Microbiology Molecular Biology

# Methoden voor het prepareren en observeren van cellen en weefsels Dit hoofdstuk behandelt de methoden die nodig zijn om cellen en weefsels zichtbaar te maken voor microscopisch onderzoek, met een focus op celcultuurtechnieken en de principes daarachter [7](#page=7). ### 1.1 Principes van cel- en weefselpreparatie Het doel van het prepareren van cellen en weefsels is om ze observeerbaar te maken onder een lichtmicroscoop (LM) of elektronenmicroscoop (EM). Biologisch materiaal laat echter weinig licht door en heeft van nature weinig contrast, wat fixeren, inbedden, snijden en kleuren of contrasteren noodzakelijk maakt [7](#page=7). ### 1.2 Celcultuur: geschiedenis en concepten Celcultuurtechnieken zijn essentieel geworden in biologisch onderzoek. Historisch gezien begon dit met "Tissue Culture" (TC) in 1907 door Harrison, waarbij zenuwen van kikkerembryo's in lymfe op een glasplaat werden gekweekt. Later, in 1948, ontwikkelde Earle 2D-monolaagcultures, die de 3D-structuur van organen en weefsels "simuleren" [8](#page=8). #### 1.2.1 Celtypen in cultuur * **Primaire culturen:** Ontstaan uit explantaten van organen of tumoren. Deze cellen hebben een beperkte levensduur [8](#page=8). * **Cellijnen:** Stabiele, vaak geïmmortaliseerde cellen met een potentieel onbeperkte levensduur. Deze kunnen afkomstig zijn van tumoren of verkregen worden na selectie ("crisis") van culturen die anders zouden verouderen ("senescence"). Immortalisatie kan ook bereikt worden door de introductie van virale oncogenen [8](#page=8). #### 1.2.2 Stadia van celcultivering Het proces om een cellijn te maken vanuit weefsel omvat verschillende stappen [9](#page=9): 1. Enzymatische behandeling van het weefsel om cellen te scheiden [9](#page=9). 2. Cellen laten uitzakken of centrifugeren naar de bodem [9](#page=9). 3. Cellen uitzaten in een groeirecipiënt, zoals een petrischaal [9](#page=9). 4. Overleven en uitgroeien van de cellen [9](#page=9). 5. Bij een confluente laag cellen, deze losmaken en splitsen voor verdere kweek [9](#page=9). #### 1.2.3 Typische celculturen Celculturen kunnen worden geobserveerd op verschillende vergrotingen. Bij hoge vergroting toont elk wit lijntje de celrand. Bij lage vergroting is te zien hoe een kolonie ontstaat uit een enkele cel en uit meerdere cellen bestaat [10](#page=10). ### 1.3 Groeisubstraten en -procedures #### 1.3.1 Groeisubstraten Groeisubstraten dienen als fysieke drager, maar beschermen cellen ook tegen anoïkis (een vorm van geprogrammeerde celdood of apoptose). Dit is essentieel voor adherente celculturen, wat de meeste celtypes betreft. Verschillende materialen kunnen als substraat dienen [15](#page=15): * Glas (negatief geladen) [15](#page=15). * Voorbehandeld polystyreen (gebruikt in microplaten, flessen, multiplaten, rollers, beads) [15](#page=15). * Coatings zoals poly-D-lysine (sterk positief geladen), collageen (een eiwit van de Extracellulaire Matrix - ECM), of geconditioneerd milieu gevormd door feedercelculturen [15](#page=15). #### 1.3.2 Procedures om in vivo condities na te bootsen Om de in vitro condities meer vergelijkbaar te maken met de in vivo situatie, kunnen cellen op eiwitten van de ECM worden gekweekt. Soms hebben cellen signalen of stoffen van omringende cellen nodig. Dit kan nagebootst worden door [15](#page=15): 1. Het gebruik van medium van een moedercultuur [15](#page=15). 2. Het kweken van cellen op een feedercellaag [15](#page=15). ### 1.4 Celgroeidichtheid en celtransfer #### 1.4.1 Celdichtheids-afhankelijke inhibitie Cellen in cultuur delen totdat ze een confluente tweedimensionale (2D) monolaag vormen. Op dat punt treedt "contactinhibitie" van celproliferatie op, mede door concurrentie voor mitogenen. Door vers medium toe te voegen, kunnen delingen opnieuw beginnen. Efficiënter is het splitsen van de cultuur in dochterculturen, vaak met behulp van de trypsine-EDTA procedure [17](#page=17). #### 1.4.2 Groei in 2D en 3D culturen Tumorcellen kunnen het vermogen tot contactinhibitie verloren hebben, waardoor ze in dense foci of hoopjes kunnen groeien, zelfs in 3D. MDCK cellen (Madine-Darby Canine Kidney epitheelcellen) kunnen op een filter een 2D-cultuur vormen of, in de juiste omgeving, cysten vormen in 3D. Bij 3D-groei kunnen eiwitten zich apicaal of basolateraal in de cel plaatsen [18](#page=18) [19](#page=19). #### 1.4.3 Procedure van celtransfer Celtransfer vindt plaats om cellen te vermeerderen en te behouden [20](#page=20). * **Suspensiecultures:** Gebeurt door eenvoudige verdunning, eventueel na zacht centrifugeren en heropname in vers milieu [20](#page=20). * **Adherente cellen:** Celtransfer gebeurt wanneer de cel(mono)laag confluenter wordt, gemiddeld om de 3 tot 7 dagen [20](#page=20). * De cultuur wordt behandeld met trypsine/EDTA (TE) [20](#page=20). * Trypsine is een maagprotease dat oppervlakte-eiwitten degradeert bij korte behandeling [20](#page=20). * EDTA (ethyleendiaminetetra-acetaat) cheleert calcium en magnesium, wat de intercellulaire adhesie en cel-substraatbinding beïnvloedt [20](#page=20). * Onder geschikte condities komen de cellen los van het substraat en elkaar, en vormen een suspensie van levende, opgebolde cellen [20](#page=20). * Deze suspensie wordt optimaal geacht wanneer deze monocellulair is [20](#page=20). * De suspensie wordt vervolgens verdund (uitgesplitst) en uitgezaaid in nieuwe recipiënten. De verdunning varieert van 1 over 3 voor "normale" cellen tot 1 over 30 voor "tumorale" cellen [20](#page=20). * Resterend trypsine wordt geïnhibeerd door protease-inhibitoren, die natuurlijk aanwezig zijn in serum [20](#page=20). ### 1.5 Cellijnen en celbanken Cellen kunnen afkomstig zijn van andere laboratoria, eigen isolatie (primaire culturen), of celbanken. Bekende celbanken zijn ATCC (The American Type Culture Collection) en ECACC (The European Collection of Cell Cultures) [14](#page=14). ### 1.6 Observatietechnieken en apparatuur Cellen in cultuur kunnen worden geobserveerd met behulp van microscopie. Fluorescentiedye-gebaseerde methoden worden vaak gebruikt. Beeldacquisitie kan plaatsvinden op een confocale microscoop, bijvoorbeeld een Olympus FV300 FluoView systeem, met specifieke objectieven (zoals een 60x, 1.4 NA, PlanApo). Illuminatie kan worden verzorgd door een argon/krypton laser, met instelbare intensiteit en pixel dwell times. Cellen worden vaak waargenomen in een afgesloten flowkamer in specifieke groeimedia [13](#page=13). #### 1.6.1 Groeimedia voor celcultuur Voorbeelden van groeimedia die in wetenschappelijke literatuur worden vermeld, zijn onder andere EMEM (Earle's Minimum Essential Medium) en Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DME). Deze media worden vaak aangevuld met supplementen zoals fetaal kalfserum (FBS) of foetaal bovine serum (FBS), L-glutamine, antibiotica (penicilline, streptomycin), en buffers zoals Hepes [13](#page=13) [8](#page=8). #### 1.6.2 Immunofluorescentiemicroscopie Voor immunofluorescentie worden cellen, bijvoorbeeld humane osteosarcoom (U2OS) cellen, na plating op met fibronectine gecoate coverslips gefixeerd [13](#page=13). > **Tip:** Bij het werken met cellijnen is het belangrijk te onthouden dat zelfs "stabiele" cellijnen na verloop van passages kunnen veranderen [8](#page=8). > **Tip:** Bij celtransfer is het cruciaal om een monocellulaire suspensie te verkrijgen om aggregaten te vermijden [20](#page=20). --- # Apparatuur voor celcultuur Deze sectie beschrijft de essentiële apparatuur die gebruikt wordt voor celcultuur, met nadruk op de context van het werken met cellen in een laminaire flowbench en de verschillende stappen in celadhesie en -spreiding [21](#page=21) [22](#page=22). ### 2.1 Werken met cellen in een laminaire flowbench Een laminaire flowbench is een cruciale apparatuur voor celcultuurtechnieken, aangezien het een steriele werkomgeving biedt om contaminatie te voorkomen. De flowbench is uitgerust met een High Efficiency Particulate Air (HEPA) filter, dat de lucht steriliseert en beschermt tegen deeltjes, wat essentieel is voor het onderhouden van aseptische omstandigheden. In de context van celcultuurwerkzaamheden, zoals het hanteren van muisfibroblasten, is de flowbench de plaats waar de manipulatie van de cellen plaatsvindt onder gecontroleerde, steriele omstandigheden [21](#page=21) [22](#page=22) [23](#page=23). > **Tip:** Werk altijd met de laminaire flowbench aan, ook als u deze niet direct gebruikt, om de steriele luchtstroom te behouden. ### 2.2 Celadhesie en -spreiding Na het losmaken en uitplanten van cellen, vinden er verschillende stappen plaats die leiden tot celadhesie en -spreiding op het substraat. Dit proces omvat [22](#page=22): 1. **Sedimentatie:** De cellen zakken uit onder invloed van de zwaartekracht [22](#page=22). 2. **Initieel contact:** De cellen maken voor het eerst contact met het substraat. Op dit moment is het contactoppervlak minimaal, omdat de cellen nog een opgebolde vorm hebben [22](#page=22). 3. **Progressieve spreiding:** In de uren die volgen, verspreiden de cellen zich geleidelijk over het substraat. Dit proces vereist energie en veranderingen in het cytoskelet, wat leidt tot een groter contactoppervlak en een versterking van de adhesie aan het substraat [22](#page=22). 4. **Versterkte binding:** De cellen gaan een sterke binding aan met het substraat door de secretie van eigen aangemaakte extracellulaire matrix (ECM) moleculen [22](#page=22). Ondanks deze sterke cel-substraatsadhesie, kunnen cellen in staat zijn om te migreren over het celoppervlak door de adhesie tijdelijk en lokaal te inhiberen waar de cel loskomt, en elders de adhesie weer op te bouwen in de richting van de migratie [22](#page=22). > **Voorbeeld:** SEM-opnames tonen muisfibroblasten op verschillende tijdstippen na uitplating. Na 30 minuten zijn de cellen nog opgebold en hebben ze minimaal contact met het substraat. Na 24 uur zijn ze significant verspreid en hebben ze een groter contactoppervlak gevormd [22](#page=22). ### 2.3 Andere speciale apparatuur voor celcultuur Naast de laminaire flowbench zijn er nog andere belangrijke apparaten in een celcultuurfaciliteit: * **CO2-oven:** Deze incubatoren bieden een gecontroleerde omgeving met een specifieke temperatuur en CO2-concentratie, cruciaal voor celgroei. Ook deze zijn vaak uitgerust met een steriliserend HEPA-filter [23](#page=23). * **Opslag van ingevroren cellen:** Cellen kunnen worden ingevroren voor langdurige opslag, typisch in vloeibare stikstof bij -196°C [23](#page=23). De beschikbaarheid van deze gespecialiseerde apparatuur is essentieel voor succesvolle celkweek en onderzoek [23](#page=23). > **Fact:** De CTC core in The Core (UZ campus) beschikt over 17 flowbenches, wat de omvang van de faciliteit aangeeft [24](#page=24). --- # definities en eigenschappen van stamcellen Een stamcel is een cel die het vermogen heeft om zich voortdurend te delen en te differentiëren in verschillende andere soorten cellen of weefsels. Stamcellen beschikken over twee fundamentele eigenschappen: zelfvernieuwing en differentiatie [27](#page=27) [28](#page=28). ### 3.1 Zelfvernieuwing en differentiatie * **Zelfvernieuwing**: Dit is het vermogen van stamcellen om zichzelf te delen en kopieën van zichzelf te produceren [28](#page=28). * **Differentiatie**: Dit is het proces waarbij stamcellen zich ontwikkelen tot volwassen celtypen die organen en weefsels vormen [28](#page=28). ### 3.2 Typen stamcellen op basis van potentie De potentie van een stamcel verwijst naar het vermogen om te differentiëren in verschillende celtypen. Er zijn verschillende niveiten van potentie: #### 3.2.1 Totipotente stamcellen Totipotente stamcellen hebben de hoogste differentiatiepotentie. Ze kunnen zich niet alleen ontwikkelen tot alle celtypen die een individu vormen, maar ook tot de cellen die de placenta vormen. De bevruchte eicel in de eerste uren na de bevruchting is totipotent [28](#page=28). > **Voorbeeld:** De bevruchte eicel deelt zich direct na de bevruchting, en ten minste één van deze vroege cellen is totipotent, met de mogelijkheid om zich te ontwikkelen tot een volledig organisme [28](#page=28). #### 3.2.2 Pluripotente stamcellen Pluripotente stamcellen kunnen zich ontwikkelen tot alle celtypen van het lichaam, maar niet tot de cellen die de placenta vormen [29](#page=29). > **Voorbeeld:** Ongeveer 4 dagen na de bevruchting, na meerdere delingscycli, vormen de totipotente cellen een holle bol genaamd de blastocyst. De cellen aan de buitenkant van de blastocyst differentiëren zich tot de cellen die de placenta vormen. De cellen binnenin de holle bal, de zogenaamde binnenste celmassa (ICM), zijn pluripotent. Ze kunnen zich niet ontwikkelen tot een foetus zonder de placenta, wat aangeeft dat hun potentie beperkter is dan die van totipotente cellen [29](#page=29). #### 3.2.3 Multipotente stamcellen Multipotente stamcellen zijn meer gespecialiseerde stamcellen. Ze hebben het potentieel om zich te ontwikkelen tot een beperkt aantal celtypen, meestal binnen een specifieke weefsellijn of orgaan [30](#page=30). > **Voorbeeld:** Hemopoëtische stamcellen zijn multipotent. Ze kunnen zich ontwikkelen tot verschillende soorten gespecialiseerde bloedcellen, zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen, maar zijn beperkt tot de ontwikkeling van bloedcellen [30](#page=30). --- # ethische overwegingen rondom humane embryonale stamcellen Stamcelonderzoek, en in het bijzonder onderzoek met humane embryonale stamcellen, roept diverse ethische overwegingen op vanwege de oorsprong van deze cellen uit embryo's, wat in bepaalde kringen als gevoelig ligt [33](#page=33). ### 4.1 Het embryo als menselijk leven Verschillende standpunten bestaan over de status van een embryo en de ethische toelaatbaarheid van embryo-onderzoek [33](#page=33). #### 4.1.1 Het embryo als mens in het klein Een minderheidsperspectief stelt dat een embryo een mens in het klein is. Vanuit dit oogpunt wordt het vernietigen van een embryo voor onderzoek beschouwd als moord, waardoor embryo-onderzoek strikt onaanvaardbaar is [33](#page=33). #### 4.1.2 Toelaatbaarheid van embryo-onderzoek Een ander standpunt is dat embryo-onderzoek wel mogelijk is, maar uitsluitend op overgebleven embryo's uit IVF-cycli. De redenering hierbij is dat als embryo's toch al aanwezig zijn en niet voor voortplanting worden gebruikt, ze beter voor onderzoek ingezet kunnen worden dan vernietigd te worden. Het creëren van embryo's specifiek voor onderzoeksdoeleinden wordt echter niet als acceptabel beschouwd [33](#page=33). #### 4.1.3 Het belang van de leeftijd van het embryo Een cruciaal aspect in de ethische discussie is het moment waarop embryo's gebruikt worden. Hoe ouder een embryo, hoe meer het als een mens beschouwd wordt. In België geldt een maximumleeftijd van 12 dagen voor het gebruik van embryo's voor onderzoek [33](#page=33). ### 4.2 Algemene strekking en regelgeving De algemene tendens binnen de westerse onderzoekswereld is dat stamcelonderzoek acceptabel is, mits met de grootste voorzichtigheid. In Nederland is stamcelonderzoek toegestaan, maar is er strenge wetgeving die voorwaarden stelt aan het doel van het onderzoek, de gebruikte methodes, het laboratorium en zelfs de kwalificaties van de onderzoeker [33](#page=33). ### 4.3 Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) Een alternatief dat ethisch minder beladen is, betreft geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs). Deze cellen worden verkregen door somatische cellen te herprogrammeren tot een pluripotente staat, wat de noodzaak om embryo's te gebruiken omzeilt [34](#page=34). ### 4.4 Kwaliteitscontrole in celculturen Het werken met stamcellen, inclusief embryonale stamcellen, vereist strikte kwaliteitscontrole om de zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van de celculturen te waarborgen. Twee belangrijke aspecten van kwaliteitscontrole zijn de detectie van contaminatie met micro-organismen en de detectie van contaminatie met vreemde cellen [37](#page=37). #### 4.4.1 Contaminatie met micro-organismen Celculturen kunnen gecontamineerd raken met micro-organismen zoals bacteriën, gisten, schimmels en met name antibiotica-resistente mycoplasma's (PPLO). Mycoplasma's zijn parasitair, kunnen deels intracellulair leven, verstoren het cellulaire metabolisme (vaak door verzuring van het milieu) en zijn moeilijk detecteerbaar en elimineerbaar. Methoden voor detectie omvatten cytoplasmatische DNA-kleuring, ELISA en PCR [37](#page=37). ##### 4.4.1.1 Effecten van mycoplasma contaminatie Mycoplasma contaminatie kan diverse effecten hebben op eukaryote cellen, waaronder veranderingen in eiwit-, RNA- en DNA-synthese, metabolisme en morfologie. Het kan leiden tot chromosomale aberraties, veranderingen in de celmembraansamenstelling, inductie of suppressie van immuunreacties, beïnvloeding van virusreplicatie en interferentie met biochemische en biologische assays. Mycoplasma kan ook de proliferatiekenmerken van cellen beïnvloeden en leiden tot totale degeneratie van de cultuur. Specifieke effecten op hybridoma's omvatten inhibitie van cel fusie, beïnvloeding van selectie van fusieproducten, interferentie met screening van antilichamen, productie van antilichamen tegen mycoplasma in plaats van het doelantigeen, en verminderde opbrengst van monoklonale antilichamen [38](#page=38). #### 4.4.2 Contaminatie met vreemde cellen Vreemde celcontaminatie is wijdverspreid. Veel "oudere" cellijnen blijken varianten te zijn van HeLa, een menselijke cervix-tumor lijn. Er zijn ook gevallen bekend waarbij "menselijke" cellijnen afkomstig bleken te zijn van muizen of ratten. Detectie hiervan kan via genetische fingerprinting en karyotypering [37](#page=37). #### 4.4.3 Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit De (genetische) zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen kunnen worden gemeten door middel van karyotypering, waarbij het aantal en de vorm van de chromosomen in individuele cellen worden bepaald [39](#page=39). ##### 4.4.3.1 Inherente genetische instabiliteit Gecultiveerde cellen vertonen vaak een inherente genetische instabiliteit, waarbij het genotype (chromosoomvorm en -aantal) met de tijd evolueert. Dit is niet te vermijden, maar wel te beperken door regelmatig terug te keren naar stock-cultures die ingevroren zijn met cryoprotectieve middelen zoals glycerol of DMSO in vloeibare stikstof bij -196°C [40](#page=40). --- # Fluorescentiemicroscopie technieken en toepassingen Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende moleculen om specifieke structuren in een monster te visualiseren, wat leidt tot een hogere sensitiviteit en specificiteit in vergelijking met andere microscopische technieken [81](#page=81) [82](#page=82). ### 5.1 Epifluorescentiemicroscopie Epifluorescentiemicroscopie is een klassieke opstelling waarbij het monster wordt belicht via de objectieflens, en de fluorescentie wordt geregistreerd zonder directe oculair observatie met een digitale detector. Dit maakt de combinatie van verschillende technieken mogelijk, zoals het overlayen van beelden verkregen met DIC (Nomarski) voor morfologie, een blauw fluorochroom voor kernen (DNA), en een rood fluochroom voor mitochondria [81](#page=81) [82](#page=82). #### 5.1.1 Voorbeelden van gecombineerde technieken Een voorbeeld van driedubbele fluorescentie is de aankleuring van endotheliale cellen van longarteriën van het rund. Hierbij worden cytoskelet-kabels (actine) in groen, mitochondria in rood, en DNA in blauw gekleurd met specifieke fluorescerende reagentia [83](#page=83). > **Tip:** Het combineren van verschillende fluorochromen met specifieke excitatatie- en emissiespectra maakt het mogelijk om meerdere structuren in één monster gelijktijdig te visualiseren [82](#page=82) [83](#page=83). ### 5.2 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) Het principe van de confocale laser scanning microscoop (CLSM) berust op het scannen van het monster met een laserstraal en het gebruik van een pinhole om het signaal te verbeteren. Een puntvormige lichtbron wordt gebruikt om het monster te exciteren. Het emissielicht wordt via de objectieflens naar een detector (vaak een Photomultiplier Tube - PMT) geleid [84](#page=84). > **Tip:** De pinhole is cruciaal omdat deze emissielicht dat niet afkomstig is uit het gewenste focale vlak (boven of onder de focus) blokkeert, waardoor de resolutie en het contrast significant verbeteren [84](#page=84). #### 5.2.1 Werking van de CLSM Bij CLSM wordt het monster optisch gescand in 3 dimensies (XYZ). Alleen emissielicht afkomstig van het scherpe focale vlak bereikt de detector. Een typische confocale laser scanning microscoop bestaat uit laserlichtbronnen, elektronische filters en een spiegelhuis [84](#page=84) [85](#page=85). #### 5.2.2 Vergelijking met conventionele fluorescentiemicroscopie Confocale microscopie biedt superieure beeldkwaliteit, met name in de Z-resolutie, vergeleken met conventionele fluorescentiemicroscopie. Echter, recente softwarematige bewerkingstechnieken, zoals deconvolutie-algoritmes, kunnen ook met conventionele digitale beelden acceptabele hoge resoluties realiseren. Confocale microscopie is beter geschikt voor time-lapse studies van dynamische processen dan conventionele methoden [86](#page=86) [87](#page=87). > **Example:** Confocale microscopie is uitermate geschikt voor het bestuderen van snelle cellulaire processen, zoals de beweging van organellen binnen een cel of de interactie tussen eiwitten in real-time [87](#page=87). --- # Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie is een softwarematige bewerking van conventionele digitale beelden die, door middel van specifieke algoritmes, in staat is om acceptabel hoge resoluties te verkrijgen. Dit staat tegenover confocale microscopie, die over het algemeen beter geschikt is voor time-lapse en analyse van dynamische processen [86](#page=86) [87](#page=87). ### 6.1 Werkingsprincipe van deconvolutie Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie tracht de beeldvormingsfusie die optreedt in een microscoop te corrigeren. Wanneer licht door een object reist, wordt het uitgestraald in alle richtingen, wat resulteert in een verstrooiing van het lichtsignaal. Dit betekent dat een punt in het object niet als een scherp punt in het beeld verschijnt, maar als een uitgesmeerd vlekje, bekend als de *point spread function* (PSF). Deconvolutie-algoritmes proberen deze PSF te kwantificeren en vervolgens het oorspronkelijke beeld te reconstrueren door de effecten van de PSF wiskundig te verwijderen of te verminderen [88](#page=88). > **Tip:** In essentie probeert deconvolutie het beeld "scherper" te maken door de bijdrage van licht uit naburige punten te scheiden en terug te wijzen naar hun oorspronkelijke bron. #### 6.1.1 Algemene principes Het proces van deconvolutie kan worden beschouwd als het omgekeerde van het convolutieproces dat plaatsvindt tijdens de beeldvorming. Convolutie beschrijft hoe het oorspronkelijke signaal (de fluorescentie van het monster) wordt gemodificeerd door de optische en elektronische componenten van de microscoop om het uiteindelijke, gedegradeerde beeld te vormen [88](#page=88). * **Functie:** Het doel van deconvolutie is om het oorspronkelijke, scherpe beeld te herstellen door de PSF te gebruiken om de beeldvormingsfusie te corrigeren [88](#page=88). * **Iteratieve methoden:** Veelgebruikte deconvolutie-algoritmes zijn iteratief, wat betekent dat ze het beeld herhaaldelijk bewerken om de reconstructie te verbeteren totdat een bepaald criterium is bereikt. Deze methoden houden rekening met de natuurlijke beperkingen van beeldvorming, zoals ruis [88](#page=88). * **Beeldvormingsruis:** Ruis is een inherente eigenschap van digitale beelden en kan deconvolutie-algoritmes beïnvloeden. Het correct modelleren en hanteren van ruis is cruciaal voor succesvolle deconvolutie [88](#page=88). #### 6.1.2 Toepassingen en voordelen Deconvolutie kan significant bijdragen aan de beeldkwaliteit in fluorescentiemicroscopie, met name bij het analyseren van complexe structuren en dynamische biologische processen [86](#page=86). * **Verhoogde resolutie:** Het kan de effectieve resolutie van een conventionele microscoop verbeteren, waardoor fijne details zichtbaar worden die anders verborgen zouden blijven [86](#page=86). * **Verbeterd contrast:** Door het reduceren van verstrooid licht en achtergrondruis, verhoogt deconvolutie het contrast tussen het signaal en de achtergrond, wat de interpretatie van beelden vergemakkelijkt [88](#page=88). * **3D beeldvorming:** Het is bijzonder nuttig voor 3D-beeldvorming, omdat het helpt om de scherpte in de Z-richting (diepte) te herstellen, wat vaak een beperking is bij conventionele microscopen [88](#page=88). * **Verbeterde kwantificering:** Met scherpere en duidelijkere beelden is nauwkeurigere kwantificering van fluorescentiesignalen, celmorfologie en dynamische veranderingen mogelijk [88](#page=88). #### 6.1.3 Verschil met confocale microscopie Hoewel deconvolutie-fluorescentiemicroscopie vergelijkbare resultaten kan bereiken als confocale microscopie in termen van beeldkwaliteit, verschillen de onderliggende mechanismen. Confocale microscopie gebruikt een pinhole om onscherp licht van buiten het focusvlak te blokkeren, wat resulteert in een inherent verbeterde scherpte en de mogelijkheid om optische secties te maken. Deconvolutie, daarentegen, is een post-processing techniek die de beelddata *na* de acquisitie verwerkt [86](#page=86) [87](#page=87). > **Voorbeeld:** Een conventionele microscoop kan een beeld creëren dat er "wazig" uitziet, vooral in de diepte. Deconvolutie past vervolgens een algoritme toe op dit wazige beeld om het dichter bij de werkelijke structuur te brengen, terwijl een confocale microscoop probeert om alleen het scherpe licht uit het focusvlak op te vangen. ### 6.2 4D Live Cell Imaging 4D Live Cell Imaging is een geavanceerde techniek die de mogelijkheden van deconvolutie combineert met andere microscopische technieken om dynamische processen in levende cellen over tijd en in drie dimensies vast te leggen [89](#page=89). #### 6.2.1 Componenten van 4D Live Cell Imaging * **3D multi-kleur imaging:** Dit omvat het simultaan registreren van verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies op meerdere posities. Dit maakt het mogelijk om de ruimtelijke distributie van meerdere moleculen tegelijk te bestuderen [89](#page=89). * **Time-lapse recording:** Hierbij worden processen gedurende een bepaalde periode vastgelegd, waarbij op regelmatige tijdstippen 3D beelden worden genomen. Deze beelden worden vervolgens samengevoegd tot een versnelde film, waardoor snelle biologische processen zichtbaar worden. Bijvoorbeeld, een opnametijd van 2 uur met opnames elke 60 seconden kan worden afgespeeld met 30 frames per seconde, wat resulteert in een sterk versnelde weergave van het proces [89](#page=89). #### 6.2.2 Opstelling voor 4D Live Cell Imaging Een typische opstelling voor 4D Live Cell Imaging vereist gespecialiseerde apparatuur om de delicate omstandigheden van levende cellen te handhaven en consistente beeldvorming te garanderen [90](#page=90). * **Incubatiekamer:** Essentieel voor het handhaven van een constante temperatuur en gasmengsel (bv. CO2) om de levensvatbaarheid van de cellen gedurende lange opnamesessies te waarborgen [90](#page=90). * **Geïnverteerde fluorescentiemicroscoop:** Een geïnverteerde microscoop wordt gebruikt omdat de objectieven zich onder het monster bevinden, wat de plaatsing van incubatie- en vloeistofsystemen vergemakkelijkt. Een gemotoriseerde voorwerptafel is nodig voor precieze positionering, en hoogwaardige objectieflenzen zijn cruciaal voor resolutie [90](#page=90). * **Digitale camera:** Een gevoelige digitale camera is vereist om zwakke fluorescentiesignalen efficiënt op te vangen en om snelle acquisitie mogelijk te maken voor time-lapse [90](#page=90). * **Trillingsvrije tafel:** Om bewegingsartefacten, die de resolutie en analyse van de beelden kunnen beïnvloeden, te minimaliseren [90](#page=90). * **Joystick voor Z-focus en XY-positionering:** Biedt de operator flexibiliteit en precisie bij het instellen van de focus en het navigeren door het monster [90](#page=90). * **Lampvoeding en computer:** Voor het aansturen van de verlichting en het uitvoeren van de complexe data-acquisitie en -verwerking [90](#page=90). > **Voorbeeld:** Muisfibroblasten kunnen worden opgenomen gedurende 8 uur met een time-lapse van elke 30 seconden, afgespeeld met 10 frames per seconde, om de dynamische processen van celbeweging en interactie te observeren [91](#page=91). --- # Voorbereiding van biologisch materiaal voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Het voorbereiden van biologisch materiaal voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) omvat een reeks stappen om structuren zichtbaar te maken die anders te klein of te weinig contrast zouden hebben . ### 7.1 Algemene beginselen van TEM-beeldvorming Bij TEM worden elektronen gebruikt die versneld worden. De golflengte van deze elektronen valt buiten het bereik van de gevoeligheid van het menselijk oog, waardoor een fluorescentiescherm of fotografische plaat nodig is voor beeldvorming. Beeldvorming ontstaat door elektronenstrooiing op de atomen van het doorstraalde weefsel. Dichte structuren absorberen elektronen, terwijl minder dichte structuren elektronen doorlaten. Biologisch materiaal vertoont van nature weinig densiteitsverschillen, wat contrastverhoging noodzakelijk maakt . ### 7.2 Voorbewerkingstappen van biologisch materiaal Om biologisch materiaal geschikt te maken voor TEM, zijn diverse bewerkingstappen vereist . #### 7.2.1 Fixatie De eerste stap is fixatie, waarbij brokjes ruw materiaal (zoals weefsel of losse cellen) worden behandeld met chemische stoffen zoals glutaaraldehyde. Het doel van fixatie is om fijne structuren zo intact mogelijk te behouden en de cellen doorlaatbaar te maken voor componenten in latere stappen . #### 7.2.2 Spoeling en contrastering ('kleuring') Na fixatie en het uitspoelen van het fixatief, wordt het materiaal behandeld met verbindingen van zware metalen. Voorbeelden hiervan zijn osmiumtetroxide, uranylacetaat of kaliumpermanganaat. Deze zware metalen binden zich specifiek aan bepaalde celregio's, zoals vetrijke membranen van organellen, DNA-clusters in de celkern en eiwitrijke structuren zoals cytoskelet-elementen. Deze metaalverbindingen weerkaatsen elektronen, waardoor de hiermee gemerkte structuren in de elektronenmicroscoop als donkere plekken verschijnen. Dit proces wordt 'kleuren' genoemd, hoewel het in de elektronemicroscopie geen ware kleuren betreft. Het verhogen van densiteitsverschillen door middel van zware metalen leidt tot een toename van elektronenstrooiing en daarmee tot een toename van het contrast. Osmiumtetroxide (OsO4) kan reeds bij de fixatie worden toegevoegd en draagt bij aan het contrast van membranen. Veelgebruikte contrasteringsvloeistoffen bestaan uit uranylacetaat en loodcitraat . > **Tip:** Het gebruik van zware metalen is cruciaal voor zichtbaarheid, omdat deze elektronen absorberen of verstrooien, wat leidt tot een donkerder beeld op de detector . #### 7.2.3 Dehydratatie Om ultradunne coupes (60-90 nm dik) te kunnen snijden die stabiel blijven en elektronen doorlaten, moet het materiaal worden ingebed in kunsthars. Aangezien de meeste harsen hydrofoob zijn, is het noodzakelijk om al het water uit het monster te verwijderen. Dit gebeurt door middel van wasstappen met ethanol of aceton van oplopende concentraties . #### 7.2.4 Inbedding in hars en polymerisatie Na dehydratatie wordt het materiaal geleidelijk geïnfiltreerd met de nog niet-gepolymeriseerde hars. Het hars-doordrongen materiaal wordt in een houdertje geplaatst, bijvoorbeeld een gelatine capsule. Vervolgens vindt polymerisatie plaats, wat kan gebeuren door verhitting in een oven, met een magnetron, of door katalysatie met ultraviolet licht. Dit resulteert in harde, goed snijbare blokjes materiaal . #### 7.2.5 Trimming van het blokje hars en ultradun snijden Om coupes met een dikte van ongeveer 70 nm te produceren, zijn speciale snijinstrumenten vereist, zoals messen van gekliefd puur glas of diamanten messen. Het snijden gebeurt met behulp van een ultramicrotoom . #### 7.2.6 Opvangen van coupes op een gridje Achter het snijvlak van de ultramicrotoom bevindt zich water dat zorgt voor smering van het snijvlak en het opvangen van de uiterst fragiele coupes. De coupes worden van het wateroppervlak "opgelepeld" op een zogenaamd gridje. Een gridje is een klein metaalschijfje (minder dan 5 mm) met een roosterpatroon . > **Example:** Een typische stap in het contrasteringsproces is het onderdompelen van de ultradunne secties op het gridje in oplossingen van uranylacetaat gevolgd door loodcitraat. Dit bindt zich aan specifieke moleculen in de cel en zorgt voor voldoende contrast voor TEM-analyse . --- # cryo-elektronen-tomografie voor 3D reconstructie Cryo-elektronen-tomografie (cryo-ET) is een techniek die wordt gebruikt om driedimensionale structuren van biologische objecten te reconstrueren door middel van een reeks tweedimensionale projecties die onder verschillende hoeken worden verkregen . ### 8.1 Principe van cryo-elektronen-tomografie De kern van cryo-ET is gebaseerd op het principe van tomografie, waarbij een object wordt gescand vanuit verschillende hoeken om een driedimensionale weergave te reconstrueren . #### 8.1.1 Verkrijgen van 2D projecties Bij cryo-ET wordt een object, meestal ingevroren in een dunne laag ijs om de natuurlijke staat te behouden, belicht met een elektronenbundel in een elektronenmicroscoop. De monstener wordt vervolgens geleidelijk gekanteld rond een as, en voor elke kantelhoek wordt een 2D projectie (een beeld) van het object opgenomen . #### 8.1.2 3D Reconstructie De reeks van 2D projecties, genomen onder verschillende hoeken, vormt de basis voor de 3D reconstructie. Dit gebeurt door middel van computeralgoritmen die de projecties analyseren en terugprojecteren naar een virtueel 3D beeld. Een groter aantal projecties met kleinere hoekverschuivingen resulteert in een nauwkeurigere reconstructie en vermindert artefacten die bekend staan als de 'missing-wedge' . > **Tip:** Hoe meer projecties er worden verkregen met kleine hoekverschuivingen, hoe gedetailleerder en nauwkeuriger de uiteindelijke 3D reconstructie zal zijn . #### 8.1.3 Toepassingen van cryo-ET Cryo-ET is bijzonder nuttig voor het bestuderen van de architectuur van grote moleculaire complexen, zoals het nucleaire pore complex (NPC). Door verschillende exemplaren van hetzelfde complex te analyseren en te middelen, kunnen nog meer details zichtbaar worden gemaakt . > **Example:** Een voorbeeld van de toepassing van cryo-ET is de 3D reconstructie van een nucleair pore complex, wat essentieel is voor het transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma . ### 8.2 Vergelijking met andere speciale EM-technieken Cryo-ET is één van de speciale elektronenmicroscopietechnieken die gebruikt worden voor gedetailleerd celonderzoek. Andere technieken die in de documentatie worden genoemd zijn: * **Vries-breek (freeze-fracture):** Deze techniek wordt gebruikt om membraanstructuren te bestuderen door membranen te breken tussen hun binnenste en buitenste bladen. Het levert informatie over de locatie van eiwitten in het membraan . * **Vries-ets (freeze-etching):** Een uitbreiding op vries-breek, waarbij een dunne laag ijs wordt verwijderd door sublimatie onder vacuüm om meer 3D structuur te genereren . * **Serial block face-SEM (SBF-SEM) en Focused Ion Beam-SEM (FIB-SEM):** Bij deze technieken worden delen van het monster binnen de microscoop verwijderd met een ultramicrotoom of ionenlaser, waardoor opeenvolgende doorsneden kunnen worden bekeken . De keuze voor een specifieke techniek hangt af van het type structuur dat bestudeerd moet worden en de gewenste resolutie en dimensionaliteit van de analyse. Cryo-ET is uniek in zijn vermogen om 3D reconstructies te leveren van relatief intacte, bevroren biologische objecten . --- # De klassieke lichtmicroscoop De klassieke lichtmicroscoop, ook wel bekend als de helderveld- of klaarveldmicroscoop, maakt gebruik van doorvallend wit licht om preparaten te visualiseren, waarbij de resolutie voornamelijk wordt bepaald door het objectief en de golflengte van het licht [52](#page=52). ### 9.1 Algemene principes De resolutie van een lichtmicroscoop, de kleinste afstand waarmee twee punten nog net gescheiden worden weergegeven, is fundamenteel beperkt tot ongeveer 200 nanometer. Dit wordt beïnvloed door het objectief en de golflengte van het zichtbare licht, niet door het oculair. Celculturen kunnen vaak direct worden bekeken, terwijl dikker materiaal zoals weefsels en orgaanculturen eerst gefixeerd, ingebed (bijvoorbeeld in paraffine) en versneden moeten worden tot secties, of geanalyseerd met cryosecties van bevroren materiaal. Levende cellen vertonen doorgaans te weinig contrast voor standaard helderveldmicroscopie en vereisen speciale technieken. De effectieve resolutie wordt ook beïnvloed door de aard van het preparaat, zoals of het gefixeerd en gekleurd is voor detectie op basis van lichtabsorptie, of levend en daardoor met een lager contrast [52](#page=52). ### 9.2 Componenten en werking Een lichtmicroscoop bestaat uit optische en fijnmechanische onderdelen. De optiek is opgebouwd uit drie hoofdlenssystemen: de condensor, het objectief en de oculairen [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Lichtbron:** Produceert wit licht dat door een spiegel in de condensor wordt geleid [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Condensor:** Een lenssysteem dat het licht bundelt op het preparaat. De condensor speelt een cruciale rol in het bepalen van de lichtsterkte, resolutie en beeldkwaliteit [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Objectief:** Dit is de lens die zich het dichtst bij het preparaat bevindt en een vergroot, eerste beeld vormt. Het heeft een korte tot zeer korte werkafstand [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Oculair:** Een lens die het door het objectief gevormde beeld verder vergroot en projecteert op het netvlies van de observator [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Prisma:** Dient om de lichtweg te buigen, waardoor een comfortabele observatiehouding mogelijk is [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). Het lichtpad begint bij de lichtbron, wordt gebundeld door de condensor op het preparaat, waarna het objectief een vergroot beeld vormt dat vervolgens door het oculair verder wordt vergroot. > **Tip:** De resolutie van een microscoop wordt niet alleen bepaald door de optische kwaliteit, maar ook door de golflengte van het gebruikte licht. Kortere golflengtes (zoals blauw licht) leiden theoretisch tot een hogere resolutie. ### 9.3 Factoren die de effectieve resolutie beïnvloeden * **Natuur van het preparaat:** Gefixeerde en gekleurde preparaten worden geanalyseerd op basis van lichtabsorptie, terwijl levende preparaten vaak te weinig contrast bieden [52](#page=52). * **Belichting:** De manier waarop het licht door de condensor op het preparaat wordt gebundeld, heeft directe invloed op de resolutie en beeldkwaliteit [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Gebruikte lenssystemen:** De kwaliteit en specificaties van zowel de condensor als het objectief zijn cruciaal voor het bereiken van de maximale resolutie [52](#page=52) [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). ### 9.4 Historische context De ontwikkeling van de lichtmicroscoop kent een snelle evolutie. In 1660 gebruikte Robert Hooke al een microscoop, waarna in de 19e en 20e eeuw verbeterde microscopen werden ontwikkeld. De tweede helft van de 20e eeuw zag de introductie van fluorescentiemicroscopie, digitale opnames en confocale technieken [51](#page=51). --- # Histologische technieken voor microscopisch onderzoek Histologische technieken maken cellen en weefsels zichtbaar onder een microscoop door ze dunner te snijden en het contrast te verhogen [42](#page=42). ### 10.1 Doel van histologische technieken Het hoofddoel van histologische technieken is om weefsels microscopisch observeerbaar te maken voor zowel lichtmicroscopie (LM) als elektronenmicroscopie (EM). Biologisch materiaal is vaak te dik om licht of elektronen door te laten en heeft van nature weinig contrast, wat gedetailleerde observatie bemoeilijkt. Histologische technieken zorgen voor [42](#page=42): * **Verdunnen van weefsels:** Zodat lichtstralen en elektronen erdoorheen kunnen dringen [42](#page=42). * **Verhogen van contrast:** Om structuurdetails zichtbaar te maken [42](#page=42). ### 10.2 De noodzaak van coupevorming Voor het waarnemen van subcellulaire details is het gebruik van dunne secties (coupes) essentieel. Procedure voor paraffinecoupes omvat het fixeren van een klein weefselstukje, dehydrateren, inbedden in vloeibare paraffine, snijden met een microtoom (0,5 – 50 μm), en het kleuren van de secties op een microscoopsglaasje [43](#page=43) [44](#page=44). ### 10.3 Fixeren Fixatie is het proces waarbij weefsels worden bewaard met behoud van hun oorspronkelijke structuur, door eiwitten te denatureren. Zonder fixatie worden afbraakenzymen, die na het wegnemen van weefsel uit de in-vivo situatie actief worden, niet gestopt [45](#page=45). #### 10.3.1 Methoden van fixatie * **Chemische fixatieven:** * Formol (voor LM) [45](#page=45). * Glutaraldehyde (voor EM) [45](#page=45). * Osmiumtetroxide ($OsO_4$) [45](#page=45). Chemische fixatieven werken door eiwitten te cross-linken (bv. formaldehyde, glutaraldehyde) of te precipiteren (bv. alcohol, aceton). Ze stoppen enzymreacties en behouden structurele componenten door cross-linking, waardoor weefselcomponenten bewaard blijven tijdens verdere histologische procedures [45](#page=45). * **Invriezen (koude fixatie):** Bevriezen is een methode die snel werkt en de epitopen beter bewaart voor immuunkleuringen. Dit wordt veel gebruikt in pathologie laboratoria voor snelle diagnoses van biopten en tumoren, soms zelfs tijdens operaties [45](#page=45). #### 10.3.2 Artefacten door fixatie Artefacten zijn veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in-vivo situatie. Dit kan een structuurverandering zijn (bv. een holte rond kraakbeencellen) of het op een andere plaats voorkomen van componenten (bv. glycogeendrift in leverpreparaten). Chemische fixatieven resulteren over het algemeen in een betere morfologie [45](#page=45). ### 10.4 Inbedden Inbedden is het omwikkelen en doordringen van gefixeerd materiaal met een inbedmiddel. Het inbedmiddel is een substantie die in het weefsel dringt, hard wordt, en het materiaal snijdbaar maakt in dunne plakken [46](#page=46). #### 10.4.1 Inbedmiddelen Veelgebruikte inbedmiddelen zijn paraffine, hars en plastics. Deze middelen zijn meestal hydrofoob [46](#page=46). #### 10.4.2 Dehydrateren en 'clearing' Omdat biologisch materiaal veel water bevat (tot 60%) en inbedmiddelen hydrofoob zijn, moet het water eerst verwijderd worden. Dit gebeurt met een stijgende reeks alcoholbaden (30%, 50%, 70%, 90% en absolute ethanol). Nadat het water is vervangen door alcohol, wordt tolueen gebruikt voor de 'clearing'-stap; tolueen is mengbaar met zowel alcohol als het hydrofobe inbedmiddel [47](#page=47). > **Tip:** Alternatieve inbedmiddelen, zoals hydrofobe harsen met hydrofiele groepen of hydrofiele inbedmiddelen, zijn minder stabiel en resulteren in inferieure morfologie [47](#page=47). ### 10.5 Snijden Door de hardheid van het inbedmateriaal kan het weefsel gesneden worden in dunne plakken [48](#page=48). #### 10.5.1 Snijdikte en toepassingen * **Paraffine:** Produceert coupes van ongeveer 5-10 μm dik, wat geschikt is voor LM omdat het lichtdoorlatend is. Veel epitopen blijven bij de verhitting tot 55°C bewaard [48](#page=48). * **Hars en plastics:** Zijn harder en laten coupes toe tot 60-70 nm dik, wat geschikt is voor EM omdat deze coupes doorlaatbaar zijn voor elektronen. Polymerisatie van hars gebeurt bij 60-65 °C. Harsen zijn minder geschikt voor immuunkleuringen omdat ze moeilijk uit het weefsel te verwijderen zijn [48](#page=48). #### 10.5.2 Gereedschap en plaatsing van coupes Het snijden van ingebed, hard materiaal gebeurt met een **microtoom** [48](#page=48). * **LM microtomem:** Gebruiken stalen messen [48](#page=48). * **EM microtomem:** Gebruiken glazen of diamanten messen [48](#page=48). Coupes voor LM-analyse worden aangebracht op **glazen draagglasjes**. Coupes voor EM-analyse worden geplaatst op **metalen (koper, nikkel) roostertjes** die grids worden genoemd [48](#page=48). > **Example:** Een patholoog wil snel een biopt analyseren tijdens een operatie. Hiervoor wordt het weefsel snel gefixeerd door invriezen en daarna in een microtoom gesneden om onmiddellijk onder de microscoop bekeken te kunnen worden voor een snelle diagnose [45](#page=45). --- # Histologische kleurtechnieken voor weefselanalyse Histologische kleurtechnieken zijn essentieel voor het visualiseren van weefselstructuren en het diagnosticeren van pathologische afwijkingen door specifieke cellulaire en extracellulaire componenten aan te kleuren [65](#page=65). ### 11.1 Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) De Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) is een fundamentele en wijdverbreide kleuringstechniek die al meer dan een eeuw wordt gebruikt voor weefselanalyse en kankerdiagnose [65](#page=65). #### 11.1.1 Werkingsprincipe van H&E * **Hematoxyline:** Dit kleurt nucleïnezuren diep blauw-paars aan door een complexe reactie die nog niet volledig is begrepen. Het laat gedetailleerde intranucleaire structuren zien, zoals condensatiepatronen van heterochromatine, die diagnostisch van groot belang zijn [65](#page=65). * **Eosine:** Dit kleurt eiwitten roze aan. In een typische coupe kleuren de kernen blauw, terwijl het cytoplasma en de extracellulaire matrix variërend roze gekleurd zijn. Nucleoli worden door eosine gekleurd. Overvloedig polyribosomen in het cytoplasma kunnen leiden tot een duidelijke blauwe gloed. De Golgi-zone kan worden geïdentificeerd door een gebrek aan kleuring naast de kern [65](#page=65). #### 11.1.2 Voordelen en beperkingen van H&E * **Voordelen:** * Werkt goed met diverse fixatieven [65](#page=65). * Visualiseert een breed scala aan cytoplasmatische, nucleaire en extracellulaire matrixkenmerken [65](#page=65). * Onthult structurele informatie met specifieke functionele implicaties [65](#page=65). * **Beperkingen:** * Onverenigbaar met immunofluorescentie [65](#page=65). * Hoewel H&E onverenigbaar is met immunofluorescentie, kan een seriële doorsnede gekleurd met H&E nuttig zijn ter oriëntatie voor immunofluorescentie [65](#page=65). * Hematoxyline, vaak zonder eosine, kan worden gebruikt als tegenkleuring voor immunohistochemische of hybridisatieprocedures die colorimetrische substraten gebruiken [66](#page=66). ### 11.2 