacteriën, bestudeerd in reincultuur onder ideale omstandigheden. * **Sessiel:** Bacteriën die vastgehecht zijn aan een oppervlak, vaak in biofilms. Ze leven in suboptimale omstandigheden en vertonen ander gedrag (bv. verhoogde virulentie, resistentie tegen antibiotica) dan planktonische cellen. * **Persisters:** Bacteriën die tijdelijk metabolisch inactief zijn en daardoor ongevoelig voor antibiotica. Ze kunnen ontsnappen aan antibiotica die actieve delende cellen doden en worden later weer actief. Dit verschilt van resistentie-mutanten door een definitieve genetische verandering. * **Quorum sensing:** Een communicatiesysteem tussen bacteriën dat, bij een hoge celdichtheid, leidt tot het aan- of uitschakelen van genen die metabolisme, celdeling, toxine- en slijmproductie reguleren. * **Biofilm:** Een 3D-structuur van bacteriële populaties ingebed in een slijmlaag, ontstaan door quorum sensing. Biofilms zijn moeilijk te verwijderen en spelen een rol bij chronische infecties, vooral rond lichaamsvreemde voorwerpen. De genexpressie in biofilms verschilt van planktonische cellen, wat kan leiden tot verhoogde virulentie en resistentie tegen antibiotica. ### 1.5 Genotypische variatie en typering Genetische variatie bij bacteriën ontstaat door mutaties en genetische uitwisseling (transformatie, transductie, conjugatie). Deze variatie leidt tot fenotypisch verschillende kenmerken, zoals de productie van toxines, aanpassing aan de gastheer en resistentie tegen antibiotica. * **Pathogenicity islands:** Genoomregio's die de stam beter laten overleven, adhereren of toxines produceren. * **Mechanismen van genetische uitwisseling:** * **Transformatie:** Opname van vrij DNA uit de omgeving. * **Transductie:** Overdracht van genen via bacteriofagen (virussen). * **Conjugatie:** Overdracht van genen (vaak plasmiden) via directe cel-cel contact, vaak met behulp van transposons. * **Typering:** * **Serotypering:** Gebaseerd op specifieke antilichamen tegen oppervlaktemoleculen (antigenen) om bacteriële types te onderscheiden (bv. verschillende kapseltypes bij *meningokokken*). * **Genotypering (moleculaire fingerprinting):** Gebruikt technieken zoals next-generation sequencing om genetische verschillen te analyseren. ### 1.6 Naamgeving en taxonomie De taxonomie van bacteriën is gebaseerd op genetische kenmerken, waarbij het 16S rRNA-gen een belangrijke leidraad is vanwege de evolutionaire stabiliteit van bepaalde regio's. ### 1.7 Gramkleuring en celwand samenstelling | Eigenschap | Grampositief | Gramnegatief | | :-------------- | :----------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | Celwand | Peptidoglycaan DIK | Peptidoglycaan DUN, met 2e lipidenmembraan (LPS) | | Gramkleuring | Blauw | Rood | | Celmembraan | Normaal fosfolipiden bilayer | Normaal fosfolipiden bilayer | | Extra | Macromoleculen voor contact/uitwisseling | Macromoleculen, glycoproteïnen | > **Tip:** De celwand is essentieel voor de vorm en overleving van de bacterie. Verschillen in celwandsamenstelling (met name peptidoglycaan en het 2e membraan bij gramnegatieven) verklaren de resultaten van de gramkleuring en verschillen in antibioticaresistentie. > **Voorbeeld:** De aanwezigheid van LPS in de celwand van gramnegatieve bacteriën verklaart waarom ze, bij infectie, het immuunsysteem heftig kunnen activeren met koorts en inflammatie als gevolg. Fosfomycine is een uitzondering en werkt tegen zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën doordat het de peptidoglycaansynthese op een andere manier beïnvloedt. --- # Bacterieel metabolisme, groei en fenotypische adaptatie Hier is een gedetailleerde samenvatting over bacterieel metabolisme, groei en fenotypische adaptatie. ## 2 Bacterieel metabolisme, groei en fenotypische adaptatie Bacterieel metabolisme, groei en fenotypische adaptatie beschrijft de essentiële biochemische processen die bacteriën gebruiken om energie te produceren en te groeien, hoe ze zich vermenigvuldigen, en hoe ze hun eigenschappen aanpassen aan veranderende omgevingsomstandigheden. ### 2.1 Metabolisme Metabolisme is de reeks chemische reacties die plaatsvinden in een organisme om het in leven te houden. Bij bacteriën omvat dit de omzetting van organische moleculen voor energieproductie en de synthese van nieuwe celcomponenten. * **Belang in de omgeving:** Bacteriën beïnvloeden hun omgeving via de metabolieten die ze produceren. Dit is cruciaal voor processen buiten het lichaam, zoals fermentatie in de voedselindustrie en compostering. * **Belang in het lichaam:** * Lactobacillen zetten glycogeen in de vagina om in zure componenten, wat zorgt voor een lage pH en bescherming tegen pathogenen. * *Helicobacter pylori* produceert ammoniak om het maagzuur te neutraliseren, waardoor het in de maag kan overleven. * Bacteriën produceren enzymen en toxines die andere bacteriën of gastheercellen kunnen aantasten. ### 2.2 Celgroei en deling Bacteriële groei vindt plaats via binaire celdeling, wat leidt tot een logaritmische toename van het aantal bacteriën. Dit snelle vermenigvuldigen is essentieel voor bacteriën om infecties te veroorzaken. * **Fases van groei:** 1. **Lag-fase:** De adaptieve fase waarin bacteriën hun genexpressie aanpassen aan de nieuwe omgeving. 2. **Logaritmische (exponentiële) fase:** De periode van snelle groei en deling. 3. **Stationaire fase:** De groei vertraagt door uitputting van voedingsbronnen of ophoping van toxische metabolieten. 4. **Afsterf-fase:** Het aantal bacteriën neemt af doordat er meer cellen afsterven dan dat er nieuwe bijkomen. ### 2.3 Invloed van omgevingsfactoren op groei Verschillende omgevingsfactoren beïnvloeden de groeisnelheid en het overleven van bacteriën. * **Temperatuur:** * Bacteriën hebben een optimale temperatuur voor groei, evenals minimum- en maximumgrenzen. * Humane pathogenen groeien optimaal rond de lichaamstemperatuur van ongeveer 36,5°C. Koorts kan de groeisnelheid van deze bacteriën beïnvloeden. * **Zuurstof en CO2:** * **Obligaat aerobe bacteriën:** Vereisen zuurstof voor groei. * **Facultatief anaërobe bacteriën:** Kunnen groeien met of zonder zuurstof. * **Anaërobe bacteriën:** Zuurstof is toxisch voor hen; ze gedijen in zuurstofvrije omgevingen zoals abcessen of tandplak. * **Capnofiele bacteriën:** Groeien beter in een omgeving met een hogere concentratie CO2, zoals in de maag of vagina. * **Zuurtegraad (pH):** De optimale pH voor bacteriële groei varieert sterk per type bacterie. Sommige gedijen in zure omstandigheden, andere in alkalische. ### 2.4 Fenotypische adaptatie en variatie Bacteriën zijn in staat hun metabolisme en gedrag aan te passen aan veranderende omgevingsomstandigheden. Dit fenotypische variatie stelt hen in staat te overleven en te floreren onder diverse en uitdagende condities. * **Metabolische aanpassing:** Bacteriën kunnen overschakelen op het metabolisme van verschillende substraten wanneer de primaire bron wordt uitgeput. Bijvoorbeeld, de groei kan eerst plaatsvinden op glucose, en na uitputting daarvan, op lactose. Dit leidt vaak tot een knik in de groeicurve omdat de bacterie tijd nodig heeft om nieuwe enzymen te synthetiseren. * **Planktonische versus sessiele bacteriën:** * **Planktonische bacteriën:** Z weven vrij rond in een vloeibare omgeving. Dit is de vorm waarin bacteriën vaak in het laboratorium worden bestudeerd, onder ideale omstandigheden. Kenmerken zoals metabolisme, virulentie en gevoeligheid voor antibiotica worden hierop gebaseerd. * **Sessiele bacteriën:** Leven vastgehecht aan een oppervlak, vaak in de vorm van een biofilm. Dit is de realiteit in de meeste natuurlijke omgevingen, inclusief het menselijk lichaam. Bacteriën in biofilms leven vaak samen met andere bacteriën en bevinden zich in suboptimale of vijandige omstandigheden. Ze vertonen vaak een ander gedrag, zijn metabool minder actief, maar kunnen virulenter of resistenter tegen antibiotica zijn dan hun planktonische tegenhangers. * **Persisters:** Dit zijn bacteriën die een tijdelijk, minder metabool actieve staat aannemen. Ze zijn hierdoor ongevoelig voor antibiotica die gericht zijn op actieve groei en deling. Dit is een mechanisme voor actieve "redding" van de bacterie, waardoor deze kan ontsnappen aan antibiotische behandeling. Na het wegvallen van de antibiotische druk worden deze bacteriën weer metabool actief. * **Sporen:** Dit is een fysiologische fase waarin bacteriën zich kunnen omvormen om extreme omstandigheden te weerstaan (hitte, droogte, straling, chemische stoffen). Sporen zijn metabool inactief en kunnen jarenlang overleven. Bij gunstige omstandigheden ontkiemen ze weer tot actieve, vegetatieve bacteriën. Dit is een vorm van extreme resistentie en overleving. * **Quorum sensing:** Dit is een communicatiesysteem tussen bacteriën. Wanneer de bacteriedichtheid een kritieke concentratie bereikt, accumuleren signaalmoleculen. Dit leidt tot veranderingen in genexpressie, wat resulteert in aanpassingen in metabolisme, celdeling, productie van toxines en slijm. Dit kan de bacterie minder gevoelig maken voor antibiotica en het immuunsysteem. * **Biofilm:** Een sessiele bacteriepopulatie die ontstaat als gevolg van quorum sensing. Bacteriën in een biofilm zijn ingebed in een zelfgeproduceerde slijmlaag en hebben totaal veranderde kenmerken ten opzichte van planktonische cellen. Genexpressie verschilt, en de gevoeligheid voor antibiotica en het immuunsysteem is vaak significant verminderd. Biofilms spelen een cruciale rol bij chronische infecties en infecties rond lichaamsvreemde voorwerpen. ### 2.5 Fenotypische versus genotypische variatie Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen fenotypische variatie (tijdelijke, aanpasbare eigenschappen) en genotypische variatie (permanente genetische veranderingen). Terwijl persisters en sporen een vorm van fenotypische adaptatie zijn, ontstaan genetische resistentie tegen antibiotica door genotypische veranderingen (mutaties of genetische uitwisseling). > **Tip:** De resultaten verkregen uit het bestuderen van planktonische bacteriën in het laboratorium komen niet altijd overeen met het gedrag van bacteriën *in vivo*, met name wanneer deze georganiseerd zijn in biofilms of persisterende vormen vertonen. Houd hier rekening mee bij het interpreteren van experimentele data en het kiezen van behandelstrategieën. --- # Virussen: classificatie, structuur en levenscycli Hieronder volgt een gedetailleerd studieoverzicht over virussen, specifiek gericht op classificatie, structuur en levenscycli, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 3. Virussen: classificatie, structuur en levenscycli Virussen zijn obligaat intracellulaire parasieten die essentieel afhankelijk zijn van gastheercellen voor replicatie, zonder eigen celmetabolisme. ### 3.1 Classificatie van virussen De classificatie van virussen is primair gebaseerd op hun genetisch materiaal, wat het meest interessant is voor studie. #### 3.1.1 Indeling op basis van genoom * **dsDNA:** Dubbelstrengs DNA-virussen. * **ssDNA:** Enkelstrengs DNA-virussen. * **dsRNA:** Dubbelstrengs RNA-virussen. * **ssRNA+:** Enkelstrengs RNA-virussen met positieve polariteit. Het RNA uit het genoom kan direct als mRNA functioneren en leiden tot eiwitexpressie. * **ssRNA-:** Enkelstrengs RNA-virussen met negatieve polariteit. Een complementaire RNA-streng moet eerst worden aangemaakt voordat expressie kan plaatsvinden. * **ssRNA, repliceert met DNA intermediair:** Deze virussen maken een DNA-tussenproduct. * **dsRNA, repliceert met RNA intermediair:** Deze virussen maken een RNA-tussenproduct. **Tip:** Er is een mogelijkheid tot wisseling tussen RNA- en DNA-virussen tijdens hun cyclus, wat de complexiteit van hun replicatie benadrukt. #### 3.1.2 Indeling op basis van membraan (envelop) * **Virussen met een envelop (enveloped viruses):** Deze virussen hebben een buitenste lipide membraan, afgeleid van de gastheercel. Dit membraan bevat virale glycoproteïnen en matrixeiwitten. * **Eigenschappen:** Zeer labiel ten opzichte van de omgeving (temperatuur, zuur, detergentia, uitdroging). Verspreiding vindt voornamelijk plaats via bloed en grote druppels. Ze overleven de passage door het maag-darmkanaal niet. Humorale én cellulaire immuniteit zijn nodig voor bestrijding, omdat ze intracellulair kunnen persisteren. Detergenten kunnen de membranen beschadigen, waardoor ze inactief worden. * **Voorbeeld:** HIV, influenza A virus. * **Naakte virussen (non-enveloped viruses):** Deze virussen bestaan uit een nucleocapside, bestaande uit genetisch materiaal omgeven door een beschermende eiwitlaag (capside). * **Eigenschappen:** Langer infectieus en stabieler ten opzichte van temperatuur, zuur, detergentia en uitdroging. Ze verspreiden zich makkelijk en blijven infectieus na uitdroging, en kunnen de passage door het maag-darmkanaal overleven. Humorale immuniteit kan volstaan voor bestrijding. De geïnfecteerde cel lyseert en sterft, waardoor het virus vrijkomt. Er zijn herkenbare structuren op het oppervlak die de gastheer kan detecteren. * **Voorbeeld:** Bacteriofagen, meeste gastro-intestinale virussen. **Tip:** De aanwezigheid van een envelop heeft significante implicaties voor de overlevingskans van het virus in de omgeving en de benodigde immuunrespons van de gastheer. ### 3.2 Structuur van het virion Een virion is de complete, infectieuze virale deeltje. * **Nucleocapside:** Bestaat uit het genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitlaag, het capside. Het capside bevat nucleïnezuurbindende eiwitten en soms enzymen die nodig zijn voor de replicatie. * **Envelop (bij enveloped viruses):** Een buitenste lipide dubbellaag, afkomstig van de gastheercelmembraan, met ingebedde virale glycoproteïnen. **Tip:** Virussen met een klein genoom (tot circa 600 kb bij RNA-virussen) zijn afhankelijk van de machinerie van de gastheercel voor veel van hun functies. ### 3.3 Levenscycli van virussen De levenscyclus van een virus kan worden opgedeeld in verschillende stappen, die soms simultaan kunnen verlopen. #### 3.3.1 De algemene virale levenscyclus 1. **Adsorptie (binding):** Het virus moet een geschikte doelcel herkennen en eraan binden. Dit gebeurt via een interactie tussen een viraal ligand (meestal een glycoproteïne op het oppervlak van het virion) en een specifieke receptor (vaak een koolhydraat, glycoproteïne of glycolipide) op de gastheercel. * **Toepassing:** De selectiviteit van de receptor bepaalt de infecteerbaarheid van de cel. Vaccins kunnen werken door structuren van het virus af te dekken die normaal op de receptor binden, waardoor neutraliserende antilichamen het virus onschadelijk maken. 2. **Penetratie:** Het virale genoom wordt in de cel gebracht. Dit kan gebeuren door: * Injectie (bijvoorbeeld bij bacteriofagen). * Opname van het hele virion via endocytose. * Fusie van de virale envelop met het gastheercelmembraan. 3. **Uncoating (capsideloos maken):** Het virale genoom wordt vrijgegeven uit het capside (en eventuele envelop) nadat het de juiste cel is binnengedrongen. Dit proces kan al plaatsvinden tijdens penetratie (bij membraanfusie of injectie) of later, vaak geholpen door veranderingen in pH of protease-activiteit binnen de cel. 4. **Expressie en replicatie:** Dit is de fase waarin het virale genetisch materiaal wordt vermenigvuldigd en virale eiwitten worden aangemaakt. De specifieke stappen hangen sterk af van het type genetisch materiaal van het virus: * **DNA-virussen:** Volgen een expressiepatroon dat vergelijkbaar is met dat van het gastheersysteem. dsDNA fungeert als template, terwijl ssDNA eerst wordt omgezet in dsDNA voordat transcriptie plaatsvindt. * **RNA-virussen:** * **ssRNA+:** Kan direct als mRNA dienen en leiden tot eiwitproductie. * **ssRNA-:** Moet eerst worden overgeschreven naar een positief-georiënteerd RNA dat als mRNA kan dienen. Dit vereist een RNA-afhankelijk RNA-polymerase, dat in het virion verpakt moet zijn omdat de menselijke cel dit enzym niet bezit. * **dsRNA:** Moet eerst worden overgeschreven naar mRNA. Ook hier is een RNA-afhankelijk RNA-polymerase nodig. * **Retrovirussen:** Het positief gestrengen RNA wordt niet direct vertaald. Eerst wordt het omgezet in dsDNA met behulp van reverse transcriptase (dat in het virion aanwezig moet zijn). Dit dsDNA integreert vervolgens in het gastheersgenoom als een provirus. Transcriptie van het provirus naar mRNA gebeurt met behulp van de cellulaire polymerase. * **Replicatie van genetisch materiaal:** Meestal vindt dit plaats in de kern van de cel, behalve bij sommige dsDNA-virussen (zoals pokkenvirussen) die in het cytoplasma blijven en hun eigen enzymen moeten meebrengen. **Tip:** De replicatie van RNA-virussen vereist specifieke virale enzymen (zoals RNA-afhankelijke RNA-polymerase en reverse transcriptase) die niet in de gastheercel aanwezig zijn. 5. **Assembly (assemblage):** Het virale genoom wordt verpakt in de nieuw gevormde capsiden om mature virionen te vormen. 6. **Excretie / Release (vrijlating):** De nieuwe virionen worden uit de gastheercel vrijgegeven. Dit kan gebeuren door: * **Budding:** Het virus neemt een deel van het celmembraan mee als envelop en wordt uit de cel afgesnoerd. De gastheercel hoeft hierbij niet direct te sterven. * **Lyse:** De gastheercel barst open, waardoor de virionen vrijkomen. Dit leidt tot de dood van de cel. **Tip:** De vrijlating van virussen kan beperkt worden door cellulaire mechanismen zoals tetherin, dat virale deeltjes vastbindt en zo cel-naar-cel transmissie tegengaat. #### 3.3.2 Specifieke levenscycli * **Influenza A virus:** 1. **Adsorptie:** Hemagglutinine (HA) op het virus bindt aan sialinezuurresiduen op het gastheerceloppervlak. 2. **Intrede:** Via endocytose komt het virus in een endosoom. 3. **Uncoating:** Het M2-ionkanaal in de virale envelop laat protonen binnenstromen, waardoor verzuring optreedt. Dit veroorzaakt een conformatieverandering die fusie van de virale envelop met het endosoommembraan mogelijk maakt. Het capside komt vrij in het cytoplasma. 4. **Replicatie:** Het RNA-genoom wordt gerepliceerd en virale eiwitten worden gesynthetiseerd. 5. **Release:** Nieuwe virionen worden vrijgegeven door budding, waarbij ze het celmembraan gebruiken als envelop. Neuraminidase (NA) op het virale oppervlak knipt sialinezuur los, wat voorkomt dat virussen aan elkaar of aan niet-doelcellen kleven. * **Antivirale middelen:** Neuraminidaseremmers (zoals zanamivir en oseltamivir) blokkeren de NA-activiteit, waardoor de verspreiding van het virus wordt beperkt. M2-kanaalblokkers voorkomen de uncoating. * **Bacteriofaag (lytische cyclus):** 1. **Adsorptie:** De faag bindt aan specifieke receptoren op de bacterie. 2. **Penetratie:** Het virale DNA wordt in de bacterie geïnjecteerd. 3. **Replicatie & Assemblage:** Het faag-DNA repliceert en virale eiwitten worden geproduceerd, waarna nieuwe faagdeeltjes worden geassembleerd. 4. **Lyse:** De bacteriecel barst open (lyseert) en geeft de nieuwe fagen vrij, wat leidt tot de dood van de bacterie. Dit proces kan zeer snel verlopen. * **Toepassing:** Bacteriofagen worden onderzocht als alternatieve therapie (fagen-therapie) voor bacteriële infecties. * **Bacteriofaag (lysogene cyclus):** 1. Na injectie van het faag-DNA in de bacterie, integreert dit DNA in het bacteriële chromosoom (faag wordt een profaag). 2. De bacteriecel deelt zich normaal en geeft de profaag door aan de dochtercellen. 3. Onder invloed van stress (zoals DNA-schade of AB-gebruik) kan de profaag excideren uit het bacteriële genoom en de lytische cyclus starten. Dit proces is belangrijk voor transductie, waarbij bacteriële genen (zoals resistentiegenen) op faagdeeltjes worden overgedragen naar nieuwe bacteriën. * **HIV (humaan immunodeficiëntievirus):** 1. **Adsorptie & Herkenning:** HIV bindt aan CD4-receptoren en co-receptoren op immuuncellen. 2. **Fusie:** De virale envelop fuseert met het celmembraan, waardoor het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt. 3. **Reverse Transcriptie:** Het virale RNA wordt door reverse transcriptase omgezet in dsDNA. Dit proces is foutgevoelig en draagt bij aan de genetische variabiliteit van HIV. 4. **Integratie:** Het dsDNA wordt door integrase in het gastheersgenoom geïntegreerd als een provirus. 5. **Transcriptie & Translatie:** Het provirus wordt getranscribeerd naar mRNA en virale eiwitten worden geproduceerd. 6. **Assemblage & Release:** Nieuwe virionen worden geassembleerd en vrijgegeven via budding. * **Behandeling:** Gecombineerde antiretrovirale therapie (cART), bestaande uit reverse transcriptase- en protease-inhibitoren, is zeer effectief in het onder controle houden van HIV-infecties. #### 3.3.3 Rol van het immuunsysteem Het immuunsysteem, zowel de aangeboren als de adaptieve respons, speelt een cruciale rol bij het bestrijden van virale infecties. * **Aangeboren immuunsysteem:** Herkent virale componenten (PAMPs) via Toll-like receptoren (TLRs) en andere sensoren. Dit leidt tot de productie van interferonen (IFNs) en pro-inflammatoire cytokines, die antivirale effecten induceren en de adaptieve immuunrespons activeren. * **Adaptieve immuunsysteem:** B-cellen produceren antilichamen die virussen neutraliseren of geïnfecteerde cellen markeren voor vernietiging. T-cellen, met name cytotoxische T-cellen (CD8+ T-cellen), herkennen en elimineren geïnfecteerde cellen. ### 3.4 Aantonen van virussen Virussen kunnen worden aangetoond door hun effecten op gevoelige bacteriestammen te meten. Bij mengsel van virus en gevoelige bacteriën in agar ontstaan heldere zones ('plaques'). ### 3.5 Antivirale middelen (Virostatica) * **Werking:** Antivirale middelen grijpen specifiek in op virus-specifieke interacties of enzymen, met minimale effecten op cellulaire metabolieten. * **Aangrijpingspunten:** Herkenning & adhesie, penetratie, uncoating, expressie (transcriptie & proteïnesynthese), replicatie (polymerase- en integrase-inhibitoren), assemblage, en envelopment & budding/lyse (protease-inhibitoren, release-inhibitoren). * **Indicaties:** Voornamelijk gebruikt voor chronische infecties (zoals HIV, HCV, HBV) en acute infecties met significante morbiditeit (zoals influenza, ernstige herpes-infecties). * **Resistentie:** Virussen hebben een zeer snel aanpassingsvermogen, waardoor resistentie tegen antivirale middelen snel kan ontstaan. Daarom is judicious gebruik en goede therapietrouw essentieel. **Voorbeelden van antivirale middelen:** * **Anti-herpes (Acyclovir, Valacyclovir):** Lijkt op natuurlijke nucleosiden, wordt gefosforyleerd en ingebouwd in viraal DNA, leidend tot kettingterminatie. Effectief tegen HSV (Herpes Simplex Virus) en VZV (Varicella Zoster Virus). * **Influenza (Zanamivir, Oseltamivir):** Neuraminidaseremmers die de verspreiding van het virus beperken. Amantadine remt ionkanalen en wordt zelden gebruikt vanwege bijwerkingen. * **HIV (cART):** Combinatie van reverse transcriptase- en protease-inhibitoren. **Tip:** De behandeling met antivirale middelen is vaak langdurig en vereist strikte naleving van het voorschrift om effectiviteit te garanderen en resistentie te minimaliseren. --- # Antimicrobiële middelen: antibiotica en antivirale middelen Dit deel behandelt de werking, interactie, voorspelling van werkzaamheid en resistentie van antibiotica, evenals de middelen tegen virussen (virostatica), hun toepassing en aangrijpingspunten. ### 4.1 Antibiotica Antibiotica zijn geneesmiddelen die de vermenigvuldiging van micro-organismen remmen en zo bacteriële infecties bestrijden. Ze onderscheiden zich door hun selectieve toxiciteit (werkzaam tegen bacteriën, niet tegen humane cellen) en specifieke moleculaire aangrijpingspunten, wat hun spectrum van werkzaamheid bepaalt. Het gebruik van antibiotica moet echter beperkt blijven om resistentieontwikkeling te voorkomen. #### 4.1.1 Interactie met bacteriën en gastheer Het begrijpen van de interactie tussen gastheer, bacterie en antibioticum is cruciaal voor een effectieve behandeling. Hierbij spelen de aard en lokalisatie van de infectie, de fysiologie van de gastheer (farmacokinetiek), en de specifieke activiteit van het antibioticum tegen de bacterie (farmacodynamiek) een rol. ##### 4.1.1.1 Gastheer-kiem relatie Bij de keuze van een antibioticum is het essentieel om de aard van de infectie en de lokalisatie te kennen. Soms is afwachten voldoende, soms is een kortdurende behandeling nodig (bv. blaasontsteking), en bij ernstige infecties (bv. meningitis) is een krachtige en langdurige behandeling noodzakelijk. Extra ingrepen, zoals het draineren van een abces, kunnen eveneens vereist zijn. ##### 4.1.1.2 Antibiotica en het menselijk lichaam De menselijke fysiologie bepaalt de opname, distributie, afbraak en excretie van antibiotica (farmacokinetiek). Het doel is om de farmacokinetiek zo gunstig mogelijk te maken met minimale bijwerkingen. ##### 4.1.1.3 Antibiotica en de bacterie Antibiotica hebben diverse aangrijpingspunten, wat leidt tot een verschillend spectrum van gevoeligheid bij bacteriën. De aard van de blootstelling (hoge piekconcentratie of lage constante concentratie) beïnvloedt de werkzaamheid (farmacodynamiek). De gevoeligheid van een kiem voor een antibioticum is meetbaar in het laboratorium. #### 4.1.2 Voorspellen van werkzaamheid in de patiënt De werkzaamheid van antibiotica kan worden voorspeld door middel van gevoeligheidstesten en het bepalen van klinische breekpunten, rekening houdend met farmacokinetische en farmacodynamische principes. ##### 4.1.2.1 Gevoeligheidstesten * **Dilutie-antibiogram:** Bepaalt de minimaal inhiberende concentratie (MIC), de laagste concentratie antibioticum waarbij groei van de bacterie wordt geremd. * **Diffusie-antibiogram:** Een afgeleide techniek waarbij de diameter van de zone zonder groei rond een schijfje met antibioticum een indicatie geeft van de gevoeligheid. Een grotere diameter duidt op een lagere MIC. De resultaten worden geclassificeerd als Resistent (R), Intermediair (I) of Sensitief (S). ##### 4.1.2.2 Klinisch breekpunt Het klinisch breekpunt is de in vitro gevoeligheidswaarde van een bacterie waartussen de grens ligt voor klinische bruikbaarheid van een antibioticum bij een standaarddosering. Dit breekpunt wordt bepaald aan de hand van dierproeven en klinisch onderzoek. ##### 4.1.2.3 Farmacokinetische/Farmacodynamische (PK/PD) parameters De werkzaamheid wordt voorspeld aan de hand van PK/PD-parameters: * **Time > MIC:** Tijd dat de concentratie antibioticum boven de MIC ligt (relevant voor bèta-lactams). * **Cmax/MIC:** Verhouding van de piekconcentratie tot de MIC (relevant voor aminoglycosiden). * **AUC/MIC:** Verhouding van de totale blootstelling tot de MIC (relevant voor chinolonen, glycopeptiden, macroliden, tetracyclines). Als de standaarddosering het PK/PD-doel niet haalt, wordt de patiënt geclassificeerd als intermediair of resistent. Locale omstandigheden en individuele patiëntkenmerken kunnen de standaarddosering beïnvloeden, wat aanpassing van de therapie kan vereisen. #### 4.1.3 Overzicht antibiotica en hun werkingsmechanisme Antibiotica worden ingedeeld op basis van hun aangrijpingspunt: 1. **Celwandsynthese:** Remmen de synthese van peptidoglycaan. Voorbeelden zijn bèta-lactams en glycopeptiden. Fosfomycine is een breed-spectrum antibioticum dat ook bij gramnegatieven werkt. 2. **Eiwitsynthese:** Blokkeren de 50S of 30S subunit van het ribosoom of de tRNA-ribosoom interactie. Voorbeelden zijn aminoglycosiden, macroliden, clindamycine en tetracyclines. 3. **Nucleïnezurensynthese:** Remmen enzymen die betrokken zijn bij de DNA-opvouwing. Voorbeelden zijn chinolonen en metronidazol. 4. **Inhibitie metabole pathways:** Remmen essentiële metabole routes. Sulfonamiden en trimetoprim vallen in deze categorie. #### 4.1.4 Antibioticaresistentie van bacteriën Bacteriën kunnen resistentie ontwikkelen tegen antibiotica door continue aanpassing van hun activiteit en efficiëntie. Dit is een natuurlijk selectieproces, versneld door het wijdverbreide gebruik van antibiotica. ##### 4.1.4.1 Mechanismen van resistentie * **Neutralisatie:** Bacteriën produceren enzymen die het antibioticum inactiveren (bv. bèta-lactamase). * **Verminderde opname:** Wijzigingen in poriën of het verlies ervan beperken de toegang van het antibioticum tot de bacterie. * **Efflux-resistentie:** Membraanpompen voeren het antibioticum actief uit de cel. * **Bypass/alternatieve metabole weg:** Bacteriën gebruiken alternatieve routes om metabole processen uit te voeren die door het antibioticum worden geblokkeerd. ##### 4.1.4.2 Kinetiek van ontstaan en verspreiding Resistentie kan ontstaan door puntmutaties die leiden tot een geleidelijke toename van de MIC, of door de verwerving van resistentiegenen via horizontale gentransfer (plasmiden, transductie, transformatie). Dit leidt tot snelle verspreiding van resistente stammen. ##### 4.1.4.3 Gevolgen van resistentie Resistentie kan leiden tot falen van de behandeling, noodzaak tot gebruik van breedspectrum antibiotica met meer bijwerkingen, en langdurige infecties. ##### 4.1.4.4 Persisters Persisters zijn bacteriën die tijdelijk ongevoelig zijn voor antibiotica door een veranderde metabole toestand (vermindere deling). Ze ontsnappen aan de behandeling en kunnen na overleven weer actief worden. Dit onderscheidt zich van resistentie-mutanten die een genetische verandering hebben ondergaan. ##### 4.1.4.5 Voorkomen en inperken van resistentie Preventie van resistentie omvat rationeel antibioticagebruik (alleen indien nodig, juiste dosering, juiste duur, smal spectrum), goede hygiëne, en het vermijden van onnodig antibioticagebruik in de landbouw en veeteelt. #### 4.1.5 Profylactisch gebruik van antimicrobiële middelen Antibiotica worden soms profylactisch ingezet om infecties te voorkomen bij een hoog infectierisico of wanneer de gevolgen ernstig zijn. Indicaties zijn onder andere bij verdacht seksueel contact, gecontamineerde wonden, post-operatieve wondinfecties, en bij patiënten met bepaalde risicofactoren (bv. hartklepletsels). #### 4.1.6 Antibiotica in de praktijk De keuze voor een antibioticum is gebaseerd op de verwachte verwekker (empirische therapie) of op basis van kweekresultaten en een antibiogram. Belangrijke overwegingen zijn het spectrum, de concentratie in het aangetaste orgaan, de toedieningsweg (oraal of parenteraal), de dosering en de duur van de behandeling. Soms is combinatie van antibiotica nodig, vooral bij ernstige infecties. Hulpmiddelen zoals formularium en richtlijnen ondersteunen de besluitvorming. ### 4.2 Middelen tegen virussen (Virostatica) Antivirale middelen, of virostatica, grijpen specifiek in op virus-eigen interacties of enzymen, met minimale impact op cellulaire processen. Ze worden voornamelijk ingezet bij chronische virale infecties zoals HIV, HCV en HBV, en vereisen vaak langdurige behandeling. Resistentieontwikkeling bij virussen verloopt nog sneller dan bij bacteriën. #### 4.2.1 Aangrijpingspunten van antivirale middelen * **Herkenning & adhesie:** Antireceptor antilichamen blokkeren virusbinding. * **Penetratie:** Fusie-inhibitoren blokkeren het binnendringen van het virus. * **Uncoating:** Uncoating-inhibitoren voorkomen het vrijkomen van viraal genoom. * **Expressie (transcriptie & proteïnesynthese):** Expressie-inhibitoren remmen deze processen. * **Replicatie:** Polymerase-inhibitoren (waaronder reverse transcriptase en integrase-inhibitoren) blokkeren de vermenigvuldiging van viraal genetisch materiaal. * **Assembly:** Protease-inhibitoren remmen de opbouw van nieuwe virale deeltjes. * **Enveloppement & budding/lyse:** Release-inhibitoren belemmeren de vrijstelling van virussen uit de cel. #### 4.2.2 Voorbeelden van antivirale middelen * **Anti-herpes (Acyclovir, Valacyclovir):** Lijkt op nucleosiden, wordt gefosforyleerd en ingebouwd in viraal DNA, wat kettingterminatie veroorzaakt. Indicaties zijn HSV- en VZV-infecties. * **Influenza (Amantadine, Zanamivir, Oseltamivir):** Amantadine remt ionkanalen. Zanamivir en oseltamivir zijn neuraminidase-inhibitoren die de verspreiding van het virus belemmeren. * **HIV (cART - Gecombineerde Antiretrovirale Therapie):** Een combinatie van reverse transcriptase- en protease-inhibitoren. Hoewel geen genezing, brengt het de virale load onder controle en voorkomt het progressie naar AIDS. ### 4.3 Rol van barrières en de normale flora Het lichaam beschikt over diverse barrières (huid, slijmvliezen, chemische factoren, normale flora) die kolonisatie en infectie door micro-organismen tegengaan. De normale flora speelt een cruciale rol in het bezetten van niches en het beïnvloeden van de omgeving, wat kolonisatieresistentie bevordert. #### 4.3.1 Huid- en slijmvliesbarrières De intacte huid en slijmvliezen vormen mechanische barrières. Chemische factoren zoals pH, zuurstofgehalte, en de aanwezigheid van antibacteriële stoffen dragen bij aan bescherming. De normale flora concurreert met pathogenen om ruimte en voedsel, en produceert antimicrobiële stoffen. #### 4.3.2 Specifieke lichaamsdelen * **Huid:** Droog, zuur en gekeratiniseerd. Verstoring van deze barrière (bv. door vocht) kan leiden tot abnormale kolonisatie. * **Bovenste luchtwegen:**Mechanische afvoer via cilia, slijm, hoesten en niezen. Kolonisatie door bacteriën zoals *Streptococcus pneumoniae* en *Haemophilus influenzae* is mogelijk. * **Darmkanaal:** Maagzuur vormt een belangrijke barrière. Het microbioom van de darm is divers en complex. * **Urogenitale slijmvliezen:** De vaginale flora, gedomineerd door lactobacillen, zorgt voor een zure omgeving die beschermt tegen kolonisatie. * **Mannelijke genitaliën en urinewegen:** Urinestroom en een zure pH bieden bescherming tegen infecties. #### 4.3.3 Abnormale flora en dysbacteriose Dysbacteriose is een verstoorde microbiële flora die kan leiden tot symptomen of een verhoogd risico op opportunistische infecties. Dit kan veroorzaakt worden door antibiotica, veranderingen in de gastheerfysiologie, of kolonisatie met bacteriën op ongebruikelijke plaatsen. #### 4.3.4 Positieve beïnvloeding microflora Toekomstige interventies, zoals probiotica, prebiotica en fecestransplantatie, richten zich op het herstellen of beïnvloeden van de microflora om dysbacteriose te voorkomen of te behandelen. --- # Lichaamsbarrières en microflora Hier is een gedetailleerd studiehandleiding voor het onderwerp "Lichaamsbarrières en microflora". ## 5 Lichaamsbarrières en microflora Dit onderwerp behandelt de natuurlijke beschermingsmechanismen van het lichaam tegen pathogenen, inclusief fysieke, chemische en microbiologische barrières, en de impact van de normale microflora op de gezondheid, inclusief hoe verstoringen kunnen leiden tot infecties of dysbacteriose. ### 5.1 Introductie tot lichaamsbarrières en microflora Het menselijk lichaam is voortdurend in contact met micro-organismen uit de omgeving. Gelukkig beschikken we over een reeks natuurlijke barrières die kolonisatie door deze micro-organismen beperken, en zelfs wanneer deze barrières worden doorbroken, zijn er mechanismen om infecties te voorkomen. De normale microflora speelt hierin een cruciale rol, niet alleen door directe concurrentie met pathogenen, maar ook door het beïnvloeden van de lokale omgeving en het immuunsysteem. Verstoringen van deze barrières en de microflora kunnen leiden tot een verhoogd risico op infecties of de ontwikkeling van dysbacteriose. ### 5.2 De natuurlijke barrières van het lichaam Het lichaam beschikt over diverse barrières om micro-organismen buiten te houden of hun groei te beperken. #### 5.2.1 Mechanische/fysische barrières * **Huid:** De intacte huid vormt een meerlagige, droge en licht zure habitat (gekeratiniseerd epitheel) die de meeste bacteriën niet kunnen penetreren. Huidepitheeldefecten, zoals wonden of brandwonden, kunnen echter wel penetratie mogelijk maken. De huid bevat sebumklieren die een vetlaag produceren die ook een beschermende rol speelt. Langerhanscellen in de epidermis bewaken deze barrière en kunnen inflammatie induceren. * **Slijmvliezen:** Deze bekleden de luchtwegen, het gastro-intestinale kanaal, de urinewegen en de geslachtsorganen. Ze bestaan uit levende, éénlagige cellen die uitwisseling van gassen en voedingsstoffen mogelijk maken. * **Spoelfunctie:** Een continue stroom van mucus, bijvoorbeeld in de luchtwegen, spoelt deeltjes en micro-organismen weg. Hoesten, niezen en slikken helpen hierbij. * **Snelle celvernieuwing:** De snelle omzet van epitheelcellen beperkt de aanhechtingsmogelijkheden voor bacteriën. * **Specifieke adhesiemoleculen:** Bacteriën kunnen zich aan slijmvliezen hechten via specifieke adhesiemoleculen. * **Uitzondering:** Tandemail schilfert niet en vereist reiniging (poetsen) om plaquevorming te voorkomen. #### 5.2.2 Chemische barrières Deze barrières creëren omgevingsfactoren die ongunstig zijn voor de groei van veel micro-organismen. * **Omgevingsfactoren:** * **Zuurtegraad (pH):** De vaginale omgeving is zuur door lactaatproductie door lactobacillen, wat de groei van veel pathogenen remt. De maag heeft een zeer lage pH door maagzuur. * **Zuurstof (O₂):** Sommige bacteriën vereisen zuurstof (aeroben), andere verdragen het niet (anaeroben), en weer andere zijn facultatief. Lage zuurstofconcentraties in niches zoals de diepte van huidplooien of de dikke darm begunstigen anaeroben. * **Voedingsbronnen:** Beschikbaarheid van nutriënten beïnvloedt de groei. De dikke darm, met onverteerd voedsel, biedt bijvoorbeeld een rijke voedingsbron voor veel bacteriën. * **Hormonale invloeden:** Hormonen beïnvloeden de metabole activiteit van huidcellen (sebumproductie) en vaginale epitheelcellen (glycogeenproductie). * **Antibacteriële stoffen en immunoglobulines:** * **Lysosymen:** Enzymen die de peptidoglycaanlaag van bacteriële celwanden afbreken. * **Lipocaline/siderocaline:** Bindt bacteriële sideroforen (ijzeropnemende moleculen), waardoor ijzer minder beschikbaar wordt voor bacteriële groei. * **Defensines:** Antimicrobiële peptiden die de membranen van bacteriën, virussen of schimmels kunnen binnendringen. * **Dimeer IgA:** Een type antilichaam dat een rol speelt bij de bescherming van slijmvliezen. #### 5.2.3 Microbiologische barrières (normale flora) De normale flora, ook wel commensalen genoemd, zijn micro-organismen die het lichaam bewonen zonder ziekte te veroorzaken. Ze bieden een belangrijke beschermingsfunctie. * **Competitie:** De normale flora concurreert met pathogenen om ruimte en voedingsstoffen. * **Omgevingsmodificatie:** Ze kunnen de lokale omgeving veranderen door de pH te verlagen (bv. lactaatproductie) of bacteriocines (antibacteriële stoffen) te produceren die de groei van andere bacteriën remmen. * **Stimulatie van het immuunsysteem:** De aanwezigheid van de normale flora stimuleert de ontwikkeling en het functioneren van het immuunsysteem. * **Productie van nuttige stoffen:** Ze kunnen bijvoorbeeld vitamines produceren en helpen bij de vertering van voedsel. * **Kolonisatieresistentie:** Dit is het vermogen van de normale flora om de kolonisatie door exogene bacteriën te voorkomen. Ze bezetten niches en beïnvloeden de omgeving zodanig dat nieuwe, potentieel schadelijke bacteriën zich niet kunnen vestigen. De normale flora kan tijdelijk of langdurig veranderen, maar wordt zelden volledig geëlimineerd. ### 5.3 Overzicht van lichaamsgebieden, barrières en microflora Verschillende lichaamsgebieden hebben specifieke barrières en microflora: * **Huid:** Meestal beschermd door een droge, zure, gekeratiniseerde laag. Vochtige niches kunnen leiden tot kolonisatie door *Staphylococcus aureus* (grampositief) of gramnegatieve staven en gisten. Huideffecten kunnen leiden tot infecties door dermatofyten (schimmels) of bacteriën zoals *Staphylococcus aureus* en *Streptococcus pyogenes*. * **Mondholte en bovenste luchtwegen:** Beschermd door speekselstroom, buffertussenkomsten van bacteriën en de mechanische afvoer door hoesten en niezen. De neusbijholten en middenoor zijn grotendeels bacterievrij. De tanden vormen een uitzondering; zij worden bedekt met bacteriële plaque die glucose omzet in zuur, wat tandbederf (cariës) veroorzaakt. De keelholte bevat veel bacteriën, maar het immuunsysteem voorkomt meestal infecties. * **Diepe luchtwegen:** Beperkte microflora. Beschermd door ciliaire functie, slijm, hoesten en niezen. Aspiratie van keelinhoud kan leiden tot longontsteking. Alveoli bevatten macrofagen als eerste verdedigingslinie. * **Gastro-intestinale stelsel:** Beschermd door maagzuur, een veranderende fysiologie en een dichte, diverse microflora die sterk varieert over het traject. De normale flora omvat onder andere *Escherichia coli* (gramnegatief), Enterokokken (grampositief) en *Bacteroides* spp. * **Urogenitale slijmvliezen:** * **Vagina:** Beheerst door oestrogenen, wat leidt tot een dikker epitheel en glycogeenproductie. Lactobacillen gebruiken glycogeen om lactaat te produceren, wat een zure omgeving creëert en kolonisatieresistentie biedt. Na de menopauze neemt de lactobacillenflora af. * **Urethra (mannelijk en vrouwelijk):** Korter bij vrouwen, wat leidt tot een hoger risico op urineweginfecties. Urinestroom, zure urine en lactoferrine (bindt ijzer) bieden bescherming. * **Mannelijke genitaliën:** Beschermd door de afstand tot de anus, fysiologische stabiliteit en prostaatsecretie die antibacterieel werkt. * **Urinewegen:** Mechanische barrières zoals de urinestroom en het volledig legen van de blaas zijn essentieel. Urine is zuur en bevat lactoferrine. De blaaswand bevat immuuncellen. #### 5.3.1 Bacteriële verwekkers in specifieke gebieden * **Huid:** *Staphylococcus aureus*, *Streptococcus pyogenes* (conditie-afhankelijke pathogenen). * **Mond/Keel:** *Streptococcus* spp. (*S. pyogenes*, *S. pneumoniae*, *S. viridans*), *Neisseria meningitidis* (meningokokken). * **Diepe luchtwegen:** *Streptococcus pneumoniae*, *Haemophilus influenzae*, *Moraxella catarrhalis* (frequentste verwekkers luchtweginfecties), *Mycobacterium tuberculosis*. * **Gastro-intestinaal:** *E. coli*, Enterokokken, *Bacteroides fragilis* (met kapsel en hoge AB-resistentie), *Salmonella*. * **Urogenitaal:** *E. coli* (urineweginfecties), lactobacillen (normaal flora vagina). * **Bacteriën zonder celwand:** Mycoplasmata en chlamydiae zijn fragieler en meestal niet vrijzwemmend in de darm. ### 5.4 Abnormale flora en dysbacteriose * **Kolonisatie:** Aanwezigheid van micro-organismen op een lichaamsdeel, niet noodzakelijk ziekteverwekkend. Vaak tijdelijk omdat de bacteriën niet aangepast zijn aan de omgeving. * **Abnormale flora:** Veranderingen in de samenstelling van de normale flora, zoals overgroei van bepaalde soorten of kolonisatie van een anatomisch steriele plek. Dit is niet direct ziekte, maar kan een risico vormen. * **Dysbacteriose:** Een aanhoudende, veranderde microbiële flora die symptomen veroorzaakt of het risico op opportunistische infecties vergroot. Dit kan het gevolg zijn van verstoringen zoals antibioticagebruik, veranderingen in de gastheerfysiologie (bv. menopauze) of ziektes. * **Voorbeelden:** * **Bacteriële vaginose:** Verandering van de lactobacillenflora naar *Gardnerella vaginalis*, anaeroben en mycoplasmata, met een hogere pH en grijze, stinkende afscheiding. * **Candida vaginitis/huid:** Overgroei van gisten, vaak na antibioticagebruik. * **Cariës en parodontitis:** Overgroei van zure producerende bacteriën op de tanden, leidend tot tandbederf en ontsteking van het tandvlees. * **Clostridioides difficile diarree:** Overgroei na antibioticagebruik, waarbij de bacterie sporen kan vormen die persistentie bevorderen. Faecestransplantatie kan de flora herstellen. * **Ziekte van Crohn:** Chronische darmziekte waarbij dysbacteriose een rol kan spelen. ### 5.5 Fenotypische variatie en adaptatie van bacteriën Bacteriën vertonen aanzienlijke fenotypische variatie, wat hun aanpassingsvermogen aan veranderende omstandigheden verklaart. * **Planktonische vs. sessiele bacteriën:** * **Planktonisch:** Vrij zwevende bacteriën in vloeistof, bestudeerd in reinculturen in het labo. * **Sessiel (biofilm):** Bacteriën die vastgehecht zijn aan een oppervlak, vaak in aanwezigheid van andere bacteriën. Ze leven in suboptimale omstandigheden en gedragen zich vaak anders (virulenter of resistenter tegen antibiotica) dan planktonische cellen. Biofilms zijn moeilijk te verwijderen en spelen een rol bij chronische infecties en infecties gerelateerd aan medische implantaten. * **Persisters:** Bacteriën die tijdelijk een verminderde metabole activiteit vertonen, waardoor ze ongevoelig zijn voor antibiotica die op delende cellen werken. Dit is een fenotypische aanpassing en geen genetische mutatie. * **Sporen:** Een metabool inactieve, resistente vorm van bacteriën (bv. *Clostridium tetani*) die kunnen overleven in ongunstige omstandigheden en ontkiemen wanneer de omstandigheden verbeteren. * **Quorum sensing:** Een communicatiesysteem tussen bacteriën dat de genexpressie reguleert op basis van de bacteriedichtheid. Dit beïnvloedt onder andere metabolisme, celdeling en productie van toxines en slijm, wat kan leiden tot verminderde gevoeligheid voor antibiotica en het immuunsysteem. ### 5.6 Genetische variatie en typologie van bacteriën Bacteriën vertonen aanzienlijke genetische variatie, wat leidt tot de ontwikkeling van verschillende stammen en resistentie. * **Mechanismen van genetische variatie:** * **Mutatie en selectie:** Spontane veranderingen in het DNA. * **Horizontale genoverdracht:** Uitwisseling van genetisch materiaal tussen bacteriën. * **Transformatie:** Opname van vrij DNA uit de omgeving. * **Transductie:** Overdracht van genen via bacteriële virussen (bacteriofagen). * **Conjugatie:** Overdracht van genetisch materiaal (vaak plasmiden) via direct contact, vaak met behulp van pilus. * **Genoom:** Bestaat uit een circulair chromosoom en vaak plasmiden (extra-chromosomale DNA-moleculen). * **Pathogenicity Islands (PAIs):** Groepen genen die de virulentie van een bacterie vergroten (bv. adhesie, toxineproductie). * **Typologie:** Gebaseerd op genetische kenmerken, vaak met behulp van ribosomaal RNA (16S rRNA) voor taxonomie en identificatie. Moleculaire technieken zoals Next Generation Sequencing (NGS) worden gebruikt voor genotypering. Serotypering, gebaseerd op specifieke antilichamen tegen oppervlaktemoleculen, helpt bij het onderscheiden van stammen (bv. kapseltypen). ### 5.7 Beïnvloeding van de microflora * **Probiotica:** Inname van levende micro-organismen die gunstig kunnen zijn voor de gastheer (bv. lactobacillen). * **Prebiotica:** Voedselbestanddelen die de groei van gewenste bacteriën in de darm stimuleren. * **Faecestransplantatie:** Overbrengen van fecale materie van een gezonde donor naar een patiënt om de darmflora te herstellen, met name effectief bij recidiverende *Clostridioides difficile* infecties. ### 5.8 Antibioticaresistente bacteriën Antibioticaresistentie is een ernstig probleem dat ontstaat door de genetische variatie en selectiedruk van antibiotica. * **Mechanismen van resistentie:** * **Neutralisatie:** Bacteriën produceren enzymen die antibiotica afbreken (bv. bèta-lactamasen die bèta-lactam antibiotica afbreken). * **Verminderde opname:** Veranderingen in poriën of celmembranen verminderen de opname van antibiotica. * **Efflux-resistentie:** Actieve uitscheiding van antibiotica uit de bacterie via membraanpompen. * **Bypass/alternatieve metabole routes:** Bacteriën gebruiken alternatieve biochemische routes om de werking van antibiotica te omzeilen. * **Kinetiek van resistentie:** Resistentie kan geleidelijk ontstaan door puntmutaties of snel door de overdracht van resistentiegenen, vaak via plasmiden. * **Voorkomen en beperken van resistentie:** Rationeel antibioticagebruik, goede hygiëne, vaccinatie en terughoudendheid met antibiotica in de landbouw zijn cruciaal. ### 5.9 Antivirale middelen (Virostatica) Virostatica grijpen specifiek in op virus-eigen processen en enzymen. Ze worden voornamelijk gebruikt voor chronische virusinfecties of ernstige acute infecties. * **Aangrijpingspunten:** Herkenning en adhesie, penetratie, uncoating, expressie en replicatie (bv. polymerase-inhibitors), assemblage, en vrijstelling. * **Voorbeelden:** Acyclovir (anti-herpes), oseltamivir (influenza), cART-combinaties (HIV). * **Resistentie:** Virussen hebben een hoge aanpassingssnelheid, wat kan leiden tot resistentie. Goede therapietrouw is essentieel. ### 5.10 Tabellen #### Tabel: Grampositieve versus Gramnegatieve bacteriën | Kenmerk | Grampositief | Gramnegatief | | :----------------- | :--------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | **Celwand** | Dikke laag peptidoglycaan | Dunne laag peptidoglycaan, met tweede lipidenmembraan | | **Lipopolysacchariden (LPS)** | Afwezig | Aanwezig in het buitenmembraan (endotoxine) | | **Gramkleuring** | Blauw | Rood | | **Overige** | Macromoleculen voor contact/uitwisseling | Macromoleculen in het buitenmembraan | > **Tip:** Begrijpen van de celwandstructuur is cruciaal voor het begrijpen van de gramkleuring en de gevoeligheid voor verschillende antibiotica en chemische middelen. > **Tip:** De normale flora is geen statisch geheel, maar een dynamisch ecosysteem dat reageert op veranderingen in de omgeving en de gastheer. Kennis hiervan is essentieel voor het begrijpen van zowel gezondheid als ziekte. --- ## 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 | |------|------------| | Eukarya | Een domein van organismen dat eukaryoten omvat, zoals dieren, planten, schimmels en protisten. Deze cellen hebben een celkern en andere membraangebonden organellen. | | Archaea | Een domein van eencellige micro-organismen die lijken op bacteriën, maar evolutionair verschillend zijn. Ze worden vaak gevonden in extreme omgevingsomstandigheden. | | Bacteria | Een domein van eencellige micro-organismen die geen celkern hebben. Veel soorten leven in het lichaam en kunnen infecties veroorzaken, terwijl andere essentieel zijn voor de gezondheid. | | Microbioom | De verzameling van alle micro-organismen (bacteriën, virussen, schimmels) die op en in het menselijk lichaam leven, en die een belangrijke rol spelen in de gezondheid. | | Sepsis | Een levensbedreigende reactie van het lichaam op een infectie die schade aan organen kan veroorzaken. Bij pasgeborenen kan dit worden veroorzaakt door bacteriën uit de vaginale flora van de moeder. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat een ziekte kan veroorzaken. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Een complex molecuul dat een belangrijk onderdeel is van de celwand van gramnegatieve bacteriën. Het kan krachtige ontstekingsreacties en koorts veroorzaken. | | Endotoxine | Een toxine dat deel uitmaakt van de celwand van gramnegatieve bacteriën. Bij vrijkomen kan het ernstige reacties veroorzaken, zoals septische shock. | | Gramkleuring | Een chemische kleurmethode die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de samenstelling van hun celwand. Grampositieve bacteriën kleuren blauw, gramnegatieven rood. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een belangrijk structureel component is van de celwand van de meeste bacteriën, wat zorgt voor stevigheid. | | Kokken | Bolvormige bacteriën. | | Bacillen | Staafvormige bacteriën. | | Mycobacteriën | Een geslacht van bacteriën dat bekend staat om zijn dikke, lipide-rijke celwand, waardoor het resistent is tegen veel antibiotica en lang kan overleven in de omgeving. Tuberculose wordt veroorzaakt door een lid van dit geslacht. | | Zuurvast | Een eigenschap van bepaalde bacteriën, zoals mycobacteriën, die bestand zijn tegen zure omstandigheden en de kleurstoffen die bij de zuurvastheidstest worden gebruikt, behouden. | | Plasmiden | Kleine, circulaire stukjes DNA buiten het hoofdchromosoom van een bacterie, die extra genetische informatie kunnen bevatten, zoals resistentie tegen antibiotica. | | Virulentiefactoren | Genetische elementen of moleculen die een bacterie helpen bij het infecteren van een gastheer, zoals adhesines, kapsels en toxines. | | Kapsel (bacterieel) | Een beschermende laag van polysacchariden rond de celwand van sommige bacteriën, die hen beschermt tegen fagocytose door immuuncellen. | | Flagel | Een beweeglijk aanhangsel van een bacterie dat wordt gebruikt voor voortbeweging. | | Fimbriae | Kleine, haarachtige structuren op het oppervlak van bacteriën die helpen bij aanhechting aan gastheercellen en kolonisatie. | | Pilus (bacterieel) | Een structuur die wordt gebruikt voor conjugatie, het overbrengen van genetisch materiaal tussen bacteriën. | | Sporen (bacterieel) | Inactieve, resistente structuren die door sommige bacteriën worden gevormd om te overleven in ongunstige omstandigheden. Ze kunnen jarenlang dormant blijven. | | Metabolisme | Het geheel van biochemische processen die plaatsvinden in levende organismen om energie te produceren en levensfuncties te onderhouden, zoals de omzetting van voedsel. | | Lactobacillen | Een geslacht van bacteriën dat vaak voorkomt in de normale flora van het lichaam en betrokken is bij de fermentatie van koolhydraten, wat leidt tot de productie van melkzuur. | | Helicobacter pylori | Een bacterie die de maag kan infecteren en geassocieerd wordt met maagzweren en maagkanker. Het produceert urease om het maagzuur te neutraliseren. | | Celdeling | Het proces waarbij een bacterie zich voortplant door zich in tweeën te splitsen, wat resulteert in logaritmische groei. | | Lag fase | De initiële fase van bacteriegroei waarin de cellen zich aanpassen aan een nieuwe omgeving en hun genexpressie veranderen. | | Logaritmische fase | De fase van bacteriegroei waarin de cellen zich snel vermenigvuldigen met een constante snelheid. | | Stationaire fase | De fase van bacteriegroei waarin de groeisnelheid afneemt door uitputting van voedingsstoffen of ophoping van afvalstoffen. | | Afsterf fase | De fase van bacteriegroei waarin het aantal levende bacteriën afneemt door ongunstige omstandigheden. | | Obligaat aërobe bacteriën | Bacteriën die zuurstof nodig hebben om te groeien. | | Facultatief anaërobe bacteriën | Bacteriën die kunnen groeien met of zonder zuurstof, maar de voorkeur geven aan zuurstof. | | Anaërobe bacteriën | Bacteriën die groeien in afwezigheid van zuurstof; voor sommigen is zuurstof zelfs toxisch. | | Capnofiel | Bacteriën die beter groeien in een omgeving met een verhoogde concentratie koolstofdioxide (CO2). | | Fenotypische variatie | Veranderingen in de zichtbare kenmerken of gedragingen van een organisme als reactie op omgevingsfactoren, zonder verandering in het onderliggende genetische materiaal. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriën die tijdelijk minder metabool actief is, waardoor ze ongevoelig zijn voor antibiotica die gericht zijn op delende cellen. Ze kunnen later weer actief worden. | | Quorum sensing | Een communicatiesysteem waarmee bacteriën de dichtheid van hun populatie kunnen detecteren en hun gedrag collectief kunnen aanpassen, zoals de productie van toxines of biofilm. | | Biofilm | Een georganiseerde gemeenschap van bacteriën die vastgehecht is aan een oppervlak en ingebed is in een zelfgeproduceerde slijmlaag. Biofilms bieden bescherming tegen antibiotica en het immuunsysteem. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen. | | Ribosomaal RNA (rRNA) | Een type RNA dat een integraal onderdeel is van ribosomen, de eiwitfabrieken van cellen. 16S rRNA wordt vaak gebruikt voor bacteriële taxonomie vanwege zijn evolutieve conservatieve regio's. | | Genotypische variatie | Variaties in het genetische materiaal (DNA) van een organisme. | | Transformatie (bacterieel) | Het proces waarbij een bacterie vrij DNA uit de omgeving opneemt en incorporeert in zijn eigen genoom. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht via een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). | | Conjugatie | Het proces waarbij genetisch materiaal, meestal in de vorm van plasmiden, direct van de ene bacterie naar de andere wordt overgedragen via een pilus. | | Transfectie | Een techniek in het laboratorium om een cel een vreemd gen te laten opnemen. | | Pathogenicity islands (PAI's) | Segmenten van het bacteriële genoom die genen bevatten die bijdragen aan de virulentie van de bacterie, zoals het vermogen om te adhereren, toxines te produceren of te overleven in de gastheer. | | Serotypering | Een methode om bacteriën te classificeren op basis van hun antigenen, meestal oppervlaktemoleculen, met behulp van specifieke antilichamen. | | Genotypering | Een methode om bacteriën te classificeren op basis van hun genetische materiaal, vaak met behulp van DNA-sequencing. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme dat uitsluitend kan repliceren binnen de levende cellen van een gastheer. | | Virion | Een complete virusdeeltje, bestaande uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitomhulsel (capside) en soms een lipidemembraan (envelope). | | Nucleocapside | Het genetisch materiaal van een virus (DNA of RNA) omgeven door een eiwitomhulsel. | | Virus met envelope | Een virus dat is omgeven door een lipidenmembraan dat afkomstig is van de gastheercel, wat het virus helpt bij het binnendringen van nieuwe cellen. | | Naakt virus | Een virus zonder een lipidenmembraan (envelope). | | ssRNA (single-stranded RNA) | Enkelstrengs RNA. Dit kan positief-georiënteerd zijn (direct vertaalbaar naar eiwit) of negatief-georiënteerd (moet eerst worden omgezet naar een positieve streng). | | dsRNA (double-stranded RNA) | Dubbelstrengs RNA. | | dsDNA (double-stranded DNA) | Dubbelstrengs DNA. | | esDNA (enkel-strengs DNA) | Enkelstrengs DNA. | | Retrovirus | Een type RNA-virus dat een enzym genaamd reverse transcriptase gebruikt om zijn RNA-genoom om te zetten in DNA, dat vervolgens in het genoom van de gastheercel wordt geïntegreerd. | | Reverse transcriptase | Een enzym dat wordt gebruikt door retrovirussen om RNA om te zetten in DNA. | | Lytische levenscyclus | Een viruslevenscyclus waarbij het virus zich snel repliceert, de gastheercel overneemt en uiteindelijk de cel lyseren (doen barsten) om nieuwe virusdeeltjes vrij te geven, wat leidt tot celdood. | | Lysogene levenscyclus | Een viruslevenscyclus waarbij het virale DNA wordt geïntegreerd in het genoom van de gastheercel en wordt doorgegeven aan dochtercellen zonder de cel onmiddellijk te doden. Het virale DNA wordt dan een profaag genoemd. | | Profaag | Het virale DNA dat geïntegreerd is in het genoom van een bacteriële gastheercel tijdens de lysogene cyclus. | | Hemagglutinine (HA) | Een glycoproteïne op het oppervlak van het influenzavirus dat essentieel is voor de binding aan siaalzuur op gastheercellen en voor membraanfusie. | | Neuraminidase (NA) | Een enzym op het oppervlak van het influenzavirus dat siaalzuur losknipt, waardoor virussen zich kunnen losmaken van geïnfecteerde cellen en verdere verspreiding mogelijk is. | | M2-ionkanaal | Een eiwit in de envelope van het influenzavirus dat een kanaal vormt voor protonen om de endosoom te verzuren, wat essentieel is voor de uncoating van het virus. | | Pathogen Recognition Receptor (PRR) | Receptoren op immuuncellen die moleculaire patronen herkennen die typisch zijn voor pathogenen (PAMPs). | | Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs) | Moleculaire structuren die algemeen voorkomen op micro-organismen maar niet op gastheercellen, en die worden herkend door PRR's. | | Interferon (IFN) | Een groep eiwitten die door immuuncellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties. Interferonen helpen bij het remmen van virale replicatie en het activeren van andere immuunresponsen. | | Interferon Stimulated Genes (ISG) | Genen die worden geïnduceerd door interferonen en antivirale effecten hebben door de replicatie van virussen te blokkeren. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. | | Antibioticum (AB) | Een geneesmiddel dat wordt gebruikt om bacteriële infecties te bestrijden door de groei van bacteriën te remmen of ze te doden. | | Selectieve toxiciteit | Het vermogen van een geneesmiddel om micro-organismen te doden of hun groei te remmen zonder de menselijke cellen significant te schaden. | | Spectrum (van een antibioticum) | Het bereik van bacteriële soorten waartegen een antibioticum werkzaam is. | | Farmacokinetiek | De studie van hoe een geneesmiddel door het lichaam wordt opgenomen, gedistribueerd, gemetaboliseerd en uitgescheiden. | | Farmacodynamiek | De studie van hoe een geneesmiddel werkt in het lichaam, inclusief de interactie met het doelwit en het veroorzaakte effect. | | Minimum Inhibiting Concentration (MIC) | De laagste concentratie van een antibioticum die de zichtbare groei van een bacterie in een laboratoriumkweek in 24 uur remt. | | Klinisch breekpunt (KB) | Een in vitro gevoeligheidsgrens die wordt gebruikt om te bepalen of een bacterie gevoelig, intermediair of resistent is voor een antibioticum in een klinische setting. | | Dilutie-antibiogram | Een laboratoriumtest waarbij bacteriën worden gekweekt in aanwezigheid van verschillende concentraties van een antibioticum om de MIC te bepalen. | | Diffusie-antibiogram | Een laboratoriumtest waarbij schijfjes met een antibioticum op een agarplaat met bacteriën worden geplaatst. De grootte van de zone rond het schijfje zonder bacteriegroei geeft de gevoeligheid aan. | | Time > MIC | Een farmacodynamische parameter die de tijd aangeeft dat de antibioticumconcentratie boven de MIC ligt, wat belangrijk is voor tijdsafhankelijke antibiotica zoals bèta-lactams. | | AUC/MIC | De ratio van de Area Under the Curve (AUC) van de concentratie-tijdcurve van een antibioticum ten opzichte van de MIC. Dit is een belangrijke parameter voor dosisafhankelijke antibiotica. | | Cmax/MIC | De ratio van de maximale piekconcentratie van een antibioticum in het bloed ten opzichte van de MIC. Dit is belangrijk voor concentratieafhankelijke antibiotica zoals aminoglycosiden. | | Bèta-lactams | Een klasse van antibiotica die de synthese van peptidoglycaan in bacteriële celwanden remt. Voorbeelden zijn penicillines en cefalosporines. | | Aminoglycosiden | Een klasse van antibiotica die eiwitsynthese in bacteriën remt door te binden aan de 30S ribosomale subunit. | | Chinolonen | Een klasse van antibiotica die DNA-replicatie in bacteriën remt door enzymen zoals DNA-gyrase en topoisomerase te beïnvloeden. | | Glycopeptiden | Een klasse van antibiotica die de synthese van peptidoglycaan remt, voornamelijk gebruikt tegen grampositieve bacteriën zoals MRSA. | | Macroliden | Een klasse van antibiotica die eiwitsynthese in bacteriën remt door te binden aan de 50S ribosomale subunit. | | Tetracyclines | Een klasse van antibiotica die eiwitsynthese in bacteriën remt door te binden aan de 30S ribosomale subunit. | | Sulfonamiden | Een klasse van antibiotica die foliumzuursynthese in bacteriën remt. | | Trimetoprim | Een antimicrobieel middel dat foliumzuursynthese in bacteriën remt, vaak in combinatie gebruikt met sulfonamiden. | | Antibioticumresistentie | Het vermogen van bacteriën om de effecten van antibiotica te weerstaan, waardoor deze middelen minder effectief worden in het bestrijden van infecties. | | Beta-lactamasen | Enzymen geproduceerd door bacteriën die bèta-lactam antibiotica (zoals penicillines) afbreken, waardoor deze inactief worden. | | Extended Spectrum Beta-Lactamasen (ESBL's) | Een groep bèta-lactamasen die een breder spectrum van bèta-lactam antibiotica kunnen afbreken, inclusief sommige cefalosporines. | | Carbapenemasen | Zeer krachtige bèta-lactamasen die carbapenems, een laatste redmiddel antibiotica, kunnen afbreken. | | Porines | Kanaalproteïnen in het buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën die de passage van kleine moleculen, inclusief sommige antibiotica, mogelijk maken. | | Efflux-resistentie | Een mechanisme waarbij bacteriën antibiotica actief uit de cel pompen, waardoor de intracellulaire concentratie van het antibioticum laag blijft. | | Bypass | Een mechanisme waarbij bacteriën een alternatieve metabole route gebruiken om een door een antibioticum geblokkeerd pad te omzeilen. | | Transposon | Een "springend gen" dat zich kan verplaatsen binnen het genoom van een bacterie, of tussen plasmiden en het chromosoom. | | Horizontale genoverdracht | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen van dezelfde of verschillende soorten, anders dan via verticale overerving van ouder op kind. | | Kolonisatie | De aanwezigheid en vermenigvuldiging van micro-organismen op een oppervlak van het lichaam zonder ziekteverschijnselen te veroorzaken. | | Persisters | Bacteriën die tijdelijk ongevoelig zijn voor antibiotica door een verandering in hun metabole toestand (minder delend), in tegenstelling tot resistentiemutanten die genetische veranderingen hebben ondergaan. | | Profylaxe | Het gebruik van medicatie of andere maatregelen om ziekte te voorkomen. | | Virostatica | Medicijnen die worden gebruikt om virale infecties te behandelen door de replicatie van virussen te remmen. | | Interferon α | Een natuurlijk voorkomend eiwit dat wordt gebruikt als een virostaticum, met name bij chronische virale hepatitis. | | Acyclovir | Een antiviraal middel dat lijkt op nucleosiden en wordt gebruikt bij de behandeling van herpes simplex virus (HSV) en varicella zoster virus (VZV) infecties. | | Zanamivir | Een neuraminidase-remmer die wordt gebruikt voor de behandeling van influenza-infecties. | | Oseltamivir | Een neuraminidase-remmer die wordt gebruikt voor de behandeling van influenza-infecties. | | Combined Antiretroviral Therapy (cART) | Een combinatie van antiretrovirale medicijnen die wordt gebruikt om HIV-infecties te behandelen. | | Barrière | Een natuurlijke verdedigingslinie van het lichaam die de toegang van micro-organismen tot interne weefsels voorkomt. | | Slijmvliezen | Bekledingen van lichaamsopeningen en holtes die vocht produceren en helpen bij het afvoeren van micro-organismen. | | Normale flora | De gemeenschap van micro-organismen die van nature op en in het lichaam leven en vaak een beschermende rol spelen. | | Mechanische barrières | Fysieke obstakels die voorkomen dat micro-organismen het lichaam binnendringen, zoals de huid en de beweging van slijm. | | Chemische barrières | Stoffen in het lichaam die micro-organismen doden of hun groei remmen, zoals maagzuur en lysosomen. | | Microbiële barrières | De normale flora die concurreert met pathogenen voor ruimte en voedingsstoffen en de groei van pathogenen kan remmen. | | Epitheel | De cellaag die de oppervlakken van het lichaam bedekt, zoals de huid en de slijmvliezen. | | Mucus | Een slijmerige substantie die door slijmvliezen wordt geproduceerd en helpt bij het wegvangen en afvoeren van micro-organismen. | | Sebum | Een vettige substantie geproduceerd door talgklieren in de huid die antibacteriële eigenschappen heeft. | | Lysosoom | Een celorganel dat enzymen bevat die bacteriële celwanden kunnen afbreken. | | Defensines | Kleine antimicrobiële peptiden die door immuuncellen en epitheelcellen worden geproduceerd en membraanverstoring van micro-organismen kunnen veroorzaken. | | Dimeer IgA | Een vorm van immunoglobuline A dat een belangrijke rol speelt in de immuniteit van de slijmvliezen. | | Colonisatie-resistentie | Het vermogen van de normale flora om de kolonisatie door opportunistische pathogenen te voorkomen. | | Dermatofyten | Schimmels die keratine consumeren en huid-, haar- en nagelinfecties kunnen veroorzaken. | | Stafylokokken | Een geslacht van bacteriën dat vaak op de huid en slijmvliezen voorkomt. Sommige soorten, zoals Staphylococcus aureus, kunnen ernstige infecties veroorzaken. | | Streptococcus pyogenes | Een bacterie die keelontstekingen, huidinfecties en andere ziekten kan veroorzaken. | | Streptokokken | Een geslacht van grampositieve bacteriën, waaronder soorten die keelontstekingen (Streptococcus pyogenes) en longontstekingen (Streptococcus pneumoniae) kunnen veroorzaken. | | S. mutans | Een bacteriesoort die wordt geassocieerd met tandcariës door de productie van zuur uit suikers. | | Meningokok (Neisseria meningitidis) | Een bacterie die meningitis (hersenvliesontsteking) kan veroorzaken. | | Hemophilus influenza | Een bacterie die luchtweginfecties, waaronder longontsteking en oorontsteking, kan veroorzaken. | | Moraxella catharralis | Een bacterie die luchtweginfecties kan veroorzaken, vooral bij kinderen en ouderen. | | Endogene infectie | Een infectie veroorzaakt door micro-organismen die al in het lichaam aanwezig waren, vaak als onderdeel van de normale flora, maar die onder veranderde omstandigheden pathogeen worden. | | Uropathogene E. coli | Stammen van Escherichia coli die specifiek de urinewegen kunnen infecteren en urineweginfecties veroorzaken. | | Dysbacteriose | Een verstoring van de normale balans van micro-organismen in het lichaam, vaak veroorzaakt door antibiotica of ziekte, wat kan leiden tot infecties of andere gezondheidsproblemen. | | Bacteriële vaginose | Een aandoening van de vagina die wordt gekenmerkt door een verandering in de normale flora, met een toename van anaerobe bacteriën en een afname van lactobacillen. | | Candida vaginitis | Een schimmelinfectie van de vagina, vaak veroorzaakt door overgroei van Candida albicans na verstoring van de normale vaginale flora. | | Cariës | Tandbederf veroorzaakt door bacteriën die zuren produceren uit suikers, wat leidt tot erosie van het tandglazuur. | | Parodontitis | Een ernstige tandvleesontsteking die het ondersteunende weefsel van de tanden aantast en kan leiden tot tandverlies. | | Clostridioides difficile diarree | Diarree veroorzaakt door overgroei van Clostridioides difficile, vaak na antibioticagebruik, wat leidt tot ontsteking van de dikke darm. | | Probiotica | Levende micro-organismen die, wanneer ze in voldoende hoeveelheden worden ingenomen, een gezondheidsvoordeel bieden aan de gastheer, zoals het herstellen van de normale darmflora. | | Prebiotica | Niet-verteerbare voedingsstoffen die selectief de groei en activiteit van gunstige bacteriën in de dikke darm stimuleren. | | Stoelgangstransplantatie (Fecal Microbiota Transplantation) | Een medische procedure waarbij ontlasting van een gezonde donor wordt overgebracht naar de darm van een patiënt om de normale darmflora te herstellen, met name bij recidiverende Clostridioides difficile infecties. | | Grampositief | Een type bacterie dat de Gramkleuring blauw kleurt, gekenmerkt door een dikke laag peptidoglycaan in de celwand. | | Gramnegatief | Een type bacterie dat de Gramkleuring rood kleurt, gekenmerkt door een dunne laag peptidoglycaan en een buitenmembraan dat lipopolysacchariden (LPS) bevat. | | Macromoleculen | Grote moleculen, zoals eiwitten en polysacchariden, die essentieel zijn voor de structuur en functie van cellen. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Een complex molecuul dat een belangrijk onderdeel is van de celwand van gramnegatieve bacteriën en fungeert als een endotoxine. | | Celmembraan | Een selectief permeabel membraan dat de cel omgeeft en de inhoud ervan scheidt van de buitenomgeving. | | Glycoproteïnen | Eiwitten die covalente bindingen hebben met koolhydraatgroepen, belangrijk voor celherkenning en interactie. |

# Classificatie en identificatie van micro-organismen Dit onderwerp behandelt de historische en moderne methoden voor het classificeren van organismen, de taxonomische hiërarchie, en de belangrijkste groepen zoals eukaryoten en prokaryoten (bacteriën en archaea), inclusief hun specifieke kenmerken en onderverdelingen. Het bespreekt ook de naamgeving van organismen. ## 1. Classificatie van organismen ### 1.1 Historische en moderne classificatiesystemen * **Klassiek systeem:** Organismen werden ingedeeld op basis van structurele, biochemische of ecologische eigenschappen. Dit systeem impliceert niet noodzakelijk nauwe genetische verwantschap. * **Invoering van prokaryoten en eukaryoten:** Later werden de termen prokaryoot (zonder celkern) en eukaryoot (met celkern) geïntroduceerd om cellen met en zonder een gedefinieerde kern te onderscheiden. Deze classificatie was gebaseerd op fenotypische kenmerken zoals gramkleuring, morfologie en beweeglijkheid, en fysiologische kenmerken zoals fotosynthese, anaërobiose, methanogenese en lithotrofie. * **Modern systeem:** Gebaseerd op vergelijkingen van nucleotidensequenties in ribosomaal RNA (rRNA). Dit heeft geleid tot de erkenning van twee typen prokaryotische cellen (bacteriën en archaea) en één type eukaryotische cel (eukaryoten). ### 1.2 Naamgeving van organismen * **Binomiale nomenclatuur:** Organismen worden benoemd volgens het genus en de species, bijvoorbeeld *Staphylococcus aureus* of *Escherichia coli*. * **Veranderingen in naamgeving:** Nieuwe ontdekkingen kunnen leiden tot herzieningen van namen. Oude namen worden soms tussen haakjes geplaatst om verwarring te voorkomen. ### 1.3 Taxonomische hiërarchie Organismen worden geclassificeerd binnen een hiërarchisch systeem: * **Soort:** * Eukaryotische soort: een groep nauw verwante organismen die onderling kunnen voortplanten. * Prokaryotische soort: een populatie met vergelijkbare kenmerken. * **Geslacht (Genus):** Soorten die verwant zijn door afstamming. * **Familie:** Verwantte geslachten. * **Orde:** Groep van vergelijkbare families. * **Klasse:** Groep van vergelijkbare ordes. * **Stam (Phylum):** Verwantte klassen. * **Rijk:** Verwantte stammen of fila. * **Domein:** Verwantte rijken. ## 2. Belangrijkste groepen micro-organismen ### 2.1 Eukaryoten De vier rijken van eukaryoten, waarvan de eerste drie fylogenetisch coherente groepen vormen: * **Planten** * **Dieren** * **Fungi (Schimmels):** * Belangrijke groep, inclusief gisten voor brood en alcoholproductie. * Veel soorten zijn betrokken bij afbraakprocessen. * Sommige zijn veroorzakers van plantenziekten en dierlijke/menselijke pathogenen. * **Protisten:** * Vormen fylogenetisch geen coherente groep, maar bestaan uit vele ongelijksoortige groepen. ### 2.2 Prokaryoten #### 2.2.1 Bacteriën * **Proteobacteriën:** * Grootste taxonomische groep, gebaseerd op rRNA-studies. * Zeer diverse groep, vaak gram-negatieve staafjes en kokken. * **Voorbeelden van families/geslachten:** * *Enterobacteriaceae* (darmbacteriën): *Escherichia coli* (sommige stammen pathogeen), *Salmonella* (voedselvergiftiging, tyfus), *Shigella* (dysenterie), *Legionella* (legionellose), *Aeromonas* (water, diarree, wondinfecties), *Agrobacterium* (plantenziekteverwekker), *Rhizobium* (stikstofbinding in symbiose). * *Campylobacter*: Veelvoorkomende oorzaak van diarree. * **Spirocheten:** * Fylogenetisch diverse groep met unieke celmorfologie en beweging (via endoflagellen). * Meesten leven in modder, mondholte of darmen; enkelen zijn pathogeen (*Borrelia* species veroorzaken Lyme en relapsing fever). * **Grampositieve bacteriën:** * **Firmicutes (laag G+C gehalte):** * *Bacillus* species (bodembacteriën, ziekteverwekkend zoals miltvuur). * *Staphylococcus aureus* (huidinfecties, longontsteking, voedselvergiftiging). * *Listeria monocytogenes* (voedselvergiftiging, gevaarlijk voor zwangere vrouwen). * *Lactobacillus* (melkzuurbacterie, spijsvertering, fermentatie). * *Lactococcus* (zuivelproductie). * *Enterococcus faecalis* (darmbacterie, ziekenhuisinfecties). * *Streptococcus* (keelontsteking, longontsteking, roodvonk). * *Clostridium botulinum* (produceert botulinetoxine). * *Mycoplasma* (zonder celwand, veroorzaken longontsteking). * **Actinobacteria (hoog G+C gehalte):** * *Bifidobacterium* (darmbacterie, spijsvertering). * *Mycobacterium tuberculosis* (tuberculose). * **Fotosynthetische bacteriën:** * **Paarse en groene bacteriën:** Voeren anoxygene fotosynthese uit (zonder zuurstofproductie). * **Cyanobacteriën:** Voeren zuurstofproducerende fotosynthese uit, belangrijke rol in ecosystemen. Belangrijkste opslagproduct is glycogeen. * **Opmerking:** Blauwwieren zijn cyanobacteriën en horen dus bij de bacteriën, niet bij algen. #### 2.2.2 Archaea * **Celwand:** Niet gemaakt van peptidoglycaan, maar vaak een S-laag (stevige proteïnelaag) met daaronder pseudomureïne en een enkele fosfolipidenlaag. * **Subgroepen:** * **Extreem halofielen:** Leven in zeer zoutrijke omgevingen (bv. Dode Zee). * **Extreem thermofielen/hyperthermofielen:** Leven bij zeer hoge temperaturen (bv. vulkanische bronnen). Vaak ook acidofiel (leven in zure milieus). * **Methanogenen:** Produceren methaan uit $H_2$ en $CO_2$. Belangrijk in afvalwaterzuivering en de microbiota van herkauwers. ### 2.3 Virussen * Geen cellen, dus geen celwand, celmembraan, ribosomen of stofwisseling. * Kunnen zich enkel voortplanten in een gastheer. * Vallen buiten deze classificatie van cellulaire organismen. ### 2.4 Protozoa * Eéncellige heterotrofe eukaryoten. * Meestal beweeglijk en leven in water of andere organismen. * Voorbeelden: amoeben, pantoffeldiertjes. ## 3. Groeivoorwaarden voor prokaryoten ### 3.1 Zuurstofgehalte * **Obligaat aeroob:** Groeit in aanwezigheid van $O_2$. * **Obligaat anaëroob:** Groeit in afwezigheid van $O_2$. * **Facultatief aeroob:** Groeit in beide omstandigheden, maar best in aanwezigheid van $O_2$. * **Micro-aerofiel:** Groeit bij een lage aanwezigheid van $O_2$ (te hoog is toxisch). * **Aerotolerant:** Groeit in beide omstandigheden even goed. ### 3.2 Groeitemperatuur * **Psychrofielen:** $10^\circ C < T < 15^\circ C$ * **Psychrotrofen:** $15^\circ C < T < 30^\circ C$ * **Mesofielen:** $30^\circ C < T < 40^\circ C$ * **Thermofielen:** $50^\circ C < T < 85^\circ C$ * **Hypertermofielen:** $> 85^\circ C$ ### 3.3 Wateractiviteit ($a_w$) * De wateractiviteit ($a_w$) is de hoeveelheid vrij beschikbaar water. * Formule: $a_w = \frac{P_{water\_boven\_eten}}{P_{zuiver\_water}}$, waar $P$ de partiële waterdruk is. * **Osmofiel:** Tolerant voor matige wateractiviteit (vochtig). * **Halofiel:** Groeit bij lage wateractiviteit door hoge zoutconcentraties. * **Xerofiel:** Groeit bij zeer lage wateractiviteit (zeer hoge zoutconcentraties). ### 3.4 pH * **Acidofiel:** Groeit goed bij zure pH. * **Neutrofiel:** Groeit goed bij neutrale pH. * **Alkalifiel:** Groeit goed bij basische pH. ## 4. Groei en metabolisme ### 4.1 Metabolisme * Energie wordt geproduceerd door het omzetten van stoffen, met behulp van een elektronendonor, met als doel ATP-productie. ### 4.2 Groeiopbrengst en groeisnelheid * **Monod-vergelijking:** Beschrijft de relatie tussen de groeisnelheid ($\mu$) en de concentratie van een groeibeperkend substraat ($S$): $$ \mu = \mu_{max} \frac{S}{K_s + S} $$ * $\mu$: groeisnelheid (per uur) * $\mu_{max}$: maximaal bereikbare groeisnelheid * $K_s$: Monod-constante (hoe lager, hoe groter het competitieve voordeel bij lage substraatconcentraties). * **Groeiopbrengst (Yield-coëfficiënt, $Y_s$):** Geeft aan hoeveel biomassa ($X$) er wordt gevormd per eenheid verbruikt substraat ($S$). $$ Y_s = \frac{\Delta X}{\Delta S} $$ * $Y_s$: Yield-coëfficiënt * $X$: Cel drooggewicht aan het begin van de stationaire fase * $X_0$: Cel drooggewicht van het inoculum * $S$: Concentratie limiterend nutriënt * Een hoger $Y_s$ betekent meer biomassa per substraat, wat een competitief voordeel geeft. ### 4.3 Groeimodellen * **Batchcultuur:** Het substraat wordt toegevoegd en het proces verloopt totdat een nutriënt is uitgeput of producten zich ophopen. De groei kent typisch fases: lag, logaritmische, stationaire en doodfase. * **Continu cultuur (Chemostaat):** Constante toevoeging van medium en verwijdering van cultuurvloeistof, waarbij één nutriënt groeibeperkend is. Geschikt voor het onderzoeken van de fysiologie en reactie op veranderingen. ## 5. Identificatiemethoden ### 5.1 Fenotypische methoden * **Morfologie:** Vorm, grootte, aanwezigheid van flagellen, etc. * **Gramkleuring:** Onderscheid tussen gram-positieve en gram-negatieve bacteriën. * **Fysiologische en biochemische testen:** Beoordeling van stofwisselingsactiviteiten (bv. enzymproductie, nutriëntenverbruik). ### 5.2 Genotype-gebaseerde methoden * **PCR (Polymerase Chain Reaction):** Detecteert specifieke DNA-sequenties. Essentieel is het kennen van de specifieke DNA-sequentie van de te onderzoeken bacterie. Vereist specifieke primers en DNA-polymerase. * **MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation – Time Of Flight):** Identificeert micro-organismen op basis van hun eiwitprofiel (voornamelijk ribosomale eiwitten). Geeft genus en species met een score. ### 5.3 Immunologische methoden * Gebruiken antilichamen die binden aan specifieke antigenen op micro-organismen. * **ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay):** Een veelgebruikte methode, met variaties zoals directe, indirecte en sandwich ELISA voor verhoogde specificiteit en gevoeligheid. * **Agglutinatietesten:** Zichtbare klontering wanneer antilichamen aan antigenen binden. Wordt gebruikt voor detectie van o.a. *Salmonella* en E. coli O157. * **Fluorescerende antilichamen:** Antilichamen gelabeld met een fluorescerende stof voor detectie. ### 5.4 Tellen en detectietechnieken * **Turbidimetrie:** Meting van troebelheid, die correleert met de hoeveelheid micro-organismen. Houdt geen onderscheid tussen levende en dode cellen. * **ATP-meting:** Meet de hoeveelheid ATP via de enzymatische reactie met luciferase, wat licht produceert. Een snelle indicator van microbiële activiteit, vaak gebruikt voor oppervlaktehygiëne. * **Telkamers:** Handmatige telling onder de microscoop. Kan onderscheid maken tussen levende en dode cellen met kleuring, maar is tijdrovend. * **Flowcytometrie:** Cellulaire analyse op basis van lasers en detectie van verstrooid licht. Maakt snelle telling en analyse van celkenmerken mogelijk. ## 6. Structuur en classificatie van de cel | Kenmerk | Bacteriën | Fungi (schimmels) | Algen | | :-------------- | :--------------------- | :---------------- | :------------------- | | **Celtype** | Prokaryoot | Eukaryoot | Eukaryoot | | **Celmembraan** | Ja | Ja | Ja | | **Celwand** | Ja (peptidoglycaan) | Ja (chitine) | Ja (cellulose) | | **Beweeglijkheid** | Soms (flagellen) | Nee | Soms (flagellen) | | **Voedingswijze** | Auto- of heterotroof | Heterotroof | Autotroof | | **Ribosomen** | Ja | Ja | Ja | | Type | Energiebron | Koolstofbron | | :-------------- | :--------------------- | :------------------- | | Foto-autotroof | Licht | $CO_2$ | | Foto-heterotroof| Licht | Organische componenten | | Chemo-autotroof/lithotroof | Anorganische componenten | $CO_2$ | | Chemo-heterotroof/organotroof | Organische componenten | Organische componenten | --- # Groeivoorwaarden en metabolisme van bacteriën Hier is de samenvatting voor de groeivoorwaarden en metabolisme van bacteriën, opgesteld als een examenvoorbereidingsdocument: ## 2 Groeivoorwaarden en metabolisme van bacteriën Bacteriën hebben specifieke omgevingsfactoren nodig om te groeien en te overleven, en hun metabolisme bepaalt hoe ze energie verkrijgen en organische stoffen omzetten. ### 2.1 Essentiële groeifactoren voor bacteriën Bacteriële groei wordt sterk beïnvloed door verschillende omgevingsfactoren. #### 2.1.1 Zuurstofgehalte Het zuurstofgehalte van de omgeving is cruciaal voor veel bacteriën. Afhankelijk van hun behoeften aan zuurstof kunnen bacteriën worden ingedeeld in de volgende categorieën: * **Obligaat aeroob:** Vereist zuurstof voor groei. * **Obligaat anaeroob:** Groeit alleen in de afwezigheid van zuurstof; zuurstof is toxisch. * **Facultatief aeroob:** Kan groeien in de aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof, maar groeit het best in aanwezigheid van zuurstof. * **Micro-aerofiel:** Vereist een lage concentratie zuurstof; hogere concentraties zijn toxisch. * **Aerotolerant:** Groeit even goed in de aanwezigheid als in de afwezigheid van zuurstof; zuurstof is niet noodzakelijk maar ook niet toxisch. #### 2.1.2 Temperatuur Elke bacteriesoort heeft een specifiek temperatuurbereik voor optimale groei, met een minimum, optimum en maximum temperatuur. Algemene categorieën op basis van temperatuur zijn: * **Psychrofielen:** Optimaal voor groei bij lage temperaturen, typisch tussen 10 en 15 graden Celsius. * **Psychrotrofen:** Groeien bij gematigde temperaturen, met een optimum tussen 15 en 30 graden Celsius. Ze kunnen ook bij lagere temperaturen (koelkast) overleven en groeien. * **Mesofielen:** Groeien optimaal bij gematigde temperaturen, typisch tussen 30 en 40 graden Celsius. Dit is de meest voorkomende groep, inclusief veel humane pathogenen. * **Termofielen:** Vereisen hogere temperaturen voor groei, typisch tussen 50 en 85 graden Celsius. * **Hypertermofielen:** Groeien optimaal bij zeer hoge temperaturen, boven 85 graden Celsius. #### 2.1.3 Wateractiviteit ($a_w$) Wateractiviteit ($a_w$) is een maat voor de hoeveelheid vrij beschikbaar water in een omgeving, wat essentieel is voor microbiële groei. Het is de partiële waterdruk van de omgeving gedeeld door de partiële waterdruk van zuiver water bij dezelfde temperatuur. $$a_w = \frac{P_{\text{water boven monster}}}{P_{\text{zuiver water}}}$$ * **Optimaal:** Bacteriën groeien het best wanneer de wateractiviteit vergelijkbaar is met die in hun eigen cel, rond 0.98. * **Lage $a_w$:** Bij een lagere wateractiviteit verliest de cel water, verschrompelt en remt de groei. De meeste bacteriën worden geremd onder een $a_w$ van 0.98. Veel ziekteverwekkers die op vlees en vis voorkomen, groeien nog tussen 0.95 en 0.98. * **Specifieke groepen:** * *Staphylococcus aureus* kan groeien tot een $a_w$ van 0.86. * **Osmotiele organismen:** Kunnen groeien bij matige $a_w$ waarden. * **Halofielen:** Vereisen hoge zoutconcentraties (lage $a_w$) voor optimale groei. * **Xerofielen:** Kunnen groeien bij zeer lage wateractiviteit (zeer hoge zoutconcentraties). * Gisten en schimmels kunnen over het algemeen groeien bij lagere $a_w$ waarden dan bacteriën. #### 2.1.4 pH De pH van de omgeving beïnvloedt de enzymactiviteit en celmembraanintegriteit. * **Acidofielen:** Groeien optimaal bij een zure pH. * **Neutrofielen:** Groeien optimaal bij een neutrale pH (rond pH 6-7). De meeste bacteriën vallen in deze categorie. * **Alkalifielen:** Groeien optimaal bij een basische pH. > **Tip:** De meeste voedingsmiddelen hebben een pH rond 6-7, waardoor bacteriële groei hier dominant is voor bederf. Bij lagere pH-waarden (bv. lager dan 4.5) worden de meeste bacteriën geremd, waardoor gisten en schimmels de overhand kunnen krijgen. ### 2.2 Metabolisme vanuit een energetisch oogpunt Het metabolisme van bacteriën is gericht op het verkrijgen van energie, voornamelijk in de vorm van ATP. Dit gebeurt door het omzetten van stoffen, waarbij een elektronendonor wordt gebruikt. De belangrijkste energiebronnen en koolstofbronnen bepalen de metabole classificatie: | Soort | Energiebron | Koolstofbron | | :---------------- | :--------------------- | :--------------------- | | Foto-autotroof | Licht | CO₂ | | Foto-heterotroof | Licht | Organische componenten | | Chemo-autotroof (lithotroof) | Anorganische componenten | CO₂ | | Chemo-heterotroof (organotroof) | Organische componenten | Organische componenten | * **Chemo-organotrofen:** Gebruiken organische verbindingen als zowel energiebron als koolstofbron. Dit is de meest voorkomende groep bacteriën. * **Chemo-lithotrofen:** Gebruiken anorganische verbindingen (zoals H₂, H₂S, NH₄⁺, Fe²⁺) als energiebron en CO₂ als koolstofbron. * **Fototrofen:** Gebruiken licht als energiebron en CO₂ of organische componenten als koolstofbron. ### 2.3 Vergelijking met andere micro-organismen Bacteriën verschillen significant van andere micro-organismen qua structuur en metabolisme. | Eigenschap | Bacteriën | Schimmels (Fungi) | Algen | | :-------------- | :---------------------------------------- | :---------------------------------- | :--------------------------------------- | | Celtype | Prokaryoot | Eukaryoot | Eukaryoot | | Celmembraan | Ja | Ja | Ja | | Celwand | Ja (peptidoglycaan) | Ja (chitine) | Ja (cellulose) | | Beweeglijkheid | Soms (flagellen) | Nee | Soms (flagellen) | | Voedingswijze | Auto- of heterotroof | Heterotroof | Autotroof | | Ribosomen | Ja | Ja | Ja | * **Virussen:** Zijn geen cellen en bezitten geen celwand, celmembraan, ribosomen of eigen metabolisme. Ze kunnen zich alleen voortplanten binnen een gastheercel. * **Blauwwieren (Cyanobacteriën):** Zijn bacteriën en voeren zuurstofproducerende fotosynthese uit. Ze hebben glycogeen als belangrijk opslagproduct. * **Protozoa:** Zijn eencellige heterotrofe eukaryoten, vaak beweeglijk en levend in water of andere organismen (bv. amoeben, pantoffeldiertjes). #### 2.3.1 Groeibeperking en groeiopbrengst De concentratie van nutriënten kan de groeisnelheid en de maximale hoeveelheid biomassa beïnvloeden. * **Monod-vergelijking:** Beschrijft de relatie tussen de groeisnelheid ($\mu$) en de concentratie van een groeibeperkend substraat ($S$): $$\mu = \mu_{\text{max}} \frac{S}{K_s + S}$$ Waar $\mu_{\text{max}}$ de maximale groeisnelheid is en $K_s$ de Monod-constante. Een lage $K_s$ geeft een competitief voordeel bij lage substraatconcentraties. * **Groeiopbrengst (Yield-coëfficiënt, $Y_s$):** $$Y_s = \frac{\Delta X}{\Delta S}$$ Waar $\Delta X$ de toename in cel drooggewicht is en $\Delta S$ de afname in limiterend nutriëntconcentratie. Een hoger $Y_s$ betekent dat er meer biomassa wordt geproduceerd per verbruikte eenheid nutriënt, wat een competitief voordeel oplevert. ### 2.4 Groei onder specifieke omstandigheden Bacteriën kunnen zich aanpassen aan diverse omstandigheden, wat hun verspreiding en rol in ecosystemen beïnvloedt. #### 2.4.1 Bacteriën en pH * **Acidofielen:** Groeien goed bij een zure pH. * **Neutrofielen:** Groeien goed bij een neutrale pH. * **Alkalifielen:** Groeien goed bij een basische pH. #### 2.4.2 Bacteriën en zoutconcentratie * **Halofielen:** Vereisen zout voor groei. * **Extreem halofielen:** Groeien in zeer hoge zoutconcentraties (bv. Dode Zee). #### 2.4.3 Bacteriën en temperatuur * **Extreme thermofielen/hypertermofielen:** Groeien in zeer hete omstandigheden (bv. hydrothermale bronnen). Deze organismen kunnen vaak ook acidofiel zijn. #### 2.4.4 Methanogenen * Deze archaea produceren methaan door de omzetting van H₂ en CO₂. Ze zijn belangrijk in afvalwaterzuivering en de microbiota van herkauwers. #### 2.4.5 Spirocheten * Deze fylogenetisch diverse groep heeft een unieke celmorfologie en beweegt met behulp van endoflagellen. Ze leven vaak in modder, mondholtes of darmen. #### 2.4.6 Grampositieve bacteriën * **Firmicutes:** Laag G+C gehalte. Voorbeelden zijn *Bacillus* spp. (miltvuur), *Staphylococcus aureus* (huidinfecties), *Listeria monocytogenes* (voedselvergiftiging), en *Streptococcus* spp. (keelontsteking). * **Actinobacteria:** Hoog G+C gehalte. Voorbeelden zijn *Bifidobacterium* (darmbacterie) en *Mycobacterium tuberculosis* (tuberculose). #### 2.4.7 Fotosynthetische bacteriën * **Cyanobacteriën:** Voeren zuurstofproducerende fotosynthese uit. * **Paarse en groene bacteriën:** Voeren anoxygene fotosynthese uit (zonder zuurstofproductie). --- # Voedselveiligheid: bederf, infecties en conservering Dit deel behandelt de oorzaken van voedselbederf, het onderscheid tussen voedselinfecties en -vergiftigingen, specifieke pathogenen, en diverse methoden voor voedselconservering. ### 3.1 Voedselbederf Voedselbederf wordt veroorzaakt door een combinatie van micro-organismen (de bederfflora) en wordt beïnvloed door vier factorgroepen: #### 3.1.1 Intrinsieke factoren Dit zijn de fysisch-chemische en structurele eigenschappen van het voedingsmiddel zelf. * **Nutriëntsamenstelling:** De behoefte aan voedingsstoffen varieert sterk per micro-organisme (MO). Vlees is eiwitrijk en koolhydraatarm, wat leidt tot eiwitafbraak (proteolyse) en de productie van geurende stoffen. Fruit is koolhydraatrijk en eiwitarm, wat resulteert in afbraak door zuren en een zure geur. * **Wateractiviteit ($a_w$):** De beschikbaarheid van water is cruciaal voor MO-groei. Een $a_w$-waarde rond de 0.98 is optimaal. Lagere waarden remmen de groei; de meeste pathogenen worden geremd onder 0.95-0.98. *Staphylococcus aureus* kan groeien tot $a_w$ 0.86, terwijl gisten en schimmels nog lagere waarden aankunnen. * **pH:** De meeste voedingsmiddelen hebben een pH tussen 2 en 7, vaak rond 6-7. Bacteriële bederf domineert bij neutrale pH. Zure producten (salades, sauzen, wijn) worden vaker door gisten, schimmels en zuurtolerante bacteriën bedorven. Een pH lager dan 4.5 remt de meeste bacteriën, inclusief *Salmonella* en *Clostridium botulinum*. Melkzuurbacteriën kunnen tot pH 4 groeien. Schimmels en gisten groeien onverminderd bij lagere pH. * **Antimicrobiële bestandsdelen:** Sommige voedingsmiddelen bevatten natuurlijke antimicrobiële stoffen (bv. salicylzuur, benzoëzuur, fenolische verbindingen, tanninen, alkaloïden in planten; lysozymen in eieren; lactoferrine, lysozymen, lactoperoxidase in melk). * **Biologische structuur:** Natuurlijke barrières zoals huid en schil beschermen tegen MO. Na oogst of slacht gaat deze bescherming geleidelijk verloren, waardoor MO toegang krijgen tot het substraat. #### 3.1.2 Proces- en extrinsieke factoren Dit betreft de bewerkingsprocessen (bv. hittebehandeling) en de omstandigheden tijdens bewaring en transport (bv. temperatuur, vochtigheid). Deze factoren beïnvloeden de intrinsieke factoren en dus de houdbaarheid. #### 3.1.3 Impliciete factoren Dit zijn de wederzijdse beïnvloedingen tussen de aanwezige MO. * **Antagonisme:** De ene bacteriesoort remt de andere door competitie om voedingsstoffen of door de productie van antimicrobiële metabolieten (bv. antibiotica, bacteriocines). * **Synergisme:** De ene bacteriesoort produceert metabolieten die als voedingsstof dienen voor een andere bacteriesoort. Het netto-resultaat van deze factoren is een specifieke kolonisatie, waarbij een selectie van MO overblijft die het bederf bepaalt en leidt tot typische bederfpatronen per voedingsmiddel. ### 3.2 Voedselinfecties en voedselvergiftigingen Deze worden veroorzaakt door pathogenen (MO die ziekten veroorzaken). * **Voedselinfectie:** Inname van MO die zich in de darm koloniseren en de darmflora verstoren, leidend tot buikpijn en diarree enkele uren tot dagen na consumptie. * **Voedselvergiftiging:** Inname van een toxine geproduceerd door MO. Deze toxines beïnvloeden biologische reacties in het lichaam, wat leidt tot misselijkheid en braken bij een voldoende hoge concentratie. #### 3.2.1 Onderscheid tussen voedselinfectie en -vergiftiging | Kenmerk | Voedselinfectie | Voedselvergiftiging | | :--------------- | :----------------------------------------------- | :------------------------------------------------- | | Veroorzaakt door | Micro-organisme | Toxines geproduceerd door MO | | Symptomen | Buikpijn, diarree, koorts (enkele uren tot dagen) | Misselijkheid, braken (binnen 6 uur) | | Duur | 1-3 dagen (soms langer) | 1-2 dagen | | Minimum Dosis | Minimale infectieuze dosis (MID) | Minimale toxische dosis (MTD) | #### 3.2.2 Oorzaken die besmetting bevorderen Intensieve veehouderij, import uit landen met lagere hygiënestandaarden, langdurige opslag, bereiding voor grote groepen, en gebrek aan hygiëne in keukens. #### 3.2.3 Voedselpathogene bacteriën en hun ziektebeelden * **Enterotoxigene *E. coli* (ETEC):** Veroorzaakt reizigersdiarree en diarree bij kinderen door productie van enterotoxines. * **Enterohemorragische *E. coli* (EHEC), o.a. *E. coli* O157:H7:** Produceert Shiga-toxine en veroorzaakt ernstige bloederige diarree, buikkrampen en koorts. MID is zeer laag, risicovol voor kinderen en ouderen. Kan leiden tot het Hemolytisch Uremisch Syndroom (HUS). Groeit bij lage pH (4-4.5). * **Enteroaggregatieve *E. coli* (EAEC):** Veroorzaakt langdurige diarree bij kinderen door sterke adhesie met toxines en ontsteking. * **Diffuusadherente *E. coli* (DAEC):** Veroorzaakt diarree bij kinderen (1-5 jaar) door diffuse adhesie in de darm. * **Enteropathogene *E. coli* (EPEC):** Veroorzaakt acute niet-bloederige diarree bij jonge kinderen door beschadiging van microvilli, zonder toxineaanmaak. * **Enteroinvasieve *E. coli* (EIEC):** Veroorzaakt heftige diarree met koorts door invasie in de darmwand, zonder toxineaanmaak. * ***Salmonella*:** Diverse serotypes veroorzaken koorts, buikkrampen en hevige diarree. Bronnen zijn vlees, vis, zuivel en eieren. Lage MID. Kan worden tegengegaan door voldoende verhitting. * ***Campylobacter*:** Veroorzaakt koorts, buikkrampen en diarree, soms met langetermijneffecten zoals verlamming. Groeit optimaal bij 30-45°C. Komt voor in gevogelte, overdracht via kruisbesmetting of onvoldoende verhitting. * ***Listeria monocytogenes*:** Veroorzaakt listeriose, gevaarlijk voor risicogroepen met griepachtige symptomen, kan leiden tot meningitis en spontane abortus. Groeit langzaam bij koelkasttemperaturen (0-45°C). Afgedood door pasteurisatie, maar aanwezig in veel rauwe en kant-en-klare maaltijden. * ***Staphylococcus aureus*:** Veroorzaakt voedselvergiftiging door een hittestabiel toxine. Toxinproductie vanaf 10°C. Vaak drager bij mens en dier (huid, neus, keel). Goede hygiëne en GMP essentieel. Het toxine is hittestabiel en wordt pas vernietigd na 30 minuten op 100°C. * ***Clostridium botulinum*:** Produceert een neurotoxine (botulinetoxine) dat botulisme veroorzaakt: verlamming, moeite met ademhalen, potentieel fataal. Anaerobe endosporenvormer, veelvoorkomend in grond en water. Bron: zelf ingemaakt voedsel, honing bij zuigelingenbotulisme. #### 3.2.4 Overige oorzaken van voedselinfectie/vergiftiging * **Virussen:** Belangrijkste oorzaak van voedselinfecties na bacteriën. Afhankelijk van gastheer voor replicatie. Stabiel buiten gastheer, gevoelig voor >65°C en droogte. Overdracht via fecale besmetting, contact met besmette personen, rioolwater of verontreind water (vooral schaal- en schelpdieren). Verspreiding via hoesten, niezen, water, direct/indirect contact. *Norovirus* (Northwalk-like caliciviruses) veroorzaakt gastro-enteritis met braken, diarree en buikkrampen. Hepatitis A-virus veroorzaakt hepatitis met verlies van eetlust, malaise, koorts, braken en geelzucht. * **Parasieten:** Overdracht via besmet vlees of fecaal verontreind voedsel. * ***Toxoplasma gondii*:** Veroorzaakt toxoplasmose, gevaarlijk voor zwangere vrouwen en hun baby's (spontane abortus, afwijkingen). Gastheer: katachtigen. Overdracht via uitwerpselen of rauw vlees. * ***Taenia* (lintworm):** Nestelt zich in de dunne darm. Overdracht via rauw of onvoldoende gebakken vlees. * **Biogene aminen:** Geproduceerd/afgebroken tijdens metabolisme van planten, dieren en MO. Hoog gehalte kan leiden tot vergiftigingsverschijnselen (misselijkheid, benauwdheid, hartkloppingen). Histamine is een veelvoorkomend biogeen amine, vooral in eiwitrijke producten. * **Mycotoxinen:** Giftige metabolieten geproduceerd door schimmels. Meestal hittestabiel. Bekende voorbeelden: aflatoxine (*Aspergillus flavus*), ochratoxine (*Penicillium*), trichothecenen (*Fusarium*). * **Fycoxinen:** Geproduceerd door algen, opgenomen door schelp- en schaaldieren, kunnen ernstige vergiftigingen veroorzaken bij menselijke consumptie. * **Fytotoxinen:** Natuurlijk voorkomende toxines in planten. * **Bovine spongiforme encephalopathie (BSE):** Gekkekoeienziekte veroorzaakt door prionen (infectieuze eiwitten). Overdracht via consumptie van besmet vlees. Infectieuze eiwitten zijn bestand tegen hitte en desinfectie. ### 3.3 Voedselconservering Voedselconservering verlengt de houdbaarheid door de groei van MO te remmen of te doden, met behoud van kwaliteit. Asepsis (hygiëne) is de eerste stap om contaminatie te voorkomen. #### 3.3.1 Chemische conservering * **Verlaging $a_w$:** Door drogen, zouten of suikers toe te voegen, wordt water onttrokken, wat de groei van MO remt. * **Conserveermiddelen:** Remmen MO-groei en zijn onschadelijk voor de mens (bv. sorbaten, benzoëzuur tegen gisten/schimmels; sulfiet in vruchtensappen/wijnen; nitriet in salami, met risico op nitrosaminen). * **Roken:** Bevat bacteriocide componenten, zorgt voor uitdroging ($a_w$-verlaging) en dodende warmte. * **Gas- en vacuümverpakking:** Verwijderen van zuurstof en vervangen door een geschikt gasmengsel (bv. N₂, CO₂) verlengt de houdbaarheid. #### 3.3.2 Fysische conservering * **Filtratie:** Verlaagt het kiemgetal in vloeibare levensmiddelen. * **Doorstraling:** UV-straling wordt nauwelijks gebruikt. Gammastraling wordt toegepast op kruiden, maar is in Europa beperkt toegestaan vanwege potentiële toxische componenten. * **Temperatuurverlaging:** * **Koelen:** Vertraagt MO-activiteit en -groei. Houdt bederfelijke producten langer vers. *Listeria monocytogenes* kan echter groeien bij koelkasttemperaturen. * **Diepvriezen:** Doodt bacteriën niet, maar wel larven. Vrieskristallen beschadigen celmembranen. * **Temperatuurverhoging:** Denatureert microbiële componenten en doodt MO. * **Pasteuriseren:** Doodt belangrijkste bederfflora en enteropathogenen (bv. LTLT, HTST methoden). * **Steriliseren:** Verwarming op hoge temperatuur (bv. 120°C) voor korte duur. Het 12D-concept (3 min op 121°C) vermindert het aantal sporen met een factor $10^{12}$. #### 3.3.3 Biologische conservering * **Fermentaties:** Gebruik van nuttige MO om voedselproducten te conserveren en nieuwe smaken en geuren te ontwikkelen (zie Industriële Microbiologie). * **Combinatie remmende factoren:** Het combineren van verschillende factoren (bv. $a_w$, pH, temperatuur) heeft een synergetisch effect en is effectiever dan de som van de afzonderlijke effecten. #### 3.3.4 HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point) Een systematisch preventief systeem om voedselveiligheid te garanderen. 