Specifieke kleurtechnieken Naast H&E zijn er diverse specifieke kleurtechnieken die gericht zijn op het visualiseren van verschillende weefselcomponenten of functies [68](#page=68). #### 11.2.1 Indifferente kleurstoffen Indifferente kleurstoffen zijn technieken die specifiek vetten aankleuren. Een voorbeeld hiervan is Oil Red O, dat wordt gebruikt om vetcellen aan te kleuren [68](#page=68) [69](#page=69). #### 11.2.2 Immunohistochemische kleuring Immunohistochemische kleuringen maken gebruik van antilichaam-antigeenbinding om specifieke bestanddelen in weefsels aan te kleuren. Het antilichaam wordt gelabeld met een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud. Een voorbeeld hiervan is de kleuring met DAB (diaminobenzidine) om specifieke structuren zoals microtubuli of connexine 43 in muishartweefsel aan te tonen [68](#page=68) [70](#page=70). #### 11.2.3 Enzymkleuringen Enzymkleuringen demonstreren de activiteit van specifieke enzymen. Dit wordt bereikt door het gebruik van een substraat dat specifiek is voor het enzym; de reactie produceert een waarneembare neerslag. Een voorbeeld is de kleuring voor glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) activiteit in erytrocyten met behulp van de tetrazoniumzoutmethode, die onderscheid maakt tussen erytrocyten met en zonder G6PD-activiteit [68](#page=68) [71](#page=71). > **Tip:** Het begrijpen van de basisprincipes van elke kleuringstechniek, inclusief het doelwit, het reactiemechanisme en de verwachte resultaten, is cruciaal voor accurate weefselinterpretatie. > **Example:** Bij de analyse van een weefselcoupe met H&E kleuring, zullen de kernen blauw zijn en het cytoplasma roze. Als de kernen echter onregelmatige, sterk gecondenseerde chromatinepatronen vertonen, kan dit duiden op maligniteit. Wanneer een Oil Red O kleuring wordt toegepast, zullen vetvacuolen in de cellen rood oplichten. Bij immunohistochemische kleuringen, zoals met DAB, kan specifieke eiwitexpressie worden gevisualiseerd als een bruine neerslag op de locatie van het eiwit. --- # Snijden van weefselcoupes voor microscopie Het snijden van weefselcoupes is een essentiële stap om subcellulaire details waar te nemen middels microscopie, waarbij de aard van het inbedmiddel en het type microscopie de dikte van de coupe bepalen [43](#page=43). ### 12.1 Principes van weefselpreparatie voor microscopie #### 12.1.1 Fixatie Fixatie is cruciaal om de oorspronkelijke structuur van weefsels te bewaren door eiwitten te denatureren en zo afbraakprocessen, veroorzaakt door endogene enzymen na weefselontname, te stoppen [45](#page=45). * **Mechanisme:** Chemische fixatieven zoals formol (voor lichtmicroscopie - LM) en glutaraldehyde of OSO4 (voor elektronenmicroscopie - EM) cross-linken eiwitten of slaan ze neer. Bevriezen is een alternatieve methode [45](#page=45). * **Doel:** Naast het stoppen van enzymactiviteit, behouden fixatieven structurele componenten en voorkomen ze veranderingen die afwijken van de in-vivo situatie, wat men artefacten noemt [45](#page=45). * **Vergelijking methoden:** Chemische fixatieven bieden over het algemeen een betere morfologie, terwijl koude fixatie sneller materiaal verwerking toelaat en epitopen beter bewaart voor immuunkleuringen. Bevriezen wordt vaak toegepast in pathologie laboratoria voor snelle diagnoses, zelfs tijdens operaties [45](#page=45). #### 12.1.2 Inbedden Inbedden omvat het omwikkelen en doordringen van gefixeerd materiaal met een substantie die het weefsel hard maakt, waardoor het snijdbaar wordt in dunne plakken (coupes). Deze inbedmiddelen, zoals paraffine, hars of plastics, zijn doorgaans hydrofoob [46](#page=46) [47](#page=47). * **Noodzaak van ontwatering:** Omdat biologisch materiaal tot 60% water bevat en de meeste inbedmiddelen hydrofoob zijn, moet water eerst verwijderd worden. Dit gebeurt met een stijgende reeks alcoholbaden (30%, 50%, 70%, 90% en absolute ethanol) [47](#page=47). * **‘Clearing’:** Na ontwatering met alcohol wordt tolueen gebruikt, een substantie die mengbaar is met zowel alcohol als het inbedmiddel, om de laatste restjes alcohol te vervangen [47](#page=47). #### 12.1.3 Snijden (Coupering) Het harde inbedmateriaal maakt het mogelijk om het weefsel in dunne plakken te snijden [48](#page=48). * **Paraffine coupes:** Deze zijn typisch 5 tot 10 micrometer dik en zijn doorlaatbaar voor licht, waardoor ze geschikt zijn voor lichtmicroscopie (LM). Paraffine wordt verwarmd tot 55°C om te smelten en in het weefsel te dringen, waarbij veel epitopen behouden blijven [48](#page=48). * **Hars en plastic coupes:** Deze zijn dunner, tot ongeveer 60-70 nanometer dik, en doorlaatbaar voor elektronen, wat ze geschikt maakt voor elektronenmicroscopie (EM). Polymerisatie van hars vindt plaats bij 60-65°C, en de moeilijkheid om hars uit het weefsel te verwijderen, maakt het minder geschikt voor immuunkleuringen vergeleken met paraffine [48](#page=48). * **Microtoom:** Het snijden van het ingebedde, harde materiaal gebeurt met een microtoom. Microtomen voor paraffine coupes gebruiken stalen messen, terwijl die voor hars en plastic glazen of diamanten messen gebruiken [48](#page=48). * **Draagvlakken:** Coupes voor LM worden op glazen draag glaasjes geplaatst. Coupes voor EM worden aangebracht op metalen (koper, nikkel) roostertjes die grids genoemd worden [48](#page=48). > **Tip:** De dikte van de coupes is direct gerelateerd aan de penetratie van de stralen (licht of elektronen) van de microscoop, wat essentieel is voor het waarnemen van structuren op verschillende schalen [43](#page=43) [48](#page=48). > **Voorbeeld:** Het waarnemen van subcellulaire organellen vereist ultradunne coupes (70 nm) gemaakt van hars-ingebed weefsel voor EM, terwijl de morfologie van celkernen en weefselstructuren goed zichtbaar is met dikkere coupes (5-10 µm) van paraffine-ingebed weefsel voor LM [43](#page=43) [48](#page=48). #### 12.1.4 Kleuring (Impliciet vermeld) Na het snijden worden de coupes gekleurd om structuren zichtbaar te maken voor microscopische observatie. Hoewel de details van kleuring buiten het bestek van dit specifieke onderwerp vallen, is het een noodzakelijke stap na het snijden voor LM-analyse. H&E (hematoxyline en eosine) is een veelgebruikte kleuring voor LM-coupes [43](#page=43) [44](#page=44). * **Artefacten:** Het is belangrijk om op te merken dat veranderingen die optreden tijdens de preparatieprocedures, zoals fixatie, kunnen leiden tot artefacten, wat afwijkingen zijn van de werkelijke in-vivo situatie [45](#page=45). * **Voorbeeld artefact:** Een holte rond kraakbeencellen of de misplaatsing van componenten zoals glycogeen in een leverpreparaat zijn voorbeelden van artefacten. De grote wanorde in het onderste beeld van een carcinoom van het colon is een voorbeeld van hoe artefacten of weefselveranderingen de interpretatie kunnen beïnvloeden [44](#page=44) [45](#page=45). --- # elektronenmicroscopie (em) technieken Elektronenmicroscopie (EM) technieken maken het mogelijk structuren te visualiseren met een veel hogere resolutie dan lichtmicroscopie door gebruik te maken van elektronen in plaats van fotonen. Dit opent deuren naar de studie van structuren op nanometer- en zelfs atomair niveau [98](#page=98). ### 13.1 Algemene principes van elektronenmicroscopie In tegenstelling tot lichtmicroscopie, die glaslenzen gebruikt, maakt elektronenmicroscopie gebruik van elektromagnetische magneten als lenzen om de elektronenbundel te sturen. Om te voorkomen dat de elektronen worden gestopt door bijvoorbeeld gasmoleculen, vereist EM een hoog vacuüm. Om de elektronen voldoende snelheid te geven, wordt er gewerkt met hoge spanningen [98](#page=98). #### 13.1.1 Principe van beeldvorming Bij EM worden elektronen gebruikt die het monster bombarderen voor beeldvorming. Er is een bron (elektronenkanon) en lenzen (elektromagnetische) die de bundel concentreren en scherpstellen [98](#page=98). #### 13.1.2 Vergroting en resolutie Met elektronenmicroscopen kunnen structuren zichtbaar worden gemaakt die zo klein zijn als 1 nanometer. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) kan vergrotingen tot wel 600.000 en meer bereiken met een scheidend vermogen van 3 nanometer, hoewel theoretisch kleiner mogelijk is [98](#page=98) [99](#page=99). ### 13.2 Typen elektronenmicroscopie Globaal wordt er onderscheid gemaakt tussen twee hoofdtypen elektronenmicroscopie: Transmissie Elektronenmicroscopie (TEM) en Scanning Elektronenmicroscopie (SEM) [99](#page=99). #### 13.2.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) TEM wordt voornamelijk gebruikt om de *binnenkant* van objecten, zoals weefsels, cellen en virussen, te bestuderen [99](#page=99). * **Principe:** Het beeld wordt gevormd doordat zware atomen in ultradunne preparaten de elektronen uit de bundel verstrooien. Het beeld wordt gevisualiseerd op een fluorescerend scherm [100](#page=100) [99](#page=99). * **Resolutie:** TEM heeft een resolutie van ongeveer 1 nanometer [99](#page=99). * **Preparatie:** Biologisch materiaal geeft van zichzelf weinig contrast in een TEM. Daarom worden speciale fixatie- en kleuringstechnieken toegepast . * **Fixatie:** Meestal wordt er gefixeerd met glutaaraldehyde (een bivalente crosslinker voor NH2-groepen, vooral in eiwitten) en osmiumtetroxide (een sterk oxidans dat lipiden en eiwitten stabiliseert) . * **Kleuring:** Om contrast te creëren, wordt het materiaal blootgesteld aan verbindingen van zware metalen, zoals osmium, dat elektronen weerkaatst en zich bindt aan specifieke structuren. Structuren die zich aan deze 'kleurstoffen' binden, verschijnen donker, terwijl structuren met minder affiniteit lichter zichtbaar zijn. Gebruikte kleurstoffen zijn onder andere uranylacetaat en lood . * **Ultradunne secties:** Voor TEM zijn ultradunne secties van 50-100 nanometer nodig. Vanwege de dunte van de coupes is expertise nodig voor een correcte 3-dimensionale interpretatie . * **Specifieke technieken voor TEM:** * **Negatieve kleuring:** Hierbij worden virusdeeltjes of andere deeltjes omgeven door zwaar metaal (bv. uranylacetaat, fosfowolfraamzuur). Het specimen neemt de kleur niet op en is daardoor wit tegen een zwarte achtergrond . * **Shadowing (schaduwbestuiving):** Dit gebeurt door schuine bestuiving met een zwaar metaal zoals platina of goud. Dit creëert een reliëf dat het driedimensionale aspect van het specimen zichtbaar maakt . * **Rotary shadowing:** Een specifieke vorm waarbij het specimen onder een zeer lage hoek op een roterend specimen wordt bestoven met metaal, vaak gebruikt voor het visualiseren van nucleïnezuren . #### 13.2.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) SEM wordt gebruikt om het *oppervlak* van weefsels, macromoleculaire aggregaten of materialen in beeld te brengen [99](#page=99). * **Principe:** Een elektronenbundel scant het preparaat lijn per lijn. Hierbij worden secundaire elektronen uit het preparatoppervlak gegenereerd, die worden gedetecteerd, versterkt en computer-matig verwerkt tot een 3-dimensionaal beeld [100](#page=100) [99](#page=99). * **Preparatie:** Het preparaat mag groter en dikker zijn dan bij TEM, maar moet wel worden gecoat met een zwaar metaal [99](#page=99). * **Beeld:** SEM levert een driedimensionaal beeld op [100](#page=100) [99](#page=99). ### 13.3 Voordelen van elektronenmicroscopie Het belangrijkste voordeel van elektronenmicroscopen is dat de golflengte van elektronen veel kleiner is dan die van zichtbaar licht (400-800 nm). Hierdoor kunnen objecten worden waargenomen die kleiner zijn dan de golflengte van licht, tot op het niveau van individuele atomen . ### 13.4 Technische complicaties en vereisten * **Vacuüm:** Absolute vacuüm is noodzakelijk . * **Hoogspanning:** Vereist voor het versnellen van elektronen . * **Elektromagnetische lenzen:** Nodig om de elektronenstraal te manipuleren . * **Aangepaste preparatietechnieken:** Fixatie en kleuring moeten aangepast zijn aan de vereisten van vacuüm en elektronenbundels . --- # Lichtmicroscopische technieken en kleuringsmethoden Lichtmicroscopie is een fundamentele techniek voor het visualiseren van cel- en weefselstructuren, waarbij verschillende optische principes en kleurstofmethoden worden toegepast om contrast en detail te genereren [56](#page=56). ### 14.1 Typen lichtmicroscopen Lichtmicroscopen variëren in hun ontwerp en toepassing, aangepast aan specifieke observatiebehoeften. #### 14.1.1 Algemene lichtmicroscopen * **Histologie-microscoop:** Standaard microscoop voor het bestuderen van vaste weefselcoupes [56](#page=56). * **Discussie-microscoop:** Vaak uitgerust met digitale camera's om beelden vast te leggen en te delen [56](#page=56). * **Geïnverteerde lichtmicroscoop:** Ideaal voor de observatie van levende celculturen, waarbij de objectieven zich onder het preparaat bevinden [56](#page=56). #### 14.1.2 Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen Deze microscopen zijn ontworpen om specimens met weinig inherent contrast, zoals levende cellen, zichtbaar te maken zonder ze te hoeven kleuren. * **Fasecontrastmicroscopie:** Maakt gebruik van de faseverschuiving die licht ondergaat bij het passeren door het preparaat. Kleine faseveranderingen, veroorzaakt door verschillen in brekingsindex, worden omgezet in amplitudeveranderingen (licht/donker), wat resulteert in een zwart-wit beeld. Dit is een uitvinding van Zernike en wordt toegepast op ongekleurde, levende preparaten zoals celculturen of vriescoupes [59](#page=59) [60](#page=60). * **Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie (Nomarski):** Benut de interferentie van doorvallend gepolariseerd licht om verschillen in optische dichtheid en brekingsindex te visualiseren. Het vereist gespecialiseerde prisma's en interferentiefilters [59](#page=59) [60](#page=60). * **Digitale microscopie:** Maakt gebruik van computerverwerking van beelden met ultragevoelige videocamera's. Deze techniek is dynamisch en maakt zowel real-time als time-lapse opnamen mogelijk [59](#page=59). * **(Fluorescentie)microscopen voor 'life cell imaging':** Worden verder besproken in de context van fluorescentietechnieken [59](#page=59). > **Tip:** Ongekleurde preparaten hebben vaak weinig contrast in een standaard klaarveldmicroscoop, wat de analyse bemoeilijkt. Fasecontrast- en DIC-microscopie bieden hier uitkomst door subtiele optische verschillen om te zetten in zichtbare contrastverschillen [59](#page=59) [60](#page=60). ### 14.2 Principes van contrastverhoging in lichtmicroscopie Contrast in lichtmicroscopie kan op twee manieren worden verhoogd: 1. **Histologische kleuring:** Kleurstoffen absorberen specifieke golflengtes van het opvallende licht, wat leidt tot kleurvorming en zo het contrast verhoogt [60](#page=60). 2. **Benutten van optische dichtheidsverschillen:** In ongekleurde preparaten, hoewel transparant, bestaan er kleine verschillen in optische dichtheid. Deze verschillen veroorzaken faseverschuivingen in het licht, die door interferentie (positief of negatief) worden omgezet in een zwart-wit beeld in fasecontrast- of DIC-microscopen [60](#page=60). #### 14.2.1 Optische paden Het optische pad beschrijft de route die licht aflegt door de microscoop, wat verschilt tussen verschillende technieken [61](#page=61). * **Klaarveld-microscoop:** Standaard microscoop waarbij het licht direct door het preparaat schijnt [61](#page=61) [62](#page=62). * **Fasecontrast-microscoop:** Heeft een gespecialiseerde optische weg die faseverschuivingen omzet in zichtbaar contrast [61](#page=61). ### 14.3 Kleuringsmethoden Kleuren is essentieel om de transparante structuren in weefselcoupes zichtbaar te maken en onderscheid te kunnen maken tussen verschillende celcomponenten [63](#page=63). #### 14.3.1 Algemene principes van kleuring * Wit licht bestaat uit een spectrum van golflengtes, wat de basis vormt voor kleur [63](#page=63). * Kleuringstechnieken maken gebruik van kleurstoffen, vaak in waterige oplossingen [63](#page=63). * Voor weefselcoupes die in paraffine zijn ingebed, is een deparaffinisatie stap (met tolueen) nodig voordat gekleurd kan worden [63](#page=63). * Het belangrijkste bindingsmechanisme bij histologische kleuringen is ionische binding, gebaseerd op elektrostatische aantrekking tussen tegengesteld geladen deeltjes in het weefsel en de kleurstof [64](#page=64). #### 14.3.2 Hematoxyline en Eosine (H&E) kleuring De H&E kleuring is een routinekleuring bij uitstek voor histologisch onderzoek vanwege de effectiviteit en breed toepasbare morfologische details [64](#page=64) [65](#page=65). * **Hematoxyline:** * Technisch gezien geen kleurstof op zichzelf; vereist een "beitsmiddel" (vaak metaalionen zoals aluminium) om aan het weefsel te hechten [64](#page=64). * In complex met aluminiumzouten is het kationisch (positief geladen) en werkt als een **basische kleurstof** [64](#page=64). * Reageert met negatief geladen, **basofiele** celbestanddelen, zoals nucleïnezuren in de celkern [64](#page=64). * Kleur: Blauw tot donkerpaars [64](#page=64) [65](#page=65). * Kernen tonen diagnostisch belangrijke patronen van heterochromatinecondensatie [65](#page=65). * **Eosine:** * Is anionisch (negatief geladen) en werkt als een **zure kleurstof** [64](#page=64). * Reageert met positief geladen, **acidofiele** componenten in het weefsel, zoals aminogroepen in eiwitten in het cytoplasma [64](#page=64). * Kleur: Roze [64](#page=64) [65](#page=65). * Kleurt niet-specifiek eiwitten aan [65](#page=65). * Nucleoli worden met eosine gekleurd [65](#page=65). * Overvloedige polyribosomen geven het cytoplasma een blauwe gloed [65](#page=65). * De Golgi-zone kan zichtbaar worden door het gebrek aan kleuring naast de kern [65](#page=65). #### 14.3.3 Periodic Acid Schiff (PAS) kleuring * De PAS-kleuring kleurt vrije suikers aan [57](#page=57). * In het voorbeeld van de darmvillus kleurt het intervilleus slijm, gesecreteerd door slijmbekercellen, en de microvilli (borstelzoom) aan [57](#page=57). #### 14.3.4 Toepassingen en beperkingen van H&E * H&E kleuring is essentieel voor het herkennen van weefseltypes en morfologische veranderingen, met name in de kankerdiagnose [65](#page=65). * De kleuring toont een breed scala aan cytoplasmatische, nucleaire en extracellulaire matrixkenmerken [65](#page=65). * Een beperking is dat H&E onverenigbaar is met immunofluorescentie [65](#page=65). * Hematoxyline, eventueel zonder eosine, kan nuttig zijn als tegenkleuring in immunohistochemische of hybridisatieprocedures die colorimetrische substraten gebruiken (bv. alkalische fosfatase of peroxidase) [65](#page=65) [66](#page=66). > **Voorbeeld:** Bij de analyse van een darmvillus met PAS en hematoxyline, wordt het slijm en de microvilli paars-blauw gekleurd door PAS, terwijl de kernen van de epitheelcellen donkerblauw kleuren door hematoxyline. De basaalmembranen worden aangegeven met pijlen [57](#page=57). > **Voorbeeld:** Een doorsnede van de dunne darm (small intestine) van een muis gekleurd met H&E toont de villi, lamina propria, submucosa en crypten, met duidelijke differentiatie tussen celkernen (blauw) en cytoplasma (roze). Slijmbekercellen zijn herkenbaar door hun roze uiterlijk [58](#page=58). --- # Principes en toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie is een techniek die gebruikmaakt van fluorescerende moleculen om specifieke structuren of moleculen in biologische monsters zichtbaar te maken [72](#page=72) [73](#page=73). ### 15.1 Algemene principes van fluorescentiemicroscopie #### 15.1.1 Werkingsmechanisme Bij fluorescentiemicroscopie worden fluorescerende kleurstoffen, fluorochromen genaamd, gebruikt. Deze fluorochromen absorberen licht met een bepaalde golflengte (excitatie) en zenden vervolgens licht uit met een langere golflengte (emissie). De absorptiestraling, doorgelaten door een excitatiefilter, moet worden tegengehouden door een barrièrefilter om de emissiestraling te kunnen waarnemen [73](#page=73). Het excitatie- en emissiespectrum van een typisch fluorofoor, zoals fluoresceïne (of Alexa 488), illustreert dit principe, waarbij het emissiespectrum altijd een langere golflengte heeft dan het excitatiespectrum [73](#page=73). #### 15.1.2 Componenten van een epifluorescentiemicroscoop Een typische epifluorescentiemicroscoop bestaat uit de volgende componenten [74](#page=74): 1. **Excitatiebron:** Dit kan een kwikdamplamp (Hg), een xenonlamp (Xe) of lasers zijn [72](#page=72) [74](#page=74). 2. **Golflengtefilters in een filterkubus:** * **Excitatiefilter:** Selecteert de golflengte van het excitatielicht [74](#page=74). * **Dichroïsche spiegel (beamsplitter):** Reflecteert het excitatielicht naar het monster en laat het emissielicht door naar de detector [74](#page=74). * **Emissiefilter of stopfilter:** Blokkeert het excitatielicht en laat het emissielicht door [74](#page=74). 3. **Detector:** Dit kunnen de ogen of een camera (digitaal/analoog) zijn [74](#page=74). #### 15.1.3 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) Naast conventionele epifluorescentie is er ook confocale laser scanning microscopie (CLSM). CLSM gebruikt doorgaans een laser als exciterende lichtbron en maakt het mogelijk om optische secties van het monster te verkrijgen, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en minder achtergrondruis [72](#page=72). > **Tip:** Het nauwkeurig afstemmen van de excitatiefilters, dichroïsche spiegels en emissiefilters is cruciaal voor het verkrijgen van optimale fluorescentiesignalen en het minimaliseren van achtergrondfluorescentie. ### 15.2 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie wordt breed ingezet voor het visualiseren, lokaliseren en kwantificeren van moleculen in (levende) cellen en weefsels [74](#page=74). #### 15.2.1 Ion-gevoelige kleurstoffen Deze kleurstoffen veranderen hun fluorescentie afhankelijk van de ionenconcentratie in de cel. Een bekend voorbeeld is Fura-2, dat wordt gebruikt om intracellulaire calciumionen (Ca2+) te meten. Veranderingen in Ca2+-concentratie kunnen belangrijke cellulaire processen sturen, zoals responsen op stimuli [74](#page=74). > **Example:** Het observeren van de Ca2+-gradient in een bewegende cel met Fura-2 kan inzicht geven in de richting en de mechanismen van celmigratie [74](#page=74). #### 15.2.2 Immunofluorescentie microscopie Bij deze techniek worden specifieke eiwitten gedetecteerd met behulp van antilichamen waaraan een fluorchroom is gekoppeld (geconjugeerd). Dit maakt het mogelijk om de locatie en distributie van specifieke eiwitten in gefixeerde cellen of weefsels te visualiseren [74](#page=74) [77](#page=77). #### 15.2.3 Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten Eiwitten kunnen genetisch gemodificeerd worden om te fuseren met fluorescente eiwitten, zoals Blue Fluorescent Protein (BFP) of Yellow Fluorescent Protein (YFP). Hierdoor kunnen specifieke eiwitten in levende cellen worden gevolgd en hun dynamiek bestudeerd worden. Diverse soorten fluorescente eiwitten zijn beschikbaar, die tot expressie gebracht kunnen worden in verschillende organismen [75](#page=75) [78](#page=78) [79](#page=79). #### 15.2.4 Visualisatie van organellen Fluorescentiemicroscopie kan ook worden gebruikt om specifieke organellen te markeren en te visualiseren. Voorbeelden hiervan zijn lysosomen en mitochondria in gecultiveerde cellen [75](#page=75). #### 15.2.5 Aankleuring van meerdere eiwitten De techniek maakt het mogelijk om twee of meer eiwitten tegelijkertijd aan te kleuren en te visualiseren, wat inzichten kan verschaffen in hun interacties of co-lokalisatie. Het visualiseren van cytoskelet-kabels (actine in groen) en hun 'voetjes' (vinculine in rood) kan bijvoorbeeld co-lokalisatie aantonen [77](#page=77) [78](#page=78). #### 15.2.6 Combinatie met andere microscopietechnieken Fluorescentiemicroscopie kan gecombineerd worden met technieken zoals Differential Interference Contrast (DIC) of Nomarski microscopie om morfologische informatie (structuur) te integreren met fluorescentiedata. Dit leidt tot samengestelde beelden (overlay-beelden) die een completer beeld geven van het monster, zoals de combinatie van morfologie, kernen en mitochondria [81](#page=81). > **Tip:** Bij het analyseren van beelden met meerdere fluorochromen, zoals driedubbele overlays, is het essentieel om de specifieke emissieprofielen van elke kleurstof te kennen om kruisinterferentie te minimaliseren en de interpretatie te verfijnen [81](#page=81). #### 15.2.7 Registratie in microscopen Klassieke epifluorescentiemicroscopen kunnen uitgerust zijn met digitale registratieapparatuur, waarbij de registratie direct plaatsvindt zonder de noodzaak van oculair observatie. Dit verbetert de gevoeligheid en maakt kwantitatieve analyse mogelijk [80](#page=80). --- # Interpretatieproblematiek van TEM-beelden en driedimensionale reconstructie De interpretatieproblematiek van TEM-beelden en driedimensionale reconstructie omvat de uitdagingen en technieken die gepaard gaan met het visualiseren en reconstrueren van driedimensionale structuren op basis van tweedimensionale microscopische beelden. ### 16.1 Prepareren en observeren van cellen en weefsels Het primaire doel van preparatietechnieken is om cellen en weefsels geschikt te maken voor observatie onder een lichtmicroscoop (LM) of elektronenmicroscoop (EM). Biologisch materiaal biedt van nature weinig contrast en laat weinig licht of elektronen door, wat specifieke procedures noodzakelijk maakt [42](#page=42) [7](#page=7). #### 16.1.1 Belang van histologische technieken Histologische technieken zijn essentieel om weefsels voldoende dun te snijden voor de doorgang van licht of elektronen en om contrast te creëren voor het waarnemen van structuurdetails [42](#page=42). **Methodes voor preparatie omvatten:** * Fixeren [45](#page=45) [7](#page=7). * Inbedden en snijden [46](#page=46) [7](#page=7). * Kleuren of contrasteren [7](#page=7). > **Tip:** Het prepareren van weefsel voor microscopische analyse kan artefacten introduceren, wat de interpretatie van beelden kan beïnvloeden [45](#page=45). #### 16.1.2 Fixeren Fixeren dient om de oorspronkelijke structuur van weefsels te bewaren door eiwitten te denatureren en zo afbraakprocessen te stoppen [45](#page=45). * **Chemische fixatieven:** * Formol (voor LM) [45](#page=45). * Glutardialdehyde (voor EM) [45](#page=45). * OsO$_4$ [45](#page=45). * **Invriezen:** Een alternatieve methode die snelle verwerking mogelijk maakt en epitopen goed bewaart, vaak gebruikt in pathologische laboratoria voor snelle diagnoses [45](#page=45). #### 16.1.3 Inbedden en snijden Na fixatie moet het materiaal worden doordrongen en omwikkeld met een inbedmiddel om het snijdbaar te maken in dunne plakken. Inbedmiddelen zijn doorgaans hydrofoob en vereisen eerst een dehydratatie van het weefsel met alcohol, gevolgd door een 'clearing'-stap met tolueen, dat mengbaar is met zowel alcohol als het inbedmiddel [46](#page=46) [47](#page=47). * **Inbedmiddelen:** * Paraffine: Gebruikt voor lichtmicroscopie (LM), resulteert in coupes van 5-10 µm [48](#page=48). * Harsen en plastics: Gebruikt voor elektronenmicroscopie (EM), laat coupes tot 70 nm toe [48](#page=48). Het snijden gebeurt met een **microtoom**: * Voor LM: Met een stalen mes [48](#page=48). * Voor EM: Met een glazen of diamantmes [48](#page=48). Coupes voor LM worden op glazen draagglas geplaatst, terwijl coupes voor EM op metalen roosters (grids) worden geplaatst [48](#page=48). #### 16.1.4 Kleuren of contrasteren Kleuringen verhogen het contrast in weefsels door specifieke moleculen aan te kleuren, waardoor structuren beter zichtbaar worden [60](#page=60). * **HE-kleuring (Hematoxyline-Eosine):** Hematoxyline kleurt zure (basofiele) componenten zoals kernen, terwijl eosine eosinofiele/acidofiele stoffen (zoals eiwitten) roze aankleurt [57](#page=57). * **PAS (Periodic Acid Schiff):** Kleurt vrije suikers, zoals in slijmbekercellen en microvilli [57](#page=57). ### 16.2 Microscopische observatietechnieken De ontwikkeling van microscopen heeft een revolutie teweeggebracht in de celbiologie, met name de lichtmicroscoop en de elektronenmicroscoop. #### 16.2.1 Lichtmicroscopie (LM) * **Resolutie:** De effectieve resolutie van een lichtmicroscoop wordt beperkt tot ongeveer 200 nm door het objectief en de golflengte van zichtbaar licht [52](#page=52). * **Klaarveldmicroscoop:** Het klassieke type microscoop dat gebruik maakt van doorvallend wit licht. Het bestaat uit een condensor (bundelt licht op preparaat), een objectief (vormt vergroot beeld) en oculair (navergroting) [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Specialere lichtmicroscopen:** * **Fasecontrastmicroscopie:** Maakt gebruik van faseverschuivingen van licht door verschillen in optische dichtheid van het preparaat om contrast te creëren, ideaal voor levende, ongekleurde cellen [59](#page=59) [60](#page=60) [61](#page=61). * **Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie:** Gebruikt gepolariseerd licht en interferentie om contrast te genereren, ook geschikt voor levende cellen [59](#page=59). * **Digitale microscopie:** Gebruikt ultragevoelige videocamera's en computerverwerking voor dynamische beelden (real-time en time-lapse) [59](#page=59). * **Fluorescentiemicroscopie:** Gebruikt fluorescent gekleurde moleculen om specifieke structuren zichtbaar te maken, belangrijk voor 'live cell imaging' [51](#page=51) [59](#page=59). * **Geïnverteerde lichtmicroscoop:** Ideaal voor de observatie van levende celculturen, omdat de objectieven zich onder het preparaat bevinden [56](#page=56). > **Tip:** De preparaatkwaliteit (bv. gefixeerd en gekleurd vs. levend) beïnvloedt de effectieve resolutie en de waarneembare details [52](#page=52). #### 16.2.2 Elektronenmicroscopie (EM) Voor EM worden ultradunne coupes (70 nm) gesneden van in hars of plastic ingebed materiaal. Dit maakt visualisatie van subcellulaire structuren met een veel hogere resolutie mogelijk dan met LM [48](#page=48). ### 16.3 Driedimensionale Reconstructie Driedimensionale reconstructie is de techniek om een driedimensionaal beeld te construeren uit een reeks van tweedimensionale beelden, verkregen door opeenvolgende coupes of door verschillende focusvlakken van een microscoop. #### 16.3.1 Celcultuur als model Celcultuurtechnieken, die al sinds het begin van de 20e eeuw bestaan (bv. "3D Tissue Culture" door Harrison in 1907), vormen de basis voor veel preparaten. Hoewel vaak met 2D monolaagcultures wordt gewerkt, zijn er ook methodes om 3D structuren te nabootsen of te creëren [19](#page=19) [8](#page=8). * **2D Monolaagcultures:** Simuleren organen/weefsels maar missen de complexe 3D interacties [8](#page=8). * **3D Cultures:** Kunnen cysten vormen met specifieke apicaal/basolaterale eiwitverdeling, wat de in vivo omgeving beter nabootst. Tumorcellen kunnen bijvoorbeeld in 3D groeien als ze hun contactinhibitie verloren hebben [18](#page=18) [19](#page=19). #### 16.3.2 Beeldvormingstechnieken voor 3D Reconstructie Hoewel de directe documentatie van 3D reconstructie technieken beperkt is in de verstrekte tekst (pagina's 1-61), is het principe gebaseerd op het verkrijgen van een serie van overlappende 2D beelden. * **Seriële coupes:** Het snijden van opeenvolgende dunne plakken van een weefsel of celaggregaat. Elke coupe wordt microscopisch bekeken en de beelden worden vervolgens digitaal uitgelijnd en samengevoegd om een 3D model te reconstrueren [43](#page=43) [48](#page=48). * **Confocale microscopie:** Maakt het mogelijk om beelden op verschillende focusdieptes te verzamelen binnen een monster. Deze beelden kunnen worden gestapeld om een 3D reconstructie te maken. De tekst vermeldt het gebruik van een confocaal systeem met photomultiplier tubes [13](#page=13). #### 16.3.3 Interpretatieproblematiek * **Artefacten:** Manipulaties tijdens preparatie (fixatie, inbedden, snijden) kunnen artefacten veroorzaken die de interpretatie van de werkelijke structuur bemoeilijken [45](#page=45). * **Verlies van informatie:** Bij het snijden van seriële coupes kan informatie verloren gaan of worden vervormd, wat de nauwkeurigheid van de 3D reconstructie kan beïnvloeden. * **Uitlijning:** Het nauwkeurig uitlijnen van opeenvolgende 2D beelden is cruciaal voor een correcte 3D reconstructie en kan technisch uitdagend zijn. * **Resolutiebeperkingen:** De resolutie van de gebruikte microscoop beperkt de fijnheid van de details die in de 3D reconstructie kunnen worden waargenomen. De tekst legt de nadruk op de preparatie- en observatiemethoden die *aanleiding geven* tot de beelden die uiteindelijk voor 3D reconstructie gebruikt kunnen worden, maar de specifieke methodologieën voor de reconstructie zelf worden niet uitgebreid behandeld binnen de gegeven pagina's. --- Dit hoofdstuk bespreekt de interpretatieproblematiek van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) beelden en de technieken voor driedimensionale reconstructie. TEM-beelden bieden uitzonderlijke resolutie, maar de interpretatie ervan kan complex zijn door de aard van de preparaten en de gebruikte technieken. Driedimensionale reconstructie technieken zijn essentieel om de ware structuur van cellen en weefsels te begrijpen op basis van tweedimensionale sneden. ### 16.1 Elektronenmicroscopie: Principes en Technieken Elektronenmicroscopie (EM) gebruikt een bundel elektronen in plaats van licht om beelden te vormen, wat resulteert in aanzienlijk hogere resoluties. Dit komt doordat de golflengte van elektronen veel kleiner is dan die van zichtbaar licht, waardoor kleinere structuren waargenomen kunnen worden. Twee hoofdtypen EM zijn Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) [98](#page=98) [99](#page=99). #### 16.1.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Bij TEM wordt een elektronenbundel door een ultradun preparaat gestuurd. De elektronen worden verstrooid door zware atoomkernen in het preparaat, wat resulteert in een beeld op een fluorescerend scherm. De resolutie van TEM kan tot 1 nanometer bedragen [98](#page=98) [99](#page=99). * **Principe:** Een elektronenkanon genereert een bundel elektronen die door elektromagnetische lenzen wordt geconcentreerd en gefocust op een ultradun monster. De doorgelaten elektronen worden gedetecteerd om een beeld te vormen [98](#page=98). * **Technisch vereisten:** Hoge resolutie vereist een vacuümomgeving om interactie van elektronen met gasmoleculen te voorkomen en hoogspanning voor de elektronenbundel . #### 16.1.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) SEM wordt gebruikt om het oppervlak van objecten in beeld te brengen. Een elektronenbundel scant het preparaat lijn per lijn, waarbij secundaire elektronen worden gegenereerd. Deze worden gedetecteerd om een driedimensionaal beeld te construeren. SEM is geschikt voor grotere en dikkere preparaten, die vaak met een zwaar metaal zijn gecoat [99](#page=99). ### 16.2 Preparatie- en Kleurtechnieken voor EM Biologisch materiaal vertoont van zichzelf weinig contrast in een TEM, waardoor speciale preparatie- en kleurtechnieken noodzakelijk zijn om structuren zichtbaar te maken . * **Fixatie:** Materiaal wordt gefixeerd met chemische stoffen zoals glutaaraldehyde en osmiumtetroxide om structuren te stabiliseren en het preparaat toegankelijk te maken voor volgende stappen . * **Kleuring:** Verbindingen van zware metalen, zoals osmiumtetroxide, uranylacetaat en loodcitraat, worden gebruikt om structuren met een hogere densiteit donkerder te laten verschijnen in het beeld. Deze techniek is geen ware kleuring in de zin van kleur, maar verhoogt het contrast door verschillen in elektronenverstrooiing . * **Negatieve kleuring:** Het monster wordt geïncubeerd met een metaalzout, dat de specimen zelf niet opneemt, waardoor het specimen wit is tegen een zwarte achtergrond. Dit wordt vaak gebruikt voor virusdeeltjes of macromoleculen . * **Shadowing (schaduwwerping):** Het preparaat wordt bestoven met een metaal (bv. platina, goud) onder een schuine hoek. Dit creëert een driedimensionaal effect door de schaduwen die de metaaldeeltjes werpen. Rotary shadowing wordt gebruikt voor nucleïnezuren . * **Dehydratatie en Inbedding:** Water wordt verwijderd en het materiaal wordt ingebed in kunsthars om ultradunne secties te kunnen snijden . * **Ultradun snijden:** Met behulp van een ultramicrotoom worden secties van 50-100 nm dik gesneden. Deze coupes worden op een gridje opgevangen . ### 16.3 Interpretatieproblematiek van TEM-beelden De tweedimensionale aard van TEM-sneden kan leiden tot interpretatieproblemen bij het reconstrueren van driedimensionale structuren . * **Verschillende doorsneden van dezelfde structuur:** Een complexe, kronkelende structuur kan in verschillende ultradunne secties zeer uiteenlopende tweedimensionale vormen vertonen . > **Tip:** Het is cruciaal om te beseffen dat een enkele TEM-sectie slechts een 'plakje' van een driedimensionaal object is. Het extrapoleren naar 3D vereist zorgvuldigheid. * **Reconstructie uit opeenvolgende secties:** Om een nauwkeurige 3D-reconstructie te verkrijgen, is het vaak nodig om tijdrovend opeenvolgende secties te stapelen en te analyseren . ### 16.4 Technieken voor Driedimensionale Reconstructie Om de beperkingen van tweedimensionale beelden te overwinnen, zijn er verschillende technieken ontwikkeld voor driedimensionale reconstructie. #### 16.4.1 Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET) Cryo-ET maakt 3D-reconstructies mogelijk door een serie 2D-projecties te genereren terwijl het monster of de detector rond een as wordt gekanteld . * **Principe:** Het principe is gebaseerd op Fourier-analyse van terugprojecties om een virtueel 3D-beeld van het originele object te reconstrueren. Hoe meer projecties met kleinere hoekverschuivingen, hoe nauwkeuriger de reconstructie en hoe minder 'missing-wedge' artefacten . * **Toepassing:** Deze techniek is zeer geschikt voor het bestuderen van de ultrastructuur van subcellulaire componenten en macromoleculaire complexen, zoals nucleaire pore complexen (NPC's) . #### 16.4.2 Serial Block Face Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) en Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) Deze technieken behoren tot de geavanceerde EM-methoden die driedimensionale reconstructies mogelijk maken. * **SBF-SEM:** Hierbij wordt het monster in de microscoop met een ultramicrotoom in ultradunne secties verwijderd, terwijl tegelijkertijd het resterende 'blokfront' wordt gescand . * **FIB-SEM:** Gebruikt een ionenlaser om materiaal weg te nemen en het monster te structureren, gevolgd door SEM-analyse om 3D-beelden te verkrijgen . #### 16.4.3 Vries-breek en Vries-ets technieken Deze technieken worden voornamelijk gebruikt om membraanstructuren gedetailleerd te bestuderen . * **Vries-breek (Freeze-fracture):** Cellulaire membranen worden door de toepassing van een diepgekoeld mes gebroken, meestal tussen de binnenste en buitenste leaflet van de dubbellaag. Dit onthult de eiwitten en eiwitaggregaten in de membraan . * **Vries-ets (Freeze-etching):** Na het vries-breken wordt een dunne laag ijs verwijderd door sublimatie onder vacuüm, wat meer 3D-structuur genereert dan alleen vries-breek. De visualisatie gebeurt na bestuiving met zware atomen in TEM of SEM . > **Tip:** De keuze van de EM-techniek hangt af van of men de interne structuur (TEM, Cryo-ET), het oppervlak (SEM) of membraanstructuren (Vries-breek) wil bestuderen. ### 16.5 Voorbeelden van TEM- en SEM-analyse * **TEM-analyse van tracheaal epitheel:** Toont twee celtypes: cellen met lange cilia (geciliëerde cellen) en mucus-producerende cellen. Geciliëerde cellen bevatten veel mitochondriën en glad ER, terwijl mucus-producerende cellen veel ruw ER, een uitgebreid Golgi-apparaat en mucus-gevulde secretiedruppels hebben. De cilia zelf zijn begrensd door een dubbelbladige biologische membraan . * **SEM-analyse van tracheaal epitheel:** Bevestigt de aanwezigheid van cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak . * **TEM-analyse van collageenvezels:** Gedetailleerd zichtbaar gemaakt door bestuiving met platina, waar het karakteristieke repetitiepatroon op de vezel zichtbaar is . * **TEM-analyse van virusdeeltjes:** Virussen zoals het coronavirus en poliovirus kunnen worden geanalyseerd met negatieve kleuring of schaduwwerping . * **TEM-analyse van dierlijke cellen:** Toont details zoals kernen, mitochondriën, lysosomen en endoplasmatisch reticulum met hoge resolutie, waardoor de ultrastructuur van cellen gedetailleerd kan worden bestudeerd . --- Dit onderwerp bespreekt de interpretatie van Transmission Electron Microscopy (TEM) beelden, de detectie van specifieke moleculen binnen deze beelden, en technieken voor driedimensionale reconstructie uit grotere volumes. ### 16.1 Interpretatie van celstructuren in TEM-beelden Scanning Electron Microscopy (SEM) analyse van epitheel van de trachea toont twee celtypes: cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak. Voor SEM-analyse worden monsters geleidend gemaakt door ze met een sputter coater van een dun laagje goud of goud/palladium te voorzien. De vergroting in dit specifieke geval is ongeveer 4000x . ### 16.2 Detectie van specifieke eiwitten met behulp van TEM TEM kan worden gebruikt voor de detectie van specifieke eiwitten binnen celstructuren. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van antilichamen die specifiek binden aan doelwit-eiwitten. Een voorbeeld hiervan is een antilichaam tegen een capsid-eiwit, dat specifiek is voor een HIV-partikel dat vanuit een cel uitboert (budding) . ### 16.3 Analyse van grotere volumes met SBF-SEM en FIB-SEM Serial block-face SEM (SBF-SEM) en Focused Ion Beam SEM (FIB-SEM) zijn technieken die analyse van grotere volumes mogelijk maken. Deze methoden verwijderen dunne lagen van het monster in de vacuümkamer van de SEM . * **SBF-SEM:** Maakt gebruik van een diamantmes om dunne lagen van het blok te verwijderen . * **FIB-SEM:** Gebruikt een focused ion beam om lagen van het monster te verwijderen . Deze technieken zijn cruciaal voor het verkrijgen van driedimensionale reconstructies van complexe structuren door opeenvolgende beelden van dunne plakjes te combineren. --- ## 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 | |------|------------| | Celcultuur | Een techniek waarbij cellen buiten hun natuurlijke omgeving, in een laboratorium, worden gekweekt. Dit kan variëren van het kweken van cellen uit een stukje weefsel (primaire culturen) tot het gebruik van stabiele cellijnen met een potentieel onbeperkte levensduur. | | Monolaagcultuur | Een kweekmethode waarbij cellen zich verspreiden en een enkele laag vormen op het groeioppervlak. Dit wordt vaak bereikt door cellen in een geschikt medium te plaatsen, waarna ze zich delen totdat ze een continue laag vormen, bekend als confluente monolaag. | | Cellijn | Een populatie van cellen die afkomstig is van een enkele cel en die in staat is om zich onbeperkt te delen in cultuur. Cellijnen kunnen afkomstig zijn van tumoren (geïmmortaliseerd) of verkregen worden door selectie na veroudering van primaire culturen. | | Immortalisatie | Het proces waarbij cellen het vermogen krijgen om zich onbeperkt te delen, wat resulteert in een cellijn met een potentieel oneindige levensduur. Dit kan optreden bij tumorcellen of geïnduceerd worden door genetische manipulatie of selectie. | | Senescence | Een proces van celveroudering waarbij cellen stoppen met delen na een bepaald aantal passages. Dit is een natuurlijke beperking van de levensduur van de meeste primaire celculturen. | | Groeisubstraat | Een fysieke drager waarop cellen kunnen groeien en zich hechten in cultuur. Dit substraat beschermt de cellen tegen anoïkis (een vorm van geprogrammeerde celdood) en is essentieel voor adherente celculturen. | | Anoïkis | Een vorm van geprogrammeerde celdood (apoptose) die optreedt wanneer cellen hun contact met het extracellulaire matrix of omliggende cellen verliezen. Groeisubstraten helpen dit te voorkomen. | | Contactinhibitie | Het fenomeen waarbij cellen in cultuur stoppen met delen wanneer ze een confluente laag vormen en elkaar raken. Dit wordt veroorzaakt door competitie voor groeifactoren en signalen tussen de cellen. | | Trypsine-EDTA | Een veelgebruikte oplossing voor het losmaken van adherente cellen van het groeioppervlak en van elkaar. Trypsine breekt oppervlakte-eiwitten af, terwijl EDTA calcium- en magnesiumionen cheleert, wat intercellulaire adhesie verstoort. | | Confluentie | De toestand waarbij een celcultuur het groeioppervlak volledig bedekt met een laag cellen. Op dit punt stoppen de meeste cellen met delen vanwege contactinhibitie. | | Extracellulaire Matrix (ECM) | Een complex netwerk van macromoleculen, zoals eiwitten en polysachariden, dat buiten de cellen wordt uitgescheiden en structurele ondersteuning en signaleringsfuncties biedt. Cellen kunnen op ECM-componenten groeien om de in vivo omgeving na te bootsen. | | Spheroid-vorming | De vorming van driedimensionale celaggregaten die lijken op kleine bolletjes. Dit kan optreden in celculturen, met name in collageengels, en bootst de structuur van weefsels na. | | Term | Definitie | | Laminaire flowbench | Een werkstation dat een gecontroleerde, steriele omgeving creëert door middel van een luchtstroom die stofdeeltjes en micro-organismen verwijdert, essentieel voor celcultuurwerkzaamheden om contaminatie te voorkomen. | | HEPA filter | Een High Efficiency Particulate Air filter dat zeer effectief is in het verwijderen van kleine deeltjes, waaronder bacteriën en virussen, uit de luchtstroom binnen de laminaire flowbench en CO2-ovens om steriliteit te waarborgen. | | CO2-oven | Een incubatietoestel dat een gecontroleerde omgeving met een specifieke temperatuur en een verhoogde concentratie koolstofdioxide ($CO_2$) biedt, noodzakelijk voor de groei en het onderhoud van veel celtypen in cultuur. | | Celadhesie | Het proces waarbij cellen zich hechten aan een substraat, zoals een kweekbodem of een ander celoppervlak, wat een cruciale stap is voor celoverleving, groei en differentiatie. | | Celspreiding | Het proces waarbij cellen zich na initiële adhesie progressief over het substraat verspreiden, wat gepaard gaat met veranderingen in het cytoskelet en een vergroting van het celcontactoppervlak. | | Celmigratie | Het vermogen van een cel om zich over een oppervlak te verplaatsen, wat wordt gefaciliteerd door het tijdelijk remmen van adhesie op één locatie en het opbouwen van nieuwe adhesie in de bewegingsrichting. | | Vloeibare stikstof | Een cryogeen vloeistof met een extreem lage temperatuur van -196°C, gebruikt voor de langdurige opslag van cellen en biologische monsters om hun levensvatbaarheid te behouden. | | Stamcel | Een cel met het vermogen om zich voortdurend te delen en te differentiëren (ontwikkelen) in verschillende andere soorten cellen of weefsels. | | Zelfvernieuwing | Het vermogen van stamcellen om zichzelf te delen en kopieën van zichzelf te maken, waardoor de populatie stamcellen behouden blijft. | | Differentiatie | Het proces waarbij een minder gespecialiseerde cel, zoals een stamcel, verandert in een meer gespecialiseerd celtype dat een specifieke functie in het lichaam kan uitvoeren. | | Totipotente stamcellen | Stamcellen die de potentie hebben om zich te ontwikkelen tot een volledig organisme, inclusief de placenta en de foetus. Dit geldt voor de eerste cellen na bevruchting. | | Pluripotente stamcellen | Stamcellen die de potentie hebben om zich te ontwikkelen tot alle celtypen van het lichaam, maar niet tot de placenta. De cellen van de binnenste celmassa van een blastocyst zijn pluripotent. | | Multipotente stamcellen | Stamcellen die de potentie hebben om zich te ontwikkelen tot een beperkt aantal verschillende celtypen, meestal binnen een specifieke weefsellijn. Hemopoëtische stamcellen zijn een voorbeeld, die zich ontwikkelen tot verschillende bloedceltypen. | | Blastocyst | Een holle bal van ongeveer 140 stamcellen die ontstaat uit de bevruchte eicel na meerdere delingscycli, ongeveer 4 dagen na de bevruchting. | | Binnenste celmassa (ICM) | De groep cellen binnenin de blastocyst die zich zal ontwikkelen tot de foetus. Deze cellen zijn pluripotent. | | Humane embryonale stamcellen | Cellen afkomstig uit vroege embryo's, die het potentieel hebben om te differentiëren tot verschillende celtypen en die gebruikt worden in wetenschappelijk onderzoek naar celontwikkeling en ziekten. | | In vitro | Een proces dat plaatsvindt buiten het levende organisme, typisch in een laboratoriumomgeving zoals een reageerbuis of kweekfles. | | Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) | Volwassen cellen die genetisch zijn herprogrammeerd om zich te gedragen als embryonale stamcellen, waardoor ze zich tot elk celtype kunnen ontwikkelen zonder ethische bezwaren rondom embryo's. | | Contaminatie | De aanwezigheid van ongewenste micro-organismen (zoals bacteriën, gisten, schimmels) of vreemde cellen in een celkweek, wat de resultaten van het onderzoek kan beïnvloeden. | | Mycoplasma's | Een type bacterie dat cellen kan besmetten, vaak parasitair en deels intracellulair, wat leidt tot verstoringen in het cellulaire metabolisme en moeilijk detecteerbaar is. | | Karyotypering | Een techniek die wordt gebruikt om het aantal en de structuur van chromosomen in individuele cellen te analyseren, wat helpt bij het beoordelen van de genetische zuiverheid en stabiliteit van celculturen. | | Genetische instabiliteit | De neiging van gecultiveerde cellen om hun genetische samenstelling, zoals het aantal en de vorm van chromosomen, te veranderen gedurende het kweekproces, wat de betrouwbaarheid van het onderzoek kan beïnvloeden. | | Cryoprotectief | Een stof, zoals glycerol of DMSO, die wordt toegevoegd aan cellen om ze te beschermen tegen schade tijdens het invriesproces, door de vorming van ijskristallen te voorkomen. | | Epifluorescentiemicroscoop | Een klassieke opstelling voor fluorescentiemicroscopie waarbij de excitatie- en emissielichtpaden gescheiden zijn, wat resulteert in een beeld dat wordt gevormd door het totale fluorescente licht dat door het monster wordt uitgestraald. | | Confocaal laser scanning microscoop (CLSM) | Een geavanceerde microscopietechniek die een laserstraal gebruikt om het monster punt voor punt optisch af te tasten, waarbij een pinhole wordt ingezet om strooilicht te elimineren en alleen licht uit het scherpe vlak naar de detector te laten gaan, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en contrast. | | Pinhole | Een kleine opening die in de emissiepad van een confocale microscoop wordt geplaatst om te voorkomen dat emissielicht van buiten het gewenste focale vlak de detector bereikt, wat bijdraagt aan de optische sectie en verbeterde resolutie. | | Optische aftasting | Het proces waarbij een confocale microscoop het monster systematisch scant met een laserstraal, punt voor punt, om een digitaal beeld op te bouwen door de fluorescentie-emissie van elk punt te detecteren. | | Deconvolutie-algoritmes | Softwarematige bewerkingen die worden toegepast op conventionele digitale microscoopbeelden om de effecten van optische aberraties en strooilicht te corrigeren, waardoor de resolutie en de beeldkwaliteit aanzienlijk worden verbeterd. | | Fluorochroom | Een chemische stof die fluorescentie vertoont wanneer deze wordt geëxciteerd door licht van een specifieke golflengte, en die wordt gebruikt om specifieke structuren of moleculen in biologische monsters zichtbaar te maken. | | DIC (Differentieel Interferentie Contrast) | Een microscopietechniek die wordt gebruikt om morfologische details van transparante monsters zichtbaar te maken door interferentiepatronen te creëren op basis van brekingsindexverschillen, vaak gebruikt in combinatie met fluorescentiemicroscopie voor overlay-beelden. | | Time lapse microscopie | Een techniek waarbij een reeks beelden van een levend monster over een langere periode wordt opgenomen, waardoor dynamische processen zoals celbeweging of intracellulaire veranderingen kunnen worden geanalyseerd. Confocale microscopie is hierbij vaak beter geschikt. | | Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie | Een techniek waarbij softwarematige bewerkingen, genaamd deconvolutie-algoritmes, worden toegepast op conventionele digitale beelden om een hogere resolutie te verkrijgen. Dit proces helpt bij het verbeteren van de beeldkwaliteit door het verwijderen van onscherpte die veroorzaakt wordt door optische aberraties. | | Conventionele fluorescentiemicroscoop | Een type microscoop dat fluorescentie gebruikt om beelden te genereren, maar waarbij de beelden na acquisitie softwarematige bewerkingen vereisen om de resolutie te verbeteren. Deze microscopen zijn vaak minder geavanceerd dan confocale of deconvolutie-systemen wat betreft inherente beeldkwaliteit. | | Confocale microscopie | Een geavanceerde microscopietechniek die een punt van licht gebruikt om een beeld te scannen, waardoor alleen licht uit het brandpunt wordt gedetecteerd. Dit resulteert in beelden met een hogere resolutie en minder achtergrondruis, wat het beter geschikt maakt voor het analyseren van dynamische processen. | | 4D Live Cell Imaging | Een geavanceerde microscopietechniek die de combinatie maakt van snelle 3D-multi-kleuren imaging met time-lapse opnames. Dit maakt het mogelijk om de dynamische processen in levende cellen over tijd, in drie ruimtelijke dimensies en met meerdere fluorescentiekanalen, te bestuderen. | | 3D multi kleur imaging | Het simultaan registreren van verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies van een monster. Dit stelt onderzoekers in staat om de ruimtelijke distributie van meerdere moleculen of structuren binnen een cel of weefsel tegelijkertijd te visualiseren. | | Time lapse recording | De registratie van processen gedurende een welbepaalde periode, waarbij op vaste tijdspunten telkens een beeld wordt genomen. Deze beelden worden vervolgens geassembleerd tot een versnelde film om snelle biologische gebeurtenissen zichtbaar te maken. | | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Een techniek die gebruik maakt van een bundel elektronen om een beeld te vormen van een preparaat. De elektronen gaan door het preparaat heen, waarbij de interactie met de atomen van het materiaal leidt tot beeldvorming. | | Fixatie | Het proces waarbij biologische structuren in cellen en weefsels chemisch worden vastgelegd om hun oorspronkelijke vorm en integriteit te behouden, en om ze doorlaatbaar te maken voor de volgende voorbereidingsstappen. | | Zware metalen | Verbindingen van elementen met een hoge atoommassa die worden gebruikt om biologisch materiaal te "kleuren" in TEM. Deze metalen binden zich aan specifieke celcomponenten en verhogen de elektronenstrooiing, waardoor deze structuren donkerder verschijnen in het microscopische beeld. | | Dehydratatie | Het proces waarbij water uit het biologische monster wordt verwijderd. Dit is noodzakelijk omdat de kunstharsen die gebruikt worden voor het inbedden hydrofoob zijn, en water de infiltratie en polymerisatie van de hars zou verstoren. | | Inbedding in hars | Het proces waarbij biologisch materiaal wordt doordrenkt met een vloeibare kunsthars die vervolgens wordt uitgehard (gepolymeriseerd). Dit creëert een stabiel blok dat ultradun gesneden kan worden voor microscopisch onderzoek. | | Ultradun snijden | Het proces van het snijden van extreem dunne secties (typisch 60-90 nm dik) van het ingebedde biologische materiaal met behulp van een ultramicrotoom en speciale messen, zoals glas- of diamanten messen. | | Gridje | Een klein metalen schijfje (minder dan 5 mm in diameter) met een roosterpatroon, waarop de ultradunne coupes worden opgevangen. Dit gridje wordt vervolgens in de elektronenmicroscoop geplaatst. | | Contrasteren | Het proces waarbij de zichtbaarheid van structuren in biologisch materiaal wordt verbeterd door het gebruik van zware metalen. Deze metalen verhogen de dichtheid van de structuren, wat leidt tot meer elektronenstrooiing en dus een hoger contrast in het TEM-beeld. | | Elektronenstrooiing | Het proces waarbij elektronen van richting veranderen wanneer ze interageren met de atomen van het preparaat. Dichte structuren strooien meer elektronen, wat resulteert in een donkerder beeld, terwijl minder dichte structuren elektronen doorlaten en lichter verschijnen. | | Cryo-elektronen-tomografie | Een techniek die 3D reconstructies van objecten mogelijk maakt door een serie van 2D projecties te verzamelen terwijl het object of de detector rond een as wordt gekanteld. De reconstructie wordt verkregen door middel van Fourieranalyse van terugprojecties. | | 3D reconstructie | Het proces waarbij een driedimensionaal beeld van een object wordt opgebouwd uit een reeks tweedimensionale projecties of sneden. Dit wordt bereikt door geavanceerde computeralgoritmen toe te passen op de verzamelde data. | | 2D projecties | Tweedimensionale beelden die worden verkregen door een object vanuit verschillende hoeken te belichten met elektronen. Deze projecties vormen de basis voor de uiteindelijke 3D reconstructie. | | Fourieranalyse | Een wiskundige methode die wordt gebruikt om een signaal (in dit geval de 2D projecties) te ontbinden in zijn samenstellende frequenties. Dit is essentieel voor het reconstrueren van het originele 3D object uit de projecties. | | Terugprojectie | Het proces waarbij de informatie uit de 2D projecties wordt teruggevoerd naar een virtueel 3D beeld. Dit gebeurt iteratief om de meest nauwkeurige representatie van het object te verkrijgen. | | Artefacten (door missende wiggen) | Beeldvervormingen of onnauwkeurigheden die ontstaan in de 3D reconstructie doordat er geen projecties zijn verzameld over bepaalde hoeken. Dit wordt ook wel de "missing-wedge" artefact genoemd. | | Nucleair pore complex (NPC) | Een grote moleculaire machine die de nucleaire envelop doordringt en de passage van moleculen tussen de kern en het cytoplasma reguleert. Cryo-elektronen-tomografie wordt gebruikt om de structuur ervan in hoge resolutie te bestuderen. | | Slijmzwam (Dictyostelium discoideum) | Een modelorganisme dat vaak wordt gebruikt in celbiologisch onderzoek. De kern van deze slijmzwam, inclusief structuren zoals het nucleair pore complex, kan worden geanalyseerd met cryo-elektronen-tomografie. | | Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) | Een netwerk van membranen binnen eukaryote cellen dat betrokken is bij de eiwitsynthese en -vouwing. De structuur ervan kan gedetailleerd worden onderzocht met behulp van cryo-elektronen-tomografie. | | Golgi-apparaat | Een organel in eukaryote cellen dat verantwoordelijk is voor het modificeren, sorteren en verpakken van eiwitten en lipiden voor secretie of aflevering aan andere organellen. De driedimensionale architectuur is bestudeerbaar met deze techniek. | | Resolutie | De kleinste afstand waarmee twee punten nog net gescheiden worden weergegeven door een microscoop. De resolutie van een lichtmicroscoop wordt beperkt door het objectief en de golflengte van het zichtbaar licht. | | Lichtmicroscoop (LM) | Een microscoop die gebruikmaakt van zichtbaar licht om beelden van objecten te vergroten. De klassieke lichtmicroscoop wordt ook wel helderveld- of klaarveldmicroscoop genoemd. | | Klaarveldmicroscoop (Bright field) | Een type lichtmicroscoop waarbij het preparaat wordt belicht met doorvallend wit licht, wat resulteert in een helder beeld met donkere structuren. | | Objectief | Een van de drie lenssystemen in een lichtmicroscoop dat zich dicht bij het preparaat bevindt en een vergroot beeld vormt. Het objectief bepaalt mede de resolutie van de microscoop. | | Oculair (Eyepiece) | Een van de drie lenssystemen in een lichtmicroscoop dat het door het objectief gevormde beeld verder vergroot en op het netvlies van de waarnemer projecteert. | | Condensor | Een lenssysteem in een lichtmicroscoop dat het licht van de lichtbron bundelt op het preparaat. De condensor beïnvloedt de lichtsterkte, resolutie en beeldkwaliteit. | | Preparaten | Materiaal dat wordt onderzocht onder de microscoop. Dit kan variëren van celcultures op dekglaasjes tot versneden weefsels of orgaanculturen. | | Inbedding (Paraffine) | Een techniek waarbij weefselmonsters worden ondergedompeld in gesmolten paraffine om ze te ondersteunen en te stabiliseren, zodat ze in dunne secties kunnen worden versneden voor microscopisch onderzoek. | | Cryosecties | Dunne plakjes van bevroren biologisch materiaal die worden gemaakt met behulp van een cryostaat. Deze methode maakt het mogelijk om weefsels te analyseren zonder fixatie of inbedding in paraffine. | | Lichtabsorptie | Het proces waarbij een stof bepaalde golflengtes van licht opneemt. In de klaarveldmicroscopie worden preparaten vaak gekleurd om structuren te creëren die licht absorberen, waardoor ze zichtbaar worden. | | Prisma | Een optisch element dat wordt gebruikt om de lichtweg in een microscoop te buigen. Dit maakt een comfortabelere kijkpositie voor de onderzoeker mogelijk. | | Fixeren | Het proces waarbij weefsels worden behandeld om hun oorspronkelijke structuur te behouden door eiwitten te denatureren. Dit stopt afbraakprocessen door enzymen en zorgt ervoor dat cel- en weefselcomponenten behouden blijven voor verdere histologische procedures. | | Inbedden | Het proces waarbij gefixeerd weefsel wordt omwikkeld en doordrongen met een substantie die hard wordt, waardoor het materiaal snijdbaar wordt in dunne plakken (coupes) die geschikt zijn voor microscopisch onderzoek. | | Microtoom | Een instrument dat wordt gebruikt om ingebed, hard materiaal in zeer dunne plakken (coupes) te snijden. Er zijn verschillende typen microtomen, uitgerust met stalen, glazen of diamanten messen, afhankelijk van het inbedmiddel en het type microscopie. | | Artefacten | Veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in vivo situatie. Dit kan leiden tot structurele veranderingen of het op een andere plaats voorkomen van componenten in het weefselpreparaat. | | Secties (coupes) | Zeer dunne plakken van weefsel die gesneden worden na fixatie en inbedding. Deze secties zijn essentieel om voldoende dun te zijn zodat lichtstralen of elektronen erdoorheen kunnen dringen voor microscopische observatie. | | Inbedmiddel | Een substantie die wordt gebruikt om gefixeerd weefsel te doordringen en te verharden, waardoor het mogelijk wordt om dunne coupes te snijden. Veelgebruikte inbedmiddelen zijn paraffine, harsen en plastics. | | Denaturatie | Een proces waarbij de driedimensionale structuur van een eiwit wordt veranderd, wat leidt tot verlies van zijn oorspronkelijke functie. In de histologie wordt denaturatie van eiwitten gebruikt om weefselafbraak te stoppen en de structuur te behouden. | | Hydrofoob | Een eigenschap van stoffen die water afstoten. Veel inbedmiddelen die in de histologie worden gebruikt, zijn hydrofoob en vereisen daarom dat het weefsel eerst wordt ontwaterd. | | Dehydrateren | Het proces waarbij water uit biologisch materiaal wordt verwijderd. In de histologie wordt dit meestal gedaan met behulp van een reeks alcoholbaden van oplopende concentraties om het weefsel voor te bereiden op inbedding met hydrofobe middelen. | | Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) | Een veelgebruikte histologische kleuring die al meer dan een eeuw essentieel is voor het identificeren van weefseltypes en morfologische veranderingen, met name in de kankerdiagnose. Hematoxyline kleurt nucleïnezuren diep blauw-paars, terwijl eosine eiwitten roze kleurt, waardoor kernen blauw en cytoplasma en extracellulaire matrix roze worden. | | Nucleïnezuren | Moleculen zoals DNA en RNA die de genetische informatie van een cel bevatten. In de H&E kleuring worden deze door hematoxyline diep blauw-paars gekleurd, wat belangrijk is voor het beoordelen van intranucleaire details en heterochromatinecondensatie. | | Cytoplasma | Het deel van een cel dat zich buiten de celkern bevindt, inclusief de organellen en het cytosol. In de H&E kleuring kleurt het cytoplasma roze door de binding van eosine aan eiwitten, en kan het een blauwe gloed vertonen bij overvloedige polyribosomen. | | Extracellulaire matrix | Een complex netwerk van macromoleculen buiten de cellen, dat structurele ondersteuning biedt en celactiviteiten reguleert. In de H&E kleuring wordt de extracellulaire matrix roze gekleurd door eosine. | | Heterochromatine | Een dicht opeengepakte vorm van chromatine die minder toegankelijk is voor transcriptie. De patronen van heterochromatinecondensatie, gekleurd door hematoxyline, zijn diagnostisch van groot belang bij het beoordelen van celtypen en kankers. | | Nucleoli | Dense structuren binnen de celkern die betrokken zijn bij de synthese van ribosomen. In de H&E kleuring worden nucleoli gekleurd met eosine. | | Immunofluorescentie | Een techniek die antilichamen gebruikt die gelabeld zijn met fluorescerende moleculen om specifieke antigenen in weefsels of cellen te detecteren. Hematoxylinekleuring is onverenigbaar met immunofluorescentie. | | Immunohistochemische kleuring | Een techniek die antilichamen gebruikt om specifieke antigenen in weefsels aan te tonen. Het antilichaam is gekoppeld aan een kleurstof, enzym of ander label dat zichtbaar wordt gemaakt. | | Colorimetrische substraten | Stoffen die door een enzymatische reactie worden omgezet in een gekleurd product, waardoor de aanwezigheid en activiteit van het enzym zichtbaar wordt. Deze worden gebruikt in immunohistochemische en hybridisatieprocedures. | | Indifferente kleurstoffen | Kleurstoffen die niet-specifiek bepaalde componenten in het weefsel aankleuren, zoals vetten. | | Enzymkleuringen | Technieken die de activiteit van specifieke enzymen in weefsels aantonen door gebruik te maken van een voor het enzym specifiek substraat, wat resulteert in de vorming van een waarneembare neerslag. | | Tetrazoniumzoutmethode | Een specifieke methode die gebruikt wordt voor enzymkleuringen, zoals de kleuring van glucose-6-fosfaat dehydrogenase (G6PD) activiteit in erytrocyten. | | Denaturatie van eiwitten | Een proces waarbij de driedimensionale structuur van eiwitten wordt veranderd, waardoor hun biologische functie verloren gaat. In de context van weefselpreparatie stopt dit enzymatische afbraakprocessen. | | Chemische fixatieven | Stoffen die worden gebruikt om weefsels te fixeren door eiwitten te cross-linken of te precipiteren, waardoor de cellulaire en weefselstructuren behouden blijven voor verdere histologische procedures. Voorbeelden zijn formol en glutaraldehyde. | | Ontwateren | Het verwijderen van water uit biologisch materiaal, vaak met behulp van een reeks alcoholbaden met oplopende concentraties, om de penetratie van hydrofobe inbedmiddelen mogelijk te maken. | | Clearing | Een stap in het inbedproces waarbij een substantie (zoals tolueen) wordt gebruikt die mengbaar is met zowel de alcohol die het weefsel heeft ontwaterd als met het hydrofobe inbedmiddel, om de overgang te vergemakkelijken. | | Coupes | De dunne plakken weefsel die worden gesneden met behulp van een microtoom, bedoeld voor observatie onder een microscoop. De dikte varieert afhankelijk van het type microscopie (licht- of elektronenmicroscopie). | | Lichtmicroscopie (LM) | Een microscopische techniek die gebruikmaakt van zichtbaar licht om structuren te vergroten en te observeren. Weefselcoupes voor LM zijn doorgaans dikker (5-10 µm) en worden op glazen draagglasjes geplaatst. | | Elektronenmicroscopie (EM) | Een microscopische techniek die gebruikmaakt van een bundel elektronen om structuren te vergroten en te observeren, waardoor veel hogere resoluties worden bereikt dan met LM. Coupes voor EM zijn extreem dun (ongeveer 70 nm) en worden op metalen roosters (grids) geplaatst. | | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | Een type elektronenmicroscopie waarbij een elektronenbundel over het oppervlak van een monster wordt gescand. De detectie van teruggekaatste en secundaire elektronen genereert een driedimensionaal beeld van het oppervlak van het monster. | | Elektromagnetische lenzen | Componenten in een elektronenmicroscoop die, in plaats van glazen lenzen in een lichtmicroscoop, elektromagnetische velden gebruiken om de elektronenbundel te focussen en te sturen, wat essentieel is voor het creëren van een scherp beeld. | | Vacuüm | Een omgeving met een zeer lage druk, die essentieel is voor elektronenmicroscopie omdat elektronen gemakkelijk worden gestopt of afgebogen door gasmoleculen. Hoog vacuüm zorgt ervoor dat de elektronenbundel ongehinderd het monster kan bereiken. | | Negatieve kleuring | Een preparatietechniek voor elektronenmicroscopie waarbij het monster wordt omgeven door een zwaarmetaal-oplossing. Het zware metaal sluit bepaalde structuren uit, waardoor deze als lichte gebieden tegen een donkere achtergrond verschijnen, wat de morfologie van bijvoorbeeld virusdeeltjes zichtbaar maakt. | | Shadow casting (schaduwbestuiving) | Een preparatietechniek waarbij een monster onder een schuine hoek wordt bestoven met verdampt metaal. Dit creëert een "schaduw" achter de uitstekende structuren, wat helpt bij het visualiseren van driedimensionale details en de oriëntatie van moleculen. | | Ultradunne secties | Zeer dunne plakjes van biologisch materiaal (typisch 50-100 nm dik) die worden gesneden voor transmissie-elektronenmicroscopie. Deze dunheid is noodzakelijk om de elektronenbundel door het monster te laten passeren en een beeld te vormen. | | Lichtmicroscoop | Een instrument dat licht gebruikt om beelden van kleine objecten te vergroten, zoals cellen en weefsels, waardoor structuren zichtbaar worden die met het blote oog niet te zien zijn. | | Geïnverteerde lichtmicroscoop | Een type lichtmicroscoop waarbij de objectieven zich onder het monster bevinden en de lichtbron erboven, wat ideaal is voor de observatie van levende celculturen in hun kweekmedia. | | Discussiemicroscoop | Een lichtmicroscoop die is uitgerust met een digitale camera, waardoor beelden kunnen worden vastgelegd, opgeslagen en gedeeld voor analyse en discussie tussen onderzoekers. | | PAS-kleuring (Periodic Acid Schiff) | Een histologische kleuringstechniek die vrije suikers en koolhydraten in weefselcoupes aankleurt, vaak resulterend in een roze tot paarse kleur, wat nuttig is voor het identificeren van slijm en glycogeen. | | Hematoxyline | Een basische kleurstof die, vaak in combinatie met een beitsmiddel zoals aluminiumzouten, negatief geladen, basofiele celbestanddelen zoals nucleïnezuren in de celkern aankleurt, wat resulteert in een blauwe tot donkerpaarse kleur. | | Eosine | Een zure kleurstof die positief geladen, acidofiele componenten in het weefsel aankleurt, zoals eiwitten in het cytoplasma, wat resulteert in een roze kleur. | | HE-kleuring (Hematoxyline en Eosine) | Een veelgebruikte histologische kleuringstechniek die hematoxyline en eosine combineert om verschillende weefselstructuren zichtbaar te maken; kernen kleuren blauw en cytoplasma en extracellulaire matrix roze. | | Villus (darmvlok) | Een vingerachtige uitstulping aan de binnenkant van de dunne darm die de absorptie van voedingsstoffen verhoogt; in HE-kleuring zijn de kernen van de epitheelcellen blauw en het cytoplasma roze. | | Microvilli (borstelzoom) | Kleine, haarachtige uitsteeksels aan het apicale oppervlak van epitheelcellen, met name in de darm, die het oppervlak voor absorptie vergroten; deze kunnen worden aangekleurd met PAS-kleuring. | | Basale membraan | Een dunne laag extracellulaire matrix die epitheel- en endotheelcellen scheidt van het onderliggende bindweefsel; deze kan zichtbaar worden gemaakt met specifieke kleuringen of door contrastverschillen. | | Fasecontrastmicroscopie | Een lichtmicroscopische techniek die kleine faseverschuivingen van licht, veroorzaakt door brekingsverschillen in het preparaat, omzet in amplitudeveranderingen (licht/donker), waardoor ongekleurde preparaten, zoals levende cellen, zichtbaar worden. | | Differentieel interferentie-contrastmicroscopie (DIC of Nomarski) | Een techniek die gebruikmaakt van gepolariseerd licht en speciale prisma's om verschillen in optische dichtheid en brekingsindex binnen een preparaat te detecteren, wat resulteert in een beeld met reliëfachtige details, vooral nuttig voor levende, ongekleurde cellen. | | Epifluorescentie | Een methode binnen de fluorescentiemicroscopie waarbij het preparaat wordt geactiveerd met excitatielicht van korte golflengte, waarna de fluorochroom in het preparaat emissielicht uitzendt van een langere golflengte. Dit kan conventioneel gebeuren met een lamp of via confocale laser scanning microscopie. | | Confocale laser scanning microscopie (CLSM) | Een geavanceerde techniek binnen de fluorescentiemicroscopie die gebruikmaakt van een laser als exciterende lichtbron om zeer scherpe beelden te verkrijgen. Door een punt-voor-punt scanning en het gebruik van een pinhole wordt achtergrondfluorescentie onderdrukt, wat resulteert in verbeterde resolutie en optische secties. | | Excitatie spectrum | Het bereik van golflengten van licht dat een fluorofoor kan absorberen om in een geëxciteerde toestand te komen. Dit spectrum bepaalt welke golflengte van licht nodig is om fluorescentie op te wekken. | | Emissiespectrum | Het bereik van golflengten van licht dat een fluorofoor uitzendt nadat het geëxciteerd is. De emissiegolflengte is altijd langer dan de excitatiegolflengte, een fenomeen dat bekend staat als Stokes-verschuiving. | | Barrièrefilter (Stopfilter) | Een filter dat wordt gebruikt in de fluorescentiemicroscopie om het excitatielicht te blokkeren en alleen het emissielicht van de fluorochroom door te laten naar de detector. Dit is essentieel om een helder beeld van de fluorescentie te verkrijgen. | | Dichroïsche spiegel (Beamsplitter) | Een speciaal optisch component dat in fluorescentiemicroscopen wordt gebruikt om het excitatielicht naar het preparaat te reflecteren en tegelijkertijd het emissielicht door te laten naar de detector. Het scheidt de twee lichtpaden efficiënt. | | Immunofluorescentie microscopie | Een techniek die gebruikmaakt van antilichamen, waaraan een fluorochroom is gekoppeld, om specifieke eiwitten of antigenen in cellen of weefsels te detecteren en te visualiseren. De fluorescentie lokaliseert de doelmoleculen. | | Fluorescente eiwitten | Eiwitten die zelf fluorescentie vertonen, zoals Green Fluorescent Protein (GFP) en zijn varianten. Ze kunnen genetisch worden gekoppeld aan andere eiwitten om hun lokalisatie en dynamiek in levende cellen te bestuderen. | | Colocalisatie | Het verschijnsel waarbij twee of meer verschillende fluorescerende signalen (afkomstig van verschillende fluorochromen of fluorescente eiwitten) zich in dezelfde regio van een cel of weefsel bevinden. Dit duidt op een mogelijke functionele interactie tussen de gelokaliseerde moleculen. | | Celbiologie (Cytologie) | De tak van de biologie die zich bezighoudt met de studie van cellen, hun structuur, functies, en levensprocessen. | | Snijden (Coupes) | Het proces van het maken van dunne plakjes (coupes) van ingebed weefsel met behulp van een microtoom, zodat licht of elektronen erdoorheen kunnen dringen voor observatie onder een microscoop. | | Kleuren (Contrastverhoging) | Het aanbrengen van kleurstoffen op weefselcoupes om specifieke structuren of componenten zichtbaar te maken en het contrast te verhogen, wat essentieel is voor observatie onder een lichtmicroscoop. | | Klaarveldmicroscopie (Helderveldmicroscopie) | Een standaard lichtmicroscopietechniek waarbij doorvallend wit licht wordt gebruikt om het specimen te belichten, wat resulteert in een beeld waarbij de structuren donkerder zijn dan de achtergrond. | | Differentieel Interferentie-Contrast microscopie (DIC of Nomarski) | Een geavanceerde lichtmicroscopietechniek die gebruik maakt van gepolariseerd licht en interferentie om zeer gedetailleerde beelden te genereren met een pseudo-3D-effect, vooral nuttig voor levende, ongekleurde preparaten. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopietechniek die gebruik maakt van fluorescerende kleurstoffen (fluorochromen) die licht absorberen bij een bepaalde golflengte en dit weer uitzenden bij een langere golflengte, waardoor specifieke moleculen of structuren zichtbaar worden. |

# Bacteriën: structuur, metabolisme en variatie Bacteriën zijn microscopisch kleine, eencellige organismen met een prokaryote celstructuur, die essentieel zijn voor ecosystemen en menselijke gezondheid, gekenmerkt door hun aanpassingsvermogen, diverse metabolische capaciteiten en genetische variatie [12](#page=12) [13](#page=13) [1](#page=1). ### 1.1. Situering van bacteriën Bacteriën, voornamelijk behorend tot het domein Bacteria (ook wel Eubacteria), vormen een zeer grote en diverse groep levensvormen. Archaea, hoewel recent ook gevonden in de menselijke darmflora, worden momenteel meer beschouwd als omgevingsbacteriën. In tegenstelling tot eukaryoten, die een kern en organellen bezitten, hebben bacteriën een celmembraan, meestal een celwand, cytoplasma, ribosomen en een enkel circulair genoom, maar missen ze een kern, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum. Virussen daarentegen zijn obligate intracellulaire parasieten. Bacteriën kunnen extracellulair of in gastheercellen groeien, met een breed scala aan kweekbaarheid in het laboratorium. Hun afmetingen variëren van 0,5 tot 10 micrometer [12](#page=12) [5](#page=5). ### 1.2. Anatomie van bacteriën #### 1.2.1. Celmembraan De celmembraan van bacteriën is opgebouwd uit een fosfolipidenbilayer die macromoleculen zoals glycoproteïnen bevat voor celcontact en uitwisseling met de omgeving [13](#page=13). #### 1.2.2. Celwand De meeste bacteriën hebben buiten de celmembraan een celwand die essentieel is voor de celvorm en Gram-kleurbaarheid. De samenstelling varieert tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën [14](#page=14). * **Gram-positieve bacteriën:** Hebben een celwand met grote hoeveelheden peptidoglycaan en additionele macromoleculen [14](#page=14). * **Gram-negatieve bacteriën:** Bezitten een dunne laag peptidoglycaan omgeven door een tweede lipidenmembraan, waarin lipopolysacchariden (LPS) zijn geïntegreerd. LPS, ook bekend als endotoxine, heeft een krachtige ontstekingsreactie bij de mens en veroorzaakt koorts en activering van de stolling. Het bestaat uit drie onderdelen: lipid A, de core polysacchariden (constant), en het variabele O-antigen (soort- of typespecifiek) [14](#page=14) [15](#page=15). * **Mycobacteriën:** Hebben een celwand die uniek is door de aanwezigheid van lange mycolzuren, wat bijdraagt aan hun lange overleving, besmettelijkheid, resistentie tegen antibiotica en zuurvastheid [20](#page=20). * **Celwandloze bacteriën:** Sommige soorten, zoals Mycoplasmata en Chlamydiae, hebben geen celwand [14](#page=14). #### 1.2.3. Vorm en Gramkleuring De celwand bepaalt de vorm van de bacterie, die meestal bolvormig (kok) of staafvormig (bacil) is, maar ook fusiform, kommavormig of spirocheet kan zijn. De Gram-kleuring, een methode gebaseerd op verschillen in de peptidoglycaansamenstelling, verdeelt bacteriën in Gram-positieve (kleuren blauw) en Gram-negatieve (kleuren rood na tegenkleuring). De vier basale groepen zijn Gram-positieve en Gram-negatieve kokken en staven [18](#page=18) [19](#page=19). > **Tip:** De Gram-kleuring is een fundamentele diagnostische techniek die helpt bij de initiële identificatie van bacteriën en richting geeft aan de keuze van antibiotica [18](#page=18). #### 1.2.4. Bacterieel genoom Het bacterieel genoom bestaat uit één circulair, dubbelstrengs DNA-molecuul dat compact is opgevouwen door supercoiling, mede mogelijk gemaakt door enzymen zoals gyrases en topoisomerasen, die targets zijn voor antibiotica zoals chinolonen. Naast het chromosoom kunnen bacteriën ook circulaire plasmiden bevatten met extra genetisch materiaal [21](#page=21). * **Minimaal aantal genen:** Prokaryote genomen zijn doorgaans kleiner dan eukaryote, variërend van 0,5 tot 10 miljoen nucleotiden en 500 tot 10.000 genen. Bacteriën met de kleinste genomen, zoals mycoplasmata (ongeveer 500 genen), zijn sterk afhankelijk van eukaryote cellen. Grotere genomen (bv. 4-5 duizend genen bij *Escherichia coli*) bevatten genen voor antibioticaresistentie, overleving onder diverse condities, virulentiefactoren, en sporevorming, wat wijst op een groot aanpassingsvermogen. Het genoom van bacteriën weerspiegelt hun vermogen om zich aan te passen aan uiteenlopende omgevingsfactoren, wat leidt tot verschillen in genexpressie en eiwitproductie [22](#page=22) [23](#page=23) [24](#page=24). > **Tip:** Het aantal genen correleert bij prokaryoten directer met de genoomgrootte dan bij eukaryoten, omdat eukaryote genomen ook non-coderend RNA bevatten dat een rol speelt in genregulatie [22](#page=22). #### 1.2.5. Extra structuren Bacteriën kunnen extra structuren bezitten die hun overleving en pathogeniteit bevorderen: * **Kapsel:** Een polysaccharidenlaag rond de celwand die beschermt tegen fagocytose [25](#page=25). * **Flagellen:** Zorgen voor beweeglijkheid [25](#page=25). * **Fimbriae (of pili):** Aanhechtingsmoleculen die binden op specifieke receptoren, belangrijk voor kolonisatie en virulentie. Sommige pili, ook pilus genoemd, maken genetische uitwisseling mogelijk door de overdracht van plasmiden [25](#page=25) [28](#page=28). * **Sporen:** Een metabool inactieve, beschermende fase van de bacterie tegen vijandige omstandigheden, zoals droogte en straling. Sporevormende bacteriën zijn onder meer *Clostridium tetani* en *Bacillus anthracis* [28](#page=28). ### 1.3. Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie Bacteriën beschikken over een breed scala aan metabolische capaciteiten voor energieproductie en omzetting van organische moleculen. Hun metabolisme kan de omgeving beïnvloeden, zowel buiten als in het lichaam [29](#page=29). #### 1.3.1. Celdeling Bacteriën vermenigvuldigen zich door celdeling, wat leidt tot logaritmische groei onder optimale omstandigheden, met een delingstijd van ongeveer 20-30 minuten. De groei verloopt typisch via een lag-fase (adaptatie), een logaritmische groeifase, een stationaire fase door uitputting van voedingsstoffen, en ten slotte een fase van afsterven [30](#page=30). #### 1.3.2. Invloed van de omgeving Omgevingsfactoren zoals pH, temperatuur, osmotische druk, en zuurstof- en CO2-spanning beïnvloeden de groei van bacteriën significant [31](#page=31). * **Zuurtegraad (pH):** Sommige bacteriën floreren in zure omgevingen (*Streptococcus mutans*), andere in alkalische [31](#page=31). * **Zuurstof (O2) en kooldioxide (CO2):** Bacteriën kunnen obligaat aeroob (zuurstof nodig, bv. *Mycobacterium tuberculosis*), facultatief aeroob/anaeroob, of strikt anaeroob zijn. Capnofiele bacteriën groeien beter in een omgeving met hoge CO2-spanning [31](#page=31). * **Temperatuur:** Elke bacterie heeft een optimale temperatuur voor groei, met variaties in minimum en maximum. Humane pathogenen groeien het best rond 36,5 °C [31](#page=31). > **Tip:** Het begrijpen van de fysiologische eisen van bacteriën is cruciaal voor kweekomstandigheden in het laboratorium en voor het overleven van monsters tijdens transport [31](#page=31). #### 1.3.3. Fenotypische variatie en adaptatie Bacteriën passen hun metabolisme aan omgevingsomstandigheden aan door genexpressie te reguleren, vaak via operons [32](#page=32) [33](#page=33). * **Operon model:** Dit model beschrijft de genexpressieregulatie bij bacteriën, waarbij de beschikbaarheid van voedingsstoffen (bv. glucose, lactose) de transcriptie van specifieke genen beïnvloedt via repressors en activators [33](#page=33). * **Planktonische vs. sessiele bacteriën:** Klassiek worden bacteriën bestudeerd in planktonische vorm in reincultuur, wat kan afwijken van hun gedrag *in vivo* waar ze vaak in gemengde, suboptimale of metabool inactieve omstandigheden verkeren [34](#page=34). * **Persisters:** Dit zijn bacteriën die metabolisch minder actief zijn, waardoor ze ongevoelig zijn voor antibiotica. Dit is een actief overlevingsmechanisme [34](#page=34) [38](#page=38). * **Sporen:** Een overlevingsstrategie in hostiele omstandigheden [34](#page=34). * **Fenotypisch switchen ('bet hedging'):** Populaties kunnen bestaan uit subpopulaties die zich aanpassen aan verschillende omgevingsscenario's [34](#page=34). #### 1.3.4. Biofilm en quorum sensing Biofilms zijn driedimensionale structuren van bacteriële populaties, omgeven door slijm, die resistent zijn tegen antibiotica en macrofagen [35](#page=35). * **Quorum sensing:** Bacteriën communiceren via signaalmoleculen. Wanneer een kritieke dichtheid wordt bereikt, worden metabole pathways aangepast (bv. minder celdeling, meer toxineproductie). Dit proces bevordert de vorming van biofilms, die de overleving van bacteriën ten goede komen [35](#page=35). * Biofilms spelen een rol bij infecties, zowel rond lichaamsvreemde voorwerpen als bij weefselinfecties [37](#page=37). #### 1.3.5. Interacties in biofilm Bacteriën in biofilms kunnen elkaar zowel positief (bv. door het verschaffen van aanhechtingsplaatsen of nuttige metabolieten) als negatief (door competitie, of productie van antibacteriële middelen zoals bactericines) beïnvloeden. Deze interacties, samen met die met het menselijk lichaam, zijn cruciaal voor de microbiële ecologie [39](#page=39). ### 1.4. Naamgeving en taxonomie De naamgeving en taxonomie van bacteriën steunt, net als bij andere organismen, op zowel fenotypische als genetische kenmerken. Recente taxonomische inzichten, met name gebaseerd op genetische gelijkenis, hebben geleid tot herclassificaties en nieuwe naamgevingen [40](#page=40). #### 1.4.1. Ribosomaal RNA als leidraad Het gen voor het ribosomale 16S-RNA is een ideale sequentie voor het bestuderen van taxonomische verwantschap vanwege de essentiële structurele functie en langzame mutatiegraad, waardoor variaties de evolutieduur weerspiegelen [41](#page=41). #### 1.4.2. Nieuwe classificatie en naamgeving Nieuwe taxonomische inzichten hebben geleid tot veranderingen in de classificatie en naamgeving van diverse bacteriële geslachten, met voorbeelden zoals de hernoeming van *Actinobacillus actinomytemcomitans* naar *Aggregatibacter actinomycetemcomitans* [42](#page=42). #### 1.4.3. Schrijfwijze van bacterienamen In de Latijnse nomenclature worden genusnamen cursief geschreven, met een hoofdletter voor het genus en een kleine letter voor de soortnaam (bv. *Staphylococcus aureus*). Afkortingen zoals 'spp.' worden gebruikt om soorten aan te duiden (*Pseudomonas* spp.) [43](#page=43). ### 1.5. Genotypische variatie bij bacteriën Genetische variatie bij bacteriën ontstaat door mutatie, selectie en uitwisseling van genetisch materiaal. Deze variatie is groter dan binnen diersoorten en leidt tot stammen met verschillende kenmerken, waaronder toxineproductie en antibioticaresistentie [44](#page=44). #### 1.5.1. Mechanismen van genetische uitwisseling * **Transformatie:** Opname van vrij DNA uit de omgeving [45](#page=45). * **Transductie:** Genetische overdracht via bacteriofagen [45](#page=45). * **Conjugatie:** Overdracht van genen op plasmiden, vaak via transposons [45](#page=45). * **Transfectie:** Een techniek voor genetische opname, voornamelijk *in vitro* [45](#page=45). #### 1.5.2. Belang van genotypische verschillen Genotypische verschillen zijn belangrijk voor het onderscheiden van bacteriële stammen met variërende pathogeniteit, het bestuderen van epidemiologische verspreidingspatronen, en voor de ontwikkeling van vaccins. Technieken zoals serotypering en genotypering, inclusief fingerprinting en whole genome sequencing, worden gebruikt om deze verschillen te karakteriseren. Klonaal verwante stammen zijn genetisch zeer vergelijkbaar, terwijl een kloon identiek is [46](#page=46). #### 1.5.3. Serotypering van bacteriën Serotypering maakt gebruik van specifieke antilichamen om oppervlakkige moleculen (antigenen) van bacteriën te detecteren. Gram-negatieve bacteriën hebben O-antigenen (somatisch) en K-antigenen (kapsel), terwijl sommige ook H-antigenen (flagellair) hebben. Verschillen in antigenen per soort en zelfs binnen de soort definiëren serotypen. Voorbeelden zijn *Escherichia coli* O157:H7 en meningokokken serotypen A, B, en C, waarbij vaccinatie vaak gericht is op specifieke serotypen [47](#page=47). #### 1.5.4. Genotypering van bacteriën Moleculaire fingerprinting of genotypering is gebaseerd op specifieke DNA-sequenties en maakt gebruik van technieken zoals PCR en restrictie-enzymen. Next-generation sequencing en whole genome sequencing worden steeds meer toegepast voor de karakterisering van bacteriën [48](#page=48). --- # Virussen: structuur, levenscyclus en interactie met het immuunsysteem Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten die zich voortplanten binnen gastheercellen, waarbij ze gebruikmaken van de celmachinerie van de gastheer om hun eigen replicatie te bewerkstelligen [1](#page=1) [3](#page=3). ### 2.1 De aard en structuur van virussen #### 2.1.1 Classificatie van virussen De classificatie van virussen is complex en gebaseerd op diverse criteria, waaronder het type genetisch materiaal (DNA of RNA), de structuur van het virion, en de replicatiestrategie [3](#page=3). #### 2.1.2 Structuur van een virion Een virion, de complete virale deeltje buiten de gastheercel, bestaat uit een genetische kern (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel, het capside [3](#page=3). ##### 2.1.2.