1. **Gevarenanalyse:** Identificeren van potentiële microbiële, chemische en fysische gevaren. 2. **Kritische controlepunten (CCP's):** Vaststellen van punten in het proces waar gevaren beheerst kunnen worden. Duidelijke grenswaarden worden ingesteld en continu bewaakt (bv. tijd, temperatuur, pH, $a_w$). ### 3.4 Voedselpathogene micro-organismen: Specifieke pathogenen en hun eigenschappen #### 3.4.1 Bacteriële pathogenen * ***E. coli* (Enterohemorragische *E. coli*, EHEC, met o.a. O157:H7):** Produceert Shiga-toxine, kan ernstige diarree en nierfalen (HUS) veroorzaken. MID is zeer laag. * ***Salmonella*:** Veroorzaakt salmonellose (gastro-enteritis). Overdracht via besmet voedsel (vlees, eieren). Lage MID. * ***Campylobacter*:** Veelvoorkomende oorzaak van diarree, vooral via gevogelte. Vereist specifieke groeiomstandigheden (micro-aerofiel, 30-45°C). * ***Listeria monocytogenes*:** Veroorzaakt listeriose, gevaarlijk voor risicogroepen. Kan groeien bij lage temperaturen (koelkast). * ***Staphylococcus aureus*:** Produceert een hittestabiel toxine dat voedselvergiftiging veroorzaakt. Toxinproductie kan starten vanaf 10°C. * ***Clostridium botulinum*:** Produceert botulinetoxine, wat leidt tot neurologische symptomen en verlamming (botulisme). Anaeroob, vormt endosporen. #### 3.4.2 Virale pathogenen * **Norovirus:** Veroorzaakt gastro-enteritis (braken, diarree). Zeer besmettelijk, lage infectieuze dosis. * **Hepatitis A-virus:** Veroorzaakt leverontsteking. Overdracht via besmet voedsel en water. #### 3.4.3 Parasitaire pathogenen * ***Toxoplasma gondii*:** Veroorzaakt toxoplasmose. Overdracht via kattenuitwerpselen of onvoldoende verhit vlees. Gevaarlijk voor zwangere vrouwen. * ***Taenia* (lintworm):** Overdracht via onvoldoende verhit vlees. #### 3.4.4 Andere oorzaken van voedselgerelateerde aandoeningen * **Biogene aminen:** Zoals histamine, kunnen vergiftigingsverschijnselen veroorzaken, vooral in vis en zuivel. * **Mycotoxinen:** Door schimmels geproduceerde toxines, vaak hittestabiel. * **Fycoxinen:** Geproduceerd door algen, kunnen via schaal- en schelpdieren in de voedselketen terechtkomen. * **BSE (Bovine Spongiforme Encephalopathie):** Prionziekte overgedragen via besmet vlees. ### 3.5 Voedselconserveringsmethoden in detail #### 3.5.1 Chemische conservering * **Verlaging van de wateractiviteit ($a_w$):** * **Drogen:** Verwijderen van water. * **Zouten/Suikers:** Hoge concentraties trekken water aan, waardoor de beschikbare $a_w$ daalt. MO die hier nog tegen kunnen, zijn osmofiel, xerofiel of halofiel. * **Conserveermiddelen:** * **Sorbaten en Benzoëzuur:** Werkzaam tegen gisten en schimmels. * **Sulfiet:** Gebruikt in vruchtensappen en wijnen. * **Nitriet:** Gebruikt in salami, met risico op vorming van kankerverwekkende nitrosaminen. * **Roken:** Combinatie van drogen, hitte en antimicrobiële componenten (fenolen). * **Gasverpakking en vacuümverpakking:** * **MAP (Modified Atmosphere Packaging):** Minder zuurstof, meer CO₂. * **CAP (Controlled Atmosphere Packaging):** Zuivere CO₂-atmosfeer. #### 3.5.2 Fysische conservering * **Temperatuurbehandelingen:** * **Pasteurisatie (bv. LTLT, HTST):** Verwarming om pathogenen en bederf MO te doden. * **Sterilisatie:** Hogere temperaturen voor langere tijd, vaak met een veiligheidsmarge zoals het 12D-concept. * **Koelen:** Vertraagt groei. * **Diepvriezen:** Remt groei, maar doodt MO niet altijd volledig. * **Filtratie:** Verwijdert MO uit vloeistoffen. * **Doorstraling:** Behandeling met ioniserende straling (bv. gammastraling) om MO te doden. #### 3.5.3 Biologische conservering * **Fermentatie:** Gebruik van melkzuurbacteriën, gisten en schimmels om producten te produceren die de groei van andere MO remmen (bv. melkzuur, ethanol, bacteriocines). Dit proces resulteert in de vorming van specifieke smaken en aroma's. ### 3.6 Voedselpathogene virussen en parasieten #### 3.6.1 Virussen * **Norovirus:** Zeer besmettelijk, veroorzaakt gastro-enteritis. Lage infectieuze dosis. * **Hepatitis A:** Veroorzaakt leverontsteking. Overdracht via besmet voedsel en water, vooral schaal- en schelpdieren. #### 3.6.2 Parasieten * ***Toxoplasma gondii*:** Risico voor zwangere vrouwen. Overdracht via kattenuitwerpselen of rauw vlees. * ***Taenia* (lintworm):** Overdracht via rauw of onvoldoende verhit vlees. ### 3.7 Factoren die de groei van micro-organismen beïnvloeden De groei van MO wordt bepaald door de volgende factoren: * **Temperatuur:** MO hebben een optimaal temperatuurbereik. * Psychrofielen: 10-15°C * Psychotrofen: 15-30°C * Mesofielen: 30-40°C * Thermofielen: 50-85°C * Hyperthermofielen: >85°C * **pH:** MO hebben een optimaal pH-bereik. * Acidofielen: Zure pH * Neutrofielen: Neutrale pH * Alkalifielen: Basische pH * **Wateractiviteit ($a_w$):** Zie 3.1.1. * **Zuurstof:** Obligaat aeroob, anaeroob, facultatief aeroob, micro-aerofiel, aerotolerant. ### 3.8 Hygiënische en preventieve maatregelen Naast conservering zijn goede hygiënepraktijken cruciaal: * **Asepsis:** Minimaliseren van initiële besmetting. * **Goede productiepraktijken (GMP):** Procedures om productkwaliteit en -veiligheid te waarborgen. * **Gevarenanalyse en kritische controlepunten (HACCP):** Systematische aanpak om risico's te beheersen. --- # Micro-organismen in de omgeving en hun cyclische functies Dit onderwerp verkent de rol van micro-organismen in diverse ecosystemen zoals bodem, water en lucht, en hun essentiële bijdrage aan biogeochemische cycli en de vorming van biofilms. ### 4.1 Microbiële ecosystemen en hun functies Micro-organismen bewonen specifieke habitats en vervullen ecologische niches binnen levensgemeenschappen. Hun belangrijkste ecologische functie is het recyclen van essentiële elementen. Verschillende groepen micro-organismen zijn aangepast aan specifieke habitats op basis van hun metabolisme, met name de beschikbaarheid van elementaire nutriënten. #### 4.1.1 Belangrijke micro-organismengroepen en hun rol * **Fungi:** Breken organische verbindingen af, voornamelijk in de bodem, en spelen een grote rol in de koolstofcyclus door ontbinding. Ze kunnen anaeroob groeien via fermentatie. * **Algen en Cyanobacteriën:** Zijn fototrofe organismen die $CO_2$ omzetten in organisch materiaal en zuurstof produceren tijdens fotosynthese. Ze vormen een belangrijk deel van plankton in aquatische omgevingen en dragen bij aan de basis van de voedselketen. * **Protozoa:** Zijn heterotrofe, beweeglijke organismen die bacteriële cellen vangen als voedsel. Ze fungeren als ecologische predatoren die bacteriepopulaties reguleren. * **Bacteriën en Archaea:** Sommige soorten beschikken over unieke metabolismen zoals methanogenese en stikstoffixatie, die essentieel zijn voor de koolstof- en stikstofcycli. #### 4.1.2 Biogeochemische cycli Micro-organismen zijn fundamenteel voor het functioneren van biogeochemische cycli op aarde. * **De zuurstofcyclus:** Is nauw verbonden met fotosynthese en ademhaling. Zuurstof wordt geproduceerd door oxygene fotosynthese (cyanobacteriën, algen) en verbruikt door aerobe organismen tijdens ademhaling. Dit vormt een gesloten kringloop met de koolstofcyclus. * **De koolstofcyclus:** Draait om de omzetting van koolstof tussen anorganische ($CO_2$) en organische vormen. Autotrofe organismen (inclusief lithotrofe bacteriën en methanogenen) fixeren $CO_2$, terwijl heterotrofe organismen organisch materiaal afbreken tot $CO_2$ via ademhaling of fermentatie. Lithotrofe bacteriën en archaea dragen bij aan wereldwijde koolstoffixatie, en methanogenen produceren methaan, een krachtig broeikasgas. * **Biologische afbraak (decompositie):** Is een essentieel onderdeel van de koolstofcyclus waarbij organisch materiaal wordt afgebroken tot eenvoudige anorganische stoffen. Schimmels en prokaryoten spelen hierbij een cruciale rol door het afbreken van grote organische polymeren met behulp van extracellulaire enzymen. Vrijwel geen enkele natuurlijke verbinding is ongevoelig voor afbraak door micro-organismen. * **De stikstofcyclus:** Is complex vanwege de vele stikstofvormen. Belangrijke processen zijn: * **Stikstoffixatie:** Omzetting van atmosferische $N_2$ in ammoniak ($NH_3$) door prokaryoten. * **Denitrificatie:** Omzetting van nitraat ($NO_3^-$) naar gasvormige stikstof ($N_2$) door bacteriën in afwezigheid van zuurstof. * **Nitrificatie:** Oxidatie van ammoniak ($NH_3$) tot nitriet ($NO_2^-$) en vervolgens tot nitraat ($NO_3^-$) door gespecialiseerde lithotrofe bacteriën. * **Aminificatie:** Vrijmaking van ammoniak ($NH_3$) tijdens de afbraak van organisch materiaal. * **De zwavelcyclus:** Wordt grotendeels door micro-organismen aangedreven. Zwavel kan worden omgezet tussen geoxideerde (sulfaat, $SO_4^{2-}$) en gereduceerde (waterstofsulfide, $H_2S$) vormen. Bacteriën oxideren $H_2S$ tot zwavel en sulfaat, terwijl andere bacteriën sulfaat gebruiken als elektronenacceptor in anaerobe ademhaling, wat leidt tot de productie van $H_2S$. * **De fosforcyclus:** Is relatief eenvoudig, aangezien fosfor geen gasfase kent. Fosfaat ($PO_4^{3-}$) is essentieel voor DNA, RNA, fosfolipiden en ATP. Het wordt continu gerecycled tussen organismen en hun omgeving. #### 4.1.3 Biofilms Biofilms zijn complexe gemeenschappen van micro-organismen die zich aan oppervlakken hechten en ingebed zijn in een extracellulaire polymere substantie (EPS)-matrix. > **Tip:** Biofilms bieden micro-organismen aanzienlijke voordelen, waaronder verhoogde weerstand tegen antimicrobiële middelen (tot wel 1000 keer sterker dan planktonische cellen), verbeterde nutriëntbeschikbaarheid en de mogelijkheid tot genetische uitwisseling via horizontale genoverdracht (HGT). * **Vorming van biofilms:** * **Model 2002 (niet-oppervlakte-gebonden aggregaten genegeerd):** 1. Reversibele aanhechting 2. Onomkeerbare aanhechting (verhoogde tolerantie tegen antimicrobiële middelen) 3. Eerste rijping (clusters, meervoudige cel-lagen) 4. Tweede rijping (microkolonies) 5. Dispersie (matrix wordt afgebroken, cellen komen vrij) * **Model 2022 (dynamischer overzicht):** 1. Aggregatie & aanhechting (aan elkaar of aan oppervlakken) 2. Groei & accumulatie (uitbreiding door groei en rekrutering) 3. Uiteenvallen & loslaten (cellen verlaten de biofilm als aggregaten of alleenstaand) * **Karakteristieke eigenschappen van biofilm-cellen:** * **Genetische expressie:** Veranderde genexpressie, met opgereguleerde en neerwaarts gereguleerde genen, die cellulaire activiteiten aansturen. Dit kan geanalyseerd worden met technieken zoals SDS-PAGE. * **Gecoördineerd gedrag:** Quorum sensing, waarbij micro-organismen communiceren via signaalmoleculen om hun gedrag te coördineren, wat de bestrijding van biofilms bemoeilijkt. * **Verminderde vatbaarheid voor antimicrobiële stoffen:** De biofilmmatrix beschermt de cellen, waardoor hogere concentraties antimicrobiële middelen nodig zijn. ### 4.2 Micro-organismen in specifieke omgevingen #### 4.2.1 Bodem De bodem is een complex microbieel ecosysteem, gevormd door de verwering van gesteente en organisch materiaal. * **Bodemvorming:** Pioniersorganismen zoals algen en bacteriën zetten organisch materiaal om in koolzuur, wat, in samenwerking met abiotische factoren, scheuren in gesteente creëert. Hierin nestelen pioniersplanten zich, wat leidt tot de vorming van de rhizosfeer en de accumulatie van organisch materiaal na afsterven van de planten. * **Belangrijke bodemmicro-organismen:** * **Bacillus spp. en Pseudomonas spp.:** Zorgen voor biodegradatie, bevorderen plantengroei en bestrijden ziekten. * **Nitrificeerders en N-fixerende stammen:** Cruciaal voor de stikstofcyclus. * **Streptomyces spp.:** Belangrijk voor bio-afbraak, compostvorming en de productie van het antibioticum streptomycine. * **Microbiële bioremediatie:** Het gebruik van micro-organismen om toxische stoffen om te zetten in minder schadelijke producten, bijvoorbeeld bij de afbraak van aardolie of xenobiotica. * **Interactie met planten:** * **Mycorrhizae:** Schimmels die in symbiose met plantenwortels leven en de nutriëntenopname verhogen. * **Agrobacterium:** Kan planten beïnvloeden door het injecteren van het Ti-plasmide, wat tumorgroei veroorzaakt. * **Rhizobium:** Stikstoffixerende bacteriën die in symbiose met plantenwortels leven. #### 4.2.2 Water Aquatische ecosystemen, zowel zoetwater als mariene habitats, zijn rijk aan micro-organismen die essentieel zijn voor fotosynthese en mineralisatie. * **Zoetwatermilieus:** * **Bijdrage van MO:** Fotosynthese en mineralisatie. * **Dominante bacteriën:** Fototrofe organismen (algen, cyanobacteriën in oxische zones; anoxigene fototrofen in anoxische zones). * **Biochemisch zuurstofverbruik (BZV/BOD):** Een maat voor de hoeveelheid organisch materiaal in water die door MO kan worden geoxideerd. Een hoge BOD indiceert veel organisch materiaal en zuurstofverbruik. * **Stratificatie in een meer:** Drie lagen vormen zich op basis van zuurstof- en organisch materiaalconcentratie: 1. **Bovenste laag (organisch materiaal, zuurstof):** Dominantie van cyanobacteriën en aerobe bacteriën. 2. **Middelste laag (organisch materiaal, beperkte zuurstof):** Lithotrofen, methanotrofen, facultatief anaerobe bacteriën. 3. **Onderste laag (organisch materiaal, anaeroob):** Anaerobe ademhalers. Vereist afwezigheid van zuurstof en weinig stroming. * **Stratificatie in een rivier:** Vier zones na lozing van organisch materiaal: 1. **Clean zone:** Veel $O_2$, laag BOD. 2. **Afbraak zone:** Dalende $O_2$, afbraak door facultatief anaerobe organismen. 3. **Septische zone:** Geen $O_2$, afbraak door anaeroben, verhoogde broeikasgasemissie. 4. **Recovery zone:** Herstel na volledige afbraak van organisch materiaal. * **Afvalwaterzuivering:** * **Mechanisch:** Verwijdering van onoplosbare deeltjes en primair slib. * **Verwijdering organisch materiaal (oxisch):** Oxidatiebedden of actief slib systemen (biofilms) gebruiken aerobe bacteriën. * **Verwijdering organisch materiaal (anoxisch):** Langzamer proces met minder slibproductie, omvat hydrolytische, fermentatieve en methanogene fasen. * **Verwijdering N & P:** * **P:** Uitvlokkingszouten of toevoeging van Acinetobacter. * **N:** Nitrificatie (door Nitrosomonas) en denitrificatie (door Nitrobacter). * **Mariene habitats:** * Zeewater is nutrientarm, maar bevat veel micro-organismen. In de fotische zone gebruiken veel bacteriën licht voor energie (via fotosynthese of rhodopsine). * Oceanen dragen significant bij aan de wereldwijde koolstof- en zuurstofproductie. * Kustwateren zijn productiever maar gevoelig voor zuurstofarme omstandigheden bij vervuiling. * Diepzeemicro-organismen zijn aangepast aan lage temperatuur (psychrofiel) en hoge druk (barofiel). #### 4.2.3 Lucht De atmosfeer bevat stofdeeltjes met micro-organismen (bacteriën, schimmels, gisten). Lucht is geen groeimilieu, maar micro-organismen kunnen er tijdelijk overleven en verspreiden. * **Bron:** Meestal afkomstig uit de bodem via stof en aerosolen. * **Belang:** Cruciaal in de voedingsindustrie en laboratoria om contaminatie te voorkomen. * **Verspreiding:** Via aerosolen en druppels. * **Airborne transmissie:** Verdampten druppels met vrij zwevende bacteriën. * **Droplet transmissie:** Grote druppels die neervallen op korte afstand. ### 4.3 Industriële toepassingen van micro-organismen (Witte biotechnologie) Industriële microbiologie, of microbiële biotechnologie, maakt gebruik van micro-organismen voor de productie van waardevolle producten. #### 4.3.1 Metabolieten Micro-organismen produceren metabolieten tijdens of na hun groei. * **Primaire metabolieten:** Essentieel voor het metabolisme en gevormd tijdens de groeifase (bv. ethanol, aminozuren). * **Secundaire metabolieten:** Gevormd na de groeifase, niet essentieel voor groei (bv. antibiotica, enzymen). #### 4.3.2 Industriële fermentatie Grootschalige processen waarbij micro-organismen uit grondstoffen economisch waardevolle producten vormen. * **Vereisten:** Geschikte micro-organismen (snelgroeiend, hoog productievermogen, genetisch stabiel, niet-pathogeen, manipuleerbaar), goedkope grondstoffen, hoog terugwinningsrendement, en verwerkbare afvalstoffen. * **Processen:** * **Batch:** Gesloten systeem; substraat wordt toegevoegd, proces vindt plaats, product wordt geïsoleerd. * **Continu:** Open systeem; continu toevoegen van substraat en verwijderen van cultuurvloeistof. * **Fed-batch:** Tussenvorm, waarbij omstandigheden dynamisch kunnen worden aangepast. * **Geschikte micro-organismen:** Gisten (bv. *Saccharomyces cerevisiae*), bacteriën (bv. melkzuurbacteriën, *Corynebacterium*, *Streptomyces*), fungi (bv. *Aspergillus*, *Penicillium*), archaea. * **Grondstoffen:** Goedkope koolstofbronnen (bv. melasse, wei, cellulose, zetmeel) en stikstofbronnen (bv. eiwithydrolaten, ammoniumzouten). * **Productterugwinning:** Essentieel voor economisch succes. Methoden omvatten celharvesting (voor intracellulaire eiwitten) en broth clarification (voor extracellulaire producten zoals organische zuren). * **Afvalverwerking:** Vaak door micro-organismen zelf, om kosten te reduceren en waardevolle bijproducten terug te winnen. #### 4.3.3 Toepassingen * **Enzymen:** Worden door alle micro-organismen geproduceerd (exo-enzymen breken polymeren af, extremozymen werken onder extreme omstandigheden). Voorbeelden: amylase (bakkerij), protease (wasmiddelen), pectinase (wijn, fruitsap). * **Ethanolproductie:** Gebruikmakend van gisten zoals *Saccharomyces cerevisiae* of *Kluyveromyces fragilis*. Ethanol is een belangrijke biobrandstof. De reactie is $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2$. * **Biopolymeren:** Bioplastics (bv. polymelkzuur) geproduceerd uit hernieuwbare grondstoffen, en polysachariden zoals xanthaangom als verdikkingsmiddel. * **Medische producten:** * **Antibiotica:** Geproduceerd door schimmels en gisten (bv. penicilline door *Penicillium*). Penicilline is een secundair metaboliet. * **Vitaminen:** Soms geproduceerd met behulp van micro-organismen (bv. door *Pseudomonas*-soorten). * **Steroïden:** Geproduceerd via bioconversie/biotransformatie door micro-organismen (bv. hydrocortison door *Rhizopus nigricans*). * **DNA-technologie:** Gisten (*Saccharomyces cerevisiae*) worden gebruikt voor de productie van proteïnen, vaccins en therapeutische stoffen (bv. insuline). * **Voeding:** * **Organische zuren:** Citroenzuur geproduceerd door *Aspergillus niger* als additief. * **Aminozuren:** Glutamaat als smaakversterker (door *Corynebacterium glutamicum*) en aspartaat voor zoetstoffen. * **Volledige micro-organismen als voedsel:** Champignons (*Agaricus bisporus*), gistcellen (*Saccharomyces cerevisiae*) als voedingssupplement of bron van single-cel proteïne. * **Fermentatie van levensmiddelen:** * **Zuivelproductie:** Yoghurt (door *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus*), kaas (door o.a. *Lactococcus lactis*). Andere micro-organismen zoals *Penicillium roqueforti* en *Geotrichum* dragen bij aan specifieke kaassoorten. * **Alcoholische dranken:** Bier (door *Saccharomyces* soorten, soms spontane gisting), wijn (door *Saccharomyces cerevisiae* of *S. ellipsoideus*, met optionele malolactische fermentatie), versterkte wijnen, schuimwijnen. * **Brood:** Rijzen en smaakvorming door *Saccharomyces cerevisiae*. * **Azijn:** Omzetting van ethanol naar azijnzuur door azijnzuurbacteriën (*Acetobacter*, *Gluconobacter*). * **Chocolade en koffie:** Fermentatie van cacaobonen en koffiebonen, waarbij microbiële successie leidt tot de typische smaak en geur. ### 4.4 Technieken voor het tellen en detecteren van micro-organismen Diverse technieken worden gebruikt om de hoeveelheid en aard van micro-organismen te bepalen. #### 4.4.1 Kwantitatieve methoden * **Spreidplaatmethode:** Traditionele methode, nu vaak vervangen door petrifilms. Tijdrovend. * **Turbidimetrie (troebelheidsmeting):** Meet de troebelheid van een cultuur, wat correleert met celconcentratie. Snel, geschikt voor fermentatieprocessen, maar onderscheidt dode en levende cellen niet. Kan gebruikt worden voor ijking. * **ATP-meting:** Gebruikt het enzym luciferase om ATP om te zetten in licht, indicatief voor microbiële activiteit. Snel, geschikt voor het controleren van reinheid van oppervlakken, maar heeft een detectielimiet en kan niet-microbieel ATP meten. * **Telkamers:** Tijdrovend; kleuring vereist om levende van dode cellen te onderscheiden. * **Flowcytometrie:** Telt en analyseert individuele cellen op basis van grootte en interne structuur met behulp van lasers. Vereist een vloeibaar monster. #### 4.4.2 Detectiemethoden (diagnostisch) * **Groeiafhankelijke methoden (biotype):** Isolatie en identificatie via biochemische testen. Tijdrovend en arbeidsintensief, maar flexibel en goedkoop. * **Immunologische methoden (serotype):** Gebruik van antilichamen om antigenen te detecteren. * **Precipitatie/Agglutinatie:** Zichtbare klontering door binding van antilichaam aan antigen (bv. coagulas-test, Salmonella-tests). * **Fluorescente antilichamen:** Gevoeliger; binding leidt tot fluorescentie. * **Immunoassays (bv. ELISA):** Gebruikt enzymen om binding te detecteren en te kwantificeren. Directe, indirecte en sandwich ELISA-varianten bestaan. De sandwich ELISA is specifiek en sensitief, maar arbeidsintensief en tijdrovend. * **RAPID-tests:** Snelle detectie met antilichamen op testplaatjes (bv. voor Salmonella, Listeria). * **DNA-gebaseerde methoden (genotype):** * **PCR (Polymerase Chain Reaction):** Detecteert specifieke DNA-fragmenten. Zeer snel en specifiek, maar gevoelig voor contaminatie en vereist dure apparatuur en reagentia. Resultaten zichtbaar gemaakt via gelelektroforese of fluorescentie. * **MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation – Time Of Flight):** Identificeert micro-organismen op basis van hun eiwitprofiel. Kan genus en species bepalen met hoge nauwkeurigheid op basis van scores. --- # Industriële microbiologie en toepassingen Hier volgt een gedetailleerde samenvatting over industriële microbiologie en toepassingen, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 5. Industriële microbiologie en toepassingen Industriële microbiologie, ook wel microbiële biotechnologie genoemd, omvat de grootschalige toepassing van micro-organismen om economisch waardevolle producten te produceren. ### 5.1 Grondbeginselen van industriële microbiologie #### 5.1.1 Micro-organismen en hun producten Micro-organismen produceren metabolieten, die kunnen worden onderverdeeld in primaire en secundaire metabolieten. * **Primaire metabolieten:** Noodzakelijk voor de groei en reproductie van het micro-organisme. Ze worden gevormd tijdens de groeifase. * **Secundaire metabolieten:** Niet essentieel voor groei en reproductie. Ze worden gevormd na de groei, vaak bij substraatoverschot, in de productiefase. #### 5.1.2 Industriële fermentatie Industriële fermentatie is een grootschalig proces waarbij micro-organismen uit grondstoffen economisch waardevolle producten vormen. **Benodigdheden voor een industrieel fermentatieproces:** * Een micro-organisme dat grootschalig gekweekt kan worden en de gewenste stof in grote hoeveelheden produceert. * Goedkope grondstoffen voor de productie. * Een hoog rendement bij de terugwinning van het product. * Efficiënte verwerking van de ontstane afvalstoffen. #### 5.1.3 Batch- en continuprocessen * **Batchproces:** Substroom wordt in een fermentor gebracht, het proces vindt plaats, waarna het product wordt geïsoleerd. Vroeger de meest gebruikte methode. * **Continuproces:** Substroom wordt continu toegevoegd en het afgewerkte medium met cellen wordt continu verwijderd. Wordt steeds vaker gebruikt. * **Fed-batch proces:** Een tussenvorm waarbij de reactieomstandigheden op elk moment kunnen worden aangepast. #### 5.1.4 Geschikte micro-organismen Noodzakelijke eigenschappen van geschikte micro-organismen zijn: * Reincultuur (slechts één soort micro-organisme). * Genetische stabiliteit (minder productieve mutanten). * Snelle groei en productievorming. * Geen pathogeen zijn of toxische stoffen produceren. * Genetisch manipuleerbaar zijn (ongewenste eigenschappen verwijderen). **Voorbeelden van geschikte micro-organismen:** * **Archaea:** Aanpasbaar aan extreme omstandigheden (hoge/lage pH, hoge temperaturen). * **Bacteriën:** * Melkzuurbacteriën (bijv. *Lactobacillus*, *Lactococcus*) voor zuivelproducten. * *Corynebacterium* voor productie van aminozuren. * *Xanthomonas* voor productie van xanthaangom. * *Streptomyces* voor medisch belangrijke metabolieten (antibiotica). * **Fungi:** * *Aspergillus* voor productie van organische zuren. * *Penicillium* voor productie van penicilline. * **Virussen/fagen:** Biologische bestrijders van insecten. #### 5.1.5 Geschikte C- en N-bronnen Het medium moet alle benodigde nutriënten bevatten. Vaak worden goedkope restproducten uit andere industrieën gebruikt: * **C-bronnen:** Melasse (suikerindustrie), wei (kaasindustrie), doorgedraaid fruit, cellulose, zetmeel. * **N-bronnen:** EW-hydrolaten, ammoniumzouten, stikstofhoudend water uit de maisindustrie. Vaak bevat de koolhydraatbron al voldoende stikstof. #### 5.1.6 Procescondities in de fermentor Voor grootschalige fermentatie zijn essentieel: * Goede menging van stoffen. * Gelijkmatige beluchting. * Temperatuurregeling (verwarmen of koelen). * Voorkomen van schuimvorming. * Continue monitoring van het proces. * Een perfect inoculum. #### 5.1.7 Terugwinning van het product Het economisch succes hangt af van de efficiëntie van productterugwinning uit de procesvloeistof. * **Cell harvesting:** Zuivering van oplosbare intracellulaire eiwitten. De cel moet volledig worden afgebroken, wat leidt tot vrijkomen van DNA (ongewenst in voeding) en lagere terugwinning. * **Broth clarification:** Zuivering van organische zuren uit schimmelkweek. Cellen worden verwijderd zonder ze te beschadigen, wat leidt tot hogere terugwinning. #### 5.1.8 Verwerking van afval en bijproducten De verwerking van afvalstromen is een belangrijke kostenpost en gebeurt vaak met micro-organismen. Het verwijderen van waardevolle bijproducten uit afval kan de kosten reduceren (bijv. eiwitten en koolstofrijke producten uit kaasproductie voor veevoeder). ### 5.2 Toepassingen van industriële microbiologie #### 5.2.1 Industriële producten * **Enzymen:** Worden door elk micro-organisme geproduceerd en blijven vaak in het medium zitten (exo-enzymen). Ze breken onoplosbare polymeren af. Extremozymen zijn enzymen die in extreme omgevingen werken. * **Voorbeelden:** * Amylase (*Aspergillus niger*) voor broodproductie. * Pectinase (*Aspergillus niger*) voor wijn en fruitsap. * Protease (*Bacillus*) voor wasmiddelen. * **Ethanol:** Een belangrijk microbiologisch proces dat vooral gebruik maakt van *Saccharomyces cerevisiae*. Het is wereldwijd de belangrijkste biobrandstof. * Reactie: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2$ * **Biopolymeren:** * **Bioplastics:** Geproduceerd uit hernieuwbare grondstoffen en/of biologisch afbreekbaar. Voorbeelden zijn polymelkzuur (PLA) uit melkzuur, en polysachariden zoals xanthaangom (*Xanthomonas campestris*), gebruikt als verdikkingsmiddel. * **Medische producten:** * **Antibiotica:** De belangrijkste industrieel geproduceerde microbiële producten die ongewenste micro-organismen remmen of doden. Meestal geproduceerd door schimmels of gisten. * Voorbeeld: Penicilline (*Penicillium*), een secundair metaboliet dat voornamelijk wordt geproduceerd na celgroei, vooral bij een langzame koolstofbron en beperkte stikstof. * **Vitaminen:** Groeifactoren die als supplement worden toegevoegd. Sommige worden via chemische synthese geproduceerd, bij andere (bijv. door *Pseudomonas* soorten) worden micro-organismen ingezet omdat de synthese te duur is. * **Productie van steroïden (bioconversie/biotransformatie):** Micro-organismen worden ingezet als biokatalysator. * Voorbeeld: Fungus *Rhizopus nigricans* voor productie van (hydro)cortison. * **DNA-technologie:** Gisten (*Saccharomyces cerevisiae*) worden gebruikt voor de productie van belangrijke proteïnen zoals vaccins, diagnostica en therapeutische stoffen (bijv. insuline). * **Voeding:** * **Organische zuren:** * Citroenzuur: Geproduceerd door fermentatie met *Aspergillus niger*. Sporenelementen (Fe, Mn) worden gelimiteerd, wat de groei stopt en de accumulatie van citroenzuur bevordert (secundair metaboliet). * **Aminozuren:** Gebruikt als supplement of startmateriaal. * Voorbeeld: Glutamaat (*Corynebacterium glutamicum*) als smaakversterker (Natriumglutamaat, E621). * Voorbeeld: Aspartaat voor de productie van aspartaam (kunstmatige zoetstof). * **Volledig micro-organismen als voedsel:** * Champignons (*Agaricus bisporus*): Gekweekt op organisch materiaal, geïnoculeerd met schimmelcultuur. * Gist (*Saccharomyces cerevisiae*): Gebruikt als voedingssupplement, bron van single-cel proteïne, en als veevoeder. Productie van gistcellen is aeroob, alcoholische fermentatie is anaeroob. * **Fermentatie van levensmiddelen:** Een traditionele methode voor conservering, die ook nieuwe geuren en smaken creëert. * **Melkzuurfermentatie:** Vorming van melkzuur door bacteriën. * **Homo-lactisch:** Produceert enkel melkzuur. * **Hetero-lactisch:** Produceert melkzuur en ethanol. * **Zuivelproductie:** * Yoghurt: Gemaakt met *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus*. Lactose wordt omgezet in melkzuur, wat de pH doet dalen en de melkstructuur verandert. De bacteriën stimuleren elkaars groei. * Kaas: Ontstaat door melkzuurfermentatie. Starterculturen (vaak *Lactococcus lactis* subspecies) zorgen voor eiwitcoagulatie en wrongelvorming. Tijdens rijping kunnen andere micro-organismen (bijv. *Penicillium roqueforti*, *Brevibacterium linens*) bijdragen aan smaak, structuur en kleur. * **Alcoholische dranken:** * Bier: Geproduceerd uit granen (gerst, tarwe). Gisting door *Saccharomyces* soorten. Spontane gisting is ook mogelijk (bijv. Geuze). * Wijn: Geproduceerd uit druiven. Alcoholische gisting door *Saccharomyces* soorten. Vaak gevolgd door malolactische fermentatie door bacteriën. "Edelrot" door *Botrytis cinerea* verhoogt suikerconcentratie. * Champagne/schuimwijnen: Tweede gisting op de fles zorgt voor koolzuur. * **Brood:** *Saccharomyces cerevisiae* zorgt voor rijzing door CO₂-productie. Ethanol en andere fermentatieproducten dragen bij aan de smaak. * **Azijn:** Omzetting van ethanol naar azijnzuur door azijnzuurbacteriën (*Acetobacter*, *Gluconobacter*). Vereist sterke beluchting. * **Chocolade en koffie:** Fermentatie van cacaobonen en koffiebonen door micro-organismen uit de omgeving, wat bijdraagt aan de typische kleur en smaak. Dit is een voorbeeld van microbiële successie. ### 5.3 Microbiële productie van metabolieten, enzymen en biopolymeren #### 5.3.1 Productie van metabolieten * **Ethanol:** Geproduceerd door gisten (*Saccharomyces cerevisiae*) via anaerobe fermentatie van suikers. De reactie is: $$ C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 $$ * **Organische zuren:** * Citroenzuur wordt geproduceerd door *Aspergillus niger* in een proces waar sporenelementen (ijzer, mangaan) gelimiteerd worden om de groei te stoppen en de citroenzuurproductie te maximaliseren. Het citroenzuur wordt uitgescheiden, wat de pH verlaagt. * **Aminozuren:** * Glutamaat wordt geproduceerd door *Corynebacterium glutamicum* en gebruikt als smaakversterker (E621). * Aspartaat wordt gebruikt voor de productie van aspartaam. #### 5.3.2 Productie van enzymen Enzymen worden grootschalig geproduceerd door verschillende micro-organismen en hebben brede toepassingen in o.a. de voedingsindustrie en de productie van wasmiddelen. * **Voorbeelden:** * *Aspergillus niger* produceert amylase (voor brood) en pectinase (voor wijn/fruitsap). * *Saccharomyces cerevisiae* produceert saccharase (voor voeding). * *Bacillus* soorten produceren protease (voor wasmiddelen). #### 5.3.3 Productie van biopolymeren Biopolymeren, zoals bioplastics, worden geproduceerd uit hernieuwbare bronnen en/of zijn biologisch afbreekbaar. * **Polymelkzuur (PLA):** Een polyester verkregen uit de polymerisatie van melkzuur, een bijproduct van microbiële fermentatie. * **Polysachariden:** * Xanthaangom: Geproduceerd door *Xanthomonas campestris* en gebruikt als verdikkingsmiddel en viscositeitsverhoger. ### 5.4 Toepassingen in de medische sector * **Antibiotica:** Veel antibiotica, zoals penicilline (*Penicillium*), worden industrieel geproduceerd door micro-organismen. * **Vaccins en therapeutische stoffen:** Gisten (*Saccharomyces cerevisiae*) worden gebruikt voor de productie van recombinante proteïnen voor medische toepassingen. * **Bioconversie/Biotransformatie:** Micro-organismen worden ingezet om specifieke chemische transformaties uit te voeren, bijvoorbeeld bij de productie van steroïdhormonen zoals (hydro)cortison met behulp van *Rhizopus nigricans*. ### 5.5 Toepassingen in de voeding * **Zuivelproductie:** De fermentatie van melk door melkzuurbacteriën leidt tot producten zoals yoghurt en kaas. * **Alcoholische dranken:** De productie van bier, wijn en andere alcoholische dranken is gebaseerd op de fermentatie van suikers door gisten. * **Brood:** De rijzing van brood wordt veroorzaakt door CO₂-productie van gist (*Saccharomyces cerevisiae*) tijdens de fermentatie van deeg. * **Andere voedingsmiddelen:** Fermentatie speelt een rol bij de productie van azijn, chocolade, koffie en diverse andere producten, waarbij specifieke micro-organismen worden ingezet voor smaak-, geur- en textuurvorming. ### 5.6 Toepassingen in de verwerking van afvalstoffen Micro-organismen worden gebruikt in afvalwaterzuiveringsprocessen om organisch materiaal en nutriënten af te breken en te verwijderen. Dit draagt bij aan de circulaire economie door het omzetten van afvalstromen naar minder schadelijke eindproducten. Bioremediatie, het afbreken van toxische stoffen door micro-organismen, is een belangrijk toepassingsgebied voor milieu­zuivering. --- # Detectie- en teltechnieken voor micro-organismen Dit gedeelte behandelt de detectie- en teltechnieken voor micro-organismen, waaronder zowel traditionele als moderne methoden, en hun toepassing in verschillende domeinen. ## 6 Detectie- en teltechnieken voor micro-organismen Het nauwkeurig detecteren en tellen van micro-organismen is essentieel voor kwaliteitscontrole, veiligheid en onderzoek in diverse sectoren, zoals de voedingsmiddelenindustrie, milieuanalyse en medische diagnostiek. Een breed scala aan methoden is ontwikkeld, variërend van visuele en turbidimetrische technieken tot geavanceerde moleculaire en immunologische benaderingen. ### 6.1 Kwantitatieve en kwalitatieve detectiemethoden Het bepalen van de aanwezigheid en hoeveelheid micro-organismen kan op verschillende manieren gebeuren, elk met zijn eigen voor- en nadelen wat betreft snelheid, gevoeligheid, specificiteit en kosten. #### 6.1.1 Turbidimetrie Turbidimetrie meet de troebelheid van een vloeibaar medium, wat een indicatie geeft van de celconcentratie. Wanneer micro-organismen groeien, neemt de troebelheid van het medium toe door lichtverstrooiing. * **Principe:** Een lichtstraal wordt door het monster gestuurd en de hoeveelheid doorgelaten of verstrooide licht wordt gemeten. Een hogere troebelheid duidt op een hogere celconcentratie. * **Toepassing:** Vaak gebruikt in fermentatieprocessen om de groei van culturen te volgen. Voor jonge culturen kan een ijklijn worden opgesteld door de absorptie te relateren aan bekende celconcentraties, waarna de concentratie van onbekende monsters kan worden bepaald. * **Nadelen:** * Kan geen onderscheid maken tussen levende en dode cellen. * De stijging van de troebelheid vlakt af in de stationaire groeifase. #### 6.1.2 ATP-meting Adenosinetrifosfaat (ATP) is een universele energiedrager in levende cellen. De hoeveelheid ATP in een monster kan een snelle indicatie geven van de microbiële activiteit en besmetting. * **Principe:** Een monster wordt geanalyseerd met behulp van het enzym luciferase, dat ATP omzet in licht. De intensiteit van het geproduceerde licht is evenredig met de hoeveelheid ATP. * **Toepassing:** Geschikt voor snelle metingen van microbiële contaminatie op oppervlakken, bijvoorbeeld na reinigingsprocessen in de voedingsindustrie. * **Nadelen:** * Heeft een detectielimiet. * Meet ook niet-microbieel ATP, wat tot overschatting kan leiden. #### 6.1.3 Flowcytometrie Flowcytometrie is een techniek die individuele cellen analyseert terwijl ze door een vloeistofstraal stromen. * **Principe:** Cellen worden geïsoleerd en individueel gemeten met behulp van lasers. Voorwaartse lichtverstrooiing correleert met de grootte van de cel, terwijl zijwaartse lichtverstrooiing informatie geeft over de interne structuur. Cellen kunnen ook worden gemarkeerd met fluorescentie-eiwitten of -kleurstoffen om specifieke eigenschappen te meten. * **Toepassing:** Maakt snelle telling en karakterisering van individuele cellen mogelijk in een vloeibaar monster. Kan gebruikt worden voor diagnostische bepalingen. * **Vereisten:** Vereist een vloeibaar monster. #### 6.1.4 Traditionele tellingstechnieken * **Spreidplaatmethode (Spread Plate Method):** Hoewel minder gebruikt in industriële toepassingen ten gunste van efficiëntere methoden zoals Petrifilm, omvat deze techniek het opzetten van een verdunningsreeks van het monster, waarna een kleine hoeveelheid op een agarplaat wordt verspreid. Na incubatie worden de gevormde kolonies geteld. * **Telkamers:** Deze methode is tijdrovend en vereist vaak aanvullende kleuringen om onderscheid te maken tussen levende en dode cellen. ### 6.2 Moleculair-biologische technieken Moleculaire technieken maken gebruik van genetisch materiaal (DNA of RNA) om micro-organismen te detecteren en identificeren, wat een hoge specificiteit en gevoeligheid biedt. #### 6.2.1 PCR (Polymerase Chain Reaction) PCR is een methode om specifieke DNA-fragmenten te amplificeren, waardoor zelfs zeer lage hoeveelheden DNA gedetecteerd kunnen worden. * **Principe:** Met behulp van specifieke primers die binden aan een doel-DNA-sequentie, wordt het DNA herhaaldelijk vermenigvuldigd in cycli van denaturatie, primerbinding en elongatie door DNA-polymerase. * **Toepassing:** Detectie van specifieke bacteriën (bijvoorbeeld *E. coli* O157:H7), virussen en parasieten. Kan ook worden gebruikt voor kwantificering (qPCR). * **Voordelen:** Zeer snel en specifiek. * **Nadelen:** * Gevoelig voor contaminatie. * Vereist dure apparatuur en reagentia. * Het detecteren van het geamplificeerde DNA kan gebeuren via gel-elektroforese of fluorescente reporters. #### 6.2.2 MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation – Time Of Flight) MALDI-TOF MS analyseert de eiwitsamenstelling van micro-organismen, met name ribosomale eiwitten, om ze te identificeren. * **Principe:** Het monster wordt gemengd met een matrix en bestraald met een laser. De matrix absorbeert de energie en desorbeert/ioniseert de celcomponenten, waaronder eiwitten. Deze geladen moleculen worden vervolgens door een elektromagnetisch veld versneld en hun vliegsnelheid (Time Of Flight) naar een detector wordt gemeten. Deze snelheid is afhankelijk van de massa-ladingverhouding. * **Toepassing:** Kwalitatieve en kwantitatieve identificatie van bacteriën op genus- en soortniveau. * **Voordelen:** Snel, nauwkeurig en vereist relatief weinig monsterbereiding. * **Interpretatie:** Scores worden toegekend op basis van de match met een referentiedatabase: * Score > 2.1: Betrouwbare identificatie op genus- en soortniveau. * Score 1.8 - 2.1: Identificatie op genusniveau, soortidentificatie onzeker. * Score < 1.8: Identificatie onzeker. ### 6.3 Immunologische methoden Immunologische methoden maken gebruik van de interactie tussen antigenen (op micro-organismen) en antilichamen (specifiek voor die antigenen) om de aanwezigheid van micro-organismen aan te tonen. * **Principe:** Antilichamen worden gebruikt om specifieke antigenen op of in micro-organismen te detecteren. Dit kan leiden tot zichtbare reacties zoals agglutinatie of het vrijkomen van een kleurstof/fluorescentie. * **Toepassing:** Detectie van specifieke bacteriën zoals *Salmonella*, *E. coli* O157, en *Listeria*. #### 6.3.1 ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) ELISA is een veelgebruikte immunologische techniek die enzymen koppelt aan antilichamen om een detecteerbaar signaal te genereren. * **Directe ELISA:** Het monster (met antigenen) wordt op een drager geplaatst, waarna een enzym-gelabeld antilichaam wordt toegevoegd. Na incubatie en wassen wordt een substraat toegevoegd dat door het enzym wordt omgezet in een kleurproduct. De intensiteit van de kleur is een maat voor de hoeveelheid antigen. * **Indirecte ELISA:** Eerst bindt een antilichaam aan het antigen in het monster. Vervolgens wordt een secundair, enzym-gelabeld antilichaam toegevoegd dat bindt aan het eerste antilichaam. Dit wordt gevolgd door substraattoevoeging en kleuring. * **Sandwich ELISA:** Een antilichaam wordt eerst aan de drager gebonden (coating). Het monster wordt toegevoegd; alleen als het corresponderende antigen aanwezig is, bindt het aan het gecoate antilichaam. Vervolgens wordt een tweede, enzym-gelabeld antilichaam toegevoegd dat bindt aan een ander epitop op het antigen, of een detectie-antilichaam dat bindt aan het eerst gebonden antilichaam. Dit principe verhoogt de specificiteit en gevoeligheid. * **Voordelen:** Hoge sensitiviteit en specificiteit, kan voor kwantificering worden gebruikt. * **Nadelen:** Kan tijdrovend zijn en vereist nauwkeurigheid bij de pipettering. Vals-positieve resultaten kunnen optreden bij directe ELISA. #### 6.3.2 RAPID tests Dit zijn snelle immunologische tests, vaak in de vorm van teststrips, die een resultaat geven binnen enkele minuten. * **Principe:** Vergelijkbaar met ELISA, maar met een visueel waarneembare kleuring (streepjes) die optreedt wanneer het doelantigeen aanwezig is en bindt aan geïmmobiliseerde antilichamen. * **Toepassing:** Snelle detectie van specifieke pathogenen zoals *Salmonella*, *Clostridium* en *Listeria*. ### 6.4 Overige detectietechnieken #### 6.4.1 Celtypering (Biotype / Serotype) * **Biotype:** Gebaseerd op biochemische en fysiologische eigenschappen. Vereist grondige kennis van de mechanismen en is vaak arbeidsintensief en tijdrovend, maar ook kosteneffectief. * **Serotype:** Gebaseerd op de detectie van antigenen met behulp van antilichamen. Methoden zoals precipitatie en agglutinatie worden gebruikt. Fluorescente antilichamen zijn gevoeliger dan klontermethoden. De coagulase-test wordt bijvoorbeeld gebruikt voor *Staphylococcus aureus*. Agglutinatietesten zijn specifiek voor de detectie van *Salmonella* en gevaarlijke *E. coli* stammen (O157). #### 6.4.2 Automatische analyseapparatuur * **Celverwijdering/zuivering:** Bij de terugwinning van producten uit fermentatievloeistoffen, zoals oplosbare intracellulaire eiwitten (cell harvesting) of organische zuren (broth clarification), is het scheiden van de cellen essentieel. Dit kan door celdelipidatie of door de cellen heel te houden, wat een hogere zuiverheid en terugwinning kan opleveren. * **Chemostaten:** Worden gebruikt voor continue fermentatieprocessen waarbij de groeisnelheid van micro-organismen constant wordt gehouden door gecontroleerde toevoer van voedingsmedium en verwijdering van cultuurvloeistof. Dit is waardevol voor het onderzoeken van microbiële fysiologie en reactie op omgevingsveranderingen. ### 6.5 Categorieën van micro-organismen en hun energie-/koolstofbronnen Micro-organismen kunnen worden geclassificeerd op basis van hun energiebron (licht of chemische verbindingen) en hun koolstofbron (CO2 of organische verbindingen). | Soort | Energiebron | Koolstofbron | | :-------------- | :----------------------- | :---------------------- | | Foto-autotroof | Licht | CO2 | | Foto-heterotroof| Licht | Organische componenten | | Chemo-autotroof | Anorganische componenten | CO2 | | Chemo-heterotroof | Organische componenten | Organische componenten | ### 6.6 Vergelijking van celtypen Een overzicht van de verschillen tussen bacteriën, schimmels en algen op cellulair niveau. | Kenmerk | Bacteriën | Schimmels | Algen | | :-------------- | :---------------------- | :-------------------- | :---------------------- | | Celtype | Prokaryoot | Eukaryoot | Eukaryoot | | Celmembraan | Ja | Ja | Ja | | Celwand | Ja (peptidoglycaan) | Ja (chitine) | Ja (cellulose) | | Beweeglijkheid | Soms (flagellen) | Nee | Soms (flagellen) | | Voedingswijze | Auto- of heterotroof | Heterotroof | Autotroof | | Ribosomen | Ja | Ja | Ja | ### 6.7 Verschillen tussen voedselinfectie en voedselvergiftiging Een tabel die de belangrijkste verschillen tussen voedselinfecties en voedselvergiftigingen samenvat. | Kenmerk | Voedselinfectie | Voedselvergiftiging | | :------------------ | :------------------------------------ | :------------------------------------ | | Veroorzaakt door | Micro-organisme | Toxines | | Verschijnselen na | 6-8 uur tot enkele dagen | Binnen 6 uur | | Symptomen | Buikpijn, diarree, koorts | Misselijkheid, overgeven | | Duur ziekte | 1-3 dagen (soms langer) | 1-2 dagen | ### 6.8 *E. coli* pathotypen Een overzicht van verschillende pathogene stammen van *Escherichia coli* (E. coli), hun kenmerken en de veroorzaakte ziektebeelden. | Type | Volledige naam | Ziektebeeld | Type | Mechanisme | | :------ | :------------------------------------ | :--------------------------------------------------------- | :------------------ | :--------------------------------------------------------------------------- | | ETEC | Enterotoxigene *E. coli* | Reizigersdiarree, diarree bij kinderen (ontwikkelingslanden) | Infectie met toxines | Produceert enterotoxine | | EHEC | Enterohemorragische *E. coli* | Bloederige diarree, buikkrampen, koorts (bv. O157) | Infectie met toxines | Produceert Shiga-toxine | | EAEC | Enteroaggregatieve *E. coli* | Langdurige diarree (kinderen) | Infectie | Sterke adhesie met toxines en ontsteking | | DAEC | Diffuusadherente *E. coli* | Diarree (kinderen 1-5 jaar) | Infectie | Diffuse adhesie in darm | | EPEC | Enteropathogene *E. coli* | Acute niet-bloederige diarree (kinderen < 2 jaar) | Infectie (geen toxine) | Beschadigt microvilli | | EIEC | Enteroinvasieve *E. coli* | Heftige diarree met koorts | Infectie (geen toxine) | Invasie in darmwand | ### 6.9 Virale en parasitaire pathogenen Belangrijke virussen en parasieten die via voedsel kunnen worden overgedragen en ziekte veroorzaken. | Virus/Parasiet | Veroorzaakt | Symptomen | Incubatietijd | | :------------------------- | :---------------------------------------------- | :--------------------------------------------------------------- | :-------------- | | Norovirus (NVL's) | Gastro-enteritis (ontsteking maag/darmen) | Braken, diarree, buikkrampen | 36 uur | | Hepatitis A-virus | Hepatitis | Verlies eetlust, malaise, koorts, braken, geelzucht | 3-6 weken | | *Toxoplasma gondii* (parasiet) | Toxoplasmose | Griepachtige symptomen; gevaarlijk voor zwangeren en ongeborenen | 5-20 dagen | | *Taenia* (lintworm) | Lintworminfectie | Afhankelijk van locatie; vaak mild of asymptomatisch | Weken tot maanden | ### 6.10 Mycotoxinen Giftige stoffen geproduceerd door schimmels die in voedsel kunnen voorkomen. | Schimmel | Mycotoxine | Ziekte | Aangetoond in | | :-------------------- | :----------- | :------------------ | :------------------------------------------- | | *Aspergillus flavus* | Aflatoxine | Levercirrose | Noten, melk, veevoer, granen | | *Penicillium* species | Ochratoxine | Schade lever/nieren | Granen, wijn, koffie | | *Fusarium* | Trichothecenen | Maag-darmklachten | Granen, mais, noten | ### 6.11 Biotechnologische toepassingen van micro-organismen Micro-organismen produceren diverse waardevolle stoffen die in de industrie worden toegepast. #### 6.11.1 Enzymen Micro-organismen zijn een belangrijke bron voor de productie van enzymen die worden gebruikt in diverse industriële processen. | Producent | Enzym | Toepassing | | :------------------ | :---------------------------------- | :-------------------------------------------- | | *Aspergillus niger* | Amylase (zetmeelafbraak) | Bakkerij (brood) | | | Pectinase (celwand afbraak fruit) | Wijn, fruitsap | | *Saccharomyces cerevisiae* | Saccharase (suikerafbraak) | Voeding (bv. snoep) | | *Bacillus* species | Protease (eiwitafbraak) | Wasmiddelen | #### 6.11.2 Biopolymeren Biopolymeren, zoals bioplastics en polysachariden, worden geproduceerd door micro-organismen en vinden toepassing in verpakkingen en als verdikkingsmiddelen. * **Polymelkzuur:** Een bioplastic verkregen uit melkzuur (een bijproduct van microbiële fermentatie). * **Xanthaangom:** Een polysacharide geproduceerd door *Xanthomonas campestris*, gebruikt als verdikkingsmiddel in voeding. #### 6.11.3 Medische producten Veel essentiële medicijnen worden door of met behulp van micro-organismen geproduceerd. * **Antibiotica:** Geproduceerd door schimmels (bv. *Penicillium* voor penicilline) en bacteriën. Penicilline is een secundair metaboliet, waarvan de productie wordt gestimuleerd onder specifieke groeiomstandigheden (bv. trage koolstofbron). * **Vitaminen:** Sommige vitaminen worden met behulp van micro-organismen geproduceerd vanwege de complexiteit of kostprijs van chemische synthese. * **Steroïden:** Micro-organismen fungeren als biokatalysatoren in de synthese van steroïdhormonen (bv. cortison met *Rhizopus nigricans*). * **DNA-technologie:** Gisten zoals *Saccharomyces cerevisiae* worden gebruikt voor de productie van therapeutische eiwitten, vaccins en diagnostica, zoals insuline. #### 6.11.4 Voeding Micro-organismen spelen een cruciale rol bij de productie van diverse voedingsmiddelen en ingrediënten. * **Organische zuren:** Citroenzuur wordt geproduceerd door *Aspergillus niger* via fermentatie. * **Aminozuren:** Glutamaat wordt geproduceerd door *Corynebacterium glutamicum* en gebruikt als smaakversterker (E621). Aspartaat is een voorloper voor de zoetstof aspartaam. * **Volledige micro-organismen als voedsel:** Champignons (*Agaricus bisporus*) worden gekweekt op organische substraten. Gistcellen (*Saccharomyces cerevisiae*) worden gebruikt als voedingssupplement en bron van single-cell proteïne. * **Voedselfermentatie:** Producten zoals yoghurt, kaas, bier, wijn, brood en azijn worden verkregen door microbiële fermentatie. Bij deze processen zetten micro-organismen suikers om in zuren, alcoholen en aroma's, wat bijdraagt aan conservering, smaak en textuur. * **Yoghurt:** Geproduceerd door *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus* die lactose omzetten in melkzuur. * **Kaas:** Ontstaat door melkzuurfermentatie die eiwitcoagulatie veroorzaakt. Verschillende bacteriën en schimmels dragen bij aan de diversiteit van kaassoorten. * **Bier en wijn:** Alcoholische fermentatie door gisten (voornamelijk *Saccharomyces* soorten). * **Brood:** Rijzen door CO2-productie van gist (*Saccharomyces cerevisiae*). * **Azijn:** Geproduceerd door azijnzuurbacteriën (bv. *Acetobacter*) die ethanol omzetten in azijnzuur. * **Chocolade en koffie:** Fermentatieprocessen zijn essentieel voor de ontwikkeling van smaak en kleur. --- ## 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 | |------|------------| | Prokaryoot | Een celtype dat geen echte celkern bezit en waarvan het genetische materiaal los in het cytoplasma zweeft. Prokaryoten omvatten bacteriën en archaea. | | Eukaryoot | Een celtype dat wel een echte celkern bevat, waarin het genetische materiaal is opgeslagen, en andere organellen zoals mitochondriën en chloroplasten. | | rRNA | Ribosomaal RNA, een molecuul dat een essentieel onderdeel vormt van ribosomen, de celonderdelen die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese. rRNA-sequenties worden vaak gebruikt voor fylogenetische analyses. | | Taxonomische hiërarchie | Een hiërarchisch classificatiesysteem dat organismen rangschikt op basis van hun evolutionaire verwantschap en gedeelde kenmerken, van breed naar specifiek (bv. Domein, Rijk, Stam, Klasse, Orde, Familie, Geslacht, Soort). | | Fenotypische kenmerken | Waarneembare eigenschappen van een organisme, zoals morfologie, gramkleuring, beweeglijkheid of fysiologische processen zoals fotosynthese of anaërobiose. | | Genotype | Het genetische materiaal van een organisme, bestaande uit DNA. Dit bepaalt de erfelijke eigenschappen van het organisme. | | Habitat | De natuurlijke omgeving of plaats waar een organisme leeft en zijn ecologische rol vervult. | | Niche | De specifieke functie of rol die een organisme binnen een ecosysteem vervult, inclusief zijn interacties met andere organismen en de omgeving. | | Wateractiviteit (aw) | De hoeveelheid beschikbaar water in een voedingsmiddel die micro-organismen nodig hebben om te groeien. Het is een maat voor de waterbeschikbaarheid, niet simpelweg het watergehalte. | | pH | Een maat voor de zuurgraad of alkaliteit van een oplossing. De pH beïnvloedt de groei en activiteit van micro-organismen sterk. | | Facultatief anaëroob | Een organisme dat zowel in de aanwezigheid van zuurstof als in de afwezigheid daarvan kan groeien, hoewel de groei in aanwezigheid van zuurstof vaak optimaal is. | | Obligaat anaëroob | Een organisme dat alleen kan groeien in de volledige afwezigheid van zuurstof. Zuurstof is toxisch voor deze organismen. | | Obligaat aeroob | Een organisme dat uitsluitend kan groeien in de aanwezigheid van zuurstof. | | Facultatief aeroob | Een organisme dat kan groeien met of zonder zuurstof, maar de voorkeur geeft aan zuurstofrijke omstandigheden. | | Micro-aerofiel | Een organisme dat groeit bij lage zuurstofconcentraties, maar hoge zuurstofconcentraties zijn toxisch. | | Psychrofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij lage temperaturen, typisch rond de 10-15°C. | | Mesofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij gematigde temperaturen, typisch rond de 30-40°C. Veel pathogenen vallen in deze categorie. | | Thermofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij hoge temperaturen, typisch tussen 50-85°C. | | Hyperthermofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij extreem hoge temperaturen, boven de 85°C. | | Halofiel | Een micro-organisme dat een hoge zoutconcentratie vereist voor optimale groei. | | Osmofiel | Een micro-organisme dat groeit in omstandigheden met een hoge osmotische druk, meestal veroorzaakt door hoge concentraties suiker of zout. | | Xerofiel | Een micro-organisme dat kan groeien in zeer droge omstandigheden (lage wateractiviteit). | | Bederfflora | De specifieke groep micro-organismen die dominant wordt tijdens het bederf van een bepaald voedingsmiddel, kenmerkend voor dat product. | | Intrinsieke factoren | Eigenschappen van het voedingsmiddel zelf die de microbiële groei beïnvloeden, zoals pH, wateractiviteit, nutriëntensamenstelling en antimicrobiële componenten. | | Procesfactoren | Factoren die gerelateerd zijn aan de bewerking en verwerking van het voedingsmiddel, zoals hittebehandeling of conserveringsmethoden. | | Extrinsieke factoren | Omgevingsfactoren tijdens bewaring en transport, zoals temperatuur, luchtvochtigheid en verpakking. | | Impliciete factoren | De interacties en wederzijdse beïnvloeding tussen verschillende micro-organismen die in een voedingsmiddel aanwezig zijn (bv. antagonisme, synergetisme). | | Antagonisme | Een interactie tussen micro-organismen waarbij de ene soort de andere remt of schaadt, bijvoorbeeld door competitie om voedingsstoffen of de productie van antibiotica. | | Synergisme | Een interactie tussen micro-organismen waarbij ze elkaar bevoordelen, bijvoorbeeld doordat de ene soort metabolieten produceert die nuttig zijn voor de ander. | | Voedselinfectie | Een ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat levende micro-organismen bevat die zich in de darm kunnen vermenigvuldigen en de darmflora verstoren. | | Voedselvergiftiging | Een ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat toxines bevat, geproduceerd door micro-organismen. De toxines zelf veroorzaken de symptomen. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken bij een gastheer. | | MID (Minimale Infectieuze Dosis) | De laagste concentratie van een micro-organisme die nodig is om een infectie te veroorzaken bij de gastheer. | | MTD (Minimale Toxische Dosis) | De laagste concentratie van een toxine die nodig is om een toxisch effect te veroorzaken. | | Bioremediatie | Het gebruik van micro-organismen om toxische of schadelijke stoffen om te zetten in minder schadelijke of onschadelijke eindproducten, vaak gebruikt voor milieu­zuivering. | | Mycorrhiza | Een symbiotische relatie tussen schimmels en plantenwortels, waarbij de schimmel de opname van nutriënten door de plant verbetert. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen die zich aan een oppervlak hechten en een beschermende extracellulaire matrix (EPS) produceren. Biofilms bieden bescherming tegen antimicrobiële middelen en omgevingsstress. | | EPS (Extracellulaire Polymeer Substantie) | Een matrix van polysachariden, proteïnen en DNA die door micro-organismen in biofilms wordt geproduceerd, en die de cellen bij elkaar houdt en structuur geeft. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij micro-organismen signalen uitwisselen om de dichtheid van hun populatie te bepalen en collectief gedrag te coördineren, zoals biofilmvorming of toxineproductie. | | HGT (Horizontal Gene Transfer) | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet via voortplanting met elkaar verbonden zijn, bijvoorbeeld via transformatie, transductie of conjugatie. | | Biologische afbraak (decompositie) | Het proces waarbij organisch materiaal wordt afgebroken tot eenvoudigere anorganische stoffen, voornamelijk door de activiteit van micro-organismen. | | Biogeochemische cycli | De cyclische paden waarlangs elementen (zoals koolstof, stikstof, zwavel, fosfor) door de biosfeer, lithosfeer, hydrosfeer en atmosfeer bewegen, vaak gemedieerd door micro-organismen. | | Industriële fermentatie | Een grootschalig proces waarbij micro-organismen worden gebruikt om grondstoffen om te zetten in economisch waardevolle producten zoals antibiotica, enzymen of organische zuren. | | Primair metaboliet | Een stof die essentieel is voor de groei en het metabolisme van een micro-organisme en die tijdens de groeifase wordt geproduceerd. | | Secundair metaboliet | Een stof die niet essentieel is voor de groei van het micro-organisme, maar die na de groeifase wordt geproduceerd en vaak specifieke functies heeft, zoals antibiotica. | | Chemostaat | Een type bioreactor voor continue cultuur waarbij de groeisnelheid van micro-organismen wordt gecontroleerd door de instroom van voedingsmedium en de uitstroom van cultuurvloeistof. | | Yield-coëfficiënt (Ys) | Een maat voor de efficiëntie waarmee een micro-organisme nutriënten omzet in biomassa. Een hogere Ys betekent meer biomassa per eenheid nutriënt. | | Batch fermentatie | Een gesloten systeem waarbij alle nutriënten tegelijk worden toegevoegd aan een bioreactor en het proces eindigt wanneer de nutriënten uitgeput zijn of het product is gevormd. | | Continu fermentatie | Een open systeem waarbij continu vers nutriëntenmedium wordt toegevoegd en afgewerkte cultuurvloeistof wordt verwijderd, waardoor een stabiele groeiomstandigheid wordt gehandhaafd. | | Fed-batch fermentatie | Een tussenvorm tussen batch en continue fermentatie, waarbij nutriënten geleidelijk worden toegevoegd tijdens het proces om optimale groei en productvorming te bevorderen. | | Bioconversie (biotransformatie) | Het gebruik van micro-organismen of hun enzymen om een specifieke chemische reactie uit te voeren, vaak om complexe moleculen om te zetten in andere waardevolle stoffen. | | Exosym | Enzymen die door micro-organismen buiten de cel worden uitgescheiden om complexe macromoleculen af te breken tot kleinere moleculen die de cel kan opnemen. | | Endosym | Enzymen die binnen de cel van een micro-organisme werken om intracellulaire reacties te katalyseren. | | Aerobe respiratie | Een metabool proces waarbij organismen zuurstof gebruiken om organische stoffen af te breken en energie (ATP) te produceren, met koolstofdioxide en water als bijproducten. | | Anaerobe respiratie | Een metabool proces waarbij organismen een andere elektronacceptor dan zuurstof gebruiken om organische stoffen af te breken en energie te produceren. | | Fermentatie | Een anaëroob metabool proces dat wordt gebruikt om energie te verkrijgen uit organische verbindingen, waarbij organische moleculen als eindproducten worden gevormd (bv. alcohol, melkzuur). | | Biopolymeren | Polymeren geproduceerd door levende organismen, zoals polysachariden, eiwitten of nucleïnezuren. In de industrie zijn bioplastics en xanthaangom voorbeelden. | | Antibiotica | Stoffen, meestal geproduceerd door micro-organismen (zoals schimmels en bacteriën), die de groei van andere micro-organismen remmen of doden. | | GMP (Good Manufacturing Practices) | Een systeem van kwaliteitsborging dat garandeert dat producten consistent worden geproduceerd en gecontroleerd volgens de vastgestelde kwaliteitsnormen. | | HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point) | Een systematische, preventieve aanpak voor voedselveiligheid die potentiële gevaren identificeert en beheerst. | | CCP (Critical Control Point) | Een stap in het productieproces waarbij een gevaar voor voedselveiligheid kan worden voorkomen, geëlimineerd of teruggebracht tot acceptabele niveaus. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een moleculair-biologische techniek die wordt gebruikt om specifieke DNA-fragmenten exponentieel te vermenigvuldigen, waardoor detectie en analyse mogelijk wordt. | | MALDI-TOF MS | Een analytische techniek (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation – Time Of Flight Mass Spectrometry) die wordt gebruikt voor de snelle identificatie van micro-organismen op basis van hun eiwitprofielen. | | ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) | Een veelgebruikte immunologische test om de aanwezigheid van specifieke antigenen of antilichamen in een monster te detecteren, vaak met behulp van enzymen die een kleurreactie veroorzaken. | | ATP (Adenosine Trifosfaat) | De belangrijkste energiedrager in cellen. De detectie van ATP kan een indicatie geven van de hoeveelheid levende micro-organismen op een oppervlak. | | Turbidimetrie | Een methode om de hoeveelheid micro-organismen in een vloeibare cultuur te meten op basis van de troebelheid (lichtverstrooiing) veroorzaakt door de cellen. | | Flowcytometrie | Een techniek die wordt gebruikt om individuele cellen in een vloeistofstroom te analyseren op basis van hun grootte, interne structuur en fluorescentie, met behulp van lasers. | | Specifiteit | In diagnostische tests verwijst dit naar het vermogen om het beoogde doelwit (bv. een specifiek micro-organisme) te detecteren zonder valse positieven van andere doelwitten. | | Sensitiviteit | In diagnostische tests verwijst dit naar het vermogen om zelfs lage concentraties van het doelwit te detecteren, waardoor valse negatieven worden geminimaliseerd. | | Biotype | Een classificatie van micro-organismen op basis van hun biochemische en fysiologische eigenschappen, vaak gebruikt in groeiafhankelijke tests. | | Serotype | Een classificatie van micro-organismen op basis van hun antigenen, gedetecteerd met behulp van specifieke antilichamen. | | Antigeen | Een molecuul (vaak op het oppervlak van een micro-organisme) dat een immuunrespons kan opwekken, met name de productie van antilichamen. | | Antilichaam (Antistof) | Een eiwit dat door het immuunsysteem wordt geproduceerd om specifieke antigenen te herkennen en te neutraliseren. | | Protozoa | Eencellige, heterotrofe eukaryotische organismen die zich meestal kunnen voortbewegen en leven in water of als parasieten in andere organismen. | | Cyanobacteriën | Prokaryotische organismen die aan zuurstof producerende fotosynthese doen en een belangrijke rol spelen in ecosystemen, zoals in marien plankton. | | Chemolithotrofen | Organismen die energie verkrijgen door de oxidatie van anorganische verbindingen en koolstof dioxide als koolstofbron gebruiken. | | Chemoheterotrofen (Organotrofen) | Organismen die energie verkrijgen door de oxidatie van organische verbindingen en organische verbindingen als koolstofbron gebruiken. | | Fotoautotrofen | Organismen die licht gebruiken als energiebron en koolstof dioxide als koolstofbron voor hun groei (bv. planten, algen, cyanobacteriën). | | Fotoheterotrofen | Organismen die licht gebruiken als energiebron, maar organische verbindingen als koolstofbron gebruiken. | | Methanogenen | Archaea die methaan produceren als bijproduct van hun metabolisme, vaak in anaërobe omstandigheden. | | Stikstoffixatie | Het proces waarbij atmosferische stikstofgas ($N_2$) wordt omgezet in ammoniak ($NH_3$) of andere stikstofverbindingen die door organismen kunnen worden gebruikt. Dit proces wordt uitsluitend uitgevoerd door bepaalde prokaryoten. | | Nitrificatie | Het proces waarbij ammoniak wordt geoxideerd tot nitriet ($NO_2^-$) en vervolgens tot nitraat ($NO_3^-$) door gespecialiseerde lithotrofe bacteriën. | | Denitrificatie | Het proces waarbij nitraat wordt omgezet in gasvormige stikstof ($N_2$) onder anaërobe omstandigheden, waardoor stikstof uit de bodem verdwijnt. | | Zwavelcyclus | De biogeochemische cyclus van zwavel, waarbij zwavel tussen verschillende oxidatietoestanden wordt omgezet, grotendeels gemedieerd door micro-organismen. | | Fosforcyclus | De biogeochemische cyclus van fosfor, dat voornamelijk in anorganische vorm (fosfaat) voorkomt en essentieel is voor DNA, RNA en ATP. | | Industriële biotechnologie | De toepassing van biotechnologische principes en processen in industriële toepassingen, vaak aangeduid als "witte biotechnologie". | | Gisten | Eencellige schimmels die zich vermenigvuldigen door knopvorming of deling en een belangrijke rol spelen in fermentatieprocessen zoals de productie van brood, bier en wijn. | | Melkzuurbacteriën | Een diverse groep bacteriën die melksuiker (lactose) omzetten in melkzuur, essentieel voor de productie van zuivelproducten zoals yoghurt en kaas. | | Schimmels | Eukaryotische organismen die zich voortplanten via sporen en een rol spelen bij de afbraak van organisch materiaal en de productie van metabolieten zoals antibiotica en mycotoxinen. | | Xanthaangom | Een polysacharide geproduceerd door de bacterie Xanthomonas campestris, gebruikt als verdikkingsmiddel en stabilisator in voedingsmiddelen en cosmetica. | | Bioplastics | Kunststoffen die gemaakt zijn van hernieuwbare grondstoffen of die biologisch afbreekbaar zijn. | | Streptomyceten | Een geslacht van bacteriën dat tot de Actinobacteria behoort en bekend staat om de productie van vele antibiotica en andere bioactieve secundaire metabolieten. | | Proto-oncogenen | Genen die normaal gesproken een rol spelen bij de celgroei en -deling, maar die gemuteerd kunnen leiden tot kanker. | | Wasmiddelen | Reinigingsmiddelen die enzymen bevatten, zoals proteasen en amylasen, om vetten, eiwitten en zetmeel af te breken. | | Edelrot | Een proces waarbij de schimmel Botrytis cinerea op druiven groeit, wat leidt tot een concentratie van suikers en een karakteristieke smaak in zoete wijnen. |

# De oorsprong en evolutie van prokaryoten Oké, hier is de samenvatting over "De oorsprong en evolutie van prokaryoten", speciaal opgesteld als studiehandleiding voor examens, inclusief alle vereiste opmaak en citaties. ## 1. De oorsprong en evolutie van prokaryoten Dit onderwerp verkent de verre oorsprong van het leven op aarde, de kenmerken van prokaryoten, hun genetische diversiteit, metabolisme en hun plaats in de evolutie van de drie domeinen van het leven, evenals hun ecologische en menselijke interacties. ### 1.1 De oorsprong van het leven: van organische moleculen tot cellen [Concept 25.1 De oorsprong van het leven op aarde, ook wel abiogenese genoemd, vond naar schatting plaats tussen 3,5 en 4,28 miljard jaar geleden. Dit proces omvat de abiotische synthese van organische moleculen, de polymerisatie ervan tot macromoleculen, de ontwikkeling van zelfreplicatie, en de vorming van protocellen die een interne chemie konden scheiden van de buitenwereld [3](#page=3) [4](#page=4). #### 1.1.1 Vroege aardse omstandigheden en abiogenese De samenstelling van de vroege aardse atmosfeer is onderwerp van discussie. Hoewel lang gedacht werd dat deze reducerend was met gassen als waterstof (H2) en methaan (CH4) suggereren recentere inzichten dat dit mogelijk niet het geval was [5](#page=5) [6](#page=6). * **Miller-Urey experiment:** Stanley Miller en Harold Urey toonden in 1953 experimenteel aan dat de abiotische synthese van aminozuren mogelijk is in een gesimuleerde reducerende atmosfeer met energiebronnen zoals bliksem. Heranalyse van hun stalen in 2008 toonde aan dat vulkanische omstandigheden zelfs tot de synthese van meer aminozuren leidden [6](#page=6). * **Alternatieve hypothesen voor organische moleculen:** * Synthese in vulkanische omstandigheden [6](#page=6). * Afkomstig van meteorieten, zoals de Murchison meteoriet die nucleobasen en aminozuren bevatte [6](#page=6). * In alkalische hydrothermale bronnen op de oceaanbodem [6](#page=6). #### 1.1.2 De RNA-wereld hypothese Dit model postuleert dat RNA de eerste zelfreplicerende macromolecule was, voordat DNA en proteïnen hun huidige rol overnamen [7](#page=7). * RNA-polymeren kunnen spontaan vormen onder invloed van mineralen zoals pyriet (FeS2) [7](#page=7). * Zowel abiotische substraten als reeds gevormde polymeren konden als katalysator dienen [7](#page=7). * Replicatiefouten (mutaties) leidden tot nieuwe structuren met betere replicatiecapaciteiten, wat natuurlijke selectie mogelijk maakte [7](#page=7). * Laboratoriumexperimenten hebben aangetoond dat zelfreplicerende ribozymen (enzymen bestaande uit RNA) kunnen ontstaan via natuurlijke selectie [7](#page=7). #### 1.1.3 Vorming van protocellen Protocellen konden ontstaan uit eenvoudige, met vloeistof gevulde vesikels met een membraan-achtige structuur [7](#page=7). * Lipiden en andere organische moleculen kunnen spontaan vesikels vormen in water (self-assembly) [7](#page=7). * Mineralen zoals montmorilloniet kunnen de vorming van vesikels versnellen [7](#page=7). * Deze vesikels konden basale eigenschappen van cellulair leven vertonen, zoals groei, reproductie (splitsing) en het handhaven van een interne omgeving die verschilt van de buitenwereld [7](#page=7). #### 1.1.4 LUCA: de laatste universele gemeenschappelijke voorouder LUCA was waarschijnlijk een chemoautotrofe, anaerobe, hyperthermofiele prokaryoot die in een diepzee hydrothermale habitat leefde. Het genoom van LUCA werd geschat op 2,5 miljoen nucleotiden, coderend voor ongeveer 2600 eiwitten, vergelijkbaar met moderne prokaryoten. LUCA was echter niet de allereerste levensvorm op aarde [3](#page=3) [4](#page=4). > **Tip:** Begrijp dat LUCA niet de allereerste levensvorm was, maar de laatste gemeenschappelijke voorouder van *alle hedendaagse* levensvormen. Er waren waarschijnlijk veel andere levensvormen die geen directe nazaten hebben nagelaten, maar mogelijk genen hebben overgedragen [4](#page=4). ### 1.2 Prokaryoten: structurele en functionele adaptaties [Concept 27.1 Prokaryoten zijn eencellige organismen die worden gekenmerkt door de afwezigheid van een celkern en andere membraangebonden organellen [8](#page=8). #### 1.2.1 Celgrootte en -vorm * De meeste prokaryote cellen zijn 1-10 µm, aanzienlijk kleiner dan eukaryote cellen (10-100 µm). Uitzonderingen zijn Rickettsia en Mycoplasma (0,1 μm) en Thiomargarita magnifica (tot > 1 cm) [8](#page=8). * Veelvoorkomende celvormen zijn: * **Cocci:** bolvormig, solitair, in paren, ketens of clusters [8](#page=8). * **Bacilli:** staafvormig, meestal solitair maar soms in ketens [8](#page=8). * **Spirilli:** spiraalvormig, kommavormig of draadvormig [8](#page=8). #### 1.2.2 Celwand en membraanstructuren * **Celwanden:** De meeste prokaryoten hebben een celwand, die anders is dan die van eukaryoten (geen cellulose of chitine) [9](#page=9). * **Bacteriën:** bevatten **peptidoglycaan** (mureïne), een netwerk van polysacchariden (NAG en NAM) met polypeptiden crosslinks [9](#page=9). * **Archaea:** hebben diverse polysacchariden en (glyco)proteïnen (S-laag), maar geen peptidoglycaan. Sommige hebben pseudo-peptidoglycaan [9](#page=9). * **Gram-kleuring:** Een rudimentaire classificatie van bacteriën gebaseerd op celwandopbouw [9](#page=9). * **Gram-positief (monoderm):** Dikke peptidoglycaanlaag. Kleurt paars omdat kristalviolet wordt vastgehouden [9](#page=9). * **Gram-negatief (diderm):** Dunne peptidoglycaanlaag met een buitenmembraan (fosfolipide dubbellaag met lipopolysachariden). De ruimte tussen de membranen is het periplasma. Kristalviolet wordt weggespoeld, safranine kleurt rood [9](#page=9). * De meeste bacteriën zijn gram-negatief. Gram-positieve bacteriën vormen een monofyletische groep, gram-negatieve niet [9](#page=9). * **Klinische relevantie Gram-kleuring:** * Lipopolysachariden (LPS) op gram-negatieve bacteriën zijn toxisch (endotoxines) en kunnen koorts en septische shock veroorzaken [10](#page=10). * Gram-negatieve bacteriën zijn vaak resistenter tegen antibiotica door hun celwandstructuur [10](#page=10). * Antibiotica zoals penicilline en vancomycine werken in op de peptidoglycaan synthese, wat hen effectief maakt tegen bacteriën maar niet tegen menselijke cellen [10](#page=10). #### 1.2.3 Genetisch materiaal en nucleoïde * Prokaryoten hebben minder DNA en genen dan eukaryoten [10](#page=10). * Ze bezitten meestal één (of enkele) circulair chromosoom(en) in plaats van meerdere lineaire chromosomen [10](#page=10). * Daarnaast kunnen ze plasmiden bevatten: kleine, circulaire DNA-moleculen [10](#page=10). * Er is geen nucleus; het chromosoom bevindt zich in een membraanloze regio genaamd de **nucleoïde** [10](#page=10). * Verschillen in DNA-replicatie, transcriptie en translatie tussen prokaryoten en eukaryoten maken selectieve antibioticabehandeling mogelijk [10](#page=10). ### 1.3 Genetische diversiteit en adaptatievermogen [Concept 27.2 Ondanks het ontbreken van seksuele reproductie, vertonen prokaryoten een enorme genetische diversiteit en een fenomenaal adaptatievermogen. Dit is te danken aan drie factoren [11](#page=11): 1. **Snelle reproductie:** * Eencellig en klein formaat [11](#page=11). * Eenvoudige binaire deling [11](#page=11). * Korte generatietijd (celcyclus) van 1-3 uur onder optimale omstandigheden. Dit leidt tot gigantische populatiegroottes [11](#page=11). 2. **Hoge mutatiesnelheid:** * Hoewel DNA-replicatie accuraat is, leidt de korte generatietijd tot snelle accumulatie van mutaties [11](#page=11). * In grote populaties kunnen veel mutaties parallel optreden [11](#page=11). 3. **Genetische recombinatie (zonder meiose of fertilisatie):** * Combineren van genetisch materiaal van verschillende individuen. * **Mechanismen:** * **Transformatie:** Opname van DNA uit de omgeving [12](#page=12). * **Transductie:** Overdracht van prokaryote genen door bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren) [12](#page=12). * **Conjugatie:** Actieve DNA-overdracht van cel naar cel, vaak via een pilus en een 'mating bridge'. Dit is altijd eenrichtingsverkeer (donor en acceptor). De overdracht kan een plasmide of een deel van het chromosoom betreffen. De aanwezigheid van een F-factor (fertility factor) is noodzakelijk voor conjugatie [12](#page=12). * **Horizontale Gentransfer (HGT)**: Dit omvat transformatie, transductie en conjugatie, en speelt een cruciale rol in de evolutie van prokaryoten. Het resulteert in genomen die mozaïeken zijn van geïmporteerde genen. HGT vertroebelt het boom-achtige evolutiemodel; sommige evolutiebiologen beschouwen de vroege evolutie van prokaryoten als een netwerk [13](#page=13). > **Voorbeeld:** Het 'Long-term Experimental Evolution Project (LTEE)' van Richard Lenski volgt al sinds 1988 12 populaties *Escherichia coli* (>83.000 generaties), wat inzicht geeft in adaptatie en stijgende fitness door natuurlijke selectie [11](#page=11). ### 1.4 Nutritionele en metabolische diversiteit [Concept 27.3 Prokaryoten vertonen een enorme diversiteit in hun nutritionele en metabolische behoeften en capaciteiten. Deze kunnen worden ingedeeld op basis van: #### 1.4.1 Koolstofbron * **Autotroof:** Gebruikt CO2 of gerelateerde anorganische moleculen als koolstofbron; doen aan koolstoffixatie (bv. cyanobacteriën) [13](#page=13). * **Heterotroof:** Vereist organische nutriënten als koolstofbron; doen niet aan C-fixatie (bv. fungi, dieren) [13](#page=13). #### 1.4.2 Energiebron * **Fototroof:** Gebruikt zonlicht als energiebron [14](#page=14). * **Fotoautotroof:** Energie uit licht, koolstof uit CO2 (fotosynthese) [14](#page=14). * **Chemotroof:** Gebruikt een redoxreactie als energiebron [14](#page=14). * **Chemoautotroof:** Energie uit anorganische moleculen, koolstof uit CO2 (chemosynthese) [14](#page=14). * **Chemoheterotroof:** Energie én koolstof uit organische moleculen [14](#page=14). * **Mixotroof:** Gebruikt verschillende bronnen van koolstof en energie [14](#page=14). #### 1.4.3 Respiratie en fotosynthese in prokaryoten Respiratie en fotosynthese zijn prokaryote innovaties die ouder zijn dan de eukaryote cel [14](#page=14). * Bij prokaryoten vinden deze processen plaats in het cytoplasma en het plasmamembraan (in plaats van organellen zoals mitochondria en chloroplasten) [14](#page=14). * Het proton (H+)-gradiënt over het plasmamembraan drijft ATP-synthase aan, vergelijkbaar met eukaryote mitochondria [15](#page=15). * Sommige prokaryoten hebben gespecialiseerde interne membranen voor metabolische functies, zoals respiratorische membranen (invouwingen van het plasmamembraan) of thylakoïde membranen (in cyanobacteriën) [15](#page=15). #### 1.4.4 Variatie in O2-metabolisme Prokaryoten vertonen aanzienlijke variatie in hun metabolisme met betrekking tot zuurstof (O2) [16](#page=16). * **Oxygenische fotosynthese:** Gebruikt H2O als elektrondonor, produceert O2 (bv. cyanobacteriën, algen, planten) [16](#page=16) [18](#page=18). * **Anoxygenische fotosynthese:** Produceert geen O2; gebruikt andere elektrondonoren zoals H2, H2S, S2O32-, NO2-, of Fe2+ (bv. purperbacteriën, groene zwavelbacteriën) [18](#page=18). * **Respiratie:** * **Obligaat aëroob:** Vereist O2 als elektronenacceptor [17](#page=17). * **Obligaat anaëroob:** O2 is toxisch; gebruiken fermentatie of anaërobe respiratie [17](#page=17). * **Facultatief anaëroob:** Kan O2 gebruiken indien beschikbaar, anders overstappen op fermentatie of anaërobe respiratie [17](#page=17). * **Fermentatie:** Glycolyse gevolgd door een bijkomende reactie zonder elektronentransportketen. Genereert weinig ATP via substraat-gebonden fosforylering [17](#page=17). * **Anaërobe respiratie:** Respiratie met een elektronentransportketen waarbij een andere finale elektronenacceptor dan O2 wordt gebruikt (bv. SO42-, CO2, Fe3+) [17](#page=17). #### 1.4.5 Stikstofmetabolisme * Stikstof is essentieel voor aminozuren en nucleïnezuren [18](#page=18). * Eukaryoten kunnen atmosferisch stikstof (N2) niet direct gebruiken; zij zijn afhankelijk van prokaryoten voor **stikstoffixatie (N-fixatie)**, waarbij N2 wordt omgezet in opneembare stikstofverbindingen zoals ammoniak (NH3) [18](#page=18). * Deze symbiotische relatie (bv. met wortelknolletjes op planten) is cruciaal voor de beschikbaarheid van stikstof in ecosystemen [18](#page=18). #### 1.4.6 Metabolische coöperatie Prokaryoten kunnen gespecialiseerde celkolonies vormen of biofilms waarin verschillende cellen samenwerken om taken uit te voeren die één enkele cel niet kan. Dit kan worden beschouwd als een vorm van eenvoudige meercelligheid [19](#page=19). * **Voorbeeld:** In *Anabaena* (cyanobacteriën) zijn heterocysten gespecialiseerd in N-fixatie, terwijl andere cellen fotosynthese uitvoeren; ze wisselen producten uit [19](#page=19). * **Biofilms:** Kolonies die een afgeschermde laag vormen, met kanalen voor nutriënten en afvalstoffen. Biofilms kunnen problematisch zijn door corrosie, medische besmetting, tandbederf en resistentie tegen immuunrespons en antibiotica [19](#page=19). ### 1.5 Evolutionaire diversiteit [Concept 27.4 De prokaryote diversificatie begon meer dan 3,5 miljard jaar geleden. Genetische analyse door Carl Woese leidde tot het **drie-domeinen model** (Bacteria, Archaea, Eukarya) [20](#page=20). #### 1.5.1 Bacteria en Archaea * **Bacteria:** Omvat een breed scala aan groepen, waaronder gram-positieve bacteriën [20](#page=20). * **Archaea:** Kenmerkend zijn veel **extremofielen**, organismen die in extreme habitats leven [21](#page=21). * **Halofielen:** Tolereren zeer zoute omstandigheden [21](#page=21). * **Thermofielen en hyperthermofielen:** Aangepast aan hoge temperaturen (resp. > 45°C en > 60°C), met voorbeelden die bij > 100°C leven [21](#page=21). * **Acidofielen/Alkalifielen:** Aangepast aan extreme pH-waarden (resp. < 3 en > 9) [21](#page=21). * De ontdekking van nieuwe evolutionaire lijnen, zoals Asgardarchaeaota, en geavanceerde fylogenetische analyses blijven ons beeld van de evolutie van de domeinen veranderen [21](#page=21). > **Tip:** Houd er rekening mee dat de classificatie en evolutie van de drie domeinen dynamisch zijn en voortdurend worden herzien door nieuwe ontdekkingen [21](#page=21). ### 1.6 Cruciale rol in de biosfeer [Concept 27.5 Prokaryoten zijn onmisbaar voor de biosfeer en spelen een fundamentele rol in chemische cycli en interacties met andere organismen [22](#page=22). * **Chemische recyclage:** Ze breken dode organismen af (reducenten/decomponers), maken elementen beschikbaar, en converteren moleculen tot opneembare vormen. Cyanobacteriën fixeren CO2 tot organische moleculen en produceren O2 [22](#page=22). * **Nutriëntenbeschikbaarheid:** Bodembewonende prokaryoten reguleren de beschikbaarheid van nutriënten zoals stikstof, kalium en fosfor voor planten [22](#page=22). * **Symbiose:** Veel prokaryoten leven in symbiotische relaties met andere prokaryoten en eukaryoten [22](#page=22). * **Mutualisme:** Beide partners ondervinden voordeel (bv. bioluminescente bacteriën in mariene dieren) [22](#page=22) [23](#page=23). * **Commensalisme:** Eén partner ondervindt voordeel, de ander niet/nauwelijks (bv. bacteriën op menselijke huid) [22](#page=22). * **Parasitisme:** Eén partner ondervindt voordeel (parasiet), de ander ondervindt schade (gastheer); ziektemakers zijn pathogenen [22](#page=22). ### 1.7 Positieve en negatieve impact op de mens [Concept 27.6 Prokaryoten hebben zowel positieve als negatieve effecten op de mens [23](#page=23). #### 1.7.1 Positieve interacties * **Darmmicrobioom:** Het menselijk spijsverteringsstelsel herbergt honderden soorten bacteriën die essentieel zijn voor onze gezondheid, het synthetiseren van vitaminen en het activeren van genen voor nutriëntabsorptie [23](#page=23). * **Landbouw en industrie:** Prokaryoten zijn cruciaal in diverse industriële en agrarische processen. > **Voorbeeld:** De bacterie *Bacteroides thetaiotaomicron* in de darm is betrokken bij de synthese van koolhydraten, vitaminen en andere nutriënten, en activeert menselijke genen voor nutriëntabsorptie [23](#page=23). #### 1.7.2 Negatieve impact: Pathogene bacteriën * Hoewel slechts een fractie pathogeen, veroorzaken bacteriën ongeveer de helft van alle menselijke ziekten [24](#page=24). * Veel bacteriën zijn **opportunistische pathogenen**, die ziekte veroorzaken bij mensen met een verzwakt immuunsysteem (bv. na een HIV-infectie) [24](#page=24). * Ziekteverwekkers scheiden **exotoxines** (eiwitten, bv. botulinetoxine) of **endotoxines** (LPS van gram-negatieve bacteriën, bv. bij Salmonella-vergiftiging) uit [24](#page=24). #### 1.7.3 Antibiotica-resistentie * Antibiotica-resistentie is een snel groeiend probleem sinds de introductie van antibiotica. Overmatig gebruik creëert selectiedruk, versneld door HGT van resistentie-genen [25](#page=25). * De ontdekking van nieuwe antibiotica loopt achter op de verspreiding van resistentie [25](#page=25). * Antibiotica-resistentie wordt beschouwd als een acute bedreiging voor de menselijke gezondheid, met multiresistente bacteriën (superbugs) als gevolg [25](#page=25). * Paleogenetisch onderzoek toont aan dat antibiotica-resistentie veel ouder is dan het medisch gebruik van antibiotica; genen voor resistentie zijn gevonden in 30.000 jaar oud DNA. Modern antibioticagebruik heeft de verspreiding van deze genen echter dramatisch versneld [26](#page=26). --- # Het ontstaan en de diversiteit van eukaryoten Dit deel behandelt de evolutie van eukaryoten, inclusief het ontstaan van organellen zoals mitochondria en plastiden via endosymbiose, de diversiteit van eencellige eukaryoten (protisten) en hun indeling in supergroepen, evenals hun levenscycli en de evolutionaire oorsprong van planten, fungi en dieren. ### 2.1 Het ontstaan van eukaryoten #### 2.1.1 Prelude van de oorsprong van eukaryoten Rond 2.7 miljard jaar geleden ontstond oxygenische fotosynthese in cyanobacteriën. De initiële O2-concentraties bleven laag omdat O2 reageerde met reducerende moleculen zoals ijzer, methaan, waterstofsulfide en waterstof. Gesteenten met banden van ijzeroxide zijn bewijs van deze zuurstofproductie [27](#page=27). Tussen 2.4 en 2 miljard jaar geleden versnelde de O2-toename in oceanen en atmosfeer aanzienlijk, wat leidde tot het ‘Great Oxidation Event’ (GOE). Dit had meerdere gevolgen [28](#page=28): * Reactie van O2 met methaan leidde tot een periode van ijstijden en mogelijk tot een eerste ‘Snowball Earth’ [28](#page=28). * Massa-uitsterving van anaerobe prokaryoten, voor wie O2 toxisch was [28](#page=28). * Evolutionaire diversificatie van aerobe organismen, waaronder de eukaryoten [28](#page=28). #### 2.1.2 Eukaryogenese Eukaryoten evolueerden ongeveer 2 miljard jaar geleden uit een prokaryote (archaea) voorouder. Eukaryogenese omvat de evolutie van [29](#page=29): 1. Celkern met nucleolus en lineaire chromosomen [29](#page=29). 2. Andere organellen, waaronder het endomembraansysteem [29](#page=29). 3. Mitochondria door endosymbiose voor cellulaire respiratie [29](#page=29). 4. Complex cytoskelet voor meer celvorm diversiteit en plasticiteit [29](#page=29). 5. Fagocytose, wat mogelijk endosymbiose verklaart [29](#page=29). 6. Mitose, voornamelijk voor aseksuele reproductie [29](#page=29). 7. Sexuele reproductie met complexe levenscycli, meiose en fertilisatie [29](#page=29). #### 2.1.3 Endosymbiose van plastiden Later in verschillende eukaryote lijnen evolueerden plastiden door endosymbiose, wat leidde tot oxygenische fotosynthese in eukaryoten. Dit proces is herhaaldelijk gebeurd (primaire, secundaire, en tertiaire endosymbiose), wat resulteert in een polyfyletische verspreiding van fotosynthese over diverse eukaryote lijnen [29](#page=29). * **Primaire endosymbiose:** Een heterotrofe eukaryote voorouder nam een fotosynthetische cyanobacterie op, resulterend in een fotosynthetische eukaryoot met plastiden [29](#page=29). * **Secundaire endosymbiose:** Roodwieren en groenwieren werden zelf opgenomen als endosymbionten door andere eukaryoten [29](#page=29). De gastheercel was een Asgard archaeon, de voorouder van mitochondria was een aerobe heterotrofe bacterie, en de voorouder van plastiden was een oxygenisch fotosynthetische cyanobacterie [29](#page=29). ### 2.2 De meeste eukaryoten zijn eencellige organismen: Protisten #### 2.2.1 Definitie en diversiteit van protisten “Protist” is een informele term voor alle eukaryoten die geen planten, fungi of dieren zijn. Protisten vormen een parafyletische groep. Vroeger werden ze in één rijk (Protista) geclassificeerd, maar dit rijk wordt niet meer aanvaard omdat het niet monofyletisch is; sommige protisten zijn nauwer verwant aan planten, fungi of dieren dan aan andere protisten. Protisten vertegenwoordigen het grootste deel van de fylogenetische diversiteit van eukaryoten [30](#page=30) [31](#page=31). Protisten vertonen een grote nutritionele diversiteit [30](#page=30): * **Heterotroof:** Vaak door fagocytose van grotere voedseldeeltjes of hele cellen [30](#page=30). * **Fotoautotroof:** Met chloroplasten verkregen via endosymbiose [30](#page=30). * **Mixotroof:** Combineren fotosynthese en heterotrofe voedselopname [30](#page=30). Bekende voorbeelden van protisten zijn algen (wieren), pantoffeldiertjes, amoeben en parasieten zoals de veroorzakers van malaria en slaapziekte [30](#page=30). #### 2.2.2 Fylogenie en meercelligheid bij protisten De fylogenie van eukaryoten (en dus protisten) is nog niet volledig vastgelegd; de monofylie van sommige supergroepen is controversieel of onzeker. Protisten worden onderverdeeld in supergroepen, die elk de status van een "rijk" zouden kunnen verdienen [31](#page=31). Meercelligheid is onafhankelijk ontstaan in meerdere eukaryote lijnen, waaronder planten, dieren, fungi, bruinwieren, roodwieren, groenwieren en slijmzwammen. De termen "algen", "amoeben" en "slijmzwammen" definiëren voornamelijk een uiterlijke verschijning, geen taxona. Het onafhankelijk ontstaan van gelijkaardige kenmerken in verschillende taxa wordt convergente evolutie genoemd [31](#page=31). #### 2.2.3 Levenscycli bij eukaryoten Eukaryoten vertonen drie basistypes van seksuele levenscycli, met talloze variaties [32](#page=32): * **Afwisseling van generaties (diplohaplont):** Kenmerkt planten en sommige algen; zowel haploïde als diploïde meercellige organismen komen voor [32](#page=32). * **Haploïd-gedomineerd (haplont):** Kenmerkt de meeste fungi en sommige protisten; de enige diploïde cel is de zygote [32](#page=32). * **Diploïd-gedomineerd (diplont):** Kenmerkt dieren; de enige haploïde cellen zijn de gameten [32](#page=32). Sommige taxa kunnen seksuele reproductie afwisselen met aseksuele reproductie. Voor veel protisten is seksuele reproductie nog onzeker omdat deze nooit is waargenomen [32](#page=32). #### 2.2.4 Eukaryote supergroepen De Campbell-fylogenie (Fig. 28.5) stelt vier supergroepen voor: "Excavata", SAR, Archaeplastida en Unikonta. De monofylie van "Excavata" is waarschijnlijk niet monofyletisch [32](#page=32). ### 2.3 De “excavaten”: protisten met gemodificeerde mitochondria en unieke flagellen De "excavaten" zijn een groep protisten met een karakteristieke voedingsgroef aan één kant van de cel voor fagocytose. Hun monofylie is onzeker. Drie belangrijke groepen worden tot de excavaten gerekend: Diplomonadida, Parabasalia en Euglenozoa [33](#page=33). #### 2.3.1 Diplomonadida Diplomonaden hebben gereduceerde mitochondria, genaamd mitosomen, die geen mtDNA bevatten en geen oxidatieve fosforylering kunnen uitvoeren. Ze verkrijgen energie via anaërobe reacties. Kenmerkend zijn twee celkernen en meerdere flagellen. Veel soorten zijn parasieten, zoals *Giardia duodenalis* [33](#page=33). #### 2.3.2 Parabasalia Parabasalia hebben ook gereduceerde mitochondria, genaamd hydrogenosomen, die ATP produceren via een anaëroob proces en H2 vrijgeven. Een bekend voorbeeld is *Trichomonas vaginalis*, een seksueel overdraagbare parasiet die wereldwijd miljoenen mensen infecteert [34](#page=34). #### 2.3.3 Euglenozoa Euglenozoa is een diverse clade van predatorische heterotrofen, fotosynthetische autotrofen, mixotrofen en parasieten. Ze hebben een karakteristieke flexibele, spiraalvormige of kristalachtige staaf in hun flagellen, naast de standaard 9+2 microtubule-architectuur [34](#page=34). * **Kinetoplastiden:** Hebben één groot mitochondrium met een complex DNA-netwerk, de kinetoplast. Vrijlevende soorten zijn aquatische heterotrofen; parasitaire soorten infecteren planten, dieren of protisten en kunnen meerdere gastheren hebben [34](#page=34). * *Trypanosoma* soorten parasiteren zoogdieren en gebruiken insecten als vector. *T. brucei* veroorzaakt slaapziekte bij mensen en wordt verspreid door de tseetseevlieg. De parasiet omzeilt het immuunsysteem door het oppervlakte-eiwit (VSG) te veranderen [35](#page=35). ### 2.4 “SAR”: een diverse groep protisten gedefinieerd o.b.v. DNA-gelijkenissen SAR is een supergroep bestaande uit Stramenopila, Alveolata en Rhizaria, voornamelijk ondersteund door DNA-analyses. Deze groep is zeer divers en bevat parasieten, algen en meercellige bruinwieren [35](#page=35). #### 2.4.1 Stramenopila Stramenopila bevatten belangrijke fotosynthetische organismen. De meeste vertegenwoordigers hebben een "harige" flagel naast een gladde [36](#page=36). * **Diatomeeën (kiezelwieren):** Eencellige algen met een unieke, tweedelige glasachtige celwand (frustule) van siliciumdioxide (SiO2). Ze vormen dikke, SiO2-rijke lagen op de zeebodem en fungeren als "carbon sink". Ze vertegenwoordigen ongeveer 20-25% van alle koolstoffixatie op aarde [36](#page=36) [37](#page=37). * **Bruinwieren:** De grootste en meest complexe algen, grotendeels meercellig en marien (zeewieren). Ze hebben een plantachtige structuur (rhizoïd, cauloïd, fylloïd) die analoog is aan die van planten. Ze bezitten cellulose in hun celwand. Sommige soorten hebben gasblaasjes (pneumatocysts) voor drijfvermogen. Bruinwieren vertonen complexe levenscycli, vaak met afwisseling van generaties [37](#page=37) [38](#page=38). #### 2.4.2 Alveolata Alveolaten worden gekenmerkt door alveoli, membraanzakken onder het plasmamembraan. Deze groep omvat [39](#page=39): * **Dinoflagellata:** Eéncellige flagellaten, waarvan sommigen aan fotosynthese doen. Ze maken een belangrijk deel uit van fytoplanktongemeenschappen. Sommige soorten veroorzaken "rode getijden" en produceren neurotoxines. Ze kunnen orgaantjes hebben die fungeren als subcellulair oog (ocelloïde) [39](#page=39) [40](#page=40). * **Apicomplexa:** Eéncellige parasieten die dieren infecteren. Ze verspreiden zich als gespecialiseerde infectiecellen, zoals sporozoïeten. Bekende vertegenwoordigers zijn *Toxoplasma* (toxoplasmose) en *Plasmodium* (malaria). Het apicaal complex aan één celuiteinde is gespecialiseerd voor het binnendringen van gastheercellen. Malaria wordt verspreid door insecten, zoals de *Anopheles gambiae* mug [40](#page=40) [41](#page=41). * **Ciliata:** Eéncellige heterotrofen die cilia (trilharen) gebruiken voor voortbeweging. Ze zijn predatorisch en voeden zich met bacteriën en andere protisten. Bekendste vertegenwoordiger is *Paramecium* (pantoffeldiertje). Ciliaten hebben twee typen celkernen: micronucleï en macronucleï [41](#page=41). #### 2.4.3 Rhizaria (De informatie over Rhizaria is niet gedetailleerd beschreven in de verstrekte pagina's.) ### 2.5 Roodwieren en groenwieren zijn de nauwste verwanten van planten Roodwieren, groenwieren en planten stammen af van een heterotrofe protist die door primaire endosymbiose met cyanobacteriën fotoautotroof werd (Archaeplastida). Vrijwel alle Archaeplastida hebben plastiden en doen aan fotosynthese. Bijna alle andere fotosynthetische protisten zijn ontstaan door secundaire of tertiaire endosymbiose van een rood- of groenwiervoorouder. Planten zijn geëvolueerd uit groenwieren, waardoor groenwieren een parafyletische groep vormen [42](#page=42). #### 2.5.1 Roodwieren (Rhodophyta) Roodwieren hebben een karakteristieke rode kleur door het pigment fycoerythrine. De kleur varieert met de diepte, waardoor ze op grotere diepten kunnen voorkomen dan andere wieren. De meesten zijn meercellig en reproduceren seksueel met afwisseling van generaties. Sommige soorten, zoals *Porphyra* (nori), worden door mensen gegeten [43](#page=43). #### 2.5.2 Groenwieren (Chlorophyta en Charophyta) Groenwieren hebben chloroplasten die structureel en chemisch vergelijkbaar zijn met die van planten. Groenwieren vormen een parafyletische groep ten opzichte van planten, waarbij charofyten nauwer verwant zijn. De meeste soorten zijn zoetwateralgen, maar er zijn ook mariene en terrestrische soorten. Eencellige soorten kunnen vrijlevend fytoplankton zijn of symbionten in bijvoorbeeld korstmossen [43](#page=43). Meercelligheid en grotere complexiteit zijn in groenwieren op vier verschillende manieren geëvolueerd [44](#page=44): 1. Vorming van kolonies uit identieke cellen (bv. *Pediastrum*) [44](#page=44). 