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen bezitten alleen een capside ter bescherming van hun genetisch materiaal [3](#page=3). ##### 2.1.2.2 Eigenschappen van omhulde virussen Omhulde virussen hebben, naast het capside, een lipide dubbellaag die afkomstig is van de gastheercelmembraan, verrijkt met virale eiwitten (envelop-glycoproteïnen) [3](#page=3). ##### 2.1.2.3 RNA virussen RNA virussen bevatten RNA als genetisch materiaal en kunnen verschillende vormen van RNA hebben, zoals enkelstrengs (ssRNA) of dubbelstrengs (dsRNA), positief-sense of negatief-sense [3](#page=3). #### 2.1.3 Aantonen van virussen Het aantonen van virussen kan plaatsvinden via diverse methoden, zoals microscopie, serologische tests of moleculaire technieken [3](#page=3). ### 2.2 Virale levenscycli De levenscyclus van virussen omvat verschillende stappen, van binding aan de gastheercel tot de vrijgave van nieuwe virionen. #### 2.2.1 Virale levenscyclus: adsorptie De levenscyclus begint met de binding van het virion aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel [3](#page=3). #### 2.2.2 Virale levenscyclus: penetratie Na adsorptie treedt het virus de gastheercel binnen. Dit kan gebeuren door fusie van het virale envelop met het celmembraan, endocytose, of injectie van genetisch materiaal [3](#page=3). #### 2.2.3 Virale levenscyclus: expressie en replicatie Zodra het virale genetisch materiaal in de cel is, wordt het gerepliceerd en worden virale eiwitten gesynthetiseerd met behulp van de machinerie van de gastheercel [3](#page=3). ##### 2.2.3.1 RNA en DNA sensors: Pathogen recognition receptor voor virussen en bacteriën Het aangeboren immuunsysteem detecteert virussen en bacteriën via pathogen recognition receptors (PRRs), zoals Toll-like receptors (TLRs), die virale of bacteriële componenten herkennen [3](#page=3). ##### 2.2.3.2 Innate immune effector mechanisme: interferon stimulated genes (ISG) De detectie van virale infectie activeert de productie van interferonen, die op hun beurt de expressie van interferon-stimulated genes (ISGs) induceren. ISGs coderen voor eiwitten die antivirale mechanismen activeren, zoals de remming van virale replicatie [3](#page=3). #### 2.2.4 Virale levenscyclus: virion productie Nieuwe virale genoomkopieën en eiwitten worden samengevoegd tot nieuwe virionen binnen de gastheercel [3](#page=3). #### 2.2.5 Virale levenscyclus: release De nieuw gevormde virionen worden uit de gastheercel vrijgegeven. Dit kan leiden tot celdood (lyse) of via exocytose (bij omhulde virussen) [3](#page=3). #### 2.2.6 Virale levenscyclus: lytische levenscyclus bacteriofaag Bij de lytische levenscyclus van een bacteriofaag, een virus dat bacteriën infecteert, leidt de replicatie van het virus tot de lysie (barsten) van de bacterie en vrijgave van nieuwe faagdeeltjes [3](#page=3). #### 2.2.7 Virale levenscyclus: temperate bacteriofaag Temperate bacteriofagen kunnen een lysogene cyclus doorlopen, waarbij hun genetisch materiaal integreert in het bacterieel genoom en meerepliceert met de bacterie, zonder onmiddellijke lysis te veroorzaken [3](#page=3). #### 2.2.8 Virale levenscyclus: dierlijk virus Dierlijke virussen volgen vergelijkbare levenscycli als hierboven beschreven, maar met specifieke aanpassingen afhankelijk van het type virus en de gastheercel [3](#page=3). #### 2.2.9 Virale levenscyclus: expressie en replicatie HCV De levenscyclus van het Hepatitis C virus (HCV) is een specifiek voorbeeld van een RNA virus dat complexe replicatiemechanismen binnen de levercel vertoont [3](#page=3). #### 2.2.10 Virale levenscyclus: HIV De levenscyclus van het Human Immunodeficiency Virus (HIV) omvat de integratie van viraal RNA in het genoom van de gastheercel (via reverse transcriptase), wat leidt tot latente infectie of actieve virale productie [1](#page=1) [3](#page=3). ### 2.3 Interactie met het immuunsysteem en medicatie #### 2.3.1 Aangeboren immuunreactie op virale infecties Het aangeboren immuunsysteem speelt een cruciale rol in de eerste respons tegen virale infecties door middel van PRRs en de productie van interferonen [3](#page=3). #### 2.3.2 Medicatie en virale infecties Antivirale medicijnen grijpen aan op specifieke stappen van de virale levenscyclus, zoals replicatie, penetratie of vrijgave, om de virale infectie te bestrijden [1](#page=1). #### 2.3.3 Belang van integratie in humaan DNA, latentie en oncogene transformatie Bij sommige virussen, zoals retrovirussen (bv. HIV), kan integratie in het humaan DNA leiden tot latentie, waarbij het virus gedurende lange tijd inactief blijft. In andere gevallen kan virale integratie leiden tot oncogene transformatie, wat het risico op kanker verhoogt [1](#page=1). > **Tip:** Begrijpen hoe virussen zich vermenigvuldigen is essentieel om te weten waar medicatie kan ingrijpen en hoe het immuunsysteem reageert op deze infecties. Let op de verschillen tussen naakte en omhulde virussen, en tussen DNA- en RNA-virussen, aangezien deze de replicatiestrategie beïnvloeden [3](#page=3). --- # Medische microbiologie en de impact van micro-organismen Medische microbiologie bestudeert de rol van micro-organismen en hun invloed op de menselijke gezondheid, met specifieke aandacht voor bacteriële infecties en de interactie tussen micro-organismen en de gastheer [7](#page=7) [8](#page=8). ### 3.1 De rol van micro-organismen in de gezondheid #### 3.1.1 Invloed op orgaanfuncties Micro-organismen kunnen de functie van organen belemmeren door infecties te veroorzaken. Een voorbeeld hiervan is necrose, weefselafbraak, die kan optreden na een infectie met bacteriën zoals *Streptococcus pyogenes* [8](#page=8). #### 3.1.2 Het belang van een microbiële omgeving Zelfs zonder de aanwezigheid van specifieke ziekteverwekkers, kan de afwezigheid van een normale microbiële omgeving leiden tot afwijkingen in de ontwikkeling van organen. Muismodellen die volledig vrij zijn van bacteriën (germ-free) vertonen bijvoorbeeld afwijkingen in de darmen en longen. Dit onderstreept het belang van de microbiële kolonisatie voor een gezonde ontwikkeling [7](#page=7). > **Tip:** Het concept van "gnotobiologie" (gnotobiology) verwijst naar de studie van organismen met een volledig bekende microbiële samenstelling, wat cruciaal is voor het begrijpen van de rol van micro-organismen [7](#page=7). #### 3.1.3 Overdracht van micro-organismen en de impact op kinderen De microbiële flora van de moeder wordt overgedragen op het kind, waarbij het type geboorte een rol speelt. Een vaginale bevalling resulteert in een andere kolonisatie van micro-organismen dan een keizersnede [9](#page=9). > **Voorbeeld:** De vaginale flora van de moeder kan bacteriën bevatten die, hoewel normaal aanwezig, potentieel pathogeen kunnen zijn voor de pasgeborene. Dit kan leiden tot infecties zoals sepsis bij baby's, met de vaginale flora als bron [10](#page=10). ### 3.2 Leren omgaan met micro-organismen Medische microbiologie omvat ook het bestuderen van hoe we kunnen leren omgaan met de constante aanwezigheid van micro-organismen. Dit impliceert het ontwikkelen van strategieën om zowel de voordelen van commensale micro-organismen te benutten als de risico's van pathogene micro-organismen te beheersen [11](#page=11). --- # Studie- en leerrichtlijnen De studiestof moet primair worden benaderd met een focus op inzicht in plaats van pure feitenkennis, waarbij de relevantie voor de medische praktijk centraal staat [4](#page=4). ### 4.1 Richtlijnen voor studieaanpak De manier van studeren is gericht op het ontwikkelen van inzicht, wat belangrijker wordt geacht dan het puur memoriseren van feiten. Een cruciale vraag bij het bestuderen van de materie is of de opgedane kennis of het verworven inzicht zal bijdragen aan het functioneren als een goede arts. Hoe groter de potentiële impact op de arts-patiëntrelatie, hoe belangrijker de kennis of het inzicht geacht wordt te zijn [4](#page=4). > **Tip:** Richt je studieactiviteiten zo in dat je continu de link legt tussen de studiestof en de dagelijkse medische praktijk. Vraag jezelf af hoe je de geleerde stof zou toepassen bij een patiënt. ### 4.2 Gebruik van studiemateriaal De studiestof bevat verschillende soorten informatie, onderscheiden door kleur. Zwarte tekst geeft informatie aan die expliciet in de les is besproken en inhoudelijk is behandeld. Grijze tekst bevat informatie die mogelijk niet expliciet in de les is uitgediept, omdat deze als evident wordt beschouwd of zonder verdere uitleg te begrijpen zou moeten zijn, hoewel deze informatie desalniettemin van belang is. Symbolen die in de tekst voorkomen, dienen ter illustratie en vereisen geen memorisatie [4](#page=4). > **Tip:** Besteed extra aandacht aan de zwarte tekst, aangezien dit de kernonderwerpen zijn die in de les zijn benadrukt. Verwaarloos de grijze tekst echter niet, maar integreer deze in je begrip van de zwarte tekst. ### 4.3 Groepspresentaties en examenvragen Groepspresentaties kunnen dienen als een waardevolle bron om examenvragen van voorgaande jaren te bestuderen. Dit biedt inzicht in de aard en het niveau van de vragen die gesteld worden, en helpt bij het focussen op de meest relevante aspecten van de stof [4](#page=4). > **Tip:** Gebruik de groepspresentaties niet alleen om je kennis te testen, maar ook om de structuur en het type vragen te analyseren. Identificeer terugkerende thema's of concepten. --- ## 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, met een eigen metabolisme, celwand en genoom, en die zich kunnen aanpassen aan veranderende omgevingsfactoren. | | Virussen | Obligate intracellulaire parasieten die geen eigen metabolisme hebben en gastheercellen nodig hebben voor hun replicatie en expressie, bestaande uit genetisch materiaal omgeven door een eiwitmantel. | | Immuunsysteem | Het biologische verdedigingssysteem dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën en virussen door middel van cellulaire en humorale mechanismen. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die gebruikt worden om de groei van micro-organismen, zoals bacteriën, te remmen of te doden; antibiotica vallen hieronder. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken bij een gastheer. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen, voornamelijk bacteriën, die van nature op en in het menselijk lichaam leven en vaak een beschermende rol vervullen. | | Exponentiële groei | Een groeipatroon waarbij de populatie zich in een constant tempo vermenigvuldigt, wat resulteert in een logaritmische toename van het aantal individuen over tijd. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij bacteriën signalen uitwisselen om de populatiedichtheid te bepalen, wat leidt tot gecoördineerde gedragsveranderingen op populatieniveau. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen die ingebed is in een zelfgeproduceerde matrix van polysachariden en andere macromoleculen, vaak aan oppervlakken gehecht, wat hun resistentie tegen antibiotica verhoogt. | | Fenotypische adaptatie | Het vermogen van een bacterie om zijn uiterlijke kenmerken of fysiologische eigenschappen te veranderen als reactie op omgevingsfactoren, zonder dat het onderliggende genoom verandert. | | Virulentie | De mate waarin een micro-organisme in staat is ziekte te veroorzaken, vaak geassocieerd met specifieke factoren zoals toxines, adhesie-eiwitten of enzymen. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarbij het virale genetisch materiaal aanwezig is in de gastheercel zonder actieve replicatie of productie van nieuwe virionen. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij normale cellen veranderen in kankercellen, vaak geïnitieerd door virussen die oncogenen in het genoom van de gastheercel introduceren of activeren. | | Virion | Een volledig gevormd virusdeeltje, bestaande uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel (capside), en soms een buitenste envelop. | | Gramkleuring | Een veelgebruikte microbiologische kleuringstechniek die bacteriën onderscheidt in twee hoofdgroepen (Gram-positief en Gram-negatief) op basis van de chemische samenstelling van hun celwand. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een essentieel bestanddeel vormt van de celwand van de meeste bacteriën, waardoor deze stevigheid en structuur krijgt. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Grote moleculen die voornamelijk in de buitenste lipide laag van de celwand van Gram-negatieve bacteriën voorkomen en een belangrijke rol spelen bij de immuunrespons en ontstekingen. | | Endotoxine | Een toxine dat deel uitmaakt van de celwand van Gram-negatieve bacteriën (zoals LPS) en bij vrijkomen koorts, inflammatie en shock kan veroorzaken. | | Genoom | Het complete genetische materiaal van een organisme, bestaande uit al het DNA of RNA, dat alle genen bevat die nodig zijn voor de groei, ontwikkeling en voortplanting. | | Plasmiden | Kleine, circulaire, dubbelstrengs DNA-moleculen die los van het chromosoom in het cytoplasma van bacteriën voorkomen en vaak genen dragen die extra eigenschappen verlenen, zoals antibioticaresistentie. | | Persisters | Een fenotype van bacteriële cellen die metabool inactief zijn en daardoor ongevoelig voor antibiotica, wat hen in staat stelt te overleven tijdens een behandeling. | | Taxonomie | De wetenschap die zich bezighoudt met de classificatie, naamgeving en indeling van organismen, gebaseerd op hun evolutionaire relaties en gedeelde kenmerken. | | Ribosomaal RNA (rRNA) | Een type RNA dat een structureel en functioneel bestanddeel vormt van ribosomen, de cellulaire machinerie voor eiwitsynthese, en waarvan de sequentie nuttig is voor taxonomische analyse. | | Serotypering | Een methode om bacteriële stammen te classificeren op basis van hun antigeenprofiel, met name oppervlakteantigenen zoals het O-antigeen (LPS), K-antigeen (kapsel) en H-antigeen (flagellen). | | Genotypering | Een techniek om bacteriële stammen te identificeren en te differentiëren op basis van hun genetische kenmerken, vaak door middel van DNA-sequencing of moleculaire fingerprinting. |

# Basisprincipes van bacteriën en virussen Dit topic introduceert de fundamentele eigenschappen van bacteriën en virussen, met de nadruk op hun classificatie, structuur, aanpassingsvermogen en interactie met het immuunsysteem en antimicrobiële middelen. ### 1.1 Bacteriën Bacteriën zijn eencellige organismen met een complexe aanpassingsstrategie. Ze kunnen hun genexpressie aanpassen aan de omgeving, overgaan van een actieve naar een slapende of zelfs tijdelijk inactieve staat, afhankelijk van de omstandigheden. Hun groei en overleving zijn sterk afhankelijk van omgevingsfactoren zoals pH en temperatuur [1](#page=1). #### 1.1.1 Classificatie en concept van species Het concept van een "species" bij bacteriën kan complex zijn. De taxonomie van bacteriën ordent deze organismen, variërend van artificiële minimale vormen tot meer complexe variëteiten [1](#page=1). #### 1.1.2 Groei, aanpassingsvermogen en genetische mechanismen De groeiregulatie en groeivereisten van bacteriën zijn cruciaal voor het begrijpen van hun reactie op antibiotica en hun vestiging in specifieke niches. Belangrijke aspecten hierbij zijn [1](#page=1): * **Exponentiële groei:** Een periode van snelle toename van het aantal bacteriën [1](#page=1). * **Quorum sensing:** Communicatie tussen bacteriën om gezamenlijke activiteiten te coördineren [1](#page=1). * **Biofilm:** Een gemeenschap van bacteriën die zich inpakken in een beschermende matrix [1](#page=1). * **pH-, T-afhankelijkheid:** Gevoeligheid voor de zuurgraad en temperatuur van de omgeving [1](#page=1). Daarnaast beschikken bacteriën over genetische mechanismen die snelle mutaties, resistentieontwikkeling en virulentieverhoging mogelijk maken [1](#page=1). ### 1.2 Virussen Virussen zijn "obligate intracellulaire parasieten". Ze zijn infectieus, wat betekent dat ze een gastheercel kunnen binnendringen en hun genoom kunnen introduceren, maar voor replicatie zijn ze volledig afhankelijk van de machinerie van de gastheercel [2](#page=2). #### 1.2.1 Structuur van een virion Virussen hebben geen celstructuur of organellen. Ze bestaan uit [2](#page=2): * **Erfelijk materiaal:** Dit kan RNA of DNA zijn, enkelstrengs (ss) of dubbelstrengs (ds), en kan één of meerdere chromosomen bevatten [2](#page=2). * **Structurele eiwitten:** Deze eiwitten vormen de bouwstenen van het virus [2](#page=2). * **Nucleocapside:** De combinatie van genetisch materiaal en de structurele eiwitten, samen met nucleïnezuurbindende eiwitten en eventuele enzymen [3](#page=3). * **Enveloppe (optioneel):** Sommige virussen, de "virussen met enveloppe", zijn omgeven door een membraan. Dit membraan bevat vaak glycoproteïnen die als receptoren fungeren en matrixproteïnen aan de binnenzijde. "Naakte virussen" bestaan enkel uit een nucleocapside [3](#page=3). #### 1.2.2 Grootte van virussen Virussen variëren in grootte van ongeveer 20 nanometer (nm) tot 100 nm. Ze zijn aanzienlijk kleiner dan bacteriën. Bacteriële filters met poriegrootte van 0,45 µm tot 0,2 µm zijn effectief in het steriliseren van oplossingen, omdat ze bacteriën, en ook grotere virussen, tegenhouden. Nanofiltratie kan gebruikt worden om virussen te verwijderen uit eiwitoplossingen, zoals stollingsfactoren (bijvoorbeeld FVIII), met membranen van 15 nm [4](#page=4). > **Tip:** De groottevergelijking (in nm) met bacteriën, eiwitten en atomen is nuttig om de schaal van virussen te visualiseren [4](#page=4). #### 1.2.3 Levenscyclus en relevantie De levenscyclus van virussen is cruciaal voor hun interactie met het immuunsysteem en de ontwikkeling van medicatie. Belangrijke aspecten van de virale levenscyclus zijn [1](#page=1): * **Integratie in humaan DNA:** Sommige virussen kunnen hun genetisch materiaal integreren in het DNA van de gastheercel [1](#page=1). * **Latentie:** De periode waarin een virus inactief is in de gastheercel [1](#page=1). * **Oncogene transformatie:** Het vermogen van sommige virussen om kanker te veroorzaken [1](#page=1). #### 1.2.4 Classificatie van virussen De indeling van virussen op basis van hun genoom is medisch gezien het meest relevant. Daarnaast is de aanwezigheid of afwezigheid van een membraan (enveloppe) ook van medisch belang [6](#page=6). > **Voorbeeld:** Virussen zoals het coronavirus, influenzavirus en bacteriofaag T4 illustreren de variëteit in virale morfologie. Parvovirus B19 is een voorbeeld van een virus dat ingedeeld kan worden op basis van zijn genoom [5](#page=5) [6](#page=6). --- # Eigenschappen en classificatie van virussen Dit topic beschrijft de fundamentele eigenschappen die virussen onderscheiden, met een focus op het onderscheid tussen naakte en omhulde virussen, en de classificatie op basis van het genoomtype, wat cruciaal is voor medische toepassingen [10](#page=10) [7](#page=7) [8](#page=8) [9](#page=9). ### 2.1 Eigenschappen van virussen Virussen vertonen diverse eigenschappen die hun overleving, verspreiding en interactie met de gastheer bepalen. Een belangrijk onderscheid kan gemaakt worden tussen naakte en omhulde virussen, gebaseerd op hun structuur en vrijkomingsmechanisme uit de cel [7](#page=7) [8](#page=8). #### 2.1.1 Naakte virussen Naakte virussen zijn virussen die niet omgeven zijn door een lipide-envelop [7](#page=7). * **Vrijkoming:** Ze komen vrij door lyse (cellysis) van de geïnfecteerde cel, waarbij de cel doorgaans sterft [7](#page=7). * **Stabiliteit:** Naakte virussen zijn relatief stabiel en bestand tegen diverse omgevingsfactoren, waaronder temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging [7](#page=7). * **Gevolgen van eigenschappen:** * Ze verspreiden zich gemakkelijk, mede door hun stabiliteit [7](#page=7). * Ze blijven infectieus, zelfs na uitdroging [7](#page=7). * Ze kunnen passage door een zure maag en basische darminhoud overleven, wat hun verspreiding via riolen mogelijk maakt [7](#page=7). * Humorale immuniteit is vaak voldoende voor bestrijding, omdat de geïnfecteerde cellen afsterven, waardoor er minder behoefte is aan tussenkomst van cytotoxische cellen zoals CD8 T-cellen en NK-cellen [7](#page=7). #### 2.1.2 Omhulde virussen Omhulde virussen beschikken over een lipide-envelop, die afkomstig is van het celmembraan van de gastheer [8](#page=8). * **Vrijkoming:** Ze komen vrij door afsnoering (budding) van het celmembraan, en mogelijk ook door lyse, waarbij de geïnfecteerde cel niet noodzakelijk sterft [8](#page=8). * **Structuur:** Het membraan van omhulde virussen bevat glycoproteïnen, waarvan sommige viraal en andere cellulair van oorsprong zijn [8](#page=8). * **Labieliteit:** Omhulde virussen zijn daarentegen labiel en gevoelig voor temperatuur, zuren, detergenten en uitdroging [8](#page=8). * **Gevolgen van eigenschappen:** * Ze verspreiden zich minder gemakkelijk, typisch via grote druppels, bloed of seksueel contact [8](#page=8). * Ze zijn niet meer infectieus na uitdroging [8](#page=8). * Ze overleven passage door het maag-darmkanaal niet goed [8](#page=8). * Zowel humorale als cellulaire immuniteit zijn nodig voor eliminatie, aangezien persistentie intracellulair mogelijk is. Cytotoxische cellen zijn noodzakelijk voor de eliminatie [8](#page=8). * **Toepassing:** De labieliteit van het envelop is praktisch relevant. Bij de pathogen-inactivatie van bloedeiwitten, zoals factor VIII, kunnen omhulde virussen zoals HIV, HCV en HBV gemakkelijk worden verwijderd door behandeling met een detergent (zeep). Deze methode beschadigt de eiwitten niet, enkel de membranen van de virussen. Tegen naakte virussen, zoals HAV, is deze inactivatie methode echter totaal inefficiënt [8](#page=8). > **Tip:** Het onderscheid tussen naakte en omhulde virussen is essentieel voor het begrijpen van hun transmissieroutes, stabiliteit en de vereiste immunologische respons. ### 2.2 Classificatie van virussen Virussen kunnen geclassificeerd worden op basis van verschillende criteria, waaronder het type genoom. Deze classificatie is van groot medisch belang [10](#page=10) [9](#page=9). #### 2.2.1 Classificatie op basis van genoomtype De aard van het genetisch materiaal van een virus (DNA of RNA, enkel- of dubbelstrengs) beïnvloedt sterk de replicatiestrategie en de gevoeligheid voor mutatie [10](#page=10) [9](#page=9). * **RNA-virussen:** * RNA-virussen hebben doorgaans een kleiner genoom in vergelijking met DNA-virussen [9](#page=9). * Ze muteren gemakkelijker. Dit komt deels doordat hun replicatie (afhankelijk van een viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA polymerase) frequenter fouten maakt tijdens het kopiëren. Deze hoge mutatiesnelheid kan een evolutionaire keuze zijn om de variabiliteit te verhogen [9](#page=9). * Ze kunnen aanleiding geven tot **quasispecies**. Een quasispecies is een populatie van genetisch vergelijkbare, maar niet identieke, virale genomen die binnen één gastheer circuleren. Wanneer een persoon geïnfecteerd raakt, kan het initiële virus enkele varianten bevatten, die na verloop van tijd evolueren tot een reeks van verschillende virussen binnen het lichaam. Er is vaak één dominante sequentie, maar deze kan vervangen worden door een succesvollere variant, bijvoorbeeld door een immuunrespons of de start van antivirale therapie [9](#page=9). * Voor de meeste RNA-virussen is geen prototypische sequentie beschikbaar, in tegenstelling tot DNA-virussen. Wel bestaan er **consensussequenties**, die de meest frequente base per positie weergeven. Sommige delen van het RNA-genoom zijn goed geconserveerd, essentieel voor eiwitfunctie, regulatie van expressie/replicatie, of de opvouwing van het genoom [9](#page=9). * Vergelijking van sequenties met algoritmes kan leiden tot de ontwikkeling van een fylogenetische boom, waarbij de afstand tussen de takken een maat is voor de diversiteit, en species en types geïdentificeerd kunnen worden [9](#page=9). #### 2.2.2 Voorbeelden van virale pathogenen per genoomtype De classificatie in groepen op basis van het genoomtype is nuttig om menselijke pathogenen te categoriseren [10](#page=10). | "Group" | Family | Human pathogens (disease) | | :------------- | :--------------- | :------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | **dsDNA** | Poxviridae | Variola (smallpox); Orf (pustular dermatitis); Molluscum contagiosum (pustular dermatitis) | | | Herpesviridae | Herpes simplex 1,2 (oral, genital herpes); Varicella-zoster (chickenpox); Epstein-Barr (mononucleosis); Cytomegalovirus (neonatal abnormalities); HHV6 (roseola); HHV8 (Kaposi's sarcoma) | | | Adenoviridae | Adenovirus (respiratory infection, conjunctivitis) | | | Polyomaviridae | Polyomavirus (benign kidney infection, respiratory disease, leukoencephalopathy) | | | Papillomaviridae | Papillomavirus (warts, genital carcinoma) | | **ssDNA** | Anellovirus | Unknown | | | Parvoviradae | B-19 (fifth disease, fetal death) | | **Retro** | Hepadnaviridae | Hepatitis B ("serum" hepatitis) | | | Retroviridae | HIV (aids); HTLV (leukemia) | | **dsRNA** | Reoviridae | Rotavirus (infantile gastroenteritis) | | **ssRNA (-)** | Rhabdoviridae | Rabies virus (rabies) | | | Filoviridae | Ebola virus (ebola) | | | Paramyxoviridae | Parainfluenza virus (respiratory infection); Mumps virus (mumps); Respiratory syncytial virus (respiratory infection); Measles virus (measles) | | | Orthomyxoviridae | Influenza virus (influenza) | | | Bunyaviridae | Hantaan virus (hemorrhagic fever with renal syndrome) | | | Arenaviridae | Lassa fever virus (hemorrhagic fever) | | | Deltavirus | Hepatitis D (fulminant acute hepatitis) | | **ssRNA (+)** | Picornaviridae | Poliovirus (polio), rhinovirus (URI), Hepatitis A ("infectious" hepatitis) | | | Calciviridae | Norwalk (gastroenteritis) | | | Hepevirus | Hepatitis E (acute hepatitis) | | | Astroviridae | Astrovirus (gastroenteritis) | | | Coronaviridae | Coronavirus (respiratory infection) | | | Flaviviridae | Yellow fever virus (yellow fever); Hepatitis C (hepatitis) | | | Togaviridae | Eastern Equine encephalitis virus (encephalitis); Rubella virus (rubella) | > **Example:** Het identificeren van een virus als zijnde ssRNA (+) van de Picornaviridae familie helpt ons direct te begrijpen dat het waarschijnlijk gevoelig is voor uitdroging en maagzuur, en dat het zich gemakkelijk kan verspreiden via feco-orale route, zoals bij Poliovirus [10](#page=10). --- # Virale levenscyclus en interactie met het immuunsysteem Dit topic onderzoekt de verschillende stadia van de virale levenscyclus, van adsorptie tot replicatie en vrijgave, en hoe het aangeboren immuunsysteem hierop reageert. ### 3.1 De virale levenscyclus: een overzicht De virale levenscyclus wordt, zij het enigszins artificieel, opgedeeld in verschillende stappen die deels simultaan kunnen verlopen. Deze stappen bieden inzicht in de cyclus zelf en potentiële aangrijpingspunten voor antivirale medicatie [12](#page=12). ### 3.2 Fasen van de virale levenscyclus #### 3.2.1 Adsorptie Adsorptie is de initiële binding van het virus aan de gastheercel, wat plaatsvindt via een specifieke receptor-virusligand interactie. De receptor op de cel kan een koolhydraat, (glyco)proteïne of (glyco)lipide zijn, vaak gerelateerd aan ionpompen. De aanwezigheid van deze receptor bepaalt de infecteerbaarheid van een cel en wordt ook wel een restrictiefactor genoemd. Sommige receptoren, zoals sialezuur voor influenza, komen breed tot expressie op veel celtypen terwijl andere, zoals CD4 met de co-receptoren CCR5 of CXCR4 voor HIV, slechts op beperkte celtypen voorkomen. Mutaties in de receptor of ligand kunnen de infecteerbaarheid moduleren. Vaccins spelen een rol door de structuur van het virus die aan de receptor bindt, af te dekken met neutraliserende antistoffen, zoals het hepatitis B-vaccin dat recombinant HBs-antigeen bevat [13](#page=13). #### 3.2.2 Penetratie Na adsorptie vindt de penetratie plaats, waarbij het virale genoom de cel binnendringt. Bij bacteriofagen wordt het genoom in de cel geïnjecteerd, direct door de celwand heen. Dierlijke virussen brengen hun genoom in via het nucleocapside, wat kan gebeuren door endocytose of membraanfusie [14](#page=14). * **Voorbeeld: Influenza A virus** [15](#page=15). * Het influenza virus bindt aan sialezuurresiduen op oppervlakte-eiwitten van de cel [15](#page=15). * Het virale neuraminidase-enzym in de envelop voorkomt dat virussen aan elkaar kleven. Behandeling met neuraminidase-inhibitoren is hierop gebaseerd [15](#page=15). * Na opname via endocytose komt het virus in het zure milieu van het endosoom [15](#page=15). * Protonen die door het M2-kanaal in de envelop gaan, induceren een conformationele verandering in hemagglutinine, waardoor het een fusogeen eiwit wordt [15](#page=15). * Dit leidt tot fusie van de envelop met het endosoommembraan en het vrijkomen van het capside in het cytoplasma. M2-kanaal-blokkerende medicatie is hier een voorbeeld van therapeutische toepassing [15](#page=15). #### 3.2.3 Expressie en replicatie De expressie en replicatie van virale genomen zijn afhankelijk van de aard (RNA/DNA; enkelstrengs/dubbelstrengs) en organisatie van het genoom, wat belangrijke medische implicaties heeft voor therapie, resistentiemechanismen en persistentie [17](#page=17). * **Expressie:** * DNA-virussen: Het genoom komt doorgaans tot expressie in de celkern, net als het gastheergenoom, met dubbelstrengs DNA als template. Enkelstrengs DNA (klasse II) of partieel dubbelstrengs DNA (klasse VII) wordt eerst omgezet naar dubbelstrengs DNA. Pokkenvirussen zijn een uitzondering; ondanks een dubbelstrengs DNA-genoom blijven ze in het cytoplasma en moeten ze veel eigen enzymen meebrengen die normaal gesproken alleen nucleair aanwezig zijn in zoogdiercellen [17](#page=17). * Enkelstrengs RNA-virussen (klasse IV): Positief-georiënteerd RNA kan functioneren als mRNA en direct leiden tot eiwitproductie [17](#page=17). * Negatief-strengs of dubbelstrengs RNA-genomen: Deze moeten eerst (deels) worden overgeschreven naar positief-georiënteerd RNA dat als mRNA dient. Dit vereist een RNA-afhankelijk RNA-polymerase, dat in het virion moet zijn verpakt aangezien menselijke cellen dit enzym niet bezitten [17](#page=17). * Retrovirussen (klasse VI): Hun positief-strengs RNA-genoom wordt na uncoating niet direct vertaald, maar eerst omgezet in DNA via reverse transcriptie en vervolgens geïntegreerd in het genoom als dubbelstrengs DNA [17](#page=17). * **Replicatie:** * DNA-virussen: Het genoom repliceert meestal in de celkern, waarbij dubbelstrengs DNA als template dient. Enkelstrengs DNA (klasse II) wordt eerst omgezet naar dubbelstrengs DNA. Klasse VII virussen zijn een uitzondering, die een RNA-kopie van het nucleaire DNA-genoom in het cytoplasma omzetten naar een partieel dubbelstrengs DNA-genoom. Pokkenvirussen repliceren ook in het cytoplasma en hebben hiervoor eigen enzymen nodig [18](#page=18). * RNA-virussen: Het genoom wordt door een nieuw aangemaakt, viraal gecodeerd RNA-afhankelijk RNA-polymerase overgeschreven. Hierbij kan een grote amplificatie van kopieën optreden door herhaaldelijk kopiëren [18](#page=18). * Retrovirussen (klasse VI): Hun positief-strengs genoom wordt door cellulaire polymerasen overgeschreven van het geïntegreerde dubbelstrengs DNA proviraal genoom [18](#page=18). > **Tip:** Virusspecifieke structuren, zoals DNA-uiteinden in de kern, dubbelstrengs RNA, of RNA zonder 5'-cap, kunnen fungeren als 'pathogen-associated molecular patterns' (PAMPs) en zijn potentiële targets voor antivirale therapie [17](#page=17) [18](#page=18). #### 3.2.4 Virion productie Bij virionproductie wordt het viraal genoom verpakt in een capside om een nucleocapside te vormen. Dit proces kan spontaan (auto-assembly) plaatsvinden, gevolgd door maturatie van het virion [22](#page=22). #### 3.2.5 Release Virions worden vrijgegeven door middel van 'budding' (uitknopen) of door lyse van de gastheercel. De vrijlating kan worden beperkt doordat het virus aan de producerende cel blijft kleven. Dit kan gebeuren door binding aan receptoren (evolutionaire oplossingen zijn receptor-downregulatie of afknippen van receptoren, zoals sialezuur door neuraminidase bij influenza) of door binding aan tetherin, een interferon-geïnduceerde cellulaire receptor die virale partikels aan het membraan bindt. Het HIV-eiwit Vpu kan tetherin ongedaan maken. De vrijgekomen virions kunnen vervolgens nieuwe cellen infecteren, wat cel-naar-cel transmissie mogelijk maakt. Deze transmissiewijze beschermt het virus relatief tegen neutraliserende antistoffen omdat de blootstelling aan het extracellulaire milieu kort is [23](#page=23). ##### 3.2.5.1 Lytische levenscyclus (bacteriofaag) De lytische levenscyclus verloopt snel en resulteert in het afsterven van de bacterie. Bacteriofagen worden onderzocht voor potentieel gebruik als antibiotherapie, hoewel resistentieontwikkeling door mutatie van bacteriële receptoren een uitdaging vormt [24](#page=24). ##### 3.2.5.2 Temperate bacteriofaag (lysogene levenscyclus) De lysogene levenscyclus maakt overdracht naar dochtercellen mogelijk zonder schade aan gastheercellen. Een repressor-eiwit van de faag wordt tot expressie gebracht, wat replicatie van de faag onderdrukt. Bij inductie wordt de repressor afgebroken. Dit mechanisme is belangrijk voor transductie van antibioticaresistentie en toxines, en kan geïnduceerd worden door antibiotische stress [26](#page=26). ##### 3.2.5.3 Bacteriofaag kinetiek Bij gesynchroniseerde infecties met bacteriofagen kan de kinetiek van replicatie (soms binnen een half uur) en het aantal vrijgegeven infectieuze partikels per geïnfecteerde cel (burst size) gemeten worden. Er is een onderscheid in expressie tussen vroege (enzymen, regulatoren) en late (capside) eiwitten [28](#page=28). ##### 3.2.5.4 Dierlijke virussen Dierlijke virussen zijn vaak minder complex dan bacteriofagen, omdat ze geen celwand hoeven te penetreren. Ze groeien trager dan bacteriofagen door compartimentalisatie (kern-cytoplasma) en benodigde transporten [29](#page=29). * **Voorbeeld: Herpesvirussen** [29](#page=29). * Penetratie en uncoating [29](#page=29). * Genoom naar de kern, waar replicatie en packaging van dubbelstrengs DNA plaatsvinden [29](#page=29). * Expressie van mRNA in het 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 door het cytoplasmamembraan [29](#page=29). * Release [29](#page=29). * **Voorbeeld: Influenza (orthomyxovirus)** [29](#page=29). * Negatief-strengs RNA-virus, maar replicatie vindt plaats in de kern [29](#page=29). ##### 3.2.5.5 Hepatitis C virus (HCV) * HCV heeft een positief-strengs RNA-genoom dat na vrijlating in het cytoplasma wordt omgezet in één eiwit. Dit eiwit wordt, deels autocatalytisch, verknipt tot structurele eiwitten (core, envelop E1 en E2) en niet-structurele eiwitten (NS) [30](#page=30). * NS5B is het RNA-afhankelijk RNA-polymerase (RdRP) dat negatief-strengs kopieën en vervolgens nieuwe positief-strengs kopieën aanmaakt [30](#page=30). * De NS-proteasen en het polymerase zijn doelwitten van antivirale medicatie [30](#page=30). * Replicatie van HCV vindt plaats aan het membraan van het endoplasmatisch reticulum [30](#page=30). ##### 3.2.5.6 Human Immunodeficiency Virus (HIV) * Ligand-receptor herkenning vindt plaats [31](#page=31). * Fusie van de envelopmembraan met de cellulaire membranen, waarna het nucleocapside in het cytoplasma terechtkomt. Dit kan ook via endocytose met daaropvolgende membraanfusie gebeuren [31](#page=31). * In het cytoplasma zet het reverse transcriptase (RT) het RNA-genoom om naar DNA, vaak met fouten [31](#page=31). * Het dubbelstrengs DNA vormt een pre-integratiecomplex [31](#page=31). * Integratie in het gastheergenoom gebeurt door de integrase (IN) activiteit, waarbij de LTR-sequenties een rol spelen [31](#page=31). * Transcriptie van het provirus vindt plaats via de 5' LTR-promotoractiviteit, met behulp van cellulaire polymerasen, en verloopt foutloos [31](#page=31). * Polyadenylatie gebeurt via de 3' LTR-poly-A activiteit, en splicing is mogelijk [31](#page=31). * Gespliced en ongespliced RNA coderen voor eiwitten; het ongespliced (full-length) RNA dient ook als genoom [31](#page=31). * Budding vindt plaats aan het celmembraan [31](#page=31). * LTR staat voor 'long terminal repeat' sequentie [31](#page=31). ### 3.3 Interactie met het immuunsysteem Het aangeboren immuunsysteem reageert op virale infecties door specifieke moleculaire patronen (PAMPs) te herkennen. #### 3.3.1 PAMP-herkenning * **Viraal RNA:** * Dubbelstrengs RNA (dsRNA) wordt herkend door TLR3 (membraan) en RIG-I (cytoplasmatisch). dsRNA wordt door Dicer geknipt tot siRNA [17](#page=17) [19](#page=19). * Niet-gecapteerd RNA in het cytoplasma wordt herkend door RIG-I [17](#page=17). * RNA in het endosoom wordt herkend door TLR7 [17](#page=17). * **Viraal DNA:** * DNA in het endosoom (ongemethyleerd CpG) wordt herkend door TLR9 [17](#page=17). * DNA in het cytoplasma kan worden herkend door DNA-sensoren en inflammasomen [19](#page=19). #### 3.3.2 Cytoplasmatische en membraanreceptoren Naast membraanreceptoren zoals TLR3 zijn er ook cytoplasmatische receptoren zoals RIG-I en inflammasomen die virale componenten kunnen herkennen. Membraanreceptoren (bv. TLR9) en cytoplasmatische DNA-receptoren, evenals inflammasomen, detecteren ook DNA [19](#page=19). > **Tip:** Het onderscheid dat DNA-receptoren maken tussen endogeen en vreemd DNA is niet altijd duidelijk. Vrijgekomen endogeen DNA kan als 'damage signal' fungeren bij celdood. Bij auto-immuunziekten zoals lupus komen anti-DNA responsen en antistoffen voor [19](#page=19). #### 3.3.3 Signaaltransductie en interferonproductie De herkenning van PAMPs door pattern recognition receptors (PRRs) zoals Toll-like receptors (TLRs) triggert signaaltransductiewegens. Dit leidt tot de activatie van transcriptiefactoren zoals IRF3/7 en NF-κB. Deze factoren induceren de productie van interferonen (IFN) en andere cytokines zoals IL-1, IL-6 en TNF. Interferonen zetten de expressie aan van interferon-gestimuleerde genen (ISGs) in dezelfde of andere cellen [19](#page=19) [20](#page=20). #### 3.3.4 Interferon-gestimuleerde genen (ISGs) ISGs worden geïnduceerd door type I en type III interferonen. Deze ongeveer 300 genen zijn gericht op het blokkeren van virusreplicatie en zijn actief tegen zowel RNA- als DNA-virussen. Voorbeelden van ISGs en hun functies zijn [21](#page=21): * **Interferon-inducible transmembrane proteins (IFITM):** Blokkeren virusbinding en vrijlating uit het endosoom [21](#page=21). * **ISG15:** Een ubiquitin-achtig proteïne dat zich hecht aan andere eiwitten (ISG-ylation), wat hun turnover-tijd verkort [21](#page=21). * **Tetherin:** Voorkomt de vrijlating van virussen 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:** Fosforyleert de eukaryotische translatie-initiatiefactor EIF2A, wat eiwitsynthese stillegt [21](#page=21). > **Tip:** Neuraminidase speelt een rol bij de virusvrijlating, maar tetherin is een innate verdedigingslijn die virale partikels aan het membraan bindt [21](#page=21) [23](#page=23). ### 3.4 Aantonen van virussen Virussen kunnen worden aangetoond door bijvoorbeeld de zichtbare effecten van virusinfectie, zoals lysis van cellen, te observeren. Dit wordt gemeten als plaque-forming units (PFU) voor dierlijke virussen of via het cytopathisch effect. Hoge titers van virussen kunnen worden gedetecteerd door middel van verdunningen en de vorming van plaques [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 (prokaryoten) die kunnen bestaan als zelfstandige organismen. Ze kunnen variëren van nuttig tot ziekteverwekkend. | | Virussen | Microscopische infectieuze agentia die zich alleen kunnen repliceren binnen de levende cellen van andere organismen. Ze bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitlaag. | | Immuunsysteem | Het complexe netwerk van cellen, weefsels en organen dat het lichaam beschermt tegen infecties en ziekten door lichaamsvreemde stoffen te herkennen en te elimineren. | | Antimicrobiële middelen | Een brede klasse van medicijnen die worden gebruikt om infecties te bestrijden die worden veroorzaakt door micro-organismen zoals bacteriën, virussen, schimmels en parasieten. | | Species (bij bacteriën) | Een groep bacteriën die genetisch nauw verwant zijn en vergelijkbare kenmerken vertonen; bij bacteriën is het concept van species minder strikt gedefinieerd dan bij hogere organismen. | | Taxonomie | De wetenschappelijke classificatie van organismen in een hiërarchisch systeem op basis van hun gedeelde kenmerken en evolutionaire verwantschap. | | Artificiële minimale bacterie | Een theoretisch of experimenteel geconstrueerde bacterie die is gereduceerd tot het absolute minimum aan genen en componenten die nodig zijn voor overleving en replicatie. | | Genen | Een eenheid van erfelijk materiaal die de instructies bevat voor het maken van een specifiek eiwit of functionele RNA-molecuul, en die van een ouder op een nakomeling wordt doorgegeven. | | Groeiregulatie | Het proces waarbij de groei en reproductie van micro-organismen zoals bacteriën wordt gecontroleerd, beïnvloed door factoren zoals voedingsstoffen, temperatuur en de aanwezigheid van andere stoffen. | | Exponentiële groei | Een groeipatroon waarbij de populatie zich in een constante verhouding tot zijn huidige grootte vermenigvuldigt over een bepaalde tijdseenheid, wat resulteert in een steeds snellere toename. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij bacteriën signalen uitwisselen om de dichtheid van hun populatie te meten en collectieve gedragingen te coördineren, zoals de vorming van biofilms. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen, vaak bacteriën, die ingebed zijn in een zelfgeproduceerde extracellulaire matrix en vastgehecht zijn aan een oppervlak. | | pH-afhankelijkheid | De mate waarin de groei of activiteit van een organisme, zoals een bacterie, wordt beïnvloed door de zuurgraad (pH) van de omgeving. | | T-afhankelijkheid | Verwijst naar de afhankelijkheid van de temperatuur voor optimale groei of activiteit van een organisme, zoals een bacterie. | | Muten | Veranderingen in de DNA-sequentie van een genoom die spontaan kunnen optreden of worden veroorzaakt door externe factoren, en die kunnen leiden tot variatie binnen een populatie. | | Resistentie | Het vermogen van een micro-organisme, zoals een bacterie, om te overleven en te groeien ondanks de aanwezigheid van een antimicrobieel middel dat normaal gesproken dodelijk zou zijn. | | Virulentie | De mate waarin een ziekteverwekker in staat is om schade te veroorzaken aan de gastheer en ziekte te veroorzaken; het omvat aspecten zoals infectiviteit en pathogeniteit. | | Levenscyclus van virussen | De reeks gebeurtenissen die een virus ondergaat vanaf het moment dat het een gastheercel infecteert totdat nieuwe virusdeeltjes worden geproduceerd en vrijgegeven om nieuwe cellen te infecteren. | | Aangeboren immuunsysteem | Het eerste en algemene verdedigingsmechanisme van het lichaam tegen ziekteverwekkers, dat niet-specifiek is en geen geheugen heeft. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij het genetisch materiaal van een virus, zoals DNA of RNA dat is omgezet in DNA, wordt ingebouwd in het DNA van de gastheercel. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van een virus waarbij het zich in de gastheercel bevindt maar niet actief repliceert of ziekte veroorzaakt. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij normale cellen door een virus worden veranderd, waardoor ze ongecontroleerd gaan groeien en zich vermenigvuldigen, wat kan leiden tot kanker. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme dat niet kan repliceren of overleven buiten een levende gastheercel. | | Infectieus | In staat om een infectie te veroorzaken. | | Genoom | Het complete DNA- of RNA-molecuul dat de genetische informatie van een organisme of virus bevat. | | Replicatie | Het proces waarbij een organisme of virus zijn genetische materiaal kopieert om nieuwe kopieën van zichzelf te produceren. | | Gastheercel | Een levende cel die geïnfecteerd wordt door een virus, parasiet of bacterie. | | Celstructuur | De organisatie en componenten van een cel, zoals het celmembraan, cytoplasma en organellen. | | Organellen | Grote, gespecialiseerde structuren binnen een cel die bepaalde functies uitvoeren, zoals de nucleus of mitochondriën. | | Erfelijk materiaal | Het molecuul dat de genetische informatie bevat en wordt doorgegeven van generatie op generatie, zoals DNA of RNA. | | Chromosomen | Structuren in de celkern die DNA bevatten, georganiseerd in specifieke vormen. | | Structurele eiwitten | Eiwitten die bijdragen aan de fysieke structuur van een virusdeeltje of cel. | | Regulatoren | Moleculen, zoals eiwitten of RNA, die de expressie van genen of de activiteit van biologische processen reguleren. | | Eiwitmantel (capside) | De beschermende eiwitschaal die het genetische materiaal van een virus omgeeft. | | Nucleocapside | Het complex gevormd door het genetische materiaal van een virus en zijn eiwitmantel. | | Naakt virus | Een virus dat geen externe lipidenenvelop heeft, alleen de nucleocapside. | | Enveloppe (envelop) | Een buitenste membraanlaag die sommige virussen omgeeft, afgeleid van het celmembraan van de gastheercel. | | Glycoproteïnen | Eiwitten die gebonden zijn aan koolhydraatketens; op virussen spelen ze vaak een rol bij de binding aan de gastheercel. | | Receptoren (viraal) | Specifieke moleculen op het oppervlak van een virus die binden aan receptoren op de gastheercel om infectie mogelijk te maken. | | Matrix eiwitten | Eiwitten die zich onder de virale envelop bevinden en een rol spelen bij de assemblage en stabiliteit van het virion. | | Virion | Een compleet virusdeeltje dat buiten een cel wordt aangetroffen en in staat is om een nieuwe cel te infecteren. | | Classificatie (viraal) | Het organiseren van virussen in groepen op basis van gedeelde kenmerken, zoals genetisch materiaal, structuur en replicatiemechanisme. | | Indeling op basis van genoom | De classificatie van virussen voornamelijk op basis van het type genetisch materiaal (DNA of RNA) en de structuur daarvan (enkelstrengs of dubbelstrengs). | | Partikelgrootte | De afmeting van een virusdeeltje, vaak uitgedrukt in nanometers (nm). | | Genoomgrootte | De lengte van het genetisch materiaal van een virus, vaak uitgedrukt in kilobases (kb) of megabases (Mb). | | RNA virussen | Virussen die RNA als hun genetisch materiaal gebruiken. | | DNA virussen | Virussen die DNA als hun genetisch materiaal gebruiken. | | Naakte virussen (eigenschappen) | Kenmerken van virussen zonder envelop, zoals hun stabiliteit tegen omgevingsfactoren en de manier waarop ze vrijkomen uit de cel. | | Lyse van de geïnfecteerde cel | Het proces waarbij de geïnfecteerde cel barst en sterft, waardoor virusdeeltjes vrijkomen. | | Stabiliteit (viraal) | De weerstand van een virus tegen omgevingsomstandigheden zoals temperatuur, pH-veranderingen, detergenten en uitdroging. | | Verspreiding (viraal) | De manieren waarop virussen zich van de ene gastheer naar de andere verspreiden, bijvoorbeeld via druppeltjes, bloed of seksueel contact. | | Humorale immuniteit | De immuunrespons die wordt gemedieerd door antilichamen, geproduceerd door B-cellen. | | Cytotoxische cellen | Immuuncellen, zoals CD8 T-cellen en Natural Killer (NK) cellen, die geïnfecteerde cellen kunnen doden. | | Enveloppe virussen (eigenschappen) | Kenmerken van virussen met een lipidenenvelop, zoals hun labiliteit en de manier waarop ze vrijkomen uit de cel. | | Afsnoering (budding) | Een proces waarbij een virusdeeltje de celmembraan van de gastheercel meeneemt om zijn envelop te vormen en de cel verlaat zonder deze onmiddellijk te doden. | | Glycoproteïnen (viraal membraan) | Eiwitten die aan koolhydraten gebonden zijn en zich in de virale envelop bevinden, vaak betrokken bij de interactie met de gastheercel. | | Labiel (viraal) | Gevoelig voor afbraak of inactivatie door omgevingsfactoren. | | Gastro-intestinale tractus | Het spijsverteringskanaal, van de mond tot de anus. | | Cellulaire immuniteit | De immuunrespons die wordt gemedieerd door cellen, met name T-cellen, die direct geïnfecteerde cellen aanvallen. | | Virostatica | Medicijnen die de replicatie van virussen remmen. | | Pathogeen-inactivatie | Het proces waarbij ziekteverwekkende agentia, zoals virussen, onschadelijk worden gemaakt, vaak in medische preparaten. | | Solvens, detergenre methode | Een methode om virussen met een envelop te inactiveren door ze bloot te stellen aan zeepachtige stoffen (detergenten) die de lipidenenvelop beschadigen. | | Naakte virussen (resistentie) | De weerstand van naakte virussen tegen methoden die enveloppe virussen zouden inactiveren, zoals behandeling met detergenten. | | RNA virussen (specificaties) | Kenmerken van virussen met RNA als genetisch materiaal, inclusief hun grootte, mutatiesnelheid en de ontwikkeling van quasispecies. | | Quasispecies | Een populatie van nauw verwante, maar verschillende viraal genomen die in één gastheer voorkomen, ontstaan door snelle mutaties tijdens replicatie. | | RNA-afhankelijk RNA polymerase | Een enzym dat wordt gecodeerd door virussen en dat RNA als template gebruikt om nieuwe RNA-moleculen te synthetiseren. | | Consensus sequenties | Een representatieve sequentie die de meest voorkomende nucleotide op elke positie in een reeks verwante sequenties weergeeft. | | Fylogenetische boom | Een diagram dat de evolutionaire relaties en verwantschappen tussen verschillende soorten of genomen weergeeft, gebaseerd op genetische vergelijkingen. | | Pseudospecies | Een term die wordt gebruikt om de diversiteit binnen een viraal genoom binnen een gastheer te beschrijven, vergelijkbaar met quasispecies. | | Bacteriofaag | Een virus dat bacteriën infecteert. | | Retrovirussen | Een klasse van virussen die een RNA-genoom hebben en reverse transcriptase gebruiken om hun RNA om te zetten in DNA, dat vervolgens in het genoom van de gastheercel wordt geïntegreerd. | | HIV (Human Immunodeficiency Virus) | Het virus dat AIDS veroorzaakt. | | HTLV (Human T-lymphotropic Virus) | Virussen die leukemie kunnen veroorzaken. | | dsRNA | Dubbelstrengs RNA. | | Reoviridae | Een familie van virussen die dubbelstrengs RNA (dsRNA) bevatten, zoals rotavirus. | | ssRNA (-) | Enkelstrengs RNA met een negatieve polariteit. | | Rhabdoviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals rabiesvirus. | | Filoviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals ebolavirus. | | Paramyxoviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals mazelenvirus en paramyxovirus. | | Orthomyxoviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals influenzavirus. | | Bunyaviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals Hantaanvirus. | | Arenaviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals Lassa-koortsvirus. | | Deltavirus | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals hepatitis D-virus. | | ssRNA (+) | Enkelstrengs RNA met een positieve polariteit. | | Picornaviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals poliovirus en rhinovirussen. | | Calciviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals Norwalk-virus. | | Hepevirus | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals hepatitis E-virus. | | Astroviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals astrovirus. | | Coronaviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals coronavirus. | | Flaviviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals gele koorts virus en hepatitis C-virus. | | Togaviridae | Een familie van virussen met een enkelstrengs RNA-genoom, zoals Eastern Equine Encephalitis virus