2. Ontwikkeling van echte meercellige lichamen met celdifferentiatie (bv. *Volvox*, *Ulva*) [44](#page=44). 3. Herhaalde deling van kernen zonder cytoplasmadeling (bv. *Caulerpa*) [44](#page=44). 4. Groei van één cel tot een groot, complex organisme met vertraagde kerndeling (bv. *Acetabularia*) [44](#page=44). Veel chlorofyten hebben complexe levenscycli met seksuele en aseksuele stadia. Afwisseling van generaties is geëvolueerd in sommige chlorofyten, zoals *Ulva* [45](#page=45). ### 2.6 Unikonten: protisten nauw verwant aan fungi en dieren Unikonten omvatten de Amoebozoa en Opisthokonta, waarbij dieren en fungi tot de Opisthokonta behoren [45](#page=45). #### 2.6.1 Amoebozoa Amoebozoa bevatten veel amoebe-soorten, gekenmerkt door tubulaire pseudopodia voor voortbeweging en het verzwelgen van prooien. Deze groep omvat Tubulinea, Entamoeba en slijmzwammen [45](#page=45). * **Tubulinea:** Eencellige amoeben die actief jagen op prokaryoten en protisten [46](#page=46). * **Entamoeba:** Een genus van symbionten, vaak parasieten van gewervelden. *E. histolytica* veroorzaakt amoebische dysenterie en is een belangrijke doodsoorzaak [46](#page=46). #### 2.6.2 Slijmzwammen (slime molds) Slijmzwammen werden vroeger als fungi beschouwd, maar DNA-onderzoek plaatst ze nauwer bij amoeben. De gelijkenis met fungi is een voorbeeld van convergente evolutie. Slijmzwammen zijn verdeeld in twee groepen [46](#page=46): * **Plasmodiale slijmzwammen (Myxogastria):** In het voedingsstadium vormen ze een plasmodium, een amorfe massa die zich als een macroscopische amoeben gedraagt. Een plasmodium is één enkele "supercel" met vele diploïde kernen, ontstaan door mitose zonder cytokinese. Bij ongunstige omstandigheden vormen ze sporenlichamen [46](#page=46). * **Cellulaire slijmzwammen (Dictyostelia):** Het voedingsstadium bestaat uit solitaire, haploïde cellen. Wanneer nutriënten uitgeput raken, vormen de cellen een aggregaat dat zich als één organisme gedraagt. De cellen blijven gescheiden door plasmamembranen. Uiteindelijk ontwikkelen de geaggregeerde cellen sporenlichaampjes. Cellulaire slijmzwammen worden bestudeerd als model voor de evolutie van meercelligheid [48](#page=48). --- # Specifieke groepen van protisten en hun kenmerken Dit onderwerp biedt een gedetailleerd overzicht van diverse protistengroepen, waarbij hun unieke structuren, voortplantingsmethoden, metabolisme en ecologische rollen worden belicht. ### 3.1 De "excavaten" De "excavaten" is een groep protisten die wordt gekenmerkt door gemodificeerde mitochondria of unieke flagellen. Hoewel de monofylie van dit taxon nog onzeker is, worden drie hoofdgroepen onderkend: Diplomonadida, Parabasalia en Euglenozoa. Veel excavaten hebben een karakteristieke voedingsgroef aan de celzijde voor fagocytose [33](#page=33). #### 3.1.1 Diplomonadida Diplomonaden hebben gereduceerde mitochondria, bekend als mitosomen, die geen mtDNA bevatten en geen oxidatieve fosforylering kunnen uitvoeren. Energie wordt hierdoor via anaërobe reacties verkregen. Ze bezitten twee celkernen en meerdere flagellen voor voortbeweging. Veel soorten zijn parasieten, zoals *Giardia duodenalis*, een darmparasiet die diarree veroorzaakt [33](#page=33). #### 3.1.2 Parabasalia Parabasalia beschikken eveneens over gereduceerde mitochondria, genaamd hydrogenosomen, die ATP produceren via een anaëroob proces en daarbij waterstofgas (H2) vrijgeven. Een bekend voorbeeld is *Trichomonas vaginalis*, een seksueel overdraagbare parasiet die de urineleiders en genitaliën infecteert en wereldwijd meer dan 140 miljoen mensen per jaar treft [34](#page=34). #### 3.1.3 Euglenozoa Euglenozoa is een diverse clade die predatorische heterotrofen, fotosynthetische autotrofen, mixotrofen en parasieten omvat. Een onderscheidend kenmerk is de aanwezigheid van een flexibele, spiraalvormige of kristallijne staaf in de flagellen, naast de standaard 9+2 microtubuli-architectuur. Kinetoplastiden, een bekende groep binnen Euglenozoa, hebben één groot mitochondrium met een complex netwerk van circulair DNA, de kinetoplast genaamd. Vrijlevende soorten zijn aquatische heterotrofen, terwijl parasitaire kinetoplastiden planten, dieren of protisten infecteren en soms meerdere gastheren in hun levenscyclus hebben [34](#page=34). * **Parasitaire kinetoplastiden:** Soorten zoals *Trypanosoma brucei* parasiteren zoogdieren en worden verspreid door insecten als vector. *Trypanosoma brucei* veroorzaakt de Afrikaanse slaapziekte. De parasiet omzeilt het immuunsysteem van de gastheer door het constante veranderen van variant surface glycoproteins (VSG) op zijn celoppervlak, waarvoor tot 2000 genen coderen [34](#page=34) [35](#page=35). ### 3.2 De "SAR"-groep De "SAR"-groep, voorgesteld in 2007, is een supergroep die wordt gedefinieerd op basis van DNA-gelijkenissen en de acroniemen van de drie hoofdclades: Stramenopila, Alveolata en Rhizaria. Deze groep is zeer divers, wat resulteert in weinig gedeelde morfologische kenmerken. De groep omvat parasieten, eencellige algen en meercellige bruinwieren [35](#page=35). #### 3.2.1 Stramenopila Stramenopila herbergt belangrijke fotosynthetische organismen. De meeste vertegenwoordigers hebben een karakteristieke "harige" flagel samen met een gladde flagel. Belangrijke leden zijn diatomeeën (kiezelwieren) en bruinwieren [36](#page=36). * **Diatomeeën (Bacillariophyceae):** Deze eencellige algen bezitten een unieke, tweedelige, glasachtige celwand (frustule) van siliciumdioxide (SiO2). De frustule biedt bescherming en wordt onderzocht voor materiaalwetenschappelijke toepassingen. Bij het sterven zakken diatomeeën naar de zeebodem en vormen SiO2-rijke lagen, waardoor ze fungeren als "carbon sink". Diatomeeën vormen het grootste deel van het fytoplankton in oceanen en meren en hun fotosynthese beïnvloedt de globale CO2-concentraties, met naar schatting 20-25% van de wereldwijde koolstoffixatie [36](#page=36) [37](#page=37). * **Bruinwieren (Phaeophyceae):** Dit zijn de grootste en meest complexe algen, overwegend meercellig en marien (zeewieren). Kelp, zoals *Laminaria*, kan tot meer dan 50 meter lang worden en vormt onderzeese bossen die complexe ecosystemen ondersteunen. De olijfgroene/bruine kleur wordt veroorzaakt door het pigment fucoxanthine in combinatie met chlorofyl. Hoewel ze een plantachtige structuur hebben met rhizoïden, cauloïden en fylloïden, zijn bruinwieren geen planten en missen ze de weefsels en vaten van echte planten. Sommige soorten hebben gasgevulde blaasjes (pneumatocysts) voor drijfvermogen. Bruinwieren kennen variatie in levenscycli, waaronder afwisseling van generaties. Zowel zoösporen als mannelijke gameten zijn vrijzwemmend en hebben de typische stramenopila-morfologie [37](#page=37) [38](#page=38). #### 3.2.2 Alveolata Alveolaten worden gekenmerkt door alveoli, membraanzakken onder het plasmamembraan. Deze groep omvat onder andere Dinoflagellata, Apicomplexa en Ciliata [39](#page=39). * **Dinoflagellata:** Deze eencellige flagellaten zijn een belangrijk deel van fytoplankton. Hun cellen zijn verstevigd met celluloseplaten en voorzien van flagellen, waarvan één spiraalvormig is en de cel omringt, wat resulteert in een tollende beweging. Naast fotosynthetische soorten zijn er ook heterotrofe en mixotrofe taxa. Sommige dinoflagellaten zijn endosymbionten (zooxanthellae) van mariene ongewervelden. Algenbloei van dinoflagellaten kan leiden tot "rode getijden" en de productie van neurotoxines, wat massale sterfte bij zeeleven kan veroorzaken. Opwarmende oceanen verhogen de frequentie van dergelijke toxische bloeien. Dinoflagellaten van de familie Warnowiaceae bezitten een ocelloid, een subcellulair orgaan dat functioneert als een oog [39](#page=39) [40](#page=40). * **Apicomplexa:** Bijna alle apicomplexa-soorten zijn parasieten die dieren infecteren. Ze verspreiden zich als gespecialiseerde infectiecellen (sporozoïeten, merozoïeten, tachyzoïeten) die aangepast zijn om gastheercellen binnen te dringen. Bekende vertegenwoordigers zijn *Toxoplasma* (veroorzaakt toxoplasmose) en *Plasmodium* (veroorzaakt malaria). De naam verwijst naar het apicaal complex aan één celuiteinde, dat essentieel is voor gastheercelpenetratie. Malaria, veroorzaakt door *Plasmodium falciparum*, treft ongeveer 220 miljoen mensen jaarlijks met meer dan 600.000 doden per jaar. Het eerste malaria-vaccin werd in België ontwikkeld en wereldwijd aanbevolen [40](#page=40) [41](#page=41). * **Ciliata:** Deze protisten gebruiken cilia (trilhaartjes) voor voortbeweging. Ciliaten zijn predatorische heterotrofen die zich voeden met bacteriën en andere protisten. Het meest bekende voorbeeld is *Paramecium* (pantoffeldiertje). Ciliaten bezitten twee typen celkernen: micronucleï en macronucleï. Ze vertonen een diversiteit aan voedingsstrategieën en hebben gespecialiseerde structuren ontwikkeld voor voedselverwerving [41](#page=41) [42](#page=42). #### 3.2.3 Rhizaria (In de verstrekte documentatie is de groep Rhizaria niet gedetailleerd beschreven. De informatie hiervoor ontbreekt in de opgegeven pagina's.) ### 3.3 Roodwieren en groenwieren Roodwieren, groenwieren en planten stammen af van een heterotrofe protist die door primaire endosymbiose met een cyanobacterie fototroof werd. Vrijwel alle fotosynthetische protisten zijn ontstaan door secundaire of tertiaire endosymbiose met een rood- of groenwier-voorouder. Planten zijn ontstaan uit groenwieren, wat groenwieren tot een parafyletische groep maakt [42](#page=42). #### 3.3.1 Roodwieren (Rhodophyta) Er zijn ongeveer 6000 soorten roodwieren, waarvan de meesten in kustwateren van tropische gebieden leven. Hun karakteristieke rode kleur wordt veroorzaakt door het pigment fycoerythrine. De kleur varieert met de diepte, van groen-rood in ondiep water tot bijna zwart in zeer diep water, vanwege de absorptie van verschillende golflengten licht. Dit stelt roodwieren in staat op grotere diepten te leven, tot wel 260 meter. De meeste soorten zijn meercellig en de voortplanting is seksueel met afwisseling van generaties. Sommige soorten, zoals *Porphyra* (nori), worden door mensen gegeten [43](#page=43). #### 3.3.2 Groenwieren (Chlorophyta en Charophyta) Groenwieren worden gekenmerkt door groene chloroplasten die structureel en chemisch vergelijkbaar zijn met die van planten. Groenwieren vormen een parafyletische groep ten opzichte van planten, waarbij charofyten (kranswieren) nauwer verwant zijn aan planten dan chlorofyten. De meeste van de 7000 chlorofytsoorten zijn zoetwateralgen, maar er zijn ook mariene en terrestrische soorten. Eencellige chlorofyten kunnen vrijzwemmend fytoplankton zijn of symbionten, zoals in korstmossen, waar ze een mutualistische symbiose aangaan met schimmels [43](#page=43). * **Meercelligheid in groenwieren:** Meercelligheid en complexiteit zijn op vier verschillende manieren geëvolueerd: 1. Vorming van kolonies uit identieke cellen (bv. *Pediastrum*) [44](#page=44). 2. Ontwikkeling van echte meercellige lichamen door celdeling en differentiatie (bv. *Volvox*, *Ulva*) [44](#page=44). 3. Herhaalde deling van kernen zonder cytoplasmadeling (bv. *Caulerpa*) [44](#page=44). 4. Groei en morfogenese van een enkele cel tot een groot, complex organisme met vertraagde kerndeling (bv. *Acetabularia*) [44](#page=44). * **Levenscycli van groenwieren:** De meeste chlorofyten hebben complexe levenscycli met zowel seksuele als aseksuele stadia. Ze hebben vaak gameten met twee flagellen en bekervormige chloroplasten. Motiele, geflagelleerde sporen worden zoösporen genoemd. Afwisseling van generaties is geëvolueerd in sommige chlorofyten, zoals *Ulva* [45](#page=45). ### 3.4 Unikonten Unikonten omvatten protisten die het nauwst verwant zijn aan fungi en dieren. Twee belangrijke clades zijn Amoebozoa en Opisthokonta, waartoe dieren en fungi behoren [45](#page=45). #### 3.4.1 Amoebozoa Amoebozoa bevatten veel amoebe-soorten, gekenmerkt door tubulaire pseudopodia, uitstulpingen die worden gebruikt voor beweging en voedselopname. Deze clade omvat Tubulinea, Entamoeba en slijmzwammen [45](#page=45). * **Tubulinea:** Dit zijn eencellige amoeben die actief jagen op bacteriën en protisten in verschillende habitats [46](#page=46). * **Entamoeba:** Dit genus bevat symbionten en vaak parasieten van vertebraten. *Entamoeba histolytica* is een pathogene soort die amoebische dysenterie veroorzaakt en verantwoordelijk is voor 40.000 tot 100.000 doden per jaar [46](#page=46). * **Slijmzwammen (slime molds):** Hoewel ze ooit als fungi werden beschouwd, tonen DNA-onderzoek aan dat ze nauwer verwant zijn aan amoeben. Hun gelijkenis met fungi is een voorbeeld van convergente evolutie. Slijmzwammen zijn gedivergeerd in plasmodiale en cellulaire slijmzwammen [46](#page=46). * **Plasmodiale slijmzwammen (Myxogastria):** Deze soorten zijn vaak felgekleurd en vormen in hun voedingsstadium een plasmodium, een kruipende, amorfe massa die als een macroscopische amoebe fungeert. Een plasmodium is één enkele "supercel" met vele diploïde celkernen, gevormd door mitose zonder cytokinese. Bij ongunstige omstandigheden ontwikkelen ze sporenlichamen [46](#page=46). * **Cellulaire slijmzwammen (Dictyostelia):** Deze worden bestudeerd als model voor de evolutie van meercelligheid. Hun voedingsstadium bestaat uit solitaire, haploïde cellen. Wanneer nutriënten schaars worden, aggregeren de cellen tot een slakvormig geheel dat zich kan verplaatsen, waarbij de cellen gescheiden blijven door plasmamembranen. Uiteindelijk ontwikkelen deze geaggregeerde cellen sporenlichaampjes [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 | |------|------------| | Ideonella sakaiensis 201-F6 | Een bacteriesoort die in staat is om het plastic polyethyleentereftalaat (PET) af te breken en te verteren. Dit werd ontdekt door Yoshida et al. in 2016 en wordt beschouwd als een potentieel hulpmiddel voor plasticrecycling. | | Prokaryoten | Eencellige organismen die geen celkern of andere membraangebonden organellen hebben. Hun genetisch materiaal (DNA) bevindt zich vrij in het cytoplasma, meestal in een regio genaamd de nucleoïde. Dit omvat bacteriën en archaea. | | LUCA (Last Universal Common Ancestor) | De laatst bekende gemeenschappelijke voorouder van alle huidige levensvormen op aarde. Onderzoek suggereert dat LUCA waarschijnlijk een chemoautotrofe, anaerobe, hyperthermofiele prokaryoot was die in een diepzee hydrothermische habitat leefde. | | Abiogenese | Het natuurlijke proces waarbij leven ontstaat uit niet-levende materie, zoals eenvoudige organische moleculen. Dit proces wordt geschat op meer dan 3,5 miljard jaar geleden plaatsgevonden te hebben en omvat stappen zoals de abiotische synthese van organische moleculen en de vorming van protocellen. | | Oersoep | Een hypothese die stelt dat de vroege oceanen van de aarde verzadigd waren met organische moleculen die spontaan waren ontstaan uit anorganische stoffen, onder invloed van energiebronnen zoals bliksem en UV-straling. Dit milieu zou de basis hebben gevormd voor de oorsprong van het leven. | | Miller–Urey experiment | Een klassiek biologisch experiment uit 1953 dat aantoonde dat organische moleculen, zoals aminozuren, abiotisch gesynthetiseerd kunnen worden onder omstandigheden die de hypothetische vroege aardse atmosfeer en energiebronnen simuleren. | | RNA wereld | Een model voor abiogenese dat postuleert dat RNA, en niet DNA, de eerste zelf-replicerende macromolecule was. Dit model suggereert dat RNA zowel genetische informatie kon opslaan als katalytische functies kon uitoefenen (als ribozymen) voordat complexere moleculen zoals eiwitten en DNA evolueerden. | | Protocellen | Precursoren van cellen die ontstaan zijn tijdens het proces van abiogenese. Dit zijn vesikel-achtige membraanstructuren die een interne chemie konden scheiden van de buitenwereld en de eerste stappen naar zelforganisatie en replicatie vertoonden. | | Peptidoglycaan | Een complex polymeer dat een essentieel bestanddeel is van de celwand van bacteriën. Het bestaat uit suikers (NAG en NAM) en korte polypeptiden, en vormt een sterk netwerk dat de celstructuur beschermt en ondersteunt. | | Gram-kleuring | Een microbiologische kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de samenstelling van hun celwand. Gram-positieve bacteriën hebben een dikke peptidoglycaanlaag en kleuren paars, terwijl Gram-negatieve bacteriën een dunne peptidoglycaanlaag en een buitenmembraan hebben en rood kleuren. | | Plasmiden | Kleine, circulaire, extracromosomale DNA-moleculen die voorkomen in prokaryotische cellen (en soms in eukaryoten). Plasmiden kunnen genen bevatten die de bacterie adaptieve voordelen bieden, zoals antibioticaresistentie. | | Genetische recombinatie (prokaryoten) | Het proces waarbij genetisch materiaal van verschillende individuen wordt gecombineerd in één cel, zonder gebruik van meiose of fertilisatie. Dit vindt plaats via mechanismen zoals transformatie, transductie en conjugatie, en draagt bij aan de genetische diversiteit van prokaryote populaties. | | Transductie | Een proces van genetische recombinatie waarbij een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert) genetisch materiaal van de ene bacteriële cel naar de andere overdraagt. | | Transformatie | Een proces van genetische recombinatie waarbij een prokaryote cel DNA uit de omgeving opneemt en integreert in zijn eigen genoom. Dit kan vrij DNA zijn dat vrijkomt na het sterven van andere bacteriën. | | Conjugatie | Een proces van genetische recombinatie waarbij DNA actief van een donor-prokaryote cel naar een acceptor-prokaryote cel wordt overgedragen, meestal via direct cel-cel contact en de vorming van een pilus. | | Horizontale gentransfer (HGT) | Het overdragen van genetisch materiaal tussen organismen die niet ouder-kind relaties hebben, zoals tussen bacteriën van verschillende soorten. Dit kan plaatsvinden via transformatie, transductie, conjugatie of endosymbiose en speelt een cruciale rol in de evolutie van prokaryoten. | | Autotrofe prokaryoten | Prokaryoten die hun eigen organische moleculen produceren uit anorganische koolstofbronnen, zoals CO2. Ze worden onderverdeeld in fotoautotrofen (die licht gebruiken voor energie) en chemoautotrofen (die chemische reacties gebruiken voor energie). | | Heterotrofe prokaryoten | Prokaryoten die organische moleculen uit hun omgeving nodig hebben als koolstof- en energiebron. | | Fototrofe organismen | Organismen die zonlicht als energiebron gebruiken voor hun metabolisme. | | Chemotrofe organismen | Organismen die energie verkrijgen uit redoxreacties met anorganische of organische moleculen. | | Chemoautotrofe prokaryoten | Prokaryoten die anorganische moleculen gebruiken als energiebron en CO2 als koolstofbron. Ze spelen een belangrijke rol in biogeochemische cycli. | | Chemoheterotrofe prokaryoten | Prokaryoten die zowel organische moleculen gebruiken als koolstof- als energiebron. Dit is een zeer diverse groep die veel ecologische niches vult, inclusief reducenten. | | Respiratie (prokaryoten) | Het metabolisme waarbij energie wordt vrijgemaakt door de oxidatie van organische moleculen met een elektronentransportketen. In prokaryoten gebeurt dit in het cytoplasma en het plasmamembraan. | | Fotosynthese (prokaryoten) | Het proces waarbij lichtenergie wordt gebruikt om CO2 om te zetten in organische moleculen. Cyanobacteriën voeren oxygenische fotosynthese uit, terwijl andere groepen anoxygenische fotosynthese beoefenen. | | Aërobe respiratie | Een vorm van cellulaire ademhaling die zuurstof (O2) gebruikt als de finale elektronenacceptor. Dit proces produceert aanzienlijke hoeveelheden ATP. | | Anaërobe respiratie | Een vorm van cellulaire ademhaling die, in plaats van zuurstof, andere moleculen (zoals sulfaten, nitraten, ijzerionen) gebruikt als finale elektronenacceptor. | | Fermentatie | Een metabolisch proces dat anaerobe energieproductie mogelijk maakt in afwezigheid van een elektronentransportketen. Het genereert relatief weinig ATP door substraat-gebonden fosforylering en recycleert NADH naar NAD+. | | Oxygenische fotosynthese | Fotosynthese die water (H2O) splitst en zuurstof (O2) als bijproduct produceert. Dit wordt uitgevoerd door cyanobacteriën, algen en planten. | | Anoxygenische fotosynthese | Fotosynthese die geen zuurstof produceert, omdat andere moleculen dan water als elektrondonor worden gebruikt. Dit wordt uitgevoerd door diverse groepen bacteriën en archaea. | | Stikstoffixatie (N-fixatie) | Het proces waarbij atmosferische stikstof (N2) wordt omgezet in anorganische stikstofverbindingen (zoals ammoniak, NH3), die beschikbaar zijn voor opname door andere organismen. Dit proces wordt uitgevoerd door bepaalde prokaryoten. | | Metabolische coöperatie | Samenwerking tussen verschillende prokaryote cellen binnen een kolonie of biofilm om metabolische taken uit te voeren die niet in één enkele cel kunnen plaatsvinden. Dit kan leiden tot een vorm van functionele meercelligheid. | | Biofilms | Gemeenschappen van micro-organismen die ingebed zijn in een zelfgeproduceerde extracellulaire matrix en vastgehecht zijn aan een oppervlak. Biofilms bieden bescherming en bevorderen samenwerking tussen de microben. | | Metagenomics | De studie van genetisch materiaal dat rechtstreeks uit omgevingsmonsters wordt gehaald, waardoor de diversiteit en functionele capaciteiten van gemeenschappen van micro-organismen kunnen worden onderzocht zonder ze eerst te hoeven kweken. | | Drie-domeinen model | Een classificatiesysteem van het leven dat onderscheid maakt tussen drie grote domeinen: Bacteria, Archaea en Eukarya. Dit model is gebaseerd op genetische analyses, met name van rRNA. | | Extremofielen | Organismen, voornamelijk prokaryoten, die kunnen gedijen in extreme omgevingsomstandigheden, zoals hoge temperaturen (thermofielen), hoge zoutgehaltes (halofielen), extreme pH-waarden (acidofielen/alkalifielen) of hoge druk. | | Biosfeer | Het geheel van alle ecosystemen op aarde, inclusief alle levende organismen en de omgevingen waarin ze leven. Prokaryoten spelen een cruciale rol in biogeochemische cycli en het functioneren van de biosfeer. | | Symbiose | Een ecologische relatie tussen twee of meer soorten die in nauwe interactie met elkaar leven. Dit kan wederzijds voordelig (mutualisme), éénzijdig voordelig (commensalisme) of schadelijk voor één van de partners (parasitisme) zijn. | | Mutualisme | Een symbiotische relatie waarbij beide betrokken soorten voordeel ondervinden. | | Commensalisme | Een symbiotische relatie waarbij één soort voordeel ondervindt en de andere soort noch voordeel noch nadeel ondervindt. | | Parasitisme | Een symbiotische relatie waarbij één soort (de parasiet) voordeel ondervindt en de andere soort (de gastheer) schade ondervindt. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken bij hun gastheer. | | Exotoxines | Toxische eiwitten die worden uitgescheiden door bacteriën en schadelijk kunnen zijn voor de gastheer, zelfs in kleine hoeveelheden. | | Endotoxines | Lipopolysaccharidecomponenten van het buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën, die vrijkomen wanneer de bacterie sterft en celwandafbraak ondergaat, en die een ontstekingsreactie kunnen veroorzaken. | | Antibiotica-resistentie | Het vermogen van bacteriën om te overleven en te groeien in de aanwezigheid van antibiotica. Dit is een groeiend wereldwijd gezondheidsprobleem. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen een membraangebonden celkern en andere organellen bevatten. Dit omvat protisten, planten, fungi en dieren. | | Great Oxidation Event (GOE) | Een periode in de vroege aardgeschiedenis (ongeveer 2,4 tot 2 miljard jaar geleden) waarin de concentratie van zuurstof (O2) in de oceanen en atmosfeer sterk toenam, voornamelijk als gevolg van de opkomst van oxygenische fotosynthese door cyanobacteriën. | | Eukaryogenese | Het evolutionaire proces dat leidde tot het ontstaan van de eerste eukaryote cel, gekenmerkt door de ontwikkeling van een celkern, organellen en een complex cytoskelet. | | Endosymbiose | Een evolutionair proces waarbij een organisme binnen een ander organisme leeft en er een symbiotische relatie mee aangaat. Mitochondria en plastiden in eukaryote cellen zijn ontstaan via endosymbiose met bacteriën. | | Plastiden | Organellen in eukaryote planten- en algensoorten die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese. Ze zijn ontstaan via endosymbiose met cyanobacteriën. | | Protist | Een informele term die wordt gebruikt voor alle eukaryoten die geen planten, fungi of dieren zijn. Protisten vormen een parafyletische groep en vertonen een enorme diversiteit in vorm, metabolisme en levensstijl. | | Supergroepen (eukaryoten) | Grote, monofyletische groepen binnen de eukaryote domein, die verder worden onderverdeeld in verschillende taxa. Voorbeelden zijn Excavata, SAR, Archaeplastida en Unikonta. | | Convergente evolutie | Het onafhankelijk ontstaan van vergelijkbare kenmerken of structuren in verschillende, niet nauw verwante taxa, meestal als gevolg van aanpassing aan vergelijkbare ecologische omstandigheden. | | Levenscyclus (eukaryoten) | De reeks veranderingen die een organisme ondergaat gedurende zijn leven, van de bevruchting tot de productie van nakomelingen. Eukaryoten vertonen diverse levenscycli, waaronder afwisseling van generaties, diploïde-gedomineerde en haploïde-gedomineerde cycli. | | Excavata | Een supergroep van protisten die gekenmerkt worden door gereduceerde mitochondria en/of unieke flagellen. Ze omvatten groepen zoals Diplomonadida, Parabasalia en Euglenozoa. | | SAR | Een grote supergroep van protisten die de clades Stramenopila, Alveolata en Rhizaria omvat. De monofylie van SAR wordt voornamelijk ondersteund door DNA-analyses, en de groep is extreem divers. | | Stramenopila | Een clade binnen de SAR-supergroep die belangrijke fotosynthetische organismen zoals diatomeeën en bruinwieren omvat. Veel vertegenwoordigers hebben een "harige" flagel. | | Diatomeeën (kiezelwieren) | Eencellige algen met een unieke, glasachtige celwand (frustule) van siliciumdioxide. Ze spelen een cruciale rol in mariene en zoetwater-ecosystemen en beïnvloeden globale CO2-concentraties. | | Bruinwieren | Meercellige, voornamelijk mariene algen die tot de grootste algensoorten behoren (bv. Kelp). Ze hebben een plantachtige structuur, maar zijn geen planten. | | Alveolata | Een clade binnen de SAR-supergroep die gekenmerkt wordt door alveoli (membraanzakken onder het plasmamembraan). Deze groep omvat dinoflagellaten, apicomplexa en ciliaten. | | Dinoflagellata | Eencellige flagellaten die een belangrijk deel uitmaken van fytoplankton. Sommige soorten kunnen fotosynthetisch actief zijn, andere zijn heterotroof of mixotroof, en sommigen veroorzaken "rode getijden". | | Apicomplexa | Een groep parasitaire protisten die dieren infecteren. Ze verspreiden zich als gespecialiseerde infectiecellen en hebben een apicaal complex voor het binnendringen van gastheercellen. Malaria en toxoplasmose worden veroorzaakt door apicomplexa. | | Ciliata (trilhaardiertjes) | Eencellige heterotrofe protisten die zich voortbewegen met behulp van cilia (trilharen). Een bekend voorbeeld is Paramecium. Ze hebben twee typen celkernen: micronucleï en macronucleï. | | Archaeplastida | Een supergroep van eukaryoten die roodwieren, groenwieren en planten omvat. Deze groep heeft plastiden die afkomstig zijn van primaire endosymbiose met cyanobacteriën en doen dus aan fotosynthese. | | Roodwieren (Rhodophyta) | Eukaryote algen die gekenmerkt worden door hun rode kleur, veroorzaakt door het pigment fycoerythrine. Ze leven voornamelijk in kustwateren van tropische gebieden en kunnen op grotere diepten voorkomen dan andere algen. | | Groenwieren (Chlorophyta en Charophyta) | Eukaryote algen met groene chloroplasten die structureel en chemisch vergelijkbaar zijn met die van planten. Groenwieren vormen een parafyletische groep ten opzichte van planten. | | Unikonta | Een supergroep van eukaryoten die amoebozoa en opisthokonta (waaronder fungi en dieren) omvat. Deze groep wordt gekenmerkt door het hebben van één flagel in de motiele stadia van hun levenscyclus. | | Amoebozoa | Een groep protisten die gekenmerkt worden door tubevormige pseudopodia, beweegbare uitstulpingen van de cel die worden gebruikt voor voortbeweging en het opnemen van voedsel. Dit omvat amoeben, tubulinea, entamoeba en slijmzwammen. | | Slijmzwammen (slime molds) | Protisten die ooit als fungi werden beschouwd vanwege hun levenswijze (afbraak van dood materiaal) en de vorming van sporenlichamen. DNA-onderzoek heeft aangetoond dat ze nauwer verwant zijn aan amoeben en gedijen in vochtige omgevingen. |

# Besoins nutritifs et classification des bactéries Voici une synthèse détaillée sur les besoins nutritifs et la classification des bactéries, prête pour votre examen. ## 1. Besoins nutritifs et classification des bactéries Ce sujet aborde les nutriments essentiels à la croissance bactérienne et les différentes façons de classifier les bactéries selon leurs sources d'énergie, d'électrons et de carbone. ### 1.1 Besoins nutritifs des bactéries Les bactéries ont besoin de divers éléments pour leur croissance, qui peuvent être classés en plusieurs catégories : #### 1.1.1 Le carbone Le carbone est un élément fondamental pour toute forme de vie. Les bactéries nécessitent principalement du **carbone organique**, sous forme de glucides, d'acides gras, ou de protéines. * **Bactéries hétérotrophes :** Elles utilisent le carbone organique comme source. La plupart des bactéries peuvent métaboliser le glucose, mais certaines souches sont spécialisées dans l'utilisation de molécules plus complexes comme les acides aminés ou le lactose. * **Bactéries autotrophes :** Elles sont capables de fixer le dioxyde de carbone ($CO_2$) et de le réduire pour synthétiser leurs propres molécules organiques. Cela nécessite une source d'énergie et d'électrons. * **Bactéries méthanotrophes :** Un type particulier de bactéries qui utilisent le méthane ($CH_4$) comme unique source de carbone. Leur classification est ambivalente, étant donné que le méthane est organique mais que leur mode de synthèse ressemble à celui des autotrophes. #### 1.1.2 L'azote L'azote est indispensable. La plupart des bactéries peuvent assimiler les acides aminés et les bases azotées. Cependant, dans de nombreux environnements, ces ressources peuvent être limitantes. Les bactéries peuvent donc utiliser des sources d'azote inorganiques, telles que l'ammoniaque ($NH_3$), l'ion ammonium ($NH_4^+$), ou les nitrates ($NO_3^-$). * **Assimilation de l'ammonium :** L'ammonium peut être incorporé directement dans les acides aminés, comme la glutamate, via une réaction nécessitant du $NADPH$ (réaction de faible affinité). * **Assimilation des nitrates :** Les nitrates sont d'abord réduits en ammonium avant d'être assimilés. * **Assimilation en cas de faible concentration d'ammonium :** Lorsque l'ammonium est rare, les bactéries peuvent convertir le glutamate en glutamine, une réaction qui nécessite de l'ATP. * **Fixation du diazote :** Certaines bactéries rares (cyanobactéries, Rhizobium) sont capables de fixer le diazote ($N_2$), une molécule très stable, mais ce processus est très coûteux énergétiquement. #### 1.1.3 Le phosphore et le soufre * **Phosphore :** Le phosphate inorganique ($PO_4^{3-}$) peut être directement incorporé dans l'ATP lors de la phosphorylation. * **Soufre :** Le soufre peut être incorporé sous forme de sulfure d'hydrogène ($H_2S$). Une réaction simple permet de le greffer en remplacement d'un groupe hydroxyle ($OH$) dans une molécule organique, libérant de l'acétate. De nombreuses bactéries réduisent d'abord le sulfate ($SO_4^{2-}$) en sulfure pour l'incorporer, notamment dans la cystéine. #### 1.1.4 Sels minéraux et oligo-éléments Les bactéries ont besoin de macroéléments comme le sodium ($Na^+$), le potassium ($K^+$), le magnésium ($Mg^{2+}$), et le chlore ($Cl^-$) pour l'équilibre ionique du cytoplasme. Les oligo-éléments, tels que le manganèse ($Mn$), le cobalt ($Co$), et surtout le fer ($Fe$), sont des cofacteurs enzymatiques essentiels au métabolisme, notamment pour les transferts d'électrons. Le fer est souvent un élément limitant. #### 1.1.5 Facteurs de croissance Ce sont des composés que la bactérie ne peut pas synthétiser elle-même et doit donc importer du milieu. Ils incluent des vitamines, des acides aminés et des bases azotées. * **Auxotrophie :** Une bactérie est dite **auxotrophe** pour un facteur de croissance si elle est incapable de le synthétiser. Par exemple, une bactérie auxotrophe pour la biotine (vitamine B7) doit la trouver dans son milieu de culture. * **Prototrophie :** Une bactérie **prototrophe** est capable de synthétiser tous ses besoins en vitamines, acides aminés et bases azotées. Les bactéries phototrophes sont souvent prototrophes. > **Tip :** Il est crucial de ne pas confondre une bactérie **auxotrophe** (qui a besoin d'un nutriment externe) et une bactérie **autotrophe** (qui synthétise sa propre matière organique à partir de sources inorganiques). ### 1.2 Classification des bactéries : Types nutritionnels Les bactéries peuvent être classées selon trois critères principaux : leur source d'énergie, leur source d'électrons, et leur source de carbone. #### 1.2.1 Source d'énergie * **Phototrophes :** Utilisent la lumière comme source d'énergie. * **Chimiotrophes :** Utilisent des composés chimiques comme source d'énergie. #### 1.2.2 Source d'électrons * **Lithotrophes :** Utilisent des donneurs d'électrons inorganiques (ex: $H_2$, $NH_4^+$). * **Organotrophes :** Utilisent des donneurs d'électrons organiques (ex: glucose). #### 1.2.3 Combinaison des sources En combinant ces sources, on obtient différentes catégories : * **Photo-litho-autotrophes :** Source d'énergie lumineuse, source d'électrons inorganique, source de carbone $CO_2$. Exemple : Cyanobactéries. * **Photo-organo-hétérotrophes :** Source d'énergie lumineuse, source d'électrons organique, source de carbone organique. * **Chimio-litho-autotrophes :** Source d'énergie chimique, source d'électrons inorganique, source de carbone $CO_2$. Exemple : Nitrosomonas europaea. * **Chimio-organo-hétérotrophes :** Source d'énergie chimique, source d'électrons organique, source de carbone organique. C'est le type le plus courant, incluant la majorité des bactéries pathogènes et saprophytes. Exemple : E. coli, Staphylococcus aureus. > **Exemple :** Une bactérie qui croît en présence de lumière, utilise $CO_2$ comme source de carbone, et $H_2O$ comme source d'électrons serait une photo-litho-autotrophe. ### 1.3 Capture des nutriments Les bactéries utilisent différents mécanismes pour faire entrer les nutriments dans leur cellule : #### 1.3.1 Diffusion passive Pour les petites molécules non polaires comme $O_2$, $CO_2$, $H_2O$, qui traversent directement la membrane plasmique en suivant leur gradient de concentration. #### 1.3.2 Diffusion facilitée Des protéines membranaires (perméases, porines chez les Gram-négatives) facilitent le passage de molécules hydrophiles suivant leur gradient de concentration, sans dépense d'énergie. #### 1.3.3 Transport actif Permet d'importer des molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant une dépense d'énergie métabolique. * **Transporteurs ABC (ATP-Binding Cassette) :** Utilisent l'hydrolyse de l'ATP pour transporter des solutés (acides aminés, sucres, phosphate inorganique) à travers la membrane. * **Symport / Antiport :** Couplent le transport d'une molécule avec celui d'un proton ($H^+$) ou d'un ion sodium ($Na^+$) suivant son gradient. Ces gradients sont maintenus par la force proton-motrice. * **Transport de groupe (Système PTS - Phosphotransférase de Sucres) :** Le soluté est modifié (souvent phosphorylé) lors de son passage à travers la membrane, utilisant le phosphoénolpyruvate (PEP) comme donneur de phosphate. Ce système permet à la fois l'importation et la phosphorylation du sucre, économisant de l'ATP. #### 1.3.4 Transport spécifique pour les oligo-éléments Le fer, par exemple, est capté via des **sidérophores**. Ce sont des molécules sécrétées par la bactérie qui chélatent le fer ($Fe^{3+}$), formant un complexe stable qui est ensuite réimporté par des transporteurs ABC. ### 1.4 Milieux de culture Les milieux de culture doivent fournir tous les nutriments nécessaires à la croissance bactérienne. Leur composition varie en fonction des besoins des bactéries. * **Milieu défini (synthétique) :** Tous les composants chimiques sont connus avec précision. Un milieu minimum contient une source de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des sels minéraux et des oligo-éléments. Seules les bactéries prototrophes peuvent y croître. * **Milieu complexe :** Contient des composants dont la composition exacte n'est pas connue (ex: peptones, extraits de levure). Ils fournissent de nombreux facteurs de croissance et permettent de cultiver des bactéries non fastidieuses. * **Milieu enrichi :** Milieu complexe auquel on a ajouté des nutriments spécifiques pour cultiver des bactéries fastidieuses. * **Milieu sélectif :** Contient des agents qui inhibent la croissance de certaines bactéries, favorisant ainsi celles recherchées. * **Milieu différentiel :** Contient des composants permettant de distinguer différentes souches de bactéries par des réactions observables (ex: changement de couleur). > **Exemple :** Le milieu de MacConkey est sélectif car les sels biliaires et le violet de gentiane inhibent les bactéries Gram-positives, permettant la croissance des bactéries Gram-négatives. Il est aussi différentiel car la fermentation du lactose par certaines bactéries Gram-négatives produit des colonies roses. ### 1.5 Classification basée sur l'influence de l'environnement L'environnement joue un rôle crucial dans la croissance bactérienne, menant à des classifications basées sur la tolérance à différents facteurs : #### 1.5.1 Température Les bactéries ont des **températures cardinales** : minimale, optimale, et maximale. * **Psychrophiles :** Optimale à basse température ($<15$ °C). * **Mésophiles :** Optimale à température modérée ($20-45$ °C) ; la plupart des bactéries pathogènes et de laboratoire sont mésophiles. * **Thermophiles :** Optimale à haute température ($45-80$ °C). * **Hyperthermophiles :** Optimale à très haute température ($>80$ °C). Les adaptations impliquent des modifications structurales des protéines (interactions hydrophobes, proline) et des lipides membranaires (acides gras insaturés pour les psychrophiles, saturés et cycliques pour les thermophiles). #### 1.5.2 Oxygène * **Aérobies strictes :** Nécessitent de l'oxygène. * **Anaérobies strictes :** L'oxygène est toxique ; elles ne possèdent pas les enzymes comme la superoxyde dismutase (SOD) et la catalase qui détoxifient les espèces réactives de l'oxygène (ERO). * **Anaérobies aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas pour leur métabolisme. Possèdent la SOD mais pas forcément la catalase. * **Aérobies facultatives :** Peuvent croître en présence ou en absence d'oxygène, mais préfèrent l'oxygène. Possèdent SOD et catalase. * **Microaérophiles :** Nécessitent de l'oxygène mais à faible concentration, car une forte concentration leur est toxique. Possèdent la SOD mais pas forcément la catalase. > **Tip :** Les anaérobies strictes nécessitent des conditions de culture spéciales, souvent dans des **enceintes anaérobies** ou avec des milieux contenant des agents réducteurs comme le thioglycolate. #### 1.5.3 pH * **Acidophiles :** Optimal à pH acide ($<5.5$). * **Neutrophiles :** Optimal à pH neutre ($6.5-7.5$) ; la plupart des bactéries sont neutrophiles. * **Alcalophiles :** Optimal à pH basique ($>8.5$). Les bactéries maintiennent un pH cytoplasmique proche de la neutralité grâce à des mécanismes d'homéostasie, comme l'exportation de protons via l'ATP synthase inversée ou l'utilisation d'antiporteurs. #### 1.5.4 Concentration en sel * **Halophiles :** Nécessitent une forte concentration en sel pour leur croissance. * **Halotolérantes :** Tolèrent une gamme étendue de concentrations salines, préférant des conditions moins salines. * **Non halophiles :** Croissent mieux à faible concentration saline. Les bactéries répondent au stress osmotique en accumulant des **solutés compatibles** (acides aminés, polyols) pour équilibrer la pression osmotique. #### 1.5.5 Activité de l'eau ($A_w$) L'activité de l'eau ($A_w$) mesure la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques. Une $A_w$ élevée (proche de 1) signifie une grande disponibilité de l'eau, tandis qu'une $A_w$ faible (proche de 0) limite la croissance. Les aliments avec une faible $A_w$ se conservent mieux. > **Exemple :** Les aliments frais ont une $A_w$ proche de 1, permettant la croissance de nombreuses bactéries. Le salami a une $A_w$ d'environ 0.85, où seuls les staphylocoques (halotolérants) peuvent encore croître. #### 1.5.6 Radiations Les radiations ionisantes et les UV sont nocifs pour les bactéries, causant des dommages à l'ADN. Les bactéries ont développé des mécanismes de réparation de l'ADN pour y survivre. Les UV-C sont particulièrement utilisés pour la stérilisation. Cette synthèse couvre les aspects essentiels des besoins nutritifs et de la classification des bactéries, vous fournissant une base solide pour votre préparation à l'examen. --- # Mécanismes de capture et de transport des nutriments Voici une synthèse détaillée sur les mécanismes de capture et de transport des nutriments, essentielle pour votre étude. ## 2. Mécanismes de capture et de transport des nutriments Les bactéries possèdent une variété de mécanismes pour acquérir les nutriments essentiels de leur environnement, allant de processus passifs à des systèmes de transport actifs très spécifiques, permettant de surmonter les gradients de concentration et d'importer des molécules même lorsque celles-ci sont rares. ### 2.1 Principes généraux de l'apport nutritif La survie et la croissance bactérienne dépendent de l'apport de divers nutriments, notamment des sources de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, de sels minéraux, d'oligo-éléments et, pour certaines, de facteurs de croissance spécifiques. #### 2.1.1 Besoins en carbone Le carbone est le squelette de toutes les molécules organiques. Les bactéries peuvent être classées selon leur source de carbone : * **Bactéries hétérotrophes :** Utilisent des sources de carbone organique complexes (glucides, acides gras, protéines). De nombreuses souches sont spécialisées dans la métabolisation de sucres spécifiques comme le lactose. * **Bactéries autotrophes :** Capables de fixer le dioxyde de carbone ($CO_2$) et de le réduire en composés organiques, nécessitant une source d'énergie et d'électrons. * **Bactéries méthanotrophes :** Utilisent le méthane ($CH_4$) comme seule source de carbone. Elles sont parfois classées à part, car bien que le méthane soit organique, sa simplicité impose à la bactérie une synthèse complexe de molécules organiques. #### 2.1.2 Besoins en azote L'azote est crucial pour la synthèse d'acides aminés, de bases azotées et d'autres composés. * La plupart des bactéries peuvent incorporer des acides aminés ou des bases azotées directement. * Lorsque ces composés sont limitants, les bactéries assimilent des sources d'azote inorganique comme l'ammoniaque ($NH_3$) ou les ions ammonium ($NH_4^+$). * En présence d'ammonium à forte concentration, l'assimilation peut se faire par amination réductrice de l'alpha-cétoglutarate en glutamate, nécessitant du $NADPH$. * En présence d'ammonium à faible concentration, la voie de l'aminotransférase convertit le glutamate en glutamine, ce qui consomme une molécule d'$ATP$. * Certaines bactéries, comme les cyanobactéries et les Rhizobium, sont capables de fixer le diazote ($N_2$), un processus complexe et énergivore. #### 2.1.3 Besoins en phosphore et soufre * Le phosphore est principalement requis sous forme de phosphate inorganique ($PO_4^{3-}$), essentiel pour la synthèse d'$ATP$ et des acides nucléiques. * Le soufre peut être incorporé sous forme inorganique (sulfate $SO_4^{2-}$ ou sulfure d'hydrogène $H_2S$) ou organique. Les bactéries peuvent réduire le sulfate en sulfure pour l'assimiler, notamment pour la synthèse de la cystéine. #### 2.1.4 Sels minéraux et oligo-éléments Des ions comme le sodium ($Na^+$), le potassium ($K^+$), le magnésium ($Mg^{2+}$) et le chlore ($Cl^-$) sont nécessaires en quantités plus importantes pour maintenir l'équilibre ionique du cytoplasme. Les oligo-éléments (fer, manganèse, cobalt, etc.) sont essentiels en tant que cofacteurs enzymatiques, le fer étant particulièrement critique pour les processus de transfert d'électrons. #### 2.1.5 Facteurs de croissance Certaines bactéries ne sont pas capables de synthétiser toutes les molécules organiques complexes nécessaires à leur croissance, comme les vitamines, les acides aminés ou les bases azotées. Elles doivent alors importer ces "facteurs de croissance" du milieu. * Une bactérie qui ne peut pas synthétiser une substance spécifique est dite **auxotrophe** pour cette substance (ex: auxotrophe pour la biotine). * Une bactérie capable de synthétiser toutes ces molécules est dite **prototrophe**. * Les bactéries autotrophes sont généralement prototrophes. ### 2.2 Mécanismes de capture et de transport des nutriments Les membranes bactériennes sont des barrières sélectives, nécessitant des mécanismes spécifiques pour l'importation des nutriments. #### 2.2.1 Diffusion passive Ce mécanisme simple permet le passage des petites molécules non polaires (comme $O_2$, $CO_2$) à travers la bicouche lipidique de la membrane, sans dépense d'énergie et en suivant le gradient de concentration. #### 2.2.2 Diffusion facilitée Ce processus permet le passage de molécules hydrophiles (solubles dans l'eau) à travers la membrane, également sans dépense d'énergie et en suivant le gradient de concentration. Il est médiatisé par des protéines membranaires : * **Perméases :** Protéines spécifiques qui lient et transportent une molécule particulière. * **Porines :** Canaux dans la membrane externe des bactéries à Gram négatif, laissant passer des molécules de petite taille (jusqu'à environ 600-700 Da). #### 2.2.3 Transport actif Ce mécanisme permet d'importer des molécules **contre leur gradient de concentration**, ce qui nécessite une dépense d'énergie métabolique. Il existe plusieurs systèmes de transport actif : ##### 2.2.3.1 Transporteurs ABC (ATP-Binding Cassette) Ces systèmes utilisent l'hydrolyse de l'$ATP$ comme source d'énergie. Ils sont composés de plusieurs éléments : * Une ou deux protéines transmembranaires formant un canal. * Une ou deux protéines liant l'$ATP$ (protéines de liaison aux nucléotides), qui hydrolysent l'$ATP$ pour fournir l'énergie nécessaire au transport. * Une protéine de liaison au soluté dans l'espace périplasmique (chez les Gram-négatifs) ou ancrée à la membrane (chez les Gram-positifs), qui capte spécifiquement le nutrient à transporter. L'ensemble protéine de liaison-soluté se fixe ensuite à la protéine transmembranaire, et l'hydrolyse de l'$ATP$ permet le passage du soluté à travers la membrane. Les transporteurs ABC sont utilisés pour l'importation d'acides aminés, de sucres et de phosphate inorganique. ##### 2.2.3.2 Symport et Antiport (Transporteurs à gradient) Ces systèmes utilisent le gradient électrochimique d'un ion (souvent un proton $H^+$ ou un ion sodium $Na^+$) à travers la membrane plasmique pour alimenter le transport d'une autre molécule. * **Symport :** Deux solutés sont transportés dans la même direction. Par exemple, un symporteur à proton peut importer simultanément un soluté (comme le lactose ou un acide aminé) et un proton, lorsque le proton descend son gradient de concentration. * **Antiport :** Deux solutés sont transportés dans des directions opposées. Un ion descend son gradient et entraîne le mouvement d'une autre molécule dans la direction inverse. La force proton motrice (ou force ionique motrice) est le moteur principal de ces systèmes, fournissant l'énergie métabolique nécessaire au transport actif. ##### 2.2.3.3 Transport de groupe (Système PTS - PhosphoTransfert Sugar) Ce système est principalement utilisé par les bactéries anaérobies facultatives et certains anaérobies pour importer des sucres (comme le glucose) tout en les phosphorylant simultanément. * Le phosphate provient du phosphoénolpyruvate ($PEP$), un intermédiaire de la glycolyse. L'hydrolyse du $PEP$ en pyruvate libère de l'énergie, qui est transférée séquentiellement à travers une série de protéines (E1, HPr, IIA, IIB). * Le sucre est transporté à travers la membrane et phosphorylé en glucose-6-phosphate par la protéine IIB. * Ce système permet d'importer le sucre et de le maintenir à l'intérieur de la cellule sous une forme phosphorylée, ce qui évite la diffusion retour et le besoin d'une molécule d'$ATP$ supplémentaire pour la phosphorylation. #### 2.2.4 Systèmes spécialisés pour le transport d'oligo-éléments (ex: Fer) Le fer est essentiel mais souvent peu soluble dans les milieux aqueux, surtout sous forme ferrique ($Fe^{3+}$). Pour pallier cela, les bactéries sécrètent des molécules appelées **sidérophores**. * Les sidérophores sont des chélateurs de haute affinité qui se lient au fer ferrique. * Le complexe sidérophore-fer est ensuite reconnu et capté par des transporteurs membranaires spécifiques, souvent des transporteurs ABC. ### 2.3 Milieux de culture : un reflet des besoins nutritifs La conception des milieux de culture doit tenir compte de la diversité des besoins nutritionnels bactériens. * **Milieu défini (ou synthétique) :** Tous les composants chimiques sont connus précisément. Un milieu minimum est un milieu défini contenant uniquement les nutriments inorganiques et une source de carbone simple, adapté aux bactéries prototrophes. * **Milieu complexe :** Contient des mélanges dont la composition exacte n'est pas connue (ex: peptones, extraits de levure), fournissant une gamme de nutriments et de facteurs de croissance. Adapté aux bactéries hétérotrophes non fastidieuses. * **Milieu enrichi :** Un milieu complexe auquel on ajoute des composants spécifiques pour cultiver des bactéries exigeantes (fastidieuses). * **Milieu sélectif :** Contient des agents qui inhibent la croissance de certaines bactéries et/ou favorisent celle d'autres, permettant de les isoler. * **Milieu différentiel :** Permet de distinguer différentes souches de bactéries par des changements observés (ex: changement de couleur, halo) lors de leur croissance. **> Tip:** Il est essentiel de ne pas confondre "auxotrophe" (qui a besoin d'un facteur de croissance externe) et "autotrophe" (qui synthétise sa propre matière organique à partir de $CO_2$). **> Exemple:** Une bactérie qui a besoin de lumière, d'une source inorganique d'électrons ($H_2$, $NH_4^+$), et de $CO_2$ comme source de carbone est une photolithoautotrophe. Si elle a besoin de biotine pour croître, elle est auxotrophe pour la biotine. --- # Milieux de culture et techniques de croissance bactérienne Voici un résumé détaillé sur les milieux de culture et les techniques de croissance bactérienne, conçu pour une préparation d'examen : ## 3. Milieux de culture et techniques de croissance bactérienne Ce sujet aborde la composition et la classification des milieux de culture utilisés pour la croissance bactérienne, ainsi que les méthodes de quantification et la compréhension des phases de croissance des bactéries. ### 3.1 Besoins nutritifs des bactéries Les bactéries ont des besoins nutritifs variés qui dépendent de leur type nutritionnel. Ces besoins incluent des sources de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des sels minéraux, des oligo-éléments et, parfois, des facteurs de croissance spécifiques. #### 3.1.1 Source de carbone * **Hétérotrophes :** Utilisent le carbone organique (glucides, acides gras, protéines, peptides). La majorité des bactéries entrent dans cette catégorie. Différentes souches sont spécialisées dans l'utilisation de types de carbone organique spécifiques (par exemple, le glucose est largement utilisé, mais certains préfèrent les acides aminés ou le lactose). * **Autotrophes :** Capables de fixer le $\text{CO}_2$ (dioxyde de carbone), nécessitant de l'énergie métabolique pour cette réduction. * **Méthanotrophes :** Un groupe à part qui utilise le méthane ($\text{CH}_4$) comme seule source de carbone. Ce sont des molécules organiques simples, mais leur capacité à synthétiser toutes leurs propres molécules complexes à partir de $\text{CH}_4$ les rapproche des autotrophes. #### 3.1.2 Source d'énergie et d'électrons (Types nutritionnels) Les types nutritionnels classifient les bactéries selon leurs sources d'électrons, d'énergie et de carbone. * **Source d'énergie :** * **Phototrophes :** Source d'énergie lumineuse. * **Chimiotrophes :** Source d'énergie chimique. * **Source d'électrons :** * **Organotrophes :** Source d'électrons organique (ex: glucose). * **Lithotrophes :** Source d'électrons inorganique (ex: $\text{H}_2$, $\text{NH}_4^+$). #### 3.1.3 Source d'azote La plupart des bactéries peuvent incorporer des acides aminés (aa) et des bases azotées. L'azote peut être sous forme inorganique (ammoniaque, ammonium $\text{NH}_4^+$, nitrate $\text{NO}_3^-$). * **Assimilation de l'ammonium :** L'ammonium peut être directement incorporé dans les acides aminés (ex: formation de glutamate à partir d'alpha-cétoglutarate avec $\text{NH}_3$ et $\text{NADPH}$). Cette réaction a une faible affinité pour l'ammonium. * **Assimilation du nitrate :** Le nitrate est d'abord réduit en ammonium avant d'être assimilé. * **Formation de glutamine :** Si l'ammonium est en faible quantité, la bactérie peut transformer le glutamate en glutamine en utilisant de l'ATP. * **Fixation du diazote :** Très rare (ex: cyanobactéries, *Rhizobium*), convertit l'azote gazeux ($\text{N}_2$) en formes utilisables, un processus très coûteux en énergie. #### 3.1.4 Phosphore et soufre * **Phosphore :** Généralement sous forme de phosphate inorganique, directement incorporable dans l'ATP lors de la phosphorylation. * **Soufre :** Peut être sous forme inorganique (ex: sulfure d'hydrogène $\text{H}_2\text{S}$, qui peut être incorporé en une étape) ou organique. De nombreuses bactéries réduisent le sulfate en sulfure pour l'incorporer (ex: dans la cystéine). #### 3.1.5 Sels minéraux et oligo-éléments Les sels minéraux comme $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Cl}^-$ sont nécessaires en grande quantité pour l'équilibre ionique du cytoplasme. Les oligo-éléments (ex: $\text{Mn}$, $\text{Co}$, $\text{Fe}$) sont des cofacteurs enzymatiques essentiels. Le fer est particulièrement important pour les échanges d'électrons et peut être un élément limitant. #### 3.1.6 Facteurs de croissance Ce sont des nutriments essentiels que la bactérie ne peut pas synthétiser elle-même et doit importer. Ils incluent des vitamines, des acides aminés et des bases azotées. * **Protophote :** Capable de synthétiser tous ses facteurs de croissance. * **Auxotrophe :** Dépendant d'un ou plusieurs facteurs de croissance spécifiques (ex: auxotrophe pour la biotine si elle ne peut pas la synthétiser). ### 3.2 Capture des nutriments Les bactéries utilisent plusieurs mécanismes pour importer les nutriments : * **Diffusion passive :** Molécules petites et non polaires traversant librement la membrane (ex: $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$). Ne nécessite pas d'énergie. * **Diffusion facilitée :** Molécules polaires traversant la membrane grâce à des protéines de transport (perméases, porines chez les Gram-). Ne nécessite pas d'énergie mais suit le gradient de concentration. * **Transport actif :** Importation de molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant de l'énergie métabolique. * **Transporteurs à cassette ABC :** Impliquent une protéine transmembranaire, une protéine de liaison au soluté dans le périplasme et une ATPase pour fournir l'énergie par hydrolyse de l'ATP. Utilisé pour les acides aminés, certains sucres et le phosphate inorganique. * **Symport / Antiport :** Utilise le gradient de protons (force proton motrice) ou de sodium pour co-transporter une molécule avec un proton ou un ion. * **Transport de groupe (Système PTS) :** Le substrat est modifié chimiquement (généralement phosphorylé) pendant le transport, en utilisant l'énergie du phosphoénolpyruvate (PEP). Permet l'import et la phosphorylation simultanés (ex: glucose-6-phosphate lors de l'import du glucose). L'énergie provient de la dernière étape de la glycolyse. * **Transport du fer :** Le fer est chélaté par des sidérophores, puis le complexe est importé via des transporteurs ABC. Le fer ferrique ($\text{Fe}^{3+}$) est peu soluble en milieu aérobie. ### 3.3 Milieux de culture Les milieux de culture doivent fournir tous les éléments nécessaires à la croissance bactérienne. Ils sont adaptés aux besoins spécifiques des différentes bactéries. * **Milieu défini (synthétique) :** Tous les composants chimiques sont connus précisément. * **Milieu minimum :** Contient une source de carbone, de phosphore, de soufre, d'azote minéral et des ions essentiels. Ne contient pas de facteurs de croissance, donc ne permet que la croissance des bactéries prototrophes. Permet d'étudier les besoins nutritifs spécifiques. * **Milieu complexe :** Contient des mélanges dont la composition chimique précise n'est pas entièrement connue (ex: peptones, extraits de levure). Ces milieux fournissent une large gamme de nutriments et facteurs de croissance, permettant la culture de nombreuses bactéries chimiotrophes non "fastidieuses". * **Milieu enrichi :** Un milieu complexe additionné d'un ou plusieurs nutriments spécifiques (ex: gélose au sang). Utilisé pour les bactéries "fastidieuses" qui ont des exigences nutritives plus strictes. * **Milieu sélectif :** Contient des agents qui inhibent la croissance de certaines bactéries, tout en favorisant celle d'autres. Permet de sélectionner des types de bactéries dans un mélange. * Exemples : Milieu de Chapman (haute concentration en $\text{NaCl}$ pour les staphylocoques), Milieu de Baird-Parker (inhibiteurs pour staphylocoques), Milieu MacConkey (sels biliaires et violet de gentiane pour inhiber les Gram+ et sélectionner les Gram-). * **Milieu différentiel :** Contient des composants qui permettent de distinguer différentes souches de bactéries par leurs réactions métaboliques. * Exemples : Milieu de Chapman (fermentation du mannitol par *S. aureus* change le pH), Milieu de Baird-Parker (réduction du tellurite, production de lécithinase), Milieu MacConkey (fermentation du lactose par les coliformes produit des colonies roses), Gélose SS (colonies noires pour Salmonella, claires pour Shigella). Certains milieux peuvent être à la fois sélectifs et différentiels. ### 3.4 Croissance bactérienne : Techniques de dénombrement Quantifier le nombre de bactéries est essentiel. * **Technique d'étalement sur boîte de gélose :** 1. Réaliser une série de dilutions en cascade de l'échantillon liquide. 2. Prélever un volume connu (ex: 1 mL) et le mélanger avec de la gélose fondue (en surfusion) ou l'étaler sur une boîte de gélose. 3. Incuber les boîtes. 4. Compter les colonies formées (une colonie provenant d'une bactérie viable). On privilégie les boîtes contenant entre 30 et 300 colonies. * **Calcul :** Nombre de colonies $\times$ facteur de dilution / volume étalé. Le résultat est exprimé en Unités Formant Colonies ($\text{UFC}/\text{mL}$). * **Turbidimétrie :** * Mesure de la turbidité (trouble) d'une culture liquide due à la présence de cellules bactériennes. * Utilise un spectrophotomètre pour mesurer la densité optique (DO) à une longueur d'onde donnée (ex: 600 nm). * Relation linéaire entre la DO et le nombre de bactéries en suspension selon la loi de Beer-Lambert ($DO = k \times \text{concentration}$). * **Inconvénient :** Ne distingue pas les bactéries vivantes des bactéries mortes. Moins sensible que la technique d'étalement pour les faibles concentrations (nécessite environ $10^7$ bactéries/mL pour être efficace). ### 3.5 Phases de croissance bactérienne en système fermé La croissance d'une population bactérienne en milieu liquide peut être représentée par une courbe de croissance, généralement tracée en utilisant une échelle logarithmique pour le nombre de bactéries. * **Phase de latence :** Période d'adaptation pendant laquelle les bactéries synthétisent les enzymes nécessaires à la croissance. Pas de division visible. * **Phase de croissance exponentielle :** Les bactéries se divisent à un rythme constant, doublant leur population à intervalles réguliers (temps de génération). Le taux de croissance maximal ($\mu_{\text{max}}$) est atteint. * Formule : $N_t = N_0 \times 2^n$, où $N_t$ est le nombre de bactéries au temps $t$, $N_0$ est le nombre de bactéries au début de la phase exponentielle, et $n$ est le nombre de générations. * Pour calculer le temps de génération ($g$) : $g = t/n$. $n$ peut être calculé à partir des logarithmes : $n = (\log N_t - \log N_0) / \log 2$. * Le temps de génération varie considérablement selon les espèces et les conditions environnementales. * **Phase stationnaire :** La croissance ralentit ou s'arrête en raison de l'épuisement des nutriments ou de l'accumulation de produits toxiques. * **Phase de déclin (mort) :** Le nombre de bactéries viables diminue car les conditions deviennent très défavorables. #### 3.5.1 Croissance en biofilms Dans la nature, de nombreuses bactéries forment des **biofilms**, des communautés microbiennes associées à une surface. Ce mode de vie présente des avantages (protection, accès aux nutriments). * **Formation de biofilm :** Implique plusieurs étapes : attachement initial, adhésion définitive, synthèse d'exopolymères, maturation, et dispersion. * **Communication par perception du quorum (Quorum Sensing, QS) :** Les bactéries communiquent entre elles via des molécules signal (auto-inducteurs) dont la concentration augmente avec la densité de population. * **Bactéries Gram-négatives :** Utilisent généralement des acyl-homosérine lactones (AHL) comme signaux (système LuxI/LuxR). * **Bactéries Gram-positives :** Utilisent souvent des oligopeptides comme signaux (système agr chez *S. aureus*). * Le QS régule des comportements collectifs, y compris la formation et la dispersion des biofilms, et la production de facteurs de virulence. ### 3.6 Influence de l'environnement sur la croissance bactérienne Plusieurs facteurs environnementaux influencent la croissance bactérienne : température, oxygène, pH, concentration en sel, disponibilité de l'eau, et radiations. #### 3.6.1 Température Chaque bactérie possède des températures cardinales : minimale, optimale et maximale de croissance. * **Psychrophiles :** Optimale à basse température ($<10^\circ\text{C}$). Leurs protéines sont flexibles et leurs membranes riches en acides gras insaturés. * **Mésophiles :** Optimale à température modérée ($20-45^\circ\text{C}$). La plupart des pathogènes humains sont mésophiles. * **Thermophiles :** Optimale à haute température ($>45^\circ\text{C}$). Leurs protéines sont stables et leurs membranes riches en acides gras saturés ou cyclisés. * **Hyperthermophiles :** Optimale à des températures très élevées ($>80^\circ\text{C}$). Les protéines et les lipides membranaires sont adaptés à la température de croissance optimale. Les psychrophiles expriment des protéines antigel, tandis que les thermophiles utilisent des protéines chaperonnes. #### 3.6.2 Oxygène La présence d'oxygène détermine le mode de respiration : * **Aérobies strictes :** Nécessitent l'oxygène comme accepteur final d'électrons et possèdent des enzymes comme la superoxyde dismutase (SOD) et la catalase pour détoxifier les espèces réactives de l'oxygène. * **Anaérobies strictes :** Ne supportent pas l'oxygène et sont dépourvues de SOD et de catalase. * **Aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas pour la respiration ; possèdent la SOD mais pas toujours la catalase. * **Aérobie facultatives :** Peuvent croître en présence ou en absence d'oxygène (via respiration ou fermentation) ; possèdent la SOD et la catalase. * **Microaérophiles :** Nécessitent l'oxygène mais à faible concentration ; possèdent la SOD mais pas toujours la catalase. La culture des anaérobies strictes nécessite des conditions spécifiques (cloches anaérobies, milieux avec thioglycolate, indicateurs d'oxygène comme le bleu de méthylène). #### 3.6.3 pH Les bactéries ont également des préférences de pH : * **Acidophiles :** Croissent mieux en milieu acide (pH $< 5.5$). * **Neutrophiles :** Croissent mieux autour du pH neutre (pH $6.5-7.5$). La plupart des bactéries courantes sont neutrophiles. * **Alcalophiles :** Croissent mieux en milieu basique (pH $> 8.0$). Malgré le pH externe, les bactéries maintiennent un pH cytoplasmique proche de la neutralité grâce à des mécanismes d'homéostasie (ex: utilisation de l'ATP synthase en sens inverse pour exporter des protons, antiporteurs). #### 3.6.4 Concentration en sel * **Non halophiles :** Préfèrent de faibles concentrations de $\text{NaCl}$. * **Halotolérantes :** Tolèrent des concentrations élevées de $\text{NaCl}$ mais ont une croissance optimale à faible concentration (ex: *Staphylococcus*). * **Halophiles :** Nécessitent des concentrations élevées de $\text{NaCl}$ pour leur croissance optimale. * **Halophiles extrêmes :** Requises des concentrations de $\text{NaCl}$ très élevées. Pour résister aux stress osmotiques (milieux hypertoniques), les bactéries accumulent des solutés compatibles (acides aminés, glycérol, etc.) pour augmenter la pression osmotique interne. En milieu hypotonique, elles réduisent leur concentration en solutés compatibles ou les excrètent. #### 3.6.5 Activité de l'eau ($\text{Aw}$) L'activité de l'eau ($\text{Aw}$) représente la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques et la croissance microbienne. Elle varie de 0 (eau indisponible) à 1 (eau pure). * Une $\text{Aw}$ élevée (proche de 1) permet la croissance de nombreuses bactéries. * Une $\text{Aw}$ plus faible (ex: dans les aliments déshydratés ou salés) inhibe la croissance bactérienne, favorisant potentiellement les moisissures à des $\text{Aw}$ intermédiaires. * Les aliments avec une faible $\text{Aw}$ se conservent mieux à température ambiante. #### 3.6.6 Radiations Les radiations ionisantes ($\alpha$, $\beta$, $\gamma$) et les UV peuvent endommager l'ADN bactérien. Les bactéries ont développé des mécanismes de réparation de l'ADN pour y faire face. Les UV-C sont utilisés pour la stérilisation. --- Ce résumé couvre les concepts clés des milieux de culture, des besoins nutritifs, des techniques de croissance et de dénombrement, ainsi que l'influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne, essentiels pour la réussite à l'examen. --- # Influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne Voici un résumé détaillé sur l'influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne, conçu pour un guide d'étude universitaire. ## 4. Influence des facteurs environnementaux sur la croissance bactérienne Cette section explore comment divers facteurs environnementaux, tels que la température, l'oxygène, le pH, la teneur en sel, la disponibilité de l'eau et les radiations, affectent la croissance et la survie des bactéries. ### 4.1 Besoins nutritifs des bactéries Les bactéries nécessitent diverses ressources pour leur croissance, notamment des sources de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des sels minéraux, des oligo-éléments et, parfois, des facteurs de croissance spécifiques. #### 4.1.1 Source de carbone * **Carbone organique :** La majorité des bactéries utilisent des sources de carbone organiques comme les glucides, les acides gras ou les protéines. Les bactéries hétérotrophes dépendent de ces composés. * **Carbone inorganique (CO2) :** Les bactéries autotrophes sont capables de fixer le dioxyde de carbone (CO2) pour synthétiser leurs propres molécules organiques, nécessitant une source d'énergie et d'électrons. * **Méthanotrophes :** Ces bactéries utilisent le méthane (CH4) comme unique source de carbone. Bien que le méthane soit organique, leur capacité à synthétiser toutes leurs molécules complexes à partir de ce composé simple les distingue des hétérotrophes classiques et les rapproche des autotrophes. #### 4.1.2 Type nutritionnel Les types nutritionnels classent les bactéries selon leur source d'énergie, leur source d'électrons et leur source de carbone : * **Source d'énergie :** * **Chimiotrophe :** Utilise une source d'énergie chimique. * **Phototrophe :** Utilise une source d'énergie lumineuse. * **Source d'électron :** * **Organotrophe :** Utilise une source organique d'électrons (ex: glucose). * **Lithotrophe :** Utilise une source inorganique d'électrons (ex: H2, NH4+). #### 4.1.3 Source d'azote La plupart des bactéries incorporent des acides aminés (aa) ou des bases azotées. Lorsque ces formes organiques sont limitantes, elles utilisent des sources d'azote inorganiques comme l'ammoniaque (NH3), l'ammonium (NH4+) ou les nitrates. L'ammonium peut être directement incorporé dans les aa via l'amination réductrice (utilisant le $\alpha$-cétoglutarate et le NADPH) ou via la glutamine synthétase si l'ammonium est rare. La fixation du diazote (N2) est une capacité rare, détenue par des bactéries comme les cyanobactéries et *Rhizobium*. #### 4.1.4 Phosphore et soufre Le phosphore est souvent incorporé sous forme de phosphate inorganique pour la synthèse d'ATP. Le soufre peut être utilisé sous forme de sulfure d'hydrogène (H2S) directement ou après réduction des sulfates en sulfures, incorporés notamment dans la cystéine. #### 4.1.5 Sels minéraux et oligo-éléments Des éléments comme le sodium (Na), le potassium (K) et le chlore (Cl) sont nécessaires pour l'équilibre ionique du cytoplasme. Des oligo-éléments tels que le magnésium (Mg), le cobalt (Co) et surtout le fer (Fe) sont essentiels comme cofacteurs enzymatiques et pour les transferts d'électrons. Le fer est souvent un élément limitant. #### 4.1.6 Facteurs de croissance Ce sont des composés organiques (vitamines, aa, bases azotées) que la bactérie ne peut pas synthétiser et doit importer. * **Auxotrophe :** Une bactérie qui a besoin d'un ou plusieurs facteurs de croissance. Par exemple, une bactérie auxotrophe pour la biotine (B7) doit l'avoir dans son milieu de culture. * **Prototrophe :** Une bactérie capable de synthétiser tous ses facteurs de croissance nécessaires. > **Tip :** Il est crucial de distinguer un *auxotrophe* (qui *a besoin* d'un facteur externe) d'un *autotrophe* (qui *produit* ses propres composés organiques à partir de CO2). ### 4.2 Capture des nutriments Les nutriments pénètrent dans la cellule bactérienne par différents mécanismes : * **Diffusion passive :** Passage libre des petites molécules (O2, CO2, H2O) à travers la bicouche lipidique. * **Diffusion facilitée :** Transport de molécules hydrophiles à travers la membrane sans dépense d'énergie, suivant le gradient de concentration, grâce à des perméases ou des porines (chez les Gram négatives). * **Transport actif :** Import de molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant de l'énergie. Les systèmes incluent : * **Transporteurs ABC :** Impliquent une protéine de fixation, une protéine transmembranaire formant un pore, et une source d'énergie (hydrolyse d'ATP). Utilisés pour les acides aminés, certains sucres, et le phosphate inorganique. * **Symport / Antiport :** Co-transport d'une molécule avec un ion (proton ou sodium) suivant le gradient de cet ion pour importer la molécule. * **Transport de groupe (Système PTS) :** Le substrat (souvent un sucre comme le glucose) est transporté et phosphorylé simultanément, l'énergie provenant du phosphoénolpyruvate (PEP). Ce système est fréquent chez les anaérobies facultatives. * **Transport de fer :** Les sidérophores (molécules chélatrices sécrétées) capturent le fer ferrique (Fe3+) très insoluble, forment un complexe qui est ensuite réimporté par des systèmes ABC. ### 4.3 Milieux de culture L'élaboration d'un milieu de culture adapté est essentielle en raison de la diversité des besoins nutritionnels bactériens. * **Milieu défini (synthétique) :** Composition chimique précisément connue. Un **milieu minimum** est un milieu défini contenant uniquement les nutriments essentiels (source de carbone, azote, phosphore, soufre, sels minéraux, oligo-éléments), permettant de cultiver des bactéries prototrophes. * **Milieu complexe :** Contient des composants dont la composition exacte n'est pas connue (ex: peptones, extraits de levure), fournissant divers facteurs de croissance. Permet de cultiver de nombreuses bactéries chimio-hétérotrophes non exigeantes. * **Milieu enrichi :** Milieu complexe auquel on ajoute des nutriments spécifiques pour cultiver des bactéries exigeantes (fastidieuses), comme la gélose au sang. * **Milieu sélectif :** Contient des inhibiteurs ou des composants favorisant la croissance de certains groupes bactériens tout en en limitant d'autres (ex: milieu de Chapman avec NaCl élevé pour les staphylocoques, milieu MacConkey pour les Gram négatif). * **Milieu différentiel :** Permet de distinguer différentes souches de bactéries sur la base de leurs propriétés métaboliques visibles (ex: fermentation du mannitol sur milieu de Chapman, production de colonies roses sur milieu MacConkey par fermentation du lactose). > **Tip :** Un milieu peut être à la fois sélectif et différentiel. ### 4.4 Croissance bactérienne et dénombrement Quantifier la population bactérienne peut se faire par : * **Dénombrement de colonies :** Après dilutions en cascade et étalement sur gélose, chaque colonie formée est supposée provenir d'une seule bactérie vivante (Unité Formant Colonie - UFC). La formule est : Nombre de colonies × Facteur de dilution / Volume étalé. * **Turbidimétrie :** Mesure de la densité optique (DO) d'un milieu liquide troublé par la croissance bactérienne. La DO est proportionnelle au nombre de bactéries (Loi de Beer-Lambert), mais ne distingue pas les cellules vivantes des mortes. ### 4.5 Phases de croissance bactérienne En système fermé (batch), la croissance bactérienne suit généralement quatre phases, représentées sur une échelle logarithmique : 1. **Phase de latence (lag phase) :** Adaptation au nouveau milieu, synthèse des enzymes nécessaires. 2. **Phase de croissance exponentielle :** Division rapide et constante, la population double à intervalles réguliers (temps de génération). Le temps de génération ($g$) se calcule par $g = \frac{t}{n}$, où $t$ est le temps et $n$ le nombre de générations ($n = \frac{\log N_t - \log N_0}{\log 2}$). 3. **Phase stationnaire :** Ralentissement ou arrêt de la croissance dû à l'épuisement des nutriments ou à l'accumulation de déchets toxiques. 4. **Phase de mort ("death phase") :** Diminution du nombre de bactéries viables dans un milieu épuisé. > **Tip :** L'utilisation d'une échelle logarithmique est essentielle pour identifier précisément la phase exponentielle et calculer le temps de génération. ### 4.6 Biofilms De nombreuses bactéries vivent dans l'environnement sous forme de biofilms : communautés microbiennes associées à une surface, souvent plurispécifiques et enrobées d'une matrice de polysaccharides extracellulaires (EPS). * **Cycle de vie :** Inclut l'attachement initial, l'adhésion définitive, la synthèse d'EPS, la maturation, et la dispersion. * **Quorum sensing (QS) :** Système de communication bactérienne basé sur la densité de population. Les bactéries produisent et détectent des molécules signal (auto-inducteurs) pour coordonner des comportements collectifs comme la formation de biofilms ou l'expression de facteurs de virulence. * **Bactéries Gram négatif :** Utilisent principalement les acyl-homosérine lactones (AHL) comme auto-inducteurs (système LuxI/LuxR chez *Vibrio fischeri*). * **Bactéries Gram positif :** Utilisent généralement des oligopeptides comme auto-inducteurs (système agr chez *Staphylococcus aureus*). ### 4.7 Influence de la température La température a un impact majeur sur la croissance bactérienne, définie par des températures cardinales : minimale, optimale et maximale. * **Psychrophiles :** Croissent à basse température (< 15°C). Leurs protéines sont flexibles et leurs membranes riches en acides gras insaturés. * **Mésophiles :** Croissent à des températures modérées (20-45°C), incluant la plupart des pathogènes humains. Les bactéries de laboratoire sont souvent mésophiles. * **Thermophiles :** Croissent à haute température (45-80°C). Leurs protéines sont stables et leurs membranes riches en acides gras saturés, cycliques ou branchés. * **Hyperthermophiles :** Croissent à des températures très élevées (> 80°C). > **Tip :** Les enzymes de bactéries psychrophiles sont utiles pour les détergents à basse température, tandis que celles des thermophiles sont précieuses en biotechnologie (ex: ADN polymérase thermorésistante pour la PCR). ### 4.8 Influence de l'oxygène Les bactéries varient dans leur utilisation et leur tolérance à l'oxygène : * **Aérobies strictes :** Nécessitent de l'oxygène pour leur métabolisme respiratoire. * **Anaérobies strictes :** L'oxygène est toxique ; elles ne possèdent pas d'enzymes pour neutraliser les espèces réactives de l'oxygène (ERO) comme la superoxyde dismutase (SOD) ou la catalase. * **Aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas pour leur métabolisme. Possèdent la SOD mais pas la catalase. * **Aérobies facultatives :** Peuvent croître en présence ou en absence d'oxygène, utilisant la respiration aérobie lorsque l'oxygène est disponible. Possèdent SOD et catalase. * **Microaérophiles :** Nécessitent de l'oxygène mais en faible concentration, car une forte concentration leur est toxique. Possèdent la SOD mais pas la catalase. > **Tip :** Pour cultiver des anaérobies strictes, on utilise des cloches anaérobies qui éliminent l'oxygène par réaction chimique, ou des milieux contenant des agents réducteurs comme le thioglycolate. ### 4.9 Influence du pH Le pH du milieu externe affecte la stabilité des protéines et des membranes. Les bactéries ont des préférences de pH : * **Acidophiles :** Croissent à pH bas (< 5.5), certaines extrêmes (pH ≈ 2). * **Neutrophiles :** Croissent à pH proche de la neutralité (6.5-7.5), la plupart des bactéries communes. * **Alcalophiles :** Croissent à pH élevé (8-11). > **Tip :** Indépendamment du pH externe, le pH cytoplasmique doit rester proche de la neutralité pour assurer la fonction cellulaire. Les bactéries maintiennent cet homéostasie par des mécanismes de transport actif de protons (ex: ATP synthase inversée en milieu acide, antiport Na+/H+ en milieu alcalin). ### 4.10 Influence de la teneur en sel (Salinité) La concentration en sels (principalement NaCl) dans le milieu influence la pression osmotique. * **Halotolérantes :** Tolèrent une large gamme de concentrations salines, mais préfèrent des conditions moins salines (ex: *Staphylococcus aureus*). * **Halophiles :** Nécessitent une concentration de NaCl élevée pour leur croissance optimale (> 1M), certaines extrêmes (> 3M). * **Non halophiles :** Ne tolèrent que de faibles concentrations salines. > **Tip :** En milieu hypertonique (forte concentration saline), les bactéries accumulent des solutés compatibles (proline, glutamate, glycine bétaïne) pour équilibrer la pression osmotique. En milieu hypotonique, elles réduisent la concentration de ces solutés ou sécrètent des solutés via des pores mécanosensibles. *Halobacterium* (archéobactérie) accumule du K+ pour contrer le Na+ extérieur. #### 4.10.1 Activité de l'eau (Aw) L'activité de l'eau (Aw) mesure la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques. Elle est inversement proportionnelle à la concentration en solutés (sel, sucre) et varie de 0 à 1. * Une Aw élevée (proche de 1) permet la croissance de la plupart des bactéries (ex: aliments frais). * Une Aw faible (ex: aliments déshydratés, salés) inhibe la croissance de nombreuses bactéries, mais peut permettre celle des moisissures ou de bactéries halotolérantes. * La conservation des aliments repose souvent sur la réduction de l'Aw. ### 4.11 Influence des radiations Les radiations peuvent être nocives pour les bactéries : * **Radiations ionisantes (alpha, bêta, gamma) :** Induisent la formation d'espèces réactives de l'oxygène toxiques pour l'ADN. Utilisées pour la stérilisation. * **Rayons ultraviolets (UV-B, UV-C) :** UV-C sont les plus énergétiques et nocifs, endommageant l'ADN. Utilisés pour la stérilisation de l'eau et des surfaces. Les bactéries exposées aux radiations ont développé des mécanismes de réparation de l'ADN pour survivre. --- # Adaptation des bactéries aux conditions extrêmes et communication Voici un résumé de synthèse sur l'adaptation des bactéries aux conditions extrêmes et leur communication. ## 5. Adaptation des bactéries aux conditions extrêmes et communication Ce sujet explore les stratégies physiologiques et structurelles que déploient les bactéries pour survivre dans des environnements extrêmes, ainsi que les mécanismes de communication intercellulaire, notamment le quorum sensing et la formation de biofilms. ### 5.1 Besoins nutritifs et types nutritionnels des bactéries Les bactéries ont des besoins fondamentaux en éléments nutritifs pour leur croissance, qui varient selon leur type nutritionnel. #### 5.1.1 Besoins nutritifs essentiels * **Carbone :** Source d'énergie et de structure. * **Hétérotrophes :** Utilisent du carbone organique (glucides, lipides, protéines). La plupart peuvent utiliser le glucose, d'autres des acides aminés ou le lactose. * **Autotrophes :** Fixent le dioxyde de carbone (CO2) en utilisant de l'énergie métabolique. * **Méthanotrophes :** Utilisent le méthane (CH4) comme seule source de carbone, se situant entre hétérotrophes et autotrophes. * **Azote :** Essentiel pour la synthèse des acides aminés et des bases azotées. * Peut être organique (acides aminés, bases azotées) ou inorganique (ammoniaque, ammonium, nitrate). * L'incorporation de l'ammonium se fait souvent via l'amination réductrice (formation de glutamate à partir d'alpha-cétoglutarate et d'ammoniaque, nécessitant du NADPH) ou par amination de glutamate pour former de la glutamine (nécessitant de l'ATP). * La fixation du diazote est réalisée par peu de bactéries (cyanobactéries, Rhizobium). * **Phosphore :** Principalement sous forme de phosphate inorganique, utilisé pour la synthèse d'ATP. * **Soufre :** Peut être organique ou inorganique. Le sulfate peut être réduit puis incorporé, ou le sulfure d'hydrogène peut être directement utilisé pour la synthèse de composés soufrés. * **Sels minéraux et oligo-éléments :** Nécessaires en petites quantités pour l'équilibre ionique et comme cofacteurs enzymatiques (ex: Mg2+, K+, Cl-, Fe2+/Fe3+). Le fer est souvent un élément limitant. * **Facteurs de croissance :** Substances que la bactérie ne peut pas synthétiser elle-même et doit importer (vitamines, acides aminés, bases azotées). Les bactéries qui en dépendent sont dites auxotrophes. Les bactéries capables de tout synthétiser sont dites prototrophes. #### 5.1.2 Types nutritionnels Les bactéries sont classées selon leurs sources d'énergie, d'électrons et de carbone : * **Source d'énergie :** * **Phototrophes :** Utilisent la lumière. * **Chimiotrophes :** Utilisent des composés chimiques. * **Source d'électrons :** * **Organotrophes :** Utilisent des sources organiques d'électrons (ex: glucose). * **Lithotrophes :** Utilisent des sources inorganiques d'électrons (ex: H2, NH4+). **Exemples de combinaisons :** * **Photolithoautotrophes :** Utilisent lumière, composés inorganiques et CO2 (ex: cyanobactéries comme Anabaena Cylindrical). * **Chimiolithoautotrophes :** Utilisent énergie chimique, composés inorganiques et CO2 (ex: Nitrosomonas europaea). * **Photoorganoheterotrophes :** Utilisent lumière, composés organiques et carbone organique (ex: Rhodospirillum rubrum). * **Chimiohétérotrophes :** Utilisent énergie chimique, composés organiques et carbone organique (la majorité des bactéries pathogènes). #### 5.1.3 Capture des nutriments Les bactéries utilisent plusieurs mécanismes pour absorber les nutriments : * **Diffusion passive :** Pour les petites molécules liposolubles (O2, CO2) traversant la membrane lipidique. * **Diffusion facilitée :** Utilise des transporteurs membranaires (perméases, porines pour les Gram-) pour les molécules hydrophiles, sans dépense d'énergie, selon le gradient de concentration. * **Transport actif :** Déplace les molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant de l'énergie (ATP ou gradient de protons/sodium). * **Transporteurs ABC :** Impliquent une protéine transmembranaire, une protéine de fixation du soluté dans le périplasme et une hydrolyse d'ATP. Utilisés pour importer des acides aminés, sucres, et phosphate. * **Symport / Antiport :** Co-transport d'une molécule avec un ion (proton ou sodium) qui suit son gradient. * **Transport de groupe (Système PTS - PEP-Sugar Phosphotransferase System) :** Importe et phosphoryle simultanément le substrat (ex: glucose en glucose-6-phosphate) en utilisant le phosphoénolpyruvate (PEP) comme donneur de phosphate. Fréquent chez les anaérobies facultatives. * **Transport de fer :** Utilise des sidérophores qui chélatent le Fe3+ et forment un complexe réimporté par des transporteurs ABC. #### 5.1.4 Milieux de culture Les milieux de culture doivent fournir tous les nutriments nécessaires à la croissance bactérienne. * **Milieu défini (synthétique) :** Composition chimique connue précisément. Un milieu minimum contient une source de carbone, d'azote, de phosphore, de soufre, des ions et des oligo-éléments. * **Milieu complexe :** Contient des mélanges dont la composition exacte n'est pas toujours connue (ex: peptones, extrait de levure). Permet de cultiver des bactéries non exigeantes. * **Milieu enrichi :** Milieu complexe additionné de nutriments spécifiques pour cultiver des bactéries "fastidieuses". * **Milieu sélectif :** Contient des inhibiteurs pour empêcher la croissance de certains groupes bactériens et favoriser celle d'autres (ex: milieu de Chapman avec NaCl élevé, milieu MacConkey pour Gram-). * **Milieu différentiel :** Permet de distinguer différentes souches par des réactions biochimiques visibles sur le milieu (ex: fermentation du mannitol ou du lactose). ### 5.2 Croissance bactérienne et dénombrement #### 5.2.1 Techniques de dénombrement * **Dénombrement de colonies :** Dilutions en cascade de l'échantillon, étalement sur gélose, incubation et comptage des colonies (Unité Formant Colonie - UFC). L'idéal est de 30 à 300 colonies par boîte. * Formule : Nombre de colonies $\times$ facteur de dilution / volume étalé. * **Turbidimétrie :** Mesure de la densité optique (DO) d'une culture liquide, corrélée au nombre de bactéries (loi de Beer-Lambert). Indique la présence de bactéries vivantes ou mortes. #### 5.2.2 Phases de croissance En système fermé (batch), la croissance bactérienne suit plusieurs phases : * **Phase de latence :** Adaptation au nouveau milieu, synthèse des enzymes nécessaires. * **Phase de croissance exponentielle :** Division cellulaire rapide et constante, population double à intervalles réguliers (temps de génération). * Formule : $N_t = N_0 \times 2^n$, où $N_t$ est le nombre à l'instant $t$, $N_0$ le nombre au début de la phase exponentielle, et $n$ le nombre de générations. * Temps de génération ($g$) : $g = t/n$. * **Phase stationnaire :** Ralentissement ou arrêt de la croissance dû à l'épuisement des nutriments ou à l'accumulation de toxines. * **Phase de déclin ("mort") :** Diminution du nombre de bactéries viables. > **Tip :** L'utilisation d'une échelle logarithmique pour représenter la concentration bactérienne au cours du temps est essentielle pour identifier clairement la phase de croissance exponentielle et calculer le temps de génération de manière précise. #### 5.2.3 Facteurs influençant la croissance Plusieurs facteurs environnementaux affectent la croissance bactérienne : * **Température :** * Chaque bactérie possède des températures cardinales (minimale, optimale, maximale). * **Psychrophiles :** Optimale basse température (< 15 °C). Protéines flexibles, membranes fluides. * **Mésophiles :** Optimale température modérée (20-45 °C). La plupart des bactéries pathogènes et d'intérêt laboratoire (ex: $E. coli$, $S. aureus$). * **Thermophiles :** Optimale haute température (45-80 °C). Protéines stables, membranes moins fluides. * **Hyperthermophiles :** Optimale très haute température (> 80 °C), souvent des Archées. * Les protéines des psychrophiles sont moins stables, celles des thermophiles sont plus stables grâce à des interactions hydrophobes accrues, plus de proline, et des ponts hydrogène. Les membranes des psychrophiles contiennent des acides gras insaturés, celles des thermophiles des chaînes plus longues et saturées ou des structures cycliques. * **Oxygène :** * **Aérobies strictes :** Nécessitent de l'oxygène. * **Anaérobies strictes :** Ne supportent pas l'oxygène. * **Anaérobies aérotolérantes :** Tolèrent l'oxygène mais ne l'utilisent pas. * **Aérobies facultatives :** Peuvent utiliser l'oxygène mais peuvent aussi croître en son absence. * **Microaérophiles :** Nécessitent de l'oxygène, mais à faible concentration. * Les anaérobies manquent d'enzymes détoxifiantes comme la superoxyde dismutase (SOD) et la catalase, qui neutralisent les formes réactives de l'oxygène (ROS). > **Tip :** Pour cultiver des anaérobies strictes en laboratoire, on utilise des cloches à anaérobie qui piègent l'oxygène en le faisant réagir avec du dihydrogène produit chimiquement. * **pH :** * **Neutrophiles :** Croissent autour de pH neutre (7.0 $\pm$ 1.5). La plupart des bactéries, y compris $E. coli$. * **Acidophiles :** Croissent en milieu acide (pH < 5.5). Certains sont extrêmophiles (ex: Sulfolobus, Ferroplasma à pH 2). * **Alcalophiles :** Croissent en milieu basique (pH 8-11). * Les bactéries maintiennent un pH cytoplasmique proche de la neutralité grâce à des mécanismes d'homéostasie, souvent en dépensant de l'énergie (ex: utilisation de l'ATP synthase en sens inverse pour exporter des protons en milieu acide chez $E. coli$). * **Concentration en sel (Salinité) :** * **Non halophiles :** Optimum de croissance à faible concentration de NaCl (environ 0.2 M). * **Halotolérantes :** Tolèrent de fortes concentrations de NaCl mais préfèrent des conditions moins salines (ex: $Staphylococcus$). * **Halophiles :** Nécessitent des concentrations élevées de NaCl pour croître (> 1 M). * **Halophiles extrêmes :** Nécessitent des concentrations de NaCl très élevées (> 3 M), souvent des Archées (ex: Halobacterium). * En milieu hypertonique, les bactéries accumulent des solutés compatibles (acides aminés, polyols) pour rééquilibrer la pression osmotique et retenir l'eau. En milieu hypotonique, elles réduisent leur contenu en solutés ou excrètent des solutés via des canaux. * **Activité de l'eau (Aw) :** Mesure la disponibilité de l'eau pour les réactions biochimiques (0 à 1). Une Aw faible limite la croissance microbienne. * Les aliments frais ont une Aw élevée (> 0.98), permettant la croissance de nombreuses bactéries. * Une Aw plus faible (ex: salami à 0.85) ne permet que la croissance de bactéries plus résistantes (ex: staphylocoques halotolérants). * Une Aw très faible (< 0.6, aliments déshydratés) empêche la croissance bactérienne et assure la conservation. * **Radiations :** Les radiations ionisantes et les UV-C sont nocives car elles endommagent l'ADN. Certaines bactéries possèdent des mécanismes de réparation de l'ADN efficaces. ### 5.3 Biofilms et communication bactérienne #### 5.3.1 Biofilms Les biofilms sont des communautés microbiennes organisées adhérentes à une surface, entourées d'une matrice extracellulaire protectrice (EPS - exopolysaccharides). * **Formation :** Processus dynamique incluant l'attachement initial, l'adhésion définitive, la maturation du biofilm (production d'EPS, croissance), et la dispersion des cellules. * **Avantages :** Protection contre les agents antimicrobiens, le système immunitaire, la dessiccation, et facilitent les interactions intercellulaires. * **Applications :** Peuvent être bénéfiques (stations d'épuration, biorémédiation) ou nuisibles (infections chroniques, encrassement industriel). #### 5.3.2 Communication intercellulaire : Quorum sensing (QS) Le quorum sensing est un mécanisme de communication basé sur la densité de population, permettant aux bactéries de coordonner des comportements collectifs. * **Principe :** Production et détection de molécules signal (auto-inducteurs). Lorsque leur concentration atteint un seuil critique (quorum), cela déclenche des réponses génétiques coordonnées. * **Systèmes chez les Gram- :** Utilisation de N-acyl-homosérine lactones (AHLs) comme auto-inducteurs. Le système LuxI/LuxR de $Vibrio fischeri$ est un exemple canonique où LuxI synthétise les AHLs et LuxR (une protéine régulatrice) les détecte, activant l'expression de gènes cibles (boucle de rétroaction positive). * Exemples : $Pseudomonas aeruginosa$ (plusieurs systèmes QS pour virulence et biofilms), $Agrobacterium tumefaciens$ (transfert de plasmides). * **Systèmes chez les Gram+ :** Utilisation d'oligopeptides (peptides auto-inducteurs - AIPs) comme molécules signal. La détection se fait par des récepteurs membranaires couplés à des systèmes de transduction du signal à deux composants. * Exemples : Système agr de $Staphylococcus aureus$ (régulation de facteurs de virulence), système de compétence et de sporulation chez $Bacillus subtilis$. * **Rôle dans les biofilms :** Le QS est souvent impliqué dans la formation, la maturation et la dispersion des biofilms, ainsi que dans la régulation de la production de facteurs de virulence. > **Tip :** La compréhension du quorum sensing ouvre des perspectives pour le développement de stratégies anti-biofilm ou anti-virulence, en perturbant cette communication bactérienne plutôt qu'en tuant directement les bactéries. --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Hétérotrophe | Bactérie qui nécessite une source de carbone organique pour sa croissance et son métabolisme, ne pouvant pas synthétiser ses propres composés organiques à partir de sources inorganiques comme le CO2. | | Autotrophe | Bactérie capable de synthétiser ses propres composés organiques complexes à partir de sources inorganiques, généralement le dioxyde de carbone (CO2), en utilisant une source d'énergie métabolique. | | Méthanotrophe | Bactérie spécialisée dans l'utilisation du méthane (CH4) comme unique source de carbone, se situant parfois entre les catégories hétérotrophes et autotrophes en raison de sa capacité à construire des molécules organiques complexes à partir d'une molécule simple. | | Chimiotrophe | Organisme qui obtient son énergie à partir de réactions chimiques impliquant des composés organiques ou inorganiques, par opposition aux phototrophes qui utilisent la lumière comme source d'énergie. | | Phototrophe | Organisme qui tire son énergie de la lumière, généralement par photosynthèse, comme les cyanobactéries ou les plantes. | | Organotrophe | Organisme qui utilise des molécules organiques comme source d'électrons pour ses processus métaboliques, typiquement les hétérotrophes. | | Lithotrophe | Organisme qui utilise des composés inorganiques (comme H2, NH4+, Fe2+) comme source d'électrons pour ses processus métaboliques, souvent associé aux autotrophes. | | Auxotrophe | Bactérie qui ne peut pas synthétiser un composé organique spécifique (comme une vitamine ou un acide aminé) et qui doit donc l'obtenir à partir de son environnement de culture. | | Prototrophe | Bactérie capable de synthétiser tous les composés organiques nécessaires à sa croissance, y compris les acides aminés, les vitamines et les bases azotées, sans nécessiter d'apport extérieur de ces substances. | | Diffusion passive | Mécanisme de transport à travers une membrane cellulaire où les molécules traversent la bicouche lipidique en suivant leur gradient de concentration, sans nécessiter de dépense d'énergie par la cellule et sans l'aide de transporteurs protéiques. | | Diffusion facilitée | Processus de transport à travers une membrane qui ne nécessite pas d'énergie mais utilise des protéines transmembranaires (perméases ou canaux) pour aider les molécules à traverser, en suivant leur gradient de concentration. | | Transport actif | Mécanisme de transport à travers une membrane qui déplace des molécules contre leur gradient de concentration, nécessitant une dépense d'énergie métabolique par la cellule, souvent sous forme d'ATP. | | Transporteur ABC | Famille de protéines transmembranaires impliquées dans le transport actif de diverses molécules (acides aminés, sucres, ions) à travers les membranes cellulaires, utilisant l'hydrolyse de l'ATP pour l'énergie. | | Symport | Système de transport actif où deux molécules sont co-transportées à travers la membrane dans la même direction, souvent utilisant un gradient ionique pour fournir l'énergie. | | Antiport | Système de transport actif où deux molécules sont co-transportées à travers la membrane dans des directions opposées, utilisant souvent un gradient ionique pour fournir l'énergie. | | Transport de groupe | Système de transport actif où la molécule transportée est modifiée chimiquement (souvent par phosphorylation) au cours de son passage à travers la membrane, permettant son importation et son activation simultanée. | | Sidérophore | Petites molécules organiques sécrétées par les microorganismes pour chélater le fer ferrique (Fe3+) et d'autres oligo-éléments, facilitant leur capture et leur transport vers l'intérieur de la cellule. | | Milieu défini (ou synthétique) | Milieu de culture dont la composition chimique est entièrement connue et précisément définie, chaque composant étant ajouté en quantité exacte. | | Milieu complexe | Milieu de culture contenant des composants dont la composition chimique exacte n'est pas entièrement connue, tels que des extraits de levure ou des peptones, riches en nutriments variés. | | Milieu enrichi | Milieu de culture complexe auquel sont ajoutés des nutriments spécifiques pour favoriser la croissance de microorganismes particulièrement exigeants (fastidieux). | | Milieu sélectif | Milieu de culture formulé pour permettre la croissance de certains types de microorganismes tout en inhibant la croissance d'autres, grâce à l'ajout d'agents inhibiteurs ou sélectifs. | | Milieu différentiel | Milieu de culture contenant des indicateurs qui permettent de distinguer différentes souches de microorganismes présentes, souvent basé sur des réactions métaboliques spécifiques produisant des changements de couleur. | | Turbidimétrie | Méthode de mesure de la concentration de particules en suspension dans un liquide, basée sur la mesure de la turbidité (trouble) causée par la diffusion de la lumière. Elle est souvent utilisée pour quantifier la croissance bactérienne dans un milieu liquide. | | Densité optique (DO) | Mesure de l'absorption de la lumière par une solution à une longueur d'onde donnée, souvent utilisée en microbiologie pour estimer la concentration de cellules bactériennes dans un milieu de culture. | | Phase de latence | Première phase de la croissance bactérienne en culture statique, durant laquelle les cellules s'adaptent à leur nouvel environnement et synthétisent les enzymes nécessaires avant de commencer à se diviser. | | Phase de croissance exponentielle | Phase de la croissance bactérienne où la population se divise à un rythme constant, doublant la population à intervalles réguliers, résultant en une augmentation exponentielle du nombre de cellules. | | Phase stationnaire | Phase de la croissance bactérienne où le taux de division cellulaire ralentit ou s'arrête, généralement en raison de l'épuisement des nutriments, de l'accumulation de produits toxiques ou du manque d'espace. | | Phase de mort | Dernière phase de la croissance bactérienne en culture statique, où le nombre de cellules viables diminue à mesure que les conditions deviennent de plus en plus défavorables et que la lyse cellulaire prédomine. | | Temps de génération (g) | Intervalle de temps nécessaire à une population de microorganismes pour doubler sa taille lors de la phase de croissance exponentielle. | | Biofilm | Communauté structurée de microorganismes (bactéries, champignons, etc.) adhérant à une surface et enrobée d'une matrice extracellulaire qu'ils ont produite (exopolymères), offrant protection et favorisant la survie. | | Planctonique | Se réfère aux microorganismes qui vivent de manière libre et indépendante dans le milieu liquide, par opposition aux formes sessiles (fixées) trouvées dans les biofilms. | | Sessile | Se réfère aux microorganismes qui sont fixés sur une surface, typiquement au sein d'un biofilm, par opposition aux formes planctoniques libres dans le milieu. | | Quorum sensing (QS) | Système de communication intercellulaire utilisé par les bactéries pour percevoir leur densité de population et coordonner des comportements collectifs, tels que la virulence ou la formation de biofilms, en réponse à des signaux chimiques. | | Auto-inducteur | Molécule signal produite et détectée par les bactéries pour le quorum sensing, dont la concentration extracellulaire augmente avec la densité de population et déclenche des réponses génétiques coordonnées. | | AHL (Acyl-homoserine lactone) | Type de molécule signal utilisée dans le quorum sensing par de nombreuses bactéries à Gram négatif pour la communication intercellulaire. | | Oligopeptide | Court peptide composé de quelques acides aminés, utilisé comme molécule signal dans le quorum sensing par de nombreuses bactéries à Gram positif. | | Températures cardinales | Ensemble de trois températures critiques pour la croissance d'une bactérie : la température minimale en dessous de laquelle la croissance est impossible, la température optimale où la croissance est maximale, et la température maximale au-delà de laquelle la croissance est impossible. | | Psychrophile | Bactérie adaptée à la croissance dans des conditions de basses températures, typiquement en dessous de 10-15°C. | | Mésophile | Bactérie dont la température optimale de croissance se situe entre 20°C et 45°C, incluant la plupart des bactéries pathogènes pour l'homme. | | Thermophile | Bactérie capable de croître à des températures élevées, généralement entre 45°C et 80°C. | | Hyperthermophile | Bactérie adaptée à la croissance dans des conditions de températures extrêmes, supérieures à 80°C, souvent trouvées dans des environnements volcaniques ou des sources hydrothermales. | | Protéines chaperonnes | Protéines qui aident au repliement correct des autres protéines et peuvent prévenir l'agrégation de protéines dénaturées, jouant un rôle crucial dans la survie des cellules, notamment en conditions de stress thermique. | | Aérobie strict | Bactérie qui nécessite de l'oxygène pour sa croissance et son métabolisme énergétique, et qui est incapable de survivre en son absence. | | Anaérobie strict | Bactérie qui ne peut pas utiliser l'oxygène pour sa croissance et qui est même intoxiquée par sa présence ; elle utilise d'autres accepteurs d'électrons dans son métabolisme. | | Anaérobie aérotolérante | Bactérie qui peut survivre et croître en présence d'oxygène sans l'utiliser pour sa respiration, produisant de l'énergie par fermentation même en présence d'oxygène. | | Aérobie facultative | Bactérie capable de croître en présence ou en absence d'oxygène, utilisant la respiration aérobie en présence d'oxygène et la fermentation ou la respiration anaérobie en son absence. | | Microaérophile | Bactérie qui nécessite de l'oxygène pour sa croissance mais ne tolère que de faibles concentrations de ce gaz, souvent parce qu'elle est sensible aux formes réactives de l'oxygène. | | Superoxyde dismutase (SOD) | Enzyme qui catalyse la dismutation des radicaux superoxydes (O2-) en dioxygène (O2) et en peroxyde d'hydrogène (H2O2), protégeant ainsi la cellule contre les dommages oxydatifs. | | Catalase | Enzyme qui catalyse la décomposition du peroxyde d'hydrogène (H2O2) en eau (H2O) et en dioxygène (O2), protégeant ainsi la cellule contre l'accumulation de ce produit potentiellement toxique. | | Acidophile | Organisme qui préfère et se développe dans des environnements acides, avec un pH optimal de croissance généralement inférieur à 5.5. | | Neutrophile | Organisme dont le pH optimal de croissance se situe autour de la neutralité, généralement entre 6.0 et 8.0. | | Alcalophile | Organisme qui préfère et se développe dans des environnements alcalins, avec un pH optimal de croissance généralement supérieur à 8.0. | | Homéostasie | Capacité d'un organisme à maintenir un environnement interne stable malgré les changements dans son environnement externe, comme la régulation du pH cytoplasmique. | | Halotolérant | Organisme capable de tolérer et de survivre dans des conditions de forte salinité, mais dont la croissance optimale se situe à des concentrations de sel plus faibles. | | Halophile | Organisme dont la croissance optimale nécessite une concentration élevée de sel (typiquement > 1M de NaCl). | | Halophile extrême | Organisme dont la croissance optimale nécessite des concentrations de sel extrêmement élevées, souvent saturantes. | | Milieu hypotonique | Milieu dont la concentration en solutés est inférieure à celle du cytoplasme de la cellule ; l'eau tend à entrer dans la cellule, augmentant la pression osmotique interne. | | Milieu hypertonique | Milieu dont la concentration en solutés est supérieure à celle du cytoplasme de la cellule ; l'eau tend à sortir de la cellule, provoquant sa déshydratation. | | Soluté compatible | Petite molécule organique (comme proline, glutamate, glycine bétaine) qui peut s'accumuler dans le cytoplasme à des concentrations élevées sans interférer avec le métabolisme cellulaire, aidant à équilibrer la pression osmotique. | | Activité de l'eau (Aw) | Mesure de la disponibilité de l'eau dans un substrat pour les réactions biochimiques et la croissance microbienne ; elle varie de 0 (aucune eau disponible) à 1 (eau pure). | | Radiations ionisantes | Forme de rayonnement à haute énergie (alpha, bêta, gamma) capable d'arracher des électrons des atomes et des molécules, causant des dommages aux cellules, notamment à l'ADN. | | Rayons ultraviolets (UV) | Rayonnement électromagnétique avec des longueurs d'onde plus courtes que la lumière visible, dont les UV-B et UV-C sont particulièrement nocifs pour les bactéries car ils endommagent l'ADN. |

# Bovenste luchtweginfecties Bovenste luchtweginfecties omvatten infecties van de keel, neus, sinussen, middenoor en conjunctiva, die vaak voorkomen in de huisartsenpraktijk en gekenmerkt worden door lokale en soms algemene ontstekingsreacties [2](#page=2). ### 1.1 Algemene principes van bovenste luchtweginfecties #### 1.1.1 Situering en diversiteit Bovenste luchtweginfecties (BLWI) zijn zeer frequent en leiden tot veel huisartscontacten. Ze betreffen infecties van de keel (faryngitis-tonsillitis), neus en sinussen (rhino-sinusitis), middenoor (otitis) en conjunctiva (conjunctivitis). Infecties van de bronchi worden soms tot de BLWI gerekend, deels door overlappende microbiologie. Het is belangrijk om te differentiëren met niet-infectieuze oorzaken zoals allergieën, waarbij de diagnose voornamelijk klinisch wordt gesteld [2](#page=2). #### 1.1.2 Symptomen Symptomen van BLWI ontstaan door lokale inflammatie en weefselbeschadiging, zoals neusloop, hoesten, keelpijn, hoofdpijn, oorpijn en een opgezet trommelvlies. Algemene symptomen kunnen koorts en onwelzijn omvatten. Functieverlies, zoals verminderde geur en smaak, moeilijk slikken en verminderd gehoor, is meestal relatief en voorbijgaand [2](#page=2). #### 1.1.3 Complicaties Complicaties kunnen optreden door surinfectie met bacteriën, wat kan leiden tot een ernstiger verloop. Lokale uitbreiding kan ernstige gevolgen hebben, zoals keelabcessen, middenoorinfecties, trommelvliesperforaties of mastoïditis, die zich eventueel kunnen uitbreiden tot meningitis [2](#page=2). ### 1.2 Verdediging tegen infectie en pathogenese #### 1.2.1 Afweermechanismen De verdediging tegen infectie berust op barrières, zoals beschreven in het hoofdstuk "Barrières" [3](#page=3). #### 1.2.2 Pathogenese van micro-organismen Micro-organismen kunnen ziekte veroorzaken ondanks deze barrières. Specifieke of 'professionele' invaders, zoals virussen en bepaalde bacteriën (bv. *Streptococcus pyogenes*, *Streptococcus pneumoniae*), zijn hiervoor uitgerust. Infecties worden echter vaak vergemakkelijkt door een verminderde barrièrefunctie, bijvoorbeeld door slechte slijmafvoer, verminderde trilhaarfunctie door kou, pollutie of allergieën [3](#page=3). ### 1.3 Bacteriële verwekkers van bovenste luchtweginfecties #### 1.3.1 Staphylococcus aureus *Staphylococcus aureus* is een veelvoorkomende bewoner van de voorste neusgang (ongeveer 30% van de bevolking) en de oropharynx. In evenwicht met de lokale barrière en het immuunsysteem is het asymptomatisch, maar bij een gebroken barrière kan het leiden tot lokale infecties (bovenste en onderste luchtwegen) en infecties op afstand. Overdracht vindt plaats via droplets en contact [4](#page=4). #### 1.3.2 Streptococcus pyogenes *Streptococcus pyogenes* is een bewoner van de nasopharynx en wordt overgedragen via droplets en contact. Het kan ook huidinfecties veroorzaken, wat een tweede bron van verspreiding vormt. Virulentiefactoren omvatten structuren voor aanhechting aan epitheel, het bemoeilijken van fagocytose, en het veroorzaken van cel- en weefselbeschadiging (bv. streptolysine O, hyaluronidase). Sommige stammen produceren erytrogene toxines (scarlatina) of superantigenen (toxisch shock syndroom). Immuniteit is typespecifiek, wat verklaart waarom de prevalentie van bepaalde complicaties varieert. *Streptococcus dysgalactiae* heeft een vergelijkbare biologie en pathologie, maar is mogelijk minder virulent [4](#page=4). #### 1.3.3 Streptococcus pneumoniae (pneumokok) *Streptococcus pneumoniae* (grampositieve diplokok) koloniseert tijdelijk de oropharynx en kan van daaruit BLWI, bronchitis en pneumonie veroorzaken, vaak via (micro-)aspiratie. Virulente stammen kunnen de bloedbaan en het centrale zenuwstelsel binnendringen. Gekapselde pneumokokken vereisen specifieke antilichamen voor fagocytose en bescherming tegen invasie. Er zijn ongeveer honderd kapseltypes, wat herinfectie mogelijk maakt. Vaccinatie richt zich op een set van kapseltypes. Virulentiefactoren omvatten adhesines, IgAse, een anti-fagocytair kapsel, autolytische enzymen die immuniteit moduleren, pneumolysine voor cellysis en complementactivatie, en de mogelijkheid tot transcellulaire migratie [6](#page=6). #### 1.3.4 Haemophilus influenzae *Haemophilus influenzae* is een gramnegatieve staaf die tijdelijk de oropharynx koloniseert. Serotype b, een pathogene bacterie, heeft een kapsel waarvoor antilichamen bescherming bieden en waarvoor zuigelingen gevaccineerd worden. Andere, niet-gecapsuleerde stammen veroorzaken conditionele infecties. Virulentiefactoren omvatten structuren voor aanhechting aan epitheelcellen en IgAse [6](#page=6). #### 1.3.5 Moraxella catarrhalis *Moraxella catarrhalis* is een gramnegatieve diplokok en vertoont veel gelijkenissen met niet-gecapsuleerde *H. influenzae*. Samen met *Streptococcus pneumoniae* en *Haemophilus influenzae* vormt het het "infernal trio" van professionele invaders versus conditionele pathogenen [7](#page=7). ### 1.4 Specifieke bovenste luchtweginfecties en hun verwekkers #### 1.4.1 Faryngitis en tonsillitis (keelontsteking) Symptomen zijn keelpijn, slikpijn, koorts en gezwollen regionale klieren. Meestal is een virus de verwekker, maar bacteriële infecties worden vaker veroorzaakt door *S. pyogenes* of *S. dysgalactiae*. Complicaties zijn zeldzaam, maar kunnen een keelabces zijn (door *S. pyogenes* of een menginfectie). Scarlatina (roodvonk), veroorzaakt door specifieke *S. pyogenes* stammen, is nu zeldzaam door immuniteit tegen het toxine. Complicaties op afstand, zoals acuut reuma (schade aan hartkleppen en gewrichten) en nefrotisch syndroom/glomerulonefritis, zijn immunologische reacties en niet door bacteriële metastase. Deze complicaties waren de voornaamste reden voor antibioticagebruik bij *S. pyogenes* faryngitis, maar zijn tegenwoordig zeer zeldzaam [8](#page=8). #### 1.4.2 Bijzondere verwekkers van faryngitis-tonsillitis Andere mogelijke verwekkers zijn: * Gonokok en chlamydia (via orale seks) [9](#page=9). * *Corynebacterium diphtheriae*, de verwekker van difterie, een ernstige, potentieel fatale ziekte die dankzij vaccinatie in onze streken vrijwel verdwenen is [11](#page=11) [9](#page=9). * Fusospirillaire associatie (angina van Plaut-Vincent), een pijnlijke ulceratieve tonsillitis veroorzaakt door dysbacteriose met fusobacteriën en spirillen [10](#page=10) [9](#page=9). * Mononucleose door Epstein-Barr virus (EBV) of cytomegalovirus, waarbij keelpijn deel kan zijn van een meer gegeneraliseerde infectie [9](#page=9). * *Bordetella pertussis* (kinkhoest) [11](#page=11). #### 1.4.3 Otitis externa (gehoorgangontsteking) Dit is een huidinfectie in de gehoorgang, anders dan otitis media. Het wordt veroorzaakt door *S. aureus*, gramnegatieve staven (bv. *Pseudomonas*, *Proteus*, *Enterobacter*), of schimmels (bv. *Aspergillus*), vooral in vochtige omstandigheden. Het wordt niet veroorzaakt door bacteriën van het "infernal trio". Behandeling is meestal lokaal [12](#page=12). #### 1.4.4 Otitis media (middenoorontsteking) De middenoormucosa staat in verbinding met de respiratoire mucosa. Normaal zijn er geen bacteriën aanwezig door de barrièrefuncties. Klinische symptomen omvatten oorpijn, loopoor, koorts, malaise en prikkelbaarheid. Het trommelvlies is gezwollen. Professionele invaders vanuit de nasopharynx (meestal virussen) zijn vaak de initiële oorzaak. *S. pneumoniae*, *H. influenza*, en *M. catarrhalis* (het "infernal trio") zijn veelvoorkomende, vaak conditionele verwekkers na mucosale schade of door slechte ventilatie van de buis van Eustachius. Complicaties zoals chronisch loopoor, mastoïditis en meningitis kunnen optreden, hoewel zeldzaam [12](#page=12). #### 1.4.5 Conjunctivitis (oogbindvliesontsteking) Conjunctivitis is meestal viraal, maar kan bacterieel zijn (vaak secundair), met stafylokokken en het "infernal trio" als verwekkers. Allergie moet worden uitgesloten in de differentiaaldiagnose. Bij pasgeborenen kan chlamydia of gonorroe optreden na passage door het besmette geboortekanaal. Het is belangrijk dit te onderscheiden van ernstigere oogaandoeningen zoals keratitis, waar herpes simplex virus, schimmels of resistentere bacteriën een rol kunnen spelen en specifieke behandeling noodzakelijk is [13](#page=13). ### 1.5 Diagnose en behandeling van bovenste luchtweginfecties #### 1.5.1 Diagnose De diagnose van BLWI is doorgaans klinisch. Het opsporen van een specifieke etiologische oorzaak is meestal niet nodig omdat er geen specifieke behandeling is, of een blinde antibioticumkeuze volstaat. Bacteriële verwekkers kunnen aangetoond worden via kweek, maar deze kunnen ook aanwezig zijn in de nasopharynx bij gezonde personen (louter kolonisatie). Een antibiogram kan verkregen worden via kweek, maar is zelden noodzakelijk [14](#page=14). #### 1.5.2 Behandeling De behandeling is doorgaans symptomatisch, gericht op het verlichten van koorts en andere symptomen. Antibiotica worden meestal niet voorgeschreven, omdat de infectie vaak viraal is, er meestal geen complicaties optreden, en spontane genezing plaatsvindt. Bovendien wegen de kosten, bijwerkingen en resistentiedruk van antibiotica vaak niet op tegen de beperkte impact op symptomen. Klinische opvolging voor complicaties is wel belangrijk. Bij antibioticakeuze houdt men rekening met de klassieke verwekkers, met name de meest pathogene (de pneumokok) en *S. pyogenes* bij keelinfecties [14](#page=14). --- # Onderste luchtweginfecties Dit gedeelte behandelt infecties van de diepere luchtwegen, zoals bronchitis, bronchiolitis en pneumonie, inclusief hun diagnostiek, verwekkers en ernst [15](#page=15). ### 2.1 Spectrum en definities Het spectrum van onderste luchtweginfecties omvat: * **Bronchitis en bronchiolitis**: Infecties van de diepere luchtwegen [15](#page=15). * **Chronisch obstructief longlijden (COPD)**: Een chronische aandoening van de luchtwegen die niet primair door infectie wordt veroorzaakt, maar wel opstoten kan hebben die deels aan infectie gerelateerd zijn [15](#page=15). * **Pneumonie**: Een infectie van het longparenchym, die bijvoorbeeld kan optreden tijdens een COPD-opstoot [15](#page=15). ### 2.2 Symptomen, ernst en complicaties #### 2.2.1 Symptomen en complicaties Typische symptomen zijn koorts en hoesten. Vaak genezen deze infecties spontaan. Pneumonie kan echter gevaarlijk zijn bij personen met onderliggend lijden of bij ouderen. Tekenen van een ernstiger verloop zijn onder andere tachypnoe, verwardheid en cyanose [15](#page=15). #### 2.2.2 Ernstiger verloop en complicaties Een ernstiger verloop kan leiden tot: * Orgaanfalen door inadequate ventilatie (luchtwegen) of onvoldoende zuurstoftransport door de alveoli (parenchym), resulterend in zuurstoftekort [15](#page=15). * Systemische inflammatie, mogelijk leidend tot Systemische Inflammatoire Respons Syndroom (SIRS) [15](#page=15). * Bacteriëmie, waarbij bacteriën zich verspreiden en nieuwe infectiehaarden kunnen creëren [15](#page=15). * Pleura-empyeem (infectie van de pleuraholte) [15](#page=15). * Noodzaak tot hospitalisatie [15](#page=15). #### 2.2.3 Gevaarlijke verwekkers Klassieke verwekkers omvatten pneumokokken en andere bacteriën uit het "infernal trio", evenals virussen. Bijzondere verwekkers of risicopatiënten kunnen leiden tot atypische pneumonie, infecties met *Legionella*, of infecties bij immuungecompromitteerde patiënten [15](#page=15). ### 2.3 Weerstand versus pathogenese #### 2.3.1 Falen van de weerstand tegen infectie De weerstand tegen infectie in de luchtwegen kan falen om diverse redenen: * **Onderbroken barrières**: Beschadiging van het epitheel op elk niveau van de luchtwegen, vaak veroorzaakt door pollutie, allergie, virusinfecties, congenitale ziekten (zoals cystic fibrosis), nosocomiale oorzaken (verminderd bewustzijn, onderdrukking van de hoestreflex, mechanische ventilatie), verminderde immuniteit, of als gevolg van eerdere infecties (bronchiectasieën) en carcinomen. Deze onderbroken barrières maken de weg vrij voor bacteriële verwekkers [16](#page=16). * **Professionele invaders**: Micro-organismen die uitgerust zijn om goed te koloniseren, directe celbeschadiging of schade door inflammatie te veroorzaken, en het immuunsysteem te ontwijken. Dit geldt voor zowel virussen als sommige bacteriën en fungi [16](#page=16). #### 2.3.2 Aanvoer van micro-organismen Micro-organismen kunnen de luchtwegen bereiken via: * **Kolonisatie en progressie**: Infectie na kolonisatie van de nasopharynx, met verdere progressie, bijvoorbeeld door micro-aspiratie [16](#page=16). * **Aerosol-overdracht**: Directe bereiking van de alveoli via een aerosol die de natuurlijke filtering in de luchtwegen omzeilt. Hierbij zijn longmacrofagen het doelwit van pathogenen zoals *Legionella* en *Mycobacterium tuberculosis* [16](#page=16). ### 2.4 Overzicht van verwekkers, bron, epidemiologie en specifieke pathogenese De meeste infecties worden overgedragen via druppelinfectie van een mens (drager of zieke), of indirect via contact [17](#page=17). #### 2.4.1 Bacteriën De belangrijkste bacteriële verwekkers zijn het "infernal trio". In ziekenhuizen komen ook *Staphylococcus aureus* en gramnegatieve bacteriën veel voor [17](#page=17). #### 2.4.2 Virussen Er zijn veel verschillende virale verwekkers, die vaak als "professionele invaders" worden beschouwd. Bekende voorbeelden zijn influenza- en parainfluenzavirussen, RSV en SARS-CoV-2, maar ook tal van andere virussen kunnen luchtweginfecties veroorzaken [17](#page=17). #### 2.4.3 Atypische pneumonie De term "atypische pneumonie" verwijst naar een atypisch ziekteverloop, atypische radiologische bevindingen en "atypische" verwekkers. Er is echter veel overlap in symptomatologie met virale en typische bacteriële pneumonie. Een belangrijk gemeenschappelijk kenmerk van atypische verwekkers is hun resistentie tegen beta-lactam antibiotica [17](#page=17). * **Atypische verwekkers**: * *Chlamydia pneumoniae* (menselijke bron) en, minder frequent, *Chlamydia psittaci* (zoönose) [17](#page=17). * *Mycoplasma pneumoniae* [17](#page=17). * *Legionella pneumophila*: Verspreiding via aerosolen uit water dat langdurig op hogere temperatuur is bewaard, bijvoorbeeld in "death ends" (stagnerende, oude waterleidingscircuits of reservoirs zoals airconditioningsystemen, douches, jacuzzi's). De pathogenese omvat intracellulair overleven in macrofagen [17](#page=17). #### 2.4.4 Fungi Fungal infecties van de onderste luchtwegen zijn zeldzaam. Overdracht vindt plaats via sporen (conidia) in de lucht [17](#page=17). * **Gisten**: *Cryptococcus* (gekapseld) komt ook in onze streken voor en kan iedereen ziek maken, vooral personen met een verminderde weerstand. Via de longen kunnen gistinfecties zich naar het bloed en andere organen verspreiden. Bij immuunsuppressie kan *Pneumocystis jirovecii* (een "atypische" fungus die veel mensen asymptomatisch koloniseert) ziekte veroorzaken [17](#page=17). * **Schimmels**: Het prototype is *Aspergillus*. Deze komen voor bij patiënten met ernstige luchtwegaandoeningen (kolonisatie en latere infectie van bronchiectasieën en caviteiten van eerdere infecties) en bij ernstige immuunsuppressie [17](#page=17). ### 2.5 Pneumonie: Community-Acquired versus Hospital-Acquired Pneumonieën die buiten het ziekenhuis ontstaan (community-acquired pneumonia, CAP) hebben een ander spectrum aan verwekkers dan pneumonieën die in het ziekenhuis ontstaan (hospital acquired pneumonia, HAP, en ventilator-associated pneumonia, VAP). De behandeling verschilt hierdoor [18](#page=18): * **CAP**: Bij niet-ernstige CAP is de behandeling vaak gericht op pneumokokken. Bij ernstigere CAP wordt ook rekening gehouden met atypische verwekkers [18](#page=18). * **HAP/VAP**: Hier wordt gestart met een breedspectrum antibioticum, en is het essentieel om een kweek met antibiogram te laten uitvoeren [18](#page=18). ### 2.6 Diagnostiek bij luchtweginfecties #### 2.6.1 Noodzaak van verwekkeridentificatie De noodzaak om de verwekker te identificeren, hangt af van de ernst van de infectie [19](#page=19). #### 2.6.2 Klinisch relevante diagnostiek * **Hemokultuur**: Nuttig bij ernstige infecties, zeker als er geen goede sputumstalen kunnen worden afgenomen [19](#page=19). * **Kweek van sputum en hemokultuur**: * Hemokultuur is een type I staal, vergelijkbaar met diagnostiek bij sepsis/endocarditis [19](#page=19). * Sputum is een type II staal. Een kenmerk van sputum is dat het bij afname vaak gecontamineerd wordt door mondflora [19](#page=19). > **Tip:** Om relevante diagnostiek met sputum te verkrijgen, is het belangrijk dat de aanvrager zorgt voor een monster van goede kwaliteit (fluimen, geen speeksel). Het laboratorium zoekt en rapporteert alleen potentiële respiratoire pathogenen. Grote aantallen van gekende verwekkers op gramkleuring of in kweek zijn een sterk argument voor pathogeniteit. Veel plaveiselepitheelcellen in de gramkleuring wijzen op een slechte staalkwaliteit [19](#page=19). * **Monsterverwerking**: Stalen moeten snel naar het laboratorium getransporteerd worden om de pathogenen te behouden en de groei van "saprofyten" te beperken. Slechte resultaten zijn te verwachten bij slecht afgenomen stalen en bij stalen die na aanvang van antibiotica zijn afgenomen. Bij bijzondere klinische beelden of situaties is communicatie met het laboratorium noodzakelijk om de standaardwerkwijze aan te passen [19](#page=19). #### 2.6.3 Specifieke testen Afhankelijk van de ernst en de verdachte verwekker kunnen specifieke testen worden ingezet: * **Antigeen/genoom testen**: Antigeentesten voor pneumokokken (en *Legionella*) in urine, aangezien bestanddelen van de bacterie via het bloed in de urine terechtkomen [19](#page=19). * **Serologie en moleculaire tests**: Gebruikt in bepaalde omstandigheden, met name voor atypische verwekkers en virussen [19](#page=19). ### 2.7 Interpretatie in het bacteriologisch onderzoek #### 2.7.1 Strategie van routine bacteriologisch onderzoek De strategie in het routine bacteriologisch onderzoek is niet om alle bacteriën in een monster te identificeren en te interpreteren, aangezien monsters vaak commensale bacteriën bevatten. In plaats daarvan wordt de kweek- en identificatietechniek afgestemd op de klinische vraag [20](#page=20). #### 2.7.2 Voorbeelden van interpretatie * **Keeluitstrijk**: Alleen *Streptococcus pyogenes* (naast virussen) kan angina veroorzaken. Er wordt gezocht naar hemolytische kolonies op bloedagar. Indien deze niet worden gevonden, is het onderzoek negatief (antwoord: "banale flora"). Indien wel hemolytische kolonies worden gevonden, worden deze verder geïdentificeerd [20](#page=20). * **Sputum**: Er worden selectieve media gebruikt om te zoeken naar kolonies van klassieke pathogenen zoals pneumokokken, *Haemophilus influenzae*, en *S. aureus*. Als er geen verdachte kolonies zijn, stopt het onderzoek (antwoord: "commensalen, kweek negatief"). Indien wel, worden deze geïdentificeerd en worden enkel pathogenen gerapporteerd [20](#page=20). * **Fecesstaal**: Er worden selectieve media gebruikt om te zoeken naar verdachte kolonies van pathogenen zoals *Salmonella* en *Campylobacter*. Als er geen verdachte kolonies zijn, volgt een antwoord als "normale flora" of "onderzoek toont geen enteropathogenen". Indien wel verdachte kolonies worden gevonden, worden deze geïdentificeerd en enkel pathogenen gerapporteerd [20](#page=20). --- # Gastro-intestinale infecties Dit deel behandelt infecties van het maag-darmkanaal, met een focus op de klinische presentatie, verwekkers, overdracht, pathogenese en diagnostiek van gastro-intestinale infecties en gerelateerde syndromen. ### 3.1 Klinisch beeld en deelsyndromen Gastro-intestinale infecties manifesteren zich primair door diarree en braken, soms vergezeld van koorts. Belangrijke complicaties zijn onder andere uitdroging, wat wereldwijd een aanzienlijke oorzaak van sterfte is, met name bij jonge kinderen en ouderen. Andere complicaties kunnen optreden door de activiteit van toxines buiten het darmstelsel, zoals het hemolytisch uremisch syndroom (HUS) [21](#page=21). De darm kan ook fungeren als toegangspoort voor micro-organismen die systeeminfecties veroorzaken via de bloedbaan, zonder noodzakelijk een gastro-enteritisbeeld te geven, zoals bij tyfuskoorts (door *Salmonella typhi*) en hepatitis A. Het is essentieel om onderscheid te maken tussen gastro-intestinale infecties, waarbij een micro-organisme de darm koloniseert en symptomen veroorzaakt, en voedselintoxicaties, waarbij bacteriën in voedsel enterotoxines aanmaken. Reizigersdiarree is een veelvoorkomend gevolg van verminderde feco-orale hygiëne en een breed scala aan verwekkers in bepaalde bestemmingen [21](#page=21). Het spectrum van diarree kan variëren van vloeibaar tot waterig, bloederig, en dysenterie, gekenmerkt door etter en bloed in de stoelgang, vaak geassocieerd met ernstigere ziektebeelden zoals koorts en buikkrampen. De verwekkers omvatten bacteriën, virussen en protozoa. Infecties kunnen zich beperken tot het epitheel, gepaard gaand met inflammatie of enterotoxine-effecten, of invasie van de submucosa veroorzaken (dysenterie). Sommige verwekkers kunnen via de bloedbaan of lymfebaan dieper in het lichaam doordringen (bv. tyfuskoorts). *Giardia lamblia* bevindt zich primair in het duodenum en veroorzaakt vaak meer krampen dan diarree. *Helicobacter pylori* infecteert de maag en veroorzaakt maagontsteking en -zweren, zonder diarree [22](#page=22). #### 3.1.1 Overdracht van gastro-intestinale infecties Gastro-intestinale infecties zijn doorgaans exogeen van aard. Een belangrijke uitzondering is antibioticum-geassocieerde diarree door *Clostridioides difficile*, wat als endogeen kan worden beschouwd aangezien veel personen drager zijn, hoewel ziekenhuisoverdracht ook exogeen kan zijn [22](#page=22). Het reservoir voor infecties varieert en kan mensen, dieren of de omgeving omvatten. Overdracht vindt voornamelijk plaats via de feco-orale route, direct via handen of indirect via voedsel. De effectiviteit van overdracht is mede afhankelijk van het inoculum; sommige verwekkers vereisen een zeer laag inoculum (bv. *Giardia* cysten, *Shigella*). Echter, factoren zoals verminderde maagzuurproductie of een vetrijke maaltijd kunnen de benodigde drempel verlagen. Jonge kinderen en populaties in "arme landen" zijn vaak gevoeliger voor infecties door verminderde hygiënische standaarden en slechte sanitatie, wat leidt tot contaminatie van voedsel en water. Direct contact met (niet-gekookte) dierlijke producten, contaminatie van drinkwater, en het gebruik van water voor voedselbereiding kunnen ook bronnen van infectie zijn. Gecontamineerde planten kunnen de infectieketen voortzetten via water met fecale materie of besmetting tijdens de verwerking [23](#page=23). ### 3.2 Pathogenese De pathogenese van gastro-intestinale infecties door bacteriën en protozoa kan op verschillende manieren plaatsvinden [24](#page=24): * **Enterotoxine-productie:** Dit verstoort de opname van vloeistoffen en zouten [24](#page=24). * **Cellulaire toxines:** Sommige toxines hebben een direct effect op cellen [24](#page=24). * **Stoornis van de brushborder:** Dit leidt tot absorptieverlies [24](#page=24). * **Invasie van de submucosa:** Dit veroorzaakt inflammatie [24](#page=24). Veel verwekkers maken gebruik van een combinatie van virulentiefactoren, en er kunnen stam-tot-stam verschillen bestaan. Lokale effecten omvatten waterverlies door verminderde absorptie of verhoogde excretie, inflammatie en/of bloedverlies. Hoewel specifieke fenomenen worden geassocieerd met bepaalde pathogenen, zijn symptomen globaal genomen weinig voorspellend voor de specifieke verwekker [24](#page=24). Systemische effecten kunnen optreden door invasie, leidend tot bacteriëmie, infectie van lymfatische organen, abcessen of infectie van andere organen. *Entamoeba histolytica* kan bijvoorbeeld abcessen in de lever veroorzaken. Toxines, zoals shigatoxine, kunnen bij dysenterie systemische effecten hebben op het zenuwstelsel en de nieren (HUS) [24](#page=24). ### 3.3 De verwekkers Er is een breed scala aan verwekkers van gastro-intestinale infecties, elk met specifieke biologische eigenschappen, ecologie, pathogenese en gevoeligheid voor antibiotica. Het opsporen van alle mogelijke verwekkers is complex en duur, en sommige zijn niet routinematig detecteerbaar. Vaak is causale behandeling niet nodig, waardoor identificatie van de verwekker niet altijd essentieel is. In specifieke situaties kan het echter voordelig zijn om de verwekker te kennen en gevoeligheidstesten uit te voeren [25](#page=25). #### 3.3.1 Overzicht van verwekkers (illustratief) * ***Shigella***: Bron is de mens, overdracht feco-oraal met een klein inoculum. Veroorzaakt dysenterie door shiga-toxine; komt niet in de bloedbaan. Diagnose via feceskweek [27](#page=27). * ***Salmonella typhi* en *paratyphi***: Bron is de mens, overdracht feco-oraal. Veroorzaakt systeeminfectie (tyfuskoorts) met koorts, zelden diarree. Diagnose via bloedkweek. Een vaccin is beschikbaar met matige bescherming [27](#page=27). * **Andere *Salmonella's***: Reservoir zijn dieren, overdracht feco-oraal of via gecontamineerde voeding. Tweede meest voorkomende oorzaak van bacteriële gastro-enteritis in België. Diarree is variabel, soms met bacteriëmie bij verminderde weerstand. Diagnose via feceskweek [27](#page=27). * ***Campylobacter***: Reservoir zijn dieren, overdracht via dierlijke producten of feco-oraal. Meest voorkomende bacteriële gastro-enteritis in België. Klinisch verloop is variabel. Diagnose via feceskweek [28](#page=28). * ***Vibrio cholerae***: Veroorzaakt cholera, een tropenziekte. Bron zijn menselijke dragers die water besmetten. Hoog inoculum nodig; onder normale hygiëne nauwelijks besmettelijk. Pathogenese is zuiver enterotoxine-werking met waterige, volumineuze diarree ("rijstwater") [28](#page=28). * ***Clostridium difficile***: Zie andere lessen [28](#page=28). * ***Yersinia enterocolitica***: Niet erg frequent [28](#page=28). * ***Helicobacter pylori***: Zie andere cursussen; veroorzaakt maagontsteking en -zweren, geen diarree [28](#page=28). * ***E. coli***: Bron is mens en dier, overdracht via voedsel of feco-oraal. Meerdere pathogenetische patronen. Enteropathogene *E. coli* wordt niet routinematig opgespoord, met uitzondering van EHECs. EHEC, STEC produceren shiga-toxine en kunnen HUS veroorzaken [28](#page=28). * ***Rotavirus* en *Norovirus***: Zeer frequent, veroorzaken vloeibare tot waterige diarree en braken. Overdracht feco-oraal en via handen; handhygiëne is belangrijk. Er is een vaccin voor rotavirus. Diagnose via antigen- of genoomdetectie [29](#page=29). * **Protozoa:** * ***Giardia lamblia***: Feco-orale en contactoverdracht; import maar ook lokaal. Locatie duodenum, vaak meer krampen dan diarree. Kan langdurig persisteren indien onbehandeld. Detectie is voordelig voor behandeling met metronidazole. Diagnose via microscopisch onderzoek van stoelgang of antigendetectie [29](#page=29). * ***Entamoeba histolytica***: Feco-orale overdracht, alleen importpathologie. Locatie dikdarm, invasie mucosa en dysenterie. Kan via bloedbaan uitzaaien naar lever. Belang van detectie voor behandeling met metronidazole. Diagnose via microscopisch onderzoek, antigendetectie, en serologie voor diepe infecties [29](#page=29). * ***Cryptosporidium sp.***: Vergelijkbaar met *Giardia lamblia*, frequent. Kan ernstige chronische infectie veroorzaken bij immunosuppressie. Geen effectieve therapie beschikbaar [29](#page=29). ### 3.4 Diagnose De diagnostiek van gastro-intestinale infecties omvat diverse methoden: * **Microscopie:** Gramkleuring is doorgaans niet nuttig vanwege de grote hoeveelheid bacteriën in feces. Een uitzondering vormen protozoa en andere parasieten, die ongekleurd kunnen worden bekeken (trofozoïeten en cysten) [26](#page=26). * **Kweek en identificatie:** Feceskweek (coprokultuur) met selectieve media wordt gebruikt om bekende enteropathogenen op te sporen (alleen voor bacteriën). Identificatie van *E. coli* volstaat vaak niet, omdat veel stammen niet-pathogeen zijn. De detectie van enteropathogene *E. coli* stammen is niet routinematig mogelijk. Dit proces duurt doorgaans 2-3 dagen [26](#page=26). * **Antigen- of genoomdetectie:** Deze methoden zijn nuttig voor niet-kweekbare of moeilijk aan te tonen pathogenen zoals virussen, protozoa, en voor snelle detectie van bacteriën en hun toxine-genen [26](#page=26). * **Serologie:** Heeft een zeer beperkte waarde vanwege de grote hoeveelheid verwekkers, kruisreacties, en antilichamen door oude contacten [26](#page=26). Het opsporen van alle mogelijke verwekkers is kostbaar en tijdrovend, en niet alle verwekkers zijn routinematig beschikbaar of terugbetaald [26](#page=26). ### 3.5 Behandeling De primaire doelstelling in de behandeling is het vermijden of corrigeren van dehydratatie. Het gebruik van motiliteitsremmers wordt afgeraden, zeker bij bloederige diarree of dysenterie. De meeste infecties zijn zelflimiterend of viraal, waardoor antibiotica en specifieke diagnose van de verwekker niet altijd nodig zijn [30](#page=30). Identificatie van de verwekker kan echter belangrijk zijn voor het opsporen van epidemiologische ketens, met name bij uitbraken (bv. norovirus). In geselecteerde gevallen, afhankelijk van het klinische beeld en de epidemiologische context, is etiologische diagnose (inclusief antibiogram) wel noodzakelijk. Dit is ook nuttig voor het beheersen van epidemieën, waarbij niet alleen het individu, maar ook de bredere volksgezondheid centraal staat [30](#page=30) [32](#page=32). > **Tip:** Hoewel veel gastro-intestinale infecties zelflimiterend zijn, is het herkennen van complicaties zoals dehydratatie cruciaal, vooral bij kwetsbare populaties [21](#page=21). > **Tip:** In de routine diagnostiek is het niet altijd nodig om de exacte verwekker te identificeren, tenzij er specifieke redenen zijn (bv. verdenking op ernstige infectie, uitbraak, of noodzaak voor antibiotische behandeling) [25](#page=25) [30](#page=30). > **Example:** Bij reizigersdiarree, die vaak wordt veroorzaakt door een breed spectrum aan pathogenen door verschillen in hygiëne en micro-organismen, is symptomatische behandeling gericht op hydratatie vaak voldoende. Echter, bij ernstige symptomen of specifieke reisbestemmingen kan een gerichte diagnostiek overwogen worden [21](#page=21) [23](#page=23). --- # Urineweginfecties Urineweginfecties (UWI) omvatten infecties van de urinewegen en het nierparenchym, waaronder cystitis, pyelonefritis en prostatitis, met diverse symptomen, pathogenese, diagnostiek en behandelingsstrategieën, afhankelijk van de locatie en de patiëntengroep [33](#page=33). ## 4.1 Definities en soorten Urineweginfecties zijn infecties van de blaas, de urineafvoerwegen, de nieren en de prostaat [33](#page=33). * **Cystitis:** Infectie van de blaas, gekenmerkt door vervelende symptomen, maar over het algemeen niet gevaarlijk en goed behandelbaar [33](#page=33). * **Pyelonefritis:** Infectie van het nierparenchym, wat gevaarlijk is door het risico op nierinsufficiëntie, bacteriëmie en sepsis, en moeilijker te behandelen met antibiotica [33](#page=33). * **Prostatitis:** Infectie van de prostaat, waar antibiotica door beperkte penetratie minder effectief zijn [33](#page=33). Bij vrouwen is cystitis frequent door een minder efficiënte barrière tegen opstijgende infecties en is deze vaak niet-gecompliceerd. Pyelonefritis wordt beschouwd als een gecompliceerde UWI, zijnde een weefselinfectie. Bij mannen, kinderen en ouderen worden urineweginfecties per definitie als gecompliceerd beschouwd, omdat er vrijwel altijd sprake is van een afvloeistoornis van de urine. Symptomen van UWI kunnen lijken op die van bepaalde seksueel overdraagbare aandoeningen (SOA's) zoals urethritis en bekkenontsteking (PID) [33](#page=33). ## 4.2 Symptomen, ernst en gevolgen ### 4.2.1 Cystitis * Strangurie/dysurie, pollakisurie, plasdrang (urgency): veroorzaakt door irritatie van de urineafvoerwegen [34](#page=34). * Soms buikpijn [34](#page=34). ### 4.2.2 Pyelonefritis * Koorts (met rillingen) [34](#page=34). * Algemeen ziek gevoel [34](#page=34). * Pijn in de nierloge (slagpijn) door inflammatie [34](#page=34). ### 4.2.3 Prostatitis * Koorts [34](#page=34). * Algemeen ziek gevoel [34](#page=34). * Prostaatpijn [34](#page=34). * Opstoten met meer symptomen en cystitisklachten, die moeilijk te elimineren zijn [34](#page=34). ### 4.2.4 Eventuele complicaties * **Bacteriëmie:** Kan ontstaan vanuit een UWI, mogelijk leidend tot systemische inflammatoire respons syndroom (SIRS), met infecties op afstand zoals prothese-, endocarditis-, hersenabcessen of spondilodiscitis [34](#page=34). * **Nierinsufficiëntie:** Kan ontstaan bij ernstige nierparenchymschade, vooral bij herhaalde infecties [34](#page=34). ### 4.2.5 Terminologie * **Bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in een urinestaal [34](#page=34). * **Significante bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in een urinestaal waarbij aangenomen wordt dat deze bacteriën ook in de blaas aanwezig zijn [34](#page=34). * **Symptomatische bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in een urinestaal én symptomen van een UWI. Significante bacteriurie zonder symptomen behoeft slechts in uitzonderlijke gevallen behandeling en opsporing [34](#page=34). ## 4.3 Bescherming tegen infectie en pathogenese Een reeks barrièrefactoren beschermt tegen infectie. Bij vrouwen is deze barrière minder efficiënt in het weghouden van bacteriën uit het colon [35](#page=35). Infecties ontstaan door: * **Uropathogene stammen:** Vooral uropathogene *E. coli* zijn stammen die gemakkelijk de urinewegen koloniseren. Indien zo'n stam de darm koloniseert, zijn weinig andere uitlokkende factoren nodig om een infectie te ontwikkelen. Dit is het meest voorkomende mechanisme bij vrouwen in de geslachtsrijpe levensfase, waarbij seksuele activiteit een zeer significante risicofactor is [35](#page=35). * **Afvloeistoornissen van de urine (onvolledige lediging):** Dit kan veroorzaakt worden door congenitale afwijkingen (bij jonge, vooral mannelijke, kinderen), zwangerschap, tumoren, blaas- of ureterstenen, prostaatvergroting, blaasverlamming en vreemd lichaam in de urinewegen (bv. blaassonde). Het risico op afvloeistoornissen neemt toe met de leeftijd [35](#page=35). *E. coli* is een frequente verwekker omdat deze bij iedereen in de darm aanwezig is en de urinewegen relatief goed kan koloniseren. Meer antibioticagebruik en urogenitale manipulaties (zoals sonderingen) vergroten de kans dat andere Gram-negatieve staven de plaats van *E. coli* innemen in de darm en vervolgens in de urinewegen [35](#page=35). **Overdracht:** * Grotendeels endogene infectie [35](#page=35). * Bij zorginfecties: indirecte overdracht via handen, instrumenten, katheters [35](#page=35). ### 4.3.1 Uropathogene *E. coli* Virulentiefactoren bij uropathogene *E. coli* omvatten extra adhesines en toxines, zoals hemolysines [36](#page=36). * **Type-1 fimbriae:** Hechten via het FimH-adhesine aan trimannosereceptoren op uroplakinen van de urethra, blaas en vagina. Dit faciliteert binnendringen in het blaasepitheel, wat een verklaring kan zijn voor recidieven en vals-negatieve kweekresultaten. Het kan leiden tot opstijging naar de ureters en nieren bij bepaalde types [36](#page=36). * **P-fimbriae of type-II fimbriae:** Hechten aan glycolipidenreceptoren op niercellen [36](#page=36). * De receptoren waarop de bacterie bindt, zijn individueel variabel, wat verklaart waarom sommigen geen UWI ontwikkelen, zelfs bij de aanwezigheid van deze pathogenen [36](#page=36). ## 4.4 Risicofactoren en epidemiologie De onderliggende of bevorderende factoren van UWI bepalen de epidemiologie qua man-vrouwverhouding en leeftijdsverloop [37](#page=37). * **Heel jong:** Congenitale afwijkingen [37](#page=37). * **Volwassenen:** Voornamelijk vrouwen (uropathogenen, seksueel contact) en zwangere vrouwen [37](#page=37). * **Ouderen:** Toenemende afvloeistoornissen, verminderde beschermende vaginale microflora, kans op antibioticagebruik en contact met de zorgsector [37](#page=37). * **Alle leeftijden:** Urologische manipulatie is een risicofactor. Afvloeistoornissen zijn een belangrijke risicofactor [37](#page=37). ## 4.5 Diagnostiek ### 4.5.1 Klinische diagnose Vaak (maar niet altijd) is de klinische diagnose typisch. Tijdens de consultatie kan de diagnose bevestigd worden met urineonderzoek met sticks, die nitraatmetabolisme van Gram-negatieve bacteriën en leucocytenesterase (afkomstig van neutrofielen) meten [38](#page=38). ### 4.5.2 Laboratoriumdiagnose * **Microscopie:** Onderzoek van het urine sediment kan inflammatie aantonen (neutrofielen in sediment duidt op pyurie) [38](#page=38). * **Kweek van bacteriën:** Agarbodems zijn kwantitatief en de kolonies worden geïdentificeerd. Urine is een type II-staal, wat betekent dat gevonden bacteriën ook contaminanten kunnen zijn (bv. normale flora van urethra, vulva) [38](#page=38). * **Hemocultuur:** Kan genomen worden bij ernstige gevallen (pyelonefritis, sepsis) en wanneer een goed urinestaal niet verkregen kan worden [38](#page=38). ### 4.5.3 Verzamelen van urinestalen (Type II staal) Om een juist resultaat te verkrijgen, is het belangrijk dat het labo en de arts de specifieke verwekkers van UWI kennen en alleen deze opzoeken [39](#page=39). **Goede afname met minimale contaminatie:** * **Midstream afname:** De urine wordt midden in de plas verzameld. Recenter wordt aangenomen dat de reiniging vooraf minder belangrijk is dan de midstream afname zelf [39](#page=39) [42](#page=42). * **Eenmalige katheterisatie:** Levert nog minder contaminatie op, maar is niet zonder risico [39](#page=39). * **Andere invasieve afnames:** Zoals suprapubische aspiratie (blaaspunctie), wat zeer goede staalkwaliteit geeft en nuttig is bij jonge kinderen waar een midstream staal moeilijk te verkrijgen is. Deze techniek is niet frequent uitgevoerd [43](#page=43). * **Urine uit een verblijfskatheter:** Urine uit de drainagetas moet niet getest worden, omdat deze urenlang kan hebben gestaan [43](#page=43). **Goed transport:** * Snel transport, of indien niet mogelijk, afkoelen om de groei van 'kleine aantallen' bacteriën te voorkomen [39](#page=39). **Kwantitatieve kweek en interpretatie:** * **Criterium van Kass:** Oorspronkelijk toonde dit aan dat bij pyelonefritis bijna steeds $10^5$ bacteriën/ml aanwezig zijn, maar ook dat een kleiner aantal mogelijk is. Bij asymptomatische personen werd ook een aantal van $10^5$ bacteriën niet als contaminatie beschouwd, hoewel dit bij kleinere aantallen minder duidelijk is [39](#page=39). * Latere studies (o.a. Stamm) toonden aan dat bij symptomatische personen vaak $10^5$ bacteriën/ml worden gevonden, maar dat ook $10^4$ (en zelfs $10^3$, hoewel extreem) aan 'uropathogenen' (specifiek voor *E. coli*) als significant kunnen worden beschouwd en dus behandeld moeten worden. Het gebruik van de Kass cutoff van $10^5$ bacteriën/ml kan leiden tot het missen van 30% van de infecties [39](#page=39). * Bij stalen van mannen, en ook bij stalen afgenomen via katheterisatie, is er minder twijfel en contaminatie, waardoor lagere aantallen significant zijn [39](#page=39). * Een dipslide kweek kan door de huisarts gebruikt worden [39](#page=39).
**Voorbeeld van kwantitatieve kweek interpretatie:** | CFU/ml | Katheterisatie of sondering (beste staalkwaliteit) | Verblijfskatheter | Dipslide kweek | | :----- | :------------------------------------------------- | :---------------- | :------------- | | $10^2$ | | | | | $10^3$ | Uropathogenen** | Uropathogenen** | | | $10^4$ | Uropathogenen** | Uropathogenen** | Uropathogenen** | | $10^5$ | Uropathogenen** | | Uropathogenen** | | $10^6$ | | | | | $10^7$ | | | | ### 4.5.4 Interpretatie in de praktijk | Afname | Asymptomatisch* | Symptomatisch | | :--------------- | :------------------------------------------------------- | :---------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | Midstream | $\geq 10^5$ bacteriën/ml Uropathogenen** | $\geq 10^4$ bacteriën/ml Uropathogenen** (eigenlijk zou $\geq 10^3$ een goed criterium kunnen zijn, maar dan zijn er te veel vals positieven) | | Sondering/Punctie | $\geq 10^3$ bacteriën/ml Uropathogenen** | $\geq 10^3$ bacteriën/ml Uropathogenen** | * Alleen te behandelen bij zwangeren en als voorbereiding op urologische chirurgie. In andere gevallen niet behandelen en dus best niet laten kweken, zelfs bij pyurie. Dit leidt vaak tot verkeerd antibioticagebruik [41](#page=41). ** Uropathogenen: dus niet gisten, lactobacillen en bacteriën die normaal in vagina of huid aanwezig zijn. Wel *E. coli*, *S. saprophyticus*, enterokokken en diverse Gram-negatieve staven [41](#page=41). ## 4.6 Urineweginfecties bij specifieke patiëntengroepen ### 4.6.1 Mannen UWI bij mannen zijn altijd gecompliceerd vanwege de grote kans op afvloeistoornissen. De oorzaak moet dus worden opgespoord [44](#page=44). * **Kinderen:** Congenitale afwijkingen [44](#page=44). * **Oudere mannen:** Prostaatvergroting [44](#page=44). * **Specifieke complicatie:** Bacteriële prostatitis, waarbij urinekweken negatief kunnen zijn, maar kweken van semen of prostaatmassagevocht positief [44](#page=44). ### 4.6.2 Kinderen UWI bij kinderen, met name bij jongens, zijn altijd gecompliceerd vanwege mogelijke congenitale afwijkingen [44](#page=44). ### 4.6.3 Zwangere vrouwen Fysiologische veranderingen tijdens de zwangerschap (hormonale dilatatie van ureter en pyelum, mechanische obstructie door de uterus) verhogen de kans op infectie en complicaties [44](#page=44). * **Gevolgen:** Moeder: acute pyelonefritis, sepsis. Foetus: groeivertraging, prematuriteit [44](#page=44). * **Behandeling:** Vereist een 'zwaardere' behandeling, met name langere duur [44](#page=44). * **Screening:** Zwangere vrouwen worden gescreend op urineweginfecties, wat een van de weinige indicaties is voor UWI-screening [44](#page=44). ### 4.6.4 Asymptomatische bacteriurie (buiten zwangerschap) * **Frequentie:** Vaak bij bejaarden, diabetici, patiënten met een blaaskatheter, urologische patiënten en bedlegerigen [44](#page=44). * **Behandeling:** Niet nodig en dus dient er niet op gescreend te worden [44](#page=44). * **Probleem:** Heel frequent wordt asymptomatische bacteriurie onterecht behandeld, wat een belangrijke oorzaak is van overbodig antibioticagebruik en resistentie [44](#page=44). ## 4.7 Verwekkers van UWI De meest voorkomende verwekker van urineweginfecties is *E. coli*. De verwekkers van niet-gecompliceerde UWI in de algemene praktijk verschillen van die in een ziekenhuisomgeving, wat duidt op een andere epidemiologie, overdracht, risicofactoren en pathogenetische mechanismen. In ziekenhuizen geïsoleerde bacteriën dragen vaak meervoudige antibioticaresistenties en koloniseren patiënten die antibiotica ontvangen [45](#page=45). ## 4.8 Behandeling De ernst, het risico op complicaties en resistentie bepalen de aard, dosering en duur van de behandeling [46](#page=46). ### 4.8.1 Cystitis zonder extra risicofactoren Cystitis zonder extra risicofactoren geneest vaak vlot en spontaan [46](#page=46). ### 4.8.2 Urinaire antiseptica Dit zijn antibiotica met een hoge concentratie in de urine, maar laag elders. Ze kennen weinig resistentie omdat ze in geen enkele andere situatie gebruikt worden. Voorbeelden zijn furadantine en fosfomycine. Ze zijn niet geschikt voor systemische infecties, dus ook niet bij parenchyminfecties zoals pyelonefritis of prostatitis [46](#page=46). ### 4.8.3 Aanbevelingen voor behandeling * **Niet-gecompliceerde cystitis (vrouw, geen frequente recidieven):** Urinaire antiseptica, louter empirisch volstaat met een korte kuur [46](#page=46). * Nitrofurantoïne of trimetoprim (3-5 dagen) [46](#page=46). * Fosfomycine (1 dosis) [46](#page=46). Deze zijn werkzaam tegen een groot deel van *E. coli*, *S. saprophyticus* en enkele andere verwekkers [46](#page=46). * **Andere infecties (bv. pyelonefritis, prostatitis):** * Het verdient de voorkeur om de verwekker te identificeren en een antibiogram uit te voeren [46](#page=46). * Empirisch start men met antibiotica met een grote kans op activiteit (breder spectrum), voldoende weefselconcentratie en een langere duur (7 tot 10 dagen of langer, langer bij pyelonefritis) [46](#page=46). --- ## 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 | |------|------------| | Syndroom | Een verzameling van gelijktijdige symptomen die samen wijzen op een bepaalde aandoening of ziekte, in plaats van een specifieke oorzaak. | | Barrières (biologisch) | Fysieke, chemische of immunologische mechanismen die het lichaam beschermen tegen indringende micro-organismen of schadelijke stoffen. Voorbeelden zijn de huid, slijmvliezen en het immuunsysteem. | | Pathogenese | Het mechanisme of de reeks gebeurtenissen die leiden tot de ontwikkeling van een ziekte, inclusief hoe micro-organismen schade aan de gastheer veroorzaken. | | Virulentie | De mate waarin een ziekteverwekker in staat is om ziekte te veroorzaken, vaak gemeten aan de hand van de ernst van de infectie of de hoeveelheid micro-organismen die nodig is om de ziekte te veroorzaken. | | Kolonisatie | De aanwezigheid en vermenigvuldiging van micro-organismen op of in een gastheer, zonder noodzakelijk ziekte te veroorzaken. | | Droplets | Kleine vloeistofdruppeltjes die door hoesten, niezen of spreken worden uitgestoten en ziekteverwekkers kunnen verspreiden. | | Surinfectie | Een infectie die optreedt bovenop een reeds bestaande infectie, vaak veroorzaakt door een ander micro-organisme. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen van het immuunsysteem, zoals macrofagen en neutrofielen, ziekteverwekkers of lichaamsvreemde deeltjes "inslikken" en vernietigen. | | IgAse | Een enzym geproduceerd door bepaalde bacteriën dat immunoglobuline A (IgA), een belangrijk antilichaam in slijmvliezen, afbreekt. Dit helpt de bacterie te ontsnappen aan de immuunrespons. | | Superantigeen | Een type toxine dat het immuunsysteem op een extreme manier kan activeren, leidend tot een massale afgifte van cytokines en mogelijk tot ernstige ziekte, zoals het toxische shocksyndroom. | | Micro-aspiratie | Het onbewust inademen van kleine hoeveelheden materiaal uit de keel of maag in de luchtwegen, wat kan leiden tot longontsteking. | | Transcellulaire migratie | Het vermogen van micro-organismen om cellen binnen te dringen en aan de andere kant weer te verlaten, wat een manier kan zijn om barrières te passeren, zoals de bloed-hersenbarrière. | | Disbacteriose | Een onbalans in de normale bacteriële flora van het lichaam, bijvoorbeeld in de darmen of op de huid. | | Enterotoxine | Een toxine dat specifiek geproduceerd wordt door bacteriën in het maag-darmkanaal en dat diarree en braken kan veroorzaken door de water- en zoutopname te verstoren. | | HUS (Hemolytisch Uremisch Syndroom) | Een ernstige complicatie van bepaalde bacteriële infecties, met name EHEC, die leidt tot bloedarmoede (hemolyse), een laag aantal bloedplaatjes (trombocytopenie) en nierfalen (uremie). | | Bacteriurie | De aanwezigheid van bacteriën in de urine. | | Significante bacteriurie | Een hoeveelheid bacteriën in een urinestaal die wijst op een actieve infectie in de urinewegen, meestal gedefinieerd door een specifiek aantal bacteriën per milliliter urine. | | Symptomatische bacteriurie | De aanwezigheid van bacteriën in de urine in combinatie met symptomen van een urineweginfectie. | | Uropathogeen | Een micro-organisme dat specifiek infecties van de urinewegen kan veroorzaken. | | Coloniseren | Het vermogen van een micro-organisme om zich te vestigen en te vermenigvuldigen in of op een gastheer, zonder noodzakelijk ziekte te veroorzaken. | | Fecale-orale overdracht | Een route van infectie waarbij ziekteverwekkers uit de ontlasting van een geïnfecteerd individu worden overgedragen naar de mond van een ander individu, vaak via besmet voedsel, water of handen. | | Inoculum | Het aantal micro-organismen dat nodig is om een infectie te veroorzaken. Een klein inoculum betekent dat zeer weinig micro-organismen al ziekte kunnen veroorzaken. | | Bronchiolitis | Een ontsteking van de kleine luchtwegen (bronchiolen) in de longen, meestal veroorzaakt door virussen, en frequent voorkomend bij jonge kinderen. | | Pneumonie | Een infectie van de longblaasjes (alveoli) en het omliggende longweefsel, die kan worden veroorzaakt door bacteriën, virussen of schimmels. | | COPD (Chronisch Obstructief Longlijden) | Een chronische longziekte die gekenmerkt wordt door beperking van de luchtstroom, zoals chronische bronchitis en emfyseem. | | Tachypneu | Een snelle ademhaling. | | Cyanose | Een blauwachtige verkleuring van de huid en slijmvliezen als gevolg van een tekort aan zuurstof in het bloed. | | Pleura-empyeem | Een ophoping van pus in de pleuraholte, de ruimte tussen de longen en de borstwand. | | Atypische pneumonie | Een vorm van longontsteking die wordt veroorzaakt door micro-organismen die afwijken van de typische bacteriële verwekkers, zoals Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae en Legionella pneumophila. Deze worden vaak gekenmerkt door een atypisch ziektebeeld en radiologische bevindingen. | | Zorginfectie | Een infectie die is opgelopen tijdens of als gevolg van zorgverlening in een medische setting, zoals een ziekenhuis of verpleeghuis. | | Sepsis | Een potentieel levensbedreigende aandoening waarbij de reactie van het lichaam op een infectie leidt tot orgaandisfunctie en weefselbeschadiging. | | SIRS (Systemic Inflammatory Response Syndrome) | Een gegeneraliseerde inflammatoire reactie van het lichaam op een ernstige ziekte, infectie of trauma. Het kan leiden tot orgaanfalen als het niet wordt behandeld. | | Urethritis | Ontsteking van de urinebuis. | | PID (Pelvic Inflammatory Disease) | Bekkenontsteking, een infectie van de vrouwelijke voortplantingsorganen. | | Bacteriëmie | De aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan. | | Spondylodiscitis | Een infectie van de wervels en de tussenwervelschijven. | | Blaassonde | Een dunne, flexibele buis die wordt ingebracht in de blaas om urine af te voeren. | | Uropathogene E. coli | Een specifieke stam van de bacterie Escherichia coli die urineweginfecties kan veroorzaken. | | Fimbriae | Kleine, draadachtige uitsteeksels op het oppervlak van bacteriën die helpen bij de hechting aan gastheercellen. | | Uroplakinen | Eiwitten die aanwezig zijn op de cellen van de blaaswand en die een rol spelen bij de bescherming tegen infecties. | | Trimannosereceptor | Een receptor op uroplakinen waaraan bepaalde adhesines van bacteriën, zoals FimH van E. coli, kunnen binden. | | Glycolipidenreceptor | Een receptor op niercellen waaraan P-fimbriae van E. coli kunnen binden. | | Yersinia enterocolitica | Een bacterie die gastro-enteritis kan veroorzaken, vooral bij kinderen, en die soms kan leiden tot complicaties zoals appendicitis of artritis. | | Furadantine (nitrofurantoïne) | Een urinsepticum dat gebruikt wordt voor de behandeling van ongecompliceerde urineweginfecties. Het werkt door hoge concentraties in de urine te bereiken. | | Fosfomycine | Een breedspectrumantibioticum dat als een urinsepticum wordt gebruikt voor de behandeling van ongecompliceerde cystitis. | | Trimetoprim | Een antibioticum dat vaak wordt gebruikt voor de behandeling van urineweginfecties, soms in combinatie met sulfamethoxazol. | | BAPCOC | Mogelijk een afkorting voor een richtlijn of adviesorgaan met betrekking tot antibiotica gebruik, zoals de Belgische Commissie voor de Promotie van het Rationele Antibiotica Gebruik (BAPCOC). |

# Bovenste luchtweginfecties Dit onderwerp behandelt de veelvoorkomende infecties van de keel, neus, sinussen en oren, inclusief hun oorzaken, symptomen, en mogelijke complicaties [2](#page=2). ### 1.1 Situering en diversiteit Bovenste luchtweginfecties (BLWI) zijn een zeer frequente oorzaak van huisartscontacten. Infecties van de keel, neus, sinussen, middenoor en conjunctiva, waaronder faryngitis-tonsillitis, rhino-sinusitis, otitis en conjunctivitis. Infecties van de bronchi worden soms bij bovenste en soms bij onderste luchtweginfecties gerekend, met deels overlappende microbiologie. belangrijk te differentiëren met niet-infectieuze mechanismen zoals allergieën, wat voornamelijk gebaseerd is op klinische waarnemingen in plaats van laboratoriumanalyses [2](#page=2). #### 1.1.1 Symptomen Symptomen van BLWI ontstaan door lokale inflammatie en beschadiging, wat zich uit in neusloop, hoesten, keelpijn, hoofdpijn, oorpijn en een opgezet trommelvlies. Algemene inflammatie kan leiden tot koorts en een algemeen onwel gevoel. Functievermindering is relatief weinig en voorbijgaand, zoals verminderde geur en smaak, slikmoeilijkheden en verminderd gehoor [2](#page=2). #### 1.1.2 Complicaties Complicaties kunnen ontstaan door surinfectie met bacteriën, wat soms een ernstiger verloop geeft. Lokale uitbreiding kan ernstige gevolgen hebben, zoals keelabcessen, middenoorinfecties, trommelvliesperforaties en mastoïditis, potentieel leidend tot meningitis [2](#page=2). ### 1.2 Verdediging versus pathogenese De verdediging tegen infectie berust op de barrières van het lichaam. Pathogenese beschrijft hoe micro-organismen ziekte veroorzaken ondanks deze barrières. Dit kan gebeuren door specifieke of 'professionele' invaders zoals virussen en sommige bacteriën (bv. Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae). Vaak wordt een infectie echter vergemakkelijkt door een verminderde barrièrefunctie, bijvoorbeeld door slechte slijmafvoer, verminderde trilhaarfunctie door koude, pollutie of allergieën [3](#page=3). ### 1.3 Bacteriële verwekkers * staphylococcus aureus * streptococcus pyogenes * pneumokokken (streptococcus pneumoniae) * Haemophilus influenzae * moraxella catarrhalis #### 1.3.1 Haemophilus influenzae Haemophilus influenzae is een gramnegatieve staaf die tijdelijk de oropharynx koloniseert. Serotype b, een pathogene bacterie, heeft een kapsel en antilichamen hiertegen zijn nodig voor bescherming; zuigelingen worden hiertegen gevaccineerd. Andere stammen zijn niet gekapseld en veroorzaken alleen conditionele infecties. Virulentiefactoren omvatten structuren voor aanhechting aan epitheelcellen en IgAse [6](#page=6). #### 1.3.2 Moraxella catarrhalis Moraxella catarrhalis is een gramnegatieve diplokok en vertoont in veel opzichten gelijkenis met niet-gecapsuleerde H. influenzae [7](#page=7). ### 1.4 Specifieke aandoeningen #### 1.4.1 Faryngitis en tonsillitis (keelontsteking) Symptomen omvatten keel- en slikpijn, koorts en gezwollen regionale klieren. Het is een erg frequente aandoening. Meestal wordt het veroorzaakt door virussen, maar bacterieel gezien is S. pyogenes (of S. dysgalactiae) de meest voorkomende verwekker [8](#page=8). ##### 1.4.1.1 Complicaties van faryngitis-tonsillitis Complicaties zijn niet frequent. Een keelabces kan ontstaan door S. pyogenes of een mengsel van bacteriën, waarvoor antibiotica en drainering noodzakelijk zijn. Scarlatina (roodvonk) is een kinderziekte die nu zelden voorkomt, veroorzaakt door specifieke stammen met ernstigere ziektebeelden. Complicaties op afstand worden veroorzaakt door immunologische reacties (auto-immuun respons of neerslag van immuuncomplexen) in plaats van metastatische bacterieverspreiding. * acuut reuma (met schade aan hartkleppen en/of gewrichten) * nefrotisch syndroom/glomerulonefritis. * Deze complicaties waren de voornaamste reden voor het geven van antibiotica bij S. pyogenes-keelontstekingen, maar zijn tegenwoordig zeer zeldzaam om onduidelijke redenen [8](#page=8). > **Voorbeeld:** Een amoxicilline-rash bij een EBV-infectie. Difterie toont pseudomembranen van fibrine, bacteriën en neutrofielen. Acute necrotiserende ulceratieve faryngitis (angina van Plaut-Vincent) kenmerkt zich door pijnlijke ulceratieve tonsillitis [10](#page=10). ##### 1.4.1.2 Bijzondere verwekkers van faryngitis-tonsillitis In specifieke omstandigheden moet gedacht worden aan * gonokokken en chlamydia (door orale seks). * Corynebacterium diphtheriae, de verwekker van difterie, veroorzaakt een ernstige ziekte met potentieel fatale complicaties door toxine; deze ziekte is vrijwel verdwenen dankzij vaccinatie. * Fusospirillaire associatie (angina van Plaut-Vincent) is een pijnlijke, ulceratieve tonsillitis door dysbacteriose, die door gramkleuring gedocumenteerd kan worden. * Keelpijn kan ook deel uitmaken van een meer veralgemeende infectie, zoals mononucleose door het Epstein-Barr virus (EBV) of cytomegalovirus (CMV). * Bordetella pertussis (kinkhoest) kan ook keelklachten geven, soms in een variant met minder duidelijke 'whooping cough' [11](#page=11) [9](#page=9). #### 1.4.2 Otitis externa (ontsteking van de gehoorgang) Otitis externa is een infectie van de gehoorgang en kan qua symptomen lijken op otitis media. De pathogenese en microbiologie verschillen echter; het is een huidinfectie veroorzaakt door S. aureus, gramnegatieve staven (bv. Pseudomonas, Proteus, Enterobacter), of schimmels (bv. Aspergillus) die gedijen in vochtige of gemacereerde gehoorgangen. Het wordt niet veroorzaakt door de bacteriën van het 'infernal trio'. De behandeling is doorgaans lokaal, en indien antibiotica nodig zijn, hebben deze een ander spectrum [12](#page=12). #### 1.4.3 Otitis media (middenoorontsteking) De middenoormucosa is verbonden met de respiratoire mucosa en de nasopharynx. Normaal gesproken zijn hier geen bacteriën aanwezig door normale barrièrefuncties. Bij aanwezigheid van micro-organismen kan inflammatie en symptomen ontstaan [12](#page=12). ##### 1.4.3.1 Kliniek van otitis media Lokale tekens zijn onder andere oorpijn en loopoor. Algemene symptomen kunnen koorts, malaise, prikkelbaarheid en onwelzijn omvatten. Bij onderzoek is het trommelvlies vaak gezwollen [12](#page=12). ##### 1.4.3.2 Verwekkers van otitis media Professionele invaders vanuit de nasopharynx, voornamelijk virussen, zijn veelvoorkomend. Het 'infernal trio' (S. pneumoniae, H. influenzae, M. catarrhalis) zijn vaak conditionele verwekkers die optreden na mucosale schade of door slechte ventilatie en klaring van de buis van Eustachius, bijvoorbeeld na een virale infectie of bij allergie [12](#page=12). ##### 1.4.3.3 Complicaties van otitis media Complicaties zijn frequent, zoals een chronisch loopoor. Zelden, maar ernstig, kunnen mastoïditis en meningitis optreden [12](#page=12). #### 1.4.4 Conjunctivitis Conjunctivitis is meestal viraal, maar kan ook bacterieel zijn (soms secundair), veroorzaakt door stafylokokken en het 'infernal trio'. Allergie is een belangrijke differentiaaldiagnose. Bij pasgeborenen, na passage door een besmet geboortekanaal, kan chlamydia of gonorroe de oorzaak zijn. Het is belangrijk om conjunctivitis te onderscheiden van ernstigere oogaandoeningen zoals keratitis, waar herpes simplex virus, schimmels of resistentere bacteriën een rol kunnen spelen en specifieke behandeling vereist is [13](#page=13). ### 1.5 Diagnostiek De diagnose van bovenste luchtweginfecties is doorgaans klinisch. Het opsporen van een etiologische oorzaak is meestal niet nodig, omdat er geen specifieke behandeling vereist is of een 'blinde' antibioticumkeuze volstaat. Bacteriële verwekkers kunnen worden aangetoond met kweek. Het is echter belangrijk te bedenken dat de verwekkers van deze infecties ook in de nasopharynx van gezonde personen aanwezig kunnen zijn (louter kolonisatie). Een antibiogram kan eventueel voordeel bieden, maar is meestal niet noodzakelijk [14](#page=14). ### 1.6 Behandeling De behandeling is doorgaans symptomatisch, gericht op het verlichten van koorts en andere symptomen. In de regel worden geen antibiotica voorgeschreven, aangezien de infecties vaak viraal zijn, zelden complicaties geven, spontaan genezen, of omdat een antibioticum weinig verschil maakt in symptomen ten opzichte van de kosten, bijwerkingen en resistentiedruk. Klinische opvolging voor complicaties is wel van belang. Bij de keuze van een eventueel antibioticum wordt rekening gehouden met de klassieke verwekkers, met name de meest 'pathogene' uit het 'infernal trio' (de pneumokok) en S. pyogenes bij keelinfecties [14](#page=14). * * * # Onderste luchtweginfecties ## 2.1 Algemene introductie en spectrum Onderste luchtweginfecties betreffen infecties van de diepere luchtwegen, zoals bronchitis en bronchiolitis, en ook infecties van het longparenchym, zoals pneumonie. Chronisch obstructief longlijden (COPD) is een chronische ziekte die niet primair door infectie wordt veroorzaakt, maar waarbij infecties wel opstoten kunnen uitlokken [15](#page=15). ### 2.1.1 Symptomen en complicaties Typische symptomen zijn koorts en hoesten. Vaak genezen deze infecties spontaan, maar pneumonie kan gevaarlijk zijn bij patiënten met onderliggend lijden of bij ouderen. Klassieke verwekkers zijn pneumokokken en bepaalde virussen. Bijzondere verwekkers of patiëntrisico's omvatten atypische pneumonie, Legionella, en infecties bij immuungecompromitteerde patiënten [15](#page=15). Tekenen van een ernstiger verloop zijn tachypnoe, verwardheid en cyanose. Ernstige complicaties kunnen ontstaan door * orgaanfalen (onvoldoende ventilatie of zuurstoftransport), * algemene inflammatie (soms leidend tot SIRS), * bacteriëmie met ontstaan van secundaire infectiehaarden, * pleura-empyeem. * Deze complicaties kunnen een reden zijn voor hospitalisatie. ### 2.1.2 Weerstand versus pathogenese De weerstand tegen infectie in de luchtwegen kan op verschillende manieren falen. * onderbreking van barrières, zowel op cellulair niveau (beschadigd epitheel) als door externe factoren zoals pollutie, allergie, virale infecties, aangeboren ziekten (bv. cystic fibrosis), nosocomiale oorzaken (verminderd bewustzijn, onderdrukking van hoesten, ventilatie), verminderde immuniteit, eerdere infecties (bv. bronchiectasieën) en carcinomen [16](#page=16). * "professionele invaders", micro-organismen die goed zijn uitgerust om te koloniseren, directe celschade of schade door inflammatie te veroorzaken, en het immuunsysteem te ontwijken. Dit geldt voor virussen, sommige bacteriën en fungi [16](#page=16). Micro-organismen kunnen de luchtwegen bereiken via * kolonisatie van de nasopharynx gevolgd door progressie, mogelijk door micro-aspiratie. * aerosoloverdracht, waarbij het micro-organisme de bovenste luchtwegen omzeilt en direct de alveoli bereikt, met longmacrofagen als primair doelwit (bv. Legionella, TBC) [16](#page=16). ## 2.2 Verwekkers, bronnen en epidemiologie Infecties van de onderste luchtwegen worden meestal veroorzaakt door droplet-infectie van een besmettelijke persoon of drager, soms via indirect contact [17](#page=17). ### 2.2.1 Bacteriële verwekkers De meest voorkomende bacteriële verwekkers zijn het "infernal trio" (vermoedelijk Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, en Moraxella catarrhalis). In ziekenhuizen komen daar Staphylococcus aureus en gram-negatieve bacteriën bij [17](#page=17). ### 2.2.2 Virale verwekkers Virussen zijn professionele invaders en omvatten vele soorten, waaronder influenza- en parainfluenzavirussen, RSV, en SARS-CoV-2 [17](#page=17). ### 2.2.3 Atypische pneumonie Atypische pneumonie wordt gekenmerkt door een atypisch verloop, atypische radiologische bevindingen en "atypische" verwekkers. Er is vaak een grote overlap in symptomen tussen virale, typische en atypische verwekkers. Een belangrijk gemeenschappelijk kenmerk is resistentie tegen bèta-lactam antibiotica [17](#page=17). Verwekkers van atypische pneumonie zijn onder andere: * Chlamydia pneumoniae (bron: mens) en minder frequent Chlamydia psittaci (zoönose) [17](#page=17). * Mycoplasma pneumoniae [17](#page=17). * Legionella pneumophila: De bron is aerosolvorming uit water dat langere tijd op hogere temperatuur is bewaard, zoals in stagnante, oude waterleidingscircuits, reservoirs (airconditioning, douches, jacuzzi's). Pathogenese: de bacterie overleeft intracellulair in de macrofaag [17](#page=17). ### 2.2.4 Fungi (schimmels en gisten) Fungi komen zelden voor als verwekkers van luchtweginfecties. Overdracht vindt plaats via aerosol met sporen (conidia) [17](#page=17). * **Gisten** (bv. Cryptococcus): Deze zijn gekapseld en kunnen iedereen ziek maken, maar vooral personen met verminderde weerstand. Via de longen kunnen ze zich verspreiden naar het bloed en andere organen aantasten. Bij immuunsuppressie kan \_Pneumocystis jirovecii (een "atypische" fungus die veel mensen asymptomatisch koloniseert) ziekte veroorzaken [17](#page=17). * **Schimmels** (bv. Aspergillus): Deze kunnen voorkomen bij ernstige afwijkingen van de luchtwegen (kolonisatie en latere infectie van bronchiectasieën en holtes van eerdere infecties) en bij zware immuunsuppressie [17](#page=17). ### 2.2.5 Community-acquired versus Hospital-acquired Pneumonia Pneumonieën die buiten het ziekenhuis ontstaan (community-acquired pneumonia, CAP) hebben een ander spectrum van verwekkers dan ziekenhuisgerelateerde pneumonieën (hospital-acquired pneumonia, HAP, en ventilator-associated pneumonia, VAP). De behandeling verschilt dienovereenkomstig; bij niet-ernstige CAP richt men zich op pneumokokken, en bij ernstigere gevallen wordt ook rekening gehouden met atypische verwekkers. Bij HAP wordt gestart met breedspectrum antibiotica en wordt altijd een kweek met antibiogram aangevraagd [18](#page=18). ## 2.3 Diagnostiek bij luchtweginfecties ### 2.3.1 Noodzaak van verwekkeridentificatie De noodzaak om de specifieke verwekker te identificeren, hangt af van de ernst van de infectie. Bij ernstige infecties kan een hemokultuur nuttig zijn, zeker als er geen goede sputumstalen kunnen worden afgenomen [19](#page=19). ### 2.3.2 Sputum- en hemokweken * **Hemokultuur:** Dit is een type I staal, vergelijkbaar met diagnostiek voor sepsis of endocarditis [19](#page=19). * **Sputumkweek:** Dit is een type II staal. Een kenmerk van sputumstalen is dat ze bij de afname vaak gecontamineerd worden door mondflora [19](#page=19). Om toch relevante diagnostiek uit sputum te verkrijgen, zijn de volgende punten belangrijk [19](#page=19): * De aanvrager moet zorgen voor een staal van goede kwaliteit (fluimen, geen speeksel) [19](#page=19). * Het laboratorium zoekt en rapporteert alleen potentiële respiratoire pathogenen [19](#page=19). * Grote aantallen van bekende verwekkers in gramkleuring of kweek zijn een sterk argument [19](#page=19). * Veel plaveiselepitheelcellen in een gramkleuring duiden op een slechte staalkwaliteit [19](#page=19). * Stalen moeten snel naar het laboratorium worden getransporteerd om te voorkomen dat pathogenen verdwijnen of saprofytische bacteriën toenemen [19](#page=19). * Goede resultaten zijn niet te verwachten bij slecht afgenomen stalen of stalen die na de start van antibiotica zijn afgenomen [19](#page=19). * Bij bijzondere klinische beelden of situaties is communicatie met het laboratorium noodzakelijk om de standaardwerkwijze aan te passen [19](#page=19). ### 2.3.3 Andere diagnostische methoden Afhankelijk van de ernst en de vermoedelijke verwekker kunnen ook andere methoden worden ingezet [19](#page=19): * **Antigeen-/genoomtesten:** Antigeentesten voor pneumokokken en Legionella kunnen worden uitgevoerd op urinestalen, omdat bestanddelen van de bacterie via het bloed in de urine terechtkomen [19](#page=19). * **Serologie en moleculaire tests:** Deze worden in sommige omstandigheden ingezet, met name voor atypische verwekkers en virussen [19](#page=19). ## 2.4 Interpretatie in het bacteriologisch onderzoek ### 2.4.1 Strategie voor routineonderzoek De strategie in het routine bacteriologisch onderzoek is niet om alle bacteriën in een staal te identificeren en vervolgens te interpreteren, aangezien veel commensale bacteriën aanwezig zijn. In plaats daarvan wordt de kweek- en identificatietechniek afgestemd op de klinische vraag [20](#page=20). ### 2.4.2 Voorbeeld van interpretatie * **Voorbeeld 2: Sputum:** Er worden selectieve media gebruikt om te zoeken naar kolonies van klassieke pathogenen zoals pneumokokken, \_Haemophilus influenzae en \_S. aureus. Als er geen verdachte kolonies worden gevonden, stopt het onderzoek met het antwoord "commensalen, kweek negatief,...". Indien wel, worden deze geïdentificeerd en worden alleen pathogenen gerapporteerd [20](#page=20). * * * # Gastro-intestinale infecties Gastro-intestinale infecties betreffen infecties van maag, dunne en dikke darm, gekenmerkt door symptomen als diarree en braken, en hebben wereldwijd een grote impact, vooral op jonge kinderen en ouderen [21](#page=21). ### 3.1 Klinisch beeld en deelsyndromen Het hoofdsymptoom van gastro-intestinale infecties is diarree, vaak gepaard gaand met braken en soms koorts. Een belangrijke complicatie is dehydratie, die in armere landen een belangrijke doodsoorzaak is, met name bij zeer jonge kinderen en ouderen. Andere complicaties kunnen optreden door de activiteit van toxines buiten het darmstelsel, zoals het hemolytisch uremisch syndroom (HUS) [21](#page=21). De darm kan ook dienen als poort voor micro-organismen die via de bloedbaan systeeminfecties veroorzaken, zonder noodzakelijk een gastro-enteritisbeeld te geven, zoals bij Salmonella typhi (tyfuskoorts) en hepatitis A. Daarnaast bestaan er ook niet-infectieuze oorzaken van gastro-intestinale ziekten [21](#page=21). Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen: * **Gastro-intestinale infectie:** Het micro-organisme koloniseert de darm en veroorzaakt symptomen [21](#page=21). * **Voedselintoxicatie:** Bacteriën vermenigvuldigen zich in bereid of bewaard voedsel en produceren daar enterotoxines. De ziekte treedt enkele uren na inname op en is doorgaans kortdurend [21](#page=21). * **Reizigersdiarree:** Frequent voorkomend bij reizen naar landen met een ondermaatse feco-orale hygiëne, met een breed spectrum aan verwekkers [21](#page=21). #### 3.1.1 Symptomen en verwekkers Het spectrum van diarree-stoelgang varieert van vloeibaar en waterig tot bloederig. Dysenterie kenmerkt zich door etter en bloed in de stoelgang, en de patiënt is ernstiger ziek met koorts, hoofdpijn en veel krampen [22](#page=22). Verwekkers omvatten bacteriën, virussen en protozoa. De locatie van de infectie kan variëren [22](#page=22): * **In de darm:** Beperkt tot het epitheel met of zonder inflammatie, of enkel door enterotoxine [22](#page=22). * **Subepitheel:** Indicatie voor dysenterie door invasie [22](#page=22). * **Dieper in het lichaam:** Sommige pathogenen kunnen via de bloed- en lymfebaan dieper in het lichaam doordringen (bv. tyfuskoorts) [22](#page=22). * **Dunne darm (duodenum):** Giardia lamblia kan hier voorkomen, wat meer krampen dan diarree veroorzaakt [22](#page=22). * **Maag:** Helicobacter pylori infectie veroorzaakt geen diarree, maar maagontsteking en -zweren [22](#page=22). #### 3.1.2 Overdracht De meeste gastro-intestinale infecties worden exogeen overgedragen, met een belangrijke uitzondering: antibioticum-geassocieerde diarree door Clostridioides difficile, die endogeen kan zijn (veel dragers) of exogeen in ziekenhuizen [22](#page=22). De overdracht verloopt via de feco-orale route [23](#page=23). * **Reservoir:** Mensen, dieren, en zelden de omgeving zijn de natuurlijke habitats [23](#page=23). * **Vector/Carrier:** Vanuit het habitat kunnen mensen, dieren, de omgeving, water en voedselproducten fungeren als vector of carrier [23](#page=23). * **Feco-orale overdracht:** * Direct contact (via handen naar mond) of indirect via voedsel naar mond [23](#page=23). * **Belang van inoculum:** Soorten die een zeer lage inoculumdosis vereisen, worden gemakkelijker overgedragen (bv. Giardia lamblia cysten, Shigella). Voor sommige pathogenen (bv. cholera) zijn echter grote aantallen nodig, hoewel een verminderde maagzuurproductie of vetrijke maaltijden de drempel kunnen verlagen [23](#page=23). * **Jonge kinderen en 'arme landen':** Hygiëne is vaak ondermaats, met slechte scheiding tussen fecaliën en drinkwater, leidend tot contaminatie van voedsel en water [23](#page=23). * **Direct contact/consumptie van dierproducten:** Vooral niet-gekookte dierproducten kunnen bacteriën bevatten die via handen en kookgerei op rauwe voeding kunnen overgedragen worden [23](#page=23). * **Via drinkwater:** Direct of via water gebruikt voor voedselbereiding of spoelen [23](#page=23). * **Gecontamineerde planten:** Planten zelf produceren geen pathogenen, maar kunnen besmet raken via besmet water of tijdens verwerking [23](#page=23). ### 3.2 Pathogenese De pathogenese van gastro-intestinale infecties hangt af van het type verwekker (bacteriën en protozoa) [24](#page=24). * **Mechanismen:** * **Enterotoxine-effect:** Verstoort de opname van vloeistof en zouten [24](#page=24). * **Cellulair toxine:** Directe celbeschadiging [24](#page=24). * **Stoornis van de brushborder:** Verstoort de absorptie [24](#page=24). * **Invasie van de submucosa:** Veroorzaakt significante inflammatie [24](#page=24). * Veel verwekkers vertonen een combinatie van deze effecten, met stam-specifieke verschillen [24](#page=24). * **Lokale effecten:** * Waterverlies door onvoldoende absorptie of overmatige excretie [24](#page=24). * Inflammatie en/of bloedverlies [24](#page=24). Hoewel specifieke fenomenen en effecten per pathogeen beschreven zijn, zijn de symptomen globaal genomen vaak weinig voorspellend voor de specifieke verwekker [24](#page=24). * **Effecten op afstand:** * **Door invasie:** Kan leiden tot bacteriëmie, infectie van lymfatische organen, abcessen of infectie van andere organen. Entamoeba histolytica kan abcessen in de lever of hersenen veroorzaken [24](#page=24). * **Door toxines:** Shigatoxine, geproduceerd bij dysenterie, kan hoge koorts veroorzaken en heeft systemische toxiciteit met effecten op het zenuwstelsel, en HUS met effecten op de nieren [24](#page=24). ### 3.3 De verwekkers Er is een breed scala aan verwekkers van gastro-intestinale infecties, elk met specifieke biologie, ecologie en pathogenese. Het opsporen van alle verwekkers is complex en niet alle zijn in routineonderzoek beschikbaar of terugbetaald. In veel gevallen is causale behandeling niet nodig en wordt er niet-specifiek behandeld. Echter, in specifieke situaties kan identificatie van de verwekker en het bepalen van de gevoeligheid voor antibiotica nuttig zijn [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32). #### 3.3.1 Diagnose Diagnostische methoden omvatten microscopie, kweek en identificatie, antigen- of genoomdetectie, en serologie [26](#page=26). * **Microscopie:** * Gramkleuring is niet nuttig vanwege de grote hoeveelheid bacteriën in feces en het gebrek aan specifieke morfologie [26](#page=26). * Een uitzondering zijn protozoa en andere parasieten, die ongekleurd bekeken kunnen worden als trofozoieten en cysten, evenals eitjes of larven van wormen [26](#page=26). * **Kweek en identificatie:** * Coprokultuur maakt gebruik van selectieve media om bekende enteropathogenen op te sporen (enkel voor bacteriën) [26](#page=26). * Voor E. coli is identificatie van de soort alleen niet voldoende, aangezien veel stammen niet-pathogeen zijn. Slechts bepaalde serotypes zijn matig geassocieerd met een enteropathogeen mechanisme. Enteropathogene E. coli stammen worden routinematig niet opgespoord [26](#page=26). * Kweekonderzoek duurt meestal 2-3 dagen [26](#page=26). * **Antigen- of genoomdetectie:** * Nuttig voor niet-kweekbare of moeilijker aan te tonen soorten (virussen, protozoa) en vanwege de snelheid bij bacteriën en hun toxine-genen [26](#page=26). * **Serologie:** * Beperkt nut vanwege de grote verscheidenheid aan verwekkers, kruisreacties, en antilichamen door oude contacten [26](#page=26). ### 3.4 Behandeling De behandeling van gastro-intestinale infecties richt zich primair op het vermijden of behandelen van dehydratie [30](#page=30). * **Motiliteitsremmers:** Gebruik met voorzichtigheid, en absoluut niet bij bloederige diarree of dysenterie [30](#page=30). * **Zelflimiterend karakter:** De meeste infecties zijn zelflimiterend en/of viraal, waardoor antibiotica en specifieke diagnose vaak niet nodig zijn [30](#page=30). * **Epidemiologische ketens:** Identificatie van de verwekker kan belangrijk zijn voor het opsporen van epidemiologische ketens, zeker bij uitbraken (bv. norovirus) [30](#page=30) [32](#page=32). * **Specifieke behandelingen:** Sommige verwekkers worden best behandeld en vereisen dus opsporing in specifieke situaties. Concrete behandelingsrichtlijnen zijn te vinden in BAPCOC en formularia [30](#page=30). > **Tip:** In geselecteerde gevallen, afhankelijk van het klinisch beeld en de epidemiologische context, is etiologische diagnose (inclusief antibiogram) wel degelijk noodzakelijk. Dit is ook nuttig voor het ophelderen en indijken van epidemieën [32](#page=32). * * * # Urineweginfecties Dit onderwerp behandelt infecties van de blaas, nieren en prostaat, inclusief definities, symptomen, beschermingsmechanismen, diagnostiek en behandeling. ### 4.1 Definities en soorten Urineweginfecties (UWI) zijn infecties van de urinewegen, waaronder de blaas, urinebuis, nieren en prostaat [33](#page=33). * **Cystitis:** Een infectie van de blaas. Hoewel symptomatisch, is deze meestal niet ernstig en goed te behandelen [33](#page=33). * **Pyelonefritis:** Een infectie van de nier. Dit is gevaarlijker omdat het nierparenchym wordt bedreigd, met risico op nierinsufficiëntie, bacteriëmie en sepsis. De behandeling is ook complexer [33](#page=33). * **Prostatitis:** Een infectie van de prostaat, waar antibiotica door slechte penetratie beperkt werkzaam zijn [33](#page=33). Bij vrouwen is cystitis frequent door een minder effectieve barrière tegen opstijgende infecties; deze UWI is vaak ongecompliceerd, tenzij er sprake is van meerdere recidieven. Pyelonefritis wordt beschouwd als een gecompliceerde UWI (weefselinfectie). Bij mannen, kinderen en ouderen worden urineweginfecties per definitie als gecompliceerd beschouwd, omdat er vrijwel altijd sprake is van een urineafvloedstoornis [33](#page=33). Symptomen van UWI kunnen lijken op die van bepaalde seksueel overdraagbare aandoeningen (SOAs), zoals urethritis en PID [33](#page=33). ### 4.2 Symptomen, ernst en gevolgen #### 4.2.1 Symptomen * **Cystitis:** Strangurie (pijn bij plassen), dysurie (moeilijk plassen), pollakisurie (frequent plassen), plasdwang (urgency) door irritatie van de urineafvoerwegen. Soms ook buikpijn [34](#page=34). * **Pyelonefritis:** Naast de symptomen van cystitis, ook koorts met rillingen, algemeen ziek zijn en pijn in de nierloge door ontsteking [34](#page=34). * **Prostatitis:** Koorts, algemeen ziek zijn, prostaatpijn. Opstoten met meer symptomen en cystitisklachten zijn mogelijk en moeilijk te elimineren [34](#page=34). #### 4.2.2 Complicaties * **Bacteriëmie en sepsis:** Vanuit een UWI kan bacteriëmie ontstaan, wat kan leiden tot Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS) en infecties op afstand (bv. protheseinfectie, endocarditis, hersenabces, spondilodiscitis) [34](#page=34). * **Nierinsufficiëntie:** Kan ontstaan bij ernstige nierparenchymschade, vooral na herhaalde infecties [34](#page=34). #### 4.2.3 Termen gerelateerd aan bacteriën in urine * **Bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in een urinestaal [34](#page=34). * **Significante bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in een urinestaal waarvan wordt aangenomen dat ze ook in de blaas aanwezig zijn [34](#page=34). * **Symptomatische bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in het urinestaal én symptomen [34](#page=34). * Significante bacteriurie zonder symptomen moet slechts in uitzonderlijke situaties behandeld en dus opgespoord worden [34](#page=34). ### 4.3 Bescherming tegen infectie en pathogenese #### 4.3.1 Barrièrefactoren Een reeks barrièrefactoren beschermt tegen infecties. Bij vrouwen is deze barrière minder effectief in het buitenhouden van bacteriën uit het colon [35](#page=35). #### 4.3.2 Ontstaan van infecties Infecties ontstaan door: * **Uropathogene soorten:** Vooral uropathogene E. coli stammen koloniseren gemakkelijk de urinewegen. Als een dergelijke stam de darm koloniseert, zijn weinig andere factoren nodig om een infectie te veroorzaken. Dit is het meest voorkomende mechanisme bij vrouwen in de geslachtsrijpe levensfase, waarbij seksueel contact een significante risicofactor is [35](#page=35). * **Afvloeistoornissen van de urine (onvolledige lediging):** Dit kan komen door congenitale afwijkingen (bij jonge kinderen, vooral jongens), zwangerschap, tumoren, blaas- of ureterstenen, prostaathypertrofie, blaasverlamming en vreemde voorwerpen in de urinewegen (bv. blaassonde). Het risico neemt toe met de leeftijd [35](#page=35). E. coli is een veelvoorkomende verwekker omdat het in de darm aanwezig is en de urinewegen relatief goed kan koloniseren. Frequent antibioticagebruik en urogenitale manipulaties (sonderingen, katheters) verhogen de kans dat andere Gram-negatieve staven \_E. coli in de darm en urinewegen vervangen [35](#page=35). #### 4.3.3 Overdracht * Grotendeels endogene infectie [35](#page=35). * Bij zorginfecties: indirecte overdracht via handen, instrumenten, katheters [35](#page=35). #### 4.3.4 Virulentiefactoren bij uropathogene \_E. coli * binnendringen van het blaasepitheel, wat recidieven kan verklaren en leiden tot vals-negatieve kweekresultaten. Ook kan het leiden tot opstijgen naar de ureters en nieren [36](#page=36). De receptoren waarop de bacterie bindt, variëren individueel, wat de individuele gevoeligheid voor UWI verklaart [36](#page=36). ### 4.4 Epidemiologie De onderliggende of bevorderende factoren van UWI bepalen de epidemiologie, inclusief het man-vrouw- en leeftijdsverloop [37](#page=37). * **Heel jong:** Congenitale afwijkingen [37](#page=37). * **Volwassenen:** Voornamelijk vrouwen (uropathogenen, seksueel contact) en zwangere vrouwen [37](#page=37). * **Ouderen:** Met toenemende leeftijd is er meer kans op afvloeistoornissen, minder beschermende vaginale microflora, en een grotere kans op antibioticagebruik en contact met de zorgsector [37](#page=37). * **Alle leeftijden:** Bij urologische manipulaties. Afvloeistoornissen worden benadrukt als risicofactor [37](#page=37). ### 4.5 Diagnostiek #### 4.5.1 Klinische diagnose Vaak, maar niet altijd, is de diagnose klinisch heel typisch [38](#page=38). #### 4.5.2 Onderzoek tijdens consultatie Kan bevestigd worden met urineonderzoek met sticks (meet nitraatmetabolisme van Gram-negatieve bacteriën en leucocytenesterase afkomstig van neutrofielen) [38](#page=38). #### 4.5.3 Laboratoriumdiagnose * **Microscopie:** Onderzoek van het urine sediment kan inflammatie aantonen (neutrofielen in sediment: pyurie) [38](#page=38). * **Kweek van bacteriën:** Agarbodems zijn kwantitatief (kolonies) en de gevonden kolonies worden geïdentificeerd [38](#page=38). * **Interpretatie:** Urine is een Type II staal, wat betekent dat de gevonden bacteriën ook contaminanten kunnen zijn (normale flora van urethra, vulva, etc.) [38](#page=38). * Bij ernstige gevallen (pyelonefritis, sepsis) en indien een goed urinestaal moeilijk te verkrijgen is, kan een hemocultuur worden afgenomen [38](#page=38). #### 4.5.4 Risico op contaminatie en interpretatie van kweekresultaten Urine is een Type II staal; juiste resultaten vereisen zorgvuldigheid [39](#page=39). * **Gerichte opsporing:** Alleen gekende uropathogenen (bv. \_E. coli, streptokokken, \_Staphylococcus saprophyticus, andere Gram-negatieve staven) worden gezocht en gerapporteerd [39](#page=39). * **Goede afname met minimale contaminatie:** * Midstream afname [39](#page=39). * Soms via eenmalige katheterisatie (minder contaminatie, maar niet zonder risico) [39](#page=39). * Andere invasieve afnames zoals suprapubische punctie geven zeer goede staalkwaliteit [43](#page=43). * **Goed transport:** Snel, of indien niet mogelijk, afkoelen om groei van kleine aantallen te voorkomen [39](#page=39). * **Kwantitatieve kweek:** * Het criterium van Kass (klassiek, maar vaak verkeerd geïnterpreteerd) stelde dat bij pyelonefritis bijna steeds meer dan $10^5$ bacteriën/ml aanwezig zijn. Bij asymptomatische personen is $10^5$ bacteriën/ml geen contaminatie [39](#page=39). * Nader onderzoek heeft aangetoond dat bij symptomatische personen vaak meer dan $10^5$ bacteriën/ml aanwezig zijn, maar ook $10^4$ (soms $10^3$, hoewel extreem) uropathogenen (vooral \_E. coli) significant kunnen zijn en behandeld moeten worden. Het gebruik van de Kass cutoff van $10^5$ bacteriën/ml kan leiden tot het missen van 30% van de infecties [39](#page=39). * Bij mannen, en ook bij staalafname via katheterisatie, is er minder twijfel en contaminatie, en zijn lagere aantallen significant [39](#page=39). > **Tip:** De arts kan eventueel een kweek doen met een dipslide, wat ook door de huisarts gebruikt kan worden [39](#page=39). ### 4.6 Specifieke situaties en populaties #### 4.6.1 UWI en mannen UWI bij mannen zijn altijd gecompliceerd, met een grote kans op afvloeistoornissen. De oorzaak moet daarom worden opgespoord [44](#page=44). * **Kinderen:** Congenitale afwijkingen [44](#page=44). * **Oudere mannen:** Prostaatvergroting [44](#page=44). * **Specifieke complicatie:** Bacteriële prostatitis, soms met negatieve urinekweek maar positieve kweek van semen of prostaatmassagevocht [44](#page=44). #### 4.6.2 UWI en kinderen UWI bij kinderen, vooral bij jongens, zijn altijd gecompliceerd en wijzen vaak op congenitale afwijkingen [44](#page=44). #### 4.6.3 UWI en zwangeren Fysiologische veranderingen tijdens de zwangerschap (hormonaal: dilatatie ureter en pyelum; mechanisch: obstructie door uterus) verhogen het risico op infectie en gecompliceerd verloop [44](#page=44). * **Gevolgen:** Ernstige gevolgen voor moeder (acute pyelonefritis, sepsis) en foetus (groeivertraging, prematuriteit) [44](#page=44). * **Behandeling:** Zwaardere behandeling, met name langere duur [44](#page=44). * **Screening:** Zwangeren worden gescreend op urineweginfecties, wat een van de weinige indicaties is voor screening op UWI [44](#page=44). #### 4.6.4 Asymptomatische bacteriurie (afgezien van zwangeren) * Frequent bij bejaarden, diabetici, dragers van een blaaskatheter, urologische patiënten en bedlegerigen [44](#page=44). * Behandeling is niet nodig en opsporing wordt afgeraden [44](#page=44). * Incorrecte toepassing is een grote oorzaak van overbodig antibioticagebruik en resistentie [44](#page=44). ### 4.7 Verwekkers van UWI E. coli is verreweg de meest voorkomende verwekker van UWI, zowel bij poliklinische als ziekenhuispatiënten. Het verschil in de percentages van infecties veroorzaakt door andere Gram-negatieve staven tussen ambulante en gehospitaliseerde patiënten weerspiegelt een andere epidemiologie, overdracht, risicofactoren en pathogenetische mechanismen. Ziekenhuisisolaten dragen vaak multipele antibioticumresistenties en koloniseren patiënten in het ziekenhuis, met name diegenen die antibiotica ontvangen [45](#page=45). ### 4.8 Behandeling De ernst, het risico op complicaties en resistentie bepalen de aard, dosis en duur van de behandeling [46](#page=46). * Cystitis zonder extra risicofactoren geneest vaak vlot en spontaan [46](#page=46). * **Urinare antiseptica:** Antibiotica met hoge concentratie in de urine, maar niet op andere plaatsen. Ze kennen weinig resistentie omdat ze zelden in andere situaties worden gebruikt. Voorbeelden zijn furadantine en fosfomycine. Ze zijn niet geschikt voor systemische infecties, dus ook niet voor parenchyminfecties (pyelonefritis, prostatitis) [46](#page=46). * **Niet-gecompliceerde cystitis (vrouw, geen frequente recidieven):** Urinaire antiseptica, louter empirisch, volstaat met een korte kuur: nitrofurantoïne of trimetoprim (3-5 dagen), of fosfomycine (1 dosis). Deze zijn werkzaam tegen een groot deel van \_E. coli, \_S. saprophyticus en enkele andere [46](#page=46). * **Andere infecties:** Het is het best om de verwekker te identificeren en een antibiogram uit te voeren. Empirisch wordt gestart met antibiotica met een grote kans op activiteit (breder spectrum), voldoende weefselconcentratie, en een langere duur (7-10 dagen of meer, langer bij pyelonefritis) [46](#page=46).

| Term | Definition | |------|------------| | Syndroom | Een verzameling van symptomen en klinische verschijnselen die samen een herkenbaar ziektebeeld vormen, vaak met een gemeenschappelijke oorzaak of mechanisme. | | Verwekker | Een micro-organisme (zoals een bacterie, virus, schimmel of parasiet) dat in staat is om een infectieziekte te veroorzaken. | | Epidemiologie | De wetenschap die zich bezighoudt met de verspreiding, oorzaken en beheersing van ziekten en gezondheidsproblemen in populaties. | | Laboratoriumdiagnostiek | Het gebruik van laboratoriumonderzoek, zoals kweek, microscopie of moleculaire tests, om de aanwezigheid van ziekteverwekkers of andere afwijkingen aan te tonen. | | Pathogenese | Het mechanisme waarmee een ziekteverwekker ziekte veroorzaakt, inclusief de interactie tussen de microbe en de gastheer, en de daaruit voortvloeiende schade. | | Barrière | Een verdedigingsmechanisme van het lichaam dat helpt om het binnendringen van ziekteverwekkers te voorkomen, zoals huid, slijmvliezen, en afweercellen. | | Virulentie | De mate waarin een ziekteverwekker in staat is om ziekte te veroorzaken; kenmerken die bijdragen aan de infectiekracht van een micro-organisme. | | Kolonisatie | De aanwezigheid van micro-organismen op of in het lichaam zonder dat dit direct ziekte veroorzaakt; ze kunnen echter wel een bron van infectie zijn. | | Droplets | Kleine druppeltjes die worden uitgescheiden bij hoesten, niezen of praten, en die ziekteverwekkers kunnen verspreiden. | | Facultatieve pathogeen | Een micro-organisme dat normaal gesproken niet ziekteverwekkend is, maar onder bepaalde omstandigheden, zoals bij een verzwakt immuunsysteem, wel infecties kan veroorzaken. | | Obligate pathogeen | Een micro-organisme dat altijd ziekte veroorzaakt wanneer het het lichaam binnendringt. | | Bronchiolitis | Een ontsteking van de kleine luchtwegen (bronchiolen) in de longen, meestal veroorzaakt door een virus, vooral bij jonge kinderen. | | Pneumonie | Een infectie van het longparenchym, die kan leiden tot ontsteking en ophoping van vocht in de longblaasjes, wat ademhalingsproblemen veroorzaakt. | | Parenchym | Het functionele weefsel van een orgaan, in tegenstelling tot het stroma (ondersteunend weefsel). Bij de longen verwijst het naar de alveoli en bronchiolen. | | Sepsis | Een levensbedreigende toestand die wordt veroorzaakt door een ontregelde reactie van het lichaam op een infectie, leidend tot orgaanfalen. | | Bacteriëmie | De aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan. | | Atyische pneumonie | Een longontsteking veroorzaakt door micro-organismen die afwijken van de klassieke verwekkers, zoals Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae of Legionella. | | Feco-orale overdracht | De verspreiding van ziekteverwekkers via de fecale-orale route, waarbij de microbe via ontlasting in de mond van een ander persoon terechtkomt. | | Enterotoxine | Een toxine geproduceerd door bacteriën die specifiek de cellen van het maag-darmkanaal aantast, wat leidt tot diarree en braken. | | Dysenterie | Een ernstige vorm van diarree gekenmerkt door bloed en slijm in de ontlasting, vaak gepaard gaand met buikkrampen en koorts. | | Cytokine | Kleine eiwitten die een rol spelen in de communicatie tussen cellen en het reguleren van het immuunsysteem en ontstekingsreacties. | | Uropathogeen | Een bacteriesoort die specifiek infecties van de urinewegen kan veroorzaken, zoals uropathogene Escherichia coli (UPEC). | | Pyurie | De aanwezigheid van een verhoogd aantal witte bloedcellen (neutrofielen) in de urine, wat duidt op ontsteking of infectie van de urinewegen. | | Significante bacteriurie | De aanwezigheid van een aanzienlijke hoeveelheid bacteriën in een urinestaal, wat meestal wijst op een infectie, hoewel asymptomatic bacteriurie ook kan voorkomen. | | Asymptomatische bacteriurie | De aanwezigheid van bacteriën in de urine zonder dat er symptomen van een urineweginfectie zijn. Dit behoeft meestal geen behandeling, behalve in specifieke situaties zoals zwangerschap. | | Cystitis | Een ontsteking van de blaas, meestal veroorzaakt door een bacteriële infectie, gekenmerkt door symptomen zoals pijn bij het plassen en veelvuldig plassen. | | Pyelonefritis | Een bacteriële infectie van het nierbekken en het nierweefsel zelf, een ernstigere vorm van urineweginfectie die kan leiden tot nierbeschadiging en sepsis. | | Transcellulaire migratie | Het proces waarbij micro-organismen zich door de cellen van een epitheellaag heen bewegen om de onderliggende weefsels te bereiken. | | IgAse | Een enzym geproduceerd door bepaalde bacteriën dat IgA-antilichamen, een belangrijk onderdeel van de immuunrespons op slijmvliezen, kan afbreken. | | Complementactivatie | Het proces waarbij het complementsysteem, een onderdeel van het aangeboren immuunsysteem, wordt geactiveerd om micro-organismen te bestrijden. | | Sputum | Slijm dat wordt opgehoest uit de luchtwegen, gebruikt voor diagnostisch onderzoek naar infecties of andere aandoeningen van de longen. | | Hemokultuur | Een laboratoriumtest waarbij bloed wordt afgenomen en in speciale kweekmedia wordt geplaatst om de aanwezigheid van bacteriën of schimmels in de bloedbaan op te sporen. | | Enteropathogeen | Een bacterie die ziekten van het maag-darmkanaal kan veroorzaken. | | Resistente bacteriële stam | Een bacterie die ongevoelig is geworden voor een of meerdere antibiotica, wat de behandeling van infecties bemoeilijkt. | | Reservoire | De natuurlijke leefomgeving van een ziekteverwekker, waaruit deze kan overgedragen worden op een gastheer. | | Inoculum | Het aantal micro-organismen dat nodig is om een infectie te veroorzaken. Een klein inoculum betekent dat de infectie zeer besmettelijk is. | | Adhesines | Moleculen op het oppervlak van micro-organismen die het mogelijk maken om zich te hechten aan gastheercellen. | | Fimbriae | Haarachtige structuren op het oppervlak van bacteriën die helpen bij adhesie aan gastheercellen. | | Uroplakine | Eiwitten die het epitheel van de blaas bedekken en belangrijk zijn voor de barrièrefunctie van de blaaswand. | | Glycolipidenreceptor | Moleculen op het celoppervlak die dienen als bindingsplaatsen voor bacteriën of virussen. | | Urogenitale manipulaties | Medische procedures die de urinewegen of de geslachtsorganen betreffen, zoals het inbrengen van een katheter of een cystoscopie. | | Empirische behandeling | Behandeling die wordt gestart op basis van de meest waarschijnlijke diagnose, zonder dat de precieze verwekker en de gevoeligheid voor antibiotica bekend zijn. | | Urinair antisepticum | Een geneesmiddel met antibacteriële eigenschappen die zich primair concentreert in de urine en voornamelijk wordt gebruikt voor de behandeling van ongecompliceerde blaasontstekingen. | | Kweekbodem | Een medium dat wordt gebruikt in het laboratorium om micro-organismen te laten groeien en vermenigvuldigen. | | Dipslide | Een eenvoudige methode voor het testen van urine op bacteriële groei, vaak gebruikt in de huisartsenpraktijk. |

# Bovenste luchtweginfecties Dit document behandelt bovenste luchtweginfecties, met een focus op hun oorzaken, pathogenese, symptomen en verwekkers, die veelvuldig voorkomen in de huisartsenpraktijk. ## 1. Bovenste luchtweginfecties ### 1.1 Situering en diversiteit Bovenste luchtweginfecties zijn een zeer frequente oorzaak van contact met de huisarts. Ze omvatten infecties van de keel, neus en sinussen, het middenoor, en de conjunctiva, ook wel aangeduid als faryngitis-tonsillitis, rhino-sinusitis, otitis en conjunctivitis. Infecties van de bronchi worden soms tot de bovenste, soms tot de onderste luchtweginfecties gerekend, waarbij de microbiologie deels overlapt. Het is belangrijk op te merken dat deze syndromen ook door niet-infectieuze mechanismen veroorzaakt kunnen worden, zoals allergie (bv. allergische rhinitis). De differentiaaldiagnostiek berust hierbij voornamelijk op klinische observaties in plaats van laboratoriumanalyses [2](#page=2). ### 1.2 Symptomen De symptomen van bovenste luchtweginfecties worden veroorzaakt door lokale inflammatie en beschadiging, wat zich kan uiten als neusloop, hoesten, keelpijn, hoofdpijn, oorpijn en een opgezet trommelvlies. Daarnaast kunnen algemene inflammatie-gerelateerde symptomen optreden, zoals koorts en algemeen onwelzijn. Er is doorgaans relatief weinig, voorbijgaande functievermindering, zoals verminderde geur en smaak, moeite met slikken, en verminderd gehoor [2](#page=2). ### 1.3 Complicaties Complicaties kunnen ontstaan door surinfectie met bacteriën, wat soms leidt tot een ernstiger ziekteverloop. Lokale uitbreiding van de infectie kan ernstige gevolgen hebben, zoals keelabcessen, middenoorinfecties, trommelvliesperforaties, en in ernstige gevallen mastoïditis en meningitis [2](#page=2). ### 1.4 Verdediging en pathogenese De algemene verdediging tegen infecties is beschreven in het hoofdstuk over barrières. Pathogenese beschrijft hoe micro-organismen ziekte veroorzaken ondanks deze barrières. Dit gebeurt via specifieke of professionele invaders, voornamelijk virussen en sommige bacteriën zoals *Streptococcus pyogenes* en *Streptococcus pneumoniae*. Vaak wordt een infectie geholpen door verminderde barrièrefunctie, zoals minder goede slijmafvoer of verminderde trilhaarfunctie door factoren als kou, pollutie of allergie [3](#page=3). ### 1.5 Bacteriële verwekkers #### 1.5.1 Staphylococcus aureus *Staphylococcus aureus* is een veelvoorkomende bewoner van de voorste neusgang bij ongeveer 30% van de bevolking, evenals van de oropharynx en perianale regio. In een evenwichtige relatie met de lokale barrière en het immuunsysteem, kan deze bacterie een bron zijn van zowel lokale infecties (bovenste en onderste luchtwegen) als infecties op afstand bij een gecompromitteerde barrière. Overdracht vindt plaats via droplets en contact [4](#page=4). #### 1.5.2 Streptococcus pyogenes *Streptococcus pyogenes* is een bewoner van de nasopharynx en wordt overgedragen via droplets en contact. Deze bacterie kan ook huidinfecties veroorzaken, wat een tweede bron van verspreiding vormt via direct en indirect contact. Virulentiefactoren omvatten structuren voor aanhechting aan epitheel, het bemoeilijken van fagocytose, en het veroorzaken van cel- en weefselbeschadiging (bv. streptolysine O, hyaluronidase). Sommige stammen produceren een erytrogeen toxine (veroorzaakt scarlatina) of superantigenen (veroorzaakt toxisch shock syndroom). Er is variatie in serotypes, waardoor immuniteit typespecifiek is en nieuwe types kunnen verschijnen terwijl andere verdwijnen. *Streptococcus dysgalactiae* heeft een vergelijkbare biologie en pathologie, maar is waarschijnlijk minder virulent [4](#page=4). #### 1.5.3 Streptococcus pneumoniae (Pneumokok) *Streptococcus pneumoniae* is een grampositieve diplokok die tijdelijk de oropharynx kan koloniseren. Vanuit deze locatie kan de bacterie bovenste luchtweginfecties, bronchitis en pneumonie veroorzaken door (micro-)aspiratie. Virulente stammen kunnen de bloedbaan en het centrale zenuwstelsel binnendringen. Pneumokokken zijn gekapseld, en antilichamen tegen het kapsel zijn essentieel voor fagocytose en bescherming tegen invasie. Er zijn ongeveer honderd kapseltypes, wat veel infecties mogelijk maakt. Vaccinatie richt zich op een set van deze kapseltypes. Virulentiefactoren omvatten specifieke adhesines, IgAse, een anti-fagocytair kapsel, autolytische componenten die immuniteit moduleren, en pneumolysine, een toxine dat gastheercellen lyseert en complementactivatie veroorzaakt. De bacterie kan transcellulaire migratie vertonen, wat een middel is om de meningen binnen te dringen [6](#page=6). #### 1.5.4 Haemophilus influenzae *Haemophilus influenzae* is een gramnegatieve staaf die de oropharynx tijdelijk kan koloniseren. Serotype b is een pathogene bacterie met een kapsel waartegen antilichamen nodig zijn voor bescherming; zuigelingen worden hiertegen gevaccineerd. Andere stammen zijn niet gekapseld en veroorzaken enkel conditionele infecties. Virulentiefactoren omvatten structuren voor aanhechting aan epitheelcellen en IgAse [6](#page=6). #### 1.5.5 Moraxella catarrhalis *Moraxella catarrhalis* is een gramnegatieve diplokok die in veel opzichten lijkt op niet-gekapselde *H. influenzae*. Samen met *Streptococcus pneumoniae* en *Haemophilus influenzae* vormt het het "infernal trio" van professionele invaders versus conditionele pathogenen [7](#page=7). ### 1.6 Specifieke bovenste luchtweginfecties #### 1.6.1 Faryngitis en tonsillitis (keelontsteking) Dit is een zeer frequente aandoening met symptomen als keel- en slikpijn, koorts en gezwollen regionale klieren. Meestal wordt het veroorzaakt door virussen, maar bacteriële infecties worden voornamelijk veroorzaakt door *S. pyogenes* (of *S. dysgalactiae*). Complicaties, hoewel niet frequent, kunnen keelabcessen omvatten, veroorzaakt door *S. pyogenes* of menginfecties, waarvoor antibiotica en drainage noodzakelijk zijn. Scarlatina, een kinderziekte veroorzaakt door bepaalde *S. pyogenes* stammen, manifesteert zich met erytheem en een ernstiger ziektebeeld, maar is tegenwoordig zeldzaam. Op afstand gelegen complicaties, zoals acuut rheuma (met schade aan hartkleppen en/of gewrichten) en nefrotisch syndroom/glomerulonefritis, ontstaan niet door metastatische bacteriespreiding, maar door immunologische reacties. Deze complicaties waren de voornaamste reden om antibiotica te geven bij *S. pyogenes*-keelontstekingen, maar zijn om onduidelijke redenen zeer zeldzaam geworden [8](#page=8). > **Tip:** De belangrijkste reden voor het geven van antibiotica bij *S. pyogenes*-keelontstekingen was de preventie van ernstige immunologische complicaties zoals acuut rheuma en glomerulonefritis. Het is echter opvallend hoe zeldzaam deze complicaties nu zijn geworden. ##### 1.6.1.1 Bijzondere verwekkers van faryngitis-tonsillitis In specifieke omstandigheden moet gedacht worden aan andere verwekkers, zoals gonokok en *Chlamydia* bij orale seks. *Corynebacterium diphtheriae*, de verwekker van difterie, veroorzaakt een ernstige, potentieel fatale ziekte door toxine en is dankzij vaccinatie afwezig in onze regio. De fusospirillaire associatie (angina van Plaut-Vincent) kan een pijnlijke, ulceratieve tonsillitis veroorzaken door dysbacteriose. Keelpijn kan ook deel uitmaken van meer veralgemeende infecties, zoals mononucleosis door het Epstein-Barr virus of cytomegalovirus [9](#page=9). > **Voorbeeld:** Difterie, gekenmerkt door pseudomembranen van fibrine, bacteriën en neutrofielen, wordt veroorzaakt door *Corynebacterium diphtheriae* en is dankzij vaccinatie zeldzaam geworden. De acute necrotiserende ulceratieve faryngitis (angina van Plaut-Vincent) kan ook voorkomen [10](#page=10). #### 1.6.2 Otitis externa Otitis externa is een infectie van de gehoorgang en kan qua symptomen lijken op otitis media. De pathogenese en microbiologie verschillen echter; het is een huidinfectie in de gehoorgang, vaak veroorzaakt door *S. aureus*, gramnegatieve staven (zoals *Pseudomonas*, *Proteus*, *Enterobacter*), of schimmels (bv. *Aspergillus*), die goed gedijen in een vochtige of gemacereerde gehoorgang. Het wordt niet veroorzaakt door de bacteriën van het "infernal trio" uit de bovenste luchtwegen. De behandeling is doorgaans lokaal, met antibiotica met een ander spectrum indien nodig [12](#page=12). #### 1.6.3 Otitis media De middenoormucosa is verbonden met de respiratoire mucosa van de nasopharynx en bevat normaal gesproken geen bacteriën dankzij normale barrièrefuncties. Bij de aanwezigheid van micro-organismen kan inflammatie en symptomen ontstaan. Klinische symptomen omvatten lokale tekens (oorpijn, loopoor) en algemene symptomen zoals koorts, malaise en prikkelbaarheid. Bij onderzoek is een gezwollen trommelvlies te zien. De verwekkers zijn voornamelijk virussen, professionele invaders vanuit de nasopharynx. *S. pneumoniae*, *H. influenzae*, en *M. catarrhalis* (het "infernal trio") zijn vaak conditionele verwekkers, voortkomend uit mucosaschade, slechte ventilatie of klaring van de buis van Eustachius, vaak na een virale infectie of allergie. Complicaties zijn frequent, zoals een chronisch loopoor, en zelden maar ernstig: mastoïditis en meningitis [12](#page=12). #### 1.6.4 Conjunctivitis Conjunctivitis is meestal viraal van aard, maar kan ook bacterieel zijn (soms secundair), veroorzaakt door stafylokokken en het "infernal trio". Een belangrijke differentiaaldiagnose is allergie. Bij pasgeborenen kan conjunctivitis veroorzaakt worden door *Chlamydia* of *Gonorrhoeae*, na passage door een besmet geboortekanaal. Het is cruciaal om conjunctivitis te onderscheiden van ernstigere oogziekten, zoals keratitis, die veroorzaakt kan worden door herpes simplex virus, schimmels of resistentere bacteriële soorten, en waarvoor specifieke behandeling vereist is [13](#page=13). ### 1.7 Diagnose De diagnose van bovenste luchtweginfecties is doorgaans klinisch. Het achterhalen van de specifieke etiologische oorzaak is meestal niet nodig, omdat er geen specifieke behandeling is, of een empirische antibioticakeuze volstaat. Bacteriële verwekkers kunnen worden aangetoond door middel van kweek. Het is belangrijk te beseffen dat de verwekkers van deze infecties ook in de nasopharynx van gezonde personen kunnen voorkomen als louter kolonisatie. Het voordeel van kweken kan de mogelijkheid tot het verkrijgen van een antibiogram zijn, maar dit is meestal niet nodig [14](#page=14). ### 1.8 Behandeling De behandeling van bovenste luchtweginfecties is doorgaans symptomatisch, gericht op het verlichten van koorts en andere symptomen. In de regel worden geen antibiotica voorgeschreven. Dit komt doordat infecties vaak viraal zijn, meestal geen complicaties optreden en spontaan genezen, of omdat antibiotica weinig verschil maken in de symptomen vergeleken met de kosten, bijwerkingen en resistentiedruk. Klinische opvolging voor complicaties is wel belangrijk. Bij het overwegen van antibiotica wordt rekening gehouden met de klassieke verwekkers, met name het "infernal trio" waarbij de pneumokok als de meest pathogene wordt beschouwd, en *S. pyogenes* bij keelinfecties [14](#page=14). --- # Onderste luchtweginfecties Dit onderwerp behandelt infecties van de diepere luchtwegen, waaronder bronchitis, bronchiolitis en pneumonie, met aandacht voor hun spectrum, symptomen, pathogenese en verwekkers [15](#page=15). ### 2.1 Spectrum en syndromen Onderste luchtweginfecties omvatten bronchitis en bronchiolitis, die infecties van de diepere luchtwegen betreffen. Chronisch obstructief longlijden (COPD) is een chronische ziekte van de luchtwegen die niet door infectie wordt veroorzaakt, maar wel opstoten kan hebben die deels aan infectie te wijten zijn. Pneumonie is een infectie van het longparenchym en kan bijvoorbeeld optreden tijdens een COPD-opstoot [15](#page=15). #### 2.1.1 Symptomen en complicaties Veelvoorkomende symptomen zijn koorts en hoesten, waarbij spontane genezing vaak optreedt. Pneumonie kan gevaarlijk zijn bij patiënten met onderliggend lijden, ouderen, en kan leiden tot tachypnoe, verwardheid en cyanose, wat wijst op een ernstiger verloop. Ernstigere complicaties omvatten orgaanfalen door slechte ventilatie of onvoldoende zuurstoftransport, algemene inflammatie die kan overgaan in SIRS (Systemic Inflammatory Response Syndrome), bacteriëmie met de vorming van nieuwe infectiehaarden, en pleura-empyeem (infectie van de pleuraholte). Deze kunnen redenen zijn voor hospitalisatie. Klassieke verwekkers zijn pneumokokken en bepaalde virussen, terwijl atypische pneumonie, Legionella, en infecties bij immuungecompromitteerde patiënten bijzondere verwekkers of risicogroepen betreffen [15](#page=15). ### 2.2 Weerstand versus pathogenese De weerstand tegen infectie in de luchtwegen kan op verschillende niveaus falen [16](#page=16). #### 2.2.1 Onderbroken barrières Epitheelbeschadiging of verminderde klaring van de luchtwegen kan de weerstand aantasten. Dit kan veroorzaakt worden door milieuvervuiling, allergieën, virale infecties, congenitale ziekten zoals cystic fibrosis, of iatrogene oorzaken zoals verminderd bewustzijn, onderdrukking van de hoestreflex, mechanische ventilatie, verminderde immuniteit, eerdere infecties (bronchiëctasieën) en tumoren. Dit faalmechanisme is met name belangrijk voor bacteriële verwekkers [16](#page=16). #### 2.2.2 Professionele invaders Sommige micro-organismen zijn "professionele invaders" omdat ze goed uitgerust zijn om te koloniseren, directe celschade of schade door inflammatie te veroorzaken, en het immuunsysteem te ontwijken. Dit geldt zowel voor virussen als voor bepaalde bacteriën en schimmels [16](#page=16). #### 2.2.3 Aanvoer van micro-organismen Infecties ontstaan meestal na kolonisatie van de nasofarynx, gevolgd door progressie, eventueel via micro-aspiratie. Een andere route is via aerosol die de luchtwegen binnendringt en direct de alveoli bereikt, waarbij longmacrofagen het doelwit zijn, zoals bij *Legionella* en *TBC* [16](#page=16). ### 2.3 Overzicht van verwekkers De overdracht van verwekkers geschiedt meestal via druppelinfectie van een mens (drager of zieke), of indirect contact [17](#page=17). #### 2.3.1 Bacteriën De meest voorkomende bacteriële verwekkers zijn het "infernaal trio" (meestal *Streptococcus pneumoniae*, *Haemophilus influenzae*, en *Moraxella catarrhalis*). In ziekenhuizen komen ook *Staphylococcus aureus* en gramnegatieve bacteriën voor [15](#page=15) [17](#page=17). #### 2.3.2 Virussen Er zijn veel verschillende virussen die luchtweginfecties kunnen veroorzaken. Enkele bekende voorbeelden zijn influenza- en parainfluenzavirussen, RSV, en SARS-CoV-2 [17](#page=17). #### 2.3.3 Atypische pneumonie Atypische pneumonie wordt veroorzaakt door "atypische" verwekkers en kenmerkt zich door een atypisch verloop en radiologie. Er is echter veel overlap in symptomatologie met virale en typische verwekkers. Een belangrijk gemeenschappelijk kenmerk is resistentie tegen bèta-lactam antibiotica [17](#page=17). * **Chlamydia pneumoniae**: Verspreiding via de mens [17](#page=17). * **Chlamydia psittaci**: Een zoönose, minder frequent voorkomend [17](#page=17). * **Mycoplasma pneumoniae**: Een veelvoorkomende verwekker van atypische pneumonie [17](#page=17). * **Legionella pneumophila**: Komt voor in aerosolen van water dat langere tijd op hogere temperatuur is gehouden, zoals in airconditioningsystemen, douches of jacuzzi's. De pathogenese berust op intracellulair overleven in macrofagen [17](#page=17). #### 2.3.4 Fungi Schimmelinfecties zijn zeldzamer en worden meestal overgedragen via sporen in de lucht [17](#page=17). * **Gisten (bv. Cryptococcus)**: Deze kunnen iedereen ziek maken, maar vooral personen met een verminderde weerstand. Infectie kan leiden tot verspreiding via het bloed naar andere organen. Bij immuunsuppressie kan *Pneumocystis jirovecii* ziekte veroorzaken; deze fungus koloniseert bij veel mensen asymptomatisch [17](#page=17). * **Schimmels (bv. Aspergillus)**: Vooral bij ernstige afwijkingen van de luchtwegen, zoals in bronchiëctasieën of holtes van eerdere infecties, en bij zware immuunsuppressie [17](#page=17). ### 2.4 Pneumonie: Community Acquired vs. Hospital Acquired Pneumonie die buiten het ziekenhuis ontstaat (Community Acquired Pneumonia, CAP) heeft een ander spectrum van verwekkers dan pneumonie die in het ziekenhuis ontstaat (Hospital Acquired Pneumonia, HAP, en Ventilator-Associated Pneumonia, VAP) [18](#page=18). * **CAP**: Bij niet-ernstige CAP is de behandeling gericht op de pneumokok, terwijl bij ernstigere CAP ook rekening wordt gehouden met atypische verwekkers [18](#page=18). * **HAP/VAP**: Bij HAP wordt gestart met breedspectrum antibiotica, en is het essentieel om een kweek en antibiogram te laten uitvoeren [18](#page=18). ### 2.5 Diagnostiek bij luchtweginfecties De noodzaak om de verwekker te identificeren hangt af van de ernst van de infectie [19](#page=19). #### 2.5.1 Materiaalkweek * **Hemokultuur**: Een type I staal, nuttig bij ernstige infecties, zeker bij onvoldoende sputumafname. Vergelijkbaar met diagnostiek bij sepsis of endocarditis [19](#page=19). * **Sputumkweek**: Een type II staal. Het materiaal wordt bij afname vaak gecontamineerd door mondflora [19](#page=19). * **Tips voor relevante diagnostiek**: * Zorg voor een staal van goede kwaliteit (fluim, geen speeksel) [19](#page=19). * Het laboratorium zoekt en rapporteert alleen potentiële respiratoire pathogenen [19](#page=19). * Grote aantallen van gekende verwekkers op gramkleuring of in kweek zijn een sterk argument [19](#page=19). * Veel plaveiselepitheelcellen op gramkleuring wijzen op een slechte staalkwaliteit [19](#page=19). * Snel transport naar het laboratorium is cruciaal [19](#page=19). * Slechte resultaten zijn te verwachten bij slecht afgenomen stalen of stalen afgenomen na start van antibiotica [19](#page=19). * Communiceer met het laboratorium bij bijzondere klinische beelden of situaties [19](#page=19). #### 2.5.2 Andere diagnostische methoden Afhankelijk van de ernst en de vermoede verwekker, kunnen antigen-/genoomtesten, serologie en moleculaire tests ingezet worden [19](#page=19). * **Antigeentesten**: Bijvoorbeeld voor pneumokokken en *Legionella* in urine, omdat bestanddelen van de bacterie via het bloed in de urine terechtkomen [19](#page=19). * **Serologie en moleculaire tests**: Vooral nuttig voor atypische verwekkers en virussen [19](#page=19). --- # Gastro-intestinale infecties Gastro-intestinale infecties omvatten ziekten van maag, dunne en dikke darm, gekenmerkt door diarree en braken, met potentiële complicaties zoals dehydratatie en systemische effecten door toxines [21](#page=21). ### 3.1 Klinisch beeld en deelsyndromen Het hoofdsymptoom van gastro-intestinale infecties is diarree, vaak gepaard gaand met braken en soms koorts. Een belangrijke complicatie is dehydratatie, een majeure doodsoorzaak in armere landen en bij zeer jonge kinderen en ouderen. Andere complicaties kunnen ontstaan door de activiteit van toxines buiten het darmstelsel, zoals het hemolytisch uremisch syndroom (HUS) [21](#page=21). **Aanverwante ziekten en syndromen:** De darm kan ook dienen als toegangspoort voor micro-organismen die via de bloedbaan systemische infecties veroorzaken, zonder noodzakelijk een gastro-enteritisbeeld te geven, zoals bij tyfuskoorts door *Salmonella typhi* of hepatitis A. Er bestaan ook niet-infectieuze oorzaken van gastro-intestinale ziekten [21](#page=21). **Belangrijk onderscheid:** * **Gastro-intestinale infectie:** Het micro-organisme koloniseert de darm en veroorzaakt symptomen [21](#page=21). * **Voedselintoxicatie:** Bepaalde bacteriën vermenigvuldigen zich in voedsel en produceren enterotoxines, wat leidt tot ziekte enkele uren na inname, met een doorgaans korte duur [21](#page=21). * **Reizigersdiarree:** Vaak voorkomend bij reizen naar landen met een gebrekkige feco-orale hygiëne, met een breed spectrum aan mogelijke verwekkers [21](#page=21). ### 3.2 Symptomen, spectrum en verwekkers De aard van de stoelgang bij diarree varieert van vloeibaar tot waterig en bloederig [22](#page=22). * **Dysenterie:** Kenmerkt zich door etter en bloed in de stoelgang, gepaard gaand met ernstigere symptomen zoals koorts, hoofdpijn en hevige krampen [22](#page=22). **Verwekkers:** De verwekkers omvatten bacteriën, virussen en protozoa. Wormen kunnen diarree veroorzaken, maar dit is meestal niet het hoofdsymptoom [22](#page=22). **Locaties van infectie:** * **In de darm:** * Op/in epitheelcellen, met of zonder inflammatie, of door enterotoxines [22](#page=22). * Invasie van het subepitheel, wat kan leiden tot dysenterie [22](#page=22). * Sommige pathogenen verspreiden zich via de bloedbaan en lymfebaan naar diepere lichaamsdelen (bv. tyfuskoorts) [22](#page=22). * *Giardia lamblia* infecteert voornamelijk het duodenum en veroorzaakt meer krampen dan diarree [22](#page=22). * **In de maag:** *Helicobacter pylori* veroorzaakt geen diarree, maar wel maagontsteking en maagzweren [22](#page=22). **Overdracht:** De meeste infecties zijn exogeen. Een uitzondering is antibioticum-geassocieerde diarree door *Clostridioides difficile*, die zowel endogeen (door de eigen darmflora) als exogeen kan zijn [22](#page=22). ### 3.3 Overdrachtswegen De overdracht van gastro-intestinale infecties vindt plaats via verschillende routes, waarbij het reservoir van de verwekker cruciaal is [23](#page=23). * **Reservoir:** Mensen, dieren en soms de omgeving fungeren als natuurlijke habitat. Vanuit dit reservoir kunnen mensen, dieren, de omgeving, water en voedselproducten optreden als vector of carrier [23](#page=23). * **Feco-orale overdracht:** Dit is een veelvoorkomende route en kan plaatsvinden door direct contact (via handen naar de mond) of indirect via voedsel [23](#page=23). * **Belang van inoculum:** Infecties veroorzaakt door verwekkers die een zeer laag inoculum vereisen (bv. *Giardia* cysten, *Shigella*) verspreiden zich gemakkelijk. Bij andere pathogenen, zoals *Cholera*, zijn hogere aantallen nodig. De drempel kan echter verlaagd worden door verminderde maagzuurproductie of de consumptie van vetrijke maaltijden die bacteriën beschermen tegen maagzuur [23](#page=23). * **Hygiëne:** Jonge kinderen en populaties in 'arme landen' hebben vaak een minder hygiënische omgang met fecaliën, wat de verspreiding bevordert. In deze gebieden is er vaak geen goede scheiding tussen fecaliën/riolering en drinkwater, wat leidt tot contaminatie van voedsel en water [23](#page=23). * **Direct door contact/eten van dierlijke producten:** Consumptie van rauwe of onvoldoende gegaarde dierlijke producten kan leiden tot infectie. De bacteriën kunnen vervolgens via handen en kookgerei worden overgedragen op andere voedingsmiddelen, zoals rauwe groenten [23](#page=23). * **Via drinkwater:** Direct gebruik van gecontamineerd drinkwater of water dat gebruikt wordt voor het bereiden of spoelen van voedsel en keukengerei kan de infectie verspreiden [23](#page=23). * **Gecontamineerde planten:** Planten zelf zijn doorgaans niet pathogeen, maar kunnen gecontamineerd raken door water met fecaal materiaal of tijdens de verwerking ervan [23](#page=23). ### 3.4 Pathogenese De pathogenese van gastro-intestinale infecties door bacteriën en protozoa kan op verschillende manieren verlopen [24](#page=24). * **Mechanismen door bacteriën en protozoa:** * Effecten door enterotoxine, wat de opname van vloeistof en zouten verstoort [24](#page=24). * Werking van cellulair toxine [24](#page=24). * Stoornis van de brushborder, wat leidt tot absorptieproblemen [24](#page=24). * Invasie van de submucosa, wat gepaard gaat met significante inflammatie [24](#page=24). * Veel verwekkers vertonen een combinatie van virulentiefactoren, en er kunnen stam-specifieke verschillen bestaan [24](#page=24). * **Lokale effecten:** * Waterverlies door onvoldoende absorptie of overmatige excretie [24](#page=24). * Inflammatie en/of bloedverlies [24](#page=24). * Hoewel voor veel pathogenen specifieke fenomenen zijn beschreven, zijn de symptomen vaak niet erg voorspellend voor de exacte verwekker [24](#page=24). * **Effecten op afstand:** * **Door invasie:** Bacteriëmie, infectie van lymfatische organen, abcessen of infecties van andere organen. *Entamoeba histolytica* kan bijvoorbeeld leverabcessen veroorzaken [24](#page=24). * **Door toxines:** Shigatoxine, geproduceerd bij dysenterie, kan systemische toxiciteit hebben en leiden tot effecten op het zenuwstelsel en het HUS (hemolytisch uremisch syndroom) met nierbeschadiging [24](#page=24). ### 3.5 De verwekkers Er is een zeer breed scala aan verwekkers van gastro-intestinale infecties, elk met hun eigen specifieke biologie, ecologie, pathogenese en gevoeligheid voor antibiotica. Het opsporen van alle mogelijke verwekkers is complex en kostbaar, en sommige zijn niet in routineonderzoek beschikbaar. In veel gevallen is causale behandeling niet nodig en is identificatie van de verwekker niet vereist. Echter, in specifieke situaties kan kennis van de verwekker en zijn antibioticumgevoeligheid voordelen bieden [25](#page=25). ### 3.6 Diagnostiek De diagnostiek van gastro-intestinale infecties omvat verschillende methoden, met wisselende toepasbaarheid en snelheid [26](#page=26). * **Microscopie:** * Een Gramkleuring van feces is over het algemeen niet nuttig omdat feces veel bacteriën bevat en de verwekkers geen specifiek uiterlijk hebben [26](#page=26). * Een uitzondering hierop zijn protozoa en andere parasieten, die ongekleurd bekeken kunnen worden. Hierbij worden trofozoïeten en cysten van protozoa, evenals eitjes of larven van wormen, gedetecteerd [26](#page=26). * **Kweek en identificatie:** * Een feceskweek (coprokultuur) maakt gebruik van selectieve media om bekende enteropathogenen (alleen bacteriën) op te sporen [26](#page=26). * De identificatie van *E. coli* volstaat vaak niet, aangezien veel stammen niet-pathogeen zijn. Slechts bepaalde serotypes zijn enigszins geassocieerd met een enteropathogeen mechanisme. In de praktijk worden de verschillende enteropathogene *E. coli*-stammen niet routinematig opgespoord. Deze methode vereist doorgaans 2-3 dagen [26](#page=26). * **Antigen- of genoomdetectie:** * Deze methoden zijn nuttig voor verwekkers die moeilijk te kweken zijn, zoals virussen en protozoa, en bieden snelheid bij de detectie van bacteriën en hun toxinegenen. Het aanbod in België is momenteel minder uitgebreid dan in Nederland, maar ontwikkelingen worden verwacht [26](#page=26). * **Serologie:** * Serologisch onderzoek heeft weinig nut bij gastro-intestinale infecties vanwege het grote aantal verwekkers, mogelijke kruisreacties en antilichamen die het gevolg kunnen zijn van eerdere blootstelling [26](#page=26). * **Algemene overwegingen:** Het opsporen van alle mogelijke verwekkers is kostbaar en omslachtig. Bovendien zijn niet alle verwekkers routinematig beschikbaar of gedekt door terugbetalingen [26](#page=26). ### 3.7 Overzicht van verwekkers (ter illustratie) Hieronder volgt een overzicht van enkele veelvoorkomende verwekkers van gastro-intestinale infecties, ter illustratie van de diversiteit (#page=27, 28, 29) [27](#page=27) [28](#page=28) [29](#page=29). #### 3.7.1 Bacteriële verwekkers * ***Shigella***: * Reservoir: Mens. Overdracht feco-oraal met een zeer klein inoculum. In België bijna altijd importpathologie [27](#page=27). * Klinisch beeld: Prototypes van dysenterie, door shigatoxine met systemische toxiciteit. De bacterie komt echter niet in de bloedbaan. Kan HUS veroorzaken [27](#page=27). * Diagnose: Klassieke feceskweek [27](#page=27). * ***Salmonella typhi* en *paratyphi***: * Reservoir: Mens. Overdracht feco-oraal, vooral importpathologie [27](#page=27). * Klinisch beeld: Veroorzaakt een 'systemische infectie' (koorts en ziek zijn zonder duidelijke oorzaak), zelden diarree; de bacterie kan zelfs afwezig zijn in de darm (typhoid fever) [27](#page=27). * Diagnose: Niet door feceskweek, maar door bloedkweek [27](#page=27). * Preventie: Er bestaat een vaccin met matige protectie voor risicoreizen [27](#page=27). * **Andere *Salmonella* soorten:** * Reservoir: Dieren en dierlijke producten [27](#page=27). * Overdracht: Feco-oraal of via gecontamineerde voeding (nr. 2 oorzaak van bacteriële gastro-enteritis in België) [27](#page=27). * Klinisch beeld: Diarree met variabele consistentie, soms met bacteriëmie bij verminderde weerstand [27](#page=27). * Diagnose: Klassieke feceskweek [27](#page=27). * ***Campylobacter***: * Reservoir: Dieren [28](#page=28). * Overdracht: Via dierlijke producten, eventueel feco-oraal [28](#page=28). * Klinisch beeld: Nr. 1 oorzaak van bacteriële gastro-enteritis in België, met zeer variabel klinisch verloop [28](#page=28). * Diagnose: Klassieke feceskweek [28](#page=28). * ***Vibrio cholerae***: * Verwekker van cholera, een tropische ziekte [28](#page=28). * Reservoir: Menselijke dragers die het omgevingswater besmetten, vooral in 'arme' landen, bij natuurrampen of in opvangkampen [28](#page=28). * Overdracht: Hoog inoculum nodig; bij normale hygiëne is cholera nauwelijks besmettelijk [28](#page=28). * Pathogenese: Pure enterotoxine werking, geen inflammatie, waterige (soms zeer volumineuze) diarree ("rijstwater") [28](#page=28). * ***Clostridium difficile***: Zie andere lessen [28](#page=28). * ***Yersinia enterocolitica***: Niet erg frequent [28](#page=28). * ***Helicobacter pylori***: Geen diarree, veroorzaakt maagontsteking en -zweren (zie andere cursussen) [28](#page=28). * ***E. coli***: * Reservoir: Mens en dier [28](#page=28). * Overdracht: Via voedsel of feco-oraal [28](#page=28). * Pathogenese: Meerdere pathogenetische patronen [28](#page=28). * Diagnose: Enteropathogene *E. coli* worden in routine fecesonderzoek niet opgespoord, met mogelijke uitzondering van EHEC's [28](#page=28). * EHEC, STEC: Produceren shigatoxine en kunnen HUS veroorzaken [28](#page=28). #### 3.7.2 Virale verwekkers * ***Rotavirus* en *Norovirus***: * Frequentie: Zeer frequent, met veel soorten [29](#page=29). * Klinisch beeld: Vloeibare tot waterige diarree en braken [29](#page=29). * Overdracht: Feco-oraal en via handen (belang van handhygiëne) [29](#page=29). * Preventie: Voor rotavirus is er een vaccin, aanbevolen in het Belgische vaccinatieprogramma [29](#page=29). * Diagnose: Antigen- of genoomdetectie [29](#page=29). * **Andere virussen:** Veel soorten, niet steeds diagnostiek in de routine [29](#page=29). #### 3.7.3 Protozoa * ***Giardia lamblia***: * Vormen: Trofozoïeten en cysten (flagellaat) [29](#page=29). * Overdracht: Feco-oraal en via contact. Komt lokaal voor in België, naast import [29](#page=29). * Locatie: Dundarm, vaak meer krampen dan diarree [29](#page=29). * Verloop: Kan langdurig bestaan zonder behandeling [29](#page=29). * Behandeling: Goed te behandelen met metronidazol, wat klachten verlicht en de infectieketen onderbreekt [29](#page=29). * Detectie: Microscopisch onderzoek van stoelgang of antigendetectie [29](#page=29). * ***Entamoeba histolytica***: * Vormen: Trofozoïeten en cysten (amoebe) [29](#page=29). * Overdracht: Feco-oraal. Alleen importpathologie [29](#page=29). * Locatie: Dikdarm, invasie van de mucosa, veroorzaakt dysenterie [29](#page=29). * Complicaties: Kan via de bloedbaan uitzaaien naar de lever (abces) of andere organen [29](#page=29). * Belang van detectie: Goed te behandelen met metronidazol; ernstige ziekte kan optreden [29](#page=29). * Detectie: Microscopisch onderzoek, antigendetectie, en serologie voor diepere infecties [29](#page=29). * ***Cryptosporidium sp.***: * Biologie: Andere biologie dan *Giardia lamblia*, maar met veel gelijkenissen. Bijna even frequent als *Giardia lamblia* [29](#page=29). * Verloop: Veroorzaakt ernstige chronische infecties bij immuunsuppressie [29](#page=29). * Therapie: Geen effectieve therapie beschikbaar [29](#page=29). ### 3.8 Behandeling De behandeling van gastro-intestinale infecties richt zich primair op het vermijden of corrigeren van dehydratatie [30](#page=30). * **Motiliteitsremmers:** Moeten met voorzichtigheid worden gebruikt en zijn gecontra-indiceerd bij bloederige diarree of dysenterie [30](#page=30). * **Antibiotica:** De meeste infecties zijn zelflimiterend, vooral virale infecties, waardoor antibiotica vaak niet nodig zijn en diagnose van de verwekker overbodig is [30](#page=30). * **Identificatie van de verwekker:** Kan belangrijk zijn voor het opsporen van de epidemiologische keten, met name bij uitbraken zoals die van norovirus [30](#page=30). * **Specifieke behandelingen:** Sommige verwekkers vereisen specifieke behandeling en dus opsporing in bepaalde situaties [30](#page=30). > **Tip:** Raadpleeg BAPCOC (gedeeltelijk in slides hierna) en formularia voor specifieke behandelingsrichtlijnen [30](#page=30). ### 3.9 Commentaar op etiologische diagnose In geselecteerde gevallen, afhankelijk van het klinisch beeld en de epidemiologische context, is een etiologische diagnose (inclusief een antibiogram) wel degelijk nodig. Een etiologische diagnose is ook nuttig voor het ophelderen en indijken van epidemieën, zowel op individueel niveau als op breder maatschappelijk niveau [32](#page=32). --- # Urineweginfecties (UWI) Urineweginfecties (UWI) omvatten infecties van de blaas, urine, afvoerwegen, nieren en prostaat, variërend in ernst van onschuldige cystitis tot gevaarlijke pyelonefritis [33](#page=33). ### 4.1 Definities en soorten * **Urineweginfectie (UWI):** Infectie van de urinewegen en/of het nierparenchym [33](#page=33). * **Cystitis:** Infectie van de blaas; veroorzaakt vervelende symptomen maar is doorgaans niet gevaarlijk en gemakkelijk te behandelen [33](#page=33). * **Pyelonefritis:** Infectie van het nierparenchym; gevaarlijk vanwege het risico op nierinsufficiëntie, bacteriëmie en sepsis, en is moeilijker te behandelen [33](#page=33). * **Prostatitis:** Infectie van de prostaat; antibiotica hebben hier beperkte werkzaamheid vanwege slechte penetratie [33](#page=33). ### 4.2 Epidemiologie en risicofactoren * Cystitis komt frequent voor bij vrouwen door een minder efficiënte barrière tegen opstijgende infecties. UWI bij mannen, kinderen en ouderen worden per definitie als gecompliceerd beschouwd vanwege de waarschijnlijke aanwezigheid van afvloeistoornissen [33](#page=33). * Onderliggende of bevorderende factoren bepalen de epidemiologie: * **Heel jong:** Congenitale afwijkingen [37](#page=37). * **Volwassenen:** Vooral vrouwen, met seksueel contact als significante risicofactor [35](#page=35) [37](#page=37). * **Ouderen:** Afvloeistoornissen, verminderde vaginale microflora, antibioticagebruik, contact met de zorgsector [37](#page=37). * **Alle leeftijden:** Urologische manipulatie, zoals het gebruik van blaassondes [35](#page=35) [37](#page=37). * **Afvloeistoornissen** van urine (onvolledige lediging) zijn een belangrijke risicofactor [35](#page=35) [37](#page=37). ### 4.3 Symptomen, ernst en gevolgen * **Cystitis:** Strangurie/dysurie, pollakisurie, plasdrang (urgency) door irritatie van de urineafvoerwegen; soms buikpijn [34](#page=34). * **Pyelonefritis:** Naast cystitis-symptomen, ook koorts, rillingen, algemeen ziek zijn, en slagpijn in de nierloge door inflammatie [34](#page=34). * **Prostatitis:** Koorts, algemeen ziek zijn, prostaatpijn; kan opstoten vertonen met meer symptomen en cystitis-klachten [34](#page=34). * **Mogelijke complicaties:** * **Bacteriëmie:** Kan ontstaan vanuit een UWI, met risico op Systemische Inflammatoire Respons Syndroom (SIRS) en infecties op afstand (bv. protheseinfectie, endocarditis) [34](#page=34). * **Nierinsufficiëntie:** Kan ontstaan bij ernstige nierparenchymschade, vooral bij herhaalde infecties [34](#page=34). ### 4.4 Bacteriurie en termen * **Bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in een urinestaal [34](#page=34). * **Significante bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in een urinestaal waarbij aangenomen wordt dat deze bacteriën ook in de blaas aanwezig zijn [34](#page=34). * **Symptomatische bacteriurie:** Aanwezigheid van bacteriën in het urinestaal én symptomen [34](#page=34). * Significante bacteriurie zonder symptomen wordt slechts in uitzonderlijke situaties behandeld en opgespoord [34](#page=34). ### 4.5 Pathogenese en bescherming * Een set van barrièrefactoren beschermt tegen infectie, maar deze is bij vrouwen minder efficiënt tegen bacteriën uit het colon [35](#page=35). * Infecties ontstaan voornamelijk door: * **Uropathogene soorten:** Vooral uropathogene *E. coli*, die gemakkelijk de urinewegen koloniseren. Seksuele activiteit is een significante risicofactor bij vrouwen in de geslachtsrijpe levensfase [35](#page=35). * **Afvloeistoornissen:** Congenitale afwijkingen, zwangerschap, tumoren, stenen, prostaathypertrofie, blaasverlamming of vreemd lichaam in de urinewegen [35](#page=35). * *E. coli* is een frequente verwekker omdat deze in de darm aanwezig is en de urinewegen kan koloniseren. Frequent antibioticagebruik en urogenitale manipulaties verhogen de kans op kolonisatie door andere Gram-negatieve staven [35](#page=35). * **Overdracht:** Meestal endogeen. Bij zorginfecties: indirect via handen, instrumenten, katheters [35](#page=35). #### 4.5.1 Virulentiefactoren bij uropathogene *E. coli* * **Type-1 fimbriae:** Hechten via de FimH-adhesine aan trimannosereceptoren op uroplakinen van de urethra, blaas en vagina. Dit maakt binnendringen van het blaasepitheel mogelijk, wat een verklaring kan zijn voor recidieven en vals-negatieve kweekresultaten. Ze kunnen ook opstijgen naar de nieren [36](#page=36). * **P-fimbriae of type-II fimbriae:** Hechten aan glycolipidenreceptoren op niercellen [36](#page=36). * De receptoren waarop de bacterie bindt zijn individueel variabel, wat resulteert in individuele gevoeligheid voor UWI [36](#page=36). ### 4.6 Diagnostiek * **Klinische diagnose:** Vaak typisch, maar niet altijd [38](#page=38). * **Urineonderzoek met sticks:** Kan de klinische diagnose ondersteunen door de detectie van nitraat (metabolisme van Gram-negatieve bacteriën) en leucocytenesterase (afkomstig van neutrofielen) [38](#page=38). * **Laboratoriumdiagnose:** * **Microscopie:** Detectie van inflammatie in het urine sediment (neutrofielen = pyurie) [38](#page=38). * **Kweek van bacteriën:** Kwantitatieve analyse van kolonies op agarbodems, gevolgd door identificatie [38](#page=38). * **Hemokultuur:** Kan genomen worden bij ernstige gevallen (pyelonefritis, sepsis) indien een goed urinestaal niet verkregen kan worden [38](#page=38). #### 4.6.1 Kweekinterpretatie en staalname * Urine is een **Type II-staal**, wat betekent dat de gevonden bacteriën ook contaminanten kunnen zijn (normale flora van urethra, vulva) [38](#page=38) [39](#page=39). * **Principes voor correcte resultaten:** * Alleen gekende uropathogenen worden opgezocht en gerapporteerd [39](#page=39). * **Goede afname:** Midstream urine, soms via eenmalige katheterisatie (minder contaminatie maar risico's). Suprapubische punctie is een zeer goede methode voor staalkwaliteit, met name bij jonge kinderen [39](#page=39) [43](#page=43). * **Goed transport:** Snel, of koelen indien niet mogelijk, om groei van 'kleine aantallen' te voorkomen [39](#page=39). * **Kwantitatieve kweekinterpretatie:** * **Criterium van Kass:** Klassiek criterium waarbij bij pyelonefritis meestal $\geq 10^5$ bacteriën/ml urine aanwezig zijn. Bij asymptomatische personen is $\geq 10^5$ bacteriën/ml ook significant [39](#page=39). * **Recente studies (bv. Stamm):** Bij symptomatische personen is $\geq 10^5$ bacteriën/ml frequent, maar ook $\geq 10^4$ (en soms $\geq 10^3$ bij *E. coli*) kunnen significant zijn. Het criterium van Kass mist mogelijk 30% van de infecties [39](#page=39). * Bij mannen, of bij staalname via katheterisatie, zijn lagere aantallen ook significant door minder contaminatie [39](#page=39). > **Tip:** Bij het interpreteren van kweekresultaten is het cruciaal om rekening te houden met de afnamemethode en de symptomatologie van de patiënt. | Afname | Asymptomatisch* | Symptomatisch | | :-------------------- | :----------------------------- | :------------------------------------------------ | | Midstream | $\geq 10^5$ bact/ml Uropathogenen** | $\geq 10^4$ bact/ml Uropathogenen** | | Sondering/Punctie | $\geq 10^3$ bact/ml Uropathogenen** | $\geq 10^3$ bact/ml Uropathogenen** | | Uit sonde (verblijf) | Geen strikte grens gedefinieerd | Geen strikte grens gedefinieerd | * *Asymptomatische bacteriurie dient enkel behandeld te worden bij zwangeren en ter voorbereiding op urologische chirurgie. In andere gevallen niet behandelen, om overmatig antibioticagebruik te voorkomen.* [41](#page=41). ** *Uropathogenen: niet gisten, lactobacillen, maar wel E. coli, S. saprophyticus, enterokokken, en Gram-negatieve staven.* [41](#page=41). #### 4.6.2 Specifieke afnametechnieken * **Midstream:** Urine wordt opgevangen na het eerste deel van de straal te laten weglopen. Reiniging vooraf is minder belangrijk dan de midstream techniek zelf [42](#page=42). * **Katheterisatie/Sondering:** Urine wordt verkregen via een katheter. Een verblijfskatheter is een katheter die ter plaatse blijft [40](#page=40). * **Suprapubische aspiratie:** Urine wordt direct uit de blaas verkregen met een naald, nuttig bij jonge kinderen [43](#page=43). * **Dipslide:** Een teststrip die in urinestaal kan worden gedoopt voor een snelle indicatie van bacteriurie, bruikbaar in de huisartsenpraktijk [40](#page=40). ### 4.7 UWI bij specifieke populaties * **Mannen:** UWI zijn altijd gecompliceerd vanwege de grote kans op afvloeistoornissen. De oorzaak (bv. congenitale afwijkingen bij kinderen, prostaatvergroting bij ouderen) moet worden opgezocht. Een specifieke complicatie is bacteriële prostatitis, waarvoor kweek van semen of prostaatmassagevocht nodig kan zijn [44](#page=44). * **Kinderen (vooral jongens):** UWI zijn altijd gecompliceerd en wijzen vaak op congenitale afwijkingen [44](#page=44). * **Zwangeren:** Fysiologische veranderingen (hormonaal, mechanische obstructie door uterus) verhogen het risico op infectie en complicaties (bv. acute pyelonefritis, sepsis, foetale groeivertraging). Zwangeren worden gescreend op UWI. Behandeling is vaak langer [44](#page=44). * **Asymptomatische bacteriurie (niet zwangeren):** Frequent bij bejaarden, diabetici, dragers van blaaskatheter, urologische patiënten, bedlegerigen. Behandeling is niet nodig en opsporing vermijden om overmatig antibioticagebruik en resistentie te voorkomen [44](#page=44). ### 4.8 Verwekkers * *E. coli* is veruit de meest voorkomende verwekker bij zowel poliklinische als gehospitaliseerde patiënten [45](#page=45). * In de zorgsector zijn andere Gram-negatieve staven vaker voorkomend, welke vaak multiresistent zijn [45](#page=45). ### 4.9 Behandeling * De ernst, het risico op complicaties en resistentie bepalen de aard, dosis en duur van de behandeling [46](#page=46). * **Cystitis zonder extra risicofactoren:** Geneest vaak spontaan. Kan behandeld worden met **urinaire antiseptica** (hoge concentratie in urine, weinig resistentie): * Nitrofurantoïne of trimetoprim (3-5 dagen) * Fosfomycine (1 dosis) * Deze zijn niet geschikt voor weefselinfecties zoals pyelonefritis of prostatitis [46](#page=46). * **Andere infecties (bv. pyelonefritis, prostatitis):** * Identificatie van de verwekker en antibiogram uitvoeren. * Empirisch starten met breed spectrum antibiotica met voldoende weefselpenetratie. * Behandeling langer dan bij cystitis (7-10 dagen of langer bij pyelonefritis) [46](#page=46). --- ## 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 | |------|------------| | Syndroom | Een combinatie van symptomen die samen een specifieke ziekte of aandoening kenmerken, vaak met een onderliggende oorzaak zoals een infectie. | | Pathogenese | Het mechanisme of de wijze waarop een ziekte wordt veroorzaakt door een pathogeen, inclusief de interactie tussen de micro-organisme en de gastheer. | | Virulentie | De mate van pathogeniciteit van een micro-organisme, oftewel het vermogen om ziekte te veroorzaken en de ernst van die ziekte. | | Kolonisatie | De aanwezigheid en vermenigvuldiging van micro-organismen op of in een gastheer, zonder dat dit noodzakelijkerwijs tot ziekte leidt. | | Barrière | Een fysieke of biologische structuur of mechanisme dat helpt om pathogenen buiten het lichaam te houden of de verspreiding ervan te beperken. | | Surinfectie | Een secundaire infectie die optreedt tijdens of na een primaire infectie, vaak veroorzaakt door een ander micro-organisme. | | Fagocytose | Het proces waarbij bepaalde cellen (fagocyten) micro-organismen of andere deeltjes "opeten" en vernietigen. | | Adenosine trifosfaat (ATP) | Een molecuul dat functioneert als de primaire energiedrager in de cellen van levende organismen, essentieel voor biochemische reacties. | | Neisseria meningitidis | Een bacterie die meningitis (hersenvliesontsteking) en sepsis kan veroorzaken, en die voorkomt als commensale bacterie in de nasofarynx van sommige mensen. | | Uropathogeen | Een micro-organisme dat specifiek infecties van de urinewegen kan veroorzaken. | | Sepsis | Een levensbedreigende reactie van het lichaam op een infectie, waarbij de immuunrespons leidt tot orgaandisfunctie en mogelijke orgaanfalen. | | Bronchitis | Een ontsteking van de luchtwegen in de longen, gekenmerkt door hoesten en slijmproductie. | | Pneumonie | Een infectie van de longblaasjes, die kan leiden tot ademhalingsmoeilijkheden en koorts. | | Endemie | De continue aanwezigheid van een ziekte of infectieus agens binnen een bepaald geografisch gebied of bevolkingsgroep. | | Epidemie | Een plotselinge toename van het aantal gevallen van een ziekte in een bevolkingsgroep in een bepaald gebied en tijdsbestek. | | Pandemie | Een wereldwijde epidemie van een infectieziekte. | | Enterotoxine | Een toxine geproduceerd door bacteriën dat specifiek de darmen aantast en leidt tot diarree en braken. | | Diarree | De aandoening waarbij de ontlasting dun en waterig is, en vaak gepaard gaat met verhoogde frequentie van stoelgang. | | Dysenterie | Een ernstige vorm van diarree, gekenmerkt door bloed en slijm in de ontlasting, vaak veroorzaakt door invasieve bacteriën. | | Feco-orale overdracht | De overdracht van ziekteverwekkers via de fecale-orale route, waarbij besmet materiaal via de mond wordt ingenomen. | | Inoculum | Het aantal micro-organismen dat nodig is om een infectie te veroorzaken. | | Microscopie | Het gebruik van een microscoop om objecten of organismen te bestuderen die te klein zijn om met het blote oog te zien. | | Kweek (bacteriële) | Een laboratoriumtechniek waarbij micro-organismen worden gekweekt op voedingsbodems om hun groei en identificatie mogelijk te maken. | | Antibiogram | Een test die bepaalt welke antibiotica effectief zijn tegen een specifieke bacteriestam. | | Serologie | Een diagnostische methode die gebruikmaakt van antilichaam-antigeenreacties om infecties of immunologische status te bepalen. | | DNA / RNA detectie (moleculaire testen) | Laboratoriummethoden die het genetisch materiaal (DNA of RNA) van micro-organismen detecteren om de aanwezigheid van een infectie aan te tonen. | | Cystitis | Een ontsteking van de blaas, vaak veroorzaakt door een bacteriële infectie, gekenmerkt door pijn bij het plassen en verhoogde drang. | | Pyelonefritis | Een bacteriële infectie van het nierbekken en het nierweefsel, die ernstiger is dan cystitis en kan leiden tot nierbeschadiging. | | Prostatitis | Een ontsteking van de prostaatklier, vaak veroorzaakt door een bacteriële infectie, die pijn en urinewegproblemen kan geven. | | Bacteriurie | De aanwezigheid van bacteriën in het urinemonster. | | Significante bacteriurie | Een vastgestelde hoeveelheid bacteriën in het urinemonster die erop wijst dat er waarschijnlijk een infectie in de urinewegen aanwezig is. | | Sepsis | Een levensbedreigende reactie van het lichaam op een infectie, waarbij de immuunrespons leidt tot orgaandisfunctie en mogelijke orgaanfalen. | | Urogenitale manipulaties | Medische procedures die de urinewegen of geslachtsorganen betreffen, zoals het inbrengen van katheters of instrumenten. | | Gram-negatieve bacteriën | Een groep bacteriën die zich kenmerken door hun kleurreactie bij de Gram-kleuring; deze bacteriën hebben vaak een complexere celwandstructuur. | | Gram-positieve bacteriën | Een groep bacteriën die zich kenmerken door hun kleurreactie bij de Gram-kleuring; deze bacteriën hebben een dikkere celwand en zijn gevoeliger voor bepaalde antibiotica. | | Adhesines | Moleculen op het oppervlak van micro-organismen die hen helpen zich te hechten aan gastheercellen of weefsels. | | Urinaire antiseptica | Stoffen die bacteriën in de urine doden of remmen, vaak gebruikt voor de behandeling van cystitis. | | Empirische behandeling | Behandeling die wordt gestart op basis van de meest waarschijnlijke diagnose, zonder definitieve laboratoriumresultaten. |

# Morfologie en structuur van bacteriën Hier is de samenvatting voor het onderwerp "Morfologie en structuur van bacteriën", opgesteld volgens de opgegeven instructies. ## 1. Morfologie en structuur van bacteriën Bacteriën vertonen diverse vormen, groottes en structuren die cruciaal zijn voor hun overleving, pathogeniteit en interactie met hun omgeving, inclusief de gastheer en antibiotica. ### 1.1 Vorm en grootte * **Morfologie (vorm):** Wordt bestudeerd via microscopisch onderzoek na kleuring, zoals de Gram-kleuring, die onderscheid maakt op basis van de peptidoglycaanlaag van de celwand: * Gram-positieve bacteriën kleuren paars. * Gram-negatieve bacteriën kleuren roze. * **Veelvoorkomende vormen:** * **Coccoïd:** Bolvormig, komt vaak voor in ketens (bv. *Streptococcus*) of groepen (bv. *Staphylococcus*). * **Bacil:** Staafvormig (bv. *Clostridium*, *Bacillus*). Sommige staven kunnen sporen vormen onder ongunstige omstandigheden. * **Fusiform:** Staafvormig met uitlopende punten. * **Afwijkende vormen:** * **Spirocheten:** Spiraalvormig, lang en smal, met weerhaken voor hechting (bv. *Borrelia*, *Leptospira*, *Brachyspira*). *Borrelia* kan de ziekte van Lyme veroorzaken. * **Mycoplasma** en **Ureaplasma**: Hebben geen celwand en kunnen hierdoor diverse vormen aannemen, waaronder vertakte structuren. * **Grootte:** Bacteriën zijn microscopisch klein, variërend in lengte, met een gemiddelde lengte van 0.5 tot 5 µm. Spirocheten kunnen tot 15 µm lang zijn. ### 1.2 Chemische samenstelling en genetisch materiaal * **Genetisch materiaal:** * **Chromosoom:** Een circulair, dubbelstrengs DNA-molecuul dat de meeste essentiële genen bevat. * **Plasmiden:** Kleine, circulaire, dubbelstrengs DNA-moleculen die onafhankelijk van het chromosoom kunnen repliceren. Ze bevatten vaak genen voor virulentie en/of antimicrobiële resistentie en kunnen worden overgedragen naar andere bacteriën. * **Faag DNA:** DNA van bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren) dat geïntegreerd kan zijn in het bacterieel chromosoom (profagen) of aanwezig is als plasmide. * **Insertiesequenties en transposons:** Mobiele genetische elementen die kunnen "springen" binnen het genoom, wat kan leiden tot genmutaties of de overdracht van genetisch materiaal. * **Genomische eilanden:** Lineaire DNA-fragmenten, geïntegreerd in het chromosoom of plasmide, die genen coderen voor virulentiefactoren (pathogeniciteitseilanden) of antimicrobiële resistentie (resistentie-eilanden). ### 1.3 Celwand De celwand is essentieel voor de overleving van de bacterie, biedt stevigheid, vorm en bescherming tegen osmotische druk. De structuur varieert tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën. #### 1.3.1 Celwand van Gram-positieve bacteriën * **Peptidoglycaan:** Een dikke laag die de celwand stevigheid en vorm geeft. Het is een complex polymeer van N-acetylmuraminezuur (NMA) en N-acetylglucosamine (NAG), versterkt door peptidebruggen. * **Teichoïnezuren en lipoteichoïnezuren:** Verankerd in de plasmamembraan (lipoteichoïnezuren) of door de peptidoglycaanlaag heen. Ze fungeren als oppervlakte-antigenen en dragen bij aan de stabiliteit en adhesie. * **Functies:** Oppervlakte-antigenen, structurele stabilisatie, adhesie aan gastheercellen, en kunnen door immuuncellen herkend worden, wat leidt tot ontsteking. #### 1.3.2 Bijzondere Gram-positieve bacteriën (bv. *Mycobacterium*) * **Dunne peptidoglycaanlaag.** * **Myco-membraan:** Een lipidenrijke laag (met mycolaatzuren) die de celwand zeer resistent maakt, onder andere tegen de afdoding door macrofagen. * **Lipoglycanen:** Verankerd in de plasmamembraan en bieden stabilisatie en verankering. * **Functies:** Persistentie in de gastheer, weerstand tegen immuunafweer, kunnen reuzencellen vormen (fusie van macrofagen). Lipoarabinomannan (LAM) kan immuunreacties moduleren. #### 1.3.3 Celwand van Gram-negatieve bacteriën * **Binnenste membraan (plasmamembraan):** Vergelijkbaar met dat van Gram-positieve bacteriën. * **Peptidoglycaan:** Een dunne laag, aanwezig in de periplasmatische ruimte. * **Periplasmatische ruimte:** De ruimte tussen de binnenste en buitenste membraan. * **Buitenste membraan:** Een dubbele lipidenlaag die fosfolipiden, lipoproteïnen en lipopolysacchariden (LPS) bevat. * **Lipoproteïnen (LP):** Verbinden de buitenste membraan structureel met de peptidoglycaanlaag. * **Lipopolysacchariden (LPS):** Bestaan uit Lipide A (endotoxine), een kernpolysacharide en O-antigenen. Lipide A is een krachtige immuunstimulator en veroorzaakt endotoxine-effecten. De O-antigenen zijn belangrijk voor serotypering. * **Porines:** Trimeren in de buitenste membraan die transport van kleine hydrofiele moleculen mogelijk maken. * **Functies:** Bescherming tegen toxische stoffen, antimicrobiële factoren en het complementsysteem. Het LPS fungeert als endotoxine en kan een sterke ontstekingsreactie veroorzaken. Magnesiumionen spelen een rol bij de structurele stabiliteit. ### 1.4 Plasmamembraan en cytoplasma * **Plasmamembraan:** Een dubbele laag van fosfolipiden, glycolipiden en eiwitten. Bevat geen sterolen, met uitzondering van *Mycoplasma* en *Ureaplasma*. Mesosomen zijn invaginaties van de plasmamembraan die een rol spelen bij de celdeling. * **Cytoplasma:** Bevat ribosomen (70S-type), maar geen gespecialiseerde organellen zoals ER, Golgi, mitochondriën of chloroplasten. ### 1.5 Aanhangsels * **Flagellen:** Zorgen voor beweeglijkheid. Bestaan uit eiwitten (H-antigenen) die door het immuunsysteem herkend kunnen worden. * **Pili en Fimbriae:** Korte, haarachtige structuren betrokken bij adhesie aan gastheercellen. * **Conjugatieve pili (sex pili):** Faciliteren de overdracht van genetisch materiaal (plasmiden) tussen bacteriën (conjugatie). * **Fimbriae:** Essentieel voor de hechting aan gastheercellen via adhesines (F-antigenen). ### 1.6 Kapsel * Een extracellulaire laag van polysachariden en/of eiwitten buiten de celwand. * **Functies:** Verhoogt de overleving door bescherming tegen omgevingsfactoren, adhesie, en bescherming tegen fagocytose en complement. Het is een belangrijke virulentiefactor. ### 1.7 Endosporen * Zeer resistente overlevingsvormen gevormd door sommige bacteriën (bv. *Bacillus*, *Clostridium*) onder ongunstige omstandigheden. * **Eigenschappen:** Bestand tegen hitte (tot 100°C), uitdroging, chemicaliën en UV-straling. Kunnen hervormen tot vegetatieve cellen in gunstige omstandigheden. ### 1.8 Afwijkende bacteriële structuren * ***Mycoplasma* en *Ureaplasma*:** Geen celwand, waardoor ze gevoelig zijn voor osmotische schommelingen maar resistent tegen bèta-lactam antibiotica. Ze hebben een celmembraan met cholesterol. * **Spirocheten:** Gram-negatieve bacteriën met een spiraalvormige morfologie en flagellen in de periplasmatische ruimte. ### 1.9 Membraanvesikels * Kleine, bolvormige structuren afgesnoerd van de bacteriële celmembraan of buitenmembraan. * **Functies:** Kunnen virulentiefactoren, DNA en andere moleculen bevatten, en spelen een rol bij pathogenese, immuunmodulatie en DNA-overdracht. ### 1.10 Biofilms * Gemeenschappen van bacteriën die zich hechten aan oppervlakken en omkapseld zijn door een extracellulaire polymere substantie (EPS). * **Eigenschappen:** Bieden bescherming tegen afweersystemen, antibiotica en desinfectantia. * **Functies:** Persistentie in de gastheer, invasie, en kunnen leiden tot chronische infecties (bv. op katheters, hartkleppen, implantaten). Ze zijn minder gevoelig voor antibiotica (hogere MIC/MBEC waarden). --- # Genetica en variatie bij bacteriën Dit deel van de studiehandleiding behandelt de genetische aspecten en de variatie binnen bacteriële populaties, inclusief hun genexpressie, replicatie, de rol van plasmiden en andere DNA-elementen, en de mechanismen van genetische uitwisseling. ### 2.1 Bacteriële genexpressie en replicatie Bacteriële genexpressie is het proces waarbij de genetische informatie in DNA wordt omgezet in functionele eiwitten. Dit proces is gereguleerd en afhankelijk van omgevingsfactoren. Bacteriële replicatie is het proces waarbij bacteriën hun genetisch materiaal vermenigvuldigen. #### 2.1.1 Structuur en expressie van het bacteriële gen Bacteriële genen zijn vaak georganiseerd in **polycistronische operons**. Dit betekent dat meerdere genen die gerelateerd zijn aan een specifieke functie, achter elkaar op het DNA liggen en tegelijkertijd worden afgeschreven tot één mRNA-molecuul. De expressie van deze operons wordt gereguleerd door promotorregio's, waar RNA-polymerase bindt. Deze binding kan worden bevorderd of geremd door regulatoire eiwitten zoals repressors en inductors. * **Voorbeeld regulatie (lactose-operon):** Zonder lactose bindt een repressor aan de promotor, wat transcriptie blokkeert. Bij aanwezigheid van lactose fungeert lactose als een inductor die de repressor inactief maakt, waardoor RNA-polymerase kan binden en de genen voor lactose-afbraak (zoals $\beta$-galactosidase) worden afgeschreven. * **Voorbeeld regulatie (tryptofaan-operon):** Bij afwezigheid van tryptofaan bindt RNA-polymerase aan de promotor. Bij hoge concentraties tryptofaan fungeert tryptofaan als een corepressor die een repressor activeert, waardoor transcriptie wordt gestopt. #### 2.1.2 Regulatie van genexpressie Genexpressie bij bacteriën is complex en wordt beïnvloed door diverse omgevingsfactoren: * **Atmosfeer:** Aan- of afwezigheid van zuurstof (relevant voor darmbacteriën die anaëroob leven). * **Milieu:** Beschikbaarheid van nutriënten, pH, zoutconcentratie. * **Temperatuur:** Bij verhoogde temperatuur worden bijvoorbeeld Heat Shock Proteins (HSP's) tot expressie gebracht. * **Moleculen:** Metabolieten van bacteriën, gastheermoleculen. * **Celcontacten en interacties:** Bijvoorbeeld het tot expressie brengen van virulentiefactoren wanneer bacteriën aan gastheercellen binden (bv. Salmonella's SPI-1 voor invasie). #### 2.1.3 Bacteriële replicatie Bacteriële replicatie is typisch **binair deling**, wat leidt tot klonale vermenigvuldiging waarbij twee genetisch identieke dochtercellen ontstaan (tenzij mutaties optreden). ### 2.2 DNA-elementen in bacteriën Bacteriën bevatten verschillende typen DNA-moleculen die genetische informatie bevatten en overdraagbaar kunnen zijn. #### 2.2.1 Chromosoom Het bacteriële chromosoom is meestal een circulair dubbelstrengs DNA-molecuul dat zich in het cytoplasma bevindt in een regio genaamd het nucleoïd. Het bevat de essentiële genen voor de overleving en replicatie van de bacterie. #### 2.2.2 Plasmiden Plasmiden zijn kleine, circulaire dubbelstrengs DNA-moleculen die onafhankelijk van het chromosoom kunnen repliceren (ze bezitten een eigen origin of replication, ORI). Ze dragen vaak genen die **virulentie** (bv. toxineproductie, adhesie) en/of **resistentie tegen antibiotica** coderen. Plasmiden kunnen ook worden overgedragen naar andere bacteriën, wat bijdraagt aan de snelle verspreiding van resistentie. Een bacterie kan meerdere kopieën van hetzelfde plasmid of verschillende plasmiden bevatten. #### 2.2.3 Andere DNA-types * **Faag-DNA (Profagen):** Dit is het DNA van een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). Na infectie kan faag-DNA integreren in het bacteriële chromosoom (profage) of als extrachromosomaal DNA (als plasmid) aanwezig zijn. Profagen worden mee gekopieerd bij bacteriedeling en kunnen via plasmiden worden overgedragen. * **Insertiesequenties (IS-elementen):** Dit zijn korte DNA-sequenties die worden geflankeerd door 'inverted repeats' (omgekeerde herhalingen aan de uiteinden) en coderen voor een transposase-enzym. IS-elementen kunnen zich 'verspringen' binnen het DNA-molecuul ('jumping DNA'). Als een IS-element in een gen springt, kan dit gen onwerkzaam worden. * **Transposons:** Dit zijn langere DNA-fragmenten die worden geflankerd door IS-elementen en ook een coderende sequentie daartussen bevatten (vaak resistentiegenen). Transposons kunnen zich verplaatsen binnen het DNA en kunnen zo genen, inclusief resistentiegenen, overdragen naar plasmiden of het chromosoom. * **Genomische eilanden:** Dit zijn lineaire DNA-fragmenten die zich hebben geïntegreerd in het chromosoom of in een plasmide. Ze bevatten groepen genen met specifieke functies. * **Pathogeniteitseilanden (PAI's):** Coderen voor virulentiefactoren die bacteriën helpen bij invasie en overleving in de gastheer. * **Resistentie-eilanden:** Coderen voor antimicrobiële resistentiegenen en kunnen deze accumuleren, wat leidt tot multiresistente bacteriën. ### 2.3 Fenotypische en genotypische variatie Bacteriële populaties vertonen variatie, wat cruciaal is voor hun aanpassing en overleving. #### 2.3.1 Fenotypische variatie Fenotypische variatie betreft veranderingen in de **expressie** van genen en dus in de functionele eigenschappen (eiwitten) van een bacterie, zonder dat het genetisch materiaal zelf verandert. Dit wordt beïnvloed door omgevingssignalen en de regulatie van genexpressie. Fenotypische variatie kan optreden bij de gehele populatie als reactie op een verandering in de omgeving. #### 2.3.2 Genotypische variatie Genotypische variatie ontstaat door **wijzigingen in het genetisch materiaal** zelf. Dit kan leiden tot nieuwe eigenschappen die voordelig of nadelig kunnen zijn voor de bacterie. Genotypische variatie treedt meestal op bij individuele bacteriën en kan dominant worden onder selectiedruk (bv. bij gebruik van antibiotica). **Oorzaken van genotypische variatie:** * **Mutaties:** Veranderingen in de DNA-sequentie (zie 2.4.1). * **Horizontale gentransfer:** Overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriën, waaronder: * Transformatie (opname van vrij DNA) * Transductie (overdracht via bacteriofagen) * Conjugatie (overdracht via cel-cel contact) * **Transposonintegratie:** Mobiele genetische elementen die in het DNA springen. ### 2.4 Mechanismen van genoverdracht en variatie Deze mechanismen dragen bij aan de genetische diversiteit en het aanpassingsvermogen van bacteriën. #### 2.4.1 Mutaties Mutaties zijn veranderingen in de DNA-sequentie. Ze kunnen spontaan optreden tijdens DNA-replicatie of worden veroorzaakt door mutagenen. * **Soorten mutaties:** * **Puntmutaties (substituties):** Verandering van één nucleotide. Kan leiden tot een verandering in een aminozuur, een stille mutatie (geen verandering in aminozuur) of een nonsensmutatie (creëert een stopcodon). * **Deleties:** Verlies van één of meerdere nucleotiden. Kan leiden tot frameshifts en niet-functionele eiwitten. * **Inserties:** Toevoeging van één of meerdere nucleotiden. Kan ook leiden tot frameshifts. * **Duplicaties:** Gedeeltes van DNA worden dubbel gekopieerd. * **Inversies:** Een DNA-segment wordt omgedraaid. * **Frequentie:** Spontane mutaties treden op met een frequentie van ongeveer $10^{-5}$ tot $10^{-11}$ per gen per generatie, afhankelijk van het gen en de omstandigheden. * **Gevolgen van mutaties:** Kunnen letaal, verzwakkend, neutraal of voordelig zijn, vooral onder selectiedruk (bv. antibioticaresistentie). Gedeletie-mutaties worden vaak gebruikt om verzwakte stammen voor vaccins te creëren. #### 2.4.2 Transformatie (horizontale gentransfer) Transformatie is de opname van vrij DNA (naked DNA) uit de omgeving door een bacterie. Dit DNA is afkomstig van een reeds gestorven donorcel die is gelyseerd. Bacteriën die dit kunnen zijn **natuurlijk competent**. * **Mechanisme:** Het opgenomen DNA, meestal enkelstrengs, kan worden geïntegreerd in het bacteriële chromosoom via homologe recombinatie of worden afgebroken. * **Voorbeeld:** Resistente bacteriën kunnen DNA-fragmenten van gevoelige bacteriën opnemen, of omgekeerd. *Streptococcus pneumoniae* kan via transformatie resistentie tegen $\beta$-lactam antibiotica verwerven door opname van mozaïek PBP-genen. * **Artificiële transformatie:** Bacteriën worden kunstmatig competent gemaakt (bv. met elektroporatie of chemische methoden) om plasmiden of DNA-fragmenten in te brengen voor experimentele doeleinden (bv. productie van recombinante eiwitten zoals insuline in *E. coli*). #### 2.4.3 Transductie (via bacteriofagen) Transductie is de overdracht van bacteriële DNA van de ene bacterie naar de andere via een bacteriofaag. * **Lytische cyclus van virulente fagen:** Tijdens de productie van nieuwe faagpartikels kan faag-DNA per ongeluk bacteriële DNA-fragmenten inpakken. * **Beperkte transductie:** Alleen specifieke bacteriële genen die dicht bij de integratieplaats van de profaag liggen, kunnen worden overgedragen. * **Veralgemeende transductie:** Willekeurige bacteriële DNA-fragmenten kunnen in faagpartikels worden ingekapseld. Dit kan zowel bij virulente als getemperde fagen gebeuren. * **Lysogene conversie:** Als profagen genen tot expressie brengen die eigenschappen aan de bacterie verlenen (bv. toxineproductie), spreken we van lysogene conversie. #### 2.4.4 Conjugatie (via pilus) Conjugatie is de overdracht van genetisch materiaal van een donorcel naar een acceptorcel via direct cel-cel contact, meestal via een **conjugatieve pilus** (sex pilus). * **Mechanisme:** De donorcel bezit een F-plasmide (fertility plasmid) met genen voor de pilusvorming en DNA-overdracht. Het plasmide wordt gesplitst, één streng wordt overgedragen, en beide cellen synthetiseren een complementaire streng. De acceptorcel wordt zo een donorcel. * **Overdracht van andere elementen:** Naast F-plasmiden kunnen ook andere plasmiden (bv. R-plasmiden met resistentiegenen) of conjugatieve transposons mee worden overgedragen. Dit maakt conjugatie een belangrijke drijfveer voor de verspreiding van antibioticaresistentie. #### 2.4.5 Transposons en insertiesequenties Deze **mobiele genetische elementen** kunnen 'springen' binnen het DNA, wat leidt tot inserties of deleties. Ze kunnen genen (zoals resistentiegenen) meenemen, genexpressie beïnvloeden en bijdragen aan genetische variatie. ### 2.5 Fenotypische en genotypische variatie in de praktijk #### 2.5.1 Fenotypische variatie Veranderingen in de expressie van genen door omgevingsinvloeden, zonder wijziging van het DNA. Dit is een snelle manier voor bacteriën om zich aan te passen aan veranderende omstandigheden. #### 2.5.2 Genotypische variatie Veranderingen in het DNA zelf, die leiden tot blijvende genetische veranderingen. Deze kunnen leiden tot: * **Voordelige mutaties:** Bv. resistentie tegen antibiotica onder druk van behandeling. * **Nadelige mutaties:** Bv. in genen die essentieel zijn voor groei. * **Dominantie onder selectiedruk:** Mutante stammen met voordelige eigenschappen kunnen de wild-type populatie verdringen. ### 2.6 Antimicrobiële gevoeligheid en resistentie Antimicrobiële middelen zijn stoffen die de groei van micro-organismen remmen of doden. #### 2.6.1 Definities van gevoeligheid en resistentie * **Microbiologisch criterium:** Een bacteriestam wordt als resistent beschouwd als de minimale inhibitoire concentratie (MIC) hoger is dan de normale waarden voor de soort. * **Klinisch criterium:** Een infectie wordt als resistent beschouwd als deze niet reageert op normale doseringen van het antimicrobiële middel. #### 2.6.2 Bepaling van gevoeligheid (Antibiogram) * **MIC (Minimale Inhibitoire Concentratie):** De laagste concentratie van een antimicrobieel middel die de zichtbare groei van een bacterie verhindert. * **MBC (Minimale Bactericide Concentratie):** De laagste concentratie die 99,9% van de bacteriën doodt. * **Disc diffusie methode:** Plaatjes met antibiotica worden op een agarbodem met bacteriën geplaatst. De grootte van de remzone rond het plaatje geeft een indicatie van de gevoeligheid. #### 2.6.3 Indeling in gevoeligheidsklassen * **Gevoelig:** Goede kans op effect in vivo. * **Intermediair:** Effect in vivo is onzeker. * **Resistent:** Grote kans op geen effect in vivo. #### 2.6.4 Natuurlijke (intrinsieke) ongevoeligheid vs. verworven resistentie * **Intrinsieke ongevoeligheid:** Bacteriën bezitten van nature eigenschappen die hen ongevoelig maken voor bepaalde antibiotica (bv. bacteriën zonder celwand zijn ongevoelig voor penicillines). * **Verworven resistentie:** Ontstaat door genetische veranderingen (mutaties of gentransfer) en kan verticaal of horizontaal worden overgedragen. #### 2.6.5 Mechanismen van resistentie * **Verandering van het doelwit:** Mutaties in het doelwitmolecuul van het antibioticum. * **Inactivatie van het antibioticum:** Productie van enzymen die het antibioticum afbreken (bv. $\beta$-lactamasen die penicillines afbreken). * **Verminderde opname of verhoogde efflux:** Effluxpompen transporteren het antibioticum actief uit de cel. * **Ontwikkeling van alternatieve metabole paden:** Bv. sulfonamide-resistentie door verhoogde opname van foliumzuur. #### 2.6.6 Kruisresistentie en multipele resistentie * **Kruisresistentie:** Resistentie tegen één antibioticum kan leiden tot resistentie tegen andere antibiotica van dezelfde klasse of met hetzelfde werkingsmechanisme. * **Multipele resistentie:** Resistentie tegen verschillende klassen van antibiotica die geen kruisresistentie vertonen. Dit ontstaat vaak door de aanwezigheid van plasmiden of transposons met meerdere resistentiegenen. #### 2.6.7 Selectiedruk en antibioticaresistentie Het gebruik van antibiotica selecteert voor resistente bacteriën, waardoor hun populatie toeneemt. Dit is een belangrijke drijfveer voor de evolutie van resistentie. ### 2.7 Faagtherapie Faagtherapie is het gebruik van bacteriofagen om bacteriële infecties te bestrijden. Het is een nieuwe interesse vanwege de toenemende antibioticaresistentie. * **Voordelen:** Gastheerspecifiek (soms zelfs stam-specifiek), kan in contact komen met bacteriën in diverse omgevingen. * **Nadelen:** Kan moeilijk bepaalde locaties bereiken (bv. diep in weefsels), het immuunsysteem kan fagen elimineren, herhaalde toediening nodig, risico op transductie en lysogene conversie (overdracht van virulentiegenen). ### 2.8 Biofilms Biofilms zijn gemeenschappen van bacteriën die zich hechten aan oppervlakken en worden omhuld door een extracellulaire polymere substantie. * **Belang:** Ze bieden bescherming tegen het immuunsysteem, antibiotica en desinfectantia. * **Pathogenese:** Biofilms kunnen leiden tot chronische infecties en weefselschade. Ze zijn moeilijk te behandelen en te verwijderen. ### 2.9 Endosporen Endosporen zijn zeer resistente overlevingsvormen die door sommige bacteriën (bv. *Bacillus* en *Clostridium* soorten) worden gevormd onder ongunstige omstandigheden. Ze zijn bestand tegen hitte, uitdroging, chemicaliën en straling. Sporen kunnen honderden tot duizenden jaren overleven en ontkiemen wanneer de omstandigheden weer gunstig zijn. ### 2.10 Bacteriën met afwijkende structuren * **Mycoplasma's en Ureaplasma's:** Deze bacteriën hebben **geen celwand**, waardoor ze ongevoelig zijn voor $\beta$-lactam antibiotica. Ze bezitten een celmembraan met cholesterol. * **Spirocheten:** Gram-negatieve, spiraalvormige bacteriën met flagellen in de periplasmatische ruimte, wat zorgt voor hun beweeglijkheid. Bekende geslachten zijn *Borrelia*, *Leptospira* en *Brachyspira*. ### 2.11 Metabolisme en groei van bacteriën De groei en het metabolisme van bacteriën worden beïnvloed door diverse omgevingsfactoren. #### 2.11.1 Chemische en fysische voorwaarden voor groei * **Koolstofbron:** Autotroof (CO$_2$) of heterotroof (organisch). Pathogene bacteriën zijn meestal chemo-heterotroof. * **Energiebron:** Chemotroof (chemische verbindingen) of fototroof (licht). * **Zuurtegraad (pH):** De meeste pathogenen groeien optimaal rond neutrale pH (7-7,5). Extreme pH-waarden kunnen dodelijk zijn, hoewel sommige bacteriën (bv. *Helicobacter*) tolerant zijn. * **CO$_2$-concentratie:** Capnofiele bacteriën vereisen hogere CO$_2$-concentraties (5-10%). * **Zuurstofgevoeligheid:** Indeling in obligaat aeroob, facultatief anaëroob, micro-aerofiel en obligaat anaëroob, gebaseerd op de aanwezigheid van enzymen die toxische zuurstofderivaten kunnen afbreken. * **Temperatuur:** Bacteriën hebben minimale, optimale en maximale temperaturen voor groei. * **Vocht en osmotische druk:** Bacteriën hebben water nodig en prefereren isotoon milieu. Hypertoon milieu kan worden gebruikt voor voedselconservering. #### 2.11.2 Bacteriële cel en populatiegroei * **Binaire deling:** Klonale vermenigvuldiging. * **Generatietijd:** Tijd tussen twee opeenvolgende delingen. Dit varieert sterk per bacteriesoort (bv. 15-30 minuten voor veel bacteriën, tot 6 weken voor *Mycobacterium*). ### 2.12 Genetische diversiteit en aanpassing De variatie binnen bacteriële populaties, zowel fenotypisch als genotypisch, is cruciaal voor hun overleving en aanpassing aan verschillende omgevingen, inclusief het menselijk of dierlijk lichaam. Mechanismen zoals mutaties en horizontale gentransfer zorgen voor de snelle verspreiding van nieuwe eigenschappen, met name resistentie tegen antibiotica. Dit stelt bacteriën in staat om te evolueren en te gedijen in diverse en uitdagende omstandigheden. --- # Pathogenese en afweer tegen bacteriële infecties Dit document behandelt de pathogenese van bacteriële infecties, waarbij de interactie tussen bacteriën en hun gastheren centraal staat, en de afweermechanismen van de gastheer. ## 3. Pathogenese en afweer tegen bacteriële infecties ### 3.1 Inleiding tot pathogeniteit * **Definitie van pathogeen:** Een bacterie die ziekte veroorzaakt. * **Microbiota:** De meeste bacteriën zijn commensalen of mutualisten en leven in symbiose met de gastheer, wat bescherming kan bieden tegen pathogenen. Een minderheid is pathogeen. * **Pathogeniteitsspectrum:** * **Obligaat pathogeen:** Veroorzaakt altijd ziekte wanneer aanwezig. * **Facultatief pathogeen:** Veroorzaakt ziekte onder specifieke omstandigheden (bv. verzwakte immuniteit, aanwezigheid op een "verkeerde" locatie). Deze bacteriën behoren vaak tot de normale microbiota. * **Zoönosen:** Infecties die overdraagbaar zijn tussen dieren en mensen. ### 3.2 Bacteriële structuren en hun rol in pathogenese #### 3.2.1 Celwand en gerelateerde structuren * **Gram-kleuring:** Methode gebaseerd op de peptidoglycaanlaag van de celwand; Gram-positief kleurt paars, Gram-negatief kleurt roze. * **Peptidoglycaan:** Essentieel bestanddeel van de bacteriële celwand, vormt een rigide structuur. * **Gram-positief:** Dikke laag peptidoglycaan. * **Gram-negatief:** Dunne laag peptidoglycaan, omgeven door een buitenmembraan. * **Beta-lactam antibiotica:** Remmen de synthese van peptidoglycaan, wat leidt tot cellyse. * **Celwand van Gram-positieve bacteriën:** * **Peptidoglycaan:** Dikke laag. * **Teichoïnezuur en lipoteichoïnezuur:** Verankerd in de celwand en plasmamembraan; functioneren als oppervlakteantigenen, structurele stabilisatie en kunnen afweercellen activeren. * **Effecten bij infectie:** Lipoteichoïnezuur kan bij vrijkomen in de bloedbaan (bacteriemie/septicemie) leiden tot een systemische ontstekingsreactie, koorts, shock en sterfte door activatie van Toll-like receptoren (TLR) op immuuncellen. * **Celwand van bijzondere Gram-positieve bacteriën (bv. *Mycobacterium*):** * **Mycomembraan:** Lipidenrijk (mycolaatzuur), maakt de bacterie resistent tegen afdoding door macrofagen en zorgt voor persistentie. * **Lipoarabinomannan (LAM):** Kan TLR's activeren en de gevoeligheid voor interferon-gamma verminderen, wat de immuunrespons ontregelt. * **Celwand van Gram-negatieve bacteriën:** * **Binnenmembraan (plas mamembraan):** Dubbele laag fosfolipiden. * **Peptidoglycaanlaag:** Dunne laag. * **Buitenmembraan:** Bevat lipopolysachariden (LPS), lipoproteïnen (LP) en porines. * **LPS:** Bestaat uit Lipid A (endotoxine), een kernpolysacharide en O-antigenen. Lipid A is een krachtige inductor van ontstekingsreacties via TLR4, wat kan leiden tot endotoxine shock. O-antigenen zijn belangrijk voor serotypering. LPS beschermt de bacterie tegen toxische stoffen en het complementsysteem. * **Porines:** Kanalen voor transport van kleine moleculen. * **Magnesium (Mg²⁺):** Stabiliseert de buitenmembraan en maakt de bacterie minder gevoelig voor externe antimicrobiële factoren. * **Kapsel:** Buiten de celwand, vaak polysaccharidisch; verbetert overleving, kolonisatie, invasie en beschermt tegen fagocytose en complement. #### 3.2.2 Aanhangsels * **Flagellen:** Zorgen voor beweeglijkheid; H-antigenen kunnen door het immuunsysteem herkend worden. * **Pili en fimbriae:** Betrokken bij adhesie aan gastheercellen (F-antigenen). * **Conjugeerbare pili (sex pili):** Betrokken bij DNA-uitwisseling (conjugatie). * **Fimbriae:** Cruciaal voor adhesie, bv. enterotoxigene *E. coli* (ETEC) gebruikt specifieke fimbriae voor binding aan enterocyten. * **Membraanvesikels:** Kleine afsnoeringen van de celwand die virulentiefactoren, DNA of endotoxinen kunnen bevatten, en helpen bij weefselpenetratie, immunomodulatie of DNA-overdracht. #### 3.2.3 Productie van toxines * **Exotoxines:** Eiwitten, meestal gesecreteerd, die specifieke toxische activiteiten uitoefenen (bv. neurotoxines, enzymen die weefsels afbreken). Kunnen worden gebruikt als antigenen voor vaccins (toxoiden). * **Endotoxines (bv. LPS, lipoteichoïnezuur):** Componenten van de celwand die bij vrijkomen ontstekingsreacties veroorzaken. * **RTX-toxines:** Een klasse van toxines die herhalingen van bepaalde peptiden bevatten en celmembranen kunnen perforeren (bv. leucotoxine van *Mannheimia haemolytica*, Apx-toxines van *Actinobacillus pleuropneumoniae*). ### 3.3 Bacteriële strategieën voor infectie en overleving #### 3.3.1 Invasie en kolonisatie * **Adhesie:** Binding aan gastheercellen, vaak via fimbriae of specifieke oppervlakte-eiwitten. * **Invasie:** Binnendringen van gastheercellen of weefsels. * **Extracellulaire bacteriën:** Vermeerderen zich buiten cellen (bv. op epitheel, in bloed). * **Facultatief intracellulaire bacteriën:** Kunnen zowel buiten als binnen gastheercellen (vooral macrofagen) overleven en vermeerderen (bv. *Salmonella*, *Mycobacterium*, *Brucella*). * **Obligaat intracellulaire bacteriën:** Vereisen gastheercellen voor vermeerdering (bv. *Chlamydia*, *Rickettsia*). * **Type III en IV secretiesystemen:** Mechanisme waarmee bacteriën eiwitten (virulentiefactoren) direct in gastheercellen injecteren. #### 3.3.2 IJzeropname * **IJzerrestrictie:** De gastheer beperkt de beschikbaarheid van vrij ijzer door het te binden aan eiwitten (transferrine, lactoferrine, hemoglobine). * **Bacteriële strategieën:** * **Sideroforen:** Kleine moleculen die ijzer binden en opnemen via specifieke receptoren (bv. siderofoor-receptoren). * **Directe ijzeropname:** Binding aan transferrine- of hemoglobine-receptoren. #### 3.3.3 Ontsnapping aan het immuunsysteem * **Kapsel:** Voorkomt fagocytose en complementactivatie. * **Productie van toxines:** Doden immuuncellen (bv. fagocyten). * **Intracellulaire levenswijze:** Ontsnapping aan humorale immuniteit en fagocytose. * **Mechanismen ter weerstand tegen fagocytose en celdoding:** * **Verhinderen van fagolysosoomfusie:** Bepaalde bacteriën voorkomen dat het fagosoom fuseert met lysosomen in macrofagen. * **Productie van catalase en superoxide dismutase:** Neutraliseren reactieve zuurstofspecies. * **Lipidenrijke celwand:** Maakt bacteriën resistent tegen lysosomale enzymen. * **Biofilmvorming:** Creëert een beschermende matrix waarin bacteriën minder gevoelig zijn voor immuunfactoren en antibiotica. * **Antigenische variatie:** Constante verandering van oppervlakte-antigenen om herkenning door antistoffen te ontwijken. * **Inhibitie van complementactivatie:** Door bv. het binden van membraanvesikels of het hebben van een kapsel met sialinezuur. #### 3.3.4 Overleving in de omgeving * **Endosporen:** Zeer resistente overlevingsvormen van bepaalde bacteriën (bv. *Clostridium*, *Bacillus*) die bestand zijn tegen hitte, desinfectiemiddelen en uitdroging. ### 3.4 Bacteriële genetische variatie en resistentie * **Mutaties:** Veranderingen in DNA-sequenties, kunnen leiden tot verlies van virulentie of ontstaan van resistentie. * **Horizontale gentransfer:** * **Transformatie:** Opname van "naakt" DNA uit de omgeving. * **Transductie:** Overdracht van DNA via bacteriofagen. * **Conjugatie:** Overdracht van DNA (vaak plasmiden) via directe cel-cel contact. * **Plasmiden:** Extrachromosomale DNA-moleculen die vaak genen voor virulentie en/of antimicrobiële resistentie dragen. * **Transposons en insertiesequenties:** "Springende genen" die kunnen bijdragen aan de verspreiding van resistentiegenen. * **Antimicrobiële resistentie:** * **Intrinsieke resistentie:** Binnen de soort aanwezige resistentie door bacteriële eigenschappen (bv. geen doelwit voor antibioticum, effluxpompen). * **Verworven resistentie:** Door mutaties of horizontale gentransfer. Mechanismen omvatten inactivering van antibiotica (bv. bèta-lactamasen), modificatie van het doelwit, verminderde opname, verhoogde efflux, of het ontwikkelen van alternatieve metabole routes. * **Kruisresistentie:** Resistentie tegen een antibioticum geeft ook resistentie tegen andere, vergelijkbare middelen. * **Multipele resistentie:** Resistentie tegen verschillende klassen antibiotica, vaak door plasmiden of transposons. * **Selectiedruk:** Gebruik van antibiotica selecteert voor resistente bacteriën, wat leidt tot een toename van multiresistente stammen. ### 3.5 Gastheerrespons: Afweer tegen bacteriële infecties #### 3.5.1 Aangeboren immuniteit (Natuurlijke weerstand) * **Fysieke barrières:** Huid, slijmvliezen, trilhaarepitheel, spoelingseffect. * **Chemische barrières:** Zuurtegraad (maag), lysozyme, ijzerbindende eiwitten, antimicrobiële peptiden (bv. defensines). * **Cellulaire componenten:** Fagocyten (neutrofielen, macrofagen), Natural Killer (NK) cellen. * **Ontstekingsreactie:** Gemedieerd door cytokines en chemokines, leidt tot vasodilatatie, verhoogde vasculaire permeabiliteit en aan trekken van immuuncellen. * **Complementsysteem:** Een cascade van eiwitten die kunnen leiden tot opsonisatie, lyse (via MAC), en vrijstelling van ontstekingsmediatoren. #### 3.5.2 Verworven (Adaptieve) immuniteit * **Specifiek:** Gericht tegen specifieke antigenen van de bacterie. * **Geheugen:** Snellere en sterkere respons bij herhaalde blootstelling. * **Humorale immuniteit:** * **Antistoffen (Ig):** Geproduceerd door B-cellen. Kunnen bacteriën neutraliseren, opsoniseren (faciliteren fagocytose), complement activeren, of toxines neutraliseren. * **Cellulaire immuniteit:** * **T-helpercellen (CD4+):** Coördineren de immuunrespons, activeren B-cellen en macrofagen (via cytokines zoals IFN-γ). * **Cytotoxische T-lymfocyten (CD8+):** Doden geïnfecteerde gastheercellen. * **Geactiveerde macrofagen:** Verhoogd vermogen tot fagocytose en bacteriedoding. #### 3.5.3 Relatie tussen gastheer en bacterie * **Gastheerspecificiteit:** Verschillende diersoorten zijn verschillend gevoelig voor specifieke bacteriën, deels door de aanwezigheid van specifieke receptoren of de effectiviteit van hun immuunsysteem. * **Commensalisme en mutualisme:** De normale microbiota kan de gastheer beschermen tegen pathogenen door competitie (nutriënten, bindingsplaatsen) en productie van antimicrobiële stoffen. * **Pathogenese:** Hoe bacteriën ziekte veroorzaken (invasie, toxineproductie, ontwijken van immuunsysteem). * **Immunopathologie:** Overmatige immuunrespons van de gastheer kan zelf schade veroorzaken (bv. septische shock door LPS). ### 3.6 Voorkomen van bacteriële infecties: Vaccinatie en behandeling * **Vaccins:** Stimuleren adaptieve immuniteit. * **Levende vaccins:** Gebruiken verzwakte of gemanipuleerde levende bacteriën. Stimuleren zowel cellulaire als humorale immuniteit en mucosale immuniteit. * **Niet-levende vaccins:** Gebruiken geïnactiveerde bacteriën, toxoiden (geïnactiveerde toxines), subunitvaccins (specifieke antigenen), of DNA/mRNA-vaccins. * **Adjuvantia:** Stoffen die de immuunrespons op vaccins versterken. * **Antibiotica:** Behandeling van bacteriële infecties, maar gebruik kan leiden tot resistentie en verstoring van de microbiota (dysbiose). ### 3.7 Biofilms * **Definitie:** Gemeenschappen van bacteriën ingesloten in een extracellulaire polymere substantie (EPS) op een oppervlak. * **Pathogenese:** Bieden bescherming tegen immuunsysteem, antibiotica en desinfectiemiddelen, leiden tot chronische infecties en weefselschade (bv. katheterinfecties, tandplak). ### 3.8 Microbiota en gezondheid * De samenstelling van de microbiota heeft een diepgaande invloed op de gezondheid van de gastheer, inclusief spijsvertering, immuniteit en bescherming tegen pathogenen. * **Dysbiose:** Een verstoorde samenstelling van de microbiota kan leiden tot ziekte. * **Factoren die microbiota beïnvloeden:** Leeftijd, voeding, antibioticagebruik, ziekte. * **Interventies:** Probiotica (levende micro-organismen) en prebiotica (niet-verteerbare voedingsbestanddelen) kunnen de microbiota positief beïnvloeden. ### 3.9 Afwijkende bacteriële morfologieën * **Spirocheten:** Spiraalvormige, beweeglijke bacteriën met flagellen in de periplasmatische ruimte (bv. *Borrelia*, *Leptospira*). * **Mycoplasma en Ureaplasma:** Bacteriën zonder celwand, wat ze resistent maakt tegen bèta-lactam antibiotica. * **Endosporen:** Zeer resistente structuren die de overleving van bacteriën in ongunstige omstandigheden mogelijk maken. ### 3.10 Pathogenese van specifieke bacteriële infecties #### 3.10.1 *Clostridium tetani* (Tetanus) * Gram-positieve, sporenvormende anaerobe bacterie. * **Pathogenese:** Veroorzaakt ziekte door het tetanospasmine neurotoxine, dat retrogradig via zenuwen naar het centrale zenuwstelsel migreert en de synaptische overdracht van remmende neuronen blokkeert, leidend tot spastische paralyse (kramptoestand). * **Besmetting:** Via besmette wonden, navelstrenginfecties. #### 3.10.2 *Salmonella* spp. * Gram-negatieve Enterobacteriaceae, facultatief intracellulair. * **Pathogenese:** Invasie van darmepitheelcellen (via Type III secretiesysteem), vermeerdering in macrofagen, en systemische verspreiding. Serotypes verschillen in gastheerspecificiteit en de ernst van de infectie. * **Virulentiefactoren:** LPS (endotoxine), fimbriae, Type III secretiesystemen (SPI-1, SPI-2), ijzeropnamesystemen. #### 3.10.3 *Actinobacillus pleuropneumoniae* * Gram-negatieve Pasteurellaceae, die pneumonie bij varkens veroorzaakt. * **Virulentiefactoren:** Apx-toxines (perforeren cellen), kapsel (ontsnapt aan fagocytose en complement). #### 3.10.4 *Helicobacter* spp. * Gram-negatieve, micro-aerofiele spirocheten die maag- en darmwandinfecties veroorzaken. * **Mechanismen:** Productie van urease (neutraliseert maagzuur), adhesines, en toxines (bv. cytotoxine geassocieerd met gastritis). #### 3.10.5 *Rhodococcus equi* * Gram-positieve, facultatief intracellulaire bacterie die longabcessen veroorzaakt bij veulens. * **Virulentiefactoren:** Genetisch materiaal op plasmiden (vap-genen) is cruciaal voor overleving in macrofagen. #### 3.10.6 *Borrelia burgdorferi* (Lyme disease) * Gram-negatieve spirocheet, overgedragen door teken. * **Pathogenese:** Kan chronische infecties veroorzaken, ontsnapt aan immuunrespons door variatie van oppervlakte-antigenen en biofilmvorming. #### 3.10.7 *Mycobacterium bovis* (Rundertuberculose) * Gram-positieve, lipidenrijke celwand maakt de bacterie resistent tegen afdoding door macrofagen. * **Pathogenese:** Vorming van granulomen in longen en andere organen, chronische infectie, ontwijken van immuunrespons. #### 3.10.8 Dermatofyten (*Microsporum*, *Trichophyton*) * Schimmels die huidaandoeningen (dermatomycosen) veroorzaken door invasie van keratine-rijke weefsels. * **Pathogenese:** Productie van enzymen die keratine afbreken, wat leidt tot ontsteking en huidschade. #### 3.10.9 *Aspergillus fumigatus* * Schimmel die mycosen (bv. aspergillose) veroorzaakt, met name in de luchtwegen, vooral bij immunosuppressie of hoge infectiedruk. * **Virulentiefactoren:** Productie van proteases, glycosylhydrolases, en mycotoxines (bv. gliotoxine, aflatoxine). #### 3.10.10 *Malassezia pachydermatis* * Een gist die een normale huidbewoner is, maar kan bijdragen aan dermatitis en otitis bij honden, vooral bij predisponerende factoren zoals allergieën. --- **Tip:** Concentreer je bij het bestuderen op de specifieke mechanismen waarmee bacteriën invasie, adhesie, ontwijking van het immuunsysteem en resistentie tegenover antibiotica bewerkstelligen. Begrijp ook de verschillende typen interacties tussen bacteriën en hun gastheren (symbiose, commensalisme, parasitisme). **Tip:** Maak gebruik van de tabellen en vergelijkingen om structurele verschillen tussen bacteriën (Gram-positief vs. Gram-negatief) en de werking van antibiotica te onthouden. **Tip:** Begrijp de basisprincipes van adaptieve immuniteit en hoe deze specifiek is gericht tegen bacteriële antigenen, inclusief de rol van antistoffen en T-cellen. **Tip:** Wees kritisch bij het interpreteren van diagnostische resultaten; de isolatie van een bacterie betekent niet altijd dat deze de oorzakelijke agens is. Denk aan de normale microbiota en facultatief pathogenen. --- # Microbiota, metabolisme en groeibevordering bij bacteriën Hier is een gedetailleerde en uitgebreide samenvatting van het onderwerp "Microbiota, metabolisme en groeibevordering bij bacteriën", opgesteld als een examenklare studiehandleiding. ## 4 Microbiota, metabolisme en groeibevordering bij bacteriën Dit onderwerp onderzoekt hoe de microbiota de gezondheid, metabolische processen en groeiomstandigheden van bacteriën beïnvloedt, met speciale aandacht voor de rol van voeding, probiotica en organische zuren. ### 4.1 De bacteriële cel: structuur en functie Bacteriën worden gekenmerkt door hun diverse morfologie, variërend van kokken en bacillen tot meer afwijkende vormen zoals spirocheten. Hun grootte wordt bepaald door hun genetisch materiaal, celwand en cytoplasmatische componenten. #### 4.1.1 Celwandstructuur en belang De celwand is cruciaal voor de overleving van bacteriën, biedt stevigheid en bescherming tegen osmotische druk. De samenstelling van de celwand verschilt tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën, wat invloed heeft op hun gevoeligheid voor antibiotica. * **Gram-positieve celwand:** Gekenmerkt door een dikke laag peptidoglycaan, lipoteichoïnezuren en teichoïnezuren. Lipoteichoïnezuren ankeren in de plasmamembraan en steken door de peptidoglycaanlaag, terwijl teichoïnezuren door de laag lopen. Deze componenten fungeren als oppervlakte-antigenen en dragen bij aan adhesie en ontstekingsreacties. Infecties met Gram-positieve bacteriën kunnen leiden tot het vrijkomen van celwandcomponenten, zoals lipoteichoïnezuur, die systemische ziekteverschijnselen veroorzaken. * **Gram-negatieve celwand:** Bestaat uit een binnenste membraan (plasmamembraan), een dunne laag peptidoglycaan in de periplasmatische ruimte, en een buitenste membraan. De buitenste membraan bevat lipopolysachariden (LPS) met lipid A, dat als endotoxine fungeert en een krachtige ontstekingsreactie veroorzaakt. Porines in de buitenste membraan reguleren het transport van kleine moleculen. De buitenmembraan biedt bescherming tegen toxische stoffen en het complementsysteem. * **Bijzondere celwanden:** Sommige bacteriën, zoals *Mycobacterium* en *Rhodococcus equi*, hebben een lipidenrijke celwand die hen resistenter maakt tegen afdoding door macrofagen en persistentie in de gastheer bevordert. *Mycoplasma* en *Ureaplasma* daarentegen hebben geen celwand, wat hen ongevoelig maakt voor celwandsynthese-remmers. #### 4.1.2 Cytoplasmatische elementen en genetisch materiaal Het cytoplasma van bacteriën bevat ribosomen (70S) en genetisch materiaal, waaronder een chromosoom en plasmiden. Plasmiden zijn circulaire DNA-moleculen die vaak virulentie- en resistentiegenen dragen en kunnen worden overgedragen tussen bacteriën. Pathogeniteitseilanden zijn DNA-fragmenten die coderen voor virulentiefactoren en kunnen chromosomaal of plasmidaal zijn geïntegreerd. #### 4.1.3 Overlevingsstructuren: endosporen Bepaalde bacteriën, zoals *Bacillus* en *Clostridium* soorten, kunnen endosporen vormen. Dit zijn extreem resistente overlevingsvormen die bestand zijn tegen extreme temperaturen, desinfectiemiddelen en uitdroging. Onder gunstige omstandigheden kunnen sporen ontkiemen tot actieve vegetatieve cellen. ### 4.2 Metabolisme en groeiomstandigheden van bacteriën Bacteriële groei wordt beïnvloed door diverse chemische en fysische factoren. #### 4.2.1 Chemische vereisten voor groei * **Koolstofbron:** Bacteriën kunnen autotroof (CO2 als koolstofbron) of heterotroof (organische stoffen) zijn. Pathogene bacteriën zijn meestal chemo-heterotroof. * **Energiebron:** Chemotrofen verkrijgen energie uit chemische reacties (organisch of anorganisch), terwijl fototrofen lichtenergie gebruiken. * **Respiratie en fermentatie:** Respiratie omvat de overdracht van elektronen naar een acceptor (zuurstof of een niet-zuurstofverbinding) voor ATP-productie. Fermentatie is een anaërobe metabolisme waarbij organische stoffen worden omgezet tot organische zuren, alcoholen en/of gassen, met ATP-productie via substraat-niveau fosforylering. * **Zuurtegraad (pH):** De meeste pathogenen groeien optimaal rond pH 7-7.5. Extreme pH-waarden kunnen fataal zijn, hoewel sommige bacteriën, zoals *Helicobacter* en *Mycobacterium*, aangepaste overlevingsmechanismen hebben. * **Zuurstofgevoeligheid:** Bacteriën worden ingedeeld op basis van hun zuurstofbehoefte: obligaat aëroob, facultatief anaëroob, micro-aerofiel en obligaat anaëroob. Deze indeling hangt samen met de aanwezigheid van enzymen die toxische zuurstofderivaten kunnen afbreken. * **Vocht en osmotische druk:** Bacteriën prefereren een isotoon milieu. Hypertoon en hypotone omstandigheden kunnen de groei remmen of afdoding veroorzaken, maar kunnen ook worden benut voor voedselconservering. #### 4.2.2 Fysische vereisten voor groei * **Temperatuur:** Bacteriën hebben een optimaal temperatuurbereik voor groei. Temperaturen onder het minimum remmen de groei, terwijl temperaturen boven het maximum dodelijk zijn. * **CO2-concentratie:** Capnofiele bacteriën vereisen een verhoogde CO2-concentratie voor optimale groei. ### 4.3 Invloed van de microbiota op de gezondheid van mens en dier De microbiota, de verzameling micro-organismen die op en in een gastheer leven, speelt een cruciale rol in de gezondheid. #### 4.3.1 Samenstelling en functie van de microbiota * **Belang:** De microbiota fungeert als een "extra orgaan", essentieel voor spijsvertering, bescherming tegen pathogenen en immuunontwikkeling. De samenstelling is dynamisch en wordt beïnvloed door leeftijd, locatie (darm, huid, luchtwegen, etc.), dieet, en genetica. * **Gastro-intestinale microbiota:** De darmflora is essentieel voor de afbraak van complexe nutriënten, de productie van vitaminen en korteketenvetzuren (SCFA), en de competitie met pathogenen. Veranderingen in de darmflora, dysbiose genoemd, kunnen leiden tot gezondheidsproblemen. * **Microbiota van andere locaties:** De huid, luchtwegen en urogenitale tractus hebben ook hun eigen microbiota, die beschermende en metabolische functies vervullen. #### 4.3.2 Manipulatie van de microbiota De microbiota kan worden gestuurd via: * **Voeding:** Dierlijk eiwit, vezels en vetgehalte in voer beïnvloeden de samenstelling van de microbiota. * **Additieven:** * **Probiotica:** Levende micro-organismen die, bij toediening in voldoende hoeveelheden, een gezondheidsvoordeel bieden aan de gastheer. Ze kunnen de spijsvertering verbeteren, antimicrobiële stoffen produceren, en de immuniteit stimuleren. * **Prebiotica:** Niet-verteerbare voedingsbestanddelen die selectief de groei en activiteit van gunstige bacteriën stimuleren. * **Organische zuren:** Worden gebruikt voor voederconservering, desinfectie van drinkwater, en ter verbetering van de darmgezondheid door hun antimicrobiële werking en het beïnvloeden van de pH. ### 4.4 Pathogenese van bacteriële infecties Bacteriële infecties ontstaan wanneer pathogenen de afweer van de gastheer overwinnen. #### 4.4.1 Bacteriële virulentiefactoren * **Invasie:** Vermogen om de gastheer te koloniseren en zich te vermenigvuldigen, eventueel via doorbraak naar bloedbaan en organen. * **Extracellulaire bacteriën:** Vermenigvuldigen zich buiten gastheercellen. * **Facultatief intracellulaire bacteriën:** Kunnen zowel binnen als buiten gastheercellen overleven (bv. *Salmonella*, *Mycobacterium*). * **Obligaat intracellulaire bacteriën:** Vereisen gastheercellen voor vermenigvuldiging (bv. *Chlamydia*, *Rickettsia*). * **Productie van toxines:** * **Exotoxines:** Eiwitten die door bacteriën worden uitgescheiden en diverse cellulaire processen verstoren. Ze kunnen neurotoxisch, enterotoxisch of cytotoxisch zijn. * **Endotoxines:** Componenten van de celwand van Gram-negatieve bacteriën (LPS) die sterke ontstekingsreacties en koorts veroorzaken. * **Ontsnappen aan afweer:** Mechanismen om fagocytose, complementactivatie en immuniteit te ontwijken (bv. kapselvorming, productie van enzymen). * **Adhesie:** Vermogen om zich te hechten aan gastheercellen, vaak via fimbriae of pili. * **IJzeropname:** Pathogene bacteriën hebben efficiënte systemen om ijzer uit de gastheer te onttrekken, omdat ijzer essentieel is voor hun groei. #### 4.4.2 Vertragingen in de pathogenese * **Incubatieperiode:** De tijd tussen infectie en het optreden van ziekteverschijnselen. * **Biofilms:** Bacteriële gemeenschappen ingesloten in een extracellulaire polymere substantie, die hen resistent maakt tegen afweer en antibiotica. ### 4.5 Afweer tegen bacteriële infecties De gastheer beschikt over aangeboren en verworven immuniteit om bacteriële infecties te bestrijden. #### 4.5.1 Aangeboren immuniteit * **Fysische en chemische barrières:** Huid, slijmvliezen, spoelingseffecten, pH, antimicrobiële peptiden, ijzerbindende proteïnen, lysozyme en het complementsysteem. * **Cellulaire componenten:** Fagocyten (macrofagen, neutrofielen) en NK-cellen. #### 4.5.2 Verworven (adaptieve) immuniteit * **Specifiek:** Gericht tegen specifieke pathogenen of hun componenten (antigenen). * **Geheugen:** Opbouw van immunologisch geheugen waardoor een snellere en sterkere respons optreedt bij herinfectie. * **Mechanismen:** * **Humorale immuniteit:** Productie van antistoffen door B-cellen, die pathogenen neutraliseren, opsoniseren of activeren van het complementsysteem. * **Cellulaire immuniteit:** Cytotoxische T-cellen doden geïnfecteerde cellen, terwijl geactiveerde macrofagen pathogenen fagocyteren en intracellulaire bacteriën bestrijden. #### 4.5.3 Vaccinatie Vaccins stimuleren de adaptieve immuniteit door het toedienen van antigenen (bv. geïnactiveerde bacteriën, toxoïden, subunit vaccins) om een immuunrespons op te wekken zonder ziekte te veroorzaken. Levende verzwakte vaccins stimuleren vaak een sterkere en langdurigere immuniteit, inclusief mucosale immuniteit. ### 4.6 Antibacteriële middelen en resistentie Antibiotica en chemotherapeutica zijn middelen die de groei van bacteriën remmen of ze doden. #### 4.6.1 Werkingsmechanismen en spectrum Antibiotica werken via verschillende mechanismen (bv. celwandsynthese remming, eiwitsynthese remming, nucleïnezuur synthese remming). Ze kunnen een nauw of breed spectrum hebben. #### 4.6.2 Antimicrobiële resistentie * **Intrinsieke resistentie:** Natuurlijke ongevoeligheid van bacteriën voor bepaalde antibiotica. * **Verworven resistentie:** Ontwikkeling van resistentie door genetische veranderingen (mutaties) of de overdracht van resistentiegenen (plasmiden, transposons) via horizontale gentransfer (conjugatie, transformatie, transductie). * **Mechanismen:** Productie van enzymen die antibiotica inactiveren, verandering van het doelwit, effluxpompen, of reductie van accumulatie. * **Gevolgen:** Beperkte behandelingsopties, verspreiding van resistentie naar mens en milieu. #### 4.6.3 Gebruik van antibiotica Verantwoord antibioticagebruik is essentieel om de ontwikkeling van resistentie te beperken. Dit omvat het kiezen van het juiste antibioticum op basis van gevoeligheidsbepalingen en het vermijden van breedspectrum antibiotica waar mogelijk. #### 4.6.4 Faagtherapie Een potentieel alternatief voor antibiotica, waarbij bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren) worden gebruikt om specifieke bacteriën te doden. --- ### 4.7 Invloed van de microbiota op de gezondheid van mens en dier (uitbreiding) De rol van de microbiota is veelomvattender dan alleen spijsvertering en bescherming; het beïnvloedt ook de ontwikkeling van het immuunsysteem en zelfs metabole processen buiten het spijsverteringskanaal. #### 4.7.1 De darm-brein-as en het microbioom-metabolisme-interactie De interactie tussen de darmmicrobiota en de hersenen, via de zogenaamde darm-brein-as, wordt steeds duidelijker. Bacteriële metabolieten kunnen signalen afgeven die neurologische functies en gedrag beïnvloeden. Daarnaast spelen bacteriële metabolieten een sleutelrol in de stofwisseling van de gastheer, inclusief de energiebalans en de synthese van belangrijke moleculen. #### 4.7.2 Manipulatie van de microbiota voor gezondheidsbevordering * **Voedingsstrategieën:** Naast vezels en prebiotica, wordt er gekeken naar de rol van specifieke voedingscomponenten in het moduleren van de microbiota. De timing van voerveranderingen (bv. spenen) is ook cruciaal, omdat dit de darmbarrière tijdelijk kan verzwakken, wat opportunistische pathogenen een voordeel geeft. * **Nieuwe probiotische stammen en synbiotica:** Onderzoek richt zich op het identificeren van nieuwe, effectievere probiotische stammen en de combinatie van probiotica met prebiotica (synbiotica) voor synergetische effecten. * **Postbiotica:** Bestaan uit inactieve bacteriële bestanddelen of metabolieten die gezondheidsvoordelen bieden zonder de risico's van levende organismen. #### 4.7.3 Organische zuren en hun toepassingen Organische zuren, zoals azijnzuur, propionzuur en boterzuur, hebben niet alleen een antimicrobieel effect, maar beïnvloeden ook de lokale pH, de darmbarrière-integriteit en de immuunrespons. Boterzuur, bijvoorbeeld, is een belangrijke energiebron voor enterocyten en heeft ontstekingsremmende eigenschappen. De vorm waarin organische zuren worden toegediend (zouten, veresterd, gecoat) beïnvloedt hun afgifte en werkzaamheid in het maag-darmkanaal. ### 4.8 Pathogenese van bacteriële infecties: complexiteit en interacties De ontwikkeling van een bacteriële infectie is een complex samenspel tussen de bacterie en de gastheer, waarbij meerdere factoren een rol spelen. #### 4.8.1 Synergie tussen bacteriën en virussen Virale infecties kunnen de gastheer verzwakken door de immuunrespons te onderdrukken of epitheelbarrières te beschadigen, waardoor bacteriële co-infecties gemakkelijker kunnen ontstaan. Dit is bijvoorbeeld relevant bij luchtweginfecties bij pluimvee en herkauwers. #### 4.8.2 Rol van de omgeving en infectiedruk Omgevingsfactoren zoals vochtigheid, temperatuur en de aanwezigheid van organisch materiaal kunnen de groei en overleving van pathogenen beïnvloeden, wat leidt tot een hogere infectiedruk. Dit is cruciaal voor de verspreiding van bijvoorbeeld *Clostridium tetani* in bevuilde wonden, of *Aspergillus* in vochtige omgevingen. #### 4.8.3 Bacteriële secretiesystemen en membraanvesikels Geavanceerde secretiesystemen (bv. Type III en Type IV) maken het mogelijk voor bacteriën om toxines, enzymen of zelfs DNA direct in gastheercellen te injecteren of over te dragen. Membraanvesikels kunnen fungeren als "bacteriële bommen" die diep in weefsels kunnen doordringen en ontstekingsreacties veroorzaken. ### 4.9 Resistentie tegen antibiotica en de gevolgen Antimicrobiële resistentie (AMR) is een groeiende wereldwijde bedreiging. #### 4.9.1 Selectiedruk en co-selectie Het gebruik van antibiotica, zowel therapeutisch als subtherapeutisch (bv. in diervoeders), creëert een selectiedruk die de overleving en vermenigvuldiging van resistente bacteriën bevordert. Co-selectie treedt op wanneer resistentiegenen, vaak op plasmiden, samen met virulentiegenen worden overgedragen, waardoor de verspreiding van zowel resistentie als pathogeniciteit wordt bevorderd. #### 4.9.2 Impact op behandeling en volksgezondheid AMR bemoeilijkt de behandeling van bacteriële infecties bij dieren, leidt tot hogere mortaliteit, langdurige ziekte en hogere kosten. De overdracht van resistente bacteriën en genen van dier naar mens via de voedselketen of direct contact is een ernstige volksgezondheidskwestie. #### 4.9.3 Alternatieve therapieën: Faagtherapie en Virolysine therapie Met de toenemende resistentie tegen antibiotica, wordt er opnieuw interesse getoond in faagtherapie (gebruik van bacteriofagen) en virolysine therapie (gebruik van faag-afgeleide enzymen die celwanden afbreken). Deze therapieën bieden specifieke en potentieel effectieve alternatieven. --- **Tip:** Begrijp de relatie tussen de celwandstructuur (Gram-positief, Gram-negatief, speciale celwanden) en de gevoeligheid voor verschillende klassen antibiotica. Dit is een essentieel concept voor het klinisch toepassen van antimicrobiële middelen. **Tip:** Concentreer je op de belangrijkste mechanismen van resistentie-overdracht (plasmiden, transposons, conjugatie) en de impact van selectiedruk. Dit is een veelvoorkomend examenonderwerp. **Tip:** Maak een overzicht van de belangrijkste virulentiefactoren per bacteriegroep (bv. fimbriae, toxines, kapsel) en hun functie in de pathogenese. **Tip:** Begrijp de verschillende methoden van horizontale gentransfer en waarom ze belangrijk zijn voor de verspreiding van resistentie en virulentie. **Tip:** De interactie tussen de microbiota en de gastheer is complex. Bestudeer hoe de microbiota de immuniteit, spijsvertering en zelfs gedrag beïnvloedt, en hoe dit kan worden gemanipuleerd via voeding, probiotica en prebiotica. **Tip:** Leer de indeling van bacteriën op basis van hun zuurstofbehoefte en de implicaties daarvan voor hun groeiomstandigheden en de behandeling van infecties. --- # Schimmels en hun rol in infecties Dit deel behandelt de biologie van schimmels, inclusief hun structuur, voortplanting, pathogenese en de ziektebeelden die ze kunnen veroorzaken, zoals mycosen en mycotoxicose. ## 5. Schimmels en hun rol in infecties Schimmels zijn eukaryote organismen met een celwand, bestaande uit chitine en andere polysachariden zoals mannanen en glucanen. Ze bezitten een celkern en andere organellen zoals mitochondria. Ze kunnen meercellig (schimmels) of eencellig (gisten) zijn. De meeste schimmels zijn nuttig of onschadelijk, maar een klein aantal kan pathogeen zijn, vooral bij verzwakte immuunsystemen. ### 5.1 Morfologie en structuur van schimmels #### 5.1.1 Schimmels (filamentus) * **Morfologie:** Meercellig, filamenteus. Ze vormen een dicht netwerk van lange, vertakte buisvormige structuren genaamd hyfen. Dit geheel van hyfen wordt mycelium genoemd. * **Hyfen:** Kunnen gesepteerd (met tussenschotten) of aseptaat zijn. De groeivorm is apicaal en centrifugaal. Sommige hyfen kunnen pigmentatie vertonen (bijvoorbeeld melanine). * **Voortplanting:** Voornamelijk via aseksuele sporen (conidiën, sporangiosporen) of seksuele sporen (zygosporen, ascosporen), die dienen voor verspreiding en overleving. * **Voorbeelden:** Aspergillus (sporen vormen conidioforen) en dermatofyten zoals Microsporum en Trichophyton (vormen macro- en microconidiën, arthrosporen en chlamydosporen). #### 5.1.2 Gisten (unicellulair) * **Morfologie:** Eencellig, rond tot ovaal van vorm. * **Voortplanting:** Voornamelijk door knopvorming (budding), waarbij een kleine dochtercel zich afsnoert. Ze kunnen ook pseudohyfen vormen, wat lijkt op een meercellige structuur. Gisten vormen geen echte sporen, maar wel zogenaamde blastosporen die vegetatief zijn. * **Voorbeelden:** Malassezia pachydermatis (normale huidbewoner bij honden, kan dermatitis en otitis veroorzaken). #### 5.1.3 Fungi met afwijkende morfologie * **Chromista (bv. Saprolegnia):** Worden beschouwd als waterschimmels. Ze vormen hyfen zonder septa en produceren zoösporen met flagellen. ### 5.2 Groei en vermeerdering van schimmels * **Omgevingsfactoren:** Schimmels gedijen goed bij hoge relatieve vochtigheid, temperaturen die afhankelijk zijn van de soort (thermofiel, psychrofiel, mesofiel, psychrotolerant), en een licht zure pH. * **Voedingsstoffen:** Ze hebben koolstof- en stikstofbronnen nodig, evenals mineralen. Ze scheiden enzymen (proteasen, hydrolasen) af om complexe voedingsstoffen af te breken en nutriënten op te nemen. * **Toxineproductie:** Sommige schimmels kunnen toxines produceren. ### 5.3 Pathogenese van fungale infecties Schimmels kunnen infecties veroorzaken op verschillende manieren: #### 5.3.1 Mycosen * **Definitie:** Vermeerdering van de fungus in of op de gastheer, al dan niet invasief, met of zonder toxineproductie. * **Pathogenese:** * **Facultatief pathogeen:** Vereist een verzwakt immuunsysteem van de gastheer of een hoge infectiedruk. Infecties kunnen endogeen (van binnenuit) of exogeen (van buitenaf) zijn. * **Obligaat pathogeen:** Altijd pathogeen wanneer aanwezig. Infecties zijn meestal exogeen. * **Mechanismen:** * **Invasiemechanismen:** Schimmels kunnen weefsels binnendringen en zich vermeerderen. * **Enzymproductie:** Productie van enzymen zoals proteases en glycosylhydrolases die weefsels kunnen afbreken. * **Toxineproductie:** Sommige schimmels, zoals Aspergillus, produceren mycotoxines. * **Immunomodulatie:** Schimmels kunnen de immuunrespons van de gastheer beïnvloeden, bijvoorbeeld door immunosuppressieve stoffen te produceren. * **Voorbeelden:** * **Aspergillose:** Veroorzaakt door *Aspergillus fumigatus* en andere *Aspergillus* soorten. Kan leiden tot rhinitis, sinusitis, longinfecties, en placentitis. *A. fumigatus* is thermo- en pH-tolerant, produceert proteases, glycosylhydrolases en mycotoxines (aflatoxine, ochratoxine A, gliotoxine). Predisponerende factoren zijn immunosuppressie, stress, slechte luchtkwaliteit en hoge spore concentraties. Bij vogels is het een belangrijke respiratorische pathogeen. * **Dermatomycose (dermatophytose):** Veroorzaakt door dermatofyten zoals *Microsporum* en *Trichophyton*. Tast de bovenste huidlagen aan door keratineafbraak. Kenmerkende letsels zijn ringvormige huidlaesies (ringworm) en kerions. * **Infecties door gisten:** *Malassezia pachydermatis* kan dermatitis en otitis veroorzaken, vooral bij honden met een verzwakte huidbarrière of allergieën. #### 5.3.2 Mycotoxicose * **Definitie:** Intoxicatie door mycotoxines, geproduceerd door schimmels die groeien op voedsel (bv. granen). * **Pathogenese:** Mycotoxines zijn chemische moleculen die opgenomen worden via de voeding. Ze zijn vaak hittestabiel en lipofiel, waardoor ze de maag kunnen overleven en cellen kunnen binnendringen. * **Effecten:** Kunnen variëren van remming van eiwitsynthese en celproliferatie tot cytotoxische effecten, immunosuppressie, en carcinogeniteit (bv. aflatoxine). Ze kunnen ook de gevoeligheid voor bacteriële infecties verhogen. #### 5.3.3 Allergische en immunopathologische aandoeningen Schimmels kunnen ook allergische reacties en ontstekingen veroorzaken door de immuunrespons van de gastheer te activeren. ### 5.4 Diagnostische mycologie #### 5.4.1 Diagnose van mycosen * **Monstername:** Stalen worden genomen van aangetaste weefsels of huid (bv. haren, huidschilfers, secreties). Contaminatie door bacteriën wordt geminimaliseerd. * **Identificatie:** * **Direct microscopisch onderzoek:** Aantonen van hyfen, sporen, gisten of pseudohyfen. * **Isolatie op kweek:** Gebruik van schimmelkweekmedia, vaak met antibiotica om bacteriële groei te remmen en selectieve media om specifieke schimmels te isoleren. Incubatie gebeurt onder specifieke omstandigheden (temperatuur, duur). * **Serologische diagnostiek:** Aantonen van antistoffen tegen schimmels in het serum van het dier. * **Cellulaire immuunresponsen:** Huidreactietesten (bv. met interferon-gamma) om de aanwezigheid van specifieke T-celresponsen aan te tonen. #### 5.4.2 Diagnose van mycotoxicose * **Aantonen en kwantificeren van mycotoxines:** Meestal door chromatografische methoden zoals massaspectrometrie in voederstalen. * **Schimmelisolatie:** Isolatie van de producerende schimmel uit voeder of klinisch materiaal, hoewel dit niet altijd direct correleert met de aanwezigheid van toxines. --- **Disclaimer:** Deze samenvatting is bedoeld als studiemateriaal en is gebaseerd op de verstrekte documentatie. Raadpleeg altijd de originele literatuur en uw docenten voor een volledige en nauwkeurige voorbereiding op examens. --- ## 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 | |------|------------| | Microbiota | De verzameling van micro-organismen, zoals bacteriën, schimmels, virussen en andere levende wezens, die op of in een gastheer leven. Een gezonde microbiota is cruciaal voor vele lichaamsfuncties, waaronder de spijsvertering en immuniteit. | | Pathogeen | Een micro-organisme of ander agens dat in staat is om ziekte te veroorzaken bij een gastheer. Pathogenen kunnen variëren van bacteriën en virussen tot schimmels en parasieten. | | Facultatief pathogeen | Een micro-organisme dat onder normale omstandigheden niet ziekteverwekkend is, maar wel ziekte kan veroorzaken bij verzwakte gastheren of onder specifieke omstandigheden, zoals een verstoorde microbiota of beschadigd weefsel. | | Obligaat pathogeen | Een micro-organisme dat altijd ziekte veroorzaakt wanneer het in contact komt met een geschikte gastheer. Het is niet in staat om een commensale of symbiotische relatie aan te gaan. | | Gram-kleuring | Een differentiële kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van hun celwandstructuur. Gram-positieve bacteriën kleuren paars, terwijl gram-negatieve bacteriën roze kleuren. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een essentieel structureel component vormt van de celwand van de meeste bacteriën. Het is een netwerk van N-acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur, verbonden door peptidebruggen. | | Plasmiden | Kleine, circulaire, dubbelstrengs DNA-moleculen die buiten het chromosoom van een bacterie voorkomen. Plasmiden bevatten vaak genen die resistentie tegen antibiotica of virulentiefactoren coderen en kunnen worden overgedragen tussen bacteriën. | | Endotoxine | Een toxisch component dat deel uitmaakt van de buitenmembraan van gram-negatieve bacteriën, met name lipopolysaccharide (LPS). Endotoxinen kunnen ernstige immuunreacties veroorzaken bij de gastheer, zoals koorts, shock en ontsteking. | | Exotoxine | Een toxische substantie die door bacteriën wordt afgescheiden naar hun omgeving. Exotoxinen zijn meestal eiwitten met specifieke effecten op gastheercellen en kunnen leiden tot diverse ziektebeelden. | | Siderofoor | Een kleine, ijzer-chelaterende molecuul die door veel bacteriën wordt geproduceerd om ijzer op te nemen uit hun omgeving. Dit is essentieel voor bacteriële groei, aangezien ijzer een belangrijk nutriënt is voor veel enzymatische processen. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen die zich vasthechten aan een oppervlak en ingekapseld zijn in een zelfgeproduceerde extracellulaire polymere substantie (EPS). Biofilms bieden bescherming tegen afweermechanismen en antibiotica. | | Cytokine | Een groep eiwitten die door immuuncellen en andere cellen worden geproduceerd en signalen doorgeven tussen cellen. Cytokines spelen een cruciale rol in de immuunrespons, ontsteking en cellulaire communicatie. | | Fagocytose | Een proces waarbij bepaalde cellen, zoals macrofagen en neutrofielen, vreemde deeltjes, zoals bacteriën en celresten, omvatten en internaliseren. Dit is een belangrijk mechanisme van het aangeboren immuunsysteem. | | T-helpercel (Th-cel) | Een type witte bloedcel dat een centrale rol speelt in de adaptieve immuunrespons. Th-cellen helpen bij het activeren van andere immuuncellen, zoals B-cellen en cytotoxische T-cellen, en kunnen verschillende subtypen hebben met specifieke functies. | | Mycose | Een infectie of ziekte veroorzaakt door een schimmel. Mycosen kunnen variëren van oppervlakkige huidaandoeningen tot ernstige systemische infecties. | | Mycotoxicose | Een ziekte die wordt veroorzaakt door de inname van mycotoxinen, giftige stoffen geproduceerd door schimmels. Deze toxinen kunnen voorkomen in voedsel of voer en hebben verschillende schadelijke effecten op de gastheer. | | Virulentiefactor | Een eigenschap of component van een micro-organisme die bijdraagt aan zijn vermogen om ziekte te veroorzaken. Dit kan variëren van adhesines en toxines tot enzymen die weefselschade veroorzaken. | | Enterotoxine | Een toxine geproduceerd door bacteriën dat specifiek de darmwand aantast en leidt tot waterige diarree door verhoogde secretie van water en elektrolyten. | | LPS (Lipopolysaccharide) | Een complex molecuul dat een belangrijk onderdeel vormt van de buitenste membraan van gram-negatieve bacteriën. Het fungeert als een endotoxine en speelt een rol in de interactie met het immuunsysteem van de gastheer. | | Lysozyme | Een enzym dat aanwezig is in lichaamsvloeistoffen zoals tranen en speeksel, en ook door bepaalde bacteriën en schimmels wordt geproduceerd. Het breekt peptidoglycaan af, een essentieel component van bacteriële celwanden, en heeft daardoor een antibacteriële werking. | | Antigeen | Een molecuul of structuur dat door het immuunsysteem wordt herkend als lichaamsvreemd en een immuunrespons kan opwekken, zoals de productie van antistoffen. | | Adhesine | Een molecuul aan het oppervlak van een micro-organisme dat helpt bij het hechten aan gastheercellen of oppervlakken. Dit is vaak een eerste stap in het kolonisatieproces en de ontwikkeling van een infectie. | | Obligaat anaerobe | Een micro-organisme dat alleen kan groeien in de afwezigheid van zuurstof. Zuurstof is toxisch voor deze organismen. | | Facultatief anaerobe | Een micro-organisme dat kan groeien in de aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof. Het kan zowel aerobe als anaerobe ademhaling gebruiken. | | Transductie | Een proces van horizontale gentransfer waarbij DNA van een bacterie naar een andere bacterie wordt overgedragen via een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). | | Conjugatie | Een proces van horizontale gentransfer waarbij genetisch materiaal (meestal plasmiden) direct van een donorcel naar een acceptorcel wordt overgedragen via een cel-cel contact, vaak gemedieerd door een pilus. |

```markdown # Studiegids Bacteriologie & Mycologie Dit studiegids is ontworpen om een gedetailleerd overzicht te bieden van de belangrijkste concepten in bacteriologie en mycologie, essentieel voor examengerichte studie. ## Inhoudsopgave 1. [Glossary](#glossary) 2. [Algemene Bacteriologie](#algemene-bacteriologie) 1. [Prokaryoten vs Eukaryoten](#prokaryoten-vs-eukaryoten) 2. [Pathogene vs Normale Microbiota](#pathogene-vs-normale-microbiota) 3. [Bacteriële Celstructuur](#bacteriele-celstructuur) 1. [Morfologie en Grootte](#morfologie-en-grootte) 2. [Celwand](#celwand) 3. [Gramkleuring](#gramkleuring) 4. [Chemische Samenstelling](#chemische-samenstelling) 5. [Plasmembraan](#plasmamembraan) 6. [Cytoplasma](#cytoplasma) 4. [Genetisch Materiaal en Virulentiefactoren](#genetisch-materiaal-en-virulentiefactoren) 1. [Plasmiden](#plasmiden) 2. [Genomische Eilanden](#genomische-eilanden) 5. [Celwand Componenten](#celwand-componenten) 1. [Peptidoglycaan](#peptidoglycaan) 2. [Gram-positieve Celwand](#gram-positieve-celwand) 3. [Bijzondere Gram-positieve Celwand](#bijzondere-gram-positieve-celwand) 4. [Gram-negatieve Celwand](#gram-negatieve-celwand) 6. [Aanhangsels en Virulentiefactoren](#aanhangsels-en-virulentiefactoren) 1. [Kapsel](#kapsel) 2. [Flagellen](#flagellen) 3. [Pili en Fimbriae](#pili-en-fimbriae) 7. [Metabolisme en Groei](#metabolisme-en-groei) 1. [Chemische en Fysische Voorwaarden](#chemische-en-fysische-voorwaarden) 2. [Zuurstofgevoeligheid](#zuurstofgevoeligheid) 3. [Temperatuur](#temperatuur) 4. [Vocht en Osmotische Druk](#vocht-en-osmotische-druk) 8. [Bacteriële Genetica](#bacteriele-genetica) 1. [Genexpressie en Regulatie](#genexpressie-en-regulatie) 2. [Replicatie en Overdracht](#replicatie-en-overdracht) 1. [Plasmiden](#plasmiden-1) 2. [Transformatie](#transformatie) 3. [Transductie](#transductie-1) 4. [Conjugatie](#conjugatie-1) 5. [Mobiele Genetische Elementen](#mobiele-genetische-elementen) 9. [Antimicrobiële Gevoeligheid en Resistentie](#antimicrobiele-gevoeligheid-en-resistentie) 1. [Mechanismen van Resistentie](#mechanismen-van-resistentie) 2. [Selectiedruk](#selectiedruk) 10. [Antibiotica](#antibiotica) 1. [Bactericide vs. Bacteriostatisch](#bactericide-vs.-bacteriostatisch) 2. [Antimicrobieel Spectrum](#antimicrobieel-spectrum) 3. [Therapeutische Index](#therapeutische-index) 4. [Gebruik en Gevolgen](#gebruik-en-gevolgen) 11. [Afweer tegen Bacteriële Infecties](#afweer-tegen-bacteriele-infecties) 1. [Aangeboren vs. Verworven Immuniteit](#aangeboren-vs.-verworven-immuniteit) 2. [Bacteriële Virulentiefactoren die Afweer Ontwijken](#bacteriele-virulentiefactoren-die-afweer-ontwijken) 12. [Pathogenese van Bacteriële Infecties](#pathogenese-van-bacteriele-infecties) 1. [Invasie](#invasie) 2. [Toxine Productie](#toxine-productie) 3. [Gastheerrespons op Bacteriële Componenten](#gastheerrespons-op-bacteriele-componenten) 4. [Secretiesystemen](#secretiesystemen) 5. [Biofilms](#biofilms) 13. [Bijzondere Bacteriële Groepen](#bijzondere-bacteriele-groepen) 1. [Enterobacteriaceae](#enterobacteriaceae) 1. [Escherichia coli](#escherichia-coli) 2. [Salmonella](#salmonella) 3. [Yersinia](#yersinia) 4. [Proteus](#proteus) 2. [Pasteurellaceae](#pasteurellaceae) 1. [Pasteurella multocida](#pasteurella-multocida) 2. [Mannheimia haemolytica](#mannheimia-haemolytica) 3. [Bibersteinia trehalosi](#bibersteinia-trehalosi) 4. [Haemophilus/Glaesserella](#haemophilusglaesserella) 5. [Histophilus somni](#histophilus-somni) 3. [Pseudomonas](#pseudomonas) 4. [Taylorella equigenitalis](#taylorella-equigenitalis) 5. [Brucella](#brucella) 6. [Bordetella bronchiseptica](#bordetella-bronchiseptica) 7. [Francisella tularensis](#francisella-tularensis) 8. [Campylobacter](#campylobacter) 9. [Helicobacter](#helicobacter) 10. [Bartonella henselae](#bartonella-henselae) 11. [Coxiella burnetii](#coxiella-burnetii) 12. [Lawsonia intracellularis](#lawsonia-intracellularis) 13. [Actinobacteria](#actinobacteria) 1. [Corynebacterium](#corynebacterium) 2. [Dermatophilus congolensis](#dermatophilus-congolensis) 3. [Rhodococcus equi](#rhodococcus-equi) 14. [Firmicutes](#firmicutes) 1. [Staphylococcus](#staphylococcus) 2. [Streptococcus](#streptococcus) 3. [Enterococcus](#enterococcus) 4. [Bacillus/Paenibacillus](#bacilluspaenibacillus) 5. [Clostridium](#clostridium) 15. [Bacteroidetes](#bacteroidetes) 1. [Prevotella/Bacteroides](#prevotellabacteroides) 2. [Capnocytophaga](#capnocytophaga) 3. [Fusobacterium/Dichelobacter](#fusobacteriumdichelobacter) 16. [Spirochaetes](#spirochaetes) 1. [Leptospira](#leptospira) 2. [Borrelia](#borrelia) 3. [Treponema](#treponema) 4. [Brachyspera](#brachyspera) 17. [Chlamydiae](#chlamydiae) 3. [Mycologie](#mycologie) 1. [Algemene Kenmerken van Fungi](#algemene-kenmerken-van-fungi) 2. [Pathogene Fungi](#pathogene-fungi) 3. [Indeling Fungi](#indeling-fungi) 4. [Pathogenese van Fungale Infecties](#pathogenese-van-fungale-infecties) 1. [Mycose](#mycose) 1. [Aspergillose](#aspergillose) 2. [Dermatomycose](#dermatomycose) 2. [Mycotoxicose](#mycotoxicose) 3. [Allergische en Immunopathologische Aandoeningen](#allergische-en-immunopathologische-aandoeningen) 5. [Diagnostische Mycologie](#diagnostische-mycologie) 4. [Antibacteriële Vaccins](#antibacteriele-vaccins) 1. [Levende Vaccins](#levende-vaccins) 2. [Niet-Levende Vaccins](#niet-levende-vaccins) 1. [Geïnactiveerde Vaccins o.b.v. Antigenen](#geinactiveerde-vaccins-obv-antigenen) 2. [Toxoïd Vaccins](#toxoid-vaccins) 3. [Subunit Vaccins](#subunit-vaccins) 4. [Vaccins o.b.v. DNA/mRNA](#vaccins-obv-dn-m-rna) 5. [Veelvoorkomende Fouten](#veelvoorkomende-fouten) --- ## Glossary | Term | Definitie | | :------------------- | :--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | **Prokaryoot** | Een organisme dat bestaat uit cellen zonder celkern of gespecialiseerde organellen zoals mitochondriën. Bacteriën en archaea zijn prokaryoten. Hun genetisch materiaal bevindt zich in het cytoplasma in een nucleoïd. | | **Eukaryoot** | Een organisme waarvan de cellen een celkern en gespecialiseerde organellen bevatten, zoals mitochondriën en het endoplasmatisch reticulum. Schimmels, planten en dieren zijn eukaryoten. | | **Microbiota** | De gemeenschap van micro-organismen (bacteriën, schimmels, virussen, etc.) die op of in een organisme leven. Een gezonde microbiota is essentieel voor de gezondheid en immuniteit van de gastheer. | | **Pathogeen** | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken. Pathogenen kunnen obligaat zijn (altijd ziekte veroorzaken) of facultatief (alleen ziekte veroorzaken onder specifieke omstandigheden). | | **Facultatief Pathogeen** | Een micro-organisme dat onder normale omstandigheden niet pathogeen is, maar ziekte kan veroorzaken wanneer de afweer van de gastheer verzwakt is, of wanneer het zich op een 'verkeerde' plaats in het lichaam bevindt. Het is vaak onderdeel van de normale microbiota. | | **Obligaat Pathogeen** | Een micro-organisme dat altijd ziekte veroorzaakt wanneer het aanwezig is in of op het lichaam van de gastheer, ongeacht de omstandigheden of de toestand van de afweer. Deze micro-organismen zijn geen onderdeel van de normale microbiota. | | **Peptidoglycaan** | Een complex polymeer dat een cruciaal bestanddeel vormt van de celwand van bacteriën. Het bestaat uit een ruggengraat van N-acetylmuraminezuur (NAM) en N-acetylglucosamine (NAG) versterkt door peptidebruggen, wat de celwand stevigheid en vorm geeft. | | **Endotoxine** | Een toxisch component van de celwand van gram-negatieve bacteriën, voornamelijk lipide A van lipopolysachariden (LPS). Endotoxines kunnen ernstige ontstekingsreacties en systemische effecten veroorzaken zoals koorts en shock wanneer ze vrijkomen in de bloedbaan. | | **Exotoxine** | Een toxine dat door bacteriën wordt geproduceerd en actief wordt gesecerreerd uit de cel. Exotoxines zijn vaak eiwitten met specifieke doelwitten en kunnen verwoestende effecten hebben op de gastheer, zoals het verstoren van celmetabolisme of het vormen van poriën. | | **Biofilm** | Een gemeenschap van micro-organismen ingebed in een zelfgeproduceerde extracellulaire polymere substantie (EPS) die zich hecht aan oppervlakken. Biofilms bieden bescherming tegen afweersystemen en antimicrobiële middelen, wat leidt tot persistente infecties. | | **MIC (Minimale Inhibitorische Concentratie)** | De laagste concentratie van een antimicrobieel middel die de zichtbare groei van een bacterie in vitro remt. | | **MBC (Minimale Bactericide Concentratie)** | De laagste concentratie van een antimicrobieel middel die 99,9% van een bacteriepopulatie in vitro doodt. | | **Mycose** | Een infectie veroorzaakt door schimmels (fungi). Dit kan variëren van oppervlakkige huidinfecties tot systemische infecties in organen, afhankelijk van de schimmelsoort en de toestand van de gastheer. | | **Mycotoxicose** | Een ziekte die wordt veroorzaakt door de inname van mycotoxines, toxische metabolieten geproduceerd door schimmels. Deze toxines zijn vaak niet-eiwitachtig en kunnen lethaal zijn of diverse gezondheidsproblemen veroorzaken, ook bij lage concentraties. | | **Zoönose** | Een infectieziekte die van dier op mens kan overgaan. Veel bacteriën en schimmels die bij dieren voorkomen, kunnen ook infecties bij mensen veroorzaken. | --- ## Algemene Bacteriologie ### Prokaryoten vs Eukaryoten Bacteriën zijn **prokaryoten**, wat betekent dat hun cellen geen celkern of gespecialiseerde organellen hebben. In tegenstelling hiermee zijn schimmels **eukaryoten**, met een gedefinieerde celkern en organellen. Dit verschil is cruciaal voor de werking van veel antibiotica die gericht zijn op specifieke prokaryotische structuren. ### Pathogene vs Normale Microbiota De meeste bacteriën zijn vrijlevend en niet pathogeen; ze spelen een rol in de ecologie en kunnen zelfs nuttig zijn door het onderdrukken van pathogenen of het helpen bij de vertering van voedingsstoffen. Een klein deel is echter pathogeen. * **Facultatieve pathogenen**: Worden alleen pathogeen onder specifieke omstandigheden, zoals verzwakte immuniteit of in een verstoorde omgeving (bv. wonde). * **Obligate pathogenen**: Zijn altijd pathogeen wanneer ze aanwezig zijn in het lichaam. Pathogeniteit kan ook gericht zijn op specifieke gastheersoorten: * **Pathogeen voor dier**: Ziekteverwekkend voor een specifieke diersoort. * **Zoönose**: Ziekteverwekkend voor zowel dier als mens (bijvoorbeeld Salmonella). * **Antroponose**: Ziekteverwekkend voor dier, overgedragen door de mens. ### Bacteriële Celstructuur #### Morfologie en Grootte Bacteriën variëren in grootte, meestal rond de 2 µm, en worden onderzocht na kleuring. De vorm (coccoïd, bacil, fusiform, spiraalvormig) is een belangrijk identificatiekenmerk. #### Celwand De celwand, meestal bestaande uit peptidoglycaan, is essentieel voor de stevigheid en vorm van de bacterie. Gram-positieve bacteriën hebben een dikke laag peptidoglycaan, terwijl gram-negatieve bacteriën een dunnere laag hebben tussen twee membranen. #### Gramkleuring De Gram-kleuring is een cruciale techniek om bacteriën te differentiëren op basis van hun celwandsamenstelling: * **Gram-positief**: Kleurt paars door de dikke peptidoglycaanlaag die de kleurstof vasthoudt. * **Gram-negatief**: Kleurt roze, omdat de dunne peptidoglycaanlaag en de buitenste membraan de kleurstof niet goed vasthouden. #### Chemische Samenstelling Bacteriën bevatten genetisch materiaal (chromosoom, plasmiden), een plasmamembraan, cytoplasma met ribosomen (70S), en soms aanhangsels zoals flagellen en pili, evenals structuren zoals een kapsel. #### Plasmembraan De plasmamembraan is een dubbele laag van fosfolipiden, glycolipiden en eiwitten. Bij de meeste bacteriën ontbreken sterolen, met uitzondering van Mycoplasma en Ureaplasma. #### Cytoplasma Het cytoplasma van bacteriën bevat geen gespecialiseerde organellen zoals ER, Golgi of mitochondriën. Het 70S-ribosoom is wel aanwezig voor eiwitsynthese. ### Genetisch Materiaal en Virulentiefactoren #### Plasmiden Plasmiden zijn circulaire, extrachromosomale DNA-moleculen die vaak genen voor virulentie en antibioticaresistentie bevatten. Ze kunnen tussen bacteriën worden overgedragen, wat bijdraagt aan de snelle verspreiding van resistentie. #### Genomische Eilanden Genomische eilanden zijn DNA-fragmenten die in het chromosoom of plasmiden zijn geïntegreerd. * **Pathogeniteitseilanden**: Bevatten genen die coderen voor virulentiefactoren en stellen bacteriën in staat om gastheercellen te infecteren en te overleven. * **Resistentie-eilanden**: Bevatten genen die coderen voor antimicrobiële resistentie, wat de verspreiding van resistentie vergemakkelijkt. ### Celwand Componenten #### Peptidoglycaan Het peptidoglycaan is een polymeer van N-acetylmuraminezuur (NAM) en N-acetylglucosamine (NAG), versterkt door peptidebruggen. Bij de synthese hiervan worden penicillinebindende eiwitten (PBPs) gebruikt, die een doelwit zijn voor bèta-lactam antibiotica. #### Gram-positieve Celwand Kenmerkt zich door een dikke laag peptidoglycaan, teichoïnezuren en lipoteichoïnezuren. Deze laatste twee kunnen als oppervlakte-antigenen fungeren en ontstekingsreacties uitlokken. #### Bijzondere Gram-positieve Celwand Sommige gram-positieve bacteriën, zoals Mycobacteriën, hebben een lipiderijke celwand (mycomembraan) die hen zeer resistent maakt tegen fagocytose en antimicrobiële middelen, wat leidt tot persistentie en granuloomvorming. #### Gram-negatieve Celwand Bestaat uit een dunne laag peptidoglycaan, ingebed tussen een binnenste en een buitenste membraan. De buitenste membraan bevat lipopolysachariden (LPS), waaronder lipide A, dat fungeert als een krachtig endotoxine. Porines in de buitenste membraan reguleren de passage van kleine moleculen. ### Aanhangsels en Virulentiefactoren #### Kapsel Een buitenste laag (polysacharide of eiwit) die helpt bij adhesie, beschermt tegen omgevingsfactoren en fagocytose, en de pathogeniteit kan verhogen. #### Flagellen Flagellen zorgen voor beweeglijkheid en bevatten H-antigenen die door het immuunsysteem worden herkend. #### Pili en Fimbriae Korte, haarachtige aanhangsels die essentieel zijn voor adhesie aan gastheercellen (fimbriae) en genetische uitwisseling (conjugatieve pili). F-antigenen worden gebruikt voor typering. ### Metabolisme en Groei #### Chemische en Fysische Voorwaarden Bacteriën vereisen specifieke koolstof- en energiebronnen (meestal chemo-heterotroof) en optimale pH (rond 7-7.5), temperatuur en vochtigheid voor groei. #### Zuurstofgevoeligheid Bacteriën worden ingedeeld op basis van hun zuurstofbehoefte: * **Obligaat aeroob**: Vereist zuurstof. * **Facultatief anaëroob**: Kan in aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof groeien. * **Micro-aërofiel**: Vereist zuurstof in lage concentraties. * **Obligaat anaëroob**: Kan niet overleven in aanwezigheid van zuurstof. #### Temperatuur Bacteriën hebben specifieke temperatuuroptima voor groei. Sporevormers kunnen hogere temperaturen overleven. #### Vocht en Osmotische Druk Vocht is essentieel voor groei. Osmotische druk speelt een rol; pathogene bacteriën groeien het best in een isotoon milieu. ### Bacteriële Genetica #### Genexpressie en Regulatie Bacteriële genexpressie wordt sterk gereguleerd door omgevingsfactoren, zoals de aanwezigheid van nutriënten, zuurstof en temperatuur. Operons maken de efficiënte transcriptie van gerelateerde genen mogelijk. #### Replicatie en Overdracht ##### Plasmiden Plasmiden repliceren onafhankelijk van het chromosoom en kunnen virulentie- en resistentiegenen bevatten die horizontaal worden overgedragen. ##### Transformatie Opname van 'naakt' DNA uit de omgeving en recombinatie in het eigen genoom. ##### Transductie Overdracht van bacterieel DNA van de ene bacterie naar de andere via bacteriofagen. ##### Conjugatie Directe overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriën via een pilus, vaak plasmide-gemedieerd. ##### Mobiele Genetische Elementen Insertiesequenties en transposons kunnen 'springen' in het DNA, wat kan leiden tot mutaties of de overdracht van genen zoals resistentiegenen. ### Antimicrobiële Gevoeligheid en Resistentie #### Mechanismen van Resistentie Resistentie kan optreden door structurele veranderingen van het doelwit, verhoogde synthese van het doelwit, alternatieve metabole paden, verminderde opname of verhoogde excretie van het antimicrobiële middel, of productie van enzymen die het middel inactiveren. #### Selectiedruk Het gebruik van antibiotica creëert selectiedruk, waarbij resistente bacteriën overleven en zich vermenigvuldigen, wat leidt tot de opkomst van resistentie. #### Antibiotica ##### Bactericide vs. Bacteriostatisch * **Bactericide**: Middelen die bacteriën doden. * **Bacteriostatisch**: Middelen die de groei van bacteriën remmen, waarbij de gastheerimmuniteit de resterende bacteriën opruimt. ##### Antimicrobieel Spectrum Antibiotica hebben een specifiek werkingsgebied (spectrum) tegen bepaalde bacteriën. Dit kan nauw of breed zijn. ##### Therapeutische Index De verhouding tussen de toxische dosis (TD) en de effectieve dosis (ED) van een antimicrobieel middel. Een hogere therapeutische index duidt op een veiliger medicijn. ##### Gebruik en Gevolgen Antibiotica kunnen de normale microbiota verstoren, wat kan leiden tot dysbiose en secundaire infecties, zoals Clostridioides difficile infecties bij de mens. Overmatig gebruik bevordert antibioticaresistentie. ### Afweer tegen Bacteriële Infecties #### Aangeboren vs. Verworven Immuniteit * **Aangeboren immuniteit**: Snel, niet-specifiek, herkent algemene bacteriële patronen (bv. LPS). * **Verworven immuniteit**: Langzamer, zeer specifiek, genereert geheugen (antistoffen, T-cellen). #### Bacteriële Virulentiefactoren die Afweer Ontwijken Bacteriën ontwikkelen diverse mechanismen om de immuunrespons te omzeilen, waaronder kapselvorming, productie van toxines die immuuncellen doden, intracellulaire overleving, en enzymen die complementcomponenten afbreken. ### Pathogenese van Bacteriële Infecties #### Invasie Bacteriën kunnen invasief zijn door directe invasie van weefsels, of door het vermijden van fagocytose en het binnendringen van gastheercellen (facultatief of obligaat intracellulair). #### Toxine Productie Exotoxines (gesecerreerd) en endotoxines (celwandcomponenten) spelen een cruciale rol bij het veroorzaken van schade en ziekte. #### Gastheerrespons op Bacteriële Componenten Componenten zoals LPS en lipoteichoïnezuren kunnen via Toll-like Receptors (TLRs) een immuunrespons opwekken, wat kan leiden tot ontsteking, koorts, en bij ernstige gevallen, septische shock. #### Secretiesystemen Gram-negatieve bacteriën gebruiken Type III en Type IV secretiesystemen om eiwitten direct in gastheercellen te injecteren, wat essentieel is voor invasie en pathogenese. #### Biofilms Bacteriën in biofilms zijn significant minder gevoelig voor antibiotica en afweermechanismen, wat leidt tot chronische en moeilijk te behandelen infecties. ### Bijzondere Bacteriële Groepen #### Enterobacteriaceae Een grote familie van gram-negatieve, facultatief anaërobe staven. * **Escherichia coli (E. coli)**: Veelzijdig pathogeen, normale darmbewoner, met specifieke pathotypes (bv. ETEC, EHEC) die ziekten veroorzaken via fimbriae en toxines. * **Salmonella**: Facultatief intracellulair, veroorzaakt enteritis en systemische infecties. Gastheerspecificiteit is belangrijk voor pathogenese. * **Yersinia**: Facultatief intracellulair, veroorzaakt diverse ziekten bij verschillende diersoorten, vaak met lever- en miltnecrose. * **Proteus**: Bekend om uitzwermen op agar, wat diagnostische problemen kan veroorzaken. #### Pasteurellaceae Gram-negatieve, facultatief anaërobe, obligaat symbiotische bacteriën die vaak septicemie veroorzaken. * **Pasteurella multocida**: Veroorzaakt diverse ziekten, waaronder rhinitis en pneumonie, en wordt gekenmerkt door een kapsel. De samenwerking met Bordetella bronchiseptica is belangrijk bij atrofische rhinitis bij varkens. * **Mannheimia haemolytica**: Belangrijk bij pneumonie bij herkauwers, gekenmerkt door een kapsel en hemolytische activiteit. * **Bibersteinia trehalosi**: Veroorzaakt acute sterfte bij jonge schapen door septicemie. * **Haemophilus/Glaesserella parasuis**: Veroorzaakt ziekte van Glässer bij varkens, NAD-afhankelijk. * **Histophilus somni**: Veroorzaakt trombotische meningo-encefalitis (TME) bij herkauwers. #### Pseudomonas Gram-negatieve, obligaat aërobe bacteriën, vaak geassocieerd met wondinfecties en moeilijk te behandelen infecties vanwege intrinsieke en verworven resistentie. #### Taylorella equigenitalis Oorzaak van Contagieuze Equine Metritis (CEM), een venerische ziekte bij paarden. Vereist specifieke kweekomstandigheden (capnofiel). #### Brucella Gram-negatieve, facultatief intracellulaire, obligaat pathogene bacteriën die vruchtbaarheidsstoornissen en abortus veroorzaken en wettelijk bestreden worden. Ze zijn moeilijk te kweken en worden soms verward met Yersinia in serologische tests. #### Bordetella bronchiseptica Gram-negatief, facultatief pathogeen dat ciliostase veroorzaakt in de luchtwegen, wat de weg vrijmaakt voor secundaire infecties zoals kennelhoest en atrofische rhinitis. #### Francisella tularensis Een facultatief intracellulaire kiem die tularaemie veroorzaakt, een wettelijk bestreden zoönose met vergelijkbare letsels als Yersinia. #### Campylobacter Gram-negatieve, kommavormige bacteriën, een belangrijke oorzaak van voedselgebonden gastro-enteritis. Vereist micro-aërofiele kweekomstandigheden en is geassocieerd met Guillain-Barré syndroom. #### Helicobacter Gram-negatieve, micro-aërofiele bacteriën, aanwezig in het maag-darmkanaal. Produceren urease voor maagzuur neutralisatie en kunnen gastritis en ulcera veroorzaken. #### Bartonella henselae Oorzaak van kattenkrabziekte bij de mens, overgedragen via vlooien. Veroorzaakt bacteriëmie en lymfadenitis. #### Coxiella burnetii Veroorzaakt Q-koorts, een zoönose die vaak via ingestie van stof uit uitwerpselen wordt overgedragen. Persisteert in herkauwers en kan abortus veroorzaken. #### Lawsonia intracellularis Een obligaat intracellulaire kiem die proliferatieve enteropathie veroorzaakt bij varkens en paarden, gekenmerkt door abnormale celproliferatie in de darmwand. #### Actinobacteria Tragere groei, met een lipiderijke celwand die resistentie biedt. * **Corynebacterium**: Veroorzaakt urineweginfecties (bv. renale) en caseuze lymfadenitis (bv. pseudotuberculosis). * **Dermatophilus congolensis**: Veroorzaakt huidaandoeningen (dermatophilose) bij paarden, schapen en runderen, vereist vocht voor verspreiding via zoösporen. * **Rhodococcus equi**: Veroorzaakt longabcessen bij veulens, facultatief intracellulair. #### Firmicutes * **Staphylococcus**: Gram-positieve coccen, vaak te vinden op huid en mucosa. Coagulase-positieve stammen zijn virulenter en veroorzaken huidinfecties, mastitis en abcessen. MRSA en MRSP zijn problematisch door hoge resistentie. * **Streptococcus**: Gram-positieve coccen, vaak in kettingen. Meestal facultatief pathogeen, maar S. agalactiae (mastitis) en S. equi subsp. equi (droes) zijn obligaat pathogeen. Veroorzaakt etterige infecties. * **Enterococcus**: Gram-positieve coccen, geassocieerd met nosocomiale infecties en multiresistentie (bv. VRE). * **Bacillus/Paenibacillus**: Gram-positieve, sporevormende staven, vaak saprofytisch. Sommige worden gebruikt als probiotica. Bacillus anthracis is een obligaat pathogeen dat miltvuur veroorzaakt. * **Clostridium**: Gram-positieve, obligaat anaërobe sporevormers. Produceren diverse exotoxines die leiden tot verschillende ziekten, zoals tetanus (neurotoxisch) en enterotoxemie (bv. C. perfringens). #### Bacteroidetes Gram-negatieve, obligaat anaërobe staven, belangrijke bewoners van de darm die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van polysachariden. Kunnen abcessen en necrose veroorzaken. #### Fusobacterium/Dichelobacter Gram-negatieve, obligaat anaërobe staven. Dichelobacter nodosus en Fusobacterium necrophorum werken synergetisch bij klauwziekten zoals stinkpoot. #### Spirochaetes Gram-negatieve, spiraalvormige, beweeglijke bacteriën. * **Leptospira**: Veroorzaakt leptospirose, een zoönose met diverse reservoirs en serotypes. Infecteert nierbuizen en kan orgaanschade veroorzaken. * **Borrelia**: Veroorzaakt Lyme-ziekte, overgedragen door teken. Ontwijkt de afweer door antigeenvariatie en biofilmvorming. * **Brachyspera**: Veroorzaakt darmontstekingen. #### Chlamydiae Obligaat intracellulaire bacteriën, moeilijk te kweken. Veroorzaken verschillende ziekten, waaronder psittacose bij vogels, wat een zoönose is. --- ## Mycologie ### Algemene Kenmerken van Fungi Fungi zijn **eukaryoten** met celwanden van chitine en andere polysachariden. Ze kunnen als schimmels (multicellulair, filamenteus) of gisten (unicellulair) voorkomen. Sommige zijn dimorf en kunnen beide vormen aannemen. ### Pathogene Fungi Een klein percentage fungi is pathogeen, vaak als facultatieve pathogenen die infecties veroorzaken bij immuungecompromitteerde gasten of bij hoge infectiedruk. ### Indeling Fungi Fungi worden ingedeeld op basis van hun morfologie en reproductiestructuren. * **Schimmels**: Vormen hyfen en mycelia, die zich voortplanten via conidia of sporangiosporen. * **Gisten**: Unicellulair, vermenigvuldigen zich door knopvorming, en kunnen pseudohyfen vormen. ### Pathogenese van Fungale Infecties #### Mycose Directe infectie en vermeerdering van de schimmel in of op de gastheer. * **Aspergillose**: Veroorzaakt door Aspergillus-soorten, vaak secundair bij immunosuppressie, met diverse manifestaties zoals respiratoire infecties en placentitis. * **Dermatomycose**: Huidinfecties veroorzaakt door dermatofyten zoals Microsporum en Trichophyton, resulterend in ringworm. #### Mycotoxicose Intoxicatie door mycotoxines, die door schimmels in voeder of op planten worden geproduceerd. Deze toxines zijn vaak hittestabiel en kunnen ernstige gezondheidsproblemen veroorzaken. #### Allergische en Immunopathologische Aandoeningen Reacties van het immuunsysteem op schimmels of hun componenten. ### Diagnostische Mycologie Diagnostiek omvat microscopisch onderzoek van letsels, kweek op specifieke media, en soms serologische tests of celulaire immuunresponstesten. Mycotoxines worden geanalyseerd met chromatografische methoden. --- ## Antibacteriële Vaccins Vaccins stimuleren de adaptieve immuunrespons zonder de gastheer te schaden. ### Levende Vaccins Bevatten levende, verzwakte micro-organismen die zich vermenigvuldigen en immuniteit opwekken. Ze bieden vaak breedere bescherming, inclusief mucosale immuniteit. Nadelen zijn mogelijke restvirulentie en interactie met antibiotica. ### Niet-Levende Vaccins Bevatten geïnactiveerde bacteriën (bacterines), toxoïden (geïnactiveerde exotoxines), of specifieke antigenen (subunitvaccins). Ze zijn over het algemeen veiliger dan levende vaccins en richten zich voornamelijk op het stimuleren van antilichaamproductie. #### Geïnactiveerde Vaccins o.b.v. Antigenen Volledige bacteriën die hitte- of formolbehandeld zijn, bevatten alle antigenen. Vereisen vaak een boostervaccinatie. #### Toxoïd Vaccins Geïnactiveerde exotoxines die het lichaam stimuleren om neutraliserende antistoffen aan te maken. #### Subunit Vaccins Bevatten specifieke bacteriele componenten (bv. fimbriae, transferrinebindende eiwitten) die cruciaal zijn voor pathogenese, geproduceerd via recombinant DNA-technologie. #### Vaccins o.b.v. DNA/mRNA Nieuwere technologieën die genetisch materiaal gebruiken om eiwitproductie in gastheercellen te induceren. --- ## Veelvoorkomende Fouten * Het overschatten van isolatieresultaten zonder rekening te houden met virulentiefactoren of de normale microbiota. * Het verwarren van bacteriële celcomponenten (endotoxine vs. exotoxine). * Het niet correct interpreteren van Gram-kleuring en de bijbehorende celwandstructuren. * Onjuiste associatie van antibiotica met gram-positieve of gram-negatieve bacteriën. * Het negeren van de rol van plasmiden en mobiele genetische elementen bij de verspreiding van resistentie. * Onderschatting van de pathogenese van facultatief intracellulaire bacteriën. * Onjuiste identificatie van schimmels versus bacteriën. * Gebrekkige kennis van de specifieke vereisten voor de kweek van bepaalde bacteriën (bv. micro-aërofiel, capnofiel). * Vergeten dat sommige essentiële concepten zoals de interactie tussen pathogenen (bv. B. bronchiseptica en P. multocida bij atrofische rhinitis) cruciaal zijn voor het begrijpen van ziektebeelden. * Het niet correct differentiëren van bacteriële ziekten van schimmelinfecties. ```

De studiehandleiding behandelt de fascinerende en complexe wereld van microbiële interacties met de mens, variërend van de basisprincipes van microbiologie tot specifieke infectieziekten, diagnostiek, behandeling en afweermechanismen. ## Microbiologie in Beweging: Een Overzicht Onze wereld wordt bevolkt door zowel zichtbare macroscopische organismen als een immens aantal microscopische levensvormen. Microscopisch gezien leven wij te midden van een diverse gemeenschap van micro-organismen, waar we zowel van afhankelijk zijn als door worden beïnvloed. De impact van micro-organismen op menselijke gezondheid en leven is immens, en nieuwe technieken versnellen de ontdekking van nieuwe soorten. We leven in "niches" met andere organismen; commensalen zijn van nature aanwezig, symbionten bieden wederzijds voordeel, en pathogenen veroorzaken ziekte. De microbiële wereld is voortdurend in beweging, gedreven door evolutie, bevolkingsgroei, mobiliteit, plasticiteit en de druk van antibiotica. Bacteriën zijn essentieel voor onze gezondheid. ### De Drie Domeinen van het Leven en de Microbiële Diversiteit De microbiologie begon met de uitvinding van de microscoop in de 17e eeuw, waarbij levende micro-organismen werden beschreven. In de 19e eeuw werd hun rol in processen als rotting en ziekte begrepen, waarbij Pasteur's experimenten de theorie van spontane generatie weerlegden. De diversiteit van eencelligen is enorm. De moderne classificatie, mede gebaseerd op 16S rRNA-sequencing, heeft geleid tot de identificatie van drie domeinen van leven: Archaea, Bacteria en Eukarya. Virussen worden hierin niet meegeteld, omdat ze obligaat intracellulaire parasieten zijn en geen eigen metabolisme hebben. De diversiteit binnen de bacteriële wereld overtreft die van de zichtbare, multicellulaire wereld ruimschoots. ### Genomische Variatie en Aanpassing bij Micro-organismen Bacteriën en virussen passen zich snel aan hun omgeving aan, veel sneller dan de mens, vanwege hun snelle voortplantingssnelheid. Experimenten met antibiotica tonen aan hoe snel bacteriën resistentie ontwikkelen via mutaties en fenotypische aanpassingen, een proces dat ook in het menselijk lichaam plaatsvindt. Virussen, zoals HIV, kunnen eveneens aanzienlijke genetische diversiteit vertonen binnen een individu, wat leidt tot resistentieontwikkeling. ### Koch's Postulaten en de Rol van Micro-organismen Koch's postulates bieden een kader om een micro-organisme als veroorzaker van een specifieke ziekte aan te wijzen. Echter, er zijn uitzonderingen: niet alle pathogenen zijn kweekbaar, en vatbaarheid varieert per individu. Veel bacteriën veroorzaken geen ziekte, en ziekte kan ook voortkomen uit een disbalans in de flora (dysbacteriose). ### Infecties en het Afweersysteem De menselijke afweer omvat fysieke barrières (huid, slijmvliezen) en een complex immuunsysteem (aangeboren en verworven). Factoren als antibiotica, chirurgie of chemotherapie kunnen de weerstand verminderen, waardoor patiënten vatbaarder worden voor infecties. Conditionele en opportunistische pathogenen maken ziek afhankelijk van de vatbaarheid van het individu. ### Microscopische Kenmerken en Gramkleuring Bacteriën worden ingedeeld op basis van hun vorm (kokken, staven) en gramkleurbaarheid, wat de samenstelling van hun celwand weerspiegelt. Gram-positieve bacteriën hebben een dikke peptidoglycaanlaag, terwijl gram-negatieve bacteriën een extra buitenmembraan met lipopolysacharide (LPS) hebben. LPS is een krachtig ontstekingsbevorderend agens (endotoxine). ### Het Bacteriële Genoom en Extra Structuren Bacteriële genomen zijn circulair en kunnen plasmiden bevatten voor extra genetische informatie, zoals antibioticaresistentie. Structuren als kapsels, flagellen en fimbriae spelen een rol in virulentie en aanhechting. Sporen bieden weerstand tegen ongunstige omstandigheden. ## Virussen: Structuur, Levenscyclus en Infectie Virussen zijn obligaat intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van de gastheercel voor hun replicatie. Ze bestaan uit genetisch materiaal (RNA of DNA) verpakt in een eiwitmantel (nucleocapside), soms met een envelop. De structuur en het type genoom bepalen de levenscyclus, transmissie en medische relevantie. Naakte virussen zijn stabieler en verspreiden zich gemakkelijker dan virussen met een envelop, die gevoeliger zijn voor omgevingsfactoren. ### Virale Levenscyclus en Immuunrespons Virussen infecteren cellen via receptor-ligand interacties, penetreren de cel, ontmantelen zich, repliceren hun genetisch materiaal en eiwitten, assembleren nieuwe virions en worden vrijgegeven via lyse of budding. De gastheer reageert met aangeboren (interferonen, NK-cellen) en verworven immuniteit (antilichamen, T-cellen). Interferonen spelen een cruciale rol in de antivirale respons door omliggende cellen te alarmeren en antivirale genen te activeren. ### Antigene Drift en Shift: Influenza als Prototype Influenza virussen ondergaan antigene drift (kleine wijzigingen) en antigene shift (grote veranderingen), wat leidt tot de noodzaak van jaarlijkse vaccinatie en de mogelijkheid van pandemieën. De pathogenese van influenza omvat een interactie tussen virale replicatie, het immuunsysteem en de uiteindelijke symptomen, vaak veroorzaakt door de immuunrespons zelf (cytokine storm). ## Antibiotica en Antivirale Middelen ### Antibiotica: Werking, Toepassing en Resistentie Antibiotica worden geproduceerd door micro-organismen en remmen selectief bacteriegroei door aangrijping op specifieke doelwitten zoals celwandsynthese, eiwitsynthese, nucleïnezuursynthese of metabole pathways. Het juiste gebruik van antibiotica is cruciaal om resistentieontwikkeling te voorkomen. Dit vereist kennis van farmacokinetiek (PK) en farmacodynamiek (PD) in de driehoeksverhouding patiënt-bacterie-antibioticum. De gevoeligheid van bacteriën wordt bepaald door MIC-waarden en klinische breekpunten. ### Antivirale Middelen (Virostatica) Antivirale middelen grijpen in op specifieke stappen van de virale levenscyclus, zoals replicatie, translatie of virale enzymen (bv. reverse transcriptase, protease). Resistentie is ook hier een uitdaging. ## De Normale Flora en Infecties ### Barrières tegen Micro-organismen Het lichaam beschikt over fysieke barrières (huid, slijmvliezen), chemische barrières (maagzuur, lysosyme) en microbiologische barrières (de normale flora) om kolonisatie en infectie te voorkomen. De normale flora speelt een cruciale rol in de kolonisatieresistentie en draagt bij aan de gezondheid. ### Diverse Microbiële Nishes en Hun Flora Verschillende lichaamsoppervlakken en tractussen hebben specifieke microbiële gemeenschappen, aangepast aan lokale omstandigheden zoals zuurgraad, zuurstofgehalte en voedingsstoffen. Verstoring van deze flora (dysbacteriose) kan leiden tot opportunistische infecties. ### Belangrijke Bacteriële Verwekkers * **Stafylokokken:** Gram-positieve kokken, vaak in trosjes. *Staphylococcus aureus* is potentieel pathogeen en produceert virulentiefactoren. *Staphylococcus epidermidis* is een commensale huidbacterie die problemen kan veroorzaken op lichaamsvreemde materialen. * **Streptokokken:** Gram-positieve kokken, vaak in kettingen. *Streptococcus pyogenes* (groep A) is pathogeen en veroorzaakt diverse infecties. *Streptococcus pneumoniae* is een belangrijke verwekker van luchtweginfecties en meningitis. * **E. coli:** Een gram-negatieve staaf, deel van de normale darmflora. Uropathogene stammen (UPEC) veroorzaken urineweginfecties, terwijl enteropathogene stammen gastro-intestinale infecties veroorzaken. * **Meningokokken (*Neisseria meningitidis*):** Gram-negatieve diplokokken, verwekker van meningitis. Overdracht vindt plaats via druppels, en virulentie hangt af van stam en gastheerfactoren. ### Infecties met Intracellulaire Pathogenen (Prototype: Tuberculose) * **Mycobacteriën:** Kenmerkend door hun celwand met mycolzuren, wat hen resistent maakt tegen uitdroging en fagocytose. *Mycobacterium tuberculosis* veroorzaakt tuberculose, een chronische ziekte die voornamelijk de longen aantast maar ook andere organen kan betreffen. Overdracht gebeurt via aerosolen. * **Pathogenese van TBC:** Mycobacteriën worden opgenomen door macrofagen, maar remmen hun fagolysosoom-fusie en repliceren intracellulair. Persisters vormen een uitdaging voor de behandeling. Immuniteit berust op Th1-responsen en geactiveerde macrofagen. Granulomen ontstaan bij onvolledige eliminatie. * **Diagnostiek van TBC:** Omvat microscopie (zuurvaste kleuring), kweek (langdurig) en moleculaire technieken (PCR). IGRA's meten de immuunrespons op specifieke antigenen. ### Infecties met Fungi * **Gisten en Schimmels:** Fungi variëren van eencellige gisten tot meercellige schimmels met hyfen. Ze komen voor in de omgeving en als commensalen. * **Candida spp.:** Vaak voorkomende opportunistische pathogenen, vooral bij verstoorde barrières of immuunsuppressie. Veroorzaken oppervlakkige infecties (spruw, vaginitis) en diepe infecties bij immuungecompromitteerde patiënten. * **Aspergillus spp.:** Omgevingsschimmels die longinfecties (aspergillose) veroorzaken, met name bij verminderde immuniteit of beschadigde luchtwegen. * **Diagnostiek en Behandeling:** Mycosen worden gediagnosticeerd via microscopie, kweek en moleculaire technieken. Behandeling gebeurt met antimycotica die de celmembraan of celwand beïnvloeden. ### Infecties met Protozoa Protozoa zijn eencellige eukaryoten die diverse ziekten veroorzaken, vaak in tropische gebieden. Transmissie kan via vectoren (muggen, vliegen), fecaal-oraal (cysten) of seksueel plaatsvinden. Belangrijke voorbeelden zijn malaria (*Plasmodium*), slaapziekte (*Trypanosoma*), leishmaniasis, amoebiasis (*Entamoeba histolytica*) en toxoplasmose (*Toxoplasma gondii*). Protozoa hebben diverse mechanismen om aan de immuunrespons te ontkomen, zoals polymorfisme van oppervlakte-antigenen en intracellulair schuilen. ### Worminfecties (Helminthen) en Importpathologie Wormen, zoals lintwormen (*Taenia*), spoelwormen (*Ascaris*) en platwormen (*Schistosoma*), kunnen complexe levenscycli hebben met tussen- en eindgastheren. Infecties kunnen leiden tot chronische ziekten, malnutritie en schade aan organen. Diagnose gebeurt vaak via eieren in feces of serologie. Importpathologie, veroorzaakt door infecties die typisch zijn voor tropische gebieden, wordt steeds relevanter door toegenomen reizen en migratie. ### Prionen: Infectieuze Eiwitten Prionen zijn geen levende micro-organismen, maar abnormaal gevouwen eiwitten die andere eiwitten kunnen omzetten in dezelfde abnormale conformatie. Dit leidt tot neurodegeneratieve ziekten zoals de Ziekte van Creutzfeldt-Jakob (CJD) en Bovine Spongiforme Encefalopathie (BSE). Ze zijn resistent tegen hitte en chemicaliën en veroorzaken een immuunrespons door neerslag in de hersenen. ### Chronische Virale Infecties (Prototype: HIV) Chronische virale infecties worden gekenmerkt doordat het virus niet volledig uit het lichaam wordt geëlimineerd, wat kan leiden tot langdurige replicatie of latentie. HIV, een retrovirus, infecteert CD4+ T-cellen en macrofagen, wat leidt tot immuundeficiëntie en AIDS. Transmissie vindt plaats via bloed, seksueel contact en van moeder op kind. Diagnostiek omvat het aantonen van antilichamen (serologie), virale antigenen (p24) en virale lading (PCR). Behandeling met antiretrovirale therapie (cART) onderdrukt de replicatie, maar genezing is nog niet mogelijk. ## Immuunrespons en Virale Pathogenese De gastheer reageert op virale infecties met een aangeboren immuunrespons (interferonen, NK-cellen) en een verworven immuunrespons (antilichamen, CD8+ T-cellen). Virussen hebben diverse strategieën ontwikkeld om aan deze afweer te ontkomen, waaronder het blokkeren van MHC-presentatie, het produceren van immuunmodulerende eiwitten, latentie en antigene variatie. De symptomen van virale infecties zijn vaak het gevolg van de immuunrespons zelf, zoals een cytokine storm. ## Diagnostiek van Infectieziekten Het medisch microbiologisch laboratorium speelt een cruciale rol bij het aantonen van infecties, het identificeren van verwekkers en het bepalen van gevoeligheid voor antimicrobiële middelen. Technieken omvatten microscopie, kweek, antigeendetectie, moleculaire detectie (PCR) en serologie. ### Directe Detectie * **Microscopie:** Nuttig voor bacteriën (Gramkleuring, zuurvaste kleuring) en zichtbare fungi/protozoa. Virussen zijn hiervoor te klein en worden indirect gedetecteerd (cytopathogeen effect, fluorescentie). * **Niet-microscopische methoden:** Antigeentesten en PCR-gebaseerde methoden maken snelle en specifieke detectie mogelijk, ook voor moeilijk kweekbare pathogenen en virussen. ### Kweek en Identificatie Kweek op specifieke media is essentieel voor het isoleren en identificeren van bacteriën, schimmels en virussen. MALDI-TOF massaspectrometrie biedt een snelle identificatiemethode voor bacteriën. ### Moleculaire Amplificatie (PCR) PCR is een gevoelige en specifieke techniek voor het aantonen van pathogenen, resistentiegenen en het typeren van stammen, toepasbaar op diverse pathogenen. ### Serologie Serologische tests detecteren antilichamen in het serum van de patiënt, wat wijst op contact met een pathogeen. IgM wijst op een recente infectie, IgG op een doorgemaakte infectie of immuniteit. De interpretatie is echter afhankelijk van de klinische context en het type infectie (bv. latentie, vaccinatie). ## Importpathologie en Tropische Geneeskunde Importpathologie betreft infectieziekten die uit tropische of sub-tropische regio's worden meegenomen. Met toenemende globalisering worden deze infecties ook in gematigde klimaten relevanter. Diagnose en behandeling vereisen specifieke expertise en diagnostische mogelijkheden. --- Deze studiehandleiding biedt een uitgebreid overzicht van de belangrijkste concepten en onderwerpen met betrekking tot infectieziekten. Bestudeer de details van elke sectie grondig, met bijzondere aandacht voor de mechanismen van pathogeniteit, afweerreacties, diagnostiek en behandeling. Succes met uw voorbereiding!

## Woordenlijst | Term | Definitie | |---|---| | **Commensalen** | Micro-organismen die van nature in of op de gastheer aanwezig zijn en hierbij geen nadeel ondervinden. | | **Symbionten** | Micro-organismen waarmee een langdurige, wederzijds voordelige samenlevingsrelatie bestaat. | | **Pathogenen** | Ziekteverwekkende micro-organismen die nadelige effecten veroorzaken bij de gastheer. | | **Microbioom** | Het geheel van micro-organismen, hun genomen en de omgeving waarin ze zich bevinden, zoals de menselijke darmflora. | | **Virulentie** | De mate waarin een micro-organisme in staat is ziekte te veroorzaken, mede bepaald door zijn vermogen tot aanhechting, invasie en de productie van toxines. | | **Vatbaarheid** | De gevoeligheid van een gastheer voor een infectie, beïnvloed door factoren zoals de toestand van het immuunsysteem en de integriteit van barrières. | | **Kiem** | Een algemene term voor een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken, zoals een bacterie, virus of schimmel. | | **Kolonisatieresistentie** | Het vermogen van de normale microflora om te voorkomen dat andere micro-organismen zich vestigen door competitie om ruimte en voedingsstoffen. | | **Fenotypische variatie** | Verschillen in de expressie van genen die leiden tot waarneembare verschillen in eigenschappen, zonder genetische mutatie. | | **Horizontal gentransfer** | Het overdragen van genetisch materiaal tussen individuen van dezelfde of verschillende soorten, niet via voortplanting. |

# Microbiële celstructuur en functie Dit onderwerp behandelt de fundamentele structuren van microbiële cellen, de verschillen tussen prokaryoten en eukaryoten, en de diversiteit in celenvelopstructuren, oppervlaktestructuren en inclusies. ## 1.1 De celomhulsel (The cell envelope) De celomhulsel is de buitenste laag van een microbiële cel en bestaat uit het cytoplasmatische membraan, de celwand en, bij sommige micro-organismen, een buitenmembraan. ### 1.1.1 Het cytoplasmatische membraan Het cytoplasmatische membraan scheidt het cytoplasma van de omgeving en reguleert de passage van stoffen de cel in en uit. * **Functies:** * Selectieve permeabiliteit: Reguleert transport van moleculen. * Energiemetabolisme: Cruciaal voor het genereren van de protonmotiv force (PMF) voor ATP-synthese. * Verankering van eiwitten: Essentieel voor diverse cellulaire functies. * **Structuur:** Bestaat uit een fosfolipide dubbellaag met geïntegreerde en perifere eiwitten. De hydrofobe vetzuurstaarten wijzen naar binnen, terwijl de hydrofiele fosfaatkoppen naar buiten en binnen wijzen. * **Transport door het membraan:** * **Passief transport:** Geen energie vereist; beweging volgens de concentratiegradiënt. * Simpel transport: Eiwitkanaal of drager. * Gefaciliteerde diffusie: Gebruikt een drager-eiwit, geen energie vereist. * **Actief transport:** Vereist energie (vaak PMF of ATP) om stoffen tegen de concentratiegradiënt in te transporteren. * **Symport:** Twee stoffen bewegen in dezelfde richting. * **Antiport:** Twee stoffen bewegen in tegengestelde richtingen. * **Groepstranslocatie:** De te transporteren stof wordt chemisch gemodificeerd tijdens het transport, wat een concentratiegradiënt creëert (bv. fosfotransferase-systeem). * **ABC (ATP-binding cassette) systemen:** Vereisen ATP voor transport en bestaan uit een substraat-bindend eiwit, een transmembraan kanaal en een ATP-hydrolyserend eiwit. ### 1.1.2 De celwand De celwand biedt structurele ondersteuning en beschermt de cel tegen osmotische druk. De samenstelling varieert sterk tussen verschillende groepen micro-organismen. * **Bacteriën:** * **Peptidoglycaan (PG):** Een uniek en cruciaal bestanddeel van de bacteriële celwand. * Structuur: Bestaat uit een polymeer van N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM) verbonden door $\beta$-1,4-glycosidische bindingen. Korte peptideketens zijn gebonden aan NAM. * Cross-linking: Peptideketens van verschillende glycaanketens worden onderling verbonden door peptidebruggen, wat de wand stevigheid geeft. Bij Gram-positieven komen vaak L-aminozuren en D-aminozuren voor, waaronder D-alaninyl-D-alanine als cross-linking punt. * **Gram-positieve celwand:** Dikke laag peptidoglycaan (tot 90% van de wand), gestabiliseerd door teichoïne zuren en lipoteichoïne zuren die covalent gebonden zijn aan het membraan. * **Gram-negatieve celwand:** Dunner peptidoglycaanlaag, gelegen in het periplasma tussen het cytoplasmatische membraan en een buitenmembraan. * **Buitenmembraan:** Een tweede lipide dubbellaag die lipopolysacchariden (LPS) bevat. LPS dient als oppervlakteherkenning, bevat endotoxinen (lipide A) en vormt poriën voor selectief transport. * **Periplasma:** De ruimte tussen het cytoplasmatische membraan en het buitenmembraan, die diverse enzymen en transporteiwitten bevat. * **Archaea:** * **Geen peptidoglycaan:** Celwanden zijn opgebouwd uit andere polysacchariden, eiwitten of glycoproteïnen. * **S-laag (Surface layer):** Een veelvoorkomende buitenste laag bestaande uit parakristallijne structuren van eiwitten of glycoproteïnen. * **Pseudomureïne:** Sommige Archaea (bv. methanogenen) hebben een celwand die lijkt op peptidoglycaan, maar met $\beta$-1,3-verbindingen en L-aminozuren. * **Cell-less microbes:** Sommige micro-organismen (bv. Mycoplasma) missen een celwand en leven in omgevingen zonder grote osmotische druk. ### 1.1.3 Diversiteit in celomhulselstructuren Naast de algemene structuren zijn er diverse varianten en aanvullende lagen: * **S-lagen:** Kunnen ook voorkomen bij bacteriën en dienen als beschermende of structurerende laag. * **Kapsels en slijmlagen (Polysaccharide coatings):** Losse of compacte polysaccharidenlagen buiten de celwand die helpen bij hechting, biofilmvorming en bescherming tegen uitdroging en fagocytose. * **Fimbriae en pili:** Filamentachtige eiwitstructuren aan het celoppervlak die betrokken zijn bij hechting aan oppervlakken, beweging (twitching motility) en genetische uitwisseling (conjugatie via seks-pili). * **Hami (Archaea):** Haakachtige structuren voor hechting aan oppervlakken en vorming van biofilms. ## 1.2 Cellulaire inclusies en speciale structuren Micro-organismen slaan reserves op in cellulaire inclusies en kunnen gespecialiseerde structuren vormen voor overleving. * **Cellulaire inclusies:** * **Opslagpolymeren:** Poly- $\beta$-hydroxybutyraat (PHB) en glycogeen voor koolstof- en energieopslag. * **Polyfosfaatgranules:** Opslag van anorganisch fosfaat. * **Zwavellichaampjes:** Opslag van zwavel, vaak geoxideerd tot sulfaat. * **Gasvesikels:** Holle structuren die drijfvermogen geven, essentieel voor fototrofe bacteriën in water. * **Magnetosomen:** Kleine deeltjes ijzeroxide die de cel helpen zich te oriënteren in een magnetisch veld (magnetotaxis). * **Endosporen:** * **Functie:** Hoog gedifferentieerde, slapende structuren gevormd door sommige bacteriën (voornamelijk Firmicutes) onder ongunstige omstandigheden. Ze zijn extreem resistent tegen hitte, droogte, straling en chemicaliën. * **Vorming (Sporulatie):** Een complex proces van cel differentiatie. * **Structuur:** Meerdere beschermende lagen, waaronder een kern, cortex, sporemantel en exosporium. Bevatten dipicolinezuur in complex met calciumionen, wat bijdraagt aan de dehydratie en stabiliteit van het DNA. ## 1.3 Celbeweging Veel micro-organismen kunnen zich bewegen, wat cruciaal is voor het vinden van voedsel, het ontsnappen aan schadelijke omstandigheden of het koloniseren van nieuwe niches. * **Flagella en archaella:** Lange, filamentachtige structuren die roteren en celbeweging in vloeistoffen aandrijven. * **Bacteriële flagella:** Aangedreven door de protonmotiv force (PMF). * **Archaella:** Structureel verwant aan pili, aangedreven door ATP-hydrolyse. * **Oppervlaktebeweging:** * **Twitching motility:** Aangedreven door type IV pili die zich aan het oppervlak hechten en de cel naar voren trekken. * **Sliding motility:** Continue beweging langs het oppervlak zonder externe structuren. * **Chemotaxtaxis:** Gerichte beweging van cellen als reactie op chemische gradiënten. ## 1.4 Eukaryotische microbiële cellen Eukaryote microben (zoals gisten en schimmels) hebben complexe celstructuren vergelijkbaar met planten- en dierencellen. * **Organellen:** Bevatten membraangebonden organellen zoals mitochondriën (voor energieproductie) en chloroplasten (voor fotosynthese). * **Mitochondriën en chloroplasten:** Hun oorsprong wordt verklaard door de endosymbiontentheorie, waarbij ze afstammen van vrijlevende bacteriën. ## 1.5 Celgroei en celdeling * **Binaire fissie:** De primaire manier van aseksuele voortplanting bij prokaryoten, waarbij een cel zich in twee identieke dochtercellen deelt na replicatie van het genetisch materiaal. * **Groeicyclus:** Een typische groeicurve in een batchcultuur omvat een lag-fase (acclimatisatie), exponentiële fase (snelle groei), stationaire fase (evenwicht tussen groei en afsterven) en afsterffase (netto afname van cellen). * **Groeiomstandigheden:** Factoren zoals temperatuur, pH, osmolariteit en zuurstofgehalte beïnvloeden de groeisnelheid en het type micro-organisme dat kan gedijen. ## 1.6 Control van microbiële groei Verschillende methoden worden gebruikt om microbiële groei te beheersen, variërend van fysieke methoden zoals hitte en straling tot chemische agentia en antibiotica. * **Sterilisatie en desinfectie:** Methoden om micro-organismen te doden of hun groei te remmen. * **Antimicrobiële middelen:** Werken op specifieke doelwitten in de cel, zoals de celwand, eiwitsynthese of nucleïnezuursynthese. Resistentie tegen deze middelen is een groeiend probleem. --- **Tip:** Bestudeer de specifieke verschillen in celwandstructuur tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën, aangezien dit de basis vormt voor de Gram-kleuring en de keuze van antibiotica. Begrijp de mechanismen achter actief en passief transport over het cytoplasmatische membraan. Maak een overzicht van de belangrijkste inclusietypes en hun functies. Concentreer je op de structurele componenten die essentieel zijn voor overleving onder stress, zoals endosporen. Visualiseer de verschillende vormen van celbeweging. --- # Microbiële groei en controle Dit deel behandelt de factoren die de groei van micro-organismen beïnvloeden en de methoden om hun groei te controleren of ze te doden. ## 2 Microbiële groei en controle ### 2.1 Factoren die microbiële groei beïnvloeden Micro-organismen hebben specifieke omgevingscondities nodig om te kunnen groeien. De belangrijkste factoren die groei beïnvloeden zijn temperatuur, pH, osmolariteit en de beschikbaarheid van zuurstof. #### 2.1.1 Temperatuur Micro-organismen kunnen worden ingedeeld op basis van hun kardinale temperaturen: de minimale, optimale en maximale temperatuur waarbij groei mogelijk is. * **Psychrofielen**: Optimaal bij lage temperaturen (meestal onder 15°C). * **Mesofielen**: Optimaal bij gematigde temperaturen (tussen 20°C en 45°C), waaronder de meeste menselijke pathogenen vallen. * **Thermofielen**: Optimaal bij hoge temperaturen (tussen 45°C en 80°C). * **Hyperthermofielen**: Optimaal bij zeer hoge temperaturen (boven 80°C). Adaptaties aan koude temperaturen omvatten de productie van flexibele enzymen en membranen die bij lage temperaturen vloeibaar blijven. Adaptaties aan hoge temperaturen omvatten stabielere eiwitten met meer ionaire bindingen en hydrofobe interacties, en membraanlipiden met een hogere mate van verzadiging. #### 2.1.2 pH De pH van de omgeving heeft een grote invloed op de enzymactiviteit en de stabiliteit van cellulaire componenten. * **Neutrofielen**: Groeien optimaal rond neutrale pH (ongeveer 5.5-7.9). * **Acidofielen**: Groeien optimaal bij lage pH-waarden (onder 5.5). * **Alkalifielen**: Groeien optimaal bij hoge pH-waarden (boven 7.9). Micro-organismen handhaven vaak een interne neutrale pH, zelfs in sterk zure of alkalische omgevingen, door protonen actief uit de cel te pompen of op te nemen. #### 2.1.3 Osmolariteit en waterbeschikbaarheid De beschikbaarheid van water, gemeten als wateractiviteit ($a_w$), is cruciaal voor microbiële groei. Hoge concentraties opgeloste stoffen (zouten, suikers) verlagen de $a_w$ en kunnen water uit de cel onttrekken. * **Halofielen**: Vereisen hoge zoutconcentraties voor groei. * **Halotoleranten**: Kunnen groeien in aanwezigheid van zout, maar hebben dit niet per se nodig. * **Osmofielen**: Groeien in omgevingen met hoge suikerconcentraties. * **Xerofielen**: Kunnen groeien in zeer droge omgevingen. Om osmotische stress tegen te gaan, kunnen micro-organismen compatibele opgeloste stoffen accumuleren om de interne osmolariteit te verhogen. #### 2.1.4 Zuurstof en microbiële groei De behoefte aan zuurstof varieert sterk tussen micro-organismen. * **Obligaat aerobisch**: Vereist zuurstof voor groei. * **Obligaat anaeroob**: Zuurstof is toxisch en moet vermeden worden. * **Facultatief anaeroob**: Kan met of zonder zuurstof groeien, maar groeit beter met. * **Aerotolerant anaeroob**: Kan met of zonder zuurstof groeien, maar gebruikt het niet voor metabolisme. * **Microaerofiel**: Vereist zuurstof, maar alleen bij lage concentraties. Zuurstof kan toxisch zijn voor sommige micro-organismen vanwege de vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS) zoals superoxide anionen ($O_2^-$), waterstofperoxide ($H_2O_2$) en hydroxyl radicalen ($OH^•$). Enzymen zoals superoxide dismutase, catalase en peroxidase neutraliseren deze toxische bijproducten. ### 2.2 Controle van microbiële groei Microbiële groei kan worden gecontroleerd of beëindigd door verschillende methoden, gericht op het doden van micro-organismen of het remmen van hun groei. #### 2.2.1 Thermische methoden Hitte is een veelgebruikte en effectieve methode voor microbiële controle. * **Sterilisatie**: Totale eliminatie van alle micro-organismen, inclusief endosporen. * **Autoclaveren**: Gebruikt stoom onder druk bij 121°C om micro-organismen en endosporen te doden. * **Pasteurisatie**: Verlaagt de microbiële lading in warmtegevoelige vloeistoffen door korte blootstelling aan verhoogde temperaturen (bijv. 72°C gedurende 15 seconden voor melk). Dit doodt pathogenen maar steriliseert niet volledig. * **Decimale reductietijd (DRT)**: De tijd die nodig is om een populatie micro-organismen met een factor 10 te verminderen bij een specifieke temperatuur. Hogere temperaturen resulteren in een kortere DRT. #### 2.2.2 Straling Straling kan micro-organismen doden door DNA-schade te veroorzaken. * **Ultraviolette (UV) straling**: Effectief voor oppervlakte-desinfectie door DNA-schade te induceren, maar heeft beperkte penetratie. * **Ioniserende straling (gammastraling, röntgenstraling)**: Dringt dieper door en veroorzaakt ionisatie en de vorming van reactieve moleculen die DNA en andere cellulaire componenten beschadigen. Gebruikt voor sterilisatie van medische hulpmiddelen en sommige voedingsmiddelen. #### 2.2.3 Filtratie Filtratie verwijdert micro-organismen uit vloeistoffen en gassen door ze fysiek op te vangen op een filtermedium. * **Membraanfilters**: Hebben specifieke poriegroottes (bv. 0.45 $\mu$m of 0.2 $\mu$m) die bacteriën verwijderen, maar virussen doorlaten. Gebruikt voor sterilisatie van warmtegevoelige media. * **Dieptefilters**: Gebruiken een vezelrijk materiaal om deeltjes op te vangen. #### 2.2.4 Chemische agentia Verschillende chemicaliën worden gebruikt om microbiële groei te remmen of te doden. * **Sterilisanten**: Doden alle micro-organismen, inclusief endosporen (bv. ethyleenoxide, waterstofperoxide). * **Desinfectantia**: Doden de meeste pathogenen op niet-levende oppervlakken (bv. fenolen, alcoholen, halogenen). * **Antiseptica/kiemdodende middelen**: Remmen of doden micro-organismen op levend weefsel (bv. chloorhexidine, jodiumverbindingen). * **Bacteriostatische agentia**: Remmen de groei van bacteriën zonder ze te doden. Vereisen vaak dat het immuunsysteem de resterende microben opruimt. * **Bactericide agentia**: Doden bacteriën. * **Bacteriolytische agentia**: Doden bacteriën door celdood en lyseren. De effectiviteit van antimicrobiële agentia wordt beoordeeld door de minimale remmende concentratie (MIC) en de minimale bacteriedodende concentratie (MBC) te bepalen. ### 2.3 Kweek en meting van microbiële groei #### 2.3.1 Celvoeding en groeimedia Micro-organismen hebben nutriënten nodig voor groei. Deze worden onderverdeeld in macronutriënten (nodig in grote hoeveelheden, zoals koolstof, zuurstof, stikstof, fosfor, zwavel) en micronutriënten (nodig in kleine hoeveelheden, zoals metalen en groeifactoren). * **Autotrofen**: Gebruiken CO2 als koolstofbron. * **Heterotrofen**: Gebruiken organische moleculen als koolstofbron. Groeimedia zijn mengsels van nutriënten die worden gebruikt om micro-organismen in vitro te kweken. Ze kunnen **gedefinieerd** zijn (exacte chemische samenstelling bekend) of **complex** (bevatten extracten van biologische materialen). **Selectieve media** remmen de groei van ongewenste micro-organismen, terwijl **differentiële media** onderscheid mogelijk maken op basis van metabole eigenschappen. #### 2.3.2 Meting van celnummers Het aantal micro-organismen in een populatie kan op verschillende manieren worden gemeten: * **Directe telling (microscopisch)**: Tellen van cellen onder de microscoop. Geeft een totaal aantal, inclusief levende en dode cellen. * **Levensvatbare telling (viable count)**: Bepaalt het aantal levende, kweekbare cellen door verdunningen uit te platen op vaste media (spread plate of pour plate methode). Het verschil tussen directe tellingen en levensvatbare tellingen wordt de "great plate count anomaly" genoemd en weerspiegelt het grote aantal niet-kweekbare micro-organismen. * **Turbidimetrische metingen**: Meten van de troebelheid van een suspensie, die correleert met het celnummer. #### 2.3.3 Groeicyclus en kinetiek Microbiële groei in een gesloten systeem (batch culture) volgt een karakteristieke groeicurve: 1. **Lagfase**: Acclimatisatie aan de nieuwe omgeving. 2. **Exponentiële fase**: Cellen delen zich met een constante snelheid, leidend tot exponentiële toename van het celnummer. De **generatietijd** is de tijd die nodig is voor het verdubbelen van de populatie. 3. **Stationaire fase**: Groei vertraagt en stopt wanneer nutriënten uitgeput raken of toxische afvalproducten zich ophopen. 4. **Afstervingsfase**: Cellen beginnen af te sterven. In een **continue cultuur** (chemostat) wordt verse media toegevoegd en oud medium verwijderd, waardoor een constante celconcentratie en groeisnelheid kan worden gehandhaafd. #### 2.3.4 Biofilm groei Veel micro-organismen groeien als biofilms, een sessiele vorm van groei waarbij cellen vastzitten aan een oppervlak en ingebed zijn in een extracellulaire polymere substantie (EPS). Biofilms bieden bescherming tegen omgevingsstress, antibiotica en het immuunsysteem. ### 2.4 Microbieel gedrag en morfologie #### 2.4.1 Celoppervlaktestructuren * **Capsules en slijmlagen**: Buitenlaag van polysachariden die helpen bij hechting, bescherming tegen uitdroging en voorkoming van fagocytose. * **Fimbriae en pili**: Dunne, eiwitachtige structuren die betrokken zijn bij hechting, kolonisatie en genetische uitwisseling (conjugatie). #### 2.4.2 Cel-inclusies Cellen kunnen reservematerialen opslaan in de vorm van polymeren (bv. poly-β-hydroxybutyraat, glycogeen), fosfaatgranules of zwavelgranules. Gasvacuolen zorgen voor drijfvermogen. Magnetosomen bevatten ijzeroxidekristallen en maken magnetotaxis mogelijk. #### 2.4.3 Endosporen Sommige bacteriën (Firmicutes) kunnen zeer resistente endosporen vormen als overlevingsstructuur onder ongunstige omstandigheden. Deze endosporen zijn bestand tegen hitte, droogte, straling en chemicaliën. #### 2.4.4 Motiliteit * **Flagellen en archaella**: Appendages die rotatie-aangedreven beweging in vloeistof mogelijk maken. * **Surface motility**: Inclusief twitchende beweging (via pili) en glijdende beweging. * **Taxis**: Gerichte beweging in reactie op chemische (chemotaxis), licht (fototaxis) of andere stimuli. #### 2.4.5 Celmorfologie en cytoskelet De vorm van bacteriële cellen (coccus, bacillus, spiraal) wordt bepaald door het cytoskelet, met name door eiwitten als MreB. Peptidoglycaan biosynthese, gemedieerd door enzymen als transpeptidases en autolysines, speelt een cruciale rol in celwandgroei en -vorming. ### 2.5 Controle van microbiële infecties en pathogenese #### 2.5.1 Antibiotica en hun werking Antibiotica zijn antimicrobiële middelen die selectief de groei van pathogenen remmen of doden. Ze werken via verschillende mechanismen: * **Celwandsynthese remming**: Bv. β-lactam antibiotica (penicillines, cephalosporines) die transpeptidases blokkeren, en glycopeptiden (vancomycine) die de precursor-binding verstoren. * **Proteïnesynthese remming**: Binden aan bacteriële ribosomen (bv. aminoglycosiden, macroliden, tetracyclines). * **Nucleïnezuursynthese remming**: Interfereren met DNA-gyrase (chinolonen) of RNA-polymerase. * **Metabole remming**: Nabootsen van essentiële metabolieten (bv. sulfonamiden die PABA nabootsen). * **Celmembraan verstoring**: Bv. polymyxines en daptomycine. #### 2.5.2 Antibioticaresistentie Micro-organismen kunnen resistentie ontwikkelen tegen antibiotica via intrinsieke mechanismen of door genetische uitwisseling (plasmiden). Dit omvat het inactiveren van het antibioticum, modificatie van het doelwit, uitpompen van het antibioticum (efflux), of het ontwikkelen van bypass-routes. #### 2.5.3 Pathogenese en virulentie Pathogenen veroorzaken ziekte door **adhesie** aan gastheerweefsels, **kolonisatie** en **invasie**. **Virulentiefactoren** zijn moleculen die de pathogeniteit vergroten, zoals: * **Enzymen**: Hyaluronidase, coagulase, collageenase die weefsels afbreken of bloedklontering manipuleren. * **Toxines**: * **Exotoxines**: Eiwitten die door bacteriën worden uitgescheiden, zoals AB-toxines (difterietoxine, cholerabacillus toxin), cytotoxines (hemolysines) en superantigens. * **Endotoxines**: Lipopolysachariden (LPS) uit de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën, die koorts veroorzaken. #### 2.5.4 Infectietransmissie Ziekten kunnen worden overgedragen via verschillende routes: * **Luchtgebonden**: Aerosolen (bv. Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae). * **Direct contact**: Via huid-huid contact of lichaamsvloeistoffen (bv. Staphylococcus aureus, Neisseria gonorrhoeae, Treponema pallidum). * **Vector-overgedragen**: Door insecten of andere arthropoden (bv. Borrelia burgdorferi via teken, Yersinia pestis via vlooien). * **Water- en voedselgebonden**: Via gecontamineerd water of voedsel (bv. Vibrio cholerae, Salmonella, E. coli, Clostridium botulinum). * **Bodem-gebonden**: Via wonden met bodemverontreiniging (bv. Clostridium tetani, Clostridium perfringens). #### 2.5.5 Epidemiologie en volksgezondheid Epidemiologie bestudeert de verspreiding en bepalende factoren van ziekte in populaties. Belangrijke concepten zijn **incidentie**, **prevalentie**, **epidemieën**, **pandemieën**, **endemieën** en **kudde-immuniteit**. Controlemaatregelen omvatten vaccinatie, hygiëne, waterzuivering en voedselveiligheid. #### 2.5.6 Menselijke microbiële interacties Het menselijk lichaam herbergt een complex microbioom dat essentieel is voor de gezondheid. De samenstelling van het microbioom varieert per lichaamslocatie (darmen, huid, mondholte) en kan verstoord raken (dysbiose) door factoren als antibiotica, dieet en levensstijl, wat kan leiden tot ziekten. Behandelingen zoals probiotica en prebiotica kunnen helpen bij het moduleren van het microbioom. --- # Microbiële infectie en pathogenese Hier is een uitgebreide samenvatting over microbiële infectie en pathogenese, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 3 Microbiële infectie en pathogenese Dit onderwerp onderzoekt hoe micro-organismen infecties veroorzaken en ziekte bij de gastheer teweegbrengen. Het behandelt concepten als adhesie, kolonisatie, invasiviteit, virulentie, en de rol van enzymen en toxines in het ziekteproces. ### 3.1 Inleiding tot de interactie tussen mens en micro-organisme Een infectie treedt op wanneer (vreemde) micro-organismen zich vestigen en groeien in een gastheer, wat al dan niet schadelijk kan zijn. Ziekte is de daadwerkelijke weefselschade of wond die het functioneren van de gastheer belemmert. Pathogenen zijn microbiële parasieten die ziekte of weefselschade veroorzaken. Pathogeniteit is de capaciteit van een parasiet om schade aan te richten. ### 3.2 Adherentie en kolonisatie Microbiële adhesie, het vermogen van microben om zich aan de gastheer te hechten, vergroot hun kans om toegang te krijgen tot de gastheer. Adhesines, glycoproteïnen of lipoproteïnen op het oppervlak van pathogenen, maken binding aan gastheercellen mogelijk. * **Structuren voor adhesie:** * **Capsules:** Vormen een dikke laag rond het celmembraan en de celwand. Ze zijn kleverig en hebben specifieke receptoren voor hechting, terwijl ze de bacterie ook beschermen tegen fagocytose door witte bloedcellen. * **Fimbriae, pili en flagellen:** Deze structuren kunnen ook bijdragen aan adhesie. Kolonisatie is de groei van micro-organismen nadat ze toegang hebben gekregen tot het gastheerweefsel. Dit proces begint al bij de geboorte. ### 3.3 Invasiviteit Invasiviteit is het vermogen van een pathogeen om in het gastheerweefsel te groeien tot een dichtheid die het functioneren van de gastheer belemmert. * **Bacteriëmie:** Aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan. * **Sepsis:** Een bloedvergiftiging die leidt tot massale ontsteking, septische shock en mogelijk de dood. ### 3.4 Pathogeniteit, virulentie en virulentieattenuatie * **Pathogeniteit:** De capaciteit van een parasiet om ziekte te veroorzaken. * **Virulentie:** De relatieve mate waarin een pathogeen ziekte kan veroorzaken. * **Virulentiefactoren:** Stoffen geproduceerd door pathogenen die de invasiviteit en gastheerschade bevorderen. * **Virulentieattenuatie:** Het verminderen van de virulentie, vaak gebruikt voor de productie van vaccins. De interactie tussen pathogeen en gastheer is complex en hangt af van beide partijen. Een **gecompromitteerde gastheer** (jong, oud, zwanger, immuungecompromitteerd) is vatbaarder voor infecties door organismen die normaal geen ziekte veroorzaken. Dit kan leiden tot **nosocomiale infecties** (zorg-geassocieerde infecties). ### 3.5 Enzymen en toxines als pathogeniteitsfactoren #### 3.5.1 Enzymen als virulentiefactoren Sommige enzymen worden door pathogenen geproduceerd om weefsels te vernietigen en de verspreiding te vergemakkelijken: * **Hyaluronidase:** Breekt hyaluronzuur af, het "cement" tussen weefsellagen. * **Coagulase en streptokinase:** Manipuleren bloedklonters door deze te vormen of af te breken. * **Andere enzymen:** Collagenase, proteasen, nucleasen, lipasen. #### 3.5.2 Exotoxines Exotoxines zijn eiwitten die door pathogenen worden vrijgegeven tijdens hun groei en worden ingedeeld in drie categorieën: * **AB-toxines:** Bestaan uit een B-subeenheid die bindt aan een gastheercelreceptor, en een A-subeenheid die de toxische activiteit uitoefent. * **Difterie exotoxine** (veroorzaakt difterie): Blokkeert eiwitsynthese door de A-domein voegt een ADP-ribosylgroep toe aan elongatiefactor EF-TU. * **Clostridium tetani en Clostridium botulinum toxines:** Hebben een effect op het zenuwstelsel. * **Cytolytische exotoxines:** Degraden het cytoplasmatische membraan, wat celdood veroorzaakt. * **Hemolysines:** Breken rode bloedcellen af. * **Superantigens:** Veroorzaken een overstimulatie van het immuunsysteem, wat kan leiden tot toxische shock en dood. Voorbeelden zijn toxines geproduceerd door *Staphylococcus aureus* en *Streptococcus pyogenes*. #### 3.5.3 Enterotoxines Dit zijn exotoxines die actief zijn in de dunne darm en leiden tot massaal vochtverlies in het lumen, wat braken en diarree veroorzaakt. Een bekend voorbeeld is het **cholera toxine**. #### 3.5.4 Endotoxines Endotoxines komen vrij wanneer de cel sterft. Ze zijn minder giftig dan exotoxines en kunnen pyrogenen (koortswerende stoffen) produceren. Het lipopolysaccharide (LPS) van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën is een belangrijk endotoxine. * **Lipide A:** Het toxische gedeelte van LPS, dat symptomen kan veroorzaken. ### 3.6 Bacteriële celdeling en genetische controle van groei #### 3.6.1 Chromosoomreplicatie en segregatie Bij bacteriële celdeling (binaire fissie) wordt het circulaire chromosoom gerepliceerd. Regulerende eiwitten initiëren en inhiberen de replicatie. Het **Par-systeem** is betrokken bij de gelijke verdeling van chromosomen en plasmiden naar de dochtercellen. In snel delende cellen kan een nieuwe replicatiecyclus beginnen voordat de vorige is voltooid. #### 3.6.2 De rol van Fts-eiwitten in celdeling Het **divisoom**, een complex van essentiële eiwitten (waaronder Fts-eiwitten), orkestreert de vorming van een nieuw cytoplasmatisch membraan en celwandmateriaal voor celdeling. * **FtsZ:** Vormt een ring in het midden van de cel en is cruciaal voor binaire fissie. Het is analoog aan tubuline in eukaryoten. * **Andere Fts-eiwitten (zoals FtsA, FtsI):** Zijn betrokken bij de aanhechting van FtsZ aan het membraan, de rekrutering van andere componenten, en de synthese van peptidoglycaan. FtsI is een penicillin-binding protein dat door penicilline wordt geïnhibeerd. #### 3.6.3 Factoren die celmorfologie bepalen Het cytoskelet van bacteriën, bestaande uit eiwitten zoals **MreB**, speelt een rol bij het handhaven van celvorm en elongatie. MreB dirnameert de synthese van peptidoglycaan, wat resulteert in de karakteristieke vormen van bacteriën zoals bacillen en cocci. #### 3.6.4 Peptidoglycaansynthese De synthese van peptidoglycaan is essentieel voor de celwandintegriteit. * **Autolysines:** Maken tijdelijk gaten in de bestaande peptidoglycaanlaag om de inbouw van nieuwe precursors mogelijk te maken. * **Bactoprenol (Lipide II):** Een drager van peptidoglycaanprecursors die door het membraan wordt geflipt. * **Transglycosylasen:** Katalyseren de vorming van glycosidische bindingen tussen N-acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur residuen. * **Transpeptidasen (penicilline-bindende eiwitten):** Katalyseren de vorming van peptide cross-links tussen de glycaanketens, wat de celwand stevigheid geeft. Penicilline remt deze stap, wat leidt tot cellysis. ### 3.7 Micro-organismen en ziekte #### 3.7.1 Virulente stammen en infectie Niet alle stammen van een soort zijn pathogeen. Virulente stammen hebben specifieke genetische elementen die coderen voor virulentiefactoren. De interactie tussen gastheer en pathogeen is cruciaal. #### 3.7.2 Ziekteverwekkers en hun verspreiding * **Luchtgebonden pathogenen:** Zoals *Streptococcus pyogenes* en *Streptococcus pneumoniae*, worden verspreid via aerosolen. * **Direct-contact pathogenen:** Zoals *Staphylococcus aureus* en *Neisseria gonorrhoeae*. * **Bodemgebonden pathogenen:** Zoals *Clostridium tetani* en *Clostridium perfringens*, die door wonden het lichaam binnenkomen. * **Watergebonden pathogenen:** Zoals *Vibrio cholerae* en *Legionella pneumophila*, die zich verspreiden via gecontamineerd water. * **Voedselgebonden pathogenen:** Veroorzaken voedselvergiftiging (door toxines) of voedselinfecties (door groei van pathogenen in de gastheer), zoals *Salmonella*, *Escherichia coli* en *Listeria monocytogenes*. * **Vector-overgedragen pathogenen:** Zoals *Borrelia burgdorferi* (Lyme-ziekte) en *Yersinia pestis* (pest), die door arthropoden worden overgedragen. #### 3.7.3 Ziekten en hun mechanismen * **Streptokokkeninfecties:** Kunnen keelontsteking, huidinfecties en ernstigere aandoeningen zoals toxische shock syndroom veroorzaken. *Streptococcus pneumoniae* kan meningitis veroorzaken. * **Difterie en kinkhoest:** Respiratoire ziekten veroorzaakt door *Corynebacterium diphtheriae* en *Bordetella pertussis*, respectievelijk. * **Tuberculose en Lepra:** Chronische infectieziekten veroorzaakt door *Mycobacterium tuberculosis* en *Mycobacterium leprae*. * **Meningitis en meningococcemia:** Ontsteking van hersenvliezen door *Neisseria meningitidis*. * **Stafylokokkeninfecties:** *Staphylococcus aureus* kan een breed scala aan infecties veroorzaken, van huidinfecties tot ernstige invasieve ziekten, mede door de productie van superantigens. * ***Helicobacter pylori*:** Veroorzaakt gastritis en maagzweren. * **Seksueel overdraagbare aandoeningen (SOA's):** Gonorroe (*Neisseria gonorrhoeae*), syfilis (*Treponema pallidum*) en chlamydia (*Chlamydia trachomatis*). * **Lyme-ziekte:** Veroorzaakt door *Borrelia burgdorferi*, overgedragen door teken. * **Pest:** Veroorzaakt door *Yersinia pestis*, overgedragen door vlooien. * **Cholera:** Veroorzaakt door *Vibrio cholerae*, door gecontamineerd water. * **Legionellose:** Veroorzaakt door *Legionella pneumophila*, verspreid via wateraerosolen. * **Voedselvergiftiging en -infecties:** Veroorzaakt door *S. aureus*, *Clostridium perfringens*, *Clostridium botulinum*, *Salmonella*, pathogene *E. coli*, *Campylobacter*, en *Listeria monocytogenes*. #### 3.7.4 Ant antimicrobiële therapie en resistentie Antimicrobiële middelen, waaronder antibiotica, interfereren met essentiële bacteriële processen zoals celwandsynthese, eiwitsynthese, nucleïnezuursynthese en metabolische pathways. * **Cell wall synthesis inhibitors:** β-lactams (penicillines, cephalosporines), glycopeptiden (vancomycine), bacitracine. * **Protein synthesis inhibitors:** Aminoglycosides, macroliden, tetracyclines. * **Nucleic acid synthesis inhibitors:** Quinolones. * **Growth factor analogs:** Sulfa drugs, isoniazide. * **Andere targets:** Vetzuren (platensimycine). **Antibioticaresistentie** is een groeiend probleem en ontstaat door natuurlijke resistentiemechanismen (zoals impermeabiliteit, enzymatische inactivatie, targetmodificatie, effluxpompen) en door horizontale genoverdracht van resistentiegenen, vaak via plasmiden. Dit kan leiden tot infecties die moeilijk te behandelen zijn, zoals MRSA (methicilline-resistente *Staphylococcus aureus*). ### 3.8 Biotechnologische toepassingen Geattenueerde micro-organismen worden gebruikt in vaccins. Verschillende medicijnen, zoals antifungale middelen, richten zich op specifieke metabolische processen van niet-bacteriële pathogenen. ### 3.9 Epidemiologie en volksgezondheid Epidemiologie bestudeert het voorkomen, de verspreiding en de determinanten van gezondheid en ziekte in populaties. Concepten als incidentie, prevalentie, epidemieën, pandemieën en endemieën zijn hierbij belangrijk. De rol van reservoirs en vectoren in de verspreiding van infectieziekten is cruciaal. De opkomst en heropleving van infectieziekten wordt beïnvloed door factoren zoals menselijk gedrag, technologie en landgebruik. ### 3.10 Symbiose met de mens Het menselijk lichaam herbergt een complex microbioom, voornamelijk bestaande uit bacteriën. De samenstelling van dit microbioom varieert per lichaamsdeel (bv. maag-darmkanaal, mondholte, huid, urogenitale tract). Veranderingen in het microbioom (dysbiose) worden geassocieerd met diverse ziekten. Antibiotica kunnen het microbioom verstoren, wat de weg vrijmaakt voor opportunistische infecties. Probiotica, prebiotica en synbiotica worden gebruikt om het microbioom te moduleren en de gezondheid te bevorderen. --- # Evolutie en diversiteit van bacteriën Hier is een gedetailleerde studiehandleiding over de evolutie en diversiteit van bacteriën, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4 Evolutie en diversiteit van bacteriën Dit onderwerp onderzoekt de mechanismen van bacteriële evolutie, inclusief mutaties, horizontale gentransfer en de rol van moleculaire chronometers zoals rRNA in taxonomie en fylogenie, en bespreekt de definitie en classificatie van bacteriële soorten. ### 4.1 Het proces van bacteriële evolutie Bacteriële evolutie is een continu proces van verandering gedreven door genetische variatie en selectie. De basiseenheid van bacteriële evolutie is de populatie, die bestaat uit afstammelingen van een enkele delende cel. De belangrijkste mechanismen die bijdragen aan deze evolutie zijn: #### 4.1.1 Mutaties Mutaties zijn fundamentele veranderingen in de nucleotidensequentie van het genoom. Ze ontstaan spontaan door fouten tijdens DNA-replicatie, blootstelling aan straling (zoals UV), of chemische agentia. Mutaties zijn willekeurig en hun effecten variëren: * **Neutrale mutaties:** Hebben geen significante invloed op de overleving of reproductie van de bacterie. Ze accumuleren in de loop van de tijd door genetische drift. * **Schadelijke mutaties:** Verminderen de fitness van de bacterie, wat vaak leidt tot celdood. * **Gunstige mutaties:** Verbeteren de overleving of reproductie van de bacterie onder specifieke omgevingsomstandigheden. Deze worden geselecteerd en kunnen dominant worden in de populatie. #### 4.1.2 Horizontale gentransfer (HGT) Horizontale gentransfer is het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen bacteriën, niet via verticale reproductie van ouder op dochtercel, maar tussen ongerelateerde individuen. Dit is een cruciale motor voor bacteriële diversiteit en adaptatie. Er zijn drie hoofdcategorieën: * **Transformatie:** Opname van vrij DNA uit de omgeving. Dit DNA kan afkomstig zijn van afgestorven bacteriën. De bacterie die het DNA opneemt, kan dit integreren in zijn eigen genoom. * **Transductie:** Overdracht van DNA via bacteriële virussen (fagen). Wanneer een faag een bacterie infecteert, kan het per ongeluk fragmenten van het bacterieel DNA opnemen. Bij de infectie van een nieuwe bacterie, brengt de faag dit meegebrachte DNA over. * **Conjugatie:** Directe cel-celoverdracht van genetisch materiaal, vaak via plasmiden. Plasmiden zijn kleine, circulaire DNA-moleculen die gescheiden van het chromosoom kunnen repliceren. De overdracht vindt plaats via een speciale structuur, de sex-pili. Genetische uitwisseling door HGT kan leiden tot de verwerving van nieuwe eigenschappen, zoals resistentie tegen antibiotica, efficiëntere metabolisme of aanpassing aan nieuwe omgevingen. #### 4.1.3 Genetische drift en selectie * **Genetische drift:** Willekeurige fluctuaties in allelfrequenties binnen een populatie, vooral significant in kleine populaties of onder omstandigheden van isolatie. * **Selectie:** Het proces waarbij gunstige eigenschappen worden begunstigd, wat leidt tot een toename van de frequentie van de corresponderende genen in de populatie over generaties. ### 4.2 Fylogenie: de studie van bacteriële evolutie Fylogenie onderzoekt de evolutionaire geschiedenis en verwantschap van groepen organismen. Omdat bacteriën geen fossielen achterlaten, is de moleculaire fylogenie, die gebaseerd is op de analyse van genetisch materiaal, essentieel. #### 4.2.1 Moleculaire chronometers Moleculaire chronometers zijn langzaam evoluerende moleculen (genen of eiwitten) waarvan de sequentieovereenkomst maatstaf is voor de evolutionaire afstand tussen organismen. * **SSU rRNA (kleine subeenheid ribosomaal RNA):** Dit gen is universeel aanwezig in alle levende organismen en speelt een cruciale rol in de eiwitsynthese. Het heeft sterk geconserveerde regio's die het mogelijk maken primers te ontwerpen voor amplificatie en sequencen, en meer variabele regio's die onderscheid maken tussen nauw verwante soorten. Analyse van SSU rRNA-genen heeft geleid tot de identificatie van de drie domeinen van het leven: Bacteria, Archaea en Eukarya. * **Voordelen:** Grote universele database, veel bruikbare primers, relatief ongevoelig voor HGT. * **Beperkingen:** Kan onvoldoende onderscheid maken tussen nauw verwante soorten (variatie binnen soorten is vaak klein), en het aantal rRNA-kopieën per genoom kan variëren. * **Andere chronometers:** Naast SSU rRNA worden ook andere genen geanalyseerd, zoals `recA`, voor een hogere resolutie bij nauw verwante soorten. #### 4.2.2 Fylogenetische bomen Fylogenetische bomen zijn grafische representaties van de evolutionaire verwantschap tussen organismen, gebaseerd op sequentiegegevens. * **Constructie:** Moleculaire gegevens worden gebruikt om een boom te construeren, waarbij de taklengte de mate van genetische verandering weergeeft. * **Bootstrap-waarden:** Een statistische maat die de betrouwbaarheid van de boomstructuur aangeeft. #### 4.2.3 Taxonomische indeling Gebaseerd op fylogenetische analyses, zijn bacteriën ingedeeld in een hiërarchisch systeem: * **Domeinen:** Bacteria, Archaea, Eukarya. * **Fyla:** Binnen het domein Bacteria zijn er minstens 80 fyla geïdentificeerd op basis van 16S rRNA-gegevens. Belangrijke fyla voor menselijke pathogenen omvatten Proteobacteria, Firmicutes en Actinobacteria. * **Soort:** De belangrijkste taxonomische eenheid in bacteriële taxonomie. ### 4.3 Definitie en classificatie van bacteriële soorten De definitie van een bacteriële soort is complex en is in de loop der tijd geëvolueerd. #### 4.3.1 Historische en moderne definities * **Biologische soortconcept:** Lang niet toepasbaar op bacteriën vanwege hun aseksuele reproductie en HGT. * **Numerieke taxonomie:** Gebruikt een groot aantal fenotypische kenmerken om classificatie te baseren. * **DNA-DNA-hybridisatie (DDH):** Een eerdere methode die de sequentiegelijkheid van genomen meet door de stabiliteit van hybride dubbelstrengs DNA te analyseren. Een niveau van > 70% werd als indicatie voor dezelfde soort beschouwd. * **Polyfasische taxonomie:** Een moderne aanpak die verschillende soorten gegevens combineert, waaronder fenotypische, genotypische en fylogenetische informatie, om een robuuste soortdefinitie te verkrijgen. Dit omvat nu ook genoomsequencing. * **Genoom-gebaseerde definities:** Tegenwoordig worden genoomsequenties gebruikt om soorten te definiëren. * **Average Nucleotide Identity (ANI):** Meet de gemiddelde sequentiegelijkheid van orthologe genen tussen twee genomen. Een ANI-waarde van typisch > 95-96% wordt gebruikt als drempel voor een soort. * **Core Gene Identity (CGI):** Vergelijkt de sequentiegelijkheid van alle gedeelde 'core' genen. #### 4.3.2 Classificatieprincipes * **Binomiaal systeem:** Gebruikt voor de naamgeving, met een genusnaam en een soortnaam (bv. *Escherichia coli*). * **Hiërarchisch systeem:** Organismen worden ingedeeld in hiërarchische taxa (soort, genus, familie, orde, klasse, fylum, domein). * **Type stam:** Elke taxon heeft een 'type stam' dat het representeert. * **Officiële publicatie:** Nieuwe soorten en taxa worden formeel erkend en benoemd volgens de regels van de Internationale Code voor Nomenclatuur van bacteriën (ICNB) en gepubliceerd in tijdschriften zoals de International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSEM). #### 4.3.3 Gebruik van 16S rRNA-genen in microbiomstudies De 16S rRNA-genen zijn een veelgebruikt markergen voor het bestuderen van bacteriële gemeenschappen (microbiomen). Door PCR te gebruiken om deze genen uit DNA-extracten van monsters te amplificeren en te sequencen (16S rRNA amplicon sequencing), kan de diversiteit en samenstelling van de bacteriële gemeenschap worden bepaald. Er zijn echter uitdagingen, waaronder variabiliteit in DNA-extractie, PCR-amplificatie-efficiëntie en het aantal rRNA-kopieën per genoom. ### 4.4 Genoomdynamiek en evolutie Bacteriële genomen zijn dynamisch en ondergaan voortdurend veranderingen: * **Genoomgrootte:** Variëert sterk tussen bacteriële soorten, beïnvloed door genverlies (bij gespecialiseerde soorten) en genwinst (vaak via HGT). * **Genoomorganisatie en -inhoud:** De volgorde, het aantal kopieën en de inhoud van genen kunnen sterk verschillen. * **Sequentieveranderingen:** Fouten in replicatie en blootstelling aan mutagene factoren leiden tot veranderingen in de DNA-sequentie. ### 4.5 Specifieke evolutionaire processen * **Genwinst:** Verwerving van nieuwe genen, vaak via HGT, die leiden tot nieuwe functies of verbeterde aanpassingen. * **Genverlies:** Verlies van genen die niet langer nodig zijn, vooral bij gespecialiseerde organismen, wat kan leiden tot kleinere, efficiëntere genomen. * **Genduplicatie:** Verdubbeling van genen, wat kan leiden tot redundantie of de evolutie van nieuwe functies door divergentie. Deze processen, samen met selectie en genetische drift, sturen de evolutie van bacteriën en dragen bij aan hun enorme diversiteit en aanpassingsvermogen. --- ## 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 | |------|------------| | Populatie | Een verzameling van dochtercellen in een bepaald ecosysteem die afkomstig zijn van één delende cellijn. | | Stam/Kloon | Een isolaat of groep van isolaten die afkomstig zijn van één delende lijn en die onderscheiden kunnen worden van andere stammen op basis van fenotypische of genotypische eigenschappen. | | Isolaat | Een reincultuur van een bacterie die verkregen is na subcultuur van één kolonie van een primaire isolatieplaat, afkomstig van één enkele cel. | | Gemeenschap | Een verzameling van diverse populaties die aanwezig zijn in een bepaald ecosysteem. | | Soort | De belangrijkste eenheid in de bacteriële taxonomie, waaronder stammen vallen. | | Microbioom | De omgeving die alle micro-organismen daarin bevat. | | Microbiota | Alle micro-organismen zonder de omgeving waarin ze zich bevinden. | | Prokaryoten | Cellen die geen organellen en geen nucleus bevatten, zoals Bacteria en Archaea. | | Eukaryoten | Cellen met organellen en een nucleus waarin het DNA zich bevindt, zoals planten en dieren. | | Genoom | De volledige set genen van een cel. | | Morfologie | De vorm en grootte van een cel, gemeten in micrometers (µm). | | Cytoplasmatisch membraan | Een membraan dat het cytoplasma omringt en het scheidt van de omgeving, essentieel voor selectieve permeabiliteit en energiemetabolisme. | | Cytoplasma | Het inhoud van de cel, omsloten door het cytoplasmatisch membraan, waarin de celorganellen zich bevinden. | | Ribosomen | Kleine cellulaire structuren die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese. | | Celwand | Een buitenste laag die de cel stevigheid en vorm geeft en beschermt tegen osmotische druk. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat de primaire component is van de bacteriële celwand, verantwoordelijk voor de rigiditeit. | | Gram-positieve bacteriën | Bacteriën met een dikke peptidoglycaanlaag in hun celwand, die de Gram-kleuring positief kleuren. | | Gram-negatieve bacteriën | Bacteriën met een dunne peptidoglycaanlaag en een buitenmembraan, die de Gram-kleuring negatief kleuren. | | Lipopolysaccharide (LPS) | Een complex molecuul dat deel uitmaakt van het buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën, met functies in oppervlakteherkenning en virulentie. | | Periplasma | De ruimte tussen het cytoplasmatisch membraan en het buitenmembraan bij Gram-negatieve bacteriën. | | S-laag (Surface layer) | Een parakristallijne laag van eiwitten of glycoproteïnen die aan de buitenkant van de cel aanwezig kan zijn en diverse functies vervult. | | Capsules en slijmlagen | Plakkende polysacharidelagen buiten de celwand die helpen bij hechting en bescherming. | | Fimbriae en pili | Dunne filamenteuze eiwitstructuren op het celoppervlak die mediatie van aanhechting, genetische uitwisseling en beweging mogelijk maken. | | Cell inclusions | Opslaglichamen binnen de cel die dienen als reserves van energie, koolstof of fosfaat. | | Endosporen | Gespecialiseerde, slapende cellen die gevormd worden door sommige bacteriën onder ongunstige omstandigheden om te overleven. | | Flagella | Lange, dunne aanhangsels die bacteriën en archaea helpen bij zwemmen. | | Archaella | Structures in archaea die vergelijkbaar zijn met flagella, maar met een andere samenstelling en aandrijving. | | Twitching motility | Een vorm van oppervlaktemobiliteit die afhankelijk is van type IV pili. | | Glijden (gliding motility) | Een vorm van oppervlaktemobiliteit die plaatsvindt langs de lange as van de cel zonder externe structuren. | | Chemotaxis | Beweging van een cel als reactie op een chemische prikkel. | | Aeroben | Organismen die zuurstof nodig hebben voor hun groei. | | Anaeroben | Organismen die geen zuurstof nodig hebben voor hun groei; sommigen worden erdoor gedood. | | Facultatieve anaeroben | Organismen die kunnen groeien met of zonder zuurstof. | | Aerotolerante anaeroben | Organismen die zuurstof tolereren maar er niet voor ademen. | | Metabolisme | Het geheel van biochemische reacties die nodig zijn voor het leven, bestaande uit katabolisme en anabolisme. | | Katabolisme | Metabole processen die energierijke moleculen afbreken en energie leveren. | | Anabolisme | Metabole processen die energie verbruiken om biomoleculen op te bouwen. | | ATP (Adenosine trifosfaat) | De belangrijkste energierijke fosfaatverbinding die energie opslaat en vrijgeeft voor cellulaire processen. | | Substraat-niveau fosforylatie | Een mechanisme voor ATP-synthese waarbij energie vrijkomt uit de hydrolyse van een energierijk substraat. | | Oxidatieve fosforylatie | Een mechanisme voor ATP-synthese waarbij de energie die vrijkomt bij elektronentransport wordt gebruikt om een protonengradiënt te genereren. | | Fotofosforylatie | ATP-synthese die plaatsvindt tijdens fotosynthese, aangedreven door lichtenergie. | | Enzymen | Biologische katalysatoren, meestal eiwitten, die de snelheid van biochemische reacties verhogen. | | Glycolyse | Een universele metabole route die glucose afbreekt tot pyruvaat, met netto winst van ATP. | | Citroenzuurcyclus (CZC) | Een centrale metabole route die de oxidatie van acetyl-CoA bevordert, waarbij CO2, NADH, FADH2 en ATP worden geproduceerd. | | Fermentatie | Anaeroob katabolisme waarbij organische stoffen zowel als elektrondonor als -acceptor fungeren, vaak resulterend in de productie van organische zuren of alcoholen. | | Respiratie | Katabolisme waarbij elektrondonoren worden geoxideerd door een externe elektronacceptor (zoals zuurstof of nitraat), vaak gekoppeld aan oxidatieve fosforylatie. | | Electron transport chain (ETC) | Een reeks membraangebonden eiwitcomplexen die elektronen overdragen van donoren naar acceptoren, waarbij een protonengradiënt wordt opgebouwd. | | Proton motive force (PMF) | Een elektrochemische gradiënt over het cytoplasmatisch membraan, opgebouwd door het pompen van protonen, die energie levert voor ATP-synthese. | | ATP-synthase | Een enzymcomplex dat ATP genereert door de energiestroom van protonen door het membraan te gebruiken. | | Chemolithotrophy | Metabolisme waarbij anorganische stoffen als energiedonor worden gebruikt. | | Phototrophy | Metabolisme waarbij lichtenergie wordt gebruikt om ATP te genereren. | | Biosynthese | Het proces van het synthetiseren van complexe moleculen uit eenvoudigere precursors. | | Autotrofie | Het vermogen om organische stoffen te produceren uit anorganische bronnen zoals CO2. | | Stikstoffixatie | Het proces waarbij atmosferische stikstof (N2) wordt omgezet in een biologisch bruikbare vorm, zoals ammoniak. | | Koolstofdioxidefixatie (CO2-fixatie) | Het proces waarbij koolstofdioxide wordt omgezet in organische moleculen. | | Pentose fosfaat pathway | Een metabole route die NADPH en precursors voor nucleïnezuren produceert. | | Amino acids | Bouwstenen van eiwitten. | | Nucleotiden | Bouwstenen van nucleïnezuren zoals DNA en RNA. | | Vetzuren | Lange koolwaterstofketens die bouwstenen zijn van lipiden. | | Macronutriënten | Voedingsstoffen die in grote hoeveelheden nodig zijn voor celgroei, zoals koolstof, stikstof, fosfor en zwavel. | | Micronutriënten | Voedingsstoffen die in kleine hoeveelheden nodig zijn, zoals metalen en groeifactoren. | | Groeifactoren | Essentiële organische moleculen, vaak vitamines, die een cel niet zelf kan synthetiseren en nodig heeft voor groei. | | Cultuurmedia | Een voedingsoplossing die wordt gebruikt om micro-organismen in het laboratorium te laten groeien. | | Gedefinieerd medium | Een cultuurmedium waarvan de chemische samenstelling exact bekend is. | | Complex medium | Een cultuurmedium dat stoffen bevat die geproduceerd zijn door andere organismen, zoals gistextract of vleesextract. | | Selectief medium | Een cultuurmedium dat stoffen bevat die de groei van bepaalde micro-organismen selectief remmen of bevorderen. | | Differentieel medium | Een cultuurmedium dat een indicator bevat die veranderingen in het metabolisme van groeiende micro-organismen detecteert. | | Kolonie | Een zichtbare massa van micro-organismen die afkomstig is van één enkele cel of een kleine groep cellen op een vast medium. | | Totale celgetal | Het aantal cellen in een monster, inclusief levende en dode cellen, vaak bepaald met microscopie. | | Levensvatbaar getal | Het aantal levende, reproducerende cellen in een monster, bepaald door cultuurmethoden. | | Grote plaatentel-anomalie | Het verschil tussen het aantal cellen dat microscopisch wordt geteld en het aantal cellen dat op een medium kan groeien. | | Binaire deling | De primaire methode van celdeling bij prokaryoten, waarbij één cel zich splitst in twee identieke dochtercellen. | | Generatietijd | De tijd die nodig is voor een microbiële cel om te verdubbelen door middel van celdeling. | | Batchcultuur | Een gesloten cultuursysteem met een vaste hoeveelheid medium, waarin micro-organismen groeien tot de voedingsstoffen uitgeput zijn of afvalstoffen zich ophopen. | | Groeicurve | De grafische weergave van de groei van een micro-organismepopulatie in een batchcultuur, met fasen als lag, exponentiële, stationaire en afstervingsfasen. | | Chemostaat | Een type continue cultuursysteem waarbij verse medium continu wordt toegevoegd en oud medium met cellen wordt verwijderd, waardoor een constante groeisnelheid wordt gehandhaafd. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen die ingebed zijn in een zelfgeproduceerde matrix van polysachariden, eiwitten en nucleïnezuren, vastgehecht aan een oppervlak. | | Kardinale temperaturen | De minimale, optimale en maximale temperaturen waarbij een organisme kan groeien. | | Psychrofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij lage temperaturen (onder 15°C). | | Mesofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij gematigde temperaturen (tussen 20°C en 45°C). | | Thermofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij hoge temperaturen (tussen 45°C en 80°C). | | Hyperthermofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij extreem hoge temperaturen (boven 80°C). | | pH | Een maat voor de zuurgraad of alkaliteit van een oplossing. | | Neutrofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij een neutrale pH (ongeveer 5.5-7.9). | | Acidofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij lage pH-waarden (zuur). | | Alkalifiel | Een organisme dat optimaal groeit bij hoge pH-waarden (basisch). | | Wateractiviteit (aw) | De beschikbare hoeveelheid water in een omgeving, cruciaal voor microbiële groei. | | Halofiel | Een organisme dat gedijt in zoutrijke omgevingen. | | Osmofiel | Een organisme dat kan groeien in omgevingen met hoge suikerconcentraties. | | Xerofiel | Een organisme dat kan groeien in droge omgevingen met een lage wateractiviteit. | | Aerobioob | Een organisme dat zuurstof nodig heeft voor zijn metabolisme. | | Microaerofiel | Een organisme dat zuurstof nodig heeft, maar alleen bij lage concentraties. | | Obligaat anaeroob | Een organisme dat gedood wordt door de aanwezigheid van zuurstof. | | Sterilisatie | Een proces dat alle micro-organismen, inclusief endosporen, doodt of verwijdert. | | Desinfectie | Een proces dat pathogenen doodt of remt op niet-levende oppervlakken. | | Antisepticum | Een middel dat micro-organismen op levend weefsel doodt of remt. | | Decimale reductietijd (DRT) | De tijd die nodig is om de levensvatbaarheid van een populatie micro-organismen met een factor 10 te verminderen bij een bepaalde temperatuur. | | Autoclaaf | Een apparaat dat stoom onder druk gebruikt om sterilisatie te bereiken bij hoge temperaturen (bv. 121°C). | | Pasteuriseren | Een hittebehandeling die de microbiële lading in vloeistoffen vermindert, maar niet steriliseert. | | UV-straling | Elektromagnetische straling met een golflengte tussen 220-300 nm die DNA kan beschadigen en micro-organismen kan doden. | | Ioniserende straling | Hoge-energie straling die ionen en reactieve moleculen produceert, gebruikt voor sterilisatie. | | Filtersterilisatie | Een methode om vloeistoffen en gassen te steriliseren door ze door filters met poriën te leiden die te klein zijn voor micro-organismen. | | Bacteriostatisch | Een agens dat de groei van bacteriën remt zonder ze te doden. | | Bacteriedodend (bactericide) | Een agens dat bacteriën doodt. | | Apolair | Een molecuul dat geen significante ladingsverschillen heeft en daardoor slecht oplost in water. | | Polair | Een molecuul dat significante ladingsverschillen heeft en daardoor goed oplost in water. | | Divisoom | Het complex van eiwitten dat betrokken is bij de celdeling, inclusief de vorming van het septum en het nieuwe celmembraan en de celwand. | | FtsZ | Een eiwit dat cruciaal is voor binaire deling bij bacteriën; het vormt een ring op de plaats van celdeling en is analoog aan tubuline bij eukaryoten. | | Par-systeem | Een systeem dat zorgt voor de gelijkmatige verdeling van chromosomen en plasmiden naar de dochtercellen tijdens celdeling. | | Cytoskelet | Een netwerk van eiwitfilamenten in de cel dat structuur en ondersteuning biedt, ook aanwezig bij prokaryoten (bv. MreB). | | Peptidoglycaan biosynthese | Het proces van de aanmaak en opbouw van de peptidoglycaanlaag van de bacteriële celwand. | | Autolysines | Enzymen die glycosidische bindingen in peptidoglycaan breken, nodig voor celwandvernieuwing en -groei. | | Bactoprenol | Een hydrofoob lipide dat een rol speelt bij het transport van peptidoglycaanprecursors door het cytoplasmatisch membraan. | | Lipide II | Een precursor van peptidoglycaan gebonden aan bactoprenol, essentieel voor de celwandbiosynthese. | | Transglycosylase | Een enzym dat glycosidische bindingen vormt tussen peptidoglycaanprecursors tijdens de celwandbiosynthese. | | Transpeptidase | Een enzym dat peptidecrosslinks vormt tussen peptidoglycaanketens, wat de celwand stevigheid geeft. | | β-lactam antibiotica | Een klasse van antibiotica (zoals penicillines en cephalosporines) die de transpeptidase-activiteit remmen en zo de celwandbiosynthese verstoren. | | β-lactamase | Een enzym dat de β-lactamring van antibiotica opent, waardoor resistentie ontstaat. | | Glycopeptiden | Een klasse van antibiotica (bv. vancomycine) die binden aan de precursor van peptidoglycaan en zo de transpeptidase-activiteit remmen. | | Polymyxines | Antibiotica die het celmembraan van Gram-negatieve bacteriën verstoren. | | Aminoglycosides | Antibiotica die binden aan de 30S ribosomale subeenheid en de eiwitsynthese remmen. | | Macrolides | Antibiotica die binden aan de 50S ribosomale subeenheid en de eiwitsynthese remmen. | | Tetracyclines | Antibiotica die binden aan de 30S ribosomale subeenheid en de eiwitsynthese remmen. | | Quinolonen | Synthetische antibiotica die DNA gyrase remmen, essentieel voor DNA-replicatie en -verpakking. | | Groeifactoranalogen | Synthetische moleculen die lijken op groeifactoren maar de normale biochemische paden verstoren. | | Platensimycine | Een nieuw type antibioticum dat vetzuursynthese remt. | | Antifungale middelen | Medicijnen die specifiek gericht zijn tegen schimmelinfecties. | | Ergosterol | Een component van het celmembraan van schimmels, vergelijkbaar met cholesterol in dierlijke cellen. | | Intrinsieke resistentie | Natuurlijke resistentie van een micro-organisme tegen een bepaald antibioticum, gebaseerd op inherente eigenschappen. | | Horizontale gentransfer (HGT) | De overdracht van genetisch materiaal tussen organismen die niet via verticale overerving (van ouder op nakomeling) plaatsvindt. | | Transformatie | Opname van vrij DNA uit de omgeving door een cel. | | Transductie | Overdracht van bacterieel DNA van de ene bacterie naar de andere via een bacteriofaag (virus). | | Conjugatie | Overdracht van genetisch materiaal, vaak via plasmiden, van de ene bacterie naar de andere door direct cel-cel contact. | | Recombinatie | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt herschikt of uitgewisseld. | | Homologe recombinatie | Recombinatie tussen DNA-sequenties die sterk op elkaar lijken. | | Non-homologe recombinatie | Recombinatie tussen DNA-sequenties die weinig tot geen gelijkenis vertonen. | | Genoom | De volledige set van genetisch materiaal van een organisme. | | Phylogenie | De studie van de evolutionaire geschiedenis en verwantschap van groepen organismen. | | Moleculaire chronometer | Een molecuul (zoals rRNA of een eiwit) waarvan de sequentie verandert met een relatief constante snelheid, waardoor het kan worden gebruikt om evolutionaire afstanden te meten. | | SSU rRNA (Small Subunit ribosomal RNA) | Ribosomaal RNA van de kleine subeenheid, een veelgebruikt moleculair chronometer voor de fylogenie van prokaryoten. | | Amplificatie | Het proces van het maken van vele kopieën van een specifiek DNA-segment, vaak met PCR. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een techniek om specifieke DNA-fragmenten te vermenigvuldigen. | | DNA-DNA hybridisatie | Een techniek om de sequentie-gelijkheid tussen twee DNA-moleculen te meten. | | Polyfasische taxonomie | Een benadering van classificatie die informatie uit meerdere bronnen combineert, zoals fenotypische, genotypische en fylogenetische data. | | Gemiddelde nucleotidische identiteit (ANI) | Een maat voor de gemiddelde sequentie-gelijkheid van orthologe genen tussen twee genomen, gebruikt voor de definitie van bacteriële soorten. | | Core gene identity (CGI) | Een maat voor de sequentie-gelijkheid van genen die in alle genomen van een bepaalde groep aanwezig zijn. | | Microbiom | De gemeenschap van micro-organismen die in een bepaald milieu leven, zoals het menselijk lichaam. | | Microbiota | De specifieke micro-organismen die deel uitmaken van een microbiom. | | Enterotypes | Verschillende patronen van bacteriële samenstelling in de darm van mensen, die verband kunnen houden met dieet en gezondheid. | | Dysbiose | Een verstoring van de normale balans van micro-organismen in een microbiom, die geassocieerd kan zijn met ziekte. | | Probiotica | Levende micro-organismen die, wanneer in adequate hoeveelheden toegediend, een gezondheidsvoordeel verlenen aan de gastheer. | | Prebiotica | Prebiotica zijn voedingstoffen die niet verteerd worden door de gastheer, maar die de groei en activiteit van gunstige bacteriën in de darm stimuleren. | | Synbiotica | Combinaties van probiotica en prebiotica. | | Infectie | De vestiging en vermenigvuldiging van micro-organismen in een gastheer, al dan niet met ziekteverwekkendheid. | | Ziekte | Schade aan de gastheer die het functioneren van de gastheer belemmert, veroorzaakt door een infectie of andere factoren. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken. | | Pathogeniteit | Het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken. | | Virulentie | De mate van pathogeniteit van een micro-organisme; de relatieve mogelijkheid om ziekte te veroorzaken. | | Adhesines | Moleculen op het oppervlak van pathogenen die hechting aan gastheercellen mogelijk maken. | | Kolonisatie | De vestiging en groei van micro-organismen op een gastheerweefsel. | | Invasiviteit | Het vermogen van een pathogeen om in gastheerweefsel te groeien tot een dichtheid die het functioneren van de gastheer belemmert. | | Bacteriëmie | De aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan. | | Septicemie | Een bloedgedragen systemische infectie die kan leiden tot ernstige inflammatie en shock. | | Exotoxines | Eiwitten die door pathogenen worden uitgescheiden en schadelijk zijn voor de gastheer. | | Endotoxines | Bestanddelen van de celwand van Gram-negatieve bacteriën (lipopolysachariden) die ziekteverschijnselen kunnen veroorzaken wanneer ze vrijkomen. | | Superantigenen | Een type exotoxine dat een overmatige stimulatie van het immuunsysteem veroorzaakt, leidend tot een overmatige ontstekingsreactie. | | Epidemie | Een plotselinge toename van het aantal gevallen van een ziekte in een populatie op een bepaald moment. | | Pandemie | Een epidemie die zich wereldwijd verspreidt. | | Endemie | De constante aanwezigheid van een ziekte of infectieus agens in een bepaalde populatie of geografische gebied. | | Reservoir | Een plaats of organisme waar een infectieus agens levensvatbaar blijft en van waaruit het op andere gastheren kan worden overgedragen. | | Zoönose | Een ziekte die primair dieren infecteert maar incidenteel op mensen wordt overgedragen. | | Opkomende (emerging) ziekten | Ziekten die nieuw zijn of die recentelijk zijn toegenomen in prevalentie of geografisch bereik. | | Reemergerende ziekten | Ziekten die voorheen onder controle waren, maar nu weer toenemen in prevalentie. | | Luchtwegpathogenen | Micro-organismen die infecties van het ademhalingssysteem veroorzaken. | | Aerosolen | Kleine druppeltjes in de lucht die micro-organismen kunnen bevatten en verspreiden. | | Tuberculose | Een infectieziekte veroorzaakt door Mycobacterium tuberculosis, die voornamelijk de longen aantast. | | Lepra | Een chronische infectieziekte veroorzaakt door Mycobacterium leprae, die de huid, zenuwen en andere organen aantast. | | Meningitis | Ontsteking van de hersenvliezen, vaak veroorzaakt door bacteriële infecties. | | Direct-contact bacterial diseases | Bacteriële ziekten die worden overgedragen door direct contact tussen individuen. | | Voedselvergiftiging | Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met toxines geproduceerd door micro-organismen. | | Voedselinfectie | Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met levende pathogene micro-organismen die in de gastheer groeien. | | Clostridium tetani | Bacterie die tetanus veroorzaakt door een krachtig neurotoxine. | | Clostridium perfringens | Bacterie die gasgangreen kan veroorzaken door weefseldestructie en gasvorming. | | Vibrio cholerae | Bacterie die cholera veroorzaakt, een ernstige gastro-intestinale ziekte gekenmerkt door ernstige diarree. | | Legionella pneumophila | Bacterie die legionellosis (een vorm van longontsteking) veroorzaakt, vaak geassocieerd met wateraerosolen. | | Voedselbederf | Een verandering in de eigenschappen van voedsel (geur, smaak, uiterlijk) waardoor het onaantrekkelijk of onveilig wordt om te eten, veroorzaakt door microbiële activiteit. | | Voedselconservering | Methoden om de groei van micro-organismen in voedsel te vertragen of te stoppen om bederf en ziekte te voorkomen. | | Entstof (vaccin) | Een preparaat dat wordt gebruikt om immuniteit tegen een specifieke ziekteverwekker op te wekken. | | Antibioticaresistentie | Het vermogen van bacteriën om te overleven en te groeien ondanks de aanwezigheid van antibiotica. | | MRSA (Methicilline-resistentie Staphylococcus aureus) | Een stam van Staphylococcus aureus die resistent is tegen methicilline en andere β-lactam antibiotica. | | Clostridium difficile | Een bacterie die ernstige darmontstekingen kan veroorzaken, vaak na antibioticagebruik. | | Fecale transplantatie | Het overbrengen van fecale materie van een gezonde donor naar een patiënt om de darmmicrobiota te herstellen. | | Yersinia pestis | Bacterie die de pest veroorzaakt, een ernstige infectieziekte die van knaagdieren op mensen kan worden overgedragen. | | Borrelia burgdorferi | Spirocheet die de ziekte van Lyme veroorzaakt, overgedragen door teken. | | Helicobacter pylori | Bacterie die gastritis, maagzweren en maagkanker kan veroorzaken. | | Sexueel overdraagbare aandoeningen (SOA's) | Infecties die worden overgedragen door seksueel contact. | | Gonorroe | Een SOA veroorzaakt door Neisseria gonorrhoeae. | | Syfilis | Een SOA veroorzaakt door Treponema pallidum. | | Chlamydia trachomatis | Bacterie die verschillende SOA's en andere infecties veroorzaakt. | | Corynebacterium diphtheriae | Bacterie die difterie veroorzaakt. | | Bordetella pertussis | Bacterie die kinkhoest veroorzaakt. | | Mycobacterium tuberculosis | Bacterie die tuberculose veroorzaakt. | | Mycobacterium leprae | Bacterie die lepra veroorzaakt. | | Neisseria meningitidis | Bacterie die meningitis en meningococcemia kan veroorzaken. | | Staphylococcus aureus | Bacterie die diverse infecties kan veroorzaken, waaronder huidinfecties, voedselvergiftiging en toxische shocksyndroom. | | Strepcoccus pyogenes | Bacterie die keelontsteking, huidinfecties en andere ziekten kan veroorzaken. | | Streptococcus pneumoniae | Bacterie die longontsteking en meningitis kan veroorzaken. | | Clostridium botulinum | Bacterie die botulisme veroorzaakt, een ernstige vorm van voedselvergiftiging door een krachtig neurotoxine. | | Salmonella | Een geslacht van bacteriën dat voedselinfecties zoals salmonellose kan veroorzaken. | | Escherichia coli | Een bacterie die voornamelijk in de darmen van warmbloedige dieren leeft, maar sommige stammen kunnen ziekte veroorzaken. | | Campylobacter | Een veelvoorkomende oorzaak van bacteriële voedselgedreven infecties. | | Listeria monocytogenes | Bacterie die listeriosis kan veroorzaken, vooral gevaarlijk voor zwangere vrouwen en mensen met een verzwakt immuunsysteem. |

# Algemene inleiding tot de medische microbiologie Dit gedeelte biedt een overzicht van de medische microbiologie, inclusief de definitie en classificatie van micro-organismen, de belangrijkste deelgebieden, en de relatie tussen micro-organismen en infectieziekten, met aandacht voor de Postulaten van Koch en het onderscheid tussen pathogenen en opportunisten. ### 1.1 Definitie en classificatie van micro-organismen Medische microbiologie bestudeert levende organismen die zo klein zijn dat ze enkel met een microscoop waarneembaar zijn, met uitzondering van virussen. De lichtmicroscoop wordt gebruikt voor het observeren van bacteriën, terwijl de elektronenmicroscoop nodig is voor virussen. Meercellige parasieten vormen een uitzondering en zijn wel zichtbaar zonder microscoop. Medische microbiologie richt zich specifiek op die micro-organismen die medisch relevant zijn [2](#page=2). Micro-organismen worden grofweg ingedeeld in prokaryoten en eukaryoten. Prokaryote cellen zijn voorlopercellen, altijd eencellig, en hieronder vallen bacteriën. Eukaryoten zijn ontstaan uit prokaryoten en kunnen eencellig zijn (protisten) of meercellig (zoals fungi, waaronder schimmels en gisten) [2](#page=2). ### 1.2 Vier hoofdgebieden van de medische microbiologie De medische microbiologie kent vier belangrijke deelgebieden [3](#page=3): * **Bacteriologie:** Studie van bacteriën. * **Virologie:** Studie van virussen. * **Mycologie:** Studie van schimmels en gisten. * **Parasitologie:** Studie van parasieten. * **Eencelligen:** Zoals protozoa. * **Meercelligen:** Zoals arthropoden (geleedpotigen) en helminthen (wormen). ### 1.3 Micro-organismen en infectieziekten Infectieziekten worden gedefinieerd als schade of veranderde fysiologie bij de mens, die zich kunnen uiten in symptomen of subklinisch kunnen verlopen. Het causale verband tussen een micro-organisme (MO) en een infectieziekte wordt beschreven door de Postulaten van Koch [3](#page=3). #### 1.3.1 De Postulaten van Koch De Postulaten van Koch zijn voorwaarden die helpen bij het vaststellen van het verband tussen een micro-organisme en een ziekte [3](#page=3): 1. Het micro-organisme moet aanwezig zijn bij elke patiënt die de infectieziekte heeft, en niet bij een gezond persoon. Een uitzondering hierop vormt de residente microbiota [3](#page=3). 2. Het micro-organisme moet geïsoleerd kunnen worden uit de patiënt en buiten het lichaam in cultuur gebracht kunnen worden. Virussen zijn hierop een uitzondering [3](#page=3). 3. Het gekweekte micro-organisme moet, wanneer geïntroduceerd bij een proefdier, ziekte veroorzaken. Het micro-organisme moet vervolgens opnieuw uit het proefdier geïsoleerd kunnen worden. Zoönosen vormen hierop een uitzondering [3](#page=3). #### 1.3.2 Pathogenen versus opportunisten Het is belangrijk onderscheid te maken tussen pathogenen en opportunisten [3](#page=3): * **Primair (conventioneel) pathogenen:** Dit zijn micro-organismen die ziekte veroorzaken bij mensen met een verminderde weerstand. Dit wordt ook wel een opportunistische infectie genoemd [4](#page=4). * **Opportunisten:** Dit zijn micro-organismen die infecties kunnen veroorzaken bij de meerderheid van de individuen. Het optreden van infectie is afhankelijk van de weerstand van de gastheer, waaronder immunisatie en genetische factoren [4](#page=4). ### 1.4 Virulentie en weerstand De ernst van een infectie wordt bepaald door de virulentie van het micro-organisme en de weerstand van de gastheer [4](#page=4). * **Virulentie** (ziekteverwekkend vermogen) omvat factoren zoals: * Invasie: het vermogen om weefsels binnen te dringen. * Proliferatiesnelheid: de snelheid waarmee het organisme zich deelt. * Toxisch vermogen: de productie van toxines, zoals exotoxines en endotoxines. * Ontsnappen aan de afweer: het vermogen om detectie en eliminatie door het immuunsysteem te omzeilen [4](#page=4). * **Weerstand** van de gastheer kan aspecifiek zijn (niet gericht tegen specifieke organismen) of specifiek (bijvoorbeeld door de aanmaak van antistoffen tegen een bepaald organisme, zoals bij een griepvaccin) [4](#page=4). #### 1.4.1 Besmettingswegen Micro-organismen kunnen op verschillende manieren worden overgedragen: * **Direct contact:** * Cutane: via de huid. * Mucosale: via de slijmvliezen. * **Aërogeen (droplet):** Via de lucht (bv. TBC, influenza) [4](#page=4). * **Enteraal:** * Oraal: via de mond. * Faeco-oraal: direct of indirect contact van ontlasting via de mond [4](#page=4). * **Hematogeen:** Via het bloed (bv. Hepatitis B, HIV) [4](#page=4). --- # Bacteriologie Dit hoofdstuk biedt een uitgebreid overzicht van bacteriën, beginnend bij hun prokaryote celstructuur en identificatiemethoden, om vervolgens in te gaan op hun groei, metabolisme, classificatie, kweekmethoden, en de problematiek van antibioticaresistentie. ### 2.1 De eukaryote cel en bacteriën Bacteriën zijn eencellige organismen met een prokaryote celstructuur. Ze zijn doorgaans klein, ongeveer 1 micrometer (µm) in grootte. Kenmerkend voor prokaryoten is de afwezigheid van een echte celkern; hun genetisch materiaal, losliggend circulair DNA, bevindt zich in het cytoplasma. Naast dit circulaire DNA kunnen bacteriën ook beschikken over plasmiden, kleine, circulaire DNA-moleculen die vaak genen voor resistentie tegen antibiotica bevatten. Bacteriële cellen zijn omgeven door een celwand, die cruciaal is voor identificatie via gramkleuring. Sommige bacteriën bezitten ook een kapsel of slijmlaag, die kan bijdragen aan virulentie of hechting. Ze hebben een eigen metabolisme en kunnen zich voortbewegen met behulp van fimbriae (kleine haartjes) en flagellen (zweepstaartjes). Bacteriën hebben een opmerkelijk delend vermogen, wat leidt tot snelle vermenigvuldiging [7](#page=7). > **Tip:** De endosymbiontentheorie suggereert dat mitochondriën in eukaryote cellen evolutionair zijn ontstaan uit prokaryote endosymbionten, met argumenten zoals vergelijkbare grootte, circulair DNA, specifieke ribosoomtypes en overeenkomsten in membraanprocessen [7](#page=7). #### 2.1.1 Vormen van bacteriën Bacteriën vertonen diverse morfologische vormen: * **Kokken:** Rond van vorm. Ze kunnen voorkomen als diplokokken (in paren), streptokokken (in ketens) of stafylokokken (in trosjes) [8](#page=8). * **Bacillen:** Staafvormig [8](#page=8). * **Spirillen:** Spiraalvormig [8](#page=8). * **Vibrionen:** Kommavormig [8](#page=8). #### 2.1.2 Identificatie via gramkleuring De gramkleuring is een essentiële techniek voor de initiële identificatie van bacteriën, gebaseerd op de structuur van hun celwand [8](#page=8). * **Grampositieve bacteriën:** Deze bacteriën houden de crystalvioletkleurstof vast, waardoor ze paars kleuren na de kleuring. Hun celwand bestaat voornamelijk uit een dikke laag peptidoglycaan [8](#page=8). * **Gramnegatieve bacteriën:** Deze bacteriën houden crystalviolet niet vast en worden rood gekleurd door de tegenkleuring (safranin). Ze hebben een dunnere laag peptidoglycaan en een tweede membraan aan de buitenkant, dat lipopolysaccharide (LPS) bevat. LPS kan fungeren als een endotoxine [9](#page=9). ### 2.2 Bacteriële groei en metabolisme #### 2.2.1 Bacteriële groei Bacteriële groei, of vermenigvuldiging, vindt plaats via celdeling, waarbij één bacterie zich splitst in twee identieke dochtercellen. Dit proces kan zeer snel verlopen, soms binnen twintig minuten. Voor groei is een energiebron en de beschikbaarheid van bouwstenen zoals aminozuren noodzakelijk [9](#page=9). Fasen van bacteriële groei worden onderscheiden: * **Lag fase:** De periode waarin bacteriën zich aanpassen aan de nieuwe kweekomgeving [9](#page=9). * **Log (exponentiële) fase:** De fase van actieve celdeling en exponentiële vermenigvuldiging, waarbij populaties tot 10⁹ bacteriën per milliliter kunnen bereiken [9](#page=9). * **Stationaire fase:** De groei stagneert doordat voedingsstoffen uitgeput raken en toxische metabolieten zich ophopen [9](#page=9). * **Afstervingsfase:** Het aantal bacteriën neemt af [9](#page=9). #### 2.2.2 Bacterieel metabolisme Het metabolisme van bacteriën kan worden ingedeeld op basis van hun zuurstofbehoefte: * **Obligaat aëroob:** Kan alleen groeien in de aanwezigheid van zuurstof [9](#page=9). * **Obligaat anaëroob:** Kan alleen groeien in de afwezigheid van zuurstof [9](#page=9). * **Facultatief (an)aëroob:** Kan groeien onder zowel aerobe als anaerobe omstandigheden [9](#page=9). ### 2.3 Classificatie van bacteriën Bacteriën worden geclassificeerd, waarbij 'sp.' staat voor 'species', wat verwijst naar een familie van bacteriën [10](#page=10). ### 2.4 Bacteriekweek en antibiogram #### 2.4.1 Bacteriekweek Bacteriën kunnen worden gekweekt door ze met een entnaald aan te brengen op een voedingsbodem in een petrischaaltje en vervolgens in een broedstoof te plaatsen. Na ongeveer twee dagen vormen de bacteriën zichtbare kolonies [10](#page=10). #### 2.4.2 Antibiogram Een antibiogram wordt gebruikt om de gevoeligheid van bacteriën voor verschillende antibiotica te bepalen. Dit gebeurt door antibioticumschijfjes op een gekweekte bacteriekolonie te plaatsen. Rondom de schijfjes waar de bacterie gevoelig voor is, ontstaat een zone waarin de groei geremd is. Dit bepaalt of een bacterie gevoelig of resistent is tegen een bepaald antibioticum [10](#page=10). ### 2.5 Antibiotica en resistentie #### 2.5.1 Werking van antibiotica Antibiotica, sinds de ontdekking door Fleming in 1928, zijn gericht tegen structuren die specifiek bij bacteriën voorkomen. Ze kunnen een breed spectrum (effectief tegen veel soorten, nuttig als de ziekteverwekker nog onbekend is) of een nauw spectrum (effectief tegen specifieke soorten, nuttig als de ziekteverwekker bekend is) hebben [10](#page=10). De belangrijkste aangrijpingspunten van antibiotica zijn: * **Inhibitie van de celwandsynthese:** Interferentie met de aanmaak van de bacteriële celwand [10](#page=10). * **Inhibitie van de eiwitsynthese:** Interferentie met de werking van bacteriële ribosomen [10](#page=10). * **Inhibitie van de nucleïnezuursynthese:** Interferentie met de enzymen die betrokken zijn bij de aanmaak van DNA en RNA [11](#page=11). * **Antimetabolieten:** Interferentie met het celmetabolisme van de bacterie [11](#page=11). #### 2.5.2 Resistentie tegen antibiotica Resistentie tegen antibiotica is een groeiend probleem. Resistente stammen ontstaan door toevallige mutaties en natuurlijke selectie. Risicofactoren voor het ontstaan van resistentie zijn onder andere onvolledige antibioticabehandelingen en het gebruik van breedspectrumantibiotica. Een voorbeeld van resistentie is de productie van het enzym β-lactamase, dat penicillines afbreekt. Een oplossing hiervoor is de toediening van clavulaanzuur in combinatie met penicilline [10](#page=10) [11](#page=11). --- # Virologie Virussen zijn kleine, obligaat intracellulaire infectieuze deeltjes die volledig afhankelijk zijn van de gastheercel voor hun metabolisme en voortplanting, en worden daarom niet als levende organismen beschouwd [12](#page=12). ### 3.1 Ontdekking en algemene kenmerken Het bestaan van virussen werd eind 19e eeuw gesuggereerd toen bleek dat het filteren van het sap van zieke tabaksplanten, ondanks het gebruik van poriën die bacteriën zouden moeten tegenhouden, het infectieuze agens niet verwijderde. Virussen zijn doorgaans niet zichtbaar met een lichtmicroscoop vanwege hun kleine afmetingen, die variëren tussen 10 en 100 nanometer [12](#page=12). ### 3.2 Structuur van virussen De belangrijkste componenten van een virus zijn: * **Het genoom**: Dit is het genetische materiaal van het virus en bestaat uit ofwel DNA ofwel RNA, maar nooit beide. Het DNA kan enkel- of dubbelstrengig zijn [12](#page=12). * **Een capside**: Dit is een complexe eiwitstructuur die het genoom omhult en kan de vorm hebben van een helix (spiraalachtig) of een icosaëder (twintigvlak) [12](#page=12). * **Een enveloppe** (soms aanwezig): Dit is een extra verpakking vergelijkbaar met een celmembraan, bestaande uit een dubbellaag van lipiden met geassocieerde glycoproteïnen. De glycoproteïnen vormen de kenmerkende "antennes" op sommige virussen en zijn verantwoordelijk voor de aanhechting aan doelcellen [12](#page=12). ### 3.3 Indeling: Naakte capside virussen versus enveloppe virussen Virussen kunnen worden ingedeeld op basis van de aanwezigheid van een enveloppe: * **(Naakte) capside virussen**: Deze virussen hebben geen enveloppe. Ze zijn stabieler en resistenter tegen hoge temperaturen, zuren, proteasen, detergenten en droogte [13](#page=13). * **Enveloppe virussen**: Deze virussen bezitten wel een enveloppe. Ze zijn labieler; de membraanstructuur is alleen stabiel in een waterige oplossing en wordt afgebroken door factoren zoals hoge temperaturen, zuren, proteasen, detergenten of droogte. Enveloppe virussen verspreiden zich voornamelijk via droplets of bloed [13](#page=13). Virussen zijn kleiner dan bacteriën en kunnen bacteriën infecteren; virussen die in bacteriën leven, worden bacteriofagen genoemd [13](#page=13). ### 3.4 Replicatie van virussen Het replicatieproces van virussen omvat de volgende stappen [14](#page=14): 1. **Herkenning van en aanhechting aan de gastheercel**: Specifieke eiwitten op het virale capside of de VAPs van enveloppe virussen hechten zich aan specifieke receptoren op de gastheercel, wat bepaalt welke cellen geïnfecteerd kunnen worden [14](#page=14). 2. **Penetratie**: * Capside virussen penetreren de cel via endocytose [14](#page=14). * Bij enveloppe virussen vindt fusie plaats van de virale membraan met de plasmamembraan, waarna het nucleocapside de cel binnendringt [14](#page=14). 3. **Ontmanteling**: Het viruspartikel valt uiteen. Het DNA van DNA-virussen verplaatst zich naar de celkern, terwijl het RNA van RNA-virussen in het cytoplasma blijft [14](#page=14). 4. **Replicatie**: De componenten van nieuwe viruspartikels worden aangemaakt met behulp van de replicatie-, transcriptie- en translatie-machinerie van de gastheercel. Dit omvat de aanmaak van nieuw DNA, RNA en virale eiwitten [14](#page=14). * **DNA-virussen**: Kopiëren van het virale genoom vindt plaats in de celkern [14](#page=14). * **RNA-virussen**: Kopiëren van het virale genoom vindt plaats in het cytoplasma [14](#page=14). * *Positief RNA-virus*: Bevat onmiddellijk messenger RNA [14](#page=14). * *Negatief RNA-virus*: Moet eerst worden omgezet in een kopie voordat replicatie kan plaatsvinden. Het virus moet daarom zelf het "omzettingsenzyme" (RNA polymerase) bezitten, dat ingesloten is in de enveloppe-eiwitten [14](#page=14). * **Retrovirus (RNA -> DNA)**: De omzetting gebeurt met behulp van eigen enzymen [14](#page=14). 5. **Assemblage**: Nieuwe viruspartikels worden in de cel gevormd door het aangemaakte DNA/RNA te verpakken in een capside [14](#page=14). 6. **Vrijzetting**: De vrijzetting van viruspartikels kan op twee manieren geschieden [14](#page=14): * De meeste enveloppe virussen komen vrij door "budding", waarbij het capside wordt omhuld door een stukje plasmamembraan dat later de dubbele lipidelaag vormt [14](#page=14). * Capside virussen komen meestal vrij door cellysis, hoewel sommigen ook via exocytose [14](#page=14). > **Tip**: De eclipsfase is de periode waarin geen viruspartikels zichtbaar zijn, noch binnen, noch buiten de cel. De latentiefase is de periode waarin viruspartikels niet buiten de cel te zien zijn [15](#page=15). ### 3.5 Antivirale middelen De ontwikkeling van antivirale middelen is complexer dan die van antibiotica omdat virale infecties sterk afhankelijk zijn van de moleculaire mechanismen van de gastheer. Aangrijpingspunten die gemeenschappelijk zijn met de gastheer kunnen leiden tot significante toxiciteit van het middel. Virale infecties worden vaak als minder ernstig beschouwd dan bacteriële infecties, waardoor antivirale therapie minder frequent wordt toegepast [15](#page=15) [16](#page=16). > **Kenmerken van antivirale middelen**: > * Er zijn minder aangrijpingspunten beschikbaar dan voor antibiotica [15](#page=15). > * Aangrijpingspunten gemeenschappelijk met de gastheer kunnen belangrijke toxiciteit veroorzaken [16](#page=16). > * Medicamenten zijn momenteel beschikbaar die elke stap van de virale replicatiecyclus kunnen interfereren [16](#page=16). > * De meeste middelen hebben een nauw spectrum en zijn slechts geschikt tegen een beperkt aantal virussen [16](#page=16). > * Virussen kunnen resistentie ontwikkelen tegen antivirale middelen [16](#page=16). > * Het vinden van middelen tegen virussen is moeilijker dan tegen bacteriën, deels omdat virussen zich constant aanpassen [16](#page=16). > * Het binnendringen in de cel is een uitdaging [16](#page=16). Bijvoorbeeld, bij griep is medicatie vaak gericht op symptoomverlichting, en het virus wordt uitgeziekt [16](#page=16). --- # Parasitologie en Mycologie Dit gedeelte introduceert parasieten, hun indeling, besmettingswegen en antiparasitaire middelen, gevolgd door een overzicht van fungi, hun structuur, replicatie en antimycotica. ### 4.1 Parasitologie Parasieten zijn één- of meercellige eukaryote organismen die op (ectoparasieten) of in (endoparasieten) een gastheer leven, waarbij de gastheer nadeel ondervindt [17](#page=17). #### 4.1.1 Indeling en classificatie van parasieten De twee hoofdgroepen van parasieten zijn protozoa en metazoa [17](#page=17). ##### 4.1.1.1 Protozoa Protozoa zijn eencellige organismen behorende tot het rijk der protisten. Ze worden onderverdeeld in vier groepen op basis van hun voortbeweging [17](#page=17): * **Flagellaten (zweepdiertjes):** Bezitten flagellen voor voortbeweging en voeding [17](#page=17). * **Ciliaten (trilhaardiertjes):** Hebben ciliën over het gehele celoppervlak voor voortbeweging [17](#page=17). * **Amoeben (kruipdiertjes):** Hebben een veranderlijke vorm en gebruiken schijnvoetjes (pseudopodia) voor voortbeweging en fagocytose [17](#page=17). * **Sporozoën (apicomplexa):** Complexe eencellige eukaryoten die vaak sporen kunnen vormen voor reproductie; ze zijn obligaat intracellulair en leven als parasiet [17](#page=17). ##### 4.1.1.2 Metazoa Metazoa zijn meercellige organismen behorende tot het dierenrijk. Twee typen die ziekte kunnen veroorzaken zijn [17](#page=17): * **Helminthen (wormen):** Leven als endoparasiet [17](#page=17). * **Arthropoden (geleedpotigen):** Leven als ectoparasiet [17](#page=17). #### 4.1.2 Parasitaire infectie Parasieten komen nooit voor als residente microbiota. Ze verwerven toegang tot het lichaam vanuit de uitwendige omgeving via [18](#page=18): * **Indirecte infectie:** Ingestie [18](#page=18). * **Directe infectie:** Directe penetratie door de huid, via beten of transplacentair [18](#page=18). #### 4.1.3 Antiparasitaire middelen Het spectrum aan antiparasitaire middelen is beperkt en potentieel toxisch, omdat ze eukaryote cellen betreffen, wat schade aan eigen cellen kan veroorzaken. Er is een onderscheid tussen [18](#page=18): * **Antiprotozoaire middelen:** Actief tegen protozoa [18](#page=18). * **Antihelminthica:** Actief tegen wormen [18](#page=18). Arthropoden worden meestal extern behandeld en vereisen geen medicamenteuze aanpak. Een voorbeeld hiervan is de hoofdluis [18](#page=18). ### 4.2 Mycologie Fungi zijn eukaryote micro-organismen. Het rijk der fungi (mycota) telt meer dan 50.000 soorten, waarvan slechts ongeveer honderd bekend staan als pathogeen. In de natuur fungeren veel fungi als saprofyten, die dood plantaardig en dierlijk materiaal afbreken. Hun metabole eigenschappen maken ze ook nuttig in de voedselindustrie en voor de productie van medicijnen zoals penicilline. Naast directe infecties kunnen fungi potentieel levensbedreigende intoxicaties veroorzaken na ingestie [19](#page=19). #### 4.2.1 Structuur en replicatie van fungi Fungi komen voor in twee morfologische vormen: * **Schimmels (hyfen):** Meercellige, filamenteuze fungi met een vertakte structuur. De netwerkachtige structuur gevormd door hyfen wordt een mycelium genoemd [19](#page=19). * **Gisten:** Unicellulaire fungi, ovaalvormig en 3-10µm in diameter. Verschillende langwerpige gisten die in ketens aan elkaar hangen, worden pseudohyfen genoemd [19](#page=19). #### 4.2.2 Antimycotica Het scala aan antimycotica is beperkt. De belangrijkste groepen medicamenten zijn [19](#page=19): * **Polyenen:** Creëren grote poriën in de plasmamembranen van schimmels, wat leidt tot celsterfte [20](#page=20). * **Azolen:** Inhiberen de synthese van ergosterol, een essentieel bestanddeel van het schimmelcelmembraan [20](#page=20). --- # Klinisch relevante micro-organismen en infectieplaatsen Dit gedeelte behandelt specifieke klinisch relevante micro-organismen en de infecties die ze veroorzaken in diverse lichaamsdelen en systemen. ### 5.1 Infecties van de bovenste luchtwegen Bovenluchtweginfecties betreffen voornamelijk infecties van de farynx, tonsillen, neus, sinussen, het middenoor en de conjunctiva. Deze worden meestal door virussen veroorzaakt [21](#page=21). #### 5.1.1 Rinitis en rinosinusitis De klassieke verkoudheid wordt veroorzaakt door rhinovirussen, die behoren tot de familie picornavirussen. Rhinovirussen zijn kleine, icosaëdrische RNA-virussen met 100 serotypes [21](#page=21). #### 5.1.2 Faryngitis Faryngitis, oftewel keelontsteking, kan viraal zijn (bv. door rhinovirussen) of veroorzaakt worden door bacteriën van het *Streptococcus* sp., specifiek groep A streptokokken. *Streptococcus pyogenes* is een klinisch belangrijke kiem die faryngitis, huidinfecties en necrotiserende fasciitis kan veroorzaken en behoort tot de normale microflora. *Streptokokken* zijn grampositieve, meestal facultatief anaerobe organismen [21](#page=21). #### 5.1.3 Influenza Griep wordt veroorzaakt door het influenzavirus, een orthomyxovirus. Er zijn drie types: A, B en C. Deze virussen zijn enveloppe virussen met een enkelstrengig RNA helicaal nucleocapside. Op de enveloppe bevinden zich hemagglutinine (HA) voor aanhechting en penetratie, en neuraminidase (NA) voor enzymatische splitsing. Permanente veranderingen in deze glycoproteïnen treden op door antigene drifts (mutaties) en antigene shifts (recombinaties), waarbij shifts ernstiger zijn [22](#page=22). #### 5.1.4 Coronavirussen COVID-19 wordt veroorzaakt door SARS-CoV-2, een relatief nieuw virus binnen de familie van de coronavirussen. Coronavirussen zijn RNA-virussen met een enveloppe en behoren tot de Coronaviridae familie, onderverdeeld in vier subgroepen (α, β, γ, δ). Zes coronavirussen kunnen ziekte bij de mens veroorzaken. Overdracht vindt plaats via lucht/droplet, direct contact of indirect contact. SARS, MERS en COVID-19 zijn voorbeelden van ernstige ziekten veroorzaakt door coronavirussen, vaak met een zoönose oorsprong. COVID-19 werd in december 2019 in Wuhan geïdentificeerd en kan griepachtige klachten tot acuut longlijden veroorzaken [22](#page=22) [23](#page=23). ### 5.2 Infecties van de onderste luchtwegen en TBC #### 5.2.1 Longontsteking Pneumonie kan worden veroorzaakt door *Streptococcus pneumoniae* (thuis opgelopen, grampositief) of *Staphylococcus aureus* (ziekenhuisomgeving, grampositief). *S. pneumoniae* is een grampositieve diplokok met een slijmkapsel en een belangrijke oorzaak van pneumonie en meningitis. *S. aureus* is een heterogene groep grampositieve, facultatief anaerobe organismen die als residente microbiota op huid en mucusa voorkomen en diverse infecties, waaronder bacteriemie, huidinfecties, endocarditis en septische artritis kunnen veroorzaken. *S. aureus* kan ook toxines produceren die leiden tot Staphylococcal Scalded Skin Syndrome (SSSS), Toxic Shock Syndrome (TSS) en voedselvergiftiging. Resistentie, zoals MRSA, is een ernstig probleem [23](#page=23) [24](#page=24). #### 5.2.2 Invasieve aspergillose Deze schimmelinfectie wordt veroorzaakt door de schimmel *Aspergillus*, met name *Aspergillus fumigatus*, en tast de longen en/of sinussen aan. Systemische aspergillose is snel dodelijk. De schimmel is geen residente microbiota maar een woningschimmel [24](#page=24). #### 5.2.3 Tuberculose Tuberculose wordt veroorzaakt door *Mycobacterium tuberculosis*. Mycobacteriën zijn aerobe, traag groeiende bacillen met een aparte celwandstructuur, waardoor ze niet gevoelig zijn voor klassieke antibiotica en niet met gramkleuring te kleuren zijn [24](#page=24). ### 5.3 Infecties van het maag- en darmkanaal Zowel bacteriën, virussen als parasieten kunnen darminfecties veroorzaken, met klachten zoals diarree, misselijkheid, braken, buikpijn en bloed/slijm in de stoelgang. Voedselinfecties door bacteriële toxines, zoals enterotoxines van *S. aureus*, zijn ook mogelijk [25](#page=25). #### 5.3.1 Infectie met *Clostridium difficile* *C. difficile* is een obligaat anaeroob, grampositief sporevormend organisme dat deel uitmaakt van de normale darmflora. Alleen bij ernstige verstoring van de darmflora kan het pseudomembraneuze colitis veroorzaken, wat levensbedreigend kan zijn [25](#page=25). #### 5.3.2 Infectie met enterobacteriaceae Dit is een grote, heterogene groep aerobe of facultatief anaerobe gramnegatieve bacillen die wereldwijd voorkomen en deel uitmaken van de normale intestinale flora. Vrijzetting van endotoxine (LPS) is een belangrijke factor in de pathogenese [25](#page=25). #### 5.3.3 *Escherichia coli* *E. coli* is een commensaal van de colon, maar is de meest voorkomende verwekker van urineweginfecties en veroorzaakt reizigersdiarree (enterotoxische *E. coli*, ETEC) [25](#page=25). #### 5.3.4 *Salmonella enterica* Besmetting vindt plaats via besmet voedsel of faeco-orale transmissie, en het veroorzaakt bacteriële gastro-enteritis [26](#page=26). #### 5.3.5 ESBL (Extended Spectrum Beta-Lactamase) ESBL is een enzym dat bepaalde antibiotica afbreekt. Bacteriën die ESBL produceren, vaak gewone darmbacteriën zoals *E. coli*, zijn moeilijk te behandelen en vereisen vaak ziekenhuisopname [26](#page=26). #### 5.3.6 CPE (Carbapenemase-producerende enterobacteriën) CPE produceert het enzym carbapenemase dat carbapenem-antibiotica afbreekt. Resistentie kan tussen bacteriën worden doorgegeven. Meestal zijn dragers asymptomatisch, maar bij ernstig zieke patiënten kan behandeling noodzakelijk zijn [26](#page=26). #### 5.3.7 Infectie met *Campylobacter* sp. *Campylobacter jejuni* is een komma- tot spiraalvormige gramnegatieve bacterie en de meest voorkomende oorzaak van bacteriële gastro-enteritis. Besmetting vindt plaats via besmet vlees, met name kip (zoönose) [26](#page=26). #### 5.3.8 Infectie met *Helicobacter* sp. *Helicobacter pylori* is een spiraalvormige gramnegatieve bacterie die urease aanmaakt. Het is de oorzaak van gastritis en maagzweren en komt voornamelijk bij de mens voor, waarbij de meerderheid gekoloniseerd is [27](#page=27). #### 5.3.9 Infectie met norovirus Norovirussen zijn enkelstrengige RNA-virussen zonder lipide-envelop, wat ze stabiel maakt. Ze zijn de frequentste oorzaak van gastro-enteritis wereldwijd en leiden vaak tot epidemieën, met name in zorginstellingen [27](#page=27). #### 5.3.10 Infectie met rotavirus Rotavirussen zijn dubbelstrengige RNA-virussen zonder lipide-envelop. Ze zijn een frequente oorzaak van gastro-enteritis bij jonge kinderen en kunnen ernstige dehydratie veroorzaken [27](#page=27). #### 5.3.11 Worminfecties Aarsmaden (*Enterobius vermicularis*) leven in het colon en veroorzaken anale jeuk. De cyclus omvat ingestie van eitjes, ontwikkeling in de dunne darm en migratie naar de dikke darm, met eitjes die in de peri-anale regio worden afgezet [28](#page=28). ### 5.4 Infecties van de huid #### 5.4.1 Infecties door *Staphylococcus* sp. *S. Aureus* is verantwoordelijk voor diverse huidinfecties [28](#page=28). #### 5.4.2 Infecties door *Clostridium* sp. *Clostridium perfringens* produceert een toxine dat gasgangreen veroorzaakt na wondbesmetting, een ernstige en vaak dodelijke infectie. *Clostridium tetani* produceert een exotoxine dat de vrijzetting van GABA blokkeert, leidend tot tetanus of wondklem [28](#page=28) [29](#page=29). #### 5.4.3 Infecties door papovirussen Papovirussen zijn kleine, naakte, icosaëdrische, dubbelstrengige DNA-virussen. Het humaan papilloma virus (HPV) is hier een belangrijk voorbeeld van en kan wratten op de huid en genitalia veroorzaken. Bepaalde HPV-types (HPV-16 en HPV-18) kunnen cervixkanker veroorzaken [29](#page=29). #### 5.4.4 Infecties door humane herpesvirussen Dit is een diverse groep van grote enveloppe virussen met dubbelstrengig DNA. Een kenmerk is de latentie na primo-infectie, met mogelijke reactivatie bij verminderde weerstand. Herpes simplex virus (HSV) veroorzaakt herpes labialis (koortsblaasjes) en herpes genitalis (SOA). Varicella zoster virus (VZV) veroorzaakt windpokken (varicella) en later gordelroos (zona) [29](#page=29) [30](#page=30). #### 5.4.5 Infecties door parasieten * **Padiculosis capitis (hoofdluizen):** Een veelvoorkomend probleem bij kinderen, veroorzaakt door kleine, bloedzuigende parasieten. Behandeling omvat anti-luizenshampoo en de natkammethode [30](#page=30). * **Sarcoptes scabies (schurftmijt):** Deze parasiet graaft zich in de epidermis, legt eitjes en veroorzaakt jeuk, vooral in de polsregio. Overdracht gebeurt via direct contact [30](#page=30). #### 5.4.6 Infecties door schimmels/gisten * **Dermatomycosen:** Ziekten van huid, haar en nagels veroorzaakt door dermatofyten, zoals *Tinea corporis*, *Tinea pedis* en *Tinea cruris* [30](#page=30). * ***Candida albicans:*** Komt voor als residente microbiota en kan lokale infecties veroorzaken zoals spruw, vaginale candidiasis en peri-anale candidiasis. Systemische candidiasis is ernstig en komt voor bij neutropene patiënten [31](#page=31). ### 5.5 Infecties van het centrale zenuwstelsel #### 5.5.1 Bacteriële meningitis Verschillende bacteriën kunnen meningitis veroorzaken: * ***Streptococcus agalactiae*** (groep B streptokok): Verantwoordelijk voor pneumonie en meningitis bij pasgeborenen [31](#page=31). * ***Streptococcus pneumoniae:*** Ook een oorzaak van pneumonie [31](#page=31). * ***Listeria sp.:*** *L. monocytogenes* is een intracellulaire bacterie die vooral gevaarlijk is voor immuungecompromiteerden en neonaten, en kan meningitis veroorzaken. Besmetting kan via rauwe groenten, vlees of ongepasteuriseerde melk [31](#page=31). * ***Neisseria sp.:*** *N. meningitidis* is een belangrijke oorzaak van meningitis en meningosepsis bij kinderen [32](#page=32). * ***Haemophilus influenzae:*** Gramnegatieve bacil, verantwoordelijk voor ernstige infecties bij jonge kinderen zoals meningitis, pneumonie, en acute epiglottis, hoewel zeldzaam sinds systematische vaccinatie [32](#page=32). #### 5.5.2 Creutzfeldt-Jakob Disease (CJD) CJD is een overdraagbare spongiforme encefalopathie (prionziekte) veroorzaakt door prionen (infectieuze prionproteïne, PrP). Het heeft een zeer lange incubatietijd [32](#page=32). ### 5.6 Infecties van de lever #### 5.6.1 Hepatitisvirussen * **Hepatitis A:** Veroorzaakt door een picornavirus (rhinovirus), is een milde, acute hepatitis die nooit chronisch wordt en in 99% van de gevallen volledig herstelt. Besmetting verloopt feaco-oraal [32](#page=32). * **Hepatitis B:** Veroorzaakt door een hepadnavirus, een dubbelstrengig DNA-virus met enveloppe. Kan fulminant en fataal zijn, chronisch worden, en verticaal overgedragen worden (SOA). Systematische vaccinatie is beschikbaar [33](#page=33). * **Hepatitis C:** Veroorzaakt door een flavivirus (enkelstrengig RNA-virus met enveloppe). Leidt frequent tot chronische hepatitis en er is geen vaccin beschikbaar [33](#page=33). ### 5.7 SOA's #### 5.7.1 Bacteriële SOA's * ***Chlamydia* sp.:** Obligaat intracellulaire gramnegatieve bacteriën. *C. trachomatis* is de meest voorkomende SOA en veroorzaakt urethritis, vaak asymptomatisch, en kan leiden tot vrouwelijk onvruchtbaarheid [34](#page=34). * ***Neisseria* sp.:** Aerobe gramnegatieve diplokokken. *N. Gonorroe* veroorzaakt urethritis (druiper) bij mannen en is vaak asymptomatisch bij vrouwen, met een hoog infectierisico [34](#page=34). * ***Treponema pallidum:*** Een spirocheet die syfilis veroorzaakt, met verschillende stadia en mogelijke aantasting van het centrale zenuwstelsel [34](#page=34). #### 5.7.2 Virale SOA's * **HIV (human immunodeficiency virus):** Een retrovirus (enkelstrengig RNA-virus met enveloppe) dat zich bindt aan T-helpercellen en AIDS veroorzaakt wanneer het aantal T-cellen te laag is [34](#page=34). * **Hepatitis B:** Zie sectie 5.6.1 [34](#page=34). * **HSV 2:** Zie sectie 5.4.4 [34](#page=34). * **HPV:** Zie sectie 5.4.3 [34](#page=34). #### 5.7.3 Parasitaire SOA's * **Sarcoptes scabies:** Zie sectie 5.4.5 [35](#page=35). * ***Trichomonas vaginalis:*** Een kleine flagellaat die vaginitis bij vrouwen kan veroorzaken en SOA is [35](#page=35). ### 5.8 Andere #### 5.8.1 Infectie met *Toxoplasma gondii* Een intracellulaire parasiet die verspreiding vindt via katten of gecontamineerd voedsel. Het is problematisch tijdens zwangerschap en bij immuunstoornissen [35](#page=35) [36](#page=36). #### 5.8.2 Overige relevante micro-organismen * **Epstein-Barr virus (EBV):** [36](#page=36). * ***Enterococcus* sp.:** Behoort tot de darmflora en moet daar blijven [36](#page=36). * ***Staphylococcus epidermidis:*** Komt op de huid voor en kan, bij doorboring van de huid of bij katheterinfecties en kunstkleppen, infecties veroorzaken [36](#page=36). --- ## 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 | |------|------------| | Prokaryote cellen | Cellulaire organismen die geen echte celkern bezitten. Hun genetisch materiaal bevindt zich los in het cytoplasma. Bacteriën zijn voorbeelden van prokaryoten. | | Eukaryoten | Cellulaire organismen die wel een echte celkern en organellen bezitten. Tot deze groep behoren protisten, schimmels, planten en dieren. | | Bacteriologie | Het wetenschappelijke vakgebied dat zich bezighoudt met de studie van bacteriën, hun eigenschappen, verspreiding en interacties met andere organismen. | | Virologie | De wetenschappelijke studie van virussen, inclusief hun structuur, replicatie, classificatie en de ziekten die ze veroorzaken. | | Mycologie | De wetenschappelijke studie van schimmels, inclusief hun biologie, ecologie, pathologie en toepassingen. | | Parasitologie | De wetenschappelijke studie van parasieten, organismen die leven op of in een gastheer en daar nadeel van ondervinden, inclusief hun biologie en interacties. | | Postulaten van Koch | Een reeks criteria opgesteld door Robert Koch om te bepalen of een specifiek micro-organisme verantwoordelijk is voor een bepaalde ziekte. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat in staat is om ziekte te veroorzaken bij een gastheer. | | Opportunistische infectie | Een infectie die wordt veroorzaakt door een micro-organisme dat normaal gesproken geen ziekte veroorzaakt, maar dit wel kan doen bij personen met een verzwakt immuunsysteem. | | Virulentie | De mate waarin een micro-organisme in staat is om ziekte te veroorzaken, gemeten aan de hand van factoren zoals invasie, proliferatiesnelheid, en toxiciteit. | | Exotoxine | Een toxine dat door bacteriën wordt uitgescheiden in de omgeving en schadelijk kan zijn voor de gastheer. | | Endotoxine | Een toxine dat deel uitmaakt van de celwand van gramnegatieve bacteriën en vrijkomt wanneer de bacterie sterft, wat een ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | Gramkleuring | Een microbiologische kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de structuur van hun celwand. Grampositieve bacteriën kleuren paars, gramnegatieve bacteriën kleuren rood. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een essentieel bestanddeel is van de celwand van de meeste bacteriën, verantwoordelijk voor de structurele integriteit. | | Lipopolysaccharide (LPS) | Een complex molecuul dat voorkomt in de buitenste membraan van gramnegatieve bacteriën en fungeert als een endotoxine. | | Bacteriële groei | Het proces van toename in aantal van bacteriële cellen, typisch door celdeling, dat verschillende fasen doorloopt (lag, log, stationair, afsterving). | | Obligaat aeroob | Een organisme dat zuurstof nodig heeft om te groeien en te overleven. | | Obligaat anaëroob | Een organisme dat alleen kan groeien in de afwezigheid van zuurstof. | | Facultatief (an)aëroob | Een organisme dat zowel in de aanwezigheid als in de afwezigheid van zuurstof kan groeien. | | Antibiogram | Een laboratoriumtest die de gevoeligheid van een bacterie voor verschillende antibiotica bepaalt, om de meest effectieve behandeling te kiezen. | | Resistentie tegen antibiotica | Het vermogen van bacteriën om ongevoelig te worden voor de effecten van antibiotica, waardoor deze medicijnen minder effectief worden. | | Retrovirus | Een type RNA-virus dat een enzym genaamd reverse transcriptase gebruikt om zijn RNA-genoom om te zetten in DNA, dat vervolgens kan worden geïntegreerd in het genoom van de gastheercel. HIV is een voorbeeld van een retrovirus. | | Protozoa | Eencellige eukaryote organismen die tot het rijk van de protisten behoren. Ze kunnen zich op verschillende manieren voortbewegen, zoals met flagellen, ciliën of schijnvoetjes. | | Metazoa | Meercellige organismen die tot het dierenrijk behoren. In de parasitologie worden hieronder met name wormen (helminth) en geleedpotigen (arthropoden) verstaan die als parasiet kunnen fungeren. | | Helminthen | Een groep meercellige parasitaire wormen die in het lichaam van een gastheer kunnen leven, zoals spoelwormen en lintwormen. | | Arthropoden | Een grote groep geleedpotige dieren, waartoe insecten, spinnen, schaaldieren en mijten behoren. Sommige arthropoden, zoals luizen en teken, kunnen als ectoparasiet fungeren. | | Antimycotica | Medicijnen die worden gebruikt om schimmelinfecties te behandelen. | | Rinitis | Ontsteking van het neusslijmvlies, vaak veroorzaakt door een virus, wat leidt tot symptomen van een verkoudheid. | | Faryngitis | Ontsteking van de keelholte, ook wel keelontsteking genoemd, die zowel viraal als bacterieel kan zijn. | | Influenza | Een infectieziekte van de luchtwegen veroorzaakt door influenzavirussen, beter bekend als griep. | | Coronavirussen | Een familie van RNA-virussen die ziekten kunnen veroorzaken variërend van verkoudheid tot ernstige longaandoeningen, zoals SARS, MERS en COVID-19. | | Pneumonie | Een longontsteking die kan worden veroorzaakt door bacteriën, virussen of schimmels, wat leidt tot ontsteking van de longblaasjes. | | Tuberculose (TBC) | Een infectieziekte veroorzaakt door de bacterie Mycobacterium tuberculosis, die voornamelijk de longen aantast, maar ook andere delen van het lichaam kan beïnvloeden. | | ESBL (Extended Spectrum Beta-Lactamase) | Een enzym geproduceerd door sommige bacteriën dat de afbraak van bepaalde soorten antibiotica mogelijk maakt, wat leidt tot resistentie. | | CPE (Carbapenemase-producerende enterobacteriën) | Een groep bacteriën, voornamelijk enterobacteriën, die het enzym carbapenemase produceren, waardoor ze resistent worden tegen carbapenem-antibiotica. | | SOA (Seksueel Overdraagbare Aandoening) | Een infectie die wordt overgedragen via seksueel contact. | | HIV (Human Immunodeficiency Virus) | Een retrovirus dat het immuunsysteem aantast en leidt tot AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) als het niet wordt behandeld. | | Prion | Een infectieus eiwit dat de abnormale vouwing van normale eiwitten kan veroorzaken, wat leidt tot neurodegeneratieve ziekten zoals Creutzfeldt-Jakob. | | Hepatitisvirussen | Een groep virussen die leverontsteking veroorzaken, waaronder Hepatitis A, B en C. | | Sporozoïeten | Een groep parasitaire protozoa die sporen kunnen vormen en obligaat intracellulaire organismen zijn, wat betekent dat ze binnen gastheercellen leven. | | Metronidazol | Een antibioticum dat vaak wordt gebruikt om infecties veroorzaakt door anaërobe bacteriën en bepaalde protozoa te behandelen. | | Erytromycine | Een antibioticum dat behoort tot de groep van de macroliden en wordt gebruikt om een breed scala aan bacteriële infecties te behandelen. | | Penicilline | Een groep antibiotica die oorspronkelijk werd ontdekt door Alexander Fleming en effectief is tegen veel grampositieve bacteriën door de synthese van de celwand te remmen. | | Chlamydia | Een genus van gramnegatieve bacteriën die obligaat intracellulaire parasieten zijn en verschillende ziekten kunnen veroorzaken, waaronder seksueel overdraagbare aandoeningen. | | Gonorroe | Een seksueel overdraagbare aandoening veroorzaakt door de bacterie Neisseria gonorrhoeae, die urethritis en andere infecties kan veroorzaken. | | Syfilis | Een seksueel overdraagbare aandoening veroorzaakt door de bacterie Treponema pallidum, die zich in verschillende stadia manifesteert en diverse organen kan aantasten. | | Urethritis | Ontsteking van de urinebuis (urethra), vaak veroorzaakt door een seksueel overdraagbare aandoening. | | Vaginitis | Ontsteking van de vagina, die kan worden veroorzaakt door bacteriën, schimmels of protozoa. | | Tachyzoïeten | De snelle, actieve replicerende vorm van de parasiet *Toxoplasma gondii*, die zich in de gastheer verspreidt en infectie veroorzaakt. | | Bradyzoïeten | De langzaam replicerende, cystevormende vorm van de parasiet *Toxoplasma gondii*, die zich in weefsels nestelt en een latente infectie kan veroorzaken. | | Spruw | Een schimmelinfectie van de mond en keel, meestal veroorzaakt door *Candida albicans*. | | Meningitis | Ontsteking van de hersenvliezen, de membranen die de hersenen en het ruggenmerg omringen, die kan worden veroorzaakt door bacteriën, virussen of schimmels. | | Encefalopathie | Een algemene term voor een ziekte of beschadiging van de hersenen die leidt tot veranderingen in het denken, gedrag of persoonlijkheid. | | Ureumademtest | Een diagnostische test die wordt gebruikt om de aanwezigheid van de bacterie *Helicobacter pylori* in de maag aan te tonen, door de productie van urease te meten. | | Gasgangreen | Een ernstige, snel voortschrijdende bacteriële infectie van weke weefsels, meestal veroorzaakt door *Clostridium perfringens*, die gasproductie in het geïnfecteerde weefsel veroorzaakt. | | Tetanus | Een ernstige bacteriële infectie veroorzaakt door *Clostridium tetani*, die leidt tot spierspasmen en stijfheid, met name van de kaakspieren (opgezwollen kaak). | | Papovirussen | Een groep kleine, naakte, icosaëdrische, dubbelstrengige DNA-virussen, waartoe het humaan papillomavirus (HPV) behoort. | | Herpesvirussen | Een grote familie van virussen met een dubbelstrengig DNA, die latent kunnen worden in gastheercellen en later opnieuw geactiveerd kunnen worden, zoals het herpes simplex virus (HSV) en varicella zoster virus (VZV). | | Dermatomycosen | Schimmelinfecties die de huid, haren en nagels aantasten. | | Neutropene patiënten | Patiënten met een abnormaal laag aantal neutrofielen, een type witte bloedcel, waardoor ze vatbaarder zijn voor infecties. | | Prionziekten | Een groep fatale neurodegeneratieve ziekten veroorzaakt door abnormaal gevouwen eiwitten genaamd prionen, zoals Creutzfeldt-Jakob disease (CJD). |

# Introductie tot microbiële biotechnologie en micro-organismen Micro-organismen spelen een cruciale rol in diverse biotechnologische toepassingen dankzij hun fysiologische en metabolische veelzijdigheid, waardoor ze kunnen overleven in zeer specifieke niches en minder gevoelig zijn voor veranderingen in de biosfeer. ### 1.1 Diversiteit en overlevingsvermogen van micro-organismen Micro-organismen vertonen een opmerkelijke diversiteit en aanpassingsvermogen, waardoor ze in een breed scala aan omgevingen kunnen gedijen, van gematigde tot extreme condities. Hun overlevingskansen worden beïnvloed door hun metabolische capaciteiten en hun vermogen om zich aan te passen aan specifieke ecologische niches. #### 1.1.1 Overleven in extreme omstandigheden (Extremofielen) Extremofiele micro-organismen zijn aangepast aan omstandigheden die voor de meeste andere organismen dodelijk zouden zijn. Dit omvat: * **Halofiele micro-organismen:** Overleven en vermenigvuldigen zich in omgevingen met extreem hoge zoutconcentraties, zoals de Dode Zee. Een voorbeeld is *Halobacterium salinarium*. * **Thermofiele micro-organismen:** Grijpen kansen en vermenigvuldigen zich bij extreem hoge temperaturen, vaak tussen 70 en 80°C. Voorbeelden zijn *Hyperthermus butylicus* en diverse *Clostridium* soorten. * **Micro-organismen die onder hoge druk overleven:** Kunnen gedijen in omstandigheden met aanzienlijke druk, bijvoorbeeld op de bodem van de oceaan. *Methanopyrus kandleri* is hier een voorbeeld van. #### 1.1.2 Micro-organismen in symbiose en parasitisme Micro-organismen kunnen ook relaties aangaan met andere organismen, variërend van symbiose tot parasitisme. * **Micro-organismen in symbiose met planten:** Dit betreft het langdurig samenleven van twee of meer verschillende soorten, waarbij ten minste één van de organismen baat heeft. *Rhizobium leguminosarum*, dat stikstof fixeert voor planten, is een klassiek voorbeeld. * **Micro-organismen als intracellulaire parasieten:** Deze micro-organismen infecteren cellen van andere organismen en veroorzaken ziekten, zoals *Plasmodium vivax*, dat malaria veroorzaakt bij de mens. #### 1.1.3 Micro-organismen in consortia Consortia verwijzen naar systemen met twee of meer organismen die samenwerken en elkaar ondersteunen door nutriënten, energie of omgevingsmodificaties te leveren. * **Voorbeelden van consortia:** * Bacteriën en schimmels die betrokken zijn bij de afbraak van organisch materiaal. * Gemengde culturen in de productie van dranken, voeding en zuivelproducten, zoals *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus* in yoghurtproductie. Dit wordt ook wel proto-coöperatie genoemd. * Microbiële gemeenschappen in waterzuiveringsinstallaties. ### 1.2 Prokaryote en eukaryote cellen Een fundamenteel onderscheid binnen micro-organismen ligt in hun celstructuur. * **Eukaryote cellen:** Bevatten een celkern (nucleus) met omringend membraan, waarin de chromosomen met genetische informatie zich bevinden. Ze beschikken ook over gespecialiseerde celorganellen zoals het endoplasmatisch reticulum, mitochondriën en chloroplasten, waarvan de laatste twee ook genetisch materiaal bevatten. * **Prokaryote cellen:** Missen een membraanomringde celkern en celorganellen. Hun genetisch materiaal bevindt zich in het cytoplasma. ### 1.3 Voortplanting van micro-organismen Micro-organismen kunnen zich op verschillende manieren voortplanten. * **Ongeslachtelijke voortplanting:** Dit is de meest voorkomende vorm, waarbij één oudercel zich deelt tot twee dochtercellen. * **Exponentiële groei (logfase):** Tijdens deze fase verdubbelt de populatie zich bij elke generatie. De groei kan worden beschreven met de formule $2^n$, waarbij $n$ het aantal generaties is. #### 1.3.1 Geslachtelijke voortplanting (DNA-uitwisseling) Hoewel minder frequent, vindt er bij bacteriën ook DNA-uitwisseling plaats tussen twee individuen, wat genetische diversiteit bevordert. Dit kan via: * **Conjugatie:** Directe overdracht van genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere via een pilus. * **Transformatie:** Opname van vrij DNA uit de omgeving door een bacteriecel. * **Transductie:** Overdracht van bacterieel DNA via een bacteriofaag (virus dat bacteriën infecteert). ### 1.4 Milieu-eisen en extremofielen De groei en overleving van micro-organismen worden sterk beïnvloed door diverse omgevingsfactoren. * **Temperatuur:** Micro-organismen kunnen worden ingedeeld op basis van hun optimale groeit-temperatuur: * Psychrofiel: Groeit bij lage temperaturen. * Psychrotroof: Groeit bij lage temperaturen, maar kan ook bij hogere temperaturen overleven. * Mesofiel: Groeit bij gematigde temperaturen (typisch voor de meeste menselijke pathogenen). * Thermotroof: Groeit bij hogere temperaturen. * Thermofiel: Groeit bij extreem hoge temperaturen. * **Zuurstof:** * Aeroob: Vereist zuurstof voor groei. * Anaeroob: Groeit zonder zuurstof. * Facultatief anaeroob: Kan zowel met als zonder zuurstof groeien, afhankelijk van de omstandigheden. * Microaerofiel: Vereist kleine hoeveelheden zuurstof voor groei. * **pH:** * Neutrofiel: Groeit bij een neutrale pH. * Acidofiel: Groeit bij een lage, zure pH (bv. melkzuurbacteriën). * Alkalifiel (of alkalofiel): Groeit bij een hoge pH. * **Osmotische druk en wateractiviteit ($a_w$-waarde):** * Halotolerant: Kan overleven bij bepaalde zoutconcentraties. * Halofiel: Vereist een hoge zoutconcentratie voor groei. De $a_w$-waarde is een maat voor de beschikbaarheid van water en is onafhankelijk van de totale hoeveelheid water; waterbindende stoffen verlagen de $a_w$-waarde. #### 1.4.1 Extremofielen in de praktijk Extremofielen hebben een aanzienlijk industrieel potentieel. Thermofiele bacteriën produceren bijvoorbeeld enzymen die stabiel zijn bij hoge temperaturen en nuttig zijn in technologische processen, zoals het verwijderen van vet uit textiel. ### 1.5 Belangrijke termen en concepten * **Reincultuur:** Een kweek die slechts één type micro-organisme bevat. * **Vloeibare cultuur:** Een micro-organismenkweek in een vloeibaar medium. * **Vegetatieve cel:** Een actieve, groeiende cel, in tegenstelling tot een spore. * **Kochse postulaten:** Een reeks criteria om een specifiek micro-organisme te linken aan een specifieke ziekte. * **Pathogene bacterie:** Een bacterie die ziekte kan veroorzaken. * **Microbiota:** De gemeenschap van micro-organismen die op of in een organisme leven. * **ACTIEF DODEN:** Methoden om de levensvatbaarheid van micro-organismen te vernietigen, zoals pasteurisatie en sterilisatie, door denaturatie van eiwitten en DNA/RNA. * **Fenotypische indeling:** Classificatie gebaseerd op waarneembare eigenschappen (uiterlijk). * **Fylogenetische indeling:** Classificatie gebaseerd op genetische verwantschap (DNA). ### 1.6 Microbiële diversiteit in onze leefwereld Micro-organismen spelen een integrale rol in talloze aspecten van onze omgeving en samenleving. * **Bacteriën in en op het menselijk lichaam:** De menselijke microbiota, met name in het spijsverteringsstelsel, draagt bij aan de gezondheid door kolonisatieresistentie te bieden, de groei van pathogenen te remmen en bij te dragen aan de productie van zuren. Voorbeelden van nuttige bacteriën zijn *Bifidobacteria* en *Lactobacillus* soorten. Pathogene bacteriën zoals *Salmonella*, *E. coli* en *Staphylococcus aureus* kunnen ziekten veroorzaken. * **Ecologie en waterzuivering:** Micro-organismen zijn essentieel voor de afbraak van organisch materiaal en de recycling van nutriënten, zoals de stikstofcyclus. In waterzuivering worden micro-organismen gebruikt om organisch materiaal en nutriënten (zoals stikstof en fosfor) te verwijderen. * **Voedselproductie:** Micro-organismen zijn cruciaal voor fermentatieprocessen die voedingsmiddelen produceren, zoals yoghurt, kaas en brood. Ze worden ook gebruikt voor conservering. * **Voedselinfectie:** Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met levende pathogenen. * **Voedselintoxicatie:** Ziekte veroorzaakt door het consumeren van toxines geproduceerd door micro-organismen in voedsel. * **Kruisbesmetting:** Overdracht van pathogenen van het ene voedsel naar het andere. * **Prebiotica:** Niet-verteerbare voedselcomponenten (zoals vezels en suikers) die de groei van gunstige darmbacteriën stimuleren. * **Probiotica:** Levende micro-organismen die, bij inname in adequate hoeveelheden, een gezondheidsvoordeel bieden aan de gastheer. Voorbeelden zijn *Lactobacillus*, *Streptococcus* en *Bifidobacterium* soorten. * **Kuilvoerproductie:** Melkzuurfermentatie wordt gebruikt om ruwvoeders te conserveren door de aanmaak van melkzuur en azijnzuur. ### 1.7 Koolstof- en stikstofcycli (C-cyclus en N-cyclus) Micro-organismen zijn centrale spelers in biogeochemische cycli die essentieel zijn voor het leven op aarde. #### 1.7.1 Koolstofcyclus (C-cyclus) * **Fixatie van CO$_2$:** Planten en bepaalde micro-organismen zetten CO$_2$ om in organische koolstof (door fotosynthese). * **Afbraak van organische koolstof:** Bacteriën en andere micro-organismen breken organisch materiaal af tot CO$_2$, een proces dat bekend staat als **mineralisatie**. #### 1.7.2 Stikstofcyclus (N-cyclus) De stikstofcyclus omvat verschillende processen waarbij stikstof in verschillende vormen wordt omgezet, grotendeels dankzij de activiteit van micro-organismen. * **N-fixatie:** Atmosferische stikstof ($N_2$) wordt omgezet in ammonia ($NH_3$) of ammonium ($NH_4^+$). Dit gebeurt onder normale omstandigheden met behulp van specifieke enzymen, bijvoorbeeld door *Rhizobium* in symbiose met plantenwortels of door vrijlevende bacteriën zoals *Azotobacter*. Het Haber-Bosch procédé is een industrieel proces voor stikstoffixatie. * **Ammonificatie:** Organisch gebonden stikstof (in eiwitten en nucleïnezuren) wordt door micro-organismen gemineraliseerd tot $NH_3$/$NH_4^+$. * **Nitrificatie:** In een aëroob milieu zetten bacteriën, zoals *Nitrosomonas* en *Nitrobacter*, $NH_3$/$NH_4^+$ via nitriet ($NO_2^-$) om in nitraat ($NO_3^-$). * **N-opname door planten:** Planten kunnen $NH_3$/$NH_4^+$ en $NO_3^-$ opnemen uit de bodem als stikstofbron. * **Denitrificatie:** In een anaëroob milieu zetten bacteriën, zoals *Pseudomonas*, nitraat om naar $N_2$ (gasvormig stikstof), vaak via tussenliggende N-oxiden. * **Anammox (Anaerobe ammonium oxidatie):** Een relatief nieuw ontdekt proces waarbij ammonium en nitriet direct worden omgezet in stikstofgas en water ($NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2 + 2H_2O$). Dit proces is belangrijk in de afvalwaterzuivering omdat het de behoefte aan beluchting vermindert. ### 1.8 Microbiële biotechnologie en industriële toepassingen Micro-organismen hebben een enorm potentieel voor industriële toepassingen: * **Productie van melkzuur:** Grote schaal productie van melkzuur door micro-organismen kan gebruikt worden voor de productie van biologisch afbreekbaar plastic. * **Biogasproductie:** Micro-organismen kunnen organisch materiaal omzetten in biogas, een hernieuwbare energiebron. * **Enzymen:** Thermofiele bacteriën leveren enzymen die stabiel zijn bij hoge temperaturen, nuttig in diverse industriële processen. * **Waterzuivering:** Actief slib, bestaande uit micro-organismengemeenschappen, speelt een cruciale rol in de biologische zuivering van afvalwater. ### 1.9 Vrijblijvende opdrachten en examenvragen * **Endosporen:** Bepaalde bacteriën, zoals die behorend tot de families *Bacillaceae* en *Clostridiaceae*, kunnen endosporen vormen. Endosporen zijn geen vermenigvuldigingsvorm, maar een overlevingsvorm die resistent is tegen droogte, hitte en desinfectantia. Wanneer de omstandigheden weer gunstig zijn, kan een endospore uitgroeien tot een vegetatieve cel. * **Wateractiviteit ($a_w$-waarde):** De $a_w$-waarde is een maat voor de beschikbaarheid van water in een levensmiddel en is niet direct afhankelijk van de totale hoeveelheid water. De aanwezigheid van waterbindende stoffen verlaagt de $a_w$-waarde. * **Archaea:** Archaea zijn extremofiele micro-organismen die vaak voorkomen in extreme omgevingen zoals hete bronnen, zoute meren of de diepzee. Ze komen over het algemeen niet vaak voor in voedsel, omdat de meeste voedingsmiddelen niet voldoen aan hun extreme milieueisen. Sommige Archaea zijn methanogenen. * **Virale antigenen:** De aanduidingen zoals H5N1 bij vogelgriep verwijzen naar virale antigenen. Een antigeen is een molecuul (vaak een eiwit aan de buitenkant van een virus) dat een immuunrespons kan opwekken en de productie van antistoffen stimuleert. Virale antigenen zijn geen DNA. --- # Celtypen, voortplanting en milieu-eisen van micro-organismen Dit onderwerp verkent de fundamentele verschillen tussen prokaryote en eukaryote cellen, de diverse methoden van micro-organismen voor voortplanting, en de ecologische omstandigheden waaronder zij kunnen overleven, inclusief extremelingen. ### 2.1 Microbiële diversiteit: prokaryoot vs. eukaryoot De interne organisatie van prokaryote en eukaryote cellen is fundamenteel verschillend. * **Prokaryote cellen:** * Bezitten geen celkern (nucleus) met een membraan. * Het genetisch materiaal (chromosomen) bevindt zich vrij in het cytoplasma. * Hebben geen membraan-gebonden celorganellen zoals endoplasmatisch reticulum (ER), mitochondriën of chloroplasten. * **Eukaryote cellen:** * Bezitten een duidelijke celkern (nucleus) omhuld door een membraan, waarin de chromosomen met genetische informatie zich bevinden. * Bevatten diverse membraan-gebonden celorganellen, waaronder ER, mitochondriën en, in plantencellen en algen, chloroplasten. Mitochondriën en chloroplasten bevatten eveneens hun eigen genetische informatie. ### 2.2 Voortplanting van micro-organismen Micro-organismen planten zich op verschillende manieren voort, zowel ongeslachtelijk als, sporadisch, geslachtelijk. #### 2.2.1 Ongeslachtelijke voortplanting Dit is de meest voorkomende vorm van voortplanting bij micro-organismen. * **Celdeling:** De primaire methode waarbij één cel zich opsplitst in twee (of meer) dochtercellen. Dit leidt tot exponentiële groei onder ideale omstandigheden. * De **exponentiële fase (logfase)** van groei wordt gekenmerkt door een verdubbeling van de populatie na elke generatie. De formule hiervoor is $2^n$, waarbij $n$ het aantal generaties is. * **Vorming van endosporen:** Sommige bacteriën, met name binnen de families Bacillaceae en Clostridiaceae, kunnen zich aanpassen aan ongunstige omstandigheden door het vormen van endosporen. * Endosporen zijn een **overlevingsvorm**, geen voortplantingsvorm. Ze dienen om extreme omstandigheden zoals droogte, hitte, koude en desinfectantia te weerstaan. * Wanneer de omstandigheden weer gunstig worden, kan een endospore uitgroeien tot een vegetatieve cel. #### 2.2.2 Geslachtelijke voortplanting (DNA-uitwisseling) Bij bacteriën vindt DNA-uitwisseling tussen twee individuen plaats, wat bijdraagt aan genetische diversiteit. Dit is geen ware geslachtelijke voortplanting met gameten. * **Conjugatie:** Directe overdracht van genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere via een pilus (geslachtsdraad). * **Transformatie:** Opname van vrij DNA uit de omgeving door een bacteriecel. * **Transductie:** Overdracht van bacteriële DNA van de ene bacterie naar de andere via een bacteriofaag (virus dat bacteriën infecteert). ### 2.3 Milieu-eisen en extremelingen Micro-organismen vertonen een enorme variatie in hun tolerantie en vereisten voor omgevingsfactoren, waardoor ze in vrijwel elke ecologische niche kunnen overleven, inclusief extreme omstandigheden. #### 2.3.1 Temperatuur Micro-organismen worden ingedeeld op basis van hun optimale groeitજemperatuur: * **Psychrofielen:** Groeien optimaal bij lage temperaturen (rond 15 °C). * **Psychrotrofen:** Groeien bij lage temperaturen maar hebben een optimale groei bij hogere temperaturen (mesofiel spectrum). * **Mesofielen:** Groeien optimaal bij gematigde temperaturen (ongeveer 20-45 °C). Dit omvat de meeste pathogenen en organismen in ons lichaam. * **Thermofielen:** Groeien optimaal bij hoge temperaturen (ongeveer 45-80 °C). * **Hyperthermofielen:** Groeien optimaal bij extreem hoge temperaturen (boven 80 °C). #### 2.3.2 Zuurstof De behoefte aan zuurstof varieert sterk: * **Aeroob:** Vereisen zuurstof voor hun metabolisme. * **Anaeroob:** Kunnen niet overleven in de aanwezigheid van zuurstof; zuurstof kan zelfs toxisch zijn. * **Facultatief anaeroob:** Kunnen zowel met als zonder zuurstof groeien, waarbij aerobe groei vaak efficiënter is. * **Microaerofiel:** Vereisen kleine hoeveelheden zuurstof, maar worden geïnhibeerd door atmosferische zuurstofconcentraties. #### 2.3.3 pH De zuurgraad van het milieu is cruciaal: * **Neutrofiel:** Groeien optimaal bij een neutrale pH (rond 7). * **Acidofiel:** Groeien optimaal bij lage pH-waarden (zure omstandigheden), zoals melkzuurbacteriën. * **Alkalifiel (of alkalofiel):** Groeien optimaal bij hoge pH-waarden (alkalische omstandigheden). #### 2.3.4 Osmotische druk en wateractiviteit ($a_w$-waarde) De beschikbaarheid van water is essentieel. * **Wateractiviteit ($a_w$-waarde):** Een maat voor de hoeveelheid vrij, beschikbaar water in een substraat, essentieel voor microbieel metabolisme. De $a_w$-waarde varieert van 0 (geen beschikbaar water) tot 1 (puur water). * Een lage $a_w$-waarde, vaak veroorzaakt door hoge concentraties opgeloste stoffen (zouten, suikers) of waterbindende stoffen, remt de groei van de meeste micro-organismen. * **Halofiel:** Vereisen hoge zoutconcentraties voor groei (bv. *Halobacterium salinarium*). * **Halotolerant:** Kunnen groeien in een breed scala aan zoutconcentraties, inclusief hoge concentraties, maar hebben deze niet per se nodig. #### 2.3.5 Extremofielen Micro-organismen die gedijen onder extreme omstandigheden die voor de meeste andere levensvormen fataal zouden zijn: * **Thermofielen en Hyperthermofielen:** Leven in extreem hete omgevingen zoals geisers en diepzee-hydrothermale bronnen. * **Psychrofielen:** Leven in koude omgevingen zoals poolgebieden en diepe oceanen. * **Acidofielen en Alkalifielen:** Leven in sterk zure of alkalische milieus. * **Halofielen:** Leven in extreem zoute milieus zoals zoutmeren. * **Extremofielen die onder hoge druk leven:** Gevonden in de diepzee. * **Xerofielen:** Kunnen overleven in extreem droge omstandigheden. Deze extremelingen zijn van groot industrieel belang vanwege hun enzymen die stabiel zijn bij hoge temperaturen of onder andere extreme omstandigheden, wat ze bruikbaar maakt in technologische processen. ### 2.4 Ecologische rol van micro-organismen: C- en N-cyclus Micro-organismen spelen een cruciale rol in de cycli van koolstof (C) en stikstof (N) in ecosystemen. #### 2.4.1 Koolstofcyclus Micro-organismen zijn essentieel voor zowel de opname als de afbraak van koolstofverbindingen. * **Fotosynthese:** Planten en bepaalde micro-organismen (zoals cyanobacteriën) zetten koolstofdioxide ($CO_2$) om in organische koolstofverbindingen met behulp van lichtenergie. De algemene reactie is: $$6 CO_2 + 6 H_2O \xrightarrow{\text{licht}} C_6H_{12}O_6 + 6 O_2$$ * **Respiratie/Ademhaling:** Volledige afbraak van organische koolstofmoleculen tot $CO_2$ door micro-organismen en andere organismen, waarbij energie vrijkomt. De volledige afbraak van glucose is: $$C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 \rightarrow 6 CO_2 + 6 H_2O + \text{energie (ATP)}$$ * **Fermentatie:** Onvolledige afbraak van organische koolstofmoleculen in afwezigheid van zuurstof, waarbij minder energie vrijkomt. Een voorbeeld van glucose omzetting in alcohol is: $$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2 CO_2 + 2 C_2H_5OH + \text{energie (ATP)}$$ * **Mineralisatie:** Het proces waarbij micro-organismen organisch materiaal omzetten in anorganische stoffen, zoals $CO_2$. #### 2.4.2 Stikstofcyclus (N-cyclus) De stikstofcyclus omvat diverse transformaties van stikstofverbindingen, grotendeels gemedieerd door micro-organismen. * **N-fixatie:** Omzetting van atmosferische stikstof ($N_2$) in ammonia ($NH_3$) of ammonium ($NH_4^+$). Dit gebeurt door gespecialiseerde bacteriën, zoals *Rhizobium* (symbiotisch met plantenwortels) en vrijlevende *Azotobacter*. * **Ammonificatie:** Mineralisatie van organisch gebonden stikstof (uit eiwitten en nucleïnezuren) tot ammonia/ammonium door micro-organismen. * **Nitrificatie:** Tweeledig proces in een aeroob milieu: 1. **Nitritatie:** Omzetting van ammonia/ammonium naar nitriet ($NO_2^-$) door bacteriën zoals *Nitrosomonas*. 2. **Nitratatie:** Omzetting van nitriet naar nitraat ($NO_3^-$) door bacteriën zoals *Nitrobacter*. * **N-opname door planten:** Planten kunnen stikstof opnemen in de vorm van ammonium ($NH_4^+$) en nitraat ($NO_3^-$). * **Denitrificatie:** Omzetting van nitraat ($NO_3^-$) of andere stikstofoxiden naar stikstofgas ($N_2$) in een anaeroob milieu, uitgevoerd door bacteriën zoals *Pseudomonas*, *Micrococcus*, *Bacillus* en *Alcaligenes*. * **Anammox (Anaerobe Ammonium Oxidatie):** Een proces waarbij ammonium en nitriet direct worden omgezet naar stikstofgas ($N_2$) in afwezigheid van zuurstof: $$NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2 + 2 H_2O$$ Dit proces is belangrijk in afvalwaterzuivering omdat het de behoefte aan beluchting kan verminderen. ### 2.5 Micro-organismen in onze leefwereld Micro-organismen zijn alomtegenwoordig en spelen diverse rollen in menselijke gezondheid, voedselproductie, ecologie en technologie. #### 2.5.1 Micro-organismen in en op het menselijk lichaam * **Microbiota:** De gemeenschap van micro-organismen die op en in het menselijk lichaam leven. Deze heeft belangrijke functies, zoals: * **Kolonisatieresistentie:** De normale microbiota concurreert met pathogenen om ruimte en voedingsstoffen en produceert stoffen die pathogene groei remmen (bv. melkzuur en azijnzuur die de pH verlagen). * **Synthese van vitaminen:** Sommige darmbacteriën produceren essentiële vitaminen. * **Nutrie/Pathogeen:** Bacteriën kunnen nuttig (bv. *Bifidobacteria* in de darm), onschadelijk of pathogeen (ziekteverwekkend) zijn. Voorbeelden van pathogene bacteriën die voedselinfecties of -intoxicaties kunnen veroorzaken zijn *Salmonella*, *E. coli*, *S. aureus*, en *C. botulinum*. #### 2.5.2 Ecologie en waterzuivering * **Actief slib:** In waterzuiveringsinstallaties wordt actief slib, een gemeenschap van micro-organismen, gebruikt voor de biologische afbraak van organisch materiaal en stikstofverbindingen (secundaire en tertiaire zuivering). De processen van mineralisatie, nitrificatie en denitrificatie zijn hierbij cruciaal. #### 2.5.3 Voedselproductie en -conservering Micro-organismen zijn essentieel voor de productie van vele voedingsmiddelen en voor conserveringstechnieken. * **Fermentatie:** Gebruikt bij de productie van yoghurt (*Lactobacillus bulgaricus*, *Streptococcus thermophilus*), kaas, brood, en kuilvoer (melkzuurfermentatie in afgesloten, anaërobe omstandigheden). * **Prebiotica:** Voedselcomponenten (vaak vezels of suikers) die de groei van gunstige darmflora stimuleren. * **Probiotica:** Levende micro-organismen die, in voldoende hoeveelheden ingenomen, een gunstig effect hebben op de gezondheid van de gastheer (bv. *Lactobacillus*, *Streptococcus*, *Bifidobacterium*). * **Hygiëne:** Inzicht in bacteriële groei en de methoden om deze te beheersen (bv. pasteurisatie, sterilisatie, chemische desinfectie, filtratie, bestraling) is cruciaal om voedselinfecties en -intoxicaties te voorkomen. Coliformen worden vaak gebruikt als indicator voor hygiëne. #### 2.5.4 Industriële toepassingen Micro-organismen produceren waardevolle substanties zoals enzymen (bv. thermofiele enzymen voor industriële processen) en worden gebruikt voor de productie van biogas (hernieuwbare energie) en biologisch afbreekbaar plastic. ### 2.6 Belangrijke termen * **Autotroof:** Organisme dat zijn eigen organische stoffen kan synthetiseren uit anorganische bronnen ($CO_2$). * **Fototroof:** Gebruikt licht als energiebron. * **(Chemo)lithotroof:** Gebruikt anorganische elektrondonoren als energiebron. * **Heterotroof:** Organisme dat organische stoffen van andere organismen nodig heeft als koolstof- en energiebron. * **Organotroof:** Gebruikt organische elektrondonoren als energiebron. * **Saprofyt:** Organisme dat leeft op dood organisch materiaal. Vaak chemo-organoheterotroof. * **Symbiose:** Langdurig samenleven van twee of meer organismen van verschillende soorten, gunstig voor minstens één van de partners. * **Consortium:** Een samenwerkingsverband van meerdere micro-organismen waarbij elk organisme bijdraagt aan het welzijn van de ander(en). * **Proto-coöperatie:** Een vorm van symbiose waarbij beide organismen voordeel ondervinden, maar de relatie niet strikt noodzakelijk is voor overleving. * **Reincultuur:** Een kweek die uitsluitend één type micro-organisme bevat. * **Vegetatieve cel:** Een actieve, groeiende en zich delende cel, in tegenstelling tot een spore. * **Pathogene bacterie:** Een bacterie die ziekte kan veroorzaken. * **Koch's postulaten:** Criteria om een specifiek micro-organisme te identificeren als oorzaak van een ziekte. * **Microbiota:** Verzameling van micro-organismen in een specifieke omgeving (bv. darmflora). * **Fenotypische indeling:** Classificatie gebaseerd op waarneembare eigenschappen (uiterlijk, metabolisme). * **Fylogenetische indeling:** Classificatie gebaseerd op genetische verwantschap (DNA-sequentie). * **Voedselinfectie:** Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met levende pathogenen, die zich in het lichaam vermenigvuldigen. * **Voedselintoxicatie:** Ziekte veroorzaakt door het consumeren van toxines geproduceerd door micro-organismen in het voedsel, zelfs als de micro-organismen zelf niet meer aanwezig zijn. * **Kruiscontaminatie:** Overdracht van pathogenen of schadelijke micro-organismen van het ene voedingsmiddel of oppervlak naar het andere. * **GRAS-status (Generally Recognized As Safe):** Een status toegekend aan ingrediënten en micro-organismen die als veilig worden beschouwd voor gebruik in levensmiddelen. * **Haber-Bosch-proces:** Industrieel proces voor de synthese van ammonia uit stikstofgas en waterstofgas, essentieel voor kunstmestproductie. * **MZB (Melkzuurbacteriën):** Groep bacteriën die melkzuur fermenteren. * **Archaea:** Een van de drie domeinen van het leven (naast Bacteria en Eukaryota), gekenmerkt door hun voorkeur voor extreme omstandigheden. Ze zijn verwant aan bacteriën maar onderscheiden zich op genetisch en biochemisch niveau. Ze komen niet frequent voor in normale voedingsmiddelen, maar eerder in extreme milieus. * **Virale antigenen:** Componenten van een virus (vaak eiwitten aan de buitenkant) die een immuunreactie bij de gastheer kunnen opwekken, leidend tot de productie van antistoffen. De H en N in virale namen zoals H5N1 verwijzen naar specifieke antigenen. * **Antigeen drift:** Kleine veranderingen in virale antigenen als gevolg van mutaties, waardoor het virus minder gemakkelijk wordt herkend door het immuunsysteem van de gastheer. --- # Metabolisme, cycli en toepassingen van micro-organismen Dit onderwerp behandelt de diverse metabole processen van micro-organismen, hun rol in biogeochemische cycli en hun praktische toepassingen in verschillende sectoren. ### 3.1 Metabolische processen Micro-organismen beschikken over een breed scala aan metabole strategieën om energie te verkrijgen en biomassa op te bouwen, wat hun aanpassingsvermogen aan diverse omgevingen verklaart. Twee fundamentele katabolische pathways voor energieproductie zijn respiratie en fermentatie. #### 3.1.1 Respiratie (ademhaling) Respiratie omvat de volledige afbraak van organische koolstofmoleculen, zoals glucose, tot anorganische producten, voornamelijk koolstofdioxide ($CO_2$). Dit proces vereist doorgaans zuurstof als terminale elektronenacceptor en levert een grote hoeveelheid ATP op. De algemene reactie voor de volledige afbraak van glucose door middel van aerobe respiratie is: $$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{energie (ATP)}$$ Dit proces resulteert in de productie van ongeveer 38 moleculen ATP per molecuul glucose. #### 3.1.2 Fermentatie Fermentatie is een metabole pathway die plaatsvindt in afwezigheid van zuurstof (anaerobe omstandigheden). Hierbij vindt een onvolledige afbraak van organische koolstofmoleculen plaats, waarbij organische verbindingen dienen als zowel elektrondonor als elektronenacceptor. Fermentatie levert aanzienlijk minder ATP op vergeleken met respiratie. Een voorbeeld van glucosefermentatie naar alcohol (ethanol) is: $$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2CO_2 + 2C_2H_5OH + \text{energie (ATP)}$$ Dit proces genereert slechts ongeveer 2 moleculen ATP per molecuul glucose. #### 3.1.3 Fotosynthese Fotosynthese is een anabolisch proces waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie in de vorm van energierijke verbindingen, zoals glucose. Dit proces wordt uitgevoerd door fototrofe micro-organismen, zoals cyanobacteriën. De algemene reactie voor fotosynthese is: $$6CO_2 + 6H_2O + \text{lichtenergie} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$$ > **Tip:** Het begrijpen van de energie- en koolstofbronnen voor verschillende micro-organismen is cruciaal. Micro-organismen kunnen worden gecategoriseerd op basis van hun koolstofbron (autotroof: $CO_2$; heterotroof: organische C) en hun energiebron (fototroof: licht; (chemo)lithotroof: anorganische elektrondonor; (chemo)organotroof: organische elektrondonor). Saprofytische bacteriën zijn bijvoorbeeld chemo-organoheterotroof. ### 3.2 Biogeochemische cycli Micro-organismen spelen een vitale rol in de kringlopen van essentiële elementen in de biosfeer, met name de koolstof- en stikstofcycli. #### 3.2.1 De koolstofcyclus (C-cyclus) De koolstofcyclus beschrijft de uitwisseling van koolstofatomen tussen de atmosfeer, land, oceanen en levende organismen. Micro-organismen zijn essentieel voor zowel de fixatie van anorganische koolstof (in $CO_2$) tot organische koolstof door middel van fotosynthese, als voor de afbraak van organisch materiaal tot $CO_2$ (mineralisatie). #### 3.2.2 De stikstofcyclus (N-cyclus) De stikstofcyclus omvat de transformatie van stikstof in verschillende chemische vormen. Micro-organismen zijn de primaire drijvende kracht achter deze transformaties. Belangrijke processen in de N-cyclus zijn: * **N-fixatie:** De omzetting van atmosferische stikstof ($N_2$) naar ammonia ($NH_3$) of ammonium ($NH_4^+$). Dit wordt uitgevoerd door gespecialiseerde bacteriën zoals *Rhizobium* (symbiotisch) en *Azotobacter* (vrijlevend). * **Ammonificatie:** De mineralisatie van organisch gebonden stikstof (in eiwitten en nucleïnezuren) in plantaardig en dierlijk materiaal tot ammonium ($NH_4^+$) door micro-organismen. * **Nitrificatie:** Een tweestaps-oxidatieproces in een aeroob milieu: * Nitritatie: Oxidatie van ammonium ($NH_4^+$) tot nitriet ($NO_2^-$) door bacteriën zoals *Nitrosomonas*. * Nitratatie: Oxidatie van nitriet ($NO_2^-$) tot nitraat ($NO_3^-$) door bacteriën zoals *Nitrobacter*. * **N-opname door planten:** Planten kunnen zowel ammonium ($NH_4^+$) als nitraat ($NO_3^-$) uit de bodem opnemen als stikstofbron. * **Denitrificatie:** In een anaeroob milieu wordt nitraat ($NO_3^-$) omgezet naar atmosferische stikstof ($N_2$) of stikstofoxiden ($N$-oxiden) door diverse bacteriën zoals *Pseudomonas* en *Bacillus*. > **Tip:** Micro-organismen zijn de enige organismen die in staat zijn om atmosferische stikstof te fixeren, een essentieel proces voor het leven op aarde. * **Anammox-proces:** Een recent ontdekte pathway in waterzuivering waarbij ammonium en nitriet direct worden omgezet naar stikstofgas ($N_2$) en water ($H_2O$) onder anaërobe omstandigheden: $$NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2 + 2H_2O$$ Dit proces vermindert de behoefte aan beluchting tijdens de zuivering van afvalwater. ### 3.3 Toepassingen van micro-organismen De metabolische veelzijdigheid en aanpassingsvermogen van micro-organismen maken hen van onschatbare waarde in diverse industriële, voedselgerelateerde en ecologische toepassingen. #### 3.3.1 Voedselproductie en -conservering Micro-organismen worden gebruikt voor de productie van een breed scala aan voedingsmiddelen en verbeteren de houdbaarheid ervan. * **Fermentatie:** Veel traditionele voedingsmiddelen worden geproduceerd via microbiële fermentatie, waaronder yoghurt (door *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus*), kaas, brood en alcoholische dranken. Melkzuurfermentatie speelt een sleutelrol bij de conservering van ruwvoeders zoals kuilvoer. * **Starterculturen:** Geconcentreerde culturen van geselecteerde micro-organismen worden toegevoegd aan voedselproducten om specifieke fermentaties te initiëren en te controleren. * **Prebiotica:** Niet-verteerbare voedingscomponenten (zoals bepaalde suikers en vezels) die selectief de groei en activiteit van gunstige bacteriën in de darm stimuleren. * **Probiotica:** Levende micro-organismen die, wanneer in adequate hoeveelheden toegediend, een gezondheidsvoordeel bieden aan de gastheer. Voorbeelden zijn *Lactobacillus*, *Streptococcus* en *Bifidobacterium* soorten, en gisten. > **Tip:** Houd er rekening mee dat er een onderscheid is tussen voedselinfecties (veroorzaakt door levende pathogenen die zich in het lichaam vermenigvuldigen) en voedselintoxicaties (veroorzaakt door toxines die door micro-organismen worden geproduceerd). Hygiëne-indicatoren zoals coliformen, en specifieke pathogenen zoals *Salmonella*, *E. coli* en *Staphylococcus aureus* zijn belangrijk in de voedselveiligheid. * **Grondstoffen voor bioplastics:** Melkzuur, geproduceerd door melkzuurbacteriën, kan dienen als grondstof voor de productie van biologisch afbreekbaar plastic. #### 3.3.2 Waterzuivering en milieutoepassingen Micro-organismen worden ingezet om afvalwater te zuiveren en milieuvervuiling aan te pakken. * **Actief slib:** In de secundaire zuivering van afvalwater vormt zich een biomassa van micro-organismen (actief slib) die organisch materiaal mineraliseren. * **N- en P-verwijdering:** In de tertiaire zuivering worden micro-organismen gebruikt om stikstof- en fosforverbindingen te verwijderen. De aanwezigheid van anammox-bacteriën is hierbij van groot belang voor de efficiënte verwijdering van ammonium. * **Biogasproductie:** Anaërobe vergisting door micro-organismen zet organisch afval om in biogas, een hernieuwbare energiebron. #### 3.3.3 Industriële toepassingen Micro-organismen en hun enzymen hebben brede industriële toepassingen. * **Enzymproductie:** Thermofiele bacteriën produceren enzymen die stabiel zijn bij hoge temperaturen, wat nuttig is in industriële processen (bv. textielbehandeling). * **Productie van chemicaliën:** Micro-organismen kunnen worden gebruikt voor de productie van diverse chemicaliën, zoals organische zuren en oplosmiddelen. #### 3.3.4 Medische toepassingen * **Kolonisatieresistentie:** De normale microbiota in het menselijk lichaam, met name in de darm, produceert melkzuur en azijnzuur, creëert een zure omgeving en bezet niches, waardoor de groei van pathogene micro-organismen wordt geremd. * **GRAS-status:** Sommige micro-organismen hebben de status "Generally Recognized As Safe" (GRAS), wat hun veiligheid voor gebruik in voedsel en andere toepassingen aangeeft. #### 3.3.5 Extremfielen en hun potentieel Extremofiele micro-organismen, die gedijen onder extreme omstandigheden (hoge/lage temperatuur, hoge druk, hoge zoutconcentratie, extreme pH), bezitten unieke enzymen en metabolische capaciteiten die van groot industrieel belang kunnen zijn. Pigmenten geproduceerd door micro-organismen die in zoutmeren leven, zijn hiervan een voorbeeld. Thermofiele bacteriën leveren enzymen die bestand zijn tegen hoge temperaturen, wat de efficiëntie van industriële processen kan verbeteren. > **Tip:** Bacteriën zijn niet alleen nuttig, maar kunnen ook schadelijk zijn. Pathogene bacteriën kunnen voedselinfecties en -intoxicaties veroorzaken. Kennis van deze pathogenen en hun behandeling (bv. pasteurisatie, sterilisatie) is essentieel voor voedselveiligheid. ### 3.4 Overige belangrijke termen * **Reincultuur:** Een kweek die slechts één type micro-organisme bevat. * **Vegetatieve cel:** Een actieve, groeiende cel van een bacterie. * **Endosporen:** Overlevingsstructuren gevormd door bepaalde bacteriën (bv. *Bacillaceae*, *Clostridiaceae*) die resistent zijn tegen extreme omstandigheden zoals hitte, droogte en desinfectiemiddelen. Ze dienen niet voor vermeerdering, maar voor overleving. * **Wateractiviteit ($a_w$-waarde):** Een maat voor de beschikbaarheid van vrij water in een levensmiddel, die cruciaal is voor microbiële groei. De $a_w$-waarde wordt beïnvloed door de aanwezigheid van waterbindende stoffen, en staat los van de totale hoeveelheid water. * **Archaebacteriën (Archaea):** Een groep prokaryoten die vaak in extreme omstandigheden voorkomen en doorgaans niet in alledaags voedsel worden aangetroffen. * **Virale antigenen:** Eiwitten aan de buitenkant van een virus die het immuunsysteem kunnen activeren om antistoffen te produceren. De letter/cijfercode (bv. H5N1) verwijst naar specifieke typen virale antigenen. --- # Belangrijke termen, karakterisering en micro-organismen in de leefwereld Deze sectie behandelt cruciale terminologie, methoden voor karakterisering van micro-organismen, en hun aanwezigheid en rol in diverse aspecten van het dagelijks leven, inclusief gezondheid en ecologie. ### 4.1 Definities en Karakterisering van Micro-organismen #### 4.1.1 Terminologie Micro-organismen (mo.) bezitten een fysiologische en metabolische veelzijdigheid, waardoor ze in staat zijn te overleven in specifieke niches en minder beïnvloed worden door omgevingsveranderingen dan complexere organismen. * **Halofiele micro-organismen:** Mo. die overleven en vermenigvuldigen in extreem hoge zoutconcentraties, zoals in de Dode Zee (bv. *Halobacterium salinarium*, *Haloferax volcanii*). * **Thermofiele micro-organismen:** Mo. die overleven en vermenigvuldigen bij extreem hoge temperaturen (bv. 70-80 °C), zoals *Hyperthermus butylicus* en *Clostridium spp.*. * **Extremofiel:** Een algemene term voor micro-organismen die kunnen overleven onder extreme omstandigheden, zoals hoge druk (bv. *Methanopyrus kandleri*). * **Symbiose:** Het langdurig samenleven van twee of meer organismen van verschillende soorten, waarbij de samenleving voor ten minste één van de organismen gunstig of noodzakelijk is (bv. *Rhizobium leguminosarum* in symbiose met planten). * **Intracellulaire parasiet:** Een micro-organisme dat parasiteert binnenin cellen van een gastheer, vaak leidend tot infectieziekten bij mensen (bv. *Plasmodium vivax*). * **Consortium:** Een samenwerkingsverband van minstens twee verschillende organismen, waarin elk organisme bijdraagt aan iets (nutriënt, energie, milieuwijziging) dat nodig is voor de andere organismen. Voorbeelden zijn bacteriën en fungi in de cyclus van organisch materiaal, gemengde culturen in drank- en voedselproductie (bv. *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus* in yoghurtproductie), en in waterzuivering. Dit kan ook aangeduid worden als proto-coöperatie. #### 4.1.2 Microbiële Diversiteit en Celtypen * **Prokaryoot vs. Eukaryoot:** * **Eukaryote cel:** Bezit een celkern (nucleus) met een membraan die de chromosomen met genetische informatie bevat. Bevat ook celorganellen zoals het endoplasmatisch reticulum (ER) en mitochondriën. Mitochondriën en chloroplasten bevatten zelf ook genetische informatie. * **Prokaryote cel:** Mist een membraangebonden celkern en organellen. De genetische informatie bevindt zich in het cytoplasma. #### 4.1.3 Voortplanting van Micro-organismen * **Ongeslachtelijke voortplanting:** De meest voorkomende vorm bij bacteriën, voornamelijk door celdeling. * **Geslachtelijke voortplanting:** Zeldzame uitwisseling van DNA tussen twee bacteriën, via processen zoals conjugatie, transformatie en transductie. * **Groeifasen:** De groei van bacteriën kent verschillende fasen, waaronder de exponentiële fase (logfase), waarin de populatie toeneemt volgens het principe van $2^n$, waarbij $n$ het aantal generaties is. * **Endosporen:** Een overlevingsvorm, gevormd door relatief kleine groepen bacteriën (bv. uit de families *Bacillaceae* en *Clostridiaceae*). Endosporen dienen niet voor vermenigvuldiging, maar voor het overleven van ongunstige omstandigheden zoals droogte, hitte en desinfectantia. Eenmaal terug in gunstige omstandigheden, kan uit een endospore weer een vegetatieve cel ontstaan. #### 4.1.4 Milieu-eisen en Extremofielen Micro-organismen vertonen een grote variatie in hun milieu-eisen: * **Temperatuur:** * Psychrofiel: Groeien bij lage temperaturen. * Psychrotroof: Kunnen bij lage temperaturen overleven maar groeien optimaal bij hogere temperaturen. * Mesofiel: Groeien bij gematigde temperaturen. * Thermotroof: Groeien bij hoge temperaturen. * Thermofiel: Groeien bij extreem hoge temperaturen. * **Zuurstof:** * Aeroob: Heeft zuurstof nodig om te groeien. * Anaeroob: Kan niet groeien in aanwezigheid van zuurstof. * Facultatief anaeroob: Kan zowel met als zonder zuurstof groeien, afhankelijk van de omstandigheden. * Microaerofiel: Heeft kleine hoeveelheden zuurstof nodig om te overleven. * **pH:** * Neutrofiel: Groeien bij een neutrale pH. * Acidofiel: Groeien bij een lage (zure) pH (bv. melkzuurbacteriën). * Alkalifiel (of alkalofiel): Groeien bij een hoge (alkalische) pH. * **Osmotische druk en wateractiviteit ($a_w$-waarde):** * Halofiel: Zoutminnend. * Halotolerant: Kunnen bij bepaalde zoutconcentraties overleven. De $a_w$-waarde is een maat voor de beschikbaarheid van vrij water in een product en is niet direct afhankelijk van de totale hoeveelheid water, maar wel van de aanwezigheid van waterbindende stoffen; hoe meer waterbindende stoffen, hoe lager de $a_w$-waarde. #### 4.1.5 Karakterisering De karakterisering van micro-organismen kan op twee manieren plaatsvinden: * **Fenotypische indeling:** Gebaseerd op waarneembare, traag veranderende eigenschappen, zoals uiterlijk en metabolisme. * **Fylogenetische indeling:** Gebaseerd op genetische informatie (DNA), wat sneller veranderende eigenschappen kan weerspiegelen. #### 4.1.6 Termen met betrekking tot Microbiologie * **Reincultuur:** Een cultuur die slechts één soort micro-organisme bevat. * **Vloeibare cultuur:** Een micro-organismenpopulatie die groeit in een vloeibaar medium. * **Petriplaat:** Een ronde, ondiepe schaal met een deksel, gebruikt voor het kweken van micro-organismen op een vast medium. * **Vegetatieve cel:** Een actieve, groeiende cel van een micro-organisme, in tegenstelling tot een spore. * **Kochse postulaten:** Een reeks criteria die gebruikt worden om vast te stellen of een specifiek micro-organisme een bepaalde ziekte veroorzaakt. * **Pathogene bacterie:** Een bacterie die ziekte kan veroorzaken. * **Microbiota:** De gemeenschap van micro-organismen die op of in een gastheer leven. * **Kolonisatieresistentie:** Het vermogen van de normale microbiota om de kolonisatie van pathogene micro-organismen te voorkomen. * **ACTIEF DODEN:** Processen die de levensvatbaarheid van micro-organismen tenietdoen door denaturatie van eiwitten en DNA/RNA. Voorbeelden zijn pasteurisatie, sterilisatie (met vochtige stoom, droog steriliseren, in de vlam), chemisch steriliseren, filtratie, en straling (gamma of UV). ### 4.2 Micro-organismen in de Leefwereld Micro-organismen spelen een diverse en essentiële rol in verschillende ecologische, biologische en industriële processen. #### 4.2.1 Micro-organismen in en op het Menselijk Lichaam Het menselijk lichaam herbergt een enorme hoeveelheid bacteriën, voornamelijk in het spijsverteringsstelsel. Deze microbiota, met honderden soorten, is cruciaal voor de gezondheid: * **Nut:** Veel bacteriën zijn nuttig. De darmflora draagt bij aan de kolonisatieresistentie, waardoor de groei van pathogenen wordt onderdrukt. Dit gebeurt onder andere door de productie van melkzuur en azijnzuur, die een zure omgeving creëren die ongunstig is voor pathogenen. * **Ontwikkeling:** Bij pasgeborenen wordt het spijsverteringskanaal gekoloniseerd. Borstvoeding bevordert de groei van *Bifidobacteria*, die een belangrijke rol spelen in de darmgezondheid. * **Factoren die de microbiota beïnvloeden:** De stabiliteit en samenstelling van de darmmicrobiota zijn afhankelijk van factoren zoals maagzuur, zuurgraad, interacties tussen bacteriële groepen en voeding. Een vezelrijke, evenwichtige voeding bevordert een gezonde microbiota. * **Voorbeelden van bacteriën:** * *Salmonella*, *E. coli*, *S. aureus*, *C. botulinum* (gerelateerd aan warmtebehandeling en voedselveiligheid). * Coliformen: Gebruikt als indicator voor hygiëne. * *Bifidobacterium*: Belangrijk voor de darmgezondheid. * *Lactobacillus*: Wordt gebruikt in de productie van gefermenteerde voedingsmiddelen. #### 4.2.2 Ecologie en Waterzuivering Micro-organismen zijn alomtegenwoordig in diverse ecologische milieus, van gematigde tot extreme omstandigheden. Ze spelen een sleutelrol in biogeochemische cycli. * **Koolstofcyclus (C-cyclus):** Planten en sommige micro-organismen fixeren koolstofdioxide ($CO_2$) tot organische koolstof (fotosynthese). Micro-organismen breken vervolgens organische koolstof af tot $CO_2$ (mineralisatie). * Voorbeeld reactie volledige afbraak glucose: $$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \longrightarrow 6CO_2 + 6H_2O + 38 \text{ ATP}$$ * Voorbeeld reactie fermentatie van glucose tot alcohol: $$C_6H_{12}O_6 \longrightarrow 2CO_2 + 2C_2H_5OH + 2 \text{ ATP}$$ * **Stikstofcyclus (N-cyclus):** Micro-organismen transformeren stikstofverbindingen in verschillende vormen, essentieel voor levende organismen. * **N-fixatie:** Omzetting van atmosferische stikstof ($N_2$) naar ammonium ($NH_4^+$), o.a. door *Rhizobium* (symbiotisch met planten) en *Azotobacter* (vrijlevend). * **Ammonificatie:** Mineralisatie van organisch gebonden stikstof in plantaardig en dierlijk materiaal tot ammoniak ($NH_3$) / ammonium ($NH_4^+$) door micro-organismen. * **Nitrificatie:** In aërobe omstandigheden omzetting van $NH_3/NH_4^+$ naar nitriet ($NO_2^-$) (door *Nitrosomonas*) en vervolgens naar nitraat ($NO_3^-$) (door *Nitrobacter*). * **N-opname door planten:** Planten kunnen $NH_4^+$ en $NO_3^-$ opnemen uit de bodem. * **Denitrificatie:** In anaërobe omstandigheden wordt nitraat omgezet naar $N_2$ (gasvormige stikstofoxiden) door verschillende bacteriën (bv. *Pseudomonas*, *Micrococcus*, *Bacillus*, *Alcaligenes*). * **Anammox (Anaerobe Ammonium Oxidatie):** Een proces waarbij ammonium en nitriet direct tot stikstofgas worden omgezet, zonder de tussenkomst van zuurstof, wat belangrijk is in waterzuivering. $$NH_4^+ + NO_2^- \longrightarrow N_2 + 2H_2O$$ * **Waterzuivering:** Micro-organismen, met name in actief slib, zijn cruciaal voor de biologische zuivering van afvalwater, waarbij organisch materiaal wordt gemineraliseerd en stikstof- en fosforverbindingen worden verwijderd. #### 4.2.3 Voedselproductie en -veiligheid Micro-organismen zijn essentieel voor de productie en conservering van veel voedingsmiddelen. * **Fermentatie:** Onvolledige afbraak van koolhydraten in afwezigheid van zuurstof, leidend tot producten zoals melkzuur, alcohol en azijn. * **Melkzuurfermentatie:** Gebruikt bij de productie van yoghurt, kaas en kuilvoer (conservering van gras en maïs door anaërobe fermentatie met vorming van melkzuur, azijnzuur en propionzuur). * **Starterculturen:** Levende micro-organismen (bv. *Lactobacillus*, *Streptococcus*, *Bifidobacterium*, gisten) toegevoegd aan voedsel om fermentatie te starten of te verbeteren. * **Prebiotica:** Niet-verteerbare voedingscomponenten (bv. suikers, vezels) die de groei van gunstige darmflora stimuleren. * **Probiotica:** Levende micro-organismen die een positief effect hebben op de darmflora en de gezondheid van de gastheer. * **Voedselveiligheid:** * **Voedselinfectie:** Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met levende pathogenen. * **Voedselintoxicatie:** Ziekte veroorzaakt door het consumeren van toxines geproduceerd door micro-organismen in voedsel. * **Kruiscontaminatie:** Overdracht van pathogenen van het ene voedsel naar het andere. * **Hygiëne indicatoren:** Zoals coliformen, die wijzen op mogelijke fecale besmetting. * **GRAS-status (Generally Recognized As Safe):** Een classificatie voor ingrediënten die als veilig worden beschouwd voor gebruik in voedsel. * **Biologisch afbreekbaar plastic:** Productie van melkzuur door micro-organismen kan gebruikt worden om biologisch afbreekbaar plastic te vervaardigen. #### 4.2.4 Industriële Toepassingen Micro-organismen hebben een breed industrieel potentieel. * **Enzymen:** Thermofiele bacteriën produceren enzymen die stabiel zijn bij hoge temperaturen, wat nuttig is in technologische processen, zoals het verwijderen van vet uit textiel. * **Biogasproductie:** Micro-organismen kunnen worden ingezet voor de productie van biogas als hernieuwbare energiebron. * **Productie van bio-gebaseerde materialen:** Zoals biologisch afbreekbaar plastic. #### 4.2.5 Microbiële Diversiteit en Specifieke Ecologische Niche Micro-organismen leven in een breed scala aan gematigde en extreme milieus. De diversiteit van deze organismen, vaak gekenmerkt door unieke metabolische eigenschappen, is van groot belang voor ecologische processen en potentieel voor biotechnologische toepassingen. * **Voorbeelden van specifieke niches en bijbehorende organismen:** * **Halofiele niches:** Zoals de Dode Zee, bewoond door organismen als *Halobacterium salinarium*. * **Thermofiele niches:** Hete bronnen en geisers, bewoond door organismen als *Hyperthermus butylicus*. * **Hoge druk niches:** Diepzeeomgevingen, bewoond door organismen als *Methanopyrus kandleri*. * **Symbiotische niches:** *Rhizobium leguminosarum* in plantenwortels. * **Intracellulaire niches:** Pathogenen zoals *Plasmodium vivax* in menselijke cellen. * **Consortia:** Samenwerkingsverbanden van micro-organismen in diverse omgevingen zoals in de cyclus van organisch materiaal of in fermentatieprocessen. #### 4.2.6 De C- en N-cyclus * **C-cyclus:** Micro-organismen zijn essentieel voor de afbraak van organisch materiaal tot $CO_2$ (mineralisatie), wat de beschikbaarheid van koolstof voor andere organismen herstelt. * **N-cyclus:** Diverse micro-organismen zijn verantwoordelijk voor de transformatie van stikstofverbindingen, zoals N-fixatie, ammonificatie, nitrificatie en denitrificatie, wat essentieel is voor de beschikbaarheid van stikstof voor biologische processen. Het Haber-Bosch proces, dat ammoniak produceert voor kunstmest, is een technologisch proces dat de natuurlijke N-cyclus nabootst. > **Tip:** Het begrijpen van de C- en N-cyclus is cruciaal, aangezien micro-organismen de drijvende kracht achter veel van deze transformaties zijn. Het kennen van de algemene stappen en de rol van micro-organismen is belangrijker dan het memoriseren van alle specifieke bacterienamen die bij elke stap betrokken zijn. > **Voorbeeld:** Een voedselproduct dat weinig water bevat, heeft niet automatisch een lage $a_w$-waarde. Een hoge concentratie waterbindende stoffen kan de beschikbaarheid van water voor micro-organismen beperken, zelfs als het totale watergehalte laag is. Rozijnen (17% vocht, $a_w$ 0.60) en melkpoeder (3% vocht, $a_w$ 0.70) illustreren dit verschil. > **Tip:** Bij het bestuderen van micro-organismen in hun leefwereld, focus op de metabolische diversiteit en aanpassingsvermogen aan extreme omstandigheden. Dit verklaart hun aanwezigheid en rol in diverse ecologische niches en hun potentieel voor biotechnologische toepassingen. --- ## 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 | |------|------------| | Halofiele micro-organismen | Micro-organismen die zich kunnen handhaven en vermenigvuldigen in omgevingen met extreem hoge zoutconcentraties, zoals de Dode Zee. | | Thermofiele micro-organismen | Micro-organismen die in staat zijn te overleven en te groeien bij extreem hoge temperaturen, doorgaans tussen 70 en 80°C. | | Extremofiel | Een micro-organisme dat in staat is te overleven en te gedijen onder extreme omgevingscondities, zoals hoge druk, hoge of lage temperaturen, of hoge zoutconcentraties. | | Symbiose | Een langdurige samenlevingsvorm tussen twee of meer organismen van verschillende soorten, waarbij ten minste één van de organismen voordeel ondervindt van de interactie. | | Consortium (microbiologisch) | Een samenwerkingsverband of systeem bestaande uit minimaal twee verschillende organismen, waarbij elk organisme een essentiële bijdrage levert aan het overleven of functioneren van de andere organismen in het systeem. | | Eukaryote cel | Een celtype dat gekenmerkt wordt door de aanwezigheid van een celkern, omgeven door een membraan, waarin het genetisch materiaal (chromosomen) is opgeslagen, en met diverse celorganellen zoals mitochondriën. | | Prokaryote cel | Een celtype zonder een gedefinieerde celkern of membraan-omsloten organellen; het genetisch materiaal bevindt zich los in het cytoplasma. | | Exponentiële groeifase (logfase) | De periode in de groei van een micro-organismenpopulatie waarin de cellen zich met een constante, maximale snelheid vermenigvuldigen, wat resulteert in een exponentiële toename van het aantal cellen. | | Ongeslachtelijke voortplanting | Een reproductiemethode waarbij een enkel organisme nakomelingen produceert die genetisch identiek zijn aan de ouder, typisch door celdeling. | | Geslachtelijke voortplanting (bacteriën) | Een proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen bacteriën, wat kan leiden tot genetische diversiteit. Voorbeelden zijn conjugatie, transformatie en transductie. | | Conjugatie | Een proces waarbij genetisch materiaal, vaak in de vorm van een plasmide, direct van de ene bacteriecel naar de andere wordt overgedragen via cel-cel contact. | | Transformatie | Het proces waarbij een bacteriecellen vreemd DNA uit de omgeving opneemt en integreert in zijn eigen genoom, wat leidt tot genetische verandering. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van de ene bacteriecel naar de andere wordt overgebracht door middel van een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). | | Psychrofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij lage temperaturen, doorgaans onder 15°C. | | Psychrotroof | Een micro-organisme dat kan groeien bij lage temperaturen, maar waarvan het optimale groei-temperatuurbereik hoger ligt, vaak rond gematigde temperaturen. | | Mesofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij gematigde temperaturen, doorgaans tussen 20°C en 45°C. | | Thermotroof | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij verhoogde temperaturen, maar niet zo extreem als thermofielen, vaak tussen 45°C en 60°C. | | Thermofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij hoge temperaturen, doorgaans tussen 45°C en 80°C, en soms daarboven. | | Aeroob | Een organisme dat zuurstof nodig heeft voor zijn stofwisseling en groei. | | Anaeroob | Een organisme dat groeit in afwezigheid van zuurstof; zuurstof kan zelfs giftig zijn voor deze organismen. | | Facultatief anaeroob | Een organisme dat kan groeien met of zonder zuurstof, hoewel het vaak beter groeit in aanwezigheid van zuurstof. | | Microaerofiel | Een micro-organisme dat kleine hoeveelheden zuurstof nodig heeft voor zijn groei, maar beschadigd kan raken bij hogere concentraties. | | Neutrofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij een neutrale pH (rond 7). | | Acidofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij lage (zure) pH-waarden. | | Alkalifiel (of alkalofiel) | Een organisme dat optimaal groeit bij hoge (alkalische) pH-waarden. | | Wateractiviteit (a_w-waarde) | Een maat voor de hoeveelheid "vrij" of beschikbaar water in een product, die essentieel is voor microbiële groei. Een lage a_w-waarde beperkt de groei van micro-organismen. | | Halotolerant | Een organisme dat in staat is te overleven en enigszins te groeien in aanwezigheid van hoge zoutconcentraties, maar waarvan de optimale groei plaatsvindt bij lagere zoutconcentraties. | | Pigmentatie | De productie van kleurstoffen door micro-organismen, die kunnen dienen voor bescherming, fotosynthese of communicatie. | | Secundaire metabolieten | Chemische verbindingen geproduceerd door micro-organismen die niet direct betrokken zijn bij de primaire groei en reproductie, maar vaak specifieke functies vervullen, zoals antibiotica of pigmenten. | | Katabolisch pathway | Een metabole route die complexe moleculen afbreekt tot eenvoudigere, waarbij energie wordt vrijgegeven. | | Respiratie (Ademhaling) | Een metabool proces waarbij organische moleculen volledig worden geoxideerd, meestal met zuurstof als eindacceptor, om een grote hoeveelheid ATP te produceren. | | Fermentatie | Een anaeroob metabool proces waarbij organische moleculen onvolledig worden afgebroken tot kleinere moleculen, met productie van een beperkte hoeveelheid ATP. | | Anabolisch pathway | Een metabole route die eenvoudigere moleculen opbouwt tot complexere, waarbij energie wordt verbruikt. | | Fotosynthese | Een anabolisch proces waarbij lichtenergie wordt gebruikt om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose en zuurstof. | | Autotroof | Een organisme dat zijn eigen organische voedsel produceert uit anorganische bronnen, zoals CO2. | | Heterotroof | Een organisme dat organische verbindingen van andere organismen nodig heeft als koolstofbron voor zijn groei. | | Fototroof | Een organisme dat licht gebruikt als energiebron voor zijn stofwisseling. | | (Chemo)lithotroof | Een organisme dat anorganische elektrondonoren gebruikt als energiebron. | | (Chemo)organotroof | Een organisme dat organische elektrondonoren gebruikt als energiebron. | | Saprofytisch | Een organisme dat leeft van dood organisch materiaal. | | Reincultuur | Een cultuur die slechts één soort micro-organisme bevat. | | Vloeibare cultuur | Een microbiële cultuur die groeit in een vloeibaar medium. | | Groei op petrischaal | Microbiële groei op een vast medium (agar) in een petrischaal, resulterend in kolonies. | | Vegetatieve cel | Een actieve, groeiende cel van een micro-organisme, in tegenstelling tot een spore. | | Kochse postulaten | Een reeks criteria die worden gebruikt om een specifiek micro-organisme te identificeren als oorzaak van een bepaalde ziekte. | | Pathogene bacterie | Een bacterie die ziekte kan veroorzaken bij een gastheer. | | Microbiota | De gemeenschap van micro-organismen die in of op een organisme leven. | | Pasteuriseren | Een hittebehandeling die wordt toegepast om de meeste schadelijke micro-organismen in levensmiddelen te doden, zonder de kwaliteit significant te beïnvloeden. | | Steriliseren | Een proces dat alle micro-organismen, inclusief sporen, doodt. | | Denaturatie | Het proces waarbij de drievoudige structuur van een eiwit wordt vernietigd, waardoor het zijn functie verliest. | | Fenotypische indeling | Classificatie van organismen op basis van waarneembare kenmerken, zoals uiterlijk en biochemische eigenschappen. | | Fylogenetische indeling | Classificatie van organismen op basis van hun evolutionaire verwantschap, meestal bepaald door genetische analyse. | | Kolonisatieresistentie | Het vermogen van de commensale microbiota om de vestiging en groei van pathogene micro-organismen te voorkomen. | | GRAS-status (Generally Recognized As Safe) | Een classificatie in de Verenigde Staten voor ingrediënten die als veilig worden beschouwd voor gebruik in voedsel. | | Prebioticum | Een ingrediënt dat de groei en/of activiteit van gunstige micro-organismen in de darm stimuleert. | | Probioticum | Levende micro-organismen die, wanneer in adequate hoeveelheden toegediend, een gezondheidsvoordeel opleveren voor de gastheer. | | Fermentatie (voedselproductie) | Het gebruik van micro-organismen om een voedingsmiddel te veranderen, vaak ter conservering of om smaak en textuur te verbeteren. | | Foodgrade | Een kwaliteitsstandaard die aangeeft dat een materiaal geschikt is voor gebruik in contact met voedsel. | | Katabolisch | Verwijst naar stofwisselingsprocessen die moleculen afbreken. | | Anabolisch | Verwijst naar stofwisselingsprocessen die moleculen opbouwen. | | C-cyclus | De cyclus van koolstof in de biosfeer, inclusief de opname van CO2 door planten en de afbraak ervan door micro-organismen. | | N-cyclus | De cyclus van stikstof in de biosfeer, waarbij stikstof wordt omgezet tussen verschillende vormen zoals N2, ammoniak, nitraat en organisch gebonden stikstof door middel van microbiële processen. | | Mineralisatie | Het proces waarbij organisch materiaal wordt afgebroken tot anorganische componenten, zoals CO2 en mineralen. | | Ammonificatie | Het proces waarbij organisch gebonden stikstof door micro-organismen wordt omgezet in ammoniak (NH3) of ammoniumionen (NH4+). | | Nitrificatie | Het proces waarbij ammoniak wordt geoxideerd tot nitriet (NO2-) en vervolgens tot nitraat (NO3-) door nitrificerende bacteriën. | | Denitrificatie | Het proces waarbij nitraat (NO3-) door bacteriën wordt omgezet in gasvormige stikstofverbindingen (zoals N2) onder anaërobe omstandigheden. | | Anammox bacterie | Een groep bacteriën die in staat is ammonium en nitriet anaeroob te oxideren tot stikstofgas. | | Actief slib | Een mengsel van micro-organismen dat wordt gebruikt in de biologische zuivering van afvalwater, waarbij organische stoffen worden afgebroken. | | Endospore | Een taaie, inactieve structuur die door sommige bacteriën wordt gevormd om extreme omstandigheden te overleven; het is geen voortplantingsvorm. | | Antigeen (viraal) | Een molecuul (vaak een eiwit) op het oppervlak van een virus dat door het immuunsysteem van de gastheer wordt herkend en een immuunrespons, zoals de productie van antistoffen, kan opwekken. | | Antigeen drift | Kleine genetische veranderingen (mutaties) in virussen, met name in hun antigenen, waardoor ze minder goed worden herkend door het immuunsysteem van de gastheer. | | Medicijn | Een stof die wordt gebruikt voor de behandeling, preventie of diagnose van ziekten. | | Vaccin | Een biologisch preparaat dat het immuunsysteem stimuleert om bescherming te bieden tegen een specifieke ziekte. |

# Meiose en celdeling Meiose is een gespecialiseerd type celdeling dat leidt tot de vorming van haploïde geslachtscellen, wat essentieel is voor seksuele voortplanting en genetische diversiteit. ## 1.1 Inleiding tot celdeling ### 1.1.1 Celdeling bij prokaryoten en eukaryoten * **Prokaryoten**: Cellen delen zich via dwarsdeling (zie Leereenheid 1). * **Eukaryoten**: Cellen delen zich via mitose en meiose. ### 1.1.2 Vergelijking mitose en meiose * **Mitose**: Resulteert in twee diploïde dochtercellen die genetisch identiek zijn aan de moedercel. Wordt gebruikt voor groei, herstel en aseksuele voortplanting. * **Meiose**: Resulteert in vier haploïde dochtercellen, die genetisch verschillend zijn van de moedercel en van elkaar. Wordt gebruikt voor de vorming van gameten (geslachtscellen) voor seksuele voortplanting. ## 1.2 Meiose: de stappen Meiose is een tweeledig proces, bestaande uit Meiose I en Meiose II, voorafgegaan door een interfase. ### 1.2.1 Interfase De interfase bereidt de cel voor op deling en omvat drie fasen: * **G1-fase**: Algemene groei van de cel en replicatie van cytoplasmatische organellen. Het celvolume neemt toe. * **S-fase**: Synthese van DNA via DNA-replicatie. Elk chromosoom wordt verdubbeld, waarbij twee identieke zusterchromatiden ontstaan die aan elkaar verbonden blijven. Dit is cruciaal voor de latere deling. * **G2-fase**: Finale voorbereiding op de celdeling, waaronder de vorming van spoeldraden en membranen. ### 1.2.2 Meiose I (Reductiedeling) Meiose I is de eerste delingsronde en is verantwoordelijk voor de scheiding van homologe chromosomen. Het doel is om het aantal chromosomen te halveren. * **Profase I**: * Chromosomen condenseren en worden zichtbaar. * **Chromatinetetraden**: Homologe chromosomen (één van elke ouder) komen naast elkaar te liggen en vormen paren van vier chromatiden (een tetrade). * **Crossing-over**: Uitwisseling van genetisch materiaal tussen homologe chromosomen vindt plaats. Dit gebeurt aan het einde van profase I of begin metafase I. Het resulteert in recombinatie van genen op eenzelfde chromosoom, wat leidt tot genetische diversiteit. * **Metafase I**: * De chromosoomtetraden (homologe paren) rangschikken zich op het middenvlak van de cel (equatorvlak). * **Toevallige combinatie (random assortment)**: De oriëntatie van elk homoloog paar is willekeurig ten opzichte van de polen. Dit betekent dat de moederlijke en vaderlijke chromosomen onafhankelijk van elkaar worden verdeeld, wat bijdraagt aan genetische diversiteit. * **Anafase I**: * Homologe chromosomen worden naar tegenovergestelde polen van de cel getrokken. * Elk chromosoom bestaat nog steeds uit twee zusterchromatiden. * **Telofase I**: * De chromosomen bereiken de polen. * Er kan enige decondensatie van chromosomen optreden en er worden soms nieuwe kernmembranen gevormd. * De celdeling (cytokinese) kan beginnen, wat resulteert in twee haploïde cellen. Deze cellen zijn haploïd omdat ze nog maar één chromosoom van elk homoloog paar bevatten, hoewel elk chromosoom nog uit twee chromatiden bestaat. De duur van deze fase is beperkt. ### 1.2.3 Meiose II (Equatiedeling) Meiose II is de tweede delingsronde en lijkt op mitose. Het doel is de scheiding van de zusterchromatiden. * **Profase II**: * Als er kernmembranen waren gevormd, verdwijnen deze. * Spoeldraden worden gevormd. De vorming van de spoelfiguur is loodrecht op die van de eerste spoelfiguur. De duur van profase II is beperkt omdat de chromosomen al gecondenseerd zijn vanuit de vorige fase. * **Metafase II**: * De chromosomen (elk bestaande uit twee zusterchromatiden) rangschikken zich op het middenvlak van de cel. * In tegenstelling tot metafase I, liggen hier individuele chromosomen, niet meer homologe paren, langs de evenaar. * **Anafase II**: * De zusterchromatiden worden van elkaar gescheiden en naar tegenovergestelde polen van de cel getrokken. * Nu worden ze beschouwd als individuele chromosomen. * **Telofase II**: * De chromosomen bereiken de polen en beginnen te decondenseren. * Kernmembranen worden gevormd rond de vier sets chromosomen. * Cytokinese vindt plaats, wat resulteert in de vorming van vier haploïde dochtercellen. Deze cellen zijn echt haploïd omdat ze nu nog maar één chromatide per chromosoom bevatten. > **Tip:** Telofase I en Profase II worden soms niet gedetailleerd weergegeven op schema's omdat de duur ervan zeer beperkt is en de chromosomen nog zichtbaar zijn vanuit de vorige fase. ## 1.3 Genetische diversiteit door meiose Meiose draagt bij aan genetische diversiteit op twee belangrijke manieren: 1. **Crossing-over (tijdens Profase I)**: Uitwisseling van genetische segmenten tussen homologe chromosomen, wat leidt tot nieuwe combinaties van allelen op een chromosoom. 2. **Toevallige combinatie van chromosomen (tijdens Metafase I)**: De willekeurige oriëntatie van homologe chromosomenparen op het equatoriaal vlak zorgt ervoor dat elke dochtercel een unieke mix van moederlijke en vaderlijke chromosomen ontvangt. > **Tip:** Deze mechanismen zorgen ervoor dat elke gevormde gameet genetisch uniek is, wat cruciaal is voor de evolutie en aanpassing van soorten. ## 1.4 Chromosomen en celstadia ### 1.4.1 Diploidie en haploidie * **Dipsoïde cel (2n)**: Bevat twee sets chromosomen, één set van elke ouder. Lichaamscellen (somatische cellen) zijn diploïde. Bij de mens is $2n = 46$, bestaande uit 22 paar autosomen en 1 paar geslachtschromosomen (X en Y). * **Haploïde cel (n)**: Bevat één set chromosomen. Geslachtscellen (gameten) zijn haploïde. Bij de mens is $n = 23$. > **Oefenvraag 6:** Wat wordt bedoeld met een cel is 2n? De cel heeft n paar chromosomen. ### 1.4.2 Hoeveelheid DNA tijdens meiose De hoeveelheid DNA wordt vaak uitgedrukt in termen van 'p', waarbij 'p' de hoeveelheid DNA in een diploïde cel in de G1-fase representeert. * **G1-fase (rustende cel vóór meiose)**: Hoeveelheid DNA is $p$. * **Na S-fase (replicatie)**: Hoeveelheid DNA is $2p$. Elk chromosoom bestaat uit twee zusterchromatiden. * **Na Meiose I**: De cel is haploïd wat betreft het aantal chromosomen, maar elk chromosoom bestaat nog steeds uit twee chromatiden. De hoeveelheid DNA per kern is $p$. Dit is omdat de homologe chromosomen zijn gescheiden. * **Na Meiose II**: De zusterchromatiden zijn gescheiden. De resulterende vier dochtercellen zijn haploïd en elk chromosoom bestaat uit één chromatide. De hoeveelheid DNA per kern is $\frac{1}{2}p$. > **Oefenvraag 7:** > Vraag 1: Wat is de hoeveelheid DNA in een kern na meiose I, indien de hoeveelheid DNA in de kern van de rustende cel in G1 fase = p? Antwoord: $p$. > Vraag 2: Wat is de hoeveelheid DNA in een kern na meiose II? Antwoord: $\frac{1}{2}p$. ### 1.4.3 Karyogram Een karyogram is een geordend beeld van de chromosomen van een cel, geschikt voor studie tijdens metafase wanneer chromosomen het meest gecondenseerd zijn. Het wordt gebruikt om chromosomen te tellen, ordenen en vergelijken. > **Tip:** Een ongeordend karyogram toont de chromosomen zoals ze uit de cel komen, terwijl een geordend karyogram de chromosomen rangschikt op grootte en vorm, wat karakteristiek is voor een soort. ## 1.5 Vergelijking met mitose en andere celdelingen * **Vorming van gameten**: Meiose is het proces dat optreedt bij de vorming van geslachtscellen (gameten) bij de meeste dieren. > **Oefenvraag 5:** Bij welk proces treedt bij de meeste dieren meiose op? Vorming van gameten. * **Vorming van zygote**: De versmelting van twee haploïde gameten (bevruchting) leidt tot de vorming van een diploïde zygote. Dit is een proces van seksuele voortplanting en gebeurt na meiose. > **Tip:** Meiose voorkomt de verdubbeling van het aantal chromosomen bij elke generatie van seksuele voortplanting. Zonder meiose zou de hoeveelheid DNA in de kern elke generatie verdubbelen, wat leidt tot een wanverhouding tussen kernmateriaal en de rest van de cel. ## 1.6 Oefenvragen en antwoorden Hier zijn de oplossingen voor de oefenvragen uit het document: * **Oefenvraag 1**: Antwoord A (afhankelijk van de figuren in het originele document). * **Oefenvraag 2**: Antwoord 3 (Alleen in stadia B & D) - Dit verwijst naar de S-fase (D) voor DNA-replicatie en de interfase voorafgaand aan Meiose I (B), waarbij de S-fase van die interfase plaatsvindt. * **Oefenvraag 3**: Juiste oplossing: tijdsvak 2 (Dit verwijst naar de S-fase in een diagram van DNA-hoeveelheid over tijd). * **Oefenvraag 4**: Juiste oplossing: tijdsvakken 3 & 5 (Dit verwijst naar de perioden waarin de diploïde cel zich in metafase I of metafase II bevindt, na DNA-replicatie). * **Oefenvraag 5**: Juiste oplossing: antwoord A (Vorming van gameten). * **Oefenvraag 6**: Juiste oplossing: antwoord D (De cel heeft n paar chromosomen). * **Oefenvraag 7**: Vraag 1: p; Vraag 2: ½ p. * **Oefenvraag 8**: Juiste oplossing: antwoord D (Meiose I en n = 2) - Dit is gebaseerd op de interpretatie van het schema met homologe paren die zich organiseren op het equatoriaal vlak in Meiose I. Bij $n=2$ zijn er 2 paren homologe chromosomen, wat neerkomt op 4 chromosomen in een diploïde cel. * **Oefenvraag 9**: (Afhankelijk van de afbeelding in het originele document) De genummerde delingsproducten die haploïd zijn, zijn de eindproducten van meiose II. ## 1.7 Belangrijke definities * **Homologe chromosomen**: Chromosomen van dezelfde lengte en vorm, die genen voor dezelfde eigenschappen bevatten, maar mogelijk verschillende allelen. Ze komen in paren voor in diploïde cellen. * **Zusterchromatiden**: Twee identieke kopieën van een enkel chromosoom, verbonden door een centromeer, gevormd tijdens DNA-replicatie. * **Chromosoomtetrade**: Een paar homologe chromosomen, elk bestaande uit twee zusterchromatiden, wat resulteert in een structuur van vier chromatiden tijdens profase I van meiose. * **Crossing-over**: Het uitwisselingsproces van genetisch materiaal tussen niet-zusterchromatiden van homologe chromosomen. * **Toevallige combinatie**: De willekeurige oriëntatie van homologe chromosomenparen op het equatoriaal vlak tijdens metafase I van meiose, wat leidt tot verschillende combinaties van chromosomen in de dochtercellen. * **Gameten**: Haploïde geslachtscellen (spermacellen en eicellen) die gevormd worden door meiose. * **Zygote**: Een diploïde cel gevormd door de versmelting van twee gameten. ## 1.8 Stamcellen (kort overzicht gerelateerd aan celdeling) Hoewel niet direct een deel van meiose, is celdeling essentieel voor stamceldifferentiatie. * **Totipotent**: Mogelijkheid om een volledig individu te vormen (bv. zygote, vroege embryonale cellen). * **Pluripotent**: Mogelijkheid om elk celtype van het lichaam te vormen, maar niet een volledig individu (embryonale stamcellen). * **Multipotent**: Mogelijkheid om een beperkt aantal celtypen binnen een specifiek weefsel te vormen (somatische/adulte stamcellen). > **Tip:** Stamcellen delen zich voornamelijk via mitose om meer stamcellen te produceren of gespecialiseerde cellen te vormen. Meiose is specifiek voor de vorming van gameten. --- # Genetische diversiteit en karyogrammen Dit thema behandelt de mechanismen die tijdens de meiose zorgen voor genetische diversiteit, met speciale aandacht voor crossing-over en recombinatie van genen, en introduceert het concept van allelen. Daarnaast wordt het karyogram van een menselijke lichaamscel besproken, inclusief de identificatie van homologe chromosomen, autosomen en geslachtschromosomen. ### 2.1 Mechanismen van genetische diversiteit tijdens meiose Meiose is een gespecialiseerd type celdeling dat cruciaal is voor de vorming van geslachtscellen (gameten) en leidt tot genetische diversiteit in de nakomelingen. Dit wordt bereikt door twee belangrijke processen: #### 2.1.1 Toevallige verdeling van chromosomen Tijdens metafase I van de meiose ordenen de chromosoomtetraden zich op het equatoriaal vlak. De wijze waarop deze paren van homologe chromosomen zich toevallig rangschikken, resulteert in een unieke combinatie van moederlijk en vaderlijk genetisch materiaal in de dochtercellen. Dit proces is een belangrijke bron van variatie tussen de gevormde gameten. #### 2.1.2 Crossing-over en recombinatie van genen Crossing-over is een proces dat plaatsvindt tijdens profase I en het begin van metafase I van de meiose. Hierbij wisselen segmenten van DNA uit tussen homologe chromosomen die deel uitmaken van dezelfde chromosoomtetrade. * **Genen op hetzelfde chromosoom:** Genen die op hetzelfde chromosoom liggen, worden gekoppeld genoemd. Vóór de crossing-over worden deze genen samen overgeërfd. * **Recombinatie:** Door crossing-over kunnen genen die op eenzelfde chromosoom liggen, uitwisselen tussen de homologe chromosomen. Dit fenomeen leidt tot *recombinatie van genen*, wat resulteert in nieuwe combinaties van allelen op de chromosomen. Deze recombinatie is een essentiële bron van genetische variatie. > **Tip:** Het concept van *allelen* is hierbij belangrijk. Een allel is een specifieke vorm van een gen. Door crossing-over kunnen verschillende allelen van hetzelfde gen (die bijvoorbeeld op de homologe chromosomen aanwezig zijn) opnieuw worden gecombineerd. #### 2.1.3 Meiose: van diploïde naar haploïde cellen Meiose is ook bekend als reductiedeling omdat het aantal chromosomen in de dochtercellen wordt gehalveerd. * **Lichaamscellen (somatische cellen):** Deze zijn diploïd ($2n$), wat betekent dat ze twee complete sets chromosomen bevatten, één set afkomstig van elke ouder. * **Geslachtscellen (gameten):** Deze zijn haploïd ($n$), wat betekent dat ze slechts één complete set chromosomen bevatten. Meiose is essentieel om te voorkomen dat het aantal chromosomen bij elke geslachtelijke generatie verdubbelt. Als gameten met elk een volledige diploïde set chromosomen zouden versmelten, zou de kernfase van de zygote per generatie verdubbelen, wat leidt tot een wanverhouding tussen het kernmateriaal en de rest van de cel. Door meiose bezitten de gameten slechts de helft van het aantal erfelijke factoren (chromosomen) vergeleken met lichaamscellen. Uit één diploïde cel ontstaan uiteindelijk vier haploïde cellen. ### 2.2 Karyogram van een menselijke lichaamscel Een karyogram is een geordend beeld van alle chromosomen van een cel, gerangschikt op grootte, vorm en positie van het centromeer. Het dient als een soort "blauwdruk" van het genoom van een organisme. #### 2.2.1 Structuur van het menselijk karyogram Een typische menselijke lichaamscel (somatische cel) is diploïd ($2n$) en bevat 46 chromosomen. Deze 46 chromosomen zijn verdeeld in: * **22 paren autosomen:** Dit zijn niet-geslachtsgebonden chromosomen. Elk individu heeft 22 paren autosomen. De homologe chromosomen binnen elk paar zijn gelijk in lengte en vorm, en dragen genen voor dezelfde eigenschappen op dezelfde loci. * **1 paar geslachtschromosomen:** Deze bepalen het biologische geslacht van een individu. Bij mannen zijn dit een X-chromosoom en een Y-chromosoom ($XY$), en bij vrouwen zijn dit twee X-chromosomen ($XX$). Dus, een diploïde menselijke cel heeft $22 \times 2$ autosomen plus 2 geslachtschromosomen, wat resulteert in een totaal van $44 + 2 = 46$ chromosomen. #### 2.2.2 Homologe chromosomen Homologe chromosomen zijn paren van chromosomen die in diploïde cellen voorkomen. Ze hebben dezelfde lengte, vorm en centromeerpositie. Elk chromosoom in een homoloog paar is afkomstig van een andere ouder (één van de moeder, één van de vader). Ze bevatten genen voor dezelfde eigenschappen, maar niet noodzakelijk dezelfde allelen. #### 2.2.3 Bestuderen van chromosomen De chromosomen zijn het best te bestuderen tijdens de metafase van zowel mitose als meiose, omdat ze dan het meest gecondenseerd zijn. * **Ongeordend karyogram:** Dit is een beeld van de chromosomen zoals ze vanuit één pool van de cel worden bekeken. Hierbij worden de chromosomen geteld, geordend en vergeleken om eventuele afwijkingen in aantal of structuur te detecteren. * **Geordend karyogram:** Dit is een karakteristieke representatie voor een specifieke soort, waarbij de chromosomen systematisch zijn gerangschikt. > **Tip:** Een afwijking in het aantal chromosomen (aneuploïdie) of de structuur ervan kan leiden tot genetische aandoeningen. Bijvoorbeeld, trisomie 21 (syndroom van Down) resulteert uit de aanwezigheid van een extra exemplaar van chromosoom 21. --- # Toepassingen en opdrachten rond celdeling Dit gedeelte test de kennis over celdeling, met name meiose en mitose, door middel van oefenvragen en opdrachten, waarbij ook de interpretatie van DNA-hoeveelheden en stamceldifferentiatie aan bod komt. ### 3.1 Samenvatting van celdeling: mitose en meiose Celdeling is een fundamenteel proces voor groei, herstel en voortplanting. De twee belangrijkste vormen van celdeling zijn mitose en meiose. #### 3.1.1 De interfase De interfase is de periode vóór de eigenlijke celdeling, waarin de cel groeit en zich voorbereidt. De interfase bestaat uit drie fasen: * **G1-fase:** Algemene groei van de cel en replicatie van cytoplasmatische organellen, waardoor het celvolume toeneemt. * **S-fase:** DNA-synthese, waarbij het DNA van de cel wordt gerepliceerd. * **G2-fase:** Finale voorbereiding op de celdeling, inclusief de vorming van spoeldraden en membranen. #### 3.1.2 Meiose Meiose is een vorm van reductiedeling die leidt tot de vorming van geslachtscellen (gameten). Uit één diploïde cel (2n) ontstaan vier haploïde cellen (n). Dit proces is cruciaal om te voorkomen dat het aantal chromosomen bij elke geslachtelijke voortplanting verdubbelt. * **Meiose I:** * **Profase I:** Vorming van chromatinetetraden, waarbij homologe chromosomen naast elkaar liggen. Tijdens deze fase kan **crossing-over** plaatsvinden, een proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen homologe chromosomen. Dit leidt tot recombinatie van genen en genetische diversiteit. * **Metafase I:** De chromosoomtetraden rangschikken zich op het equatoriale vlak. De combinatie van chromosoomtetraden is toevallig. * **Anafase I:** Homologe chromosomen bewegen naar tegenovergestelde polen van de cel. * **Telofase I:** Vorming van nieuwe celkernen. De insnoering van de cel is zeer beperkt. * **Meiose II:** Meiose II lijkt op mitose en volgt na Meiose I. * **Profase II:** Vorming van een nieuwe spoelfiguur, loodrecht op die van Meiose I. * **Metafase II:** De chromosomen (elk bestaande uit twee chromatiden) rangschikken zich op het equatoriale vlak. De verdeling van de chromosomen is toevallig. * **Anafase II:** De chromatiden scheiden zich en bewegen naar tegenovergestelde polen. * **Telofase II:** Insnoering van de cel, resulterend in de vorming van vier haploïde cellen. > **Tip:** Telofase I en profase II worden vaak niet expliciet op figuren getoond omdat deze stadia van zeer korte duur zijn. De chromosomen zijn echter nog aanwezig en in profase II wordt een nieuwe spoelfiguur gevormd. #### 3.1.3 Mitose Mitose is een proces waarbij uit één diploïde cel twee identieke diploïde dochtercellen ontstaan. Dit proces is essentieel voor groei, herstel en ongeslachtelijke voortplanting. #### 3.1.4 Genetische diversiteit Genetische diversiteit binnen een populatie wordt bevorderd door twee hoofdoorzaken tijdens de meiose: 1. **Toevallige verdeling van chromosomen:** Tijdens metafase I kunnen de homologe chromosomen op verschillende manieren ten opzichte van elkaar georiënteerd zijn, wat leidt tot verschillende combinaties in de dochtercellen. 2. **Crossing-over:** Het uitwisselen van genetisch materiaal tussen homologe chromosomen tijdens profase I, wat leidt tot nieuwe combinaties van allelen op een chromosoom. #### 3.1.5 Karyogram en chromosomen Een karyogram is een geordend beeld van de chromosomen van een cel. * **Diploïde cel (2n):** Bevat twee complete sets chromosomen, één set van elke ouder. Een menselijke diploïde cel heeft 46 chromosomen (2n = 46), bestaande uit 22 paar autosomale chromosomen en 2 geslachtschromosomen. * **Haploïde cel (n):** Bevat één enkele set chromosomen. * **Homologe chromosomen:** Chromosomen die dezelfde genen bevatten op dezelfde loci, maar mogelijk verschillende allelen. Ze komen voor in diploïde cellen en zijn afkomstig van verschillende ouders. > **Tip:** In metafase zijn chromosomen het best te bestuderen omdat ze volledig gecondenseerd zijn. Een ongeordend karyogram toont de chromosomen zoals ze uit de cel komen, waarna ze geteld, geordend en vergeleken kunnen worden voor een geordend karyogram. ### 3.2 DNA-hoeveelheden tijdens celdeling De hoeveelheid DNA in een cel varieert gedurende de verschillende stadia van celdeling. De G1-fase van de interfase wordt vaak als referentiepunt gebruikt (hoeveelheid DNA = p). * **Na DNA-replicatie (S-fase):** De hoeveelheid DNA verdubbelt naar $2p$. * **Na Meiose I:** De hoeveelheid DNA per cel is gereduceerd tot $p$. * **Na Meiose II:** De hoeveelheid DNA per cel is verder gereduceerd tot $\frac{1}{2}p$. In de context van mitose en meiose kunnen we de volgende tijdvakken onderscheiden: * **Tijdsvak 1:** G1-fase (DNA-hoeveelheid $p$) * **Tijdsvak 2:** S-fase (DNA-replicatie) * **Tijdsvak 3:** G2-fase en Mitose (Profase, Metafase, Anafase, Telofase) of Meiose I (Profase I, Metafase I, Anafase I, Telofase I) (DNA-hoeveelheid $2p$) * **Tijdsvak 4:** Cytokinese na Mitose (DNA-hoeveelheid $p$ in dochtercellen) of na Meiose I (DNA-hoeveelheid $p$ in dochtercellen) * **Tijdsvak 5:** Meiose II (Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II) (DNA-hoeveelheid $p$ in de cellen die Meiose II ondergaan, waarbij elke dochtercel na Meiose II $\frac{1}{2}p$ DNA heeft) > **Oefening:** Een cel bevindt zich in een bepaald stadium van de meiose van een diploïd organisme. Als $n$ het aantal chromosomen in een haploïde cel vertegenwoordigt, en de cel in de afbeelding in Meiose II is en $n=2$, dan heeft dit organisme een diploïde aantal van $2n=4$. Als het stadium echter Meiose I betreft en $n=4$, dan is het diploïde aantal $2n=8$. ### 3.3 Stamceldifferentiatie Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen met het vermogen zich te specialiseren in verschillende celtypen. Er zijn verschillende typen stamcellen: * **Totipotente stamcellen:** Kunnen zich ontwikkelen tot een volledig individu, inclusief de placenta. * **Pluripotente stamcellen (embryonale stamcellen):** Kunnen zich ontwikkelen tot elk type cel van het lichaam (alle weefseltypen), maar niet tot een volledig nieuw individu. Ze worden gevonden in het vroege embryo. * **Multipotente stamcellen (somatische/adulte/volwassen stamcellen):** Kunnen zich ontwikkelen tot een beperkt aantal celtypen binnen een specifiek weefseltype. Ze zijn aanwezig in diverse weefsels en zijn verantwoordelijk voor de aanmaak van gedifferentieerde cellen van dat weefsel. > **Tip:** Stamceldifferentiatie wordt sterk gereguleerd door genexpressie, waarbij specifieke genen "aan" of "uit" gezet worden om de cel te sturen naar een bepaald type. ### 3.4 Toepassingen en opdrachten De concepten van celdeling, DNA-hoeveelheden en stamceldifferentiatie worden getest door middel van diverse oefenvragen. #### 3.4.1 Oefenvragen en oplossingen * **Oefenvraag 1:** Vraag naar de identificatie van figuren die verschillende stadia van celdeling voorstellen (mitose, meiose I, meiose II). * **Oefenvraag 2:** Bepaalt in welke stadia van menselijke celcyclus het DNA volledig gerepliceerd is (S-fase, G2-fase, mitose, meiose I en deels meiose II). * **Oefenvraag 3:** Identificeert het tijdsvak waarin DNA-replicatie plaatsvindt aan de hand van een diagram van DNA-hoeveelheid versus tijd. Dit is het tijdsvak waarin de hoeveelheid DNA verdubbelt. * **Oefenvraag 4:** Bepaalt in welke tijdsvakken de metafase kan plaatsvinden, rekening houdend met zowel mitose als meiose. Dit zijn de periodes waarin de chromosomen op het equatoriale vlak liggen na replicatie. * **Oefenvraag 5:** Vraagt naar het biologische proces waarbij meiose bij de meeste dieren optreedt (vorming van gameten). * **Oefenvraag 6:** Definieert de term '2n' cel, wat verwijst naar een diploïde cel met twee sets chromosomen (n paar chromosomen). * **Oefenvraag 7:** Vergelijkt de DNA-hoeveelheden na meiose I en meiose II met de hoeveelheid DNA in een rustende cel in G1-fase ($p$). Na meiose I is de hoeveelheid $p$, en na meiose II is dit $\frac{1}{2}p$. * **Oefenvraag 8:** Analyseert een schema van een delingsstadium om te bepalen of het meiose I of meiose II betreft, en berekent de waarde van $n$ voor het organisme. * **Oefenvraag 9:** Identificeert de haploïde delingsproducten in een schema van eicelvorming bij een dier. #### 3.4.2 Vrijblijvende opdrachten * **Opdracht 1:** Beoordeelt de bewering dat uitwisseling van genetisch materiaal bij gametenvorming op twee manieren plaatsvindt (correct: toevallige verdeling chromosomen en crossing-over). * **Opdracht 2:** Evalueert de bewering dat somatische en embryonale stamcellen totipotent zijn (fout; embryonale stamcellen zijn pluripotent en somatische stamcellen zijn multipotent). > **Belangrijk:** Homologe chromosomen komen voor in diploïde cellen en zijn niet identiek, aangezien ze mogelijk verschillende allelen dragen. Ze zijn wel gelijk in lengte en vorm en afkomstig van beide ouders. --- ## 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 | |------|------------| | Prokaryoten | Organismen waarvan de cellen geen echte kern (nucleus) bevatten, en waarbij het genetisch materiaal vrij in het cytoplasma zweeft, zoals bacteriën en archaea. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen wel een goed gedefinieerde kern bevatten, met daarin het genetisch materiaal, en verder ook diverse organellen zoals mitochondriën en endoplasmatisch reticulum. | | Mitose | Een proces van celdeling waarbij uit één moedercel twee identieke dochtercellen ontstaan, essentieel voor groei en herstel van weefsels. | | Meiose | Een proces van celdeling dat leidt tot de vorming van vier haploïde cellen (gameten of geslachtscellen), die de helft van het aantal chromosomen van de moedercel bevatten, cruciaal voor seksuele voortplanting. | | Interfase | De fase in de celcyclus tussen twee opeenvolgende celdelingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op de celdeling. De interfase bestaat uit de G1-, S- en G2-fasen. | | G1-fase | De eerste groeifase van de interfase, waarin de cel in volume toeneemt en belangrijke organellen worden gerepliceerd. | | S-fase | De synthesefase van de interfase, waarin het DNA wordt gerepliceerd, resulterend in twee identieke chromatiden per chromosoom. | | G2-fase | De tweede groeifase van de interfase, waarin de cel zich verder voorbereidt op de celdeling, onder andere door de vorming van spoeldraden. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij een dubbelstrengs DNA-molecuul wordt gekopieerd om twee identieke dubbelstrengs DNA-moleculen te produceren. | | Spoeldraden | Structuren die tijdens de celdeling worden gevormd en de chromosomen naar de polen van de cel trekken. | | Meiose I | De eerste van de twee delingsfasen van meiose, waarbij homologe chromosomen van elkaar worden gescheiden, wat leidt tot twee haploïde cellen. | | Profase I | De eerste fase van meiose I, waarin chromosomen condenseren, het kernmembraan verdwijnt en homologe chromosomen paren vormen (chromatinetetraden). | | Chromatinetetraden | Een structuur gevormd door twee homologe chromosomen die naast elkaar liggen, waarbij elk chromosoom uit twee zusterchromatiden bestaat; in totaal vier chromatiden. | | Metafase I | De fase van meiose I waarin de chromatinetetraden zich in het midden van de cel rangschikken. | | Toevallige combinatie | Het willekeurig rangschikken van homologe chromosomenparen op de metafaseplaat tijdens metafase I van meiose, wat leidt tot genetische variatie. | | Anafase I | De fase van meiose I waarin homologe chromosomen naar tegenovergestelde polen van de cel bewegen. | | Telofase I | De laatste fase van meiose I, waarin de chromosomen zich aan de polen bevinden en de cel begint te splitsen. | | Meiose II | De tweede delingsfase van meiose, vergelijkbaar met mitose, waarbij de zusterchromatiden van elk chromosoom van elkaar worden gescheiden, wat resulteert in vier haploïde cellen. | | Profase II | De eerste fase van meiose II, waarin de chromosomen weer zichtbaar worden na de telofase I en het kernmembraan eventueel opnieuw verdwijnt. | | Metafase II | De fase van meiose II waarin de chromosomen zich op de metafaseplaat rangschikken. | | Anafase II | De fase van meiose II waarin de zusterchromatiden van elkaar worden gescheiden en naar tegenovergestelde polen bewegen. | | Chromatiden | Eén van de twee identieke helften van een gerepliceerd chromosoom, die tijdens mitose en meiose worden gescheiden. | | Telofase II | De laatste fase van meiose II, waarin de chromatiden aan de polen arriveren en nieuwe kernmembranen zich vormen, resulterend in vier haploïde cellen. | | Haploïd | Een cel die slechts één set van chromosomen bevat (aangeduid als 'n'). Dit geldt voor geslachtscellen (gameten). | | Diploïd | Een cel die twee sets van chromosomen bevat (aangeduid als '2n'), één set van elke ouder. Lichaamscellen zijn meestal diploïd. | | Crossing-over | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen homologe chromosomen tijdens profase I van meiose, wat bijdraagt aan genetische diversiteit. | | Recombinatie van genen | Het proces waarbij nieuwe combinaties van genen ontstaan, voornamelijk door crossing-over en de toevallige verdeling van chromosomen tijdens meiose. | | Allelen | Verschillende varianten van eenzelfde gen die op dezelfde locus op homologe chromosomen kunnen voorkomen. | | Karyogram | Een geordend beeld van alle chromosomen van een cel, gerangschikt naar grootte en patroon, wat nuttig is voor het identificeren van chromosomale afwijkingen. | | Homologe chromosomen | Chromosomen die paren vormen in diploïde cellen; elk chromosoom in een paar is afkomstig van een andere ouder en bevat genen voor dezelfde eigenschappen, maar mogelijk verschillende allelen. | | Autosomen | Alle chromosomen behalve de geslachtschromosomen (X en Y). In mensen zijn er 22 paren autosomen. | | Geslachtschromosomen | De chromosomen die het geslacht van een organisme bepalen (bij mensen X en Y). | | Somatische cel | Een lichaamscel die niet betrokken is bij de voortplanting; deze cellen zijn diploïd. | | Gameten | Geslachtscellen (sperma en eicellen) die haploïd zijn en ontstaan door meiose. | | Zygote | De cel die ontstaat door de versmelting van een eicel en een zaadcel (bevruchting); deze cel is diploïd. | | Totipotent | Het vermogen van een cel om zich te ontwikkelen tot elk type cel in het lichaam, inclusief de placenta en dus tot een volledig individu. Embryonale cellen direct na bevruchting zijn totipotent. | | Multipotent | Het vermogen van een stamcel om zich te differentiëren tot een beperkt aantal celtypen binnen een specifiek weefsel of orgaan. | | Pluripotent | Het vermogen van een stamcel om zich te differentiëren tot elk celtype van de drie kiemlagen, maar niet tot cellen die nodig zijn voor de vorming van de placenta. Embryonale stamcellen zijn pluripotent. |

# Pathogens and their characteristics This section provides an overview of various pathogens, focusing on viruses and bacteria, detailing their structures, genetic material, and classifications. ### 1.1 Viruses Viruses are among the smallest organisms, though they are not considered cells. They are comprised of genetic material and proteins that direct the host cell's biochemical processes [5](#page=5). #### 1.1.1 General viral structure All viruses possess a protein coat, known as a capsid, which is made up of repeating protein subunits called capsomeres. Within the capsid lies the virus's genetic material, which can be either DNA or RNA. Additionally, viruses have virus attachment particles (VAPs), which are specific proteins (antigens) that bind to target proteins on the host cell's surface membrane. Some viruses are also surrounded by a lipid envelope, derived from the host cell's membranes, which aids in the transfer of viral components to host cells without rendering them vulnerable; however, not all viruses have this envelope [1](#page=1) [5](#page=5). #### 1.1.2 Classification of viruses Viruses are primarily classified based on their genetic material: * **DNA viruses**: These viruses utilize DNA as their genetic material. The viral DNA serves as a template for the synthesis of new viral DNA and messenger RNA (mRNA) for the production of viral proteins. Examples include smallpox viruses, adenoviruses, and bacteriophages [1](#page=1) [5](#page=5). * **RNA viruses**: These viruses have RNA as their genetic material. They are more prone to mutation than DNA viruses, partly due to having only a single strand of RNA. RNA viruses do not produce DNA. Examples include Tobacco Mosaic Viruses (TMV), Ebola fever, polio, measles, and influenza [1](#page=1) [5](#page=5). #### 1.1.3 Special types of viruses * **Retroviruses**: A specialized category of RNA viruses that have a unique replication cycle. They control the host cell to produce DNA that corresponds to their viral RNA genome. This viral DNA is then inserted into the host cell's DNA. This process is facilitated by an enzyme called reverse transcriptase, which is synthesized during the retrovirus's life cycle. Human Immunodeficiency Virus (HIV), the virus that causes AIDS, is a well-known example of a retrovirus [1](#page=1). * **Provirus**: Refers to viral DNA that has been integrated into the host cell's genome during the lysogenic pathway of viral reproduction. This state allows the virus to remain latent within the host cell, where it can exist without adversely affecting the host during a period known as lysogeny [1](#page=1). #### 1.1.4 Viral reproduction and cell damage * **Lysis**: This refers to the bursting of host cells, often due to the action of enzymes like lysozyme [1](#page=1). * **Exocytosis**: An energy-requiring process by which a vesicle within the cell fuses with the cell's surface membrane, releasing its contents to the outside of the cell [1](#page=1). ### 1.2 Bacteria Bacteria are single-celled microorganisms that possess a distinct cellular structure [4](#page=4). #### 1.2.1 Common bacterial structures All bacteria share the following components: * **Cell wall**: Contains peptidoglycan. Gram-positive bacteria have a thicker layer of peptidoglycan in their cell walls, whereas Gram-negative bacteria have a thinner cell wall, which can cause staining to leak out [4](#page=4). * **Cell surface membrane**: Encloses the cytoplasm [4](#page=4). * **Nucleoid**: Contains a single, circular strand of DNA [4](#page=4). * **70S ribosomes**: Sites for protein synthesis [4](#page=4). #### 1.2.2 Optional bacterial structures Some bacteria may also possess additional structures: * **Pili**: Threadlike projections extending from the cell wall that enable bacteria to attach to other cells or surfaces [4](#page=4). * **Flagella**: Used for locomotion [4](#page=4). * **Capsule/slime layer**: A sticky substance located outside the cell wall that provides protection [4](#page=4). * **Mesosomes**: Internal extensions of the cell membrane that fold into the cytoplasm and are involved in respiration [4](#page=4). * **Plasmids**: Small, circular pieces of DNA that are separate from the main chromosomal DNA and often code for specific characteristics of the bacterial phenotype [1](#page=1) [4](#page=4). ### 1.3 Pathogens and disease Pathogens are defined as microorganisms that cause diseases [1](#page=1). #### 1.3.1 Transmission of pathogens * **Vector**: A living organism or an environmental factor that transmits pathogens from one host to another [1](#page=1). --- # Viral and bacterial reproduction and infection cycles This topic details the distinct mechanisms by which viruses and bacteria replicate and infect host organisms, covering viral lytic and lysogenic pathways, bacterial binary fission, and bacterial growth phases [6](#page=6) [8](#page=8) [9](#page=9). ### 2.1 Viral infection cycles Viruses are obligate intracellular parasites that require a host cell to replicate. They employ different strategies to achieve this, broadly categorized into the lytic and lysogenic pathways [6](#page=6). #### 2.1.1 Retroviruses Retroviruses are a special type of RNA virus characterized by their use of the enzyme reverse transcriptase [6](#page=6). * **Structure:** They possess a protein capsid and a lipid envelope [6](#page=6). * **Replication Mechanism:** Their single strand of viral RNA directs the synthesis of reverse transcriptase. This enzyme is crucial as it transcribes viral RNA into DNA, a process opposite to the host cell's normal transcription (DNA to RNA) [6](#page=6). * **Integration and Latency:** The synthesized viral DNA is then inserted into the host cell's DNA, becoming a provirus. This proviral DNA acts as a template for producing messenger RNA (mRNA) and viral proteins [6](#page=6). * **Long-term Infection:** The integration of viral DNA into the host genome allows for persistent, long-term infections, as the viral genetic material is replicated along with the host's DNA during cell division [6](#page=6). * **Example:** Human immunodeficiency virus (HIV) is a well-known example of a retrovirus [6](#page=6). #### 2.1.2 Lysogenic pathway The lysogenic pathway is a mode of viral replication characteristic of retroviruses and DNA viruses, allowing for a latent period of infection [6](#page=6). 1. **Provirus Integration:** The viral DNA is inserted into the host cell's genome [6](#page=6). 2. **Repressor Protein Action:** Viral genes code for a repressor protein that inhibits the transcription and translation of other viral genes, effectively preventing the production of new viral components [6](#page=6). 3. **Latency and Replication:** As the host cell replicates its own DNA, the integrated viral DNA is also copied, leading to a state of latency where the virus is dormant within the host [6](#page=6). 4. **Activation:** Viruses in the lysogenic state can become activated and transition to the lytic pathway. This activation can be triggered by cellular damage or a depletion of nutrients within the host cell [6](#page=6). #### 2.1.3 Lytic pathway The lytic pathway is a more direct and destructive mode of viral replication that culminates in the lysis of the host cell [6](#page=6). 1. **Viral Component Synthesis:** Viral DNA is replicated to produce numerous copies of new viral genetic material [6](#page=6). 2. **Assembly:** These replicated viral components, along with synthesized viral proteins, are assembled into mature, infectious virus particles within the host cell [6](#page=6). 3. **Lysis and Release:** The host cell ultimately bursts (lysis), releasing a large number of progeny viruses into the environment [6](#page=6). 4. **Infection of New Hosts:** These released viruses are then free to infect new, susceptible host cells, initiating further rounds of infection [6](#page=6). 5. **Disease Manifestation:** The lytic pathway typically results in observable disease symptoms due to the widespread damage and death of host cells [6](#page=6). ### 2.2 Bacterial reproduction and growth Bacteria primarily reproduce asexually through a process called binary fission. Their growth can be characterized by distinct phases represented in a bacterial growth curve [8](#page=8) [9](#page=9). #### 2.2.1 Binary fission Binary fission is the fundamental mechanism by which bacteria multiply [8](#page=8). * **Process:** Once a bacterium reaches a certain size, it undergoes DNA replication. The DNA can be held in place by mesosomes, if present. The cell then elongates and divides into two identical daughter cells [8](#page=8). * **Generation Time:** The time required for a bacterial cell to divide into two is known as the generation time [8](#page=8). #### 2.2.2 Bacterial growth curves Bacterial growth is often depicted graphically as a growth curve, which illustrates the changes in the number of viable bacterial cells over time. A logarithmic scale is typically used for the y-axis because the difference in cell numbers between the smallest and largest populations can be extremely large, making a linear scale impractical. This logarithmic representation also makes it easier to assess the rate of bacterial growth and the steepness of the growth gradient [8](#page=8). The bacterial growth curve is typically divided into four distinct phases [9](#page=9): * **Lag phase:** In this initial phase, bacteria are adapting to their new environment. Their reproduction rate is low as they adjust their metabolic machinery [9](#page=9). * **Log/exponential phase:** During this phase, bacteria exhibit their maximum growth rate. Cells repeatedly double within a given time period, utilizing available nutrients [9](#page=9). * **Stationary phase:** At this point, the total growth rate becomes zero. The rate of cell division is equal to the rate at which cells are dying. This equilibrium is usually reached due to limited nutrient availability or the accumulation of toxic waste products [9](#page=9). * **Death/decline phase:** In the final phase, reproduction has nearly ceased. The death rate of cells begins to increase, leading to a net decrease in the viable bacterial population [9](#page=9). #### 2.2.3 Exponential growth rate calculation To quantify the rate of bacterial population increase, an exponential growth rate can be calculated. The formula provided is [8](#page=8): $$k = \frac{\log_{10}N_t - \log_{10}N_0}{\log_{10}2 \times t}$$ Where: * $k$ represents the specific growth rate constant. * $N_t$ is the number of bacteria at time $t$. * $N_0$ is the initial number of bacteria. * $t$ is the time elapsed [8](#page=8). > **Tip:** Understanding the bacterial growth curve is crucial for fields like food preservation, antibiotic treatment, and industrial fermentation, as it dictates the optimal conditions and timing for manipulating bacterial populations. --- # Methods for culturing and measuring microbial growth This section outlines essential techniques for growing and quantifying microorganisms, covering aseptic practices, growth media, and various measurement methods [10](#page=10). ### 3.1 Purpose of microbial techniques Microorganisms are typically only visible under a microscope. To culture them effectively, they require specific conditions such as oxygen, nutrients, an optimal pH, and a favourable temperature. Culturing must be done with care due to the risk of mutations that could lead to pathogenic strains, or contamination of the investigated culture by pathogenic bacteria [10](#page=10). ### 3.2 Aseptic techniques Aseptic techniques are crucial to prevent the contamination of cultures and to stop microorganisms from escaping into the environment. Key practices include [10](#page=10): * Washing hands thoroughly [10](#page=10). * Sterilising all equipment and disinfecting surfaces with ethanol before culturing [10](#page=10). * Using a Bunsen burner to heat the air, which kills any microorganisms present [10](#page=10). * Keeping cultures contained within the laboratory [10](#page=10). * Sealing cultures in plastic bags and sterilising them at high temperature and pressure before disposal [10](#page=10). ### 3.3 Culturing steps Culturing microorganisms involves providing the organism with the correct type of nutrients to facilitate growth. This is achieved using nutrient growth media (singular: medium), which contain carbon, nitrogen, and minerals. Media can be in liquid form, known as nutrient broth or liquid culture, or solid form, known as nutrient agar [10](#page=10) [2](#page=2). #### 3.3.1 Nutrient media * **Nutrient broth:** A liquid nutrient medium used for culturing microorganisms in flasks, test tubes, or bottles. Growing microorganisms in a nutrient broth is referred to as liquid culture [2](#page=2). * **Nutrient agar:** A jelly-like substance extracted from seaweed, used as a solid nutrient for culturing microorganisms, commonly in petri dishes. Nutrient agar can be heated to 90°C without becoming liquid and is inexpensive [10](#page=10) [2](#page=2). * **Selective medium:** A growth medium containing a very specific mixture of nutrients, designed so that only a particular type of microorganism will grow on it. Selective media are useful for identifying mutant strains, microorganisms resistant to antibiotics, or genetically modified organisms. An example is YM (yeast mould) medium [10](#page=10) [2](#page=2). #### 3.3.2 Inoculation Inoculation is the process of transferring microorganisms into a culture medium under sterile conditions [2](#page=2). ### 3.4 Measuring microbial growth Several methods can be employed to measure the growth of bacterial and fungal cultures. #### 3.4.1 Cell counts using a haemocytometer The haemocytometer is a specialised, thick microscope slide with a rectangular chamber that holds a standard volume, often 0.1 mm³. This chamber is engraved with a grid of lines. To count bacteria and single-celled fungi in a nutrient broth using a haemocytometer and a light microscope [11](#page=11) [2](#page=2): 1. A sample of the bacterial culture is placed on the slide [11](#page=11). 2. The apparatus is viewed under a light microscope [11](#page=11). 3. Cells within each square of the grid are counted [11](#page=11). 4. Cells touching the top and right lines are counted, while those touching the bottom and left lines are not [11](#page=11). This method allows for the determination of the total viable cell count, which is a measure of the number of living cells in a specific volume of a culture [11](#page=11) [2](#page=2). #### 3.4.2 Optical methods (turbidity) Turbidimetry is a method of measuring the concentration of a substance by quantifying the amount of light that passes through it. A culture solution becomes more turbid (opaque due to suspended matter) as the number of cells increases. This means more light is absorbed and less light is transmitted. Therefore, higher turbidity indicates a greater presence of microorganisms. Calibration can be performed by measuring the turbidity of various samples and correlating it with cell counts obtained from a haemocytometer to establish a relationship between turbidity and cell number. A created calibration curve can then be used to estimate the number of microorganisms by simply measuring turbidity [11](#page=11) [2](#page=2). #### 3.4.3 Dilution plating Dilution plating is used to count only the total viable cells in a culture. This method is based on the principle that each visible colony on an agar plate has developed from a single, viable microorganism. The original culture is diluted in stages until a point is reached where the number of colonies on the plate is countable. The total viable count is calculated using the formula [11](#page=11) [2](#page=2): $$ \text{Total viable count} = \text{number of colonies} \times \text{dilution factor} $$ It is recommended to use two or more plates per dilution and calculate the mean number of colonies for accuracy. The accuracy of this method can be cross-checked by using a haemocytometer on the original culture [11](#page=11). #### 3.4.4 Area and mass of fungi For fungi, growth can be assessed by measuring the diameter of individual areas of mycelium. This method is useful for comparing growth rates under different conditions to determine optimum growth conditions. The process involves culturing petri dishes at various temperatures, with several dishes at each temperature. The diameter of each fungal colony is measured after a specific period, and the mean diameter for each temperature is calculated. The conditions that yield the largest mean diameter are considered optimal [12](#page=12). --- # Mechanisms of disease transmission and defense This topic outlines the diverse ways pathogens spread between hosts and details the body's multifaceted defense systems against them. ### 4.1 Mechanisms of disease transmission Pathogens can spread through a variety of methods, utilizing different vectors and modes of contact. #### 4.1.1 Vectors Vectors are living organisms that transmit infections from one host to another. * **Examples:** Mosquitoes are common vectors for diseases such as malaria, dengue, and yellow fever [13](#page=13). #### 4.1.2 Inhalation Inhalation involves the expulsion of droplets from the respiratory tract through actions like coughing, sneezing, or talking, which can then be inhaled by others. * **Examples:** This mode of transmission is responsible for diseases like influenza, measles, and tuberculosis [13](#page=13). #### 4.1.3 Ingestion Ingestion typically occurs when pathogens contaminate food, often through fecal matter. This is a primary route for gut-related diseases. * **Infection Risk:** Consuming undercooked or raw food increases the risk of infection. * **Examples:** Salmonella poisoning, diarrhea, and hepatitis A are commonly transmitted through ingestion [13](#page=13). #### 4.1.4 Fomites Fomites are inanimate objects that can carry pathogens from one host to another. * **Examples:** Common fomites include towels, bedding, and personal items like cosmetics. Staphylococcus, a bacterium causing skin infections, can spread via fomites [13](#page=13). #### 4.1.5 Direct contact Direct contact involves the transmission of pathogens through physical touch, particularly relevant for skin diseases and sexually transmitted infections. * **Examples:** Impetigo is a common skin infection spread through direct contact, especially in young children. Sexually transmitted diseases like HIV, gonorrhea, syphilis, and Ebola also spread through direct contact via mucous membrane passage [13](#page=13). #### 4.1.6 Inoculation Inoculation is the direct entry of pathogens into the body through breaks in the skin, such as cuts, wounds, bites, or injections. * **Rapid Infection:** This method bypasses external defenses, allowing pathogens to reach tissues or the bloodstream directly, leading to rapid infection. * **Examples:** Hepatitis B, HIV, rabies, and tetanus can be transmitted through inoculation [13](#page=13). ### 4.2 Body's defense mechanisms The body possesses multiple layers of defense to prevent and combat pathogen invasion. #### 4.2.1 Epithelial defenses The skin and linings of internal tracts provide physical and chemical barriers. ##### 4.2.1.1 Skin The skin acts as a primary physical barrier. * **Keratin:** This impenetrable fibrous protein forms a robust physical barrier. * **Sebum:** The oily substance secreted by the skin contains chemicals that inhibit microbial growth. * **Natural Skin Flora:** Commensal microorganisms residing on the skin compete with foreign microbes, preventing them from establishing infections [14](#page=14). ##### 4.2.1.2 Surfaces of internal tubes and ducts Lining the respiratory, digestive, and urinary systems, these surfaces employ several defense strategies. * **Mucus Secretion:** Mucus traps pathogens and contains lysozymes, enzymes that effectively digest microbes, particularly gram-positive bacteria. * **Cilia:** Hair-like structures that beat rhythmically to move mucus, along with trapped pathogens, out of the tracts. * **White Blood Cells:** These cells patrol epithelial surfaces, engulfing and digesting pathogens. * **Examples of Secretions:** Sweat, oils, saliva, tears, and mucus all contribute to defense [14](#page=14). ##### 4.2.1.3 Gut defenses The gastrointestinal tract has specialized defenses against ingested pathogens. * **Polypeptides:** Produced in salivary glands, these peptides help destroy bacteria. * **Hydrochloric Acid:** The highly acidic environment of the stomach (pH 2) kills many pathogens ingested with food or drink [14](#page=14). * **Natural Flora:** The gut's resident microbial community competes with and inhibits the growth of harmful pathogens. * **Vomiting:** This reflex effectively expels many ingested microorganisms from the digestive system [14](#page=14). --- # Pathogenesis and specific diseases: Tuberculosis and HIV/AIDS This section explores how pathogens cause disease and details the pathogenesis, transmission, and symptoms of tuberculosis and HIV/AIDS. ### 5.1 General principles of pathogenesis Pathogens can cause disease through various mechanisms, including the production of toxins and invasion of host tissues [15](#page=15). #### 5.1.1 Bacterial toxins Bacteria produce two main types of toxins: endotoxins and exotoxins [15](#page=15). * **Endotoxins:** These are lipopolysaccharides found on the outer layer of gram-negative bacteria's cell walls. The lipid component of lipopolysaccharides acts as a toxin by stimulating an immune response, primarily affecting the area around the bacterial infection. While endotoxins themselves may not cause fatal diseases, their effects, such as diarrhea and vomiting, can lead to dehydration [15](#page=15). * **Exotoxins:** These are soluble proteins released by bacteria as they metabolize and reproduce within host cells. Exotoxins can be produced by both gram-positive and gram-negative bacteria and have more profound effects than endotoxins, including causing internal bleeding, damaging cell membranes, interfering with neurotransmitters, and directly poisoning cells. They are considered more dangerous and potentially fatal than endotoxins, though they rarely cause fever [15](#page=15). #### 5.1.2 Host tissue invasion Bacteria can invade host tissues, causing direct cell damage. The host organism's response to this invasion and cell damage is often what leads to the disease. In many cases, cell damage is further exacerbated by the production of exotoxins or the presence of endotoxins within the bacterial cell walls [15](#page=15). > **Tip:** Differentiating between the effects of endotoxins and exotoxins is crucial for understanding the clinical presentation and treatment of bacterial infections. ### 5.2 Tuberculosis (TB) Tuberculosis is a disease caused by the bacterium *Mycobacterium tuberculosis* [15](#page=15). #### 5.2.1 Transmission * Infection can occur through drinking contaminated milk or close contact with infected cattle [15](#page=15). * It primarily spreads via droplet infection, meaning pathogens enter the lungs when people breathe, cough, or sneeze near each other [15](#page=15). * Tuberculosis is most common among individuals with compromised immune systems [15](#page=15). #### 5.2.2 Symptoms * Tuberculosis primarily affects the respiratory system, specifically the lungs [15](#page=15). * It suppresses the immune system, reducing the body's ability to fight the disease [15](#page=15). * Common symptoms include weakness and coughing up blood [15](#page=15). #### 5.2.3 Disease progression * **Primary infection:** This is the initial stage where *M. tuberculosis* is inhaled into the lungs and multiplies slowly. In individuals with a healthy immune system, a localized inflammatory response forms a mass of tissue called a tubercle, containing dead bacteria and macrophages. After approximately eight weeks, the immune system typically controls the bacteria, inflammation subsides, and lung tissue heals. Primary TB infections often occur in childhood and many resolve without the individual realizing they were infected. However, *M. tuberculosis* can adapt by forming a thick, waxy outer layer to protect itself from macrophage enzymes, allowing bacteria to remain dormant within tubercles [15](#page=15) [16](#page=16) [3](#page=3). * **Latent TB:** In this stage, individuals show no symptoms and cannot spread the disease [16](#page=16). * **Active TB:** In this stage, individuals exhibit symptoms and can transmit the disease. Symptoms of active TB include fever, night sweats, loss of appetite, and weight loss [16](#page=16). #### 5.2.4 Diagnosis and Treatment * **Testing:** A sputum test is used to diagnose tuberculosis [16](#page=16). * **Treatment:** Antibiotics are prescribed for several months to treat the infection [16](#page=16). #### 5.2.5 Control measures * Avoiding crowded areas helps prevent the spread of infection [16](#page=16). * Pasteurization of milk (heating it to a high temperature) kills harmful bacteria [16](#page=16). * Immunization plays a role in control [16](#page=16). * Improving living standards, including healthy nutrition, contributes to better health outcomes [16](#page=16). ### 5.3 Human Immunodeficiency Virus (HIV) and Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) HIV is a retrovirus that causes AIDS [3](#page=3). #### 5.3.1 HIV * HIV is a virus that attacks immune cells, primarily T helper cells, thereby weakening the immune system. This makes the body susceptible to secondary opportunistic pathogens, such as TB, pneumonia, and Kaposi's sarcoma [17](#page=17). * A person infected with HIV is considered HIV positive, which is determined by a blood test showing the presence of HIV antibodies (or antigens) [17](#page=17) [3](#page=3). #### 5.3.2 Transmission of HIV HIV is transmitted through direct exchange of body fluids [17](#page=17): * Unprotected sexual intercourse [17](#page=17). * Use of infected or contaminated blood products [17](#page=17). * Sharing needles during drug abuse [17](#page=17). * From mother to fetus during early pregnancy, at birth, or through breastfeeding [17](#page=17). #### 5.3.3 AIDS Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) is the disease that results from the destruction of T helper cells due to HIV infection [3](#page=3). * **Symptoms:** Symptoms of AIDS can include fevers, persistent diarrhea, and significant weight loss. Deaths from AIDS are typically due to secondary infections that the compromised immune system cannot combat [17](#page=17). #### 5.3.4 Stages of HIV infection and progression to AIDS The progression of HIV infection is typically categorized into stages: * **Stage 1: Acute HIV syndrome:** This occurs in the first few weeks of infection. Some individuals may experience flu-like symptoms such as fever and swollen glands, while others remain asymptomatic. During this stage, there is a rapid increase in the virus's presence in the blood. After 3 to 12 weeks, HIV antibodies appear, and the person tests HIV positive [18](#page=18). * **Stage 2: Asymptomatic/Chronic stage:** Early symptoms disappear, and HIV continues to replicate within T helper cells. This replication helps keep the virus somewhat under control, allowing individuals to remain asymptomatic for extended periods, sometimes for many years, especially with effective antiretroviral drugs. However, over time, the immune system is slowly weakened, and secondary infections begin to develop as the immune system becomes less capable of managing pathogens [18](#page=18). * **Stage 3: Symptomatic disease:** The number of viruses in the body increases, and the T helper cell count drops significantly, often from 500 to 200 cells per cubic millimeter of blood. Patients begin to develop noticeable symptoms such as weight loss, diarrhea, and night sweats [18](#page=18). * **Stage 4: Advanced AIDS:** Without treatment, this stage can lead to severe conditions like dementia, cancer, TB, and cryptococcal meningitis, ultimately resulting in death [18](#page=18). > **Example:** A person in Stage 3 of HIV infection might experience severe weight loss and chronic diarrhea due to opportunistic infections like *Pneumocystis jirovecii* pneumonia, which their weakened immune system cannot effectively fight off. #### 5.3.5 Prevention of HIV Preventing the spread of HIV involves several key practices: * Limiting sexual partners to one [18](#page=18). * Using condoms to prevent the transmission of the virus during sexual activity [18](#page=18). * Using clean needles if injecting drugs [18](#page=18). #### 5.3.6 Role of Retrovirology Retroviruses, like HIV, have a unique replication cycle [7](#page=7): 1. The virus enters an animal cell [7](#page=7). 2. Viral RNA enters the host cell's cytoplasm [7](#page=7). 3. A viral enzyme called reverse transcriptase converts the RNA into DNA [7](#page=7). 4. The viral DNA then enters the host cell's nucleus and integrates into the host DNA [7](#page=7). 5. The host cell's machinery transcribes the viral genome into RNA and proteins [7](#page=7). 6. New viruses assemble and are released from the cell, often by exocytosis [7](#page=7). > **Tip:** Understanding the retroviral life cycle is key to developing antiretroviral drugs that target specific steps in this process, such as reverse transcriptase inhibitors. --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Pathogen | A microorganism, such as a bacterium or virus, that can cause disease. | | Tobacco Mosaic Virus (TMV) | A virus that infects tobacco plants and related species, causing a mosaic pattern on leaves which can reduce crop yield. | | Capsid | The protein shell that encloses the genetic material of a virus. | | Capsomeres | Repeating protein subunits that form the capsid of a virus. | | Virus attachment particles (VAPs) | Specific proteins on the surface of a virus that bind to target proteins on the host cell membrane, facilitating entry. | | Envelope | An outer layer surrounding the capsid of some viruses, derived from the host cell membrane. | | DNA viruses | Viruses that possess DNA as their genetic material. | | RNA viruses | Viruses that possess RNA as their genetic material. | | Lysis | The process by which a cell bursts open, often due to the action of lysozyme or viral replication. | | Retrovirus | A type of RNA virus that uses reverse transcriptase to convert its RNA genome into DNA, which is then integrated into the host cell's DNA. | | Reverse transcriptase | An enzyme characteristic of retroviruses that synthesizes DNA from an RNA template. | | Human immunodeficiency virus (HIV) | A retrovirus that attacks the immune system, leading to Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS). | | Plasmid | A small, circular, extrachromosomal DNA molecule found in bacteria, which can carry genes for specific traits. | | Vector | An organism or factor that transmits a pathogen from one host to another. | | Provirus | The genetic material of a virus, such as DNA, that has been integrated into the genome of a host cell. | | Latent | A state in which a virus is present within a host cell but is not actively replicating or causing disease. | | Lysogeny | A phase in the viral life cycle where the viral DNA integrates into the host cell's chromosome and replicates along with it, without immediately causing lysis. | | Exocytosis | A cellular process where vesicles containing substances fuse with the cell membrane to release their contents outside the cell. | | Sterile | Free from all living microorganisms and their spores. | | Nutrient medium | A substance, either liquid (broth) or solid (agar), that provides the necessary nutrients for the growth of microorganisms. | | Nutrient broth | A liquid medium used for culturing microorganisms. | | Liquid culture | The cultivation of microorganisms in a liquid nutrient medium. | | Nutrient agar | A solid medium derived from seaweed, used for growing microorganisms, typically in Petri dishes. | | Selective medium | A growth medium containing specific nutrients or inhibitors that allow only particular types of microorganisms to grow. | | Inoculation | The process of introducing microorganisms into a culture medium under sterile conditions. | | Haemocytometer | A specialized counting chamber on a microscope slide used for determining the concentration of cells in a liquid. | | Turbidimetry | A method used to measure the concentration of a substance in a liquid by quantifying the amount of light that passes through it. | | Turbid | Having suspended matter that makes a liquid opaque or cloudy. | | Dilution plating | A technique for estimating the number of viable microorganisms in a sample by diluting it and plating serial dilutions on agar. | | Total viable cell count | The number of living cells capable of growth and reproduction present in a specific volume of a culture. | | Communicable | Capable of being transmitted from one organism to another. | | Bacterial flora | The community of microorganisms that live in or on a specific part of the body. | | Sebum | An oily secretion of the sebaceous glands that helps protect the skin and inhibit microbial growth. | | Lysozymes | Enzymes found in bodily secretions that can break down the cell walls of bacteria. | | Endotoxins | Lipopolysaccharides forming part of the outer membrane of Gram-negative bacteria, which can cause toxic effects when released. | | Exotoxins | Soluble toxic proteins produced and secreted by bacteria. | | Lipopolysaccharides | Complex molecules composed of lipids and polysaccharides, found in the outer membrane of Gram-negative bacteria. | | Primary infection | The initial infection of a host by a pathogen, often occurring without prior exposure or immunity. | | Tubercule | A small, localized mass of inflamed tissue formed in response to infection, typically containing dead cells and microorganisms. | | Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) | A chronic, potentially life-threatening condition caused by the Human Immunodeficiency Virus (HIV) that damages the immune system. | | HIV positive | Indicating the presence of antibodies to HIV in the blood, signifying infection with the virus. | | Anti-retroviral drugs | Medications used to treat infections caused by retroviruses, such as HIV. | | Peptidoglycan | A polymer consisting of sugars and amino acids that forms a mesh-like layer outside the plasma membrane of bacteria, providing structural rigidity. | | Nucleoid | The irregularly shaped region within a prokaryotic cell that contains its genetic material, usually a single circular chromosome. | | 70S ribosomes | Ribosomes found in prokaryotic cells, responsible for protein synthesis. | | Pili | Hair-like appendages on the surface of bacteria used for attachment to surfaces or other cells. | | Flagella | Whip-like appendages used by microorganisms for locomotion. | | Capsule/ slime layer | An outer layer of polysaccharide or protein that surrounds the cell wall of some bacteria, providing protection and aiding in attachment. | | Mesosomes | Inward folds of the bacterial cell membrane that may be involved in respiration or DNA replication. | | Gram positive | A classification of bacteria that retain crystal violet dye during Gram staining, typically due to a thick peptidoglycan layer. | | Gram negative | A classification of bacteria that do not retain crystal violet dye during Gram staining and are counterstained pink, typically due to a thin peptidoglycan layer and an outer membrane. | | Nucleic acids | Molecules such as DNA and RNA that carry genetic information. | | Lipid envelope | A membrane derived from the host cell that surrounds the capsid of some viruses, aiding in entry and evasion of the immune system. | | bacteriophages | Viruses that infect and replicate within bacteria. | | Ebola fever | An infectious disease caused by the Ebola virus, characterized by severe hemorrhagic fever. | | Polio | A highly infectious viral disease that can cause paralysis. | | Measles | A highly contagious viral illness that causes a widespread rash and fever. | | Influenza | A contagious respiratory illness caused by influenza viruses. | | Lysogenic Pathway | A mode of viral replication where the viral genome integrates into the host cell's genome and is replicated along with it, potentially remaining dormant for extended periods. | | Lyctic Pathway | A mode of viral replication where the virus replicates rapidly within the host cell, leading to cell lysis and the release of new viruses. | | Autolysis | The self-digestion of a cell by its own enzymes. | | Binary fission | A type of asexual reproduction in which a parent cell divides into two or more identical daughter cells. | | Generation time | The time it takes for a population of cells to double in number through cell division. | | Logarithmic scale | A scale in which values are represented by logarithms, used to display a large range of numbers or to visualize exponential growth. | | Exponential growth rate | The rate at which a population of organisms increases exponentially, where the number of individuals increases by a constant factor over constant time intervals. | | Bacterial Growth Curve | A graphical representation of the changes in the number of living bacterial cells over time during culture. | | Lag Phase | The initial phase of the bacterial growth curve where bacteria adapt to a new environment, showing little to no growth. | | Log/exponential Phase | The phase of the bacterial growth curve characterized by rapid and exponential increase in cell population due to maximum growth rate. | | Stationary Phase | The phase of the bacterial growth curve where the rate of cell division equals the rate of cell death, resulting in a plateau in population size. | | Death/ decline Phase | The final phase of the bacterial growth curve where the rate of cell death exceeds the rate of cell division, leading to a decrease in population size. | | Microbial Techniques | Methods used for the study, culturing, and manipulation of microorganisms. | | Aseptic Techniques | Procedures performed under sterile conditions to prevent contamination of cultures by unwanted microorganisms and to prevent the escape of microorganisms into the environment. | | Nutrient growth medium | A substance providing essential nutrients for microbial growth. | | Nutrient agar | A solid growth medium derived from seaweed, commonly used for bacterial cultures. | | Selective media | Growth media designed to favor the growth of certain microorganisms while inhibiting others. | | Yeast mould medium (YM) | A type of nutrient medium commonly used for the cultivation of yeasts and molds. | | Cell counts | Methods used to determine the number of cells in a sample, often using a haemocytometer or microscope. | | Optical methods (turbidity) | Techniques that measure the cloudiness or turbidity of a liquid culture to estimate the number of microorganisms present, based on light scattering or absorption. | | Calibration curve | A graph used to determine the concentration of a substance by comparing measurements to known concentrations. | | Dilution Plating | A technique used to count viable cells by serially diluting a sample and plating it on agar, where each colony is assumed to have arisen from a single cell. | | Dilution factor | The ratio of the original volume to the final volume after dilution, used in calculating cell counts. | | Area & mass of fungi | Methods for assessing fungal growth by measuring the diameter of mycelial areas or the dry mass of the fungal culture. | | Mycelium | The vegetative part of a fungus, consisting of a network of fine white filaments (hyphae). | | Vectors | Living organisms that transmit infectious pathogens from one host to another. | | Inhalation | The process of breathing in, which can transmit airborne pathogens. | | Ingestion | The process of taking food or drink into the body, which can transmit pathogens through contaminated food or water. | | Fomites | Inanimate objects that can carry and transmit pathogens. | | Direct contact | Transmission of pathogens through physical touch between individuals. | | Sexually transmitted diseases (STDs) | Infections passed from one person to another through sexual contact. | | Mucous membranes | Thin membranes that line body cavities and secrete mucus, serving as a barrier and a route for infection. | | Inoculation | The introduction of microorganisms into the body, typically through the skin via cuts, wounds, bites, or injections. | | Epithelial Defenses | Protective mechanisms provided by epithelial tissues, such as the skin and linings of internal organs. | | Keratin | A tough, fibrous protein that forms the structural component of hair, nails, and the outer layer of skin. | | Natural skin flora | The community of microorganisms that normally reside on the skin, often providing protection against pathogenic microbes. | | Cilia | Tiny, hair-like projections on the surface of cells that beat rhythmically to move substances along. | | White blood cells | Cells of the immune system that defend the body against infection and disease. | | Polypeptides | Short chains of amino acids produced by glands, some of which have antimicrobial properties. | | Hydrochloric acid (HCl) | A strong acid found in the stomach that helps kill ingested pathogens. | | Vomiting | The forceful expulsion of the contents of the stomach through the mouth, which can help remove ingested pathogens. | | Host tissue invasion | The process by which bacteria penetrate and damage the tissues of a host organism. | | Tuberculosis (TB) | An infectious disease usually caused by Mycobacterium tuberculosis that primarily affects the lungs. | | Mycobacterium tuberculosis | The bacterium that causes tuberculosis. | | Sputum test | A laboratory test performed on a sample of mucus coughed up from the lungs to detect the presence of infectious agents, such as tuberculosis bacteria. | | Antibiotics | Drugs used to treat bacterial infections. | | Pasteurization | A process of heating a liquid to a specific temperature for a set amount of time to kill harmful microorganisms. | | Immunization | The process of making an individual immune to a particular disease, usually through vaccination. | | Latent TB | A form of tuberculosis infection where the bacteria are present in the body but are inactive and do not cause symptoms or spread to others. | | Active TB | A form of tuberculosis infection where the bacteria are actively multiplying, causing symptoms and potentially spreading to others. | | Primary infection | The initial occurrence of an infection in a host. | | Tubercule | A localized collection of immune cells and dead tissue formed in response to infection, particularly tuberculosis. | | Macrophages | Large phagocytic cells of the immune system that engulf and digest cellular debris, foreign substances, microbes, cancer cells, and dead cells. | | Fever | An elevation of body temperature above the normal range, often a symptom of infection or illness. | | Night sweats | Excessive sweating during sleep, often associated with fever or certain medical conditions. | | Loss of appetite | A reduced desire to eat. | | Loss of weight | A reduction in body mass. | | HIV | Human Immunodeficiency Virus, a retrovirus that attacks the immune system. | | Immune cells | Cells of the immune system that protect the body from infection and disease. | | Secondary opportunistic pathogens | Microorganisms that cause disease in individuals with weakened immune systems. | | Kaposi’s sarcoma | A type of cancer that develops from the cells that line lymph or blood vessels. | | HIV positive | A status indicating the presence of HIV antibodies, meaning an individual has been infected with the virus. | | Antigens | Substances that trigger an immune response, often found on the surface of pathogens. | | AIDS | Acquired Immunodeficiency Syndrome, the advanced stage of HIV infection that severely damages the immune system. | | Acute HIV syndrome | The initial stage of HIV infection, characterized by flu-like symptoms and a rapid increase in virus levels in the blood. | | Asymptomatic/ Chronic stage | A phase of HIV infection where early symptoms disappear, and the virus replicates slowly, potentially lasting for many years. | | T helper cells | A type of white blood cell that plays a crucial role in the immune system by coordinating immune responses. | | Antiretroviral drugs | Medications used to manage HIV infection by suppressing viral replication. | | Symptomatic disease | A stage of illness where distinct symptoms become apparent. | | Advanced Aids | The final stage of AIDS, characterized by severe immune deficiency and opportunistic infections or cancers. | | Dementia | A chronic or persistent condition of mental illness or organic brain disorder characterized by loss of memory, personality changes, and impaired reasoning. | | Cryptococcal meningitis | A serious fungal infection of the membranes covering the brain and spinal cord. |