en rubellavirus. | | dsDNA | Dubbelstrengs DNA. | | Poxviridae | Een familie van virussen met dubbelstrengs DNA, zoals pokkenvirus. | | Herpesviridae | Een familie van virussen met dubbelstrengs DNA, zoals herpes simplex virus. | | Adenoviridae | Een familie van virussen met dubbelstrengs DNA, zoals adenovirus. | | Polyomaviridae | Een familie van virussen met dubbelstrengs DNA, zoals polyomavirus. | | Papillomaviridae | Een familie van virussen met dubbelstrengs DNA, zoals papillomavirus. | | ssDNA | Enkelstrengs DNA. | | Anellovirus | Een familie van virussen met enkelstrengs DNA. | | Parvoviradae | Een familie van virussen met enkelstrengs DNA, zoals parvovirus B19. | | Hepadnaviridae | Een familie van virussen met gedeeltelijk dubbelstrengs DNA en een RNA-tussenstap, zoals hepatitis B-virus. | | Postulaten van Koch | Een reeks criteria om een specifiek micro-organisme te identificeren als de oorzaak van een bepaalde ziekte. | | Elektronenmicroscoop (EM) | Een krachtige microscoop die elektronen gebruikt om beelden van zeer kleine objecten, zoals virussen, te creëren. | | Bacteriofaag studie | Het onderzoek naar virussen die bacteriën infecteren, wat een cruciale rol heeft gespeeld in de ontwikkeling van de moleculaire biologie. | | Celcultuur | Het kweken van cellen buiten het lichaam in een gecontroleerde omgeving, vaak gebruikt om virussen te bestuderen en te vermenigvuldigen. | | Reverse transcriptase | Een enzym dat RNA als template gebruikt om DNA te synthetiseren; cruciaal voor retrovirussen. | | Nucleotiden sequentie | De volgorde van de nucleotiden (bouwstenen van DNA of RNA) in een genetisch molecuul. | | Eukaryoot virus | Een virus dat eukaryote cellen (cellen met een celkern) infecteert. | | Papovavirus SV40 | Een klein dubbelstrengs DNA-virus dat apen en mensen kan infecteren, gebruikt als modelorganisme in onderzoek. | | Human herpes virus 8 (HHV8) | Een herpesvirus dat geassocieerd wordt met Kaposi-sarcoom. | | SARS-CoV-1 en SARS-CoV-2 | Virussen die SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) veroorzaken. | | Influenza H5N1 | Een type vogelgriepvirus dat potentieel gevaarlijk is voor mensen. | | Mpox | Een virale ziekte die voorheen bekend stond als apenpokken. | | Virale levenscyclus | De reeks stappen die een virus doorloopt om zich te repliceren, inclusief interactie met de gastheercel. | | Adsorptie | Het proces waarbij een virus zich bindt aan het oppervlak van een gastheercel via specifieke receptor-ligand interacties. | | Receptor-virusligand interactie | De specifieke binding tussen een molecuul op de gastheercel (receptor) en een molecuul op het virus (ligand). | | Restrictiefactor | Een cellulaire component of mechanisme dat de replicatie van een virus in een bepaalde cel voorkomt. | | Siaalzuur | Een type koolhydraat dat vaak voorkomt op celoppervlakken en dient als receptor voor sommige virussen, zoals influenza. | | CD4+co-receptor CCR5 of CXCR4 | Specifieke receptoren op T-cellen die door HIV worden gebruikt om de cel binnen te dringen. | | Neutraliserende antistoffen | Antilichamen die de infectiviteit van een virus kunnen blokkeren door te binden aan essentiële virale structuren. | | Recombinant HBs antigen | Een deel van het hepatitis B-virus (het oppervlakteantigeen) dat synthetisch is geproduceerd en wordt gebruikt in vaccins. | | Penetratiie | Het proces waarbij een virus het membraan van de gastheercel binnendringt om zijn genetisch materiaal vrij te geven. | | Endocytose | Een proces waarbij de cel een stof aan de buitenkant opneemt door het celmembraan te laten instulpen en een vesikel te vormen. | | Membraanfusie | Het proces waarbij de membranen van twee verschillende structuren, zoals een virusenvelop en het celmembraan, samensmelten. | | Uncoating | Het proces waarbij het virus zijn eiwitmantel verwijdert om het genetisch materiaal vrij te geven in de gastheercel. | | Hemagglutinine (HA) | Een eiwit op het oppervlak van influenza virussen dat essentieel is voor de binding aan de gastheercel en fusie van de virale envelop met het endosoommembraan. | | M2 kanaal | Een ionenkanaal in de envelop van influenza virussen dat een rol speelt bij de ontmanteling van het virus binnen de cel. | | Endosoom | Een met membraan omgeven blaasje binnen een cel dat betrokken is bij transport en verwerking van stoffen. | | Fusogeen eiwit | Een eiwit dat het samensmelten van membranen kan veroorzaken. | | Cytoplasma | Het deel van de cel dat zich buiten de celkern bevindt en de organellen bevat. | | Expressie (viraal genoom) | Het proces waarbij de genetische informatie in het virale genoom wordt omgezet in functionele eiwitten. | | Replicatie (viraal genoom) | Het proces waarbij het virale genoom wordt gekopieerd om nieuwe virusdeeltjes te produceren. | | Virostatica | Medicijnen die de replicatie van virussen remmen. | | PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern) | Moleculaire structuren die aanwezig zijn op pathogenen maar niet op gastheercellen, en die worden herkend door het immuunsysteem. | | TLR9 (Toll-like receptor 9) | Een immuunreceptor die specifiek viraal en bacterieel DNA herkent. | | TLR7 | Een immuunreceptor die viraal enkelstrengs RNA (ssRNA) herkent. | | RIG-I (Retinoic acid-inducible gene I) | Een cytoplasmatische receptor die viraal RNA herkent. | | Dicer | Een enzym dat dubbelstrengs RNA (dsRNA) opknipt in kleinere stukjes, zoals kleine interfererende RNA (siRNA). | | siRNA (small interfering RNA) | Kleine RNA-moleculen die een rol spelen bij genregulatie en RNA-interferentie, en die kunnen worden gegenereerd uit viraal dsRNA. | | PKR (Protein kinase R) | Een eiwit dat betrokken is bij de antivirale respons en de eiwitsynthese kan remmen door fosforylering van initiatiefactoren. | | EIF2A (Eukaryotic translation initiation factor 2 alpha) | Een eiwitfactor die essentieel is voor het initiëren van eiwitsynthese in eukaryote cellen. | | cGAS (cyclic GMP-AMP synthase) | Een DNA-sensor die een rol speelt bij de detectie van vreemd DNA in het cytoplasma en de antivirale respons activeert. | | RNAseL | Een enzym dat zowel viraal als cellulair RNA kan afbreken, en dat wordt geactiveerd door interferonen. | | Viraal virion productie | Het proces van assemblage en vorming van nieuwe, infectieuze virusdeeltjes binnen de gastheercel. | | Auto-assembly | Het spontane proces waarbij componenten van een virusdeeltje, zoals eiwitten, samenkomen om een functionele structuur te vormen. | | Maturatie | De laatste ontwikkelingsfase van een virusdeeltje, waarbij het infectieus wordt. | | Vrijstelling (virion) | Het proces waarbij nieuwe virusdeeltjes de gastheercel verlaten. | | Budding (viraal) | Het proces waarbij een virus de celmembraan van de gastheercel gebruikt om zijn envelop te vormen en de cel verlaat. | | Lyse (gastheercel) | Het barsten en doden van de gastheercel, wat resulteert in de vrijlating van virusdeeltjes. | | Receptor down-regulatie | Het verminderen van het aantal receptoren op het celoppervlak, een mechanisme om virusinfectie te voorkomen. | | Neuraminidase | Een enzym op het oppervlak van influenza virussen dat helpt bij de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes door de binding aan sialzuur te verbreken. | | Tetherin | Een cellulaire receptor die virale partikels aan het celmembraan bindt en zo de vrijlating van nieuwe virions belemmert. | | Vpu (virion protein unique) | Een eiwit van HIV dat de antivirale functie van tetherin tenietdoet. | | Cel-naar-cel transmissie | De overdracht van een virus van een geïnfecteerde cel naar een naburige cel, zonder dat het virus in het extracellulaire milieu wordt blootgesteld. | | Neutraliserende antilichamen | Antilichamen die de infectiviteit van een virus kunnen blokkeren door te binden aan virale structuren. | | Lytische levenscyclus | Een virale replicatiecyclus die leidt tot de vernietiging van de gastheercel. | | Bacteriofaag | Een virus dat bacteriën infecteert. | | Antibiotherapie | Het gebruik van antibiotica of andere middelen om bacteriële infecties te behandelen. | | Resistentie (bacteriofaag) | Het vermogen van bacteriën om resistent te worden tegen bacteriofagen, bijvoorbeeld door mutaties in de receptoren. | | Lysogene levenscyclus | Een virale replicatiecyclus waarbij het virale genoom in het gastheergenoom wordt geïntegreerd en replicatie plaatsvindt zonder de cel onmiddellijk te doden. | | Temperate bacteriofaag | Een bacteriofaag die zowel een lytische als een lysogene cyclus kan doorlopen. | | Transductie | Het proces waarbij genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht door een bacteriofaag. | | Antibiotica stress | De omstandigheden die worden veroorzaakt door de aanwezigheid van antibiotica, wat de lysogene cyclus van sommige faag-geïnfecteerde bacteriën kan induceren. | | Kinetiek van replicatie | De snelheid waarmee een virus zich repliceert binnen de gastheercel. | | Burst size | Het aantal nieuwe virusdeeltjes dat wordt geproduceerd en vrijgegeven uit één geïnfecteerde cel. | | Vroege eiwitten (viraal) | Eiwitten die vroeg in de virale replicatiecyclus worden gesynthetiseerd en vaak betrokken zijn bij genregulatie en replicatie-enzymen. | | Late eiwitten (viraal) | Eiwitten die laat in de virale replicatiecyclus worden gesynthetiseerd en vaak structurele componenten van het virus vormen, zoals capside-eiwitten. | | Dierlijk virus | Een virus dat dierlijke cellen infecteert. | | Compartimentalisatie | De aanwezigheid van verschillende functionele gebieden (compartimenten) binnen een cel, zoals de kern en het cytoplasma, die de processen van replicatie en expressie kunnen beïnvloeden. | | Kern (celkern) | Het organel in eukaryote cellen dat het genetisch materiaal bevat en waar veel processen van genexpressie en DNA-replicatie plaatsvinden. | | Nucleair lokalisatie signaal | Een specifieke aminozuursequentie op een eiwit die ervoor zorgt dat het eiwit naar de celkern wordt getransporteerd. | | Budding door nucleair membraan | Het proces waarbij virusdeeltjes de binnenste kernmembraan passeren. | | Hepatitis C virus (HCV) | Een virus dat hepatitis C veroorzaakt, een leverontsteking. | | Positief streng RNA genoom | Een RNA-genoom dat direct kan fungeren als messenger-RNA (mRNA) en door de ribosomen van de gastheercel kan worden vertaald naar eiwitten. | | Autocatalytisch | Een proces waarbij een molecuul, vaak een enzym, zichzelf kan knippen of modificeren. | | Structurele eiwitten (HCV) | Eiwitten die deel uitmaken van de virale structuur van HCV, zoals core en envelop E1/E2. | | Niet-structurele eiwitten (HCV) | Eiwitten die door HCV worden geproduceerd en betrokken zijn bij de replicatie en assemblage van het virus, maar geen deel uitmaken van de virale structuur. | | NS5B | Het RNA-afhankelijke RNA-polymerase (RdRP) van HCV, essentieel voor de replicatie van het virale genoom. | | Endoplasmatisch reticulum | Een netwerk van membranen in de cel dat betrokken is bij eiwit- en lipidesynthese. | | HIV (Human Immunodeficiency Virus) | Het virus dat AIDS veroorzaakt. | | Ligand-receptor herkenning | De specifieke interactie tussen een ligand (molecuul op het virus) en een receptor (molecuul op de cel) die nodig is voor virusinfectie. | | Fusie membraan enveloppe met cellulaire membranen | Het samensmelten van de lipidendubbellaag van de virale envelop met het celmembraan van de gastheercel, waardoor het virusdeeltje de cel binnendringt. | | Nucleocapside | Het complex gevormd door het genetische materiaal van een virus en zijn eiwitmantel. | | Omzetting van RNA naar DNA | Het proces van reverse transcriptie, waarbij RNA als template wordt gebruikt om DNA te synthetiseren. | | Pre-integratiecomplex | Een complex van virale componenten dat zich in de celkern bevindt voordat het virale DNA in het gastheergenoom wordt geïntegreerd. | | Integrase (IN) | Een enzym dat door retrovirussen wordt geproduceerd en dat het virale DNA in het genoom van de gastheercel integreert. | | LTR (Long Terminal Repeat) | Herhalende DNA-sequenties aan de uiteinden van het retrovirale genoom die belangrijk zijn voor integratie en transcriptie. | | Transcriptie | Het proces waarbij de genetische informatie van DNA wordt gekopieerd naar RNA. | | Provirus | De vorm van het virale genoom (DNA) die covalent is geïntegreerd in het genoom van de gastheercel. | | Promotor | Een DNA-sequentie die het beginpunt van genexpressie aangeeft en waar transcriptiefactoren binden. | | Cellulaire polymerasen | Enzymen in de gastheercel die verantwoordelijk zijn voor de transcriptie van DNA naar RNA. | | Polyadenylatie | Het toevoegen van een reeks adenine-nucleotiden (een poly-A-staart) aan het 3'-uiteinde van een RNA-molecuul, wat belangrijk is voor stabiliteit en transcriptie. | | Splicing | Het proces waarbij niet-coderende sequenties (intronen) uit een precursor-RNA worden verwijderd en de coderende sequenties (exonen) aan elkaar worden geplakt om een volwassen mRNA te vormen. | | Full length RNA | Het complete, ongesplitste RNA-genoom van een retrovirus, dat zowel de code voor eiwitten bevat als dient als genoom voor nieuwe virusdeeltjes. | | Aantonen van virussen | Methoden en technieken die worden gebruikt om de aanwezigheid van virussen te detecteren en te identificeren. | | Plaque forming units (PFU) | Een maat voor de concentratie van infectieuze virusdeeltjes in een monster, gebaseerd op het aantal plaques dat ze vormen in een celcultuur. | | Cytopathisch effect (CPE) | Veranderingen in het uiterlijk of gedrag van geïnfecteerde cellen die veroorzaakt worden door virusreplicatie en die zichtbaar zijn onder de microscoop. | | Hoge titer | Een hoge concentratie van infectieuze virusdeeltjes in een monster. | | Lage titer | Een lage concentratie van infectieuze virusdeeltjes in een monster. | | Plaques | Gebieden van celvernietiging of verandering in een celcultuur die worden veroorzaakt door de replicatie van virussen. | | Dilutie virus | Het proces van het verdunnen van een virusmonster om de concentratie te verminderen, vaak gebruikt bij titratiebepalingen. |

# Barrières tegen micro-organismen Het lichaam beschikt over een reeks gelaagde verdedigingsmechanismen om het binnendringen en vestigen van micro-organismen te voorkomen, bestaande uit fysieke, chemische en microbiële componenten, waarbij de normale flora een cruciale rol speelt [1](#page=1) [4](#page=4). ### 1.1 Fysieke barrières Fysieke barrières scheiden het lichaam van de externe omgeving en variëren in structuur afhankelijk van het lichaamsoppervlak [6](#page=6). #### 1.1.1 Meerlagig epitheel De huid, bestaande uit meerlagig epitheel bedekt met dode cellen, vormt een robuuste barrière die de penetratie van virussen door intacte huid verhindert. Huidepitheeldefecten bieden echter toegang voor micro-organismen zoals virussen, bacteriën en schimmels [6](#page=6). #### 1.1.2 Slijmvliezen De slijmvliezen van de luchtwegen, urinewegen, het maag-darmkanaal en de geslachtsorganen zijn opgebouwd uit levende cellen, vaak éénlagig, om uitwisseling van gassen en voedingsstoffen mogelijk te maken. Deze levende cellen kunnen echter een ingangspoort zijn voor virussen [6](#page=6). #### 1.1.3 Mechanische afvoer en celvernieuwing De fysieke barrières functioneren mede door mechanische processen: * **Spoelfunctie:** Een continue stroom van mucus voert micro-organismen af richting de uitgang [6](#page=6) [7](#page=7). * **Cellulaire turnover:** Snel vernieuwende epitheelcellen, zoals die in de darm die elke 3-4 dagen worden afgestoten, helpen bij het verwijderen van pathogenen [6](#page=6). * **Aanhechtingspreventie:** Bacteriën kunnen zich alleen aan slijmvliezen hechten door specifieke adhesiemoleculen. De schilfering van epithelia vereist constante herkolonisatie door bacteriën. Tandglazuur schilfert niet, wat het belang van poetsen benadrukt [7](#page=7). * **Trapping, filtering en afvoer:** Micro-organismen worden gevangen in slijm en afgevoerd door trilhaarcellen of ingeslikt. Beweging van lichaamsvloeistoffen zoals darmperistaltiek, speekselstroom en urinelediging zijn essentieel voor afvoer. Vernauwingen en incomplete lediging in de darm, urinewegen en luchtwegen verhogen het risico op infectie [7](#page=7). > **Voorbeeld:** Poststenotische pneumonie bij longcarcinoom, cholecystitis door een steen in de galwegen, en urineweginfecties bij een vergrote prostaat illustreren het risico van verminderde afvoer [7](#page=7). ### 1.2 Chemische barrière De chemische barrière omvat omgevingsfactoren, beschikbare metabole bronnen en specifieke antimicrobiële stoffen [8](#page=8). #### 1.2.1 Omgevingsfactoren Factoren zoals de aanwezigheid van zuurstof (anaeroob milieu in haarfollikels, colon, tandplak) en de zuurgraad (bv. vagina, maaginhoud) bepalen de groeiomstandigheden voor micro-organismen [8](#page=8). #### 1.2.2 Metabole bronnen * **Positieve invloeden:** De vagina levert glycogeen, een subron voor lactobacillen die lactaat produceren (melkzuur). De dikke darm biedt grote hoeveelheden onverteerd voedsel voor een complex microbieel systeem [8](#page=8). * **Negatieve invloeden:** Wat voor de ene soort gunstig is, kan voor de andere negatief zijn, wat leidt tot de vorming van specifieke niches [8](#page=8). * **Hormonale invloeden:** Hormonen beïnvloeden het metabolisme, wat effect heeft op de huid (vetten, talg), en vaginale epitheelcellen (glycogeen) [8](#page=8). #### 1.2.3 Antibacteriële stoffen en immuunglobulines * **Lysosyme:** Een enzym dat peptidoglycanen in bacteriële celwanden afbreekt [8](#page=8). * **Lipocaline/siderocaline:** Bindt bacteriële sideroforen (ijzer-bindende moleculen) om ijzer beschikbaar te maken voor degradatie door granulocyten, in plaats van voor bacteriële groei [8](#page=8) [9](#page=9). * **Defensines:** Humane antimicrobiële peptiden, korte kationische peptiden met hydrofobe delen die in membraan van bacteriën, virussen of schimmels kunnen inbreken. Alfa-defensines worden afgescheiden door neutrofielen, macrofagen en Paneth-cellen, terwijl bèta-defensines door epitheelcellen worden afgescheiden. Ze worden actief na secretie. Het aantal defensine genen varieert per individu [10](#page=10) [8](#page=8). * **Dimeer IgA:** Een vorm van immunoglobuline A [8](#page=8). ##### 1.2.3.1 De oorlog om ijzer Vertebraten minimaliseren vrij ijzer door ijzer-bindende moleculen zoals transferrine (Tf) en intracellulaire opslag (hemoglobine (Hb), ferritine (Fn)). Dit beperkt bacteriële groei. Bacteriën ontwikkelen strategieën om hiertegen te vechten: receptoren voor humane ijzer-bindende moleculen, aanmaak van eigen ijzer-bindende sideroforen, en hemolysines/cytolysines om ijzer uit cellen vrij te maken. Als reactie hierop produceren vertebraten siderocaline (Sn) die bacteriële sideroforen bindt voor opname door granulocyten. Gastheerdieren kunnen ook ijzeropname uit de darm stopzetten en ijzermobilisatie beperken [9](#page=9). ### 1.3 Barrière-functie van de normale flora De normale microflora, bestaande uit micro-organismen die op en in het lichaam leven, is een essentieel onderdeel van de barrière tegen pathogene organismen [11](#page=11) [4](#page=4). #### 1.3.1 Concurrentie en beïnvloeding * **Competitie:** De normale flora concurreert met potentieel pathogene micro-organismen om ruimte en voedingsstoffen [11](#page=11). * **Productie van metabolieten:** Sommige bacteriën bevorderen de groei van andere door het produceren van metabolieten of het creëren van gunstige pH [11](#page=11). * **Remming:** Andere bacteriën remmen de groei van pathogenen door de productie van metabolieten of 'bacteriocines' (door bacteriën zelf aangemaakte antibiotica) [11](#page=11). #### 1.3.2 Belang van de normale flora De normale flora heeft diverse functies, waaronder: * Productie van vitamines en hulp bij de vertering van voedsel [11](#page=11). * Stimulatie van het immuunsysteem [11](#page=11). * Vorming van endogene infecties bij verstoring [11](#page=11). * **Kolonisatieresistentie:** Door het bezetten van niches, het beïnvloeden van de lokale omgeving, en het remmen van de vestiging van nieuwe soorten of stammen, vormt de flora een belangrijke barrière tegen kolonisatie door pathogenen [11](#page=11). > **Tip:** De normale flora kan niet volledig worden geëlimineerd, maar kan wel tijdelijk of langdurig worden gewijzigd [11](#page=11). #### 1.3.3 Variatie in microflora De samenstelling van de microflora varieert sterk per locatie in en op het lichaam, aangepast aan de lokale fysisch-chemische omstandigheden. Dit geldt voor de huid, mondholte, luchtwegen, maag-darmtractus en het genitale stelsel [11](#page=11) [4](#page=4). > **Voorbeeld:** De flora op de huid verschilt tussen droge huid en huidplooien, en ook tussen de mondholte (lippen, wangen, tandoppervlak, tong, tonsillen, oropharynx) en de verschillende segmenten van het spijsverteringsstelsel [11](#page=11). --- # Microflora van verschillende lichaamsoppervlakken Dit gedeelte biedt een overzicht van de normale microflora en de bijbehorende barrières op diverse lichaamsoppervlakken, waaronder de huid, luchtwegen, maag-darmstelsel en urogenitale slijmvliezen [3](#page=3). ### 2.1 Barrières tegen micro-organismen Het lichaam beschikt over diverse barrières om micro-organismen buiten te houden of de groei ervan te beperken [2](#page=2). #### 2.1.1 Fysieke barrières Fysieke barrières scheiden het lichaam van de externe omgeving. De intacte huid vormt een zeer effectieve barrière tegen infecties door bacteriën en virussen. De hoornlaag van het epitheel is droog en zuur, wat de groei van veel micro-organismen ontmoedigt. Speeksel en talg bevochtigen bepaalde oppervlakken, waarbij talg lipofiele gisten zoals *Malassezia* ondersteunt. In de gehoorgang wordt oorsmeer (cerumen) geproduceerd. Epitheliale cellen, zoals keratinocyten, drukken receptoren uit van het aangeboren immuunsysteem (TLR, NOD, mannose receptoren) die PAMPs herkennen. Langerhanscellen in de epidermis fungeren als weefselmacrofagen die de barrière bewaken en inflammatie induceren bij detectie van gevaar. Over het algemeen is de bescherming tegen indringers via de intacte huid uitstekend, met weinig bacteriën die deze kunnen penetreren [13](#page=13) [2](#page=2). #### 2.1.2 Chemische barrières Chemische barrières omvatten stoffen die door het lichaam worden geproduceerd om micro-organismen te bestrijden [2](#page=2). #### 2.1.3 Barrière-functie: de normale flora De normale flora speelt een cruciale rol als barrière tegen pathogenen. Bepaalde bacteriën produceren metabolieten die de groei van onaangepaste bacteriën afremmen [13](#page=13) [2](#page=2). ### 2.2 Overzicht van lichaamsoppervlakken, barrières en microflora #### 2.2.1 Huidbarrière De huidbarrière is droog en zuur, met een oppervlakkige laag van gekeratiniseerd epitheel. De normale flora op de huid bestaat voornamelijk uit coagulase-negatieve stafylokokken, *Corynebacterium* en *Cutibacterium* spp. Andere soorten zijn transiënt aanwezig en verdwijnen snel. In vochtiger niches, zoals bij orificia, is er meer variatie met aanwezigheid van *S. aureus* en *Acinetobacter* [13](#page=13). **Verstoring van de huidbarrière:** * **Te nat:** Maceratie en occlusie (onder verband) kunnen leiden tot woekering van *S. aureus*, gramnegatieve staven en gisten, wat kan evolueren naar infectie [14](#page=14). * **Te vet:** Een toename van de lipofiele gist *Malassezia* kan schilfering (roos) veroorzaken [14](#page=14). * **Blokkering van talgklieren:** Stuwing van talg kan leiden tot acne, mede door woekering van *Cutibacterium* [14](#page=14). * **Defecten in de huid:** Grote defecten, zoals brandwonden, maken de huid zeer gevoelig voor infectie [14](#page=14). Dermatofyten zijn schimmels die keratine als voedsel gebruiken en oppervlakkige huid-, nagel- en haarinfecties kunnen veroorzaken [14](#page=14). ##### 2.2.1.1 Stafylokokken * **Coagulase-negatieve stafylokokken (o.a. *S. epidermidis*):** Deze zijn goed aangepast aan de droge huid en talrijk aanwezig. Ze veroorzaken geen infectie, zelfs niet bij grote huidletsels, maar kunnen bij aanwezigheid op vreemde lichamen (protheses) 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). ##### 2.2.1.2 *S. aureus* * **Bron, reservoir en overdracht:** *S. aureus* is een bacterie van de mens, met vochtige huidgebieden (neusgang, perineum) als belangrijkste reservoirs. Ongeveer 30% van de gezonde mensen is drager in de neus. Overdracht vindt plaats via droplets en contact (direct en indirect) [16](#page=16). * **Pathogenese:** De bacterie produceert toxines, enzymen, adhesines en escape-elementen die cel- en weefselinvasie, bescherming en pyogene infecties mogelijk maken. Het kan overleven in macrofagen en zich zo verspreiden via de bloedbaan, wat leidt tot metastatische infecties [16](#page=16). * **Ziekten door toxines:** Enterotoxines veroorzaken voedselintoxicaties. Toxic Shock Syndrome (TSS) toxine kan leiden tot shock en schilfering van handpalmen en voetzolen. Het Stafylokokken Scalded Skin Syndroom wordt gekenmerkt door huidloslating [16](#page=16). * **Immuniteit:** Immuniteit tegen *S. aureus* wordt bemoeilijkt door een B-cel superantigeen (SpA), wat levenslange bescherming voorkomt [17](#page=17). #### 2.2.2 Mondholte en bovenste luchtwegen De neusschelpen verwarmen en zuiveren de ingeademde lucht door turbulentie, waarbij stofdeeltjes en bacteriën worden opgevangen in speeksel en mucus. Hoesten, niezen en slikken dragen bij aan de afvoer van micro-organismen. Speeksel helpt bij de spijsvertering, buffert zuren en bevat een geringe hoeveelheid voedingsstoffen. Neusbijholten en middenoor zijn grotendeels bacterievrij [19](#page=19). * **Tanden:** De gingivo-creviculaire vloeistof in de sulcus gingivalis bevat eiwitten, immunoglobulines en macrofagen. Tandplak, een laag bacteriën, zet glucose om in zure metabolieten die glazuur kunnen oplossen en cariës veroorzaken [19](#page=19). * **Nasopharynx en oropharynx:** Het lymfoïde weefsel (ring van Waldeyer) in de keelholte koloniseert met potentieel pathogene bacteriën zoals meningokokken, *H. influenzae*, pneumokokken en *S. pyogenes*. Direct contact met het immuunsysteem voorkomt vaak infecties [20](#page=20). * **Mondholte:** De mondholte herbergt grote aantallen bacteriën, waaronder orale streptokokken [20](#page=20). * **Bescherming van diepe luchtwegen en darmkanaal:** De glottis, slijm, cilia, slikken, hoesten en niezen beschermen de diepe luchtwegen. Het maagzuur vormt een barrière voor het darmkanaal [20](#page=20). ##### 2.2.2.1 Streptokokken Streptokokken kunnen medisch worden ingedeeld in drie groepen: de pyogene groep, *S. pneumoniae*, en de *S. viridans*-groep (orale streptokokken) [21](#page=21). * **Lancefield-antigenen:** Deze celwand-antigenen worden gebruikt om species te onderscheiden, zoals *S. pyogenes* (Groep A streptokok) en *S. agalactiae* (Groep B streptokok) [22](#page=22). * **Hemolyse:** Op bloedagar kan hemolyse worden waargenomen: * **β-hemolytisch:** Volledige lysering van rode bloedcellen [22](#page=22). * **α-hemolytisch (vergroening):** Gedeeltelijke lysering [22](#page=22). * **γ-hemolytisch (niet-hemolytisch):** Geen lysering [22](#page=22). ##### 2.2.2.2 *S. pyogenes* (Groep A Lancefield streptokok) * **Bron, reservoir en overdracht:** Reservoir is de nasopharynx van de mens; overdracht via droplets of geïnfecteerde huidletsels. Kan tijdelijk koloniseren en ziekte veroorzaken of dragerschap [23](#page=23). * **Pathogenese:** Vele virulentiefactoren, waaronder adhesines, toxines, immuun ontwijkende moleculen en weefseldestructieve enzymen [23](#page=23). * **Infecties:** Keelontsteking, huid- en weke deleninfecties (impetigo, cellulitis, necrotiserende fasciitis), scarlatina (roodvonk), en andere infecties. Niet-pyogene complicaties (glomerulonefritis, artritis, hartklepletsels) ontstaan door immuuncomplexen of kruisreactiviteit van antilichamen [23](#page=23). * ***S. dysgalactiae* (Groep C/G streptokok):** Biologisch en qua infecties vergelijkbaar met *S. pyogenes*, maar minder frequent en met minder ernstige complicaties [23](#page=23). * **Bescherming:** Intacte barrières en antilichamen (type-specifiek) [24](#page=24). ##### 2.2.2.3 Orale streptokokken Dit is een grote groep van niet-virulente streptokokken die voornamelijk in de mondholte voorkomen. Ze worden ook wel *S. viridans* of vergroenende streptokokken genoemd [25](#page=25). * **Reservoir en overdracht:** Nasopharynx en andere slijmvliezen; overdracht via droplets of slijmvliescontact [25](#page=25). * **Infecties:** Over het algemeen weinig pathogeen. Kunnen deel uitmaken van gemengde flora bij abcessen. *S. mutans* speelt een rol bij cariës door lactaatproductie. Ze kunnen endocarditis veroorzaken na bacteriëmie, vooral bij beschadigde hartkleppen [25](#page=25). * **Pathogenese:** Glucanen worden geproduceerd om aan tandoppervlakken en hartkleppen te hechten [25](#page=25). ##### 2.2.2.4 De meningokok of *Neisseria meningitidis* * **Bron, reservoir en overdracht:** Reservoir is de nasopharynx van mensen; overdracht via droplets. Meestal asymptomatisch dragerschap [26](#page=26). * **Pathogenese:** Virulentiefactoren zoals kapsel, anticomplementaire moleculen en moleculair switchen van oppervlakte antigenen. Kan epitheelcellen binnendringen en de bloedbaan bereiken. Endotoxine (LPS) veroorzaakt een krachtige inflammatoire reactie. Kapsels (serotypes A, B, C) zijn belangrijke virulentiefactoren [26](#page=26). #### 2.2.3 Diepe luchtwegen De diepe luchtwegen zijn grotendeels steriel dankzij beschermende mechanismen zoals de glottis, ciliair epitheel, mucus, slikken, hoesten en niezen. Alveolaire macrofagen bieden bescherming in de alveoli. Infecties ontstaan vaak na kolonisatie van de nasopharynx en aspiratie. Chronische inflammatie kan leiden tot permanente kolonisatie door bacteriën. Gramnegatieve staven zijn geen verwekkers van community-acquired pneumonia, maar wel van hospital-acquired pneumonia bij risicopatiënten [27](#page=27) [28](#page=28). ##### 2.2.3.1 Bovenste en onderste luchtweginfecties (behalve pharyngitis) * **Pathogenese:** Verminderde barrièrefunctie (door koude, pollutie, allergie, virale infecties) maakt kolonisatie en infectie mogelijk. Virussen kunnen epitheelcellen binnendringen via specifieke receptoren. Sommige bacteriën, zoals *Streptococcus pyogenes*, pneumokokken en *H. influenzae*, zijn 'professionele' invadors die adhesie, inflammatie en toxines gebruiken [29](#page=29). ##### 2.2.3.2 *Streptococcus pneumoniae* of pneumokok * **Biologie:** Sterk verwant aan orale streptokokken, maar door verwerving van pathogenicity-islands zeer pathogeen geworden [30](#page=30). * **Bron, reservoir en overdracht:** Reservoir is de nasopharynx; overdracht via droplets of slijmvliescontact [30](#page=30). * **Infecties:** Invasieve infecties (pneumonie, meningitis) en respiratoire infecties (bronchitis, otitis, conjunctivitis) [30](#page=30). * **Pathogenese:** Kolonisatie van de nasopharynx en micro-aspiratie. Het kapsel is beschermend tegen neutrofielen en macrofagen. Pneumolysine is een sterk inflammatoire molecule [30](#page=30). * **Bescherming:** Stam-specifieke immuniteit (meer dan 90 kapseltypes); intacte barrières [31](#page=31) [32](#page=32). * **Preventie:** Voorkomen van risicofactoren en vaccinatie [31](#page=31). * **Diagnose:** Typische grampositieve diplokokken [31](#page=31). > **Tip:** *Streptococcus pneumoniae*, *Haemophilus influenzae* en *Moraxella catharralis* worden samen de "infernal trio" genoemd, omdat ze de meest frequente bacteriële verwekkers van luchtweginfecties zijn en hun natuurlijke biotoop de nasopharynx is [33](#page=33). #### 2.2.4 Gastro-intestinaal stelsel De maag vormt een belangrijke barrière vanwege zijn hoge zuurgraad, waardoor de meeste bacteriën niet overleven. *Helicobacter pylori* is een uitzondering, met de maagmucosa als zijn niche, waar het zuur neutraliseert met urease. Andere spijsverteringssappen, zoals gal, kunnen ook remmend werken op bacteriële groei. In de darm wordt bacteriële groei bevorderd door voedsel, dode darmcellen en metabolieten, en tegengewerkt door slijm, darmbewegingen en de aanwezigheid van immuuncellen. De darmflora, met meer dan 500 soorten in de feces, verschilt sterk van de flora aan het begin van het spijsverteringskanaal. Mucus in de colonwand verhindert de adherentie van bacteriën aan epitheelcellen. De microflora heeft invloed op algemene lichaamsconditie, hersenfuncties en de ontwikkeling van het immuunsysteem [35](#page=35) [36](#page=36). ##### 2.2.4.1 Enterokokken Enterokokken, voorheen *Streptococcus faecalis* genoemd, komen normaal gesproken alleen in de darm voor. Ze zijn resistent tegen veel antibiotica maar gevoelig voor ampicillines. Ze kunnen abcessen, urineweginfecties en endocarditis veroorzaken [38](#page=38). ##### 2.2.4.2 Anaeroben De *Bacteroides fragilis*-groep is resistenter dan andere anaeroben tegen antibiotica en speelt een rol bij gemengde abcessen en wondinfecties. Anaeroben zijn met 100 keer meer talrijk dan aeroben in de darm [38](#page=38). ##### 2.2.4.3 *Escherichia coli* *E. coli* is aangepast aan de darm van warmbloedige dieren en komt bij vrijwel alle individuen voor. De omgeving is gecontamineerd met *E. coli* in ontlasting, wat het een indicator maakt voor fecale contaminatie [38](#page=38) [39](#page=39). * **Pathogenese:** Een groot deel van het genoom is variabel, waardoor sommige stammen pathogenen zijn voor urinewegen en maag-darmkanaal. Commensale stammen kunnen conditionele infecties veroorzaken bij defecten van barrières of het immuunsysteem. Resistente stammen komen steeds vaker voor [39](#page=39). ##### 2.2.4.4 *E. coli*, Enterobacterales, gramnegatieve staven Deze groep bacteriën lijkt microscopisch op elkaar en deelt biologische eigenschappen. Ze zijn belangrijk in de infectieziekten, maar hun epidemiologie, ziekteverwekkend vermogen en gevoeligheid voor antibiotica variëren. *Pseudomonas aeruginosa*, *Acinetobacter*, en *Vibrio cholerae* zijn voorbeelden van bacteriën in deze bredere categorie [40](#page=40) [41](#page=41). #### 2.2.5 Urogenitale slijmvliezen * **Vagina (en urethra bij vrouw):** Gevoelig voor fysiologische veranderingen (menstruatiecyclus), nabijheid van anus/perineum, en invloed van sperma. In de geslachtsrijpe periode zorgen oestrogenen voor een dikker epitheel en glycogeenopslag. Lactobacillen gebruiken glycogeen en onderhouden een zure pH door melkzuurproductie, wat kolonisatieresistentie biedt. Voor en na de menopauze is deze flora minder aanwezig [42](#page=42). * **Mannelijke genitaliën:** Relatief stabieler, met prostaatsecretie die antibacteriële stoffen bevat. Minder contact met het anale gebied dan bij de vrouw. Beperkte, gemengde aeroob-anaerobe flora [42](#page=42). **Bescherming van urinewegen tegen infectie:** 1. **Mechanisch:** Wegspoelen door urinestroom; volledige lediging van de blaas is cruciaal [43](#page=43). 2. **Eigenschappen van urine:** Hoge osmolariteit en zure pH remmen bacteriële groei. Inhibitoren van bacteriële adherentie en lactoferrine werken ook beschermend [43](#page=43). 3. **Blaaswand:** Bevat immuuncellen en moleculen die de barrière vormen [43](#page=43). Urineweginfecties ontstaan door een minder goede barrière (vrouwelijke urinewegen), afvloeistoornissen van urine, of uropathogene soorten zoals uropathogene *E. coli* [43](#page=43). --- # Abnormale flora en dysbacteriose Dit onderwerp behandelt verstoringen van de normale microbiële flora, met name dysbacteriose, de gevolgen hiervan zoals abnormale kolonisatie, en concrete voorbeelden van ziektebeelden die hieruit voortkomen. ### 3.1 Abnormale flora (kolonisatie) Abnormale flora verwijst naar de aanwezigheid van micro-organismen op een locatie waar ze normaal niet of in zeer kleine aantallen voorkomen. Deze micro-organismen zijn vaak minder aangepast aan de specifieke ecologische omstandigheden van die locatie. De aanwezigheid van deze kiemen kan transiënt zijn en hoeft niet direct symptomen of ziekte te veroorzaken. Echter, onder invloed van ecologische veranderingen, zoals na antibioticagebruik, kunnen deze abnormale kolonisaties persisteren en zich ontwikkelen tot een symptomatische aanwezigheid, wat leidt tot een infectie [44](#page=44). **Voorbeelden van abnormale kolonisatie:** * **Urinewegen:** Patiënten die in het ziekenhuis zijn opgenomen, kunnen de urethra gekoloniseerd krijgen met *Pseudomonas* sp., die vervolgens een urineweginfectie kunnen veroorzaken [44](#page=44). * **Mondholte:** Bacteriën zoals *Bacteroides fragilis* en gramnegatieve staven (bv. *E. coli*, *Klebsiella*, *Serratia*) komen normaal gesproken niet voor in de mondflora, maar kunnen wel aangetroffen worden bij chronische ziekte, na meerdere antibioticabehandelingen of bij veranderde 'klaring' [44](#page=44). * **Darm:** Hoewel *E. coli* de belangrijkste aerobe gramnegatieve staaf in de normale darmflora is, kunnen na antibioticabehandeling andere species zoals *Enterobacter* sp. of *P. aeruginosa* dominant worden. Een veelvoorkomend voorbeeld, vooral na langdurig gebruik van breedspectrumantibiotica zoals amoxicilline-clavulaanzuur, is de overgroei van *Clostridioides difficile*, wat kan leiden tot post-antibiotische diarree [44](#page=44). * **Anatomische sites die normaal steriel zijn:** Bij veranderde 'klaring' kunnen anatomische locaties die normaal geen bacteriën bevatten, gekoloniseerd raken. Voorbeelden zijn de neussinussen bij chronische afwijkingen, de bronchiën bij bronchiëctasieën, en de blaas bij de aanwezigheid van een verblijfsonde [44](#page=44). Het belang van abnormale kolonisatie ligt in het feit dat het op zichzelf geen infectie is, maar wel kan evolueren tot een 'opportunistische' infectie. Deze opportunistische infecties zijn vaak moeilijker te behandelen omdat de veroorzakende micro-organismen resistenter kunnen zijn tegen de initieel voorgeschreven antibiotica [44](#page=44). ### 3.2 Dysbacteriose Dysbacteriose wordt gedefinieerd als een veranderde microbiële flora die aanleiding geeft tot symptomen of op de langere termijn gevolgen heeft voor de gezondheid. Het impliceert de aanwezigheid van micro-organismen (bacteriën en schimmels) die men doorgaans niet op een bepaalde locatie verwacht [44](#page=44) [45](#page=45). **Voorbeelden van dysbacteriosen:** * Bacteriële vaginose [45](#page=45) [46](#page=46). * Candida van huid en slijmvliezen, zoals vaginitis [45](#page=45) [47](#page=47). * Caries en parodontitis [45](#page=45) [48](#page=48). * Clostridioides difficile diarree [45](#page=45) [50](#page=50). * Ziekte van Crohn [45](#page=45) [50](#page=50). #### 3.2.1 Bacteriële vaginose Bacteriële vaginose (BV) is een veelvoorkomende aandoening waarbij de normale vaginale flora, die hoofdzakelijk gedomineerd wordt door *Lactobacillus* soorten, verandert naar een flora met een overwicht aan *Gardnerella vaginalis*, anaeroben, streptokokken en mycoplasmata [46](#page=46). * **Klinische tekenen:** Vuilgrijze afscheiding, een verhoogde vaginale pH en de aanwezigheid van stinkende metabolieten (amines) [46](#page=46). * **Symptomen:** Een penetrante, visachtige geur en een toename van de afscheiding [46](#page=46). * **Verloop:** De aandoening komt frequent voor en kan bij sommige vrouwen hardnekkig recidiverend zijn, zelfs ondanks adequate antibioticabehandeling. De precieze oorzaak van deze dysbacteriose is onbekend. Pogingen om BV te behandelen met probiotica (lokale toediening van lactobacillen) zijn tot op heden niet erg succesvol gebleken [46](#page=46). #### 3.2.2 Candida vaginitis Candida vaginitis ontstaat wanneer gistcellen, die normaal in zeer kleine aantallen aanwezig zijn in de vagina, gaan woekeren [47](#page=47). * **Klinische tekenen:** Een rode vagina met een wit beslag [47](#page=47). * **Symptomen:** (Witte) fluor (vaginale afscheiding) en een branderig gevoel [47](#page=47). * **Oorzaken en verloop:** Vaginale candidiase kan uitgelokt worden door antibioticagebruik, maar kan ook spontaan ontstaan. Bij sommige personen treden frequente of hardnekkige recidieven op zonder dat hiervoor een duidelijke onderliggende oorzaak aanwijsbaar is. Op een vaginaal uitstrijkje kunnen lactobacillen en gistcellen gezien worden; de Candida-cellen presenteren zich hierbij vaak als lange hyphen (pseudomycelia) [47](#page=47). Bacteriële vaginose en vaginale candidiase zijn de meest voorkomende microbiële oorzaken van vaginitis. Een derde, minder frequente oorzaak is een infectie veroorzaakt door de protozo *Trichomonas vaginalis* [47](#page=47). #### 3.2.3 Ziekten door tandplaque Tandplaque, een dikke laag bacteriën die zich vormt op tanden bij gebrek aan poetsen of tandzorg, kan leiden tot symptomen en letsels via twee belangrijke mechanismen. Deze processen kunnen zich veralgemenen in de mondholte of geconcentreerd zijn op 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 de oplossing van tandglazuur. Dit maakt de weg vrij voor bacteriële invasie, wat resulteert in tandbederf of caries [48](#page=48). * **Subgingivale plaque:** Bij de rand van de gingivale sulcus vindt woekering plaats van anaërobe gramnegatieve staven. Dit veroorzaakt inflammatie (gingivitis) en kan leiden tot verlies van steunweefsel en bot, bekend als parodontitis of parodontale afbraak, met als gevolg loskomen van tanden [48](#page=48). Caries en parodontitis zijn significante oorzaken van tandabcessen en vormen tevens een risico voor bacteriëmie en de ontwikkeling van endocarditis of andere metastatische infecties [48](#page=48). #### 3.2.4 Clostridioides difficile diarree *C. difficile* is een belangrijke verwekker van diarree die optreedt tijdens of na antibioticagebruik. De symptomen kunnen variëren van banaal tot zeer ernstig, met onder andere ulcera en perforatie [50](#page=50). * **Pathogenese:** Kleine hoeveelheden van de bacterie, inclusief sporen, zijn normaal aanwezig in de darm. De ziekte ontstaat door een verstoring van de normale darmflora, waardoor *C. difficile* kan toenemen en toxines gaat produceren. Na genezing treedt er doorgaans weer een inperking van de *C. difficile* aantallen op, mede dankzij de normale flora [50](#page=50). * **Recidieven en resistentie:** Sommige patiënten blijven recidiveren ondanks behandeling met 'gepaste' antibiotica zoals orale metronidazol of vancomycine. De bacterie kan in de omgeving van de patiënt overleven als sporen, wat een verhoogd risico op verspreiding in ziekenhuizen met zich meebrengt [50](#page=50). * **Behandelingsinzicht:** Dat de infectie een uiting is van dysbacteriose wordt geïllustreerd door het succes van fecestransplantatie (van een gezonde donor) om de darmflora te herstellen [50](#page=50). **Casus van *C. difficile* diarree:** Een 66-jarige man, opgenomen voor een coloncarcinoom, ontwikkelde na profylactische antibiotica en het langdurig dragen van een blaassonde, koorts en hevige diarree na de operatie. Laboratoriumonderzoek bevestigde een positieve test voor *Clostridioides difficile* antigen, en coloscopie toonde grote membranen aan. Aanvankelijk werd vancomycine oraal voorgeschreven, maar dit had onvoldoende effect, waardoor de patiënt werd overgeplaatst naar intensieve zorgen. Daar werd vancomycine gestopt en vervangen door intraveneus metronidazol, waarna de patiënt snel herstelde [49](#page=49). #### 3.2.5 Ziekte van Crohn De ziekte van Crohn is een chronische, vaak moeilijk te behandelen ziekte van het maag-darmkanaal. Er is steeds meer bewijs dat deze ziekte mede veroorzaakt wordt door een intestinale dysbacteriose [50](#page=50). > **Tip:** Dysbacteriose zelf is geen infectie, maar een verstoorde balans in de microbiële gemeenschap. Het creëert echter wel een omgeving waarin opportunistische infecties kunnen ontstaan en gedijen, vaak met een verhoogde resistentie tegen standaardbehandelingen. > > **Tip:** Let bij de behandeling van infecties die mogelijk verband houden met dysbacteriose op de rol van antibiotica. Hoewel ze infecties bestrijden, kunnen ze ook de onderliggende dysbacteriose verergeren of nieuwe dysbacteriose veroorzaken. --- # Positieve beïnvloeding van de microflora Het positief beïnvloeden van de microflora richt zich op het omkeren of voorkomen van dysbacteriose door middel van verschillende strategieën [51](#page=51). ### 4.5.1. Interferentiestrategieën Verschillende methoden worden ingezet om de microflora positief te beïnvloeden [51](#page=51). #### 4.5.1.1. Probiotica Probiotica zijn levende micro-organismen die, wanneer in adequate hoeveelheden toegediend, een gezondheidsvoordeel bieden aan de gastheer. Voorbeelden hiervan zijn *Saccharomyces* sp. (bakkersgist) en lactobacillen. Ze worden vaak gebruikt voor algemene gezondheid en fitheid, en ter bestrijding van obstipatie of diarree na antibioticagebruik [51](#page=51). #### 4.5.1.2. Prebiotica Prebiotica zijn voedingsbestanddelen die preferentieel bepaalde bacteriën in de darm laten toenemen zonder dat deze bacteriën zelf direct worden toegediend [51](#page=51). #### 4.5.1.3. Stoelgangstransplantatie Stoelgangstransplantatie (ook wel fecestransplantatie genoemd) is inmiddels erkend als de beste behandeling voor recidiverende *Clostridioides difficile* diarree [51](#page=51). ### 4.5.2. Huidige stand van onderzoek en controverses Veel interventies gericht op de microflora blijven controversieel en zijn moeilijk te bewijzen met goede klinische studies. Dit komt mede doordat deze producten vaak worden aangeboden als voedingssupplementen en daardoor niet onder de strenge regelgeving voor geneesmiddelen vallen [51](#page=51). Onderzoek naar de commensale flora middels deep sequencing, waarbij microbiomen worden bestudeerd, heeft geleid tot de vaststelling van correlaties tussen bepaalde flora-types en chronische darmziekten, zwaarlijvigheid en neurologische aandoeningen. Nieuwe studies zullen naar verwachting leiden tot verdere ontdekkingen en mogelijk nieuwe behandelingen of interventies [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 | |------|------------| | Barrières | Fysische, chemische, microbiële en immunologische mechanismen die organismen buiten het lichaam houden. | | Normale flora | De gemeenschap van micro-organismen die van nature op en in het lichaam leven zonder ziekte te veroorzaken; ook wel commensale flora genoemd. | | Kolonisatie | De aanwezigheid van micro-organismen op een lichaamsoppervlak zonder dat dit leidt tot symptomen of weefselschade. | | Infectie | De invasie en vermenigvuldiging van ziekteverwekkende micro-organismen in het lichaam, wat kan leiden tot schade aan weefsels en symptomen. | | Dysbacteriose | Een verstoring van de normale balans van micro-organismen in een ecosysteem, zoals de darmflora, wat kan leiden tot gezondheidsproblemen. | | Fysische barrières | De structurele scheidingen tussen het lichaam en de externe omgeving, zoals de huid en slijmvliezen, die de toegang van micro-organismen beperken. | | Chemische barrière | Verdedigingsmechanismen die gebruikmaken van chemische stoffen, zoals maagzuur, speeksel, antimicrobiële peptiden (defensines) en de strijd om ijzer, om de groei van micro-organismen te remmen. | | Sideroforen | Moleculen die door bacteriën worden geproduceerd om ijzer uit de omgeving te binden, wat essentieel is voor hun groei en overleving. | | Defensines | Kleine, kationische antimicrobiële peptiden die door gastheercellen worden uitgescheiden om bacteriële, virale of schimmelmembranen te doorboren. | | Bacteriocines | Antibiotica die door bacteriën zelf worden geproduceerd om de groei van concurrerende bacteriën te remmen. | | Kolonisatieresistentie | Het vermogen van de normale flora om de vestiging van nieuwe micro-organismen te voorkomen door competitie om ruimte en voedingsstoffen, en door het creëren van een ongunstige omgeving. | | Coagulase-negatieve stafylokokken | Een groep stafylokokken, waarvan Staphylococcus epidermidis de meest voorkomende is, die meestal commensalen zijn op de huid en zelden infecties veroorzaken, tenzij op vreemde lichamen. | | S. aureus | Staphylococcus aureus, een pathogene bacterie die huidinfecties, abcessen en toxinetoxicose kan veroorzaken. Het kan ook in de neusgaten en het perineum van gezonde personen voorkomen. | | Toxines | Giftige stoffen die door micro-organismen worden geproduceerd en die cellulaire functies kunnen verstoren of weefselschade kunnen veroorzaken. | | Enterotoxines | Toxines die door bacteriën worden geproduceerd en die diarree en braken veroorzaken, meestal door het consumeren van besmet voedsel. | | Toxic Shock Syndrome Toxin (TSST) | Een superantigeen geproduceerd door sommige stammen van Staphylococcus aureus, dat kan leiden tot levensbedreigende toxische shock. | | Adhesines | Moleculen aan het oppervlak van bacteriën die helpen bij de aanhechting aan gastheercellen of oppervlakken, wat een eerste stap is in kolonisatie en infectie. | | Pathogenicity islands | Grote segmenten van het genoom van een pathogeen die genetische informatie bevatten voor virulentiefactoren, waardoor de bacterie pathogeen wordt. | | Neisseria meningitidis | Een bacterie die hersenvliesontsteking (meningitis) en septikemie kan veroorzaken, voornamelijk via nasofaryngeale kolonisatie en overdracht via druppels. | | Streptococcus pneumoniae (pneumokok) | Een veelvoorkomende oorzaak van bacteriële pneumonie, meningitis en otitis media, die nasofaryngeaal koloniceren en zich verspreiden. | | Virulentiefactoren | Kenmerken van een micro-organisme die bijdragen aan zijn vermogen om ziekte te veroorzaken, zoals toxines, enzymen, adhesines en immuunontwijkende mechanismen. | | Enterokokken | Een groep bacteriën die normaal in de darm voorkomen en resistent kunnen zijn tegen veel antibiotica; ze kunnen urineweginfecties, abcessen en endocarditis veroorzaken. | | Anaeroben | Micro-organismen die kunnen groeien in afwezigheid van zuurstof. | | Escherichia coli (E. coli) | Een bacterie die een veelvoorkomend onderdeel is van de normale darmflora, maar ook uropathogene en enteropathogene stammen kan hebben die infecties veroorzaken. | | Urogenitale slijmvliezen | De slijmvliezen van de urinewegen en de geslachtsorganen, die hun eigen beschermende mechanismen en normale flora hebben. | | Lactobacillen | Bacteriën die melkzuur produceren en een belangrijke rol spelen in de bescherming van de vagina door een zure pH te handhaven. | | Lactoferrine | Een eiwit in lichaamsvloeistoffen dat ijzer bindt, wat de groei van bacteriën remt, aangezien ijzer essentieel is voor hun metabolisme. | | Dysbacteriose | Een verstoring in de balans van de normale flora, waarbij abnormale micro-organismen de overhand krijgen, wat kan leiden tot ziekte. | | Clostridioides difficile (C. difficile) | Een bacterie die diarree kan veroorzaken, vooral na antibioticagebruik, door de productie van toxines die de darmwand beschadigen. | | Fecestransplantatie | 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 terugkerende C. difficile infecties. | | 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 gunstige bacteriën in de darm stimuleren. |

# Reservoir en overdracht van infectieziekten Dit onderwerp behandelt de bronnen waar ziekteverwekkers zich in stand houden en de mechanismen waarmee ze van het ene naar het andere organisme worden overgedragen [1](#page=1) [4](#page=4). ### 1.1 De rol van het reservoir Het reservoir is de "pool" waarin een micro-organisme zich in stand kan houden door replicatie en van waaruit een vatbare gastheer besmet kan worden [4](#page=4). * **Mens als reservoir:** Vaak is de mens het primaire reservoir, zoals bij het poliovirus. Als het reservoir zich bij de mens bevindt, kan vaccinatie potentieel het reservoir uitroeien, wat leidt tot kudde-immuniteit [4](#page=4) [5](#page=5). * **Dieren als reservoir:** Soms zijn ook dieren gastheren die het reservoir vormen, zoals bij de lintworm (Taenia) of malaria (Plasmodium). Wanneer het reservoir zich in dieren bevindt, heeft vaccinatie op de mens geen directe invloed op het reservoir zelf. Als de mens een eind- of tussengastheer is, maar niet deel uitmaakt van het reservoir omdat de kiem zich niet in de mens kan in stand houden, kan uitroeiing van de dierlijke gastheren theoretisch het reservoir vernietigen, zoals bij aviaire influenza [4](#page=4) [5](#page=5). * **Omgeving als reservoir:** Bij uitbreiding kan de hele wereld, inclusief dode materie, dienen als reservoir. Voorbeelden hiervan zijn *Clostridium tetani* (in aarde/vuil) en *Legionella* [4](#page=4). ### 1.2 Overdracht van ziekteverwekkers Het transport van de kiem van het reservoir naar de gastheer gebeurt door middel van een vector (een levend organisme) of een carrier [4](#page=4). * **Voorbeelden van overdracht:** * **Poliovirus:** Via zaken of vloeistoffen die besmet zijn met menselijke stoelgangresten en ingeslikt worden [4](#page=4). * **Taenia saginata (rundsworm):** Via rauw rundsvlees dat besmet is met cysten, of via zaken/vloeistoffen besmet met runder- of menselijke stoelgangresten die ingeslikt worden [4](#page=4). * **Plasmodium spp. (malaria):** Via de Anopheles mug, door bloed. Het uitroeien van de vector, zoals muggen bij malaria, kan de verspreiding stoppen [4](#page=4) [5](#page=5). * **Clostridium tetani (tetanus):** Via aarde of vuil dat besmet is met de bacteriën of sporen en in wonden terechtkomt [4](#page=4). * **Vibrio cholerae (cholera):** Via water of voeding besmet met de bacteriën uit menselijke fecaliën [4](#page=4). * **Toxoplasma gondii:** Via onvoldoende verhit vlees, groenten die in de openlucht zijn gekweekt, of andere zaken die besmet zijn met (katten)stoelgangresten [4](#page=4). ### 1.3 Gastheer types en transmissie De gastheer kan een tussengastheer of een eindgastheer zijn [6](#page=6). * **Tussengastheer:** Een tussengastheer neemt deel aan de levenscyclus van de parasiet, maar horizontale verspreiding binnen deze gastheersoort is niet mogelijk. Voor *Toxoplasma gondii* is de mens een tussengastheer; directe mens-mens besmetting is hierdoor doorgaans niet mogelijk, behalve in specifieke gevallen zoals bij kanibalisme. Verticale transmissie (van moeder op kind) is wel mogelijk [6](#page=6). * **Eindgastheer:** Een eindgastheer is een organisme waarin de parasiet zich seksueel kan voortplanten en dat horizontale verspreiding mogelijk maakt [6](#page=6). ### 1.4 Transmissietypen * **Horizontale transmissie:** Dit is de meest voorkomende vorm van infectieoverdracht, waarbij ziekteverwekkers van de ene individuele gastheer op de andere worden overgedragen. Dit wordt verwacht in dichtbevolkte menselijke populaties [6](#page=6). * **Verticale transmissie:** Deze vorm van transmissie vindt plaats van een ouder op de nakomelingen, bijvoorbeeld van moeder op kind tijdens de zwangerschap, bevalling of borstvoeding. Verticale transmissie wordt belangrijker in kleine, geïsoleerde gemeenschappen [6](#page=6). > **Tip:** Begrijpen welk organisme fungeert als reservoir en de specifieke overdrachtsmechanismen zijn cruciaal voor het ontwikkelen van effectieve preventie- en bestrijdingsstrategieën voor infectieziekten. > **Voorbeeld:** De uitroeiing van de Anopheles mug (vector) heeft wereldwijd geleid tot een drastische vermindering van malaria in veel gebieden, wat illustreert hoe het aanpakken van de overdrachtsroute een infectieziekte kan indammen [5](#page=5). --- # Onderscheid tussen exogene en endogene infectieziekten Dit hoofdstuk legt het verschil uit tussen infecties die worden veroorzaakt door externe pathogenen en infecties die voortkomen uit de eigen flora van het lichaam, vaak bij verminderde weerstand [2](#page=2) [3](#page=3). ### 6.1.1. Exogene infectieziekten Exogene infectieziekten treden op wanneer de ziekteverwekker (het pathogeen) oorspronkelijk niet tot de normale flora van het lichaam behoorde. Dit zijn de typische pathogenen die we associëren met infectieziekten, zoals *Salmonella*, Hepatitis B virus (HBV) en influenza. Ook infecties veroorzaakt door een tijdelijke "passant" in de flora, zoals *Neisseria meningitidis*, worden beschouwd als exogeen [3](#page=3). > **Tip:** Denk bij exogene infecties aan ziekteverwekkers die van buiten het lichaam komen en een nieuwe infectie veroorzaken. ### 6.1.2. Endogene infectieziekten Endogene infectieziekten ontstaan wanneer een reeds aanwezige kiem uit de eigen lichaamsflora, onder invloed van verminderde weerstand, een (opportunistische) infectieziekte veroorzaakt. Dit treedt vaak op wanneer bacteriën die normaal gesproken deel uitmaken van de darmflora of huidflora, weefsels binnendringen. Een ander voorbeeld is wanneer micro-organismen uit de flora van de bovenste luchtwegen afdalen naar de lagere luchtwegen en daar een infectie veroorzaken. Ook (herpes)virussen kunnen analoog een endogene infectie veroorzaken, zoals koortsblaasjes (herpes simplex virus) of gordelroos (varicella zoster virus) [3](#page=3). > **Voorbeeld:** Een patiënt met een verzwakt immuunsysteem na een chemokuur ontwikkelt een longontsteking veroorzaakt door bacteriën die normaal gesproken in de keelholte aanwezig zijn. ### 6.1.3. Rol van de arts bij endogene infecties De arts kan een significante rol spelen in het optreden van endogene infecties. Het gebruik van antibiotica kan bijvoorbeeld leiden tot een verstoring van de normale flora, waardoor opportunistische kiemen de overhand krijgen. Invasieve technieken, zoals het plaatsen van katheters of het uitvoeren van operaties, kunnen de normale barrières van het lichaam doorbreken en zo endogene pathogenen toegang geven tot anders steriele gebieden. Ook immunosuppressiva, medicijnen die de afweer onderdrukken, verhogen het risico op endogene infecties [3](#page=3). > **Conclusie:** Doordacht handelen door de arts en het strikt respecteren van hygiëneprotocollen zijn cruciaal om het ontstaan van endogene infecties te minimaliseren [3](#page=3). --- # Epidemiologie en de verspreiding van HIV Dit deel behandelt de principes van epidemieën, de specifieke verspreiding van HIV, en illustreert dit met analyses van clusters en moleculaire evolutie. ### 3.1 Epidemieën in het algemeen Een epidemie wordt onderhouden door voldoende geschikt contact tussen vatbare personen. Transmissie van een infectieziekte veronderstelt geschikt contact tussen een vatbaar persoon en een infectieus agens [10](#page=10) [8](#page=8). ### 3.2 De verspreiding van HIV #### 3.2.1 HIV-1 pandemie: oorsprong en vroege verspreiding * **Oorsprong in Centraal Afrika:** De HIV-1 pandemie begon in Centraal Afrika [11](#page=11). * **Moleculaire evolutie en oorsprong:** * Moleculaire klok simulaties, gebaseerd op de snelheid van mutaties in het virus, suggereren dat een gemeenschappelijke voorouder van HIV-1 rond de wisseling van de 19e en 20e eeuw moet zijn ontstaan [9](#page=9). * Deze voorouder maakte waarschijnlijk een succesvolle sprong van aap naar mens, mogelijk tijdens de jacht op of bereiding van apenvlees [9](#page=9). * Er is direct bewijs van uitgebreide diversiteit van HIV-1 in Kinshasa rond 1960 [9](#page=9). * **Vroege verspreiding en bevolkingsgroei:** * De doorbraak van de epidemie in Belgisch Congo correleert met de bevolkingsexplosie in Afrikaanse steden, zoals Kinshasa [10](#page=10). * Voor de ontdekking van aids in 1981, stierven honderdduizenden zwarte mensen waarschijnlijk onopgemerkt aan de ziekte [9](#page=9). * HIV-1 kan al vele jaren in Centraal Afrika aanwezig zijn geweest voordat verhoogde migratie en sociaaleconomische onrust het virus vanaf eind jaren '70 begon te verspreiden [11](#page=11). * **Verspreiding buiten Afrika:** * Vanuit Afrika verspreidde het virus zich naar Europa [11](#page=11). * Via Haïti (nakomelingen van slaven met familiebanden in Afrika) verspreidde het virus zich naar Amerika [11](#page=11). * Buiten Afrika traden de meeste infecties op bij mannen [11](#page=11). #### 3.2.2 Epidemiologische clusteranalyse en seksuele transmissie * **Voorbeeld van seksuele transmissie:** Een voorbeeld van een epidemiologische clusteranalyse illustreert de verspreiding van HIV via seksueel contact [7](#page=7). * De indexpatiënt (patiënt 0) verspreidt het virus door seksueel contact [7](#page=7). * In het getoonde voorbeeld is de indexpatiënt een homofiele steward van Air Canada die door seksuele contacten het virus verspreidde in verschillende Amerikaanse steden [7](#page=7). * Zijn seksuele partners gaven het virus vervolgens door aan derden [7](#page=7). * **Representatie van patiënten:** In een epidemiologische clusteranalyse wordt elke cirkel gebruikt om een patiënt weer te geven [7](#page=7). * Informatie die per patiënt kan worden weergegeven is de stad van diagnose en de symptomen [7](#page=7). * Voorbeelden van symptomen zijn Kaposi sarcoom (KS), Pneumocystis jiroveci (carinii) pneumonie (PCP), of andere opportunistische infecties (other OI) [7](#page=7). * Lijnen die cirkels verbinden, geven seksuele blootstelling aan [7](#page=7). #### 3.2.3 Moleculaire analyse en verwantschap * **RNA-sequentie homologie:** Moleculaire analyses, zoals het vergelijken van RNA-sequenties, tonen de verwantschap tussen verschillende HIV-isolaten [9](#page=9). * **Lijnlengte als maat voor verwantschap:** Hoe verder twee sequenties van elkaar verwijderd zijn op een fylogenetische boom (weergegeven door de lengte van de lijnen), hoe minder verwant ze zijn [9](#page=9). ### 3.3 Belangrijke concepten voor epidemieonderhoud * **Reproductiegetal ($R_0$):** Een epidemie kan slechts worden onderhouden als er voldoende geschikte contacten tussen vatbare personen plaatsvinden, wat neerkomt op een reproductiegetal ($R_0$) groter dan 1 [10](#page=10). * Het concept $R_0$ is cruciaal voor het begrijpen van de aanhouding van een epidemie. Als $R_0 > 1$, groeit het aantal geïnfecteerden exponentieel. Als $R_0 < 1$, sterft de epidemie uit. Als $R_0 = 1$, stabiliseert de situatie [10](#page=10). > **Tip:** De analyse van moleculaire evolutie, zoals RNA-sequentie homologie en moleculaire klokken, biedt cruciale inzichten in de historische oorsprong en verspreidingspatronen van virussen zoals HIV. > **Voorbeeld:** De clustering van patiënten met HIV in een geografisch gebied, zoals geschetst in de analyse van de steward, kan helpen bij het identificeren van bronnen van infectie en het begrijpen van lokale transmissieketens. --- # Verplicht aan te geven infectieziekten Dit onderwerp behandelt de wettelijke verplichting voor artsen en laboratoria om bepaalde infectieziekten te melden, de redenen achter deze meldingsplicht, en de praktische uitvoering hiervan. ### 4.1 De meldingsplicht De meldingsplicht voor infectieziekten is ingesteld door de overheid en geldt voor specifieke zorgprofessionals en instellingen. #### 4.1.1 Wie is meldingsplichtig? De volgende personen en instanties zijn verplicht infectieziekten te melden: * Behandelende artsen [17](#page=17). * Artsen van het centrum voor leerlingenbegeleiding [17](#page=17). * Bedrijfsartsen [17](#page=17). * Artsen belast met het medisch toezicht op kinderen en jongeren in voorzieningen [17](#page=17). * CRA-artsen (coördinatie in woonzorgcentra) [17](#page=17). * Instellingsartsen [17](#page=17). * Het hoofd van het laboratorium microbiologie waar het onderzoek plaatsvond [17](#page=17). #### 4.1.2 Rationale voor de meldingsplicht De belangrijkste redenen voor de meldingsplicht zijn: * **Urgentie:** Snel signaleren is cruciaal om de verspreiding van infectieziekten te beheersen [17](#page=17) [18](#page=18). * **Epidemiepreventie:** Het beperken van het aantal gevallen en het voorkomen van epidemieën [17](#page=17) [18](#page=18). * **Samenwerking:** Het faciliteren van de samenwerking tussen artsen en de gezondheidsautoriteiten [17](#page=17). #### 4.1.3 Wat moet gemeld worden? Zowel vermoedelijke als geconfirmeerde infectieziekten moeten gemeld worden [17](#page=17). #### 4.1.4 Termijn van melding * Vermoedelijke en geconfirmeerde infectieziekten moeten binnen 24 uur gesignaleerd worden [17](#page=17). * In gevallen waar onmiddellijke interventie vereist is, dient zo snel mogelijk telefonisch contact te worden opgenomen [17](#page=17). #### 4.1.5 Aan wie wordt gemeld? De meldingen dienen te geschieden aan de bevoegde artsen van de dienst Infectieziektebestrijding van de Vlaamse Gemeenschap in de provincie waar het incident (ziekte of cluster) zich voordoet [17](#page=17). #### 4.1.6 Rol van de overheid en verdere stappen * De overheid (via de arts Infectieziekten) kan aanvullende gegevens opvragen [17](#page=17). * Er wordt overlegd met de melder over de zinvolle inperkingsmaatregelen die nog genomen kunnen worden [17](#page=17). * De melding wordt geregistreerd [17](#page=17). * Indien nuttig, wordt informatie verstrekt op het gebied van diagnostiek, therapie, omvang en preventie [17](#page=17). * Leden van de dienst infectieziektebestrijding nemen zo nodig contact op met andere betrokken personen of artsen en stroomlijnen het samenwerkingsproces [17](#page=17). * **Belangrijk:** De meldingsplicht ontslaat de aanmeldende artsen niet van hun eigen plicht om te handelen en inperkingsmaatregelen te nemen of aan te bevelen [17](#page=17). > **Tip:** De praktijk leert dat de meldingsplicht helaas vaak wordt nagelaten, wat kan leiden tot onbetrouwbare cijfers over de daadwerkelijke prevalentie van infectieziekten. Het is daarom essentieel om de onderlijnde ziekten (in de documentatie) zeker te kennen [17](#page=17) [18](#page=18). ### 4.2 Lijst van verplicht aan te geven infectieziekten De volgende infectieziekten zijn verplicht aan te geven door artsen en laboratoria [18](#page=18): * Anthrax (miltvuur) * Botulisme * Brucellose * Cholera * Chikungunya * Dengue koorts * Difterie * Ebola * EHEC (Enterohaemorragische E. coli) * Gastro-enteritis, bij epidemische verheffing in een collectiviteit * Gele koorts * Gonorree * Haemophilus influenzae B invasieve infecties (hersenvliesontsteking en epiglotitis) * Hepatitis A * Acute hepatitis B * Humane infectie met aviaire (of nieuw subtype) influenza * Legionellose * Leptospirose * Malaria waarbij vermoed wordt dat de besmetting gebeurde op het Belgisch grondgebied, inclusief (lucht)havens * Marburg * Mazelen * Meningokokkeninfecties van bloed of hersenvliezen * MERS- coronavirus * Kinkhoest (Bordetella pertussis) * Pest * Pokken * Polio(myelitis) * Psittacose (Chlamydia psittaci) * Q-koorts (Coxiella burnetii) * Rabies * Salmonella typhi of paratyphi * SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) * Shigellose * Streptococcus pyogenes invasieve infecties * Syfilis * Tuberculose * Tularemie (Francisella tularensis) * Variola (pokken) * Virale hemorragische koorts (Ebola-, Lassa-, Marburg- en gelijkaardige virussen) * Vlektyfus (Rickettsia prowazekii of Rickettsia typhi) * Voedselinfectie (vanaf twee gevallen) * West Nilevirus * Zikavirus * Zorginfecties door multiresistente micro-organismen * Elke dreigende epidemie van een (vermoedelijk) infectieus syndroom > **Tip:** Raadpleeg de website http://www.zorg-en-gezondheid.be/meldingsplichtigeinfectieziekten/ voor de meest actuele en volledige lijst en specifieke richtlijnen. --- ## 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 | |------|------------| | Reservoir | De 'pool' waarin een organisme zich in stand houdt door replicatie en van waaruit een vatbare gastheer kan worden besmet. Dit kan een ander organisme (mens, dier) of de omgeving (dode materie, aarde) zijn. | | Overdracht | Het transport van een ziekteverwekker van het reservoir naar een nieuwe gastheer. Dit kan direct gebeuren of via intermediaire agenten zoals vectoren of dragers. | | Exogene infectieziekten | Infectieziekten die worden veroorzaakt door een ziekteverwekker die oorspronkelijk niet tot de normale flora van het lichaam behoorde en van buitenaf wordt binnengebracht. | | Endogene infectieziekten | Infectieziekten die optreden wanneer een reeds aanwezig micro-organisme (uit de normale flora) opportunistisch een infectie veroorzaakt, vaak ten gevolge van verminderde weerstand van de gastheer. | | Flora | De verzameling micro-organismen die normaal gesproken op of in het lichaam leven, zoals bacteriën op de huid of in de darmen, die meestal geen ziekte veroorzaken. | | Opportunistische infectie | Een infectie die wordt veroorzaakt door een pathogeen dat normaal gesproken het lichaam niet infecteert, maar dit wel kan doen wanneer de afweer van de gastheer verzwakt is. | | Vector | Een organisme, meestal een insect zoals een mug, dat ziekteverwekkers overbrengt van een geïnfecteerd individu of reservoir naar een vatbare gastheer. | | Drager (Carrier) | Een persoon of dier dat besmet is met een ziekteverwekker en deze kan verspreiden zonder zelf duidelijke ziekteverschijnselen te vertonen. | | Kudde-immuniteit | Het indirecte beschermingsmechanisme dat optreedt wanneer een voldoende groot deel van een populatie immuun is voor een infectieziekte, waardoor de verspreiding ervan sterk wordt verminderd en ook ongevaccineerden beschermd worden. | | Tussengastheer | Een gastheer in de levenscyclus van een parasiet waarin het organisme zich ontwikkelt, maar niet de volwassenheid bereikt of zich seksueel voortplant. Horizontale transmissie tussen mensen is hierbij meestal niet mogelijk. | | Eindgastheer | De gastheer waarin een parasiet zijn volwassen stadium bereikt en/of zich seksueel voortplant. Horizontale verspreiding van de ziekte is hierbij wel mogelijk. | | Horizontale transmissie | De overdracht van een ziekteverwekker van de ene individuele gastheer naar de andere op een niet-seksuele manier, of van persoon tot persoon binnen een generatie. | | Verticale transmissie | De overdracht van een infectie van een moeder op haar kind, hetzij tijdens de zwangerschap, de bevalling, of via borstvoeding. | | Epidemiologie | De studie van de verspreiding, oorzaken en effecten van ziekte in specifieke populaties, met als doel de controle en preventie ervan te verbeteren. | | R0 (Reproductiegetal) | Het basis reproductiegetal, dat aangeeft hoeveel secundaire gevallen gemiddeld worden veroorzaakt door één infectieus individu in een volledig vatbare populatie. Een R0 groter dan 1 duidt op een potentiële epidemie. | | Meldingplichtige infectieziekten | Infectieziekten die volgens de wet verplicht moeten worden gemeld aan de gezondheidsautoriteiten door artsen en laboratoria, om zo uitbraken te kunnen monitoren en bestrijden. | | Zorginfecties | Infecties die worden opgelopen in een zorginstelling, zoals een ziekenhuis of verpleeghuis, vaak veroorzaakt door multiresistente micro-organismen. |

# Het influenzavirus en de acute virale infectie Dit onderwerp behandelt de primo-infectie veroorzaakt door het influenzavirus, inclusief de overdracht, incubatie, symptomatologie, natuurlijke beloop en complicaties, alsook de rol van aangeboren en specifieke immuniteit [1](#page=1). ### 1.1 Verloop van een infectie Een infectie kent een algemeen natuurlijk verloop waarbij pathogenen zich aanbieden bij de gastheer, wat een onderscheid maakt tussen het interne en externe milieu. De gastheer controleert het externe milieu, maar bij overschrijding van de grens tussen intern en extern treedt een onmiddellijke, aangeboren respons op via receptoren voor pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Voorbeelden hiervan zijn Toll-like receptoren, complementeiwitten en celtypen zoals granulocyten en NK-cellen. Cytopathogene effecten of schade door virale celdood leiden tot damage-associated molecular patterns (DAMPs), die eveneens de aangeboren immuniteit activeren, vergelijkbaar met adjuvans in vaccins. Deze responsen zijn effectief tegen veel indringers, maar virale infecties zijn vaak asymptomatisch en reflecteren een zwakke of afwezige gastheerrespons wegens uitblijvende schade. Wanneer er wel schade is of afweer optreedt, manifesteert dit zich in symptomen en een acuut ziektebeeld, veroorzaakt door PAMPs en DAMPs. Enkel PAMPs zonder DAMPs kunnen leiden tot een chronisch verloop [4](#page=4). ### 1.2 Eigenschappen van een acute virale infectie Acute virale infecties worden gekenmerkt door een "hit and run" principe, waarbij het virus slechts tijdelijk in het lichaam aantoonbaar is. Dit komt doordat geïnfecteerde cellen meestal niet chronisch besmet blijven, deels omdat ze afsterven en deels door de verspreiding van het virus te beperken met de verworven afweer. Als gevolg hiervan herstelt de gastheer (met mogelijke langdurige immuniteit) of overlijdt de patiënt. Deze eigenschap is typisch voor naakte virussen die de gastheercel doden, zoals hepatitis A, maar kan ook voorkomen bij omhulde virussen zoals influenza en coronavirussen [5](#page=5). #### 1.2.1 Influenza virussen Influenza A-virussen infecteren een breed scala aan gastheren, waaronder vogelsoorten, mensen, varkens en paarden. Influenza B-virussen infecteren waarschijnlijk uitsluitend mensen, terwijl influenza C-virussen voornamelijk bij mensen voorkomen, maar soms ook bij varkens. Influenza A- en B-virussen bestaan uit 8 verschillende RNA-segmenten, in tegenstelling tot influenza C-virussen die 7 RNA-segmenten hebben. De transcriptie en replicatie van het virus vinden plaats in de celkern. Het virustdelt uit (budding) bij het celmembraan, waarbij zowel gastheer- als virale eiwitten in de envelop terechtkomen, wat resulteert in polymorfe virionen [5](#page=5). ### 1.3 Overdracht en incubatie De overdracht van het influenzavirus gebeurt via druppeltjes, niet via aerosolen. Er is dicht contact nodig, binnen 1,5 meter, via recent gevormde druppeltjes. Besmetting kan plaatsvinden door het aanraken van deurklinken, openbaar vervoer, of door handen te geven en vervolgens het slijmvlies aan te raken (bijvoorbeeld neuspeuteren of wrijven in de ogen). Handhygiëne is daarom cruciaal tijdens influenza-epidemieën [7](#page=7). Op de slijmvliezen stuit het virus op barrières zoals de slijmlaag en IgA-antilichamen. Het virus moet binden aan een levende cel via hemagglutinine (HA), dat sialzuurresiduen herkent [7](#page=7). #### 1.3.1 Hemagglutinine (HA) Hemagglutinine (HA) is een integraal membraaneiwit van het influenzavirus dat bindt aan sialzuurhoudende receptoren op het celoppervlak, wat essentieel is voor de binding van het virusdeeltje aan de cel. HA kan rode bloedcellen laten agglutineren, vandaar de naam. Het eiwit is verantwoordelijk voor de penetratie van het virus in het cytoplasma door fusie mogelijk te maken tussen de membraan van het geëndocyteerde virusdeeltje en de endosomale membraan, waardoor het virale nucleocapside in het cytoplasma vrijkomt. HA is het voornaamste antigeen waartegen neutraliserende antilichamen worden gevormd, en veranderingen in de antigeenstructuur van HA zijn gerelateerd aan influenza-epidemieën. Na endocytose ontsnapt het virus uit het lysosoom dankzij membraanfusie, een proces dat wordt getriggerd door de conformatieverandering van HA bij lage pH, waarna replicatie kan beginnen [7](#page=7). #### 1.3.2 Reactie van de gastheer De gastheer reageert op de influenza-infectie met een aangeboren respons, waarbij PAMP-receptoren leiden tot de vrijgave van interferon, wat naburige cellen beschermt en NK-cellen activeert. Tegelijkertijd wordt een verworven immuniteit opgestart, waarbij mucosale dendritische cellen (DCs) antigenen/virussen opnemen en migreren naar lymfoïd weefsel voor T-celpriming in de drainerende lymfeklieren [7](#page=7). ### 1.4 Influenza A virus: aangeboren immuniteit Het genoom van het influenzavirus repliceert in de kern van geïnfecteerde cellen, waaronder epitheelcellen, monocyten en macrofagen, evenals andere witte bloedcellen. Sensing van het virale RNA vindt plaats door Toll-like receptor 3 (TLR3), die dubbelstrengs RNA (dsRNA) in endosomen herkent, en door cytoplasmatische RNA-sensoren die de afwezigheid van een 5'-cap op de virale RNA-moleculen detecteren. Deze herkenning induceert de activatie van NF-κB, wat leidt tot de productie van cytokines zoals IL-1, IL-6 en TNF, en de activatie van IRF3, wat resulteert in de productie van type-I interferonen (IFN-α en IFN-β) [8](#page=8). ### 1.5 RNA en DNA sensors: Pathogen Recognition Receptor voor virussen en bacteriën (Dit gedeelte is niet expliciet behandeld in de opgegeven pagina's voor dit specifieke onderwerp, maar is wel een subsectie in de inhoudsopgave.) [2](#page=2). ### 1.6 Soluble antiviral factor: interferon (Dit gedeelte is niet expliciet behandeld in de opgegeven pagina's voor dit specifieke onderwerp, maar is wel een subsectie in de inhoudsopgave.) [2](#page=2). ### 1.7 Innate immune effector mechanism: Interferon stimulated genes (ISG) (Dit gedeelte is niet expliciet behandeld in de opgegeven pagina's voor dit specifieke onderwerp, maar is wel een subsectie in de inhoudsopgave.) [2](#page=2). ### 1.8 De balans tussen de respons van de gastheer en de interferentie door het virus Infectie met 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 leiden tot inflammatie en de rekrutering van de verworven immuniteit. Excessieve cytokineproductie kan leiden tot een "cytokine storm", met mogelijke capillaire lekkage en multiple organ failure (MOF), wat fataal kan zijn; dit is met name waargenomen bij aviaire influenza infecties bij de mens (vogelgriep) [13](#page=13). De virale polymerasen maken misbruik van de gastheermachinerie en degraderen gastheer mRNA. Het influenza-eiwit NS1 inhibeert splicing en nucleaire export van gastheer RNA. In het cytoplasma vindt preferentieel translatie van viraal RNA plaats, 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 buddend virus is, is de infectie dus lytisch voor de cel. 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 (bv. invloed op de aard van de immuunrespons) [13](#page=13). ### 1.9 Respons op infectie: opstarten verworven immuunrespons (Dit gedeelte is niet expliciet behandeld in de opgegeven pagina's voor dit specifieke onderwerp, maar is wel een subsectie in de inhoudsopgave.) [2](#page=2). ### 1.10 Levenscyclus influenza virus De levenscyclus van het influenzavirus omvat verschillende stappen, zoals weergegeven in de illustratie [15](#page=15). #### 1.10.1 Neuraminidase (NA) Neuraminidase (NA) is een integraal membraaneiwit en het tweede subtype-specifieke glycoproteïne van influenza A- en B-virussen. NA katalyseert de klieving van het $\alpha$-ketoside tussen het terminale sialzuur en het nabijgelegen D-galactose. Een functie van NA is het verwijderen van sialzuur van HA, NA zelf, en van het oppervlak van de gastheercel tijdens budding. NA kan ook het transport van het virus door het slijm in de luchtwegen faciliteren, zodat het virus zijn weg naar de doelwit-epitheelcellen kan vinden [16](#page=16). De enzymatische activiteit van neuraminidase verhindert de zelfaggregatie van dochtervirussen door sialinezuren van de oligosaccharideketens op de receptoren te verwijderen. Wanneer virussen worden gekweekt in aanwezigheid van een NA-inhibitor, ziet men grote aggregaten van dochtervirussen aan het oppervlak van de geïnfecteerde cellen [17](#page=17). ### 1.11 Pathogenese De pathogenese van influenza wordt gekenmerkt door een acute infectie waarbij geïnfecteerde cellen afsterven en lokale inflammatoire reacties optreden, wat leidt tot oedeem en mogelijk pijn in de larynx, trachea en bronchi. Een mogelijke complicatie is bacteriële surinfectie. Cytokinevrijlating veroorzaakt systemische effecten zoals koorts, vermoeidheid en spierpijn. Virale shedding vindt meestal plaats vóór de start van de symptomen (24 uur) tot enkele dagen, met een maximum van ongeveer een week daarna. Dit kan langer duren bij verminderde immuniteit of bij eerste infecties, zoals bij kinderen die nog geen verworven immuniteit hebben opgebouwd. De uitgesproken klachten, zoals koorts, duren meestal 3 tot 5 dagen [18](#page=18). De intrede van effectieve verworven immuniteit is cruciaal voor het vermijden van volgende infecties. Het virus probeert dit te omzeilen door antigene drift en shift [18](#page=18). > **Tip:** Zonder cellulaire immuniteit, bijvoorbeeld bij patiënten die chemotherapie ondergaan of HIV-patiënten, kan de influenzainfectie wel geklaard worden, maar is er een verhoogd risico op gecompliceerde (diepe) infecties van het hart of de longen. Daarom wordt vaccinatie aanbevolen voor deze groepen [18](#page=18). > **Voorbeeld:** De Spaanse griep trof voornamelijk jongeren, terwijl ouderen relatief beschermd waren door eerdere infecties met analoge virussen [18](#page=18). ### 1.12 Bloedbeeld bij een virale infectie (Dit gedeelte is niet expliciet behandeld in de opgegeven pagina's voor dit specifieke onderwerp, maar is wel een subsectie in de inhoudsopgave.) [2](#page=2). ### 1.13 Kliniek en diagnostiek Een influenzainfectie belet normaal functioneren, in tegenstelling tot een banale verkoudheid. Herstel "ad integrum" (zonder restverschijnselen) is de regel [21](#page=21). #### 1.13.1 Complicaties Mogelijke complicaties van influenza zijn onder andere: * Virale pneumonie [21](#page=21). * Bacteriële surinfectie van de bovenste en soms onderste luchtwegen [21](#page=21). * Systemische complicaties, met name bij personen met cardiovasculaire belasting (door koorts en cytokines), diabetici, 60-plussers, 2-jarigen, en zwangere vrouwen [21](#page=21). > **Tip:** Vanwege deze complicaties wordt vaccinatie ten zeerste aanbevolen voor risicogroepen, evenals voor gezondheidswerkers, dierenartsen en kippenkwekers. Vaccinatie heeft ook economische redenen, met name voor de werkende bevolking [21](#page=21). #### 1.13.2 Diagnostiek Snelle diagnostiek kan plaatsvinden middels antigeendetectie op nasofarynxmonsters, wat met name nuttig is bij hoge virusuitscheiding kort na het begin van de symptomen. RT-PCR op dezelfde monsters is gevoeliger. In de praktijk wordt vaak een klinische diagnose gesteld, ondersteund door epidemiologische gegevens (via peilpraktijken en referentielaboratoria) [21](#page=21). ### 1.14 Behandeling en preventie De basis van de behandeling is "uitzieken". Symptomatische therapie omvat het gebruik van paracetamol als koortswerend middel bij cardiovasculaire belasting. Cave: salicylaten kunnen het syndroom van Reye veroorzaken bij kinderen en adolescenten. Etiologische therapie kan bestaan uit neuraminidase-remmers zoals oseltamivir en zanamivir, hoewel deze een beperkt effect kunnen hebben en resistentie tijdens behandeling kan optreden. M2-blokkers (amantadine, rimantadine) worden niet meer gebruikt vanwege snel optredende resistentie [23](#page=23). Preventie is essentieel: jaarlijkse vaccinatie tegen seizoensgriep is de belangrijkste maatregel. Het vaccin bevat circulerende stammen van influenza A en B, waarvan de samenstelling wordt bepaald door de WHO [23](#page=23). > **Tip:** Onderschat influenza nooit; het is een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit [23](#page=23). ### 1.15 Rol van specifieke immuniteit en virusvariabiliteit Bescherming tegen influenza, met name in de luchtweg epitheelcellen, is voornamelijk antilichaam-gemedieerd tegen hemagglutinine (H) en neuraminidase (N) in het viruskapsel. Jaarlijkse griepepidemieën zijn mogelijk door "shifts" en "drifts", wat wijst op de genetische variabiliteit van het virus. RNA-virussen zoals influenza zijn over het algemeen minder stabiel en vertonen vaak immuunontwijking door mutaties en immuunselectie, in tegenstelling tot DNA-virussen [25](#page=25). #### 1.15.1 Antigene drift en shift Antigene drift verwijst naar kleine, incrementele veranderingen in de virale antigenen (HA en NA) door puntmutaties. Deze veranderingen kunnen leiden tot epidemieën doordat de verworven immuniteit tegen eerdere stammen minder effectief wordt. Antigene shift daarentegen omvat grotere, abrupte veranderingen in de virale antigenen, vaak als gevolg van genetische reassortment wanneer twee verschillende influenzavirussen tegelijkertijd dezelfde cel infecteren. Dit kan leiden tot de opkomst van nieuwe virusstammen met een potentieel pandemisch karakter [25](#page=25). --- # Mechanismen van aangeboren immuniteit bij virale infecties De aangeboren immuniteit speelt een cruciale rol in de eerste verdediging tegen virale infecties door middel van pathogen recognition receptors (PRRs), interferonen en interferon-gestimuleerde genen (ISGs) [2](#page=2). ### 2.1 Rol van pathogen recognition receptors (PRRs) bij virale infecties Patogen-associated molecular patterns (PAMPs) zijn moleculaire structuren die kenmerkend zijn voor pathogenen en worden herkend door Pathogen Recognition Receptors (PRRs) van de gastheer. Bij virale infecties zijn dit voornamelijk virale nucleïnezuren (RNA en DNA). PRRs kunnen zich zowel op het celmembraan (bv. Toll-like receptors, TLRs) als in het cytoplasma bevinden [10](#page=10) [4](#page=4). * **Herkenning van viraal RNA:** Viraal RNA, met name dubbelstrengs RNA (dsRNA) of niet-gecapteerd RNA, wordt herkend door specifieke PRRs. Voorbeelden hiervan zijn TLR3, dat zich in endosomen bevindt en dsRNA herkent, en cytoplasmatische RNA sensoren zoals RIG-I. De afwezigheid van een 5' cap op viraal RNA is een belangrijk signaal voor herkenning door cytoplasmatische sensoren [10](#page=10) [8](#page=8). * **Herkenning van viraal DNA:** Membraangebonden (bv. TLR9) en cytoplasmatische DNA receptoren kunnen ook viraal DNA detecteren. Dit is relevant voor DNA-virussen, maar ook voor bacteriële infecties die DNA vrijgeven in het cytoplasma. Het onderscheid tussen endogeen en vreemd DNA door deze receptoren is nog niet volledig opgehelderd. Schade-signalen, zoals de vrijstelling van endogeen DNA door celdood, kunnen ook de aangeboren immuniteit activeren [10](#page=10) [4](#page=4). * **Activering van signaalroutes:** De herkenning van PAMPs door PRRs leidt tot de activering van intracellulaire signaalroutes, zoals NF-κB en IRF3. NF-κB inductie resulteert in de productie van pro-inflammatoire cytokines zoals IL-1, IL-6 en TNF. IRF3 activeert de productie van type-I interferonen (IFN-α en IFN-β) [10](#page=10) [8](#page=8). > **Tip:** De signalering via PAMPs en DAMPs (damage-associated molecular patterns) leidt tot een acute ziektebeeld [4](#page=4). ### 2.2 De rol van interferonen (IFN) Interferonen (IFN) zijn essentiële oplosbare antivirale factoren die door geïnfecteerde cellen worden geproduceerd. Bij virale infecties, met name door RNA-virussen, worden typisch type I interferonen (IFN-α en IFN-β) geïnduceerd [11](#page=11). * **Productie en afgifte:** Viraal dubbelstrengs RNA (dsRNA), een bijproduct van virale replicatie, is een sterke inductor van type I IFN. De geïnfecteerde cel geeft deze interferonen af aan de omgeving [11](#page=11). * **Signaaltransductie:** Interferonen binden aan specifieke receptoren op naburige cellen (en de producerende cel zelf), wat de JAK-STAT signaalroute activeert. Dit leidt tot de expressie van interferon-gestimuleerde genen (ISGs) [11](#page=11). * **Antivirale effecten:** Interferonen vormen een belangrijke afweerstrategie tegen virussen door de replicatie ervan te remmen. Virussen hebben echter ook mechanismen ontwikkeld om de interferoneffecten te ontwijken, zoals het blokkeren van de inductie van interferonen, het produceren van virale decoy IFN-receptoren, het verstoren van intracellulaire signalisatie, of het blokkeren van de expressie van ISGs [11](#page=11). ### 2.3 Interferon-gestimuleerde genen (ISGs) Interferon-gestimuleerde genen (ISGs) zijn een set van ongeveer 300 genen waarvan de expressie wordt geïnduceerd door type I en type III interferonen. Deze genen spelen een cruciale rol in de aangeboren immuunrespons tegen virussen, zowel RNA als DNA virussen [12](#page=12). Enkele belangrijke voorbeelden van ISGs en hun functies: * **Interferon inducible transmembrane proteins (IFITM):** Deze eiwitten blokkeren virusbinding aan de cel en het loslaten van het virus uit endosomen [12](#page=12). * **ISG15:** Dit is een ubiquitine-achtig eiwit dat zich kan hechten aan andere eiwitten (ISG-ylatie), waardoor hun omlooptijd verkort wordt en hun functie wordt gemoduleerd [12](#page=12). * **Tetherin:** Voorkomt de loslating van virusdeeltjes van de celmembraan [12](#page=12). * **cGAS (cyclic GMP-AMP synthase):** Fungeert als een DNA sensor en blokkeert de replicatie van zowel RNA- als DNA-virussen [12](#page=12). * **RNAse L:** Is een enzym dat zowel viraal als cellulair RNA kan knippen, wat de virale replicatie belemmert [12](#page=12). * **PKR (Protein kinase R):** Fosforyleert de eukaryote translatie-initiatie factor EIF2A, wat leidt tot de stilstand van eiwitsynthese. Dit kan echter ook leiden tot verzwakking van de cellulaire antivirale respons [12](#page=12) [13](#page=13). > **Voorbeeld:** Influenza virus eiwit NS1 kan de translatie van viraal RNA begunstigen door de inhibitie van PKR-activatie, terwijl de translatie van gastheer-mRNA wordt onderdrukt [13](#page=13). ### 2.4 Balans tussen gastheerrespons en virale interferentie De interactie tussen de gastheer en een virus is een dynamisch proces waarbij virussen mechanismen hebben ontwikkeld om de aangeboren immuunrespons te ontwijken of te manipuleren [13](#page=13). * **Influenza en de aangeboren respons:** Infectie met influenza induceert een antivirale respons via interferonen en een pro-inflammatoire respons via NF-κB. De pro-inflammatoire respons ondersteunt virale replicatie en rekruteert componenten van de verworven immuniteit. Excessieve pro-inflammatoire reacties kunnen leiden tot een cytokine storm, met potentieel fatale gevolgen zoals capillaire lekkage en multi-orgaanfalen [13](#page=13). * **Virale strategieën voor replicatie:** Virale polymerasen kunnen de gastheer machinerie overnemen en gastheer mRNA degraderen. Het influenza eiwit NS1 inhibeert bijvoorbeeld splicing en de nucleaire export van gastheer RNA, en bevordert preferentieel de translatie van viraal RNA. Viraal RNA is minder gevoelig voor de inhibitie van translatie door PKR activatie. Dit leidt tot een stopzetting van de eigen eiwitsynthese van de gastheercel, verminderde antivirale respons en uiteindelijk apoptose [13](#page=13). * **Modulatie van immuunrespons:** Gespecialiseerde virale eiwitten kunnen de gastheerrespons op cellulair niveau (zoals de interferonrespons) en op het niveau van het immuunsysteem moduleren. Naast de aangeboren afweer (interferon, NK-cellen) treedt ook verworven immuniteit op, met virusneutraliserende antilichamen en cytotoxische T-cellen [13](#page=13). > **Tip:** Begrip van de balans tussen de gastheerrespons en virale interferentie is cruciaal voor het begrijpen van de pathologie van virale infecties, zoals de gevaarlijke cytokine storm bij vogelgriep [13](#page=13). --- # Evolutionaire veranderingen en epidemiologie van influenza Dit deel behandelt de manieren waarop influenza virussen veranderen (antigene drift en shift), de epidemiologie van vogelgriep A virussen, historische pandemieën zoals de Spaanse Griep, en humane besmettingen door vogelgriepvirussen. ### 3.1 Genetische variabiliteit van influenza A virussen Influenza A virussen zijn voortdurend in evolutie, wat bijdraagt aan jaarlijkse epidemieën en het ontstaan van pandemieën. Deze genetische variabiliteit is een algemene eigenschap van RNA-virussen, die hierdoor vaak immuunevasie toepassen door middel van mutaties en immuunselectie, in tegenstelling tot DNA-virussen [25](#page=25). #### 3.1.1 Antigene drift Antigene drift zijn kleine, continue wijzigingen in het virus die voornamelijk ontstaan door puntmutaties. Wanneer een individu geïnfecteerd wordt door een bepaald griepvirus, produceert het daar antilichamen tegen. Als er echter een nieuwere stam opduikt door antigene drift, zullen de reeds bestaande antilichamen dit nieuwe virus niet optimaal herkennen, wat opnieuw tot besmetting kan leiden. Dit fenomeen verklaart waarom mensen meerdere keren door griep besmet kunnen worden en waarom de samenstelling van het influenzavaccin jaarlijks aangepast moet worden. De samenstelling van het vaccin voor een bepaald halfrond wordt bepaald op basis van de influenzastammen die in het voorgaande winterseizoen in het andere halfrond circuleerden, aangevuld met gegevens van het jaar daarvoor. Oudere individuen beschikken over een uitgebreider repertoire aan virusneutraliserende antilichamen, wat hen relatief beschermt, zoals werd waargenomen bij de H1N1-pandemie waarbij voornamelijk jongeren werden getroffen [18](#page=18) [24](#page=24). > **Tip:** Antigene drift is de belangrijkste oorzaak van seizoensgebonden griepepidemieën en vereist jaarlijkse vaccinatieaanpassingen. #### 3.1.2 Antigene shift Antigene shift is een plotselinge en ingrijpende verandering van influenza A-virussen. Deze shift resulteert in de productie van nieuwe hemagglutinine (H) en/of neuraminidase (N) eiwitten in de griepvirussen die mensen infecteren. Wanneer een antigene shift plaatsvindt, hebben de meeste mensen weinig tot geen bescherming tegen het nieuwe virus, wat leidt tot pandemieën [24](#page=24). > **Tip:** Antigene shift is verantwoordelijk voor grieppandemieën omdat het menselijke immuunsysteem niet eerder met deze nieuwe virusvarianten in aanraking is gekomen. #### 3.1.3 Evolutie van influenza virussen Influenza virussen infecteren de epitheelcellen van de luchtwegen. Bescherming hiertegen is voornamelijk antilichaam-gemedieerd, gericht tegen hemagglutinine (H) en neuraminidase (N) eiwitten op het viruskapsel, vandaar de benamingen zoals H1N1. Virussen zoals influenza, die een hoog mutatievermogen hebben, kunnen geleidelijk ontsnappen aan het immunologisch geheugen zonder een compenserende immuunrespons te stimuleren, een fenomeen dat bekend staat als "original antigenic sin". Het influenzavirus bevat acht eiwitten die kunnen wijzigen [25](#page=25) [33](#page=33). > **Tip:** Het "original antigenic sin" fenomeen verklaart deels waarom herhaalde blootstelling aan vergelijkbare, maar licht afwijkende virusstammen niet leidt tot een optimale opbouw van immuniteit tegen de nieuwste varianten. ### 3.2 Epidemiologie van vogelgriep A virussen Influenza A virussen zijn pantroop, wat betekent dat ze een breed scala aan gastheren kunnen infecteren, waaronder varkens, paarden, zeehonden, diverse vogelsoorten en ook de mens. Alle bekende subtypen van influenza A-virussen (15 HA- en 9 NA-subtypen) zijn geïsoleerd bij watervogels, wat een cruciaal reservoir vormt voor genetische vermenging en de potentiële ontwikkeling van nieuwe pandemische humaan-stammen [26](#page=26). #### 3.2.1 Receptorbinding en transmissie Humane influenzavirussen binden zich aan $\alpha$2-6 gebonden sialzuur-bevattende receptoren, die voornamelijk in de bovenste luchtwegen voorkomen. Vogelgriepvirussen daarentegen binden preferentieel aan $\alpha$2-3 gebonden sialzuur-residuen, die dieper in de luchtwegen van de mens te vinden zijn, wat kan leiden tot virale pneumonie bij aviaire influenza-infecties. Varkens bezitten echter beide receptor-typen, waardoor ze fungeren als een "mengvat" waar genetisch materiaal van verschillende influenzavirussen kan uitwisselen en nieuwe, potentieel gevaarlijke stammen kan ontstaan [26](#page=26). > **Tip:** De aanwezigheid van beide sialzuurreceptoren bij varkens maakt ze tot een belangrijke intermediaire gastheer voor de evolutie van influenza virussen met pandemisch potentieel. ### 3.3 Historische influenza pandemieën #### 3.3.1 De Spaanse Griep . De pandemie van 1918, bekend als de Spaanse Griep, was de meest dodelijke pandemie in de geschiedenis. Deze pandemie eiste het leven van naar schatting 675.000 Amerikanen, wat meer slachtoffers eiste dan alle Amerikaanse oorlogen in de 20e eeuw samen. Wereldwijd resulteerde de pandemie in de dood van 40 tot 50 miljoen mensen. Opvallend was dat voornamelijk jongvolwassenen stierven, terwijl ouderen relatief beschermd waren, waarschijnlijk door reeds doorgemaakte infecties met analoge virussen [18](#page=18) [27](#page=27). #### 3.3.2 Pandemieën in de 20e eeuw De 20e eeuw kende meerdere significante influenzapandemieën, naast de Spaanse Griep van 1918 [29](#page=29). * **1918: Spaanse Griep:** Veroorzaakte 50-100 miljoen doden [29](#page=29). * **1957: Aziatische Griep (H2N2):** Resulteerde in ongeveer 1,1 miljoen doden [29](#page=29). * **1968: Hongkong Griep (H3N2):** Eiste naar schatting 1 miljoen levens [29](#page=29). * **2009: Mexicaanse Griep (H1N1):** Had een lager dodental van ongeveer 0,25 miljoen [29](#page=29). > **Example:** De Spaanse Griep van 1918 is een klassiek voorbeeld van hoe een nieuw virus met een hoge pathogeniteit en efficiënte transmissie een wereldwijde catastrofe kan veroorzaken, vooral wanneer de bevolking geen immunologische bescherming heeft [27](#page=27). ### 3.4 Humane besmetting door vogelgriepvirussen Humane besmettingen door vogelgriepvirussen, hoewel zeldzaam, vormen een potentiële bedreiging voor de volksgezondheid. #### 3.4.1 Recente uitbraken en onderzoek In de tweede helft van 1997 werd een uitbraak van het vogelgriepvirus A, serotype H5N1, geregistreerd in Hongkong, waarbij 18 personen besmet raakten, afkomstig van besmette kippen. Sinds deze gebeurtenis hebben de tot nu toe ontdekte vogelgriepvirussen die humane besmettingen veroorzaakten, zich niet gehandhaafd als blijvende infectie bij de mens en zijn ze ook niet van mens op mens verspreid. Echter, in 2012 publiceerden twee laboratoria de aanpassing van vogelgriepvirussen voor transmissie in zoogdieren, specifiek door veranderingen in het hemagglutinine (HA) gen, waardoor het virus zich kon binden aan een andere sialzuurreceptor, en het PB2-gen, dat invloed heeft op de temperatuurregeling van het virus ($42$ °C in de darm van een vogel versus $36$-$37$ °C in de luchtweg van een mens) [31](#page=31). #### 3.4.2 Gevalideerde humane infecties met aviaire influenza De volgende tabel geeft een overzicht van bevestigde humane gevallen van infectie met aviaire influenzavirussen tot januari 2014 [31](#page=31): | Jaar | Stam | Land | Aantal bevestigde humane gevallen | Aantal bevestigde humane sterfgevallen | |-------------|----------|-------------|-----------------------------------|---------------------------------------| | 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 | Nederland | 84 | 1 | | 2003 | A/H9N2 | Hong Kong | 1 | 0 | | 2003-2013 | A/H5N1 | Vietnam, Indonesië, Egypte, Cambodja, China | 648 | 384 | | 2013-14 | A/H7N9 | China | 144 | 46 | | 2013-14 | A/H10N8 | China | 2 | 1 | > **Example:** De uitbraak van A/H5N1 in Vietnam, Indonesië, Egypte, Cambodja en China tussen 2003 en 2013, met 648 gevallen en 384 sterfgevallen, benadrukt het potentieel van vogelgriepvirussen om ernstige ziekte te veroorzaken bij mensen wanneer ze de soortbarrière oversteken [31](#page=31). ### 3.5 Pathogenese en klinische aspecten van influenza infecties Influenza infecties manifesteren zich als acute infecties met lokale inflammatoire reacties en systemische symptomen [18](#page=18). #### 3.5.1 Verloop van de infectie Een acute infectie leidt tot het afsterven van geïnfecteerde cellen en lokale ontstekingsreacties in de luchtwegen (oedeem, pijn). Een bacteriële surinfectie is een mogelijke complicatie. Vrijkomen van cytokines veroorzaakt systemische effecten zoals koorts, vermoeidheid en spierpijn. Virus shedding, de verspreiding van het virus, vindt plaats vanaf 24 uur voor de symptoomontwikkeling tot enkele dagen erna, met een maximum tot een week. Bij kinderen, die nog geen verworven immuniteit hebben, of bij personen met een verminderde immuniteit kan dit langer duren. De uitgesproken klachten, zoals koorts, duren meestal 3 tot 5 dagen [18](#page=18). #### 3.5.2 Immuunrespons en preventie De ontwikkeling van een effectieve verworven immuunrespons is cruciaal voor het bestrijden van herhaalde infecties. Zonder cellulaire immuniteit, zoals bij patiënten met chemotherapie of aids, kan de influenza-infectie wel geklaard worden, maar bestaat een verhoogd risico op gecompliceerde (diepe) infecties van het hart of de longen. Om deze reden wordt vaccinatie aanbevolen [18](#page=18). > **Tip:** Vaccinatie tegen influenza is essentieel, vooral voor immuungecompromitteerde personen, om het risico op ernstige complicaties te verminderen. --- # Kliniek, diagnostiek en preventie van influenza Dit deel behandelt de klinische presentatie, diagnostische methoden, het bloedbeeld bij virale infecties, de behandeling en preventieve maatregelen voor influenza. ### 4.1 Pathogenese van influenza Influenza veroorzaakt een acute infectie met celdood van geïnfecteerde cellen en lokale inflammatoire reacties, zoals oedeem en pijn in de luchtwegen. Een mogelijke complicatie is bacteriële surinfectie. Vrijkomende cytokines leiden tot systemische effecten zoals koorts, vermoeidheid en spierpijn. Het virus wordt uitgescheiden, doorgaans voor de aanvang van de symptomen (ongeveer 24 uur ervoor) tot enkele dagen erna, met een maximum van een week, hoewel dit langer kan duren bij verminderde immuniteit of bij primaire infecties bij kinderen. De uitgesproken klachten, zoals koorts, duren meestal drie tot vijf dagen. De effectieve verworven immuniteit is cruciaal voor het voorkomen van toekomstige infecties, waarbij het virus probeert te ontsnappen aan immuniteit door antigene drift en shift [18](#page=18). > **Tip:** Zonder cellulaire immuniteit, zoals bij patiënten die chemotherapie ondergaan of aids hebben, bestaat een verhoogd risico op gecompliceerde (diepe) infecties van hart en longen, ondanks dat de influenza-infectie mogelijk wel geklaard kan worden. Vaccinatie wordt om deze reden aanbevolen [18](#page=18). De Spaanse griep illustreert dat voornamelijk jongeren stierven, terwijl ouderen relatief beschermd waren door eerdere infecties met vergelijkbare virussen. Interferontherapie, gebruikt voor bijvoorbeeld chronische hepatitis C, kan symptomen veroorzaken die lijken op die van een ernstige virale infectie zoals griep [18](#page=18) [19](#page=19). ### 4.2 Bloedbeeld bij een virale infectie Bij een virale infectie is er geen duidelijke acute fase respons zoals bij een bacteriële infectie. Dit betekent dat er geen neutrofilie, linksverschuiving of verhoogde acute fase-eiwitten in het serum worden waargenomen, met een nauwelijks meetbare stijging van CRP. Wel kan er een lymfocytose optreden, gerelateerd aan de verworven immuunreactie. Soms wordt ook neutropenie gezien, mogelijk gerelateerd aan systemisch interferon. Lymfocytose kan niet alleen door een specifieke immuunreactie worden uitgelokt, maar ook direct door virale eiwitten, zoals bij EBV en CMV [20](#page=20). Deze bloedbeeldkenmerken zijn weinig specifiek en dragen diagnostisch weinig bij, behalve bij het uitsluiten of minder waarschijnlijk maken van een bacteriële infectie. Het onderscheid tussen viraal en bacterieel is niet altijd scherp; lymfocytose kan ook bij bacteriële infecties voorkomen, bijvoorbeeld bij kinkhoest (het pertussis toxine remt de instroom van lymfocyten in lymfeklieren vanuit de bloedbaan) [20](#page=20). Diagnostisch belangrijker is het aantonen van een specifieke serologische respons (detectie van specifieke IgM, toename in specifieke IgG of complementfixatie) en, indien nodig, het aantonen van het virus. De diagnostiek bij acute virale infecties is over het algemeen meer klinisch van aard (anamnese, lichamelijk onderzoek en symptomen) dan gebaseerd op laboratoriumonderzoek [20](#page=20). ### 4.3 Kliniek en diagnostiek van influenza Influenza beïnvloedt het normale functioneren, in tegenstelling tot een banale verkoudheid. Herstel 'ad integrum' (volledig herstel) is de regel [21](#page=21). Complicaties kunnen omvatten: * Virale pneumonie [21](#page=21). * Bacteriële surinfectie van de bovenste en soms onderste luchtwegen [21](#page=21). * Systemische complicaties, met name bij personen met een reeds bestaande cardiovasculaire belasting (door koorts, cytokines), diabetici, 60-plussers, kinderen onder de 2 jaar, en (hoog)zwangeren [21](#page=21). > **Tip:** Gezien het risico op complicaties wordt vaccinatie sterk aanbevolen voor risicogroepen, gezondheidswerkers, dierenartsen, kippenkwekers en voor de werkende bevolking om economische redenen [21](#page=21). Snelle diagnostiek kan plaatsvinden door antigen detectie op nasofaryngeale monsters, wat vooral nuttig is bij hoge virusuitscheiding (kort na aanvang van symptomen). RT-PCR op dezelfde monsters is gevoeliger. In de praktijk is de klinische diagnose, ondersteund door epidemiologische gegevens (peilpraktijken, referentielaboratoria), vaak leidend [21](#page=21). Influenza monitoring wordt uitgevoerd door het Wetenschappelijk Instituut Volksgezondheid, met wekelijkse rapporten gebaseerd op meldingen en samples van peilpraktijken. Ook sociale media en datamining, zoals Google Flu Trends, worden ingezet [22](#page=22). ### 4.4 Behandeling en preventie van influenza De standaardbehandeling is uitzieken. Symptomatische therapie omvat het gebruik van paracetamol als koortswerend middel bij cardiovasculaire belasting. Cave salicylaten bij kinderen en adolescenten vanwege het risico op het syndroom van Reye [23](#page=23). Etiologische therapie kan bestaan uit neuraminidase remmers (oseltamivir, zanamivir), hoewel deze een beperkt effect hebben en resistentie tijdens de behandeling kan optreden. M2 blokkers (amantadine, rimantadine) worden vanwege de snel optredende resistentie niet meer gebruikt [23](#page=23). Preventie is essentieel: jaarlijks vaccineren tegen seizoensgriep is de belangrijkste maatregel. Het vaccin bevat de circulerende stammen van influenza A en B, en de samenstelling wordt bepaald door de WHO [23](#page=23). > **Tip:** Onderschat influenza nooit; het wordt wel de 'vriend van de begrafenisondernemer' genoemd [23](#page=23). --- ## 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 specifiek pathogeen in een gastheer, wat belangrijk is voor de ontwikkeling van immuniteit. | | Incubatieperiode | De tijdsduur tussen de blootstelling aan een ziekteverwekker en het optreden van de eerste symptomen. | | Symptomatologie | De verzameling van symptomen die kenmerkend zijn voor een bepaalde ziekte of aandoening. | | Aangeboren immuniteit | Het niet-specifieke immuunsysteem van het lichaam dat onmiddellijk reageert op ziekteverwekkers, nog voordat specifieke antilichamen zijn gevormd. | | Specifieke immuniteit | Het deel van het immuunsysteem dat zich richt op specifieke ziekteverwekkers, gepaard gaande met de aanmaak van antilichamen en geheugencellen. | | Cytopathogeen effect | Een effect van een virus op een gastheercel dat leidt tot schade of celdood. | | DAMP (Damage-associated molecular pattern) | Moleculaire patronen die vrijkomen uit beschadigde of necrotische lichaamseigen cellen en een ontstekingsreactie kunnen opwekken. | | PAMP (Pathogen-associated molecular pattern) | Moleculaire patronen die kenmerkend zijn voor ziekteverwekkers (virussen, bacteriën) en herkend worden door het immuunsysteem. | | Toll-like receptoren (TLR's) | Een klasse van receptoren op immuuncellen die PAMP's herkennen en zo de aangeboren immuunrespons activeren. | | Cytokine storm | Een overmatige en ongecontroleerde productie van cytokines door het immuunsysteem, die kan leiden tot ernstige weefselschade en orgaanfalen. | | Interferon (IFN) | Een groep eiwitten die door cellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties en die helpen de virusreplicatie te remmen en het immuunsysteem te activeren. | | Interferon-gestimuleerde genen (ISGs) | Genen die worden geactiveerd door interferonen en die eiwitten produceren met antivirale eigenschappen, zoals het remmen van virusreplicatie of het afbreken van viraal genetisch materiaal. | | Hemagglutinine (HA) | Een glycoproteïne op het oppervlak van het influenzavirus dat verantwoordelijk is voor de binding aan sialzuur-bevattende receptoren op gastheercellen, wat essentieel is voor de virusinfectie. | | Neuraminidase (NA) | Een enzym op het oppervlak van het influenzavirus dat helpt bij de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes uit geïnfecteerde cellen door het afbreken van sialzuur op het celoppervlak en slijm, wat ook zelfaggregatie van virusdeeltjes voorkomt. | | Antigene drift | Kleine, geleidelijke veranderingen in de antigenen van een virus door puntmutaties, wat kan leiden tot het omzeilen van de immuniteit die is opgebouwd tegen eerdere stammen en de noodzaak voor jaarlijkse vaccinupdates. | | Antigenische shift | Een plotselinge, ingrijpende verandering in de antigenen van een virus, met name bij influenza virussen, die ontstaat door de uitwisseling van genetisch materiaal tussen verschillende virusstammen. Dit kan leiden tot pandemieën omdat de menselijke populatie weinig of geen immuniteit heeft tegen het nieuwe virus. | | RNA-virussen | Virussen waarvan het genetisch materiaal bestaat uit RNA, in tegenstelling tot DNA-virussen. RNA-virussen hebben vaak een hogere mutatiesnelheid, wat bijdraagt aan hun evolutie en vermogen om immuunrespons te ontwijken. | | Endogene versus vreemd DNA | Een onderscheid dat het immuunsysteem moet maken tussen DNA dat afkomstig is uit het lichaam zelf (endogeen) en DNA dat van buitenaf komt, zoals bij een bacteriële of virale infectie (vreemd). Dit onderscheid is cruciaal om auto-immuunreacties te voorkomen. | | JAK-STAT signalisatie | Een intracellulair signaaltransductiepad dat wordt geactiveerd door verschillende receptoren, waaronder die voor interferonen, en dat leidt tot veranderingen in genexpressie. | | Mucinelaag | Een slijmlaag die de epitheelcellen van de luchtwegen bedekt en die helpt bij het afvangen en verwijderen van pathogenen en deeltjes uit de ademhalingswegen. | | Sialzuur residu"s | Een type suikergroep die voorkomt op de oppervlakte van cellen en glycoproteïnen, en die door het influenzavirus wordt herkend als bindingsplaats voor infectie. | | Cellulaire immuniteit | De immuunrespons die wordt gemedieerd door cellen, zoals T-cellen, in tegenstelling tot humorale immuniteit die door antilichamen in het bloed wordt gemedieerd. | | Surinfectie | Een secundaire infectie die optreedt bovenop een reeds bestaande infectie, vaak veroorzaakt door een ander type pathogeen. Bij virale infecties komt dit vaak voor met bacteriële surinfecties. | | Epidemiologie | De studie van de verspreiding, oorzaken en effecten van ziekten in populaties. | | Syndroom van Reye | Een zeldzame, maar ernstige aandoening die voornamelijk kinderen en adolescenten treft, en die kan worden uitgelokt door het gebruik van salicylaten (zoals aspirine) tijdens een virale infectie, zoals influenza of waterpokken. | | M2 blokkers | Een klasse van antivirale medicijnen die specifiek werken tegen het M2-kanaalproteïne van het influenzavirus, waardoor de virale replicatie wordt geremd. Deze medicijnen worden echter minder gebruikt vanwege de snelle ontwikkeling van resistentie. | | Neuraminidase remmers | Een groep antivirale medicijnen die de activiteit van het neuraminidase-enzym van het influenzavirus blokkeren, wat helpt de verspreiding van het virus te beperken en de symptomen te verminderen. Voorbeelden zijn oseltamivir en zanamivir. |

# E. coli infecties en hun pathogenese Hieronder volgt een gedetailleerde samenvatting over E. coli infecties en hun pathogenese, opgesteld als studiegids. ## 1\. E. coli infecties en hun pathogenese Deze samenvatting behandelt de rol van \_E. coli als pathogeen, van commensale stammen die conditionele infecties veroorzaken tot specifieke pathogene stammen die urineweginfecties en gastro-intestinale infecties teweegbrengen, inclusief hun mechanismen van infectie en verspreiding. ### 1.1. E. coli en zijn ecologische niche \_Escherichia coli (\_E. coli) is een bacterie waarmee studenten reeds vertrouwd zijn vanuit eerdere lessen over normale flora, urineweginfecties en pathogenese. Het is een veelvoorkomende bewoner van het darmkanaal bij zowel mensen als vele warmbloedige dieren, wat het een indicator maakt voor fecale contaminatie van leidingwater [3](#page=3). #### 1.1.1. Commensale kolonisatie en barrières Het menselijk lichaam kent een weerstand tegen infecties door \_E. coli. Deze bacterie slaagt erin de dunne en dikke darm te koloniseren dankzij de daar aanwezige geschikte omstandigheden. In andere ecosystemen, zoals de keel, is kolonisatie minder waarschijnlijk, tenzij de barrières van het lichaam verzwakt zijn. Veranderingen in de normale flora, bijvoorbeeld na antibiotica-inname, of bij chronisch zieke personen, kunnen leiden tot abnormale kolonisatie op plaatsen zoals de keel. Ook vochtige en gemacereerde huidplooien, en chronische wonden zoals decubitusletsels, kunnen abnormale kolonisatie door \_E. coli vertonen [3](#page=3). #### 1.1.2. Genetische variabiliteit en pathogeniteit Een aanzienlijk deel van het \_E. coli genoom is variabel en bevat extra genen en zogenaamde 'pathogenicity islands' (PAI's). Hoewel \_E. coli door zijn basisgenoom commensale eigenschappen bezit, zijn bepaalde stammen specifiek pathogeen en kunnen ze urineweginfecties en gastro-intestinale infecties veroorzaken. Daarnaast kunnen commensale stammen, onder specifieke omstandigheden zoals defecten in lichaamsbarrières of het immuunsysteem, conditionele infecties veroorzaken [3](#page=3). ### 1.2. Conditionele infecties met ‘commensale’ E. coli Conditionele infecties veroorzaakt door commensale \_E. coli stammen treden meestal op als gevolg van een verminderde functie van de natuurlijke barrières van het lichaam [4](#page=4). #### 1.2.1. Infecties door verminderde afvoerwegen en weerstand Wanneer de afvoerwegen van het lichaam afwijkingen vertonen, of wanneer de algemene weerstand daalt, kan \_E. coli de galblaas en galwegen infecteren, wat leidt tot cholecystitis, of de urinewegen infecteren. Dit wijst op een functioneel beschadigde barrière [4](#page=4). #### 1.2.2. Infecties bij abnormale huidkolonisatie Bij abnormale kolonisatie van de huid, bijvoorbeeld door maceratie, kan \_E. coli oppervlakkige ontstekingen veroorzaken, zoals intertrigo in de liezen of otitis externa in de gehoorgang. Dit treedt op onder gewijzigde omstandigheden van de huidbarrières [4](#page=4). #### 1.2.3. Weefselinvasie en menginfecties \_E. coli kan dieper gelegen weefsels binnendringen en inflammatie veroorzaken, variërend van diffuse ontstekingen tot abcessen. Voorbeelden hiervan zijn peritonitis en buikabcessen, of postoperatieve wondinfecties. Deze infecties zijn vaak menginfecties waarbij de virulentiefactoren van andere bacteriële species complementair werken, wat duidt op massaal beschadigde barrières [4](#page=4). #### 1.2.4. Metastatische infecties Wanneer cellen (met bacteriën) in de bloedbaan terechtkomen, kunnen ze naar andere plaatsen worden vervoerd, wat leidt tot meningitis en andere metastatische infecties, zoals artritis. De aanwezigheid van specifieke O- en K-antigenen bevordert deze verspreiding [4](#page=4). #### 1.2.5. Belang van immuniteit Door voortdurend contact met diverse \_E. coli stammen bouwt het lichaam geleidelijk immuniteit op. Echter, door de grote variatie aan stammen zullen er altijd nieuwe opduiken waarvoor nog geen beschermende immuniteit bestaat [4](#page=4). ### 1.3. Virulentiefactoren van E. coli De virulentiefactoren van \_E. coli kunnen worden onderverdeeld in factoren die bij alle stammen aanwezig zijn, en factoren die specifiek zijn voor uro- en enteropathogene stammen [13](#page=13). #### 1.3.1. Factoren aanwezig bij alle stammen * **Adhesines:** Moleculen die bacteriën helpen zich te hechten aan gastheercellen [13](#page=13). * **Hemolysine:** Een cytotoxisch toxine dat rode bloedcellen kan afbreken [13](#page=13). * **Kapsels:** Bieden bescherming tegen fagocytose door immuuncellen [13](#page=13). * **Sideroforen:** Moleculen die ijzer uit de omgeving kunnen opnemen, essentieel voor bacteriegroei [13](#page=13). * **Sommige O-antigenen:** Kunnen anti-complementair werken, wat de immuunrespons verzwakt [13](#page=13). * **Endotoxine:** Aanwezig in de celwand van alle gramnegatieve bacteriën, waaronder \_E. coli, en speelt een rol bij het veroorzaken van inflammatie [13](#page=13). #### 1.3.2. Factoren aanwezig bij uro- en enteropathogenen * **Extra adhesines en toxines:** Deze specifieke factoren worden later verder besproken en dragen bij aan de pathogeniteit van deze stammen [13](#page=13). De illustratie toont een schematische weergave van het \_E. coli genoom, met het basisgenoom (groen) en de pathogene eilandjes (PAI's) die verantwoordelijk zijn voor pathogeniteit (rood, blauw, oranje) [13](#page=13). ### 1.4. Infecties met pathogene E. coli stammen Pathogene stammen van \_E. coli kunnen diverse ziektebeelden veroorzaken, voornamelijk urineweginfecties en gastro-intestinale infecties. #### 1.4.1. Uropathogene E. coli (UPEC) \_E. coli is de meest voorkomende verwekker van urineweginfecties (UTI's). Dit komt mede doordat de bacterie commensaal in de darm aanwezig is, wat de nabijheid tot de urinewegen verklaart. UTI's kunnen ontstaan onder bevorderende factoren die de blaaslediging compromitteren, hoewel \_E. coli ook de belangrijkste verwekker is bij zogenaamde 'spontane' UTI's, vooral bij vrouwen [14](#page=14). * **Virulentie van UPEC:** Uropathogene stammen zijn bijzonder virulent en in staat het blaas- en/of nierepitheel te koloniseren door middel van specifieke adhesines, met name Type 1 pili. Deze adhesines binden aan specifieke receptoren op de gastheercellen, wat een genetische component in de vatbaarheid verklaart. Verschillen in de epithcelcellen van de blaas en nieren kunnen verklaren waarom sommige stammen vaker cystitis veroorzaken en andere pyelonefritis [14](#page=14). > **Tip:** De aanwezigheid van specifieke receptoren op blaas-epitheelcellen speelt een cruciale rol in de kolonisatie door uropathogene \_E. coli stammen [14](#page=14). #### 1.4.2. Gastro-intestinale infecties door E. coli Diarree is wereldwijd een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit, met name in economisch minder ontwikkelde landen door de frequente feco-orale overdracht. Naast virale, bacteriële en protozoaire verwekkers, kan ook \_E. coli diarree veroorzaken, maar uitsluitend 'enteropathogene \_E. coli' stammen. Deze stammen veroorzaken diverse klinische beelden [15](#page=15): * **Gastroenteritis:** Variërend van milde tot ernstige diarree met aanzienlijk vochtverlies [15](#page=15). * **Dysenterie-achtig beeld:** Ernstigere klachten met bloed en etter in de ontlasting, koorts en algeheel ziektegevoel, vergelijkbaar met een \_Shigella infectie [15](#page=15). * **Afstandseffecten:** Zoals het Hemolytisch Uremisch Syndroom (HUS) [15](#page=15). > **Tip:** De illustratie toont de proportie van infecties veroorzaakt door verschillende pathogenen in arme landen, waarbij \_E. coli een significant aandeel heeft, ook al is de oorzaak niet altijd geïdentificeerd [15](#page=15). #### 1.4.3. Reservoirs en transmissieroutes van pathogene E. coli Pathogene \_E. coli stammen kunnen in diverse dierlijke reservoirs worden aangetroffen en zich tussen deze dieren verspreiden. Fecale materie kan voedsel, irrigatiewater of recreatief/drinkwater contamineren. Mensen kunnen worden blootgesteld na het consumeren van gecontamineerd voedsel of water, of via direct contact met gekoloniseerde dieren. Secundaire transmissie kan plaatsvinden tussen mensen, veelal in kinderdagverblijven of verpleeghuizen. Voedsel kan besmet raken door slechte kookpraktijken (bv. onvoldoende garen van vlees) of door asymptomatische of symptomatische voedselbereiders met onvoldoende handhygiëne. Besmetting van recreatief of drinkwater kan gebeuren via blootstelling aan menselijk rioolwater [16](#page=16). > **Tip:** Het schema beschrijft de faeco-orale transmissie van \_E. coli als veroorzaker van diarree. Dit patroon is gelijkaardig voor de meeste andere veroorzakers van gastro-intestinale infecties [16](#page=16). #### 1.4.4. Diverse typen enteropathogene E. coli (EPEC) \_E. coli stammen kunnen op verschillende manieren diarree veroorzaken, wat resulteert in uiteenlopende klinische beelden en complicaties [18](#page=18). * **Enteropathogene E. coli (EPEC):** Deze hechten zich aan het darmepitheel en veroorzaken vervlakking van de microvili [18](#page=18). * **Shiga toxin-producing E. coli (STEC):** Deze stammen produceren Shiga toxine en worden verderop besproken [18](#page=18). * **Enterotoxigene E. coli (ETEC):** Bezitten 'colonization factors' (CFs) voor aanhechting en produceren enterotoxines die vergelijkbaar zijn met cholera toxine, leidend tot zuiver water- en elektrolytenverlies [18](#page=18). * **Enteroaggregative E. coli (EAEC):** Vormen biofilms op de mucosa door onderlinge aanhechting en aanhechting aan het celoppervlak, met 'aggregative adherence' (AA) patronen, ook wel 'gestapelde bakstenen' genoemd [18](#page=18). * **Diffusely adherent E. coli (DAEC):** De bacteriën verspreiden zich los over het oppervlak, wat resulteert in een 'diffuse adherence' (DA) patroon [18](#page=18). * **Adherent invasive E. coli (AIEC):** Koloniseren de intestinale mucosa, kunnen epitheelcellen binnendringen en zich repliceren in macrofagen. AIEC gebruikt type I pili voor adhesie aan intestinale cellen [18](#page=18). * **Enteroinvasieve E. coli (EIEC):** Vergelijkbaar met \_Shigella spp., zijn dit intracellulaire pathogenen die de mucosale cellen penetreren via M-cellen en zich tot in de submucosa verspreiden. EIEC en \_Shigella doden submucosale macrofagen en verspreiden zich via laterale invasie van colonocyten [18](#page=18). #### 1.4.5. STEC (Shiga toxin-producerende E. coli) Naast specifieke adhesines, produceren STEC-stammen Shiga toxine en kunnen ze andere genen of pathogenicity islands bezitten die via bacteriofagen of plasmiden worden overgebracht. Enterohemorrhagische \_E. coli (EHEC) en verotoxine producerende \_E. coli (VTEC) zijn (bijna) synoniemen voor STEC [19](#page=19). * **Klinisch beeld:** Het ziektebeeld varieert van gewone diarree tot bloederige diarree, al dan niet gecompliceerd door Hemolytisch Uremisch Syndroom (HUS) [19](#page=19). * **Fase 1:** Diarree, vaak bloederig, door lokale celschade veroorzaakt door het toxine [19](#page=19). * **Fase 2:** Complicatie, vaak 7-10 dagen later, door de werking van het toxine op diverse cellen, waaronder niercellen, resulterend in trombocytopenie, hemolytische anemie en acute nierinsufficiëntie. Er zijn geen bacteriën aanwezig op de plaats van deze letsels, omdat het toxine op afstand van de infectiehaard werkt [19](#page=19). * **Bekende stammen en associaties:** Een bekende STEC-stam is \_E. coli O157:H7. Niet alle van deze stammen zijn pathogeen, en omgekeerd veroorzaken verschillende andere stammen dezelfde ziekte. Deze specifieke stam is sterk geassocieerd met runderen en rundvlees, wat een grote impact heeft gehad op het management van voedselveiligheid (bv. hamburgerketens, waar onvoldoende gegaard voedsel een risico vormt) [19](#page=19). * **Diagnose:** De diagnose wordt niet zozeer gesteld door het opzoeken van typische serotypes, maar door het aantonen van de toxines in stoelgang of gekweekte \_E. coli stammen met moleculaire technieken, grotendeels in referentielaboratoria [19](#page=19). > **Tip:** Het Hemolytisch Uremisch Syndroom (HUS) wordt veroorzaakt door de binding van Shiga-toxine aan de globotriaosylceramide (Gb3) receptor op het oppervlak van de glomerulaire endotheelcellen. Beschadiging van de nierfunctie kan leiden tot nierinsufficiëntie, waarbij soms tijdelijke of definitieve behoefte aan nierdialyse of niertransplantatie ontstaat. Sommige personen met reeds bestaande chronische ziekten kunnen hieraan overlijden [20](#page=20). #### 1.4.6. De HUS-epidemie in Duitsland . In 2011 veroorzaakte een nieuwe stam van \_Escherichia coli O104:H4 een ernstige uitbraak van voedselgerelateerde ziekten in Noord-Duitsland. Deze ziekte werd gekenmerkt door bloederige diarree met een hoge frequentie van ernstige complicaties, waaronder HUS. Aanvankelijk werd gedacht dat een enterohemorragische (EHEC) stam de oorzaak was, maar later bleek het een enterotoxigene \_E. coli (EAEC) stam te zijn die genen voor Shiga toxineproductie had verworven [20](#page=20). * **Omvang van de epidemie:** De epidemie kende 4075 gevallen in 16 landen, met 908 gevallen van HUS die hemodialyse vereisten, en resulteerde in 50 sterfgevallen. De bacterie was een nieuwe stam, waardoor het enige tijd duurde voordat onderzoekslaboratoria de stam hadden gekarakteriseerd en deze gemakkelijker kon worden opgespoord [21](#page=21). * **Bronopsporing:** Na de melding dat komkommers en tomaten de bron van de infectie waren, stortte de Europese groentemarkt in, met enorme economische schade. Later bleek dat de bron fenegriekzaadjes te zijn, die na kieming in rauwkostschotels werden geserveerd. De zaadjes waren afkomstig uit Egypte, waar ze mogelijk waren besproeid met water dat besmet was met vee of een andere fecale bron [22](#page=22). ### 1.5. Diagnose van E. coli infecties De diagnose van \_E. coli infecties is afhankelijk van het type infectie en het type monster dat wordt afgenomen. #### 1.5.1. E. coli en urineweginfecties Urine is een type II monster, wat betekent dat contaminatie met bacteriën die normaal of tijdelijk aanwezig zijn in de omgeving (urethra, vulva, glans) kan optreden. Daarom is zorgvuldige afname van urine essentieel. De urine wordt kwantitatief gekweekt, en er wordt specifiek gezocht naar uropathogene bacteriën. De drempel voor een positieve kweek is afhankelijk van de afnameprocedure, het geslacht van de patiënt (minder contaminatie bij mannen), en de aanwezigheid van symptomen (bij asymptomatische patiënten is de drempel hoger) [23](#page=23). #### 1.5.2. E. coli en diarree Feces is een type III monster, wat betekent dat er altijd bacteriën aanwezig zijn. Het laboratorium moet in staat zijn de verwekkers van diarree te herkennen, meestal met behulp van selectieve media. Enteropathogene \_E. coli (in brede zin) kunnen enkel van commensale stammen worden onderscheiden met moleculaire technieken, wat in de praktijk zelden gebeurt. Hierdoor is de diagnose van diarree door \_E. coli moeilijker dan bij andere verwekkers [23](#page=23). #### 1.5.3. E. coli en diepe infecties Bij infecties van de buikholte of galwegen is vaak geen monster voorhanden, tenzij er een chirurgische ingreep plaatsvindt. Bij meningitis of artritis kan materiaal voor kweek verkregen worden door punctie. Hemoculturen kunnen de verwekker eventueel opsporen, maar dit zijn type I monsters die kwetsbaar zijn voor contaminatie door huidbacteriën [23](#page=23). #### 1.5.4. E. coli in chronische wonden Chronische wonden zijn vaak gecontamineerd met diverse bacteriën, waaronder \_E. coli. De aanwezigheid van \_E. coli in een chronische wond betekent op zich niet automatisch dat er sprake is van een infectie die behandeld moet worden [23](#page=23). #### 1.5.5. Typering van E. coli Een oudere methode om stammen van elkaar te onderscheiden is serotypering, gebaseerd op O-, H- en K-antigenen [24](#page=24). * **O-antigeen (somatisch antigen):** Dit is een component van de celwand [24](#page=24). * **H-antigeen (flagellair antigen):** Dit is een component van de flagellen [24](#page=24). * **K-antigeen (kapsel-antigeen):** Dit is een component van het kapsel [24](#page=24). Vroeger was serotypering van groot belang, omdat bepaalde serotypes geassocieerd waren met pathotypes. Echter, het verband tussen specifieke serotypes en enteropathogene eigenschappen is inmiddels minder duidelijk gebleken dan men aanvankelijk dacht. Tegenwoordig zijn er diverse nieuwe moleculaire technieken beschikbaar voor stamtypering [24](#page=24). > **Voorbeeld:** De aanduiding \_Escherichia coli O104:H4 verwijst naar de serotypes van de O-, H- en K-antigenen van een specifieke stam [24](#page=24). ### 1.6. Behandeling van E. coli infecties (Deze sectie is niet gedetailleerd in de verstrekte documentfragmenten. De behandeling van \_E. coli infecties hangt sterk af van het type infectie, de locatie, de ernst en de resistentiepatronen van de specifieke stam). * * * # Afweer tegen pyogene bacteriën Deze sectie behandelt de immuunrespons tegen extracellulaire, pyogene bacteriën, inclusief de inflammatoire respons, de effector arm van de afweer, de rol van bloedbeeldveranderingen, en specifieke complicaties zoals abcessen en septische shock. ### 2.1 De inflammatoire respons op een bacteriële infectie De eerste detectie van bacteriën vindt plaats door weefselmacrofagen, die beschikken over pathogen recognition receptoren (PRRs) zoals Toll-like receptors (TLRs). Deze receptoren kunnen pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) herkennen, bijvoorbeeld lipopolysaccharide (LPS) van gramnegatieve bacteriën via het TLR4/CD14 complex. Na detectie fagocyteren macrofagen de bacteriën en scheiden ze cytokines (o.a. IL-1, IL-6, IL-8, TNF) en prostaglandines af, die een inflammatoire respons induceren [7](#page=7). Deze mediatoren, samen met geactiveerd complement en histamine uit mestcellen, veroorzaken: * **Verhoogde vasculaire permeabiliteit**: Dit leidt tot lokale accumulatie van plasmafactoren en vocht, resulterend in zwelling (tumor) [7](#page=7). * **Verhoogde bloeddoorstroming**: Vasodilatatie zorgt voor lokale roodheid (rubor) en warmte (calor), wat de instroom van immuuncellen faciliteert, zoals neutrofielen die worden aangetrokken door IL-8 [7](#page=7). * **Pijn en functieverlies**: Zwelling en inflammatoire mediatoren stimuleren pijnsensibele zenuwen (dolor) en kunnen de functie van het aangetaste gebied belemmeren (functio laesa) [7](#page=7). Dit resulteert in de klassieke symptomen van inflammatie: tumor, calor, rubor, dolor en functio laesa. De inflammatoire reactie is gericht op het snel opruimen van bacteriën door fagocytose, mede mogelijk gemaakt door opsonisatie en directe lyse via complement [7](#page=7). Naast lokale reacties kunnen er systemische effecten optreden bij voldoende inflammatie, zoals koorts (veroorzaakt door IL-1/TNF-effect op het centrale zenuwstelsel), wat metabolisme en immuuncel-functioneren kan versnellen en bacteriële replicatie kan remmen. Ook de synthese van acute fase eiwitten (IL-6 gemedieerd) in de lever, zoals C-reactief proteïne (CRP), neemt toe [7](#page=7). > **Tip:** Het herkennen van PAMPs door PRRs is een cruciaal eerste signaal voor de immuunrespons tegen bacteriële infecties. ### 2.2 Effector arm De bescherming tegen extracellulaire, pyogene bacteriën omvat verschillende elementen: * Neutrofielen * Antilichamen * Complement * Oxidatieve burst (generatie van reactieve zuurstofspecies) * NETosis (ejectie van kernmateriaal door neutrofielen, wat een netwerk vormt om bacteriën te vangen) [9](#page=9). ### 2.3 Inflammatoire response op een bacteriële infectie: bloedbeeld De systemische effecten van inflammatoire mediatoren zijn diagnostisch relevant. Bij een bacteriële infectie treedt vaak een verhoogd aantal neutrofielen op, inclusief meer immature vormen (een 'linksverschuiving') en thrombocytose [10](#page=10). Daarnaast veranderen de concentraties van acute fase eiwitten: * **Positieve acute fase eiwitten**: Verhoogd in concentratie, zoals CRP, serum amyloid A, haptoglobine en fibrinogeen [10](#page=10). * **Negatieve acute fase eiwitten**: Verlaagd in concentratie, zoals transferrine, wat leidt tot een daling van serumijzer en andere metalen. Deze afname remt bacteriële replicatie, aangezien metalen essentieel zijn voor hun metabolisme [10](#page=10). Deze chemische veranderingen in het bloed beïnvloeden de sedimentatiesnelheid van rode bloedcellen (bloedbezinking, ESR), een aspecifieke, maar waardevolle indicator van inflammatie [10](#page=10). > **Voorbeeld:** De linksverschuiving bij neutrofielen, waarbij meer onrijpe vormen in het bloed circuleren, wijst op een verhoogde productie door het beenmerg als reactie op een infectie. ### 2.4 Complicaties: abces Indien de bacteriële eliminatie door de inflammatoire respons minder efficiënt is, of bij een verhoogde kiemlast of een verzwakte afweer, kan het proces leiden tot de vorming van ettercollecties. Deze collecties, bestaande uit dode afweercellen en bacteriën, kunnen lichaamsruimtes vullen (empyeem, bv. in de buikholte na darmperforatie) of zich inkapselen in het weefsel als een abces [11](#page=11). Het ontstaan van een abces wordt gezien als een teken van een reactieve gastheer ("pus bonum et laudabile"). Een abces vormt echter een moeilijk toegankelijke reservoir voor immuuncellen en antibiotica, en vereist daarom chirurgische interventie voor evacuatie ("ubi pus, ibi evacua") [11](#page=11). ### 2.5 Complicaties: septische shock Massale systemische inflammatoire reacties, vaak veroorzaakt door een grote hoeveelheid circulerende bacteriën, kunnen leiden tot levensbedreigende septische shock. Kenmerken zijn systemische vasodilatatie met bloeddrukdaling, diffuse intravasculaire stolling, capillaire lekkage en multiorgaanfalen. Experimenteel kan septische shock worden uitgelokt door intraveneuze injectie van LPS [12](#page=12). Risicogroepen voor sepsis zijn patiënten met verminderde klaring, zoals asplenie, neutropenie of deficiënties in het complementsysteem of antilichaamproductie. Behandelingen met anti-cytokine antistoffen (bv. anti-TNF, anti-IL6) hebben tot op heden onvoldoende effectiviteit getoond [12](#page=12). * * * # Diagnostiek en behandeling van E. coli infecties Deze sectie bespreekt de methoden voor het diagnosticeren van E. coli infecties, afhankelijk van het type infectie (urinewegen, diarree, diepe infecties, chronische wonden), en zet de behandeling uiteen, inclusief de rol van antibiotica, chirurgische interventies en supportieve zorg. ### 3.1 Diagnostiek van E. coli infecties De diagnostiek van E. coli infecties is afhankelijk van het type infectie en het type biologisch staal dat wordt afgenomen [23](#page=23). #### 3.1.1 E. coli en urineweginfecties Urine wordt beschouwd als een type II staal, wat betekent dat contaminatie met bacteriën uit de omgeving (urethra, vulva, glans) mogelijk is tijdens de afname. Zorgvuldige afname is daarom essentieel. Bij de kweek van urine wordt kwantitatief gemeten en worden alleen uropathogene bacteriën gezocht en gerapporteerd. De drempelwaarde voor een positieve kweek 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). #### 3.1.2 E. coli en diarree Feces is een type III staal, wat betekent dat er altijd bacteriën aanwezig zijn. Het laboratorium moet weten welke bacteriën diarree veroorzaken en hoe deze te herkennen, meestal met behulp van selectieve bodems. Enteropathogene E. coli stammen kunnen in de praktijk moeilijk worden onderscheiden van 'commensale' stammen zonder moleculaire technieken, wat de diagnose van diarree door E. coli bemoeilijkt in vergelijking met andere verwekkers [23](#page=23). #### 3.1.3 E. coli en diepe infecties Bij diepe infecties zoals abcessen en cholecystitis (type I) is er vaak geen staal beschikbaar, tenzij er een operatie plaatsvindt. Voor meningitis en artritis kan materiaal voor kweek worden verkregen door punctie. Hemoculturen kunnen de verwekker soms detecteren, hoewel deze kwetsbaar zijn voor contaminatie door huidbacteriën tijdens de afname [23](#page=23). #### 3.1.4 E. coli in chronische wonden Chronische wonden zijn vaak gecontamineerd met diverse bacteriën, waaronder E. coli. De aanwezigheid van E. coli in een chronische wond betekent niet automatisch dat deze een infectie veroorzaakt en dus behandeld moet worden [23](#page=23). #### 3.1.5 Moleculaire en serologische diagnostiek Een oudere methode om E. coli stammen te onderscheiden is serotypering op basis van O (somatisch), H (flagellair) en K (kapsel) antigenen. Serotypes waren in het verleden geassocieerd met pathotypes, maar dit verband blijkt minder duidelijk dan gedacht. Tegenwoordig worden ook moleculaire technieken gebruikt voor stamdifferentiatie. Voor Shiga-toxine producerende E. coli (STEC) is de diagnose vaak gebaseerd op het aantonen van de toxines in feces of in gekweekte stammen met moleculaire technieken, meestal in een referentielaboratorium [19](#page=19) [24](#page=24). ### 3.2 Behandeling van E. coli infecties De behandeling van E. coli infecties omvat antibiotica, chirurgische interventies en supportieve zorg [25](#page=25). #### 3.2.1 Antibiotherapie * **Algemeenheden:** De gevoeligheid van E. coli voor antibiotica is in de loop der tijd afgenomen door toenemende resistentie. De antibioticumdruk en kans op overdracht (bv. nosocomiale) beïnvloeden de resistentie [25](#page=25). * **Niet behandelen met antibiotica:** In sommige gevallen is antibiotische behandeling niet geïndiceerd. Dit geldt voor asymptomatische bacteriurie en de meeste gevallen van diarree. Bij STEC-infecties kunnen antibiotica zelfs leiden tot meer complicaties. Hoewel bij Salmonella gasto-enteritis antibiotica soms nodig zijn, zijn neomacroliden hiervoor een optie vanwege goede concentraties in de darm en effectiviteit tegen intracellulaire bacteriën, in tegenstelling tot bijvoorbeeld bèta-lactams [19](#page=19) [25](#page=25). * **Menginfecties:** Bij infecties zoals abcessen in de buikholte of peritonitis is er vaak sprake van menginfecties met meerdere bacteriën. De keuze van het antibioticum houdt hier rekening mee, conform richtlijnen zoals BAPCOC [25](#page=25). ##### 3.2.1.1 Gevoeligheid van E. coli voor antibiotica De tabel toont een vergelijking van de gevoeligheid van E. coli voor verschillende antibiotica in urinestalen van vrouwen in de huisartsenpraktijk (1995 vs. 2014) en van ziekenhuispatiënten (recent opgenomen vs. langer opgenomen). Hieruit blijkt een stijgende resistentie voor een aantal antibiotica [26](#page=26). AntibioticaUrine vrouwen (Huisarts, 1995)Urine vrouwen (Huisarts, 2014)UZ-Gent (Patiënten < 5 dagen)UZ-Gent (Patiënten > 5 dagen)Amoxycilline73563526Cotrimoxazol83775756Ofloxacine99867264Furadantine\*1001009797Fosfomycine\*\_1009898Gentamycine\_909389Temocilline \[S1009791\_Amoxycilline-clavulaanzuur \[S938271\_Ceftriaxone \[s978382\_Piperacilline-tazobactam \[S989898\_Meropenem \[S10099.899.8\_ \* alleen voor cystitis [26](#page=26). \[S: niet getest, als gevoelig beschouwd [26](#page=26). #### 3.2.2 Heelkundige behandeling Chirurgische interventies omvatten het draineren van abcessen, het verwijderen van pus en necrotisch weefsel, en het herstellen van de anatomie om onderliggende afwijkingen te corrigeren en de ontstekingshaard te stoppen [25](#page=25). #### 3.2.3 Supportieve behandeling Bij zeer ernstige infecties kan er een impact zijn op de bloeddruk en orgaanfuncties. Deze moeten worden ondersteund met passende therapieën zoals het handhaven van de bloeddruk, beademing en nierdialyse [25](#page=25). ### 3.3 Reservoirs en transmissie van pathogene E. coli Pathogene E. coli stammen kunnen in diverse dierlijke reservoirs voorkomen en zich daartussen verspreiden. Fecale materie kan voedsel, irrigatiewater of recreatief/drinkwater contamineren. Mensen kunnen blootgesteld worden na inname van gecontamineerd voedsel of water, of via direct contact met gekoloniseerde dieren. Secundaire transmissie kan optreden tussen mensen, vaak in kinderdagverblijven of verzorgingstehuizen. Voedsel kan gecontamineerd raken door slechte kookpraktijken (bv. onvoldoende doorbakken vlees) of door asymptomatische of symptomatische voedselbereiders bij onvoldoende handhygiëne. Contaminatie van recreatief of drinkwater kan gebeuren door blootstelling aan menselijk rioolwater. Dit schema beschrijft faeco-orale transmissie van E. coli als verwekker van diarree, een patroon dat voor veel andere verwekkers van gastro-intestinale infecties vergelijkbaar is [16](#page=16). ### 3.4 Specifieke E. coli pathotypes #### 3.4.1 Shiga-toxine producerende E. coli (STEC) Naast specifieke adhesines bezitten STEC-stammen Shiga-toxine en mogelijk andere genen of een pathositeitseiland dat via bacteriofaag of plasmide wordt overgedragen. Enterohemorragische E. coli (EHEC) en verotoxine producerende E. coli (VTEC) zijn nagenoeg synoniemen. De klinische presentatie varieert van gewone diarree tot bloederige diarree, al dan niet gecompliceerd door hemolytisch uremisch syndroom (HUS) [19](#page=19). * **Eerste fase:** Diarree, vaak bloederig, als gevolg van lokale celschade door het toxine [19](#page=19). * **Tweede fase (7-10 dagen later):** Complicaties door de werking van het toxine op diverse cellen, waaronder niercellen, leidend tot trombocytopenie, hemolytische anemie en acute nierinsufficiëntie. Er worden geen bacteriën aangetroffen op de plaats van deze letsels, aangezien het toxine op afstand van de infectiehaard werkt [19](#page=19). Een bekende STEC is \_E. coli O157:H7, maar niet alle stammen van dit serotype zijn pathogeen en diverse andere stammen kunnen dezelfde ziekte veroorzaken. Deze \_E. coli (O157) was sterk geassocieerd met rundvee en -vlees, wat een grote impact heeft gehad op voedselveiligheidsmanagement (bv. hamburgerketens waar kleine aantallen bacteriën kunnen overleven indien het voedsel niet volledig gaar is) [19](#page=19). ##### 3.4.1.1 Laboratoriumdiagnostiek van STEC De diagnose wordt niet zozeer gesteld door het opzoeken van typische serotypes, maar door het aantonen van de toxines in feces of in gekweekte E. coli stammen met moleculaire technieken, voornamelijk in referentielaboratoria [19](#page=19).

| Term | Definition | |------|------------| | Extracellulaire pathogenen | Micro-organismen die buiten de lichaamscellen infecties veroorzaken en zich voornamelijk in de lichaamsvloeistoffen of weefselruimtes bevinden. | | Pyogene bacteriën | Bacteriën die ettervorming (pus) veroorzaken, wat een kenmerk is van veel bacteriële infecties die leiden tot ontsteking en weefselbeschadiging. | | Primo-infectie | De eerste infectie met een bepaald pathogeen in een organisme dat nog geen immuniteit heeft opgebouwd tegen dat specifieke agens. | | Pathologie | De studie van ziekten, inclusief de oorzaken, mechanismen, symptomen en gevolgen van ziekteprocessen op cellulair, weefsel- en orgaanniveau. | | E. Coli | Een veelvoorkomende bacteriesoort, Escherichia coli, die normaal gesproken deel uitmaakt van de darmflora maar onder bepaalde omstandigheden pathogeen kan worden. | | Overdracht | Het proces waarbij een ziekteverwekker van de ene gastheer naar de andere wordt verspreid, via verschillende mechanismen zoals direct contact, druppeltjes of indirect contact met besmette objecten. | | Ingangspoort | De specifieke locatie in het lichaam waar een pathogeen het lichaam binnendringt om een infectie te veroorzaken, bijvoorbeeld de luchtwegen, het spijsverteringskanaal of de huid. | | Incubatieperiode | De tijdspanne tussen de blootstelling aan een ziekteverwekker en het optreden van de eerste symptomen van de ziekte. | | Aangeboren immuniteit | De niet-specifieke, eerstelijnsverdediging van het immuunsysteem die direct na blootstelling aan een pathogeen wordt geactiveerd en geen eerdere blootstelling vereist. | | Virulentie | De mate waarin een pathogeen in staat is om een ziekte te veroorzaken, gemeten aan de hand van de ernst van de ziekte en de kans op infectie na blootstelling. | | Symptomatologie | De studie en beschrijving van de symptomen die kenmerkend zijn voor een bepaalde ziekte of aandoening. | | Laboratoriumdiagnostiek | Het gebruik van laboratoriumtests en -analyses om ziekten te identificeren, te diagnosticeren en te monitoren, bijvoorbeeld door middel van bloedonderzoek of kweek van lichaamsmaterialen. | | Acute bacteriële infectie | Een infectie veroorzaakt door bacteriën die plotseling en vaak ernstig optreedt, met een relatief korte duur. | | Natuurlijk verloop | De typische progressie van een ziekte vanaf de initiële infectie tot het herstel, de chronische fase of de dood, zonder specifieke medische interventie. | | Complicaties | Secundaire ziekten of aandoeningen die zich ontwikkelen als gevolg van een reeds bestaande ziekte of behandeling, en die de toestand van de patiënt kunnen verergeren. | | Pathogeen vermogen | Het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken bij een gastheer, afhankelijk van factoren zoals virulentie en de afweer van de gastheer. | | S. aureus | Staphylococcus aureus, een bacteriesoort die verschillende infecties kan veroorzaken, variërend van huidinfecties tot ernstige systemische aandoeningen. | | S. pyogenes | Streptococcus pyogenes, een bacteriesoort die keelontsteking, huidinfecties en ernstigere aandoeningen zoals roodvonk en sepsis kan veroorzaken. | | Conditionele infecties | Infecties die alleen optreden wanneer de afweermechanismen van de gastheer verzwakt zijn of wanneer er specifieke omstandigheden zijn die de groei van het micro-organisme bevorderen. | | Commensale flora | Micro-organismen die normaal gesproken op of in het lichaam van een gastheer leven zonder ziekte te veroorzaken, en die zelfs voordelen kunnen bieden, zoals bescherming tegen pathogene micro-organismen. | | Barrières | Fysieke, chemische of biologische mechanismen in het lichaam die voorkomen dat pathogenen het lichaam binnendringen en infecties veroorzaken, zoals de huid, slijmvliezen, maagzuur en het immuunsysteem. | | Genoom | Het volledige DNA-gehalte van een organisme, dat alle genetische informatie bevat die nodig is voor de groei, ontwikkeling en voortplanting. | | Pathogenicity islands (PAIs) | Specifieke groepen genen binnen het genoom van een pathogeen die verantwoordelijk zijn voor virulente eigenschappen en die vaak door horizontale genoverdracht zijn verkregen. | | Uropathogene stammen | E. coli stammen die specifiek urineweginfecties veroorzaken, vaak door zich te hechten aan het uroteeltel. | | Enteropathogene stammen | E. coli stammen die infecties van het maag-darmkanaal veroorzaken, leidend tot diarree en andere gastro-intestinale symptomen. | | Afvoerwegen | Structuren die vloeistoffen uit het lichaam transporteren, zoals de urinewegen of galwegen. | | Cholecystitis | Ontsteking van de galblaas, vaak veroorzaakt door bacteriële infectie. | | Maceratie | Het verzachten en afbreken van weefsel door langdurige blootstelling aan vocht. | | Intertrigo | Huiduitslag die ontstaat in huidplooien door wrijving, vocht en warmte, vaak gecompliceerd door bacteriële of schimmelinfecties. | | Otitis externa | Ontsteking van de uitwendige gehoorgang. | | Peritonitis | Ontsteking van het buikvlies (peritoneum), vaak veroorzaakt door bacteriële infectie na buikoperaties of perforatie van een orgaan. | | Buikabces | Een ophoping van pus in de buikholte, vaak als complicatie van buikinfecties. | | Postoperatieve wondinfectie | Een infectie die optreedt in een chirurgische wond na een operatie. | | Menginfecties | Infecties veroorzaakt door twee of meer verschillende micro-organismen die samenwerken om de infectie te veroorzaken of te verergeren. | | Metastatische infecties | Infecties die zich verspreiden vanuit een primaire infectiehaard naar andere delen van het lichaam via de bloedbaan of lymfestelsel. | | Meningitis | Ontsteking van de hersenvliezen, de beschermende membranen rond de hersenen en het ruggenmerg. | | Artritis | Ontsteking van een gewricht. | | O-antigenen | Lipopolysacchariden aan de buitenkant van gramnegatieve bacteriën die de immuniteit kunnen beïnvloeden. | | K-antigenen | Kapselantigenen die de virulentie van bacteriën kunnen beïnvloeden door fagocytose te weerstaan. | | Cytokines | Kleine eiwitten die signalen afgeven tussen cellen van het immuunsysteem en andere cellen, en die een rol spelen bij ontsteking, immuunrespons en weefselherstel. | | Chemokines | Een specifieke klasse van cytokines die chemoattractie van immuuncellen veroorzaken naar de plaats van ontsteking of infectie. | | Interleukines (IL) | Een groep cytokines die voornamelijk worden geproduceerd door leukocyten en die een belangrijke rol spelen bij de communicatie en regulatie van immuunreacties. | | Inflammatie | Een lokale reactie van het lichaam op letsel of infectie, gekenmerkt door roodheid, zwelling, warmte en pijn. | | Koorts | Een verhoging van de lichaamstemperatuur boven het normale bereik, vaak als reactie op infectie of ontsteking. | | Cardiovasculaire shock | Een levensbedreigende toestand waarbij de bloeddruk gevaarlijk laag wordt, waardoor vitale organen niet voldoende zuurstof krijgen. | | Granulocytose | Een verhoging van het aantal granulocyten (een type witte bloedcel) in het bloed, vaak als reactie op infectie. | | Acute fase eiwitten | Eiwitten in het bloed waarvan de concentratie verandert tijdens een acute fase van ontsteking of infectie, zoals C-reactief proteïne (CRP). | | Macrophages | Grote, fagocyterende cellen van het immuunsysteem die lichaamsvreemde deeltjes, zoals bacteriën, opruimen en een rol spelen bij het activeren van andere immuuncellen. | | Pathogen Recognition Receptors (PRRs) | Receptoren op immuuncellen die moleculaire patronen herkennen die geassocieerd zijn met pathogenen (PAMPs), zoals lipopolysaccharide (LPS) op gramnegatieve bacteriën. | | TLRs | Toll-like receptors, een belangrijke klasse van PRRs die een cruciale rol spelen bij de herkenning van bacteriële componenten en de initiatie van immuunreacties. | | LPS | Lipopolysaccharide, een belangrijk bestanddeel van de celwand van gramnegatieve bacteriën dat een sterke immuunrespons kan uitlokken. | | TLR4/CD14 complex | Een receptorcomplex op immuuncellen dat LPS detecteert en een signaaltransductieketen activeert die leidt tot ontstekingsreacties. | | Fagocyteren | Het proces waarbij cellen van het immuunsysteem, zoals macrofagen en neutrofielen, ziekteverwekkers en celresten opnemen en vernietigen. | | T-cellen | Een type witte bloedcel dat een centrale rol speelt in de celgemedieerde immuniteit, inclusief het herkennen en doden van geïnfecteerde cellen en het reguleren van de immuunrespons. | | Th1 hulp | Hulp van T-helpercellen van type 1, die cruciale signalen leveren voor de ontwikkeling van celgemedieerde immuniteit en de activering van macrofagen. | | Cytokines (IL-1, IL-6, IL-8, TNF) | Signaalmoleculen die de inflammatoire respons moduleren; IL-1 en TNF spelen een rol bij koorts en ontstekingen, IL-6 bij acute fase reacties, en IL-8 is een chemoattractant voor neutrofielen. | | Prostaglandines | Lipide mediatoren die een rol spelen bij ontsteking, pijn en koorts. | | Complement | Een complex systeem van eiwitten in het bloed dat een belangrijke rol speelt bij de afweer tegen infecties, door bacteriën te lyseeren, fagocytose te bevorderen en ontstekingen te mediëren. | | Histamine | Een stof die vrijkomt uit mestcellen en basofielen, en die een rol speelt bij allergische reacties en ontsteking door vasodilatatie en verhoogde vasculaire permeabiliteit te veroorzaken. | | Vasculaire permeabiliteit | De mate waarin de wanden van bloedvaten doorlaatbaar zijn voor vloeistoffen, cellen en moleculen; verhoogde permeabiliteit leidt tot zwelling (oedeem). | | Vasodilatatie | Verwijding van bloedvaten, wat leidt tot verhoogde bloedtoevoer naar een bepaald gebied en kan bijdragen aan roodheid en warmte tijdens ontsteking. | | Tumor | Zwelling, een van de klassieke tekenen van ontsteking, veroorzaakt door vochtophoping. | | Rubor | Roodheid, een klassiek teken van ontsteking, veroorzaakt door verhoogde bloedtoevoer naar het getroffen gebied. | | Calor | Warmte, een klassiek teken van ontsteking, veroorzaakt door verhoogde bloedtoevoer en verhoogde metabole activiteit. | | Dolor | Pijn, een klassiek teken van ontsteking, veroorzaakt door stimulatie van pijnreceptoren. | | Functio laesa | Beperking van de functie, een klassiek teken van ontsteking, waarbij de normale werking van het getroffen weefsel of orgaan is aangetast. | | Fagocytose | Het proces waarbij immuuncellen ziekteverwekkers of celresten opnemen en vernietigen. | | Opsonisatie | Het proces waarbij pathogenen worden bedekt met eiwitten, zoals antilichamen en complementfactoren, wat hun fagocytose door immuuncellen vergemakkelijkt. | | Lyse | Het afbreken of vernietigen van een cel, bijvoorbeeld door het complement systeem of antibiotica. | | Antilichamen | Eiwitten geproduceerd door B-cellen die specifiek binden aan antigenen op pathogenen, wat helpt bij hun neutralisatie of eliminatie. | | Acute fase eiwitsynthese | Het verhoogde productieproces van acute fase eiwitten door de lever onder invloed van pro-inflammatoire cytokines, wat bijdraagt aan de immuunrespons. | | CRP | C-reactief proteïne, een acute fase eiwit dat stijgt bij ontsteking en infectie en helpt bij de activatie van het complement systeem en fagocytose. | | Interferon | Een groep eiwitten die door cellen worden geproduceerd als reactie op virale infecties en die de antivirale respons van naburige cellen kunnen induceren. | | Autofagie | Een cellulair proces waarbij de cel haar eigen beschadigde componenten of overtollige eiwitten afbreekt en recycleert, wat ook een rol kan spelen bij de afweer tegen intracellulaire pathogenen. | | IgG antilichamen | Immunoglobuline G, het meest voorkomende type antilichaam in het bloed, dat een cruciale rol speelt bij de langetermijnimmuniteit tegen pathogenen. | | IgA antilichamen | Immunoglobuline A, antilichamen die voornamelijk worden gevonden in slijm, tranen en speeksel, en die een belangrijke rol spelen bij de bescherming van slijmvliezen tegen infecties. | | Neutrofielen | Een type witte bloedcel dat een primaire rol speelt bij de bestrijding van bacteriële infecties door middel van fagocytose en de afgifte van antimicrobiële stoffen. | | NETosis | Een proces waarbij neutrofielen hun kernmateriaal vrijgeven in de vorm van extracellulaire DNA-netwerken (NETs) om pathogenen te vangen en te doden. | | Oxidatieve burst | De snelle productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) door fagocyterende cellen zoals neutrofielen, die essentieel is voor het doden van bacteriën. | | Linksverschuiving | Een toename van onrijpe witte bloedcellen (zoals staven en metamyelocyten) in het bloed, wat wijst op een verhoogde productie van deze cellen door het beenmerg als reactie op infectie of ontsteking. | | Thrombozythosis | Een verhoging van het aantal bloedplaatjes (trombocyten) in het bloed, wat kan optreden als reactie op ontsteking of infectie. | | Transferrine | Een eiwit dat ijzer in het bloed transporteert; de concentratie ervan kan dalen tijdens acute fase reacties, waardoor het ijzer minder beschikbaar is voor bacteriën. | | Serumijzer | De concentratie van ijzer in het serum (vloeibare deel van het bloed), die kan dalen tijdens acute fase reacties om de groei van bacteriën te beperken. | | Bloedbezinking (ESR) | Erythrocyte sedimentation rate, een maat voor de snelheid waarmee rode bloedcellen bezinken in een staal bloed; een verhoogde ESR is een aspecifieke indicator van ontsteking. | | Abces | Een gelokaliseerde ophoping van pus in een weefsel of orgaan, veroorzaakt door een infectie. | | Granulocyten | Een groep witte bloedcellen die korrels in hun cytoplasma bevatten, waaronder neutrofielen, eosinofielen en basofielen, die een rol spelen bij de immuunrespons. | | Ettercollecties | Ophopingen van pus, bestaande uit dode witte bloedcellen, bacteriën en weefselresten. | | Empyeem | Een ophoping van pus in een lichaamsholte, zoals de pleuraholte of de buikholte. | | Ubi pus, ibi evacua | Latijnse uitdrukking die betekent "waar pus is, daar evacueer het", wat het belang van drainage van abcessen benadrukt. | | Septische shock | Een levensbedreigende toestand die wordt veroorzaakt door een ernstige infectie, waarbij de bloeddruk gevaarlijk daalt en orgaanfalen kan optreden. | | Diffuse intravasculaire stolling (DIC) | Een ernstige aandoening waarbij bloedstolsels zich vormen in kleine bloedvaten door het hele lichaam, wat kan leiden tot orgaanbeschadiging en bloedingen. | | Capillaire lek | Verhoogde doorlaatbaarheid van de haarvaten, waardoor vloeistof en eiwitten uit de bloedbaan in de weefsels lekken, wat kan bijdragen aan shock en oedeem. | | Multiple orgaan falen (MOF) | Het falen van twee of meer vitale organen, vaak als complicatie van ernstige ziekte, zoals sepsis. | | LPS intraveneus | Toediening van lipopolysaccharide (LPS) rechtstreeks in de bloedbaan, wat kan leiden tot een ernstige inflammatoire reactie en shock. | | Asplenie | Het ontbreken van de milt of het functioneren ervan, wat de vatbaarheid voor bepaalde infecties verhoogt, met name door gekapselde bacteriën. | | Neutropenie | Een tekort aan neutrofielen in het bloed, wat de vatbaarheid voor bacteriële infecties verhoogt. | | Complement- of antilichaamdeficiënties | Aandoeningen waarbij het immuunsysteem tekortschiet in de productie of functie van complementfactoren of antilichamen, wat leidt tot verhoogde vatbaarheid voor infecties. | | Anti-TNF, anti-IL6, anti-HMGB antistoffen | Medicijnen die specifiek ontstekingsmediatoren (zoals TNF, IL-6) of andere moleculen (HMGB) blokkeren, gebruikt bij de behandeling van ernstige ontstekingsreacties. | | Adhesines | Moleculen op het oppervlak van bacteriën die hen helpen zich te hechten aan gastheercellen of weefsels. | | Hemolysine | Een toxine geproduceerd door sommige bacteriën dat rode bloedcellen kan afbreken (hemolyse). | | Sideroforen | Moleculen geproduceerd door bacteriën om ijzer uit de omgeving op te nemen, wat essentieel is voor hun groei. | | Endotoxine | Een toxine dat deel uitmaakt van de celwand van gramnegatieve bacteriën (LPS) en dat een krachtige immuunrespons kan veroorzaken. | | Uro-pathogenen | Micro-organismen die specifiek urineweginfecties veroorzaken. | | Enteropathogenen | Micro-organismen die infecties van het maag-darmkanaal veroorzaken. | | Colonization factors (CFs) | Factoren op het oppervlak van bacteriën die hun vermogen om zich aan gastheercellen te hechten en te koloniseren verbeteren. | | Enterotoxines | Toxines geproduceerd door bacteriën die water- en zoutverlies in de darmen veroorzaken, leidend tot diarree. | | Cholera toxine | Een krachtig enterotoxine geproduceerd door Vibrio cholerae, dat ernstige waterige diarree veroorzaakt door de actieve secretie van ionen en water in de darmen. | | Biofilms | Gemeenschappen van micro-organismen die aan een oppervlak zijn gehecht en ingebed in een zelfgeproduceerde extracellulaire matrix, wat hen beschermt tegen antibiotica en immuunrespons. | | Mucosa | Het slijmvlies dat de binnenkant van lichaamsholtes bedekt, zoals de darm, de luchtwegen en de urinewegen. | | Aggregative adherence (AA) | Een patroon van bacteriële hechting waarbij bacteriën zich aan elkaar en aan het celoppervlak hechten, waardoor aggregaten ontstaan, vaak gezien bij enteropathogene E. coli. | | Diffuse adherence (DA) | Een patroon van bacteriële hechting waarbij bacteriën zich gelijkmatig verspreiden over het celoppervlak zonder aggregatie. | | Adherent invasive E. coli (AIEC) | Een subtype van E. coli dat intestinale epitheelcellen kan binnendringen en zich daarin vermenigvuldigen, en dat geassocieerd is met inflammatoire darmziekten. | | Enteroinvasieve E. coli (EIEC) | Een subtype van E. coli dat de darmmucosa kan binnendringen, vergelijkbaar met Shigella, en invasieve infecties veroorzaakt. | | M-cellen | Gespecialiseerde epitheelcellen in de darm die een rol spelen bij de opname van antigenen uit het darmlumen en de presentatie ervan aan immuuncellen. | | Submucosa | De laag weefsel onder het epitheel van de darmwand, die bloedvaten, zenuwen en lymfatisch weefsel bevat. | | Colonocytes | De belangrijkste celtypen van de darmepitheel. | | Shiga toxin-producing E. coli (STEC) | E. coli stammen die Shiga toxine produceren, wat ernstige gastro-intestinale ziekten kan veroorzaken, waaronder hemolytisch-uremisch syndroom (HUS). | | EHEC (enterohemorragische E. coli) | Een subtype van E. coli dat bloederige diarree veroorzaakt en geassocieerd is met het Shiga toxine. | | VTEC (verotoxigene E. coli) | Verotoxigene E. coli, een synoniem voor STEC, omdat het verotoxine produceert dat vergelijkbaar is met Shiga toxine. | | Hemolytisch uremisch syndroom (HUS) | Een ernstige complicatie van infecties met STEC, gekenmerkt door hemolytische anemie, nierfalen en lage bloedplaatjesaantallen. | | Trombocytopenie | Een laag aantal bloedplaatjes in het bloed. | | Hemolytische anemie | Een aandoening waarbij rode bloedcellen sneller worden afgebroken dan ze kunnen worden aangemaakt. | | Acute nierinsufficiëntie | Plotseling verlies van nierfunctie. | | Globotriaosylceramide (Gb3) receptor | Een receptor op de oppervlakte van cellen, met name op endotheelcellen in de nieren, waaraan Shiga toxine bindt om celschade te veroorzaken. | | Nierdialyse | Een medische behandeling om de functie van falende nieren te vervangen door kunstmatige middelen. | | Niertransplantatie | Chirurgische vervanging van een zieke nier door een gezonde nier van een donor. | | Enteroaggregative E. coli (EAEC) | Een subtype van E. coli dat zich aggregeert op de darmmucosa en diarree kan veroorzaken, en dat in sommige gevallen ook Shiga toxine kan produceren. | | Enterotoxigenic E. coli (ETEC) | Een subtype van E. coli dat enterotoxines produceert, wat leidt tot waterige diarree, een veelvoorkomende oorzaak van reizigersdiarree. | | Enteropathogenic E. coli (EPEC) | Een subtype van E. coli dat zich aan de darmepitheelcellen hecht en de microvili kan beschadigen, wat leidt tot diarree, vooral bij jonge kinderen. | | Diffusely adherent E. coli (DAEC) | Een subtype van E. coli dat zich diffuus aan het darmepitheel hecht en diarree kan veroorzaken. | | Fenegriek-zaadjes | Zaden van de fenegriekplant, die gebruikt worden als specerij en soms als rauwkost. | | Type II staal | Een lichaamsvloeistof of afscheiding die normaal gesproken enige bacteriële contaminatie kan bevatten, zoals urine, waardoor kwantitatieve analyse en zorgvuldige interpretatie vereist zijn. | | Kwantitatieve kweek | Een laboratoriummethode om het exacte aantal bacteriën in een monster te bepalen. | | Asymptomatische bacteriurie | De aanwezigheid van bacteriën in de urine zonder dat er symptomen van een urineweginfectie optreden. | | Type III staal | Een lichaamsmateriaal dat van nature een grote hoeveelheid bacteriën bevat, zoals feces, waardoor de identificatie van pathogenen uit de normale flora bemoeilijkt kan worden. | | Moleculaire technieken | Laboratoriummethoden die gebaseerd zijn op de analyse van DNA of RNA, zoals PCR, om micro-organismen te identificeren en te karakteriseren. | | Referentielabo | Een gespecialiseerd laboratorium dat geavanceerde diagnostische tests uitvoert en wordt geraadpleegd voor complexe of ongebruikelijke gevallen. | | Type I staal | Een steriel lichaamsvloeistof of weefsel dat normaal gesproken geen bacteriën bevat, zoals bloed of cerebrospinale vloeistof. | | Hemoculturen | Een bloedkweek om de aanwezigheid van bacteriën of schimmels in het bloed te detecteren. | | Serotypering | Een methode om bacteriële stammen te classificeren op basis van hun antigenen, zoals de O-, H- en K-antigenen. | | Pathotypen | Bacteriële stammen die specifieke ziektebeelden veroorzaken, vaak gerelateerd aan hun genetische samenstelling en virulente eigenschappen. | | Antibiotherapie | De behandeling van infecties met antibiotica. | | Resistentie | Het vermogen van bacteriën om de effecten van antibiotica te weerstaan, waardoor de antibiotica minder effectief worden. | | Nosocomiale overdracht | De overdracht van infecties binnen een gezondheidszorgomgeving, zoals een ziekenhuis. | | Asymptomatische bacteriurie | De aanwezigheid van bacteriën in de urine zonder dat er symptomen van een urineweginfectie optreden. | | STEC infecties | Infecties veroorzaakt door Shiga toxine-producerende E. coli (STEC), die soms verergeren na toediening van antibiotica. | | Salmonella gasto-enteritis | Een infectie van het maag-darmkanaal veroorzaakt door Salmonella-bacteriën. | | Neomacroliden | Een klasse van antibiotica die soms wordt gebruikt voor de behandeling van intracellulaire bacteriën, zoals Salmonella, omdat ze goed doordringen in cellen. | | MICs | Minimale Inhibitorische Concentraties, de laagste concentratie van een antibioticum die de zichtbare groei van een bacterie remt. | | BAPCOC richtlijnen | Richtlijnen van de Belgische Vereniging voor Apothekers, Klinisch Chemie en Klinische Biologie, die aanbevelingen geven voor de keuze van antibiotica bij infecties. | | Heelkundige behandeling | Behandeling die chirurgische ingrepen omvat, zoals het draineren van abcessen of het herstellen van beschadigde anatomie. | | Supportieve behandeling | Behandeling gericht op het ondersteunen van de lichaamsfuncties tijdens een ernstige ziekte, zoals het handhaven van de bloeddruk of het bieden van ventilatie. | | Cystitis | Ontsteking van de blaas. | | UZ-Gent | Universitair Ziekenhuis Gent. | | Temocilline | Een bèta-lactam antibioticum dat gebruikt wordt voor de behandeling van infecties met gramnegatieve bacteriën. | | Amoxycilline-clavulaanzuur | Een combinatieantibioticum dat amoxycilline (een penicilline) combineert met clavulaanzuur, een bèta-lactamase-remmer, waardoor het effectiever is tegen resistentere bacteriën. | | Ceftriaxone | Een derde generatie cefalosporine antibioticum met een breed spectrum aan activiteit tegen grampositieve en gramnegatieve bacteriën. | | Piperacilline-tazobactam | Een combinatie van een breedspectrum penicilline met een bèta-lactamase-remmer, effectief tegen veel grampositieve en gramnegatieve bacteriën, inclusief Pseudomonas aeruginosa. | | Meropenem | Een carbapenem antibioticum, een van de breedspectrum antibiotica met de hoogste activiteit tegen een breed scala aan bacteriën, inclusief multiresistente stammen. |

# Vergelijking tussen bacteriën en eukaryoten Dit onderwerp belicht de fundamentele verschillen en overeenkomsten tussen bacteriële en eukaryote cellen op het gebied van grootte, celwandstructuur, genetisch materiaal en interne organellen. ### 1.1 Afmetingen Bacteriën zijn over het algemeen veel kleiner dan eukaryote cellen. De meeste bacteriën hebben een afmeting van minder dan 10 micrometer ($\mu$m), met een typische grootte rond de 2 $\mu$m. Eukaryote cellen daarentegen zijn groter dan 5 $\mu$m en kunnen veel groter zijn. Dit verschil in grootte betekent dat bacteriën doorgaans alleen microscopisch bekeken kunnen worden [11](#page=11). ### 1.2 Celwandstructuur Er zijn significante verschillen in de celwandstructuur tussen bacteriën en eukaryoten. Het plasmamembraan is een fosfolipide bilayer in beide celtypen. Echter, de aanwezigheid en samenstelling van de celwand variëren. Bij bacteriën is een celwand vaak aanwezig, soms aangevuld met een kapsel. Uitzonderingen hierop zijn *Mycoplasma* en *Ureaplasma* soorten, die geen celwand bezitten. Bij eukaryoten ontbreekt een celwand in het dierenrijk (Animalia). Sommige antibiotica (AB) richten zich specifiek op de celwandstructuren van bacteriën, waardoor deze worden afgebroken of de vorming ervan wordt verhinderd, wat leidt tot celdood. Het effect van het antibioticum hangt af van de specifieke componenten waarop het werkt [12](#page=12). ### 1.3 Kernmembraan Een cruciaal onderscheid is de aanwezigheid van een kernmembraan. Eukaryote cellen bezitten een goed gedefinieerd kernmembraan dat het genetisch materiaal omsluit. Bacteriën daarentegen hebben geen kernmembraan; hun genetisch materiaal bevindt zich in een regio genaamd de nucleoïde [13](#page=13). ### 1.4 Genetisch materiaal Bacteriën hebben doorgaans één chromosoom, terwijl eukaryoten meerdere chromosomen bezitten [14](#page=14). ### 1.5 Plasmamembraan en interne structuren Bij bacteriën kan het plasmamembraan invaginaties vertonen, bekend als mesosomen. In tegenstelling hiermee beschikken eukaryoten over intracellulaire, membraanomgeven structuren zoals het Golgi-apparaat en het endoplasmatisch reticulum [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17) [18](#page=18). ### 1.6 Gespecialiseerde organellen Bacteriën missen gespecialiseerde organellen voor oxidatieve processen, zoals mitochondriën, en voor fotosynthese, zoals chloroplasten. Deze functies worden in eukaryoten door specifieke organellen uitgevoerd [17](#page=17) [18](#page=18). ### 1.7 Ribosomen Een belangrijk verschil ligt in de ribosomen. Bacteriën hebben 70S ribosomen, terwijl eukaryoten 80S ribosomen bezitten. Dit verschil is van cruciaal belang voor de selectieve werking van bepaalde antibiotica en antimicrobiële middelen, zoals macroliden, tetracyclines en aminoglycosiden. Deze middelen kunnen specifiek gericht zijn tegen de 70S ribosomen van bacteriën, waardoor eiwitsynthese wordt geblokkeerd en de bacteriën worden gedood [18](#page=18). > **Tip:** Het begrijpen van de structurele en functionele verschillen tussen bacteriële en eukaryote cellen is essentieel voor het verklaren van de werking van antibiotica en het begrijpen van microbiële pathogenese. --- # Structuur en morfologie van bacteriën Dit onderdeel behandelt de diverse vormen die bacteriën kunnen aannemen, de samenstelling en functie van hun celwand (inclusief Gram-positieve en Gram-negatieve varianten), en andere structurele elementen zoals flagellen, pili, kapsels en mesosomen [21](#page=21). ### 2.1 Bacteriële vormen (morfologie) Bacteriën vertonen een scala aan microscopisch waarneembare vormen, welke vaak bepaald worden door de celwandstructuur en de aanwezigheid van specifieke appendages [22](#page=22). #### 2.1.1 Gangbare vormen * **Coccen:** Bolvormige bacteriën. Ze kunnen solitair voorkomen, in paren (diplococcen), kettingen (streptococcen), groepen die lijken op druiventrossen (stafylococcen) of vierkantige pakketjes (tetraden) [25](#page=25) [27](#page=27). * **Voorbeeld:** *Streptococcus equi* dat droes bij paarden veroorzaakt, is een Gram-positieve coccus die kettingen vormt. *Staphylococcus aureus* vormt druiventrossen [28](#page=28) [29](#page=29). * **Bacillen:** Staafvormige bacteriën. Ze kunnen kort (coccobacillen) of langwerpig zijn [24](#page=24) [25](#page=25). * **Voorbeeld:** *Clostridium perfringens* is een lange, bacilvormige, sporevormende bacterie. *Escherichia coli* is een Gram-negatieve bacterie [30](#page=30) [32](#page=32). * **Spirocheten:** Gram-negatieve, spiraalvormige en langgerekte bacteriën [25](#page=25). * **Voorbeeld:** *Brachyspira* *Leptospira* [33](#page=33) [34](#page=34). * **Fusiform:** Spoelvormig [24](#page=24). * **Voorbeeld:** *Fusobacterium* [35](#page=35). #### 2.1.2 Afwijkende en speciale vormen * **Actinomyceten:** Gram-positieve bacteriën die vertakte structuren vormen, lijkend op schimmeldraden [25](#page=25) [36](#page=36). * **Mycoplasma en Ureaplasma:** Deze bacteriën hebben geen celwand en zijn daardoor niet te kleuren met een Gram-kleuring. Ze hebben wel een celmembraan die cholesterol bevat [25](#page=25). #### 2.1.3 Grootte Bacteriële grootte varieert aanzienlijk, van minder dan 1 micrometer (µm) tot wel 10-15 µm in lengte. Spirocheten kunnen langer dan 10 µm zijn [38](#page=38). ### 2.2 Bacteriële celwand De celwand is een cruciaal structureel element van bacteriën, essentieel voor hun vorm en overleving. De samenstelling ervan bepaalt mede de Gram-kleuring [22](#page=22). #### 2.2.1 Gram-kleuring De Gram-kleuring is een differentiële kleuring gebaseerd op de chemische samenstelling van de celwand, met name de hoeveelheid peptidoglycaan [22](#page=22). * **Gram-positief:** Kleurt paars/blauw. Deze bacteriën hebben een dikke peptidoglycaanlaag [22](#page=22) [52](#page=52). * **Gram-negatief:** Kleurt rood. Deze bacteriën hebben een dunne peptidoglycaanlaag, omgeven door een buitenmembraan [22](#page=22) [52](#page=52). Het proces omvat het aanbrengen van een kleurstof (kristalviolet), fixatie met jodium, ontkleuring met aceton (waardoor Gram-negatieven hun kleur verliezen), en naderhand tegenkleuring met een rode kleurstof (safranine) [22](#page=22). #### 2.2.2 Peptidoglycaan Peptidoglycaan is een complex polymeer dat de ruggengraat van de bacteriële celwand vormt. Het bestaat uit afwisselende N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM) eenheden, versterkt door peptidebruggen. De synthese van peptidoglycaan vindt plaats in het cytoplasma en de inbouw gebeurt door enzymen genaamd Penicilline Binding Proteins (PBPs), zoals transglycolylasen en transpeptidasen. Antibiotica zoals bèta-lactam middelen interfereren met deze synthese, met name de peptidebrugvorming, wat leidt tot cellyse, vooral bij delende cellen [49](#page=49) [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55) [56](#page=56) [57](#page=57). #### 2.2.3 Celwand van Gram-positieve bacteriën * **'Gewone' Gram-positieven:** Bestaan voornamelijk uit een dikke laag peptidoglycaan. Daarbovenop bevinden zich eiwitten (zoals adhesines) en lipoteichoïnezuren (LT) en teichoïnezuren (T) [52](#page=52) [63](#page=63). * **Lipoteichoïnezuren:** Bevatten lipiden en glycerofosfaateenheden, verankerd in de plasmamembraan met lange ketens die door de peptidoglycaanlaag lopen. Ze spelen een rol als oppervlakte antigenen, stabiliseren de celwand, en kunnen bijdragen aan adhesie en het opwekken van ontstekingsreacties. Ze kunnen ook 'toxische' eigenschappen hebben en bijdragen aan algemene ziektetekens door interactie met Toll-like receptoren (TLRs) op immuuncellen [63](#page=63) [64](#page=64) [65](#page=65) [66](#page=66) [67](#page=67). * **Teichoïnezuren:** Vergelijkbaar met LT, maar zonder de lipideanker in de plasmamembraan [63](#page=63). * **'Bijzondere' Gram-positieven (Actinobacteria):** Zoals *Mycobacterium*, *Corynebacterium*, *Nocardia*, en *Rhodococcus equi*. Deze hebben een unieke celwandopbouw [68](#page=68): 1. Peptidoglycaan (dunne laag) [68](#page=68). 2. Myco-membraan (lipidenrijk, o.a. mycolaten) [68](#page=68). 3. Eiwitten (bv. lipoproteïnen) [68](#page=68). 4. Lipo-glycaan (bv. Lipoarabinomannan - LAM) [68](#page=68) [71](#page=71). Deze lipidenrijke celwand maakt ze zeer resistent tegen macrofagen en omgevingsfactoren, wat bijdraagt aan persistentie en de vorming van abcessen [70](#page=70) [71](#page=71). #### 2.2.4 Celwand van Gram-negatieve bacteriën Gram-negatieve bacteriën hebben een complexere structuur met een dunne peptidoglycaanlaag die zich bevindt in de periplasmatische ruimte, omgeven door een buitenmembraan [78](#page=78). * **Peptidoglycaan:** Een dunne laag, die de stabiliteit van de celwand waarborgt via lipoproteïnen [76](#page=76) [78](#page=78). * **Periplasmatische ruimte:** De ruimte tussen het plasmamembraan en de buitenmembraan, waarin de peptidoglycaanlaag zich bevindt [78](#page=78). * **Buitenste membraan (Outer membrane):** Een dubbele laag van fosfolipiden, eiwitten en lipopolysacchariden (LPS) [73](#page=73) [78](#page=78). * **Lipopolysacchariden (LPS, Endotoxine):** Bestaat uit Lipid A (het toxische deel), een kern, en O-antigenen (variabel en antigenisch). LPS fungeert als een barrière tegen toxische stoffen en het complementsysteem en veroorzaakt een sterke ontstekingsreactie wanneer het in contact komt met immuuncellen via TLR4 (endotoxine-activiteit). LPS kan vrijkomen bij cellyse of via membraanvesikels [74](#page=74) [75](#page=75) [79](#page=79) [81](#page=81) [85](#page=85) [86](#page=86) [87](#page=87). * **Eiwitten (Outer Membrane Proteins - OMP):** Inclusief lipoproteïnen voor structurele stabiliteit, porines voor transport van voedingsstoffen, en adhesines die betrokken zijn bij pathogenese, zoals ijzeropname [73](#page=73) [77](#page=77) [78](#page=78). > **Tip:** De verschillende celwandstructuren verklaren waarom Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën verschillend reageren op antibiotica en het immuunsysteem. #### 2.2.5 Impact van celwand op pathogenese De celwand is niet alleen een structureel element, maar speelt ook een cruciale rol in pathogenese. Het kan bescherming bieden tegen fagocytose, de immuunrespons moduleren (bv. door LPS of teichoïnezuren), en fungeren als aangrijpingspunt voor adhesie aan gastheercellen [65](#page=65) [70](#page=70) [85](#page=85). ### 2.3 Andere bacteriële structuren Naast de celwand beschikken bacteriën over diverse structuren die belangrijk zijn voor hun levenscyclus, interactie met de omgeving en pathogeniciteit [41](#page=41). #### 2.3.1 Genetisch materiaal Bacteriën bezitten circulair dubbelstrengs DNA (dsDNA) dat zich bevindt in het cytoplasma. Naast het chromosoom kunnen ze plasmiden (kleine, circulaire DNA-moleculen), faag DNA, en insertiesequenties bevatten. Genomische eilanden, die groepen genen coderen voor virulentie- of resistentiefactoren, kunnen zowel chromosomaal als op plasmiden voorkomen [42](#page=42) [43](#page=43) [45](#page=45). #### 2.3.2 Cytoplasma Het cytoplasma is de interne vloeistof van de cel en bevat ribosomen. In tegenstelling tot eukaryoten missen bacteriën organellen zoals ER, Golgi-apparaat, chloroplasten en mitochondriën [47](#page=47). * **Ribosomen:** Bacteriële ribosomen zijn van het 70S-type, bestaande uit een 50S en een 30S subeenheid. Veel antibiotica, zoals die welke inwerken op rRNA, richten zich specifiek op deze bacteriële ribosomen om eiwitsynthese te blokkeren [47](#page=47). #### 2.3.3 Plasmamembraan Het plasmamembraan, bestaande uit een dubbele laag fosfolipiden en eiwitten, is verantwoordelijk voor transport van stoffen en energieproductie. Een uitzondering hierop zijn Mycoplasma en Ureaplasma, die sterolen in hun plasmamembraan hebben [46](#page=46). #### 2.3.4 Mesosomen Mesosomen, waaronder septale mesosomen, zijn instulpingen van het plasmamembraan die betrokken zijn bij de binaire deling van bacteriën, met name bij de replicatie en scheiding van het chromosoom. Verstoring van mesosomen kan leiden tot celwanddefecten en lyse [41](#page=41) [60](#page=60) [61](#page=61). #### 2.3.5 Kapsel Een kapsel is een extracellulaire laag, niet bij alle bacteriën aanwezig, die kan bestaan uit polysacchariden en/of eiwitten. Het functioneert als een virulentiefactor voor kolonisatie en invasie, beschermt tegen fagocytose en complement, en speelt een rol bij adhesie. Kapsels worden ook aangeduid als K-antigenen . #### 2.3.6 Flagellen Flagellen zijn beweeglijke aanhangsels die bacteriën voortstuwing verlenen. Ze bestaan uit eiwitten en worden aangeduid als H-antigenen. Hun beweging is vaak gericht door chemotaxis. Flagellen zijn belangrijk voor migratie naar gunstige omgevingen, zoals de plaats van infectie [19](#page=19) [41](#page=41). * **Voorbeeld:** *Helicobacter suis* gebruikt flagellen om zich van de zure maaginhoud naar de maagwand te bewegen . #### 2.3.7 Pili en Fimbriae Pili (ook wel gewone pili of fimbriae genoemd) zijn draadvormige structuren die belangrijk zijn voor adhesie aan gastheercellen. Ze kunnen ook fungeren als F-antigenen. Conjugatieve pili (sex pili) zijn betrokken bij de overdracht van genetisch materiaal (DNA-uitwisseling) tussen bacteriën [41](#page=41). * **Voorbeeld:** Enterotoxigene *E. coli* (ETEC) gebruikt specifieke fimbriae (bv. F4, F18) om zich aan enterocyten te hechten, wat essentieel is voor kolonisatie en het veroorzaken van diarree . #### 2.3.8 IJzeropname systemen IJzer is een essentieel element voor bacteriële groei, maar in de gastheer is vrij ijzer beperkt. Pathogene bacteriën hebben diverse systemen ontwikkeld om ijzer op te nemen, waaronder siderofoor-receptoren, transferrine-receptoren en hemoglobine-receptoren [88](#page=88) [89](#page=89) [90](#page=90). * **Sideroforen:** Kleine moleculen die ijzer kunnen chelaten uit ijzerbindende eiwitten van de gastheer. Ze binden aan siderofoor-receptoren op de bacteriële celwand . * **Voorbeeld:** Neonatale septische *E. coli* maakt gebruik van sideroforen voor ijzeropname. Colostrale antistoffen kunnen de siderofoor-receptor blokkeren, wat bescherming biedt [92](#page=92). * **Voorbeeld:** *Actinobacillus pleuropneumoniae* gebruikt transferrine- en hemoglobine-bindende proteïnen voor ijzeropname in de longen . #### 2.3.9 Endosporen Bepaalde bacteriën, zoals *Bacillus* en *Clostridium* genera, kunnen endosporen vormen als overlevingsvormen in ongunstige omstandigheden. Endosporen zijn zeer resistent tegen hitte, chemicaliën en uitdroging. Wanneer de omstandigheden gunstig worden, kunnen ze ontkiemen tot vegetatieve cellen [30](#page=30). * **Voorbeeld:** *Clostridium perfringens* vormt endosporen in aerobe omstandigheden en wordt weer vegetatief in anaërobe milieus. *Paenibacillus larvae* veroorzaakt Amerikaans vuilbroed bij bijen door de productie van exotoxines die de larven doen verslijmen [30](#page=30). ### 2.4 Afwijkende bacteriële structuren * **Mycoplasma en Ureaplasma:** Deze bacteriën missen een celwand en bevatten cholesterol in hun plasmamembraan. Hierdoor zijn ze intrinsiek resistent tegen antibiotica die gericht zijn op de celwandsynthese . * **Spirocheten:** Gram-negatieve, spiraalvormige bacteriën met flagellen in de periplasmatische ruimte, die zorgen voor hun beweeglijkheid. Ze kunnen tot meer dan 10 µm lang zijn en zijn fijn van structuur . > **Tip:** Het begrijpen van de diverse bacteriële structuren is essentieel voor het ontwikkelen van effectieve antimicrobiële strategieën, aangezien veel antibiotica specifiek gericht zijn op deze structuren of processen. --- # Metabolisme en groei van bacteriën Dit onderwerp behandelt de chemische en fysische voorwaarden die nodig zijn voor bacteriële groei, inclusief hun stofwisseling, energieproductie, en voorkeuren voor zuurgraad, CO2, zuurstof en temperatuur . ### 3.1 Indeling van bacteriën op basis van stofwisseling Bacteriën kunnen worden ingedeeld op basis van hun koolstofbron en energiebron . #### 3.1.1 Koolstofbron * **Autotroof:** Gebruikt koolstofdioxide (CO2) als koolstofbron . * **Heterotroof:** Gebruikt organische stoffen als koolstofbron, zoals polysachariden, eiwitten en vetten. Pathogene bacteriën voor dier en mens zijn doorgaans chemoheterotroof . #### 3.1.2 Energiebron * **Chemotroof:** Verkrijgt energie uit chemische reacties, waarbij zowel organische als anorganische stoffen als substraat kunnen dienen . * **Fototroof:** Verkrijgt energie uit licht . ### 3.2 Energieproductie Bacteriën kunnen energie verkrijgen via respiratie of fermentatie . #### 3.2.1 Respiratie Respiratie is een proces waarbij elektronen worden overgedragen van een energiebron naar een elektronenacceptor . * **Aerobe respiratie:** Gebruikt zuurstof (O2) als eindelektronenacceptor . * **Anaerobe respiratie:** Gebruikt andere moleculen dan zuurstof als eindelektronenacceptor, zoals sulfaat ($SO_4^{2-}$), sulfiet ($SO_3^{2-}$), sulfide ($S^{2-}$), nitraat ($NO_3^-$) of nitriet ($NO_2^-$) . #### 3.2.2 Fermentatie Fermentatie is een proces waarbij geen netto-elektronenoverdracht plaatsvindt, maar wel fosforylatie-energiestappen. De eindproducten zijn organische zuren, alcoholen of gassen. Voorbeelden van nuttige fermentatieproducten zijn boterzuur, dat ontstekingsremmend kan werken . #### 3.2.3 Indeling van pathogene bacteriën op basis van energie Pathogene bacteriën zijn chemo-heterotroof en worden verder ingedeeld op basis van hun energieverkrijging : * **Obligaat oxydatieve bacteriën:** Vertrouwen uitsluitend op respiratie . * **Obligaat fermentatieve bacteriën:** Vertrouwen uitsluitend op fermentatie . * **Facultatief fermentatieve bacteriën:** Kunnen zowel oxidatie (respiratie) als fermentatie uitvoeren . ### 3.3 Vereisten voor groei Bacteriële groei is afhankelijk van verschillende omgevingsfactoren. #### 3.3.1 Zuurgraad (pH) * De meeste pathogene bacteriën groeien optimaal rond een pH van 7 tot 7.5 . * Groei wordt geremd bij een pH lager dan 4, en kan leiden tot afdoding . * Uitzonderingen zijn maagbacteriën zoals *Helicobacter* en *Mycobacterium* soorten, die lagere pH-waarden kunnen verdragen. Dit laatste is te danken aan hun dikke, lipiderijke celwand, wat hen helpt de zure omgeving te ontwijken . * Het aanpassen van de pH wordt gebruikt bij de conservering van voedsel en in desinfectieprocessen . > **Tip:** Het isoleren van specifieke bacteriën kan baat hebben bij het aanpassen van de pH van het kweekmedium, vooral wanneer men zuurtolerante kiemen wil bestuderen . #### 3.3.2 Koolstofdioxide (CO2) * De normale atmosfeer bevat ongeveer 0.03% CO2 . * **Capnofiele bacteriën** vereisen hogere concentraties CO2, typisch 5% tot 10%, voor optimale groei . * Voorbeelden van capnofiele bacteriën zijn *Taylorella equigenitalis* (veroorzaker van contagieuze equine metritis) en *Enterococcus cecorum* (veroorzaker van bacteriële chondronecrose met osteomyelitis bij vleeskippen) . > **Tip:** Voor het isoleren van capnofiele bacteriën is incubatie onder een atmosfeer met verhoogde CO2-concentratie noodzakelijk . #### 3.3.3 Zuurstofgevoeligheid Zuurstof kan schadelijke reactieve zuurstofspecies vormen, zoals superoxide ($O_2^-$), waterstofperoxide ($H_2O_2$) en hydroxylionen ($OH^\circ$). De gevoeligheid van bacteriën voor zuurstof hangt af van de aanwezigheid van enzymen die deze toxische producten kunnen afbreken. Belangrijke enzymen hiervoor zijn superoxide dismutase, katalase en peroxidase . * **Obligaat aeroob:** Vereist zuurstof voor groei (bv. *Pseudomonas*). Deze bacteriën produceren detoxyficatie-enzymen . * **Facultatief anaeroob:** Kan groeien in de aan- of afwezigheid van zuurstof, waarbij ze aerobe of anaerobe respiratie toepassen (bv. *Salmonella*) . * **Micro-aerofiel:** Vereist zuurstof, maar bij lagere concentraties (ongeveer 6%) dan de normale atmosfeer (bv. *Helicobacter*, *Campylobacter*). Deze bacteriën produceren detoxyficatie-enzymen in lagere concentraties . * **Obligaat anaeroob:** Kan niet overleven in de aanwezigheid van zuurstof. Overlevingsvormen zoals *Clostridium* sporen kunnen wel aanwezig zijn . * **Zuurstoftolerant:** Kan overleven in de aanwezigheid van zuurstof, maar groeit hier niet optimaal (bv. *Brachyspira*) . #### 3.3.4 Temperatuur Bacteriële groei is afhankelijk van temperatuur, met een minimale, optimale en maximale temperatuur voor groei . * **Minimale temperatuur:** Onder deze temperatuur vindt geen groei plaats, maar de bacteriën kunnen overleven. Koelkastbewaring remt groei, maar laat overleving toe. Bevriezen remt ook groei en overleving is mogelijk . * **Optimale temperatuur:** Temperatuur waarbij de bacteriën het snelst groeien. Voor de meeste pathogenen ligt deze rond de 37°C . * **Maximale temperatuur:** Boven deze temperatuur vindt afdoding plaats . * **Psychrotolerant:** Bacteriën die kunnen overleven en soms langzaam groeien bij lage temperaturen (bv. *Listeria*), wat relevant is voor voedselbederf en koudbloeddieren . #### 3.3.5 Vocht en osmotische druk * De meeste pathogenen geven de voorkeur aan een **isotonisch** milieu, waarbij de osmotische druk binnen en buiten de cel gelijk is . * In een **hypotoon** milieu (bv. gedestilleerd water) vindt geen groei plaats en veel Gram-negatieve bacteriën worden niet direct afgedood omdat water de cel binnendringt . * In een **hypertoon** milieu groeien halofiele bacteriën (zoutminnende bacteriën), zoals die in zeevissen . * Hypertoon milieu wordt toegepast voor het bewaren van voedsel, bijvoorbeeld door toevoeging van zout of suiker, drogen of vriesdrogen . ### 3.4 Groei en vermenigvuldiging * Individuele bacteriële cellen vermenigvuldigen zich door **binaire deling**, wat resulteert in klonale nakomelingen . * De **generatietijd** is de tijd die een bacterie nodig heeft om zich te delen. Voor de meeste pathogenen is dit 15 tot 30 minuten, maar er zijn uitzonderingen zoals *Mycobacterium* soorten die 6 weken nodig hebben . --- ## 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 | Eéncellige micro-organismen die behoren tot het domein van de bacteriën en gekenmerkt worden door hun prokaryote celstructuur zonder celkern of membraan-gebonden organellen. Ze komen in diverse vormen voor en hebben uiteenlopende metabolische capaciteiten. | | Fungi (Schimmels) | Een divers rijk van eukaryote organismen, waaronder gisten (unicellulair) en schimmels (multicellulair). Ze hebben celwanden die chitine bevatten en zijn heterotroof, waarbij ze nutriënten absorberen uit hun omgeving. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen een duidelijke celkern en membraan-gebonden organellen bevatten, zoals mitochondria en het endoplasmatisch reticulum. Dit omvat planten, dieren, schimmels en protisten. | | Prokaryoten | Organismen waarvan de cellen geen celkern of membraan-gebonden organellen bezitten. Bacteriën en Archaea zijn voorbeelden van prokaryoten. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken bij een gastheer. Dit kan variëren van milde infecties tot levensbedreigende aandoeningen. | | Normale Microbiota | De gemeenschap van micro-organismen die van nature op of in een gastheer leven, vaak zonder ziekte te veroorzaken en soms zelfs met nuttige functies, zoals hulp bij de vertering of bescherming tegen pathogenen. | | Facultatief pathogeen | Een micro-organisme dat onder bepaalde omstandigheden ziekte kan veroorzaken, maar dat normaal gesproken deel uitmaakt van de normale microbiota of een vrije-levende levenswijze heeft. | | Obligaat pathogeen | Een micro-organisme dat altijd ziekte veroorzaakt wanneer het een geschikte gastheer infecteert. Het kan niet overleven of zich vermenigvuldigen zonder gastheer. | | Zoönose | Een ziekte die van dieren op mensen kan worden overgedragen. | | Antroponose | Een ziekte die primair bij mensen voorkomt en zelden of nooit op dieren wordt overgedragen. | | Peptidoglycaan | Een complex polymeer dat een essentieel bestanddeel vormt van de celwand van de meeste bacteriën. Het bestaat uit een suikerrug van afwisselende N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM) residuen, versterkt door korte peptideketens. | | Gram-kleuring | Een differentiële kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de samenstelling van hun celwand. Gram-positieve bacteriën behouden de paarse kristalviolet-kleurstof, terwijl Gram-negatieve bacteriën ontkleuren en rood worden na tegenkleuring. | | Gram-positief | Bacteriën die bij Gram-kleuring paars kleuren. Ze hebben een dikke laag peptidoglycaan in hun celwand. | | Gram-negatief | Bacteriën die bij Gram-kleuring rood kleuren. Ze hebben een dunne laag peptidoglycaan en een buitenmembraan met lipopolysacchariden. | | Coccen | Bacteriën met een bolvormige of sferische morfologie. | | Bacillen | Bacteriën met een staafvormige of cilindrische morfologie. | | Spirocheten | Een groep Gram-negatieve bacteriën die spiraalvormig zijn en zich voortbewegen met behulp van flagellen die zich in de periplasmatische ruimte bevinden. | | Actinomyceten | Een groep Gram-positieve bacteriën die vertakte, draadachtige structuren kunnen vormen, vergelijkbaar met schimmels. | | Mycoplasma | Een genus van bacteriën die geen celwand hebben en daardoor intrinsiek resistent zijn tegen veel antibiotica die de celwand aanvallen. Ze hebben een variabele vorm en bevatten cholesterol in hun celmembraan. | | Ureaplasma | Een genus van bacteriën dat nauw verwant is aan Mycoplasma, eveneens zonder celwand, en dat ureum kan metaboliseren. | | Mesosoom | Een instulping van het cytoplasmamembraan in bacteriën, vaak geassocieerd met celdeling en DNA-replicatie, hoewel hun exacte functie nog onderwerp van onderzoek is. | | Kapsel | Een buitenste laag van polysacchariden of peptiden die sommige bacteriën omgeeft. Het kan helpen bij adhesie, bescherming tegen fagocytose en uitdroging. | | Flagellen | Lange, zweepachtige aanhangsels die de beweging van veel bacteriën en andere micro-organismen mogelijk maken. Ze bestaan uit het eiwit flagelline en worden aangedreven door een roterende motor. | | Pili en Fimbriae | Filamentachtige eiwitstructuren aan het buitenoppervlak van bacteriën. Fimbriae zijn korter en talrijker en spelen een rol bij adhesie aan oppervlakken en gastheercellen. Pili kunnen langer zijn en betrokken zijn bij DNA-uitwisseling (conjugatieve pili) of beweging. | | Chromosoom | Het primaire genetische materiaal van een bacterie, meestal een circulair dubbelstrengs DNA-molecuul dat zich in het cytoplasma bevindt (niet omgeven door een kernmembraan). | | Plasmiden | Kleine, circulaire, extrachromosomale DNA-moleculen die in veel bacteriën voorkomen. Ze kunnen genen bevatten die bijdragen aan de virulentie, zoals resistentie tegen antibiotica. | | Faag DNA | DNA van een bacteriofaag, een virus dat bacteriën infecteert. Faag-DNA kan integreren in het bacteriële genoom en nieuwe eigenschappen verlenen. | | Genomische Eilanden | Discrete regio's in het bacteriële genoom die genen bevatten die vaak coderen voor specifieke functies, zoals virulentiefactoren (pathogeniciteitseilanden) of resistentiegenen (resistentie-eilanden). | | Pathogeniciteitseilanden | Genomische eilanden die genen bevatten die essentieel zijn voor de pathogeniteit van een bacterie, zoals toxines, invasiefactoren of mechanismen voor gastheerimmmuunontwijking. | | Resistentie-eilanden | Genomische eilanden die groepen genen bevatten die coderen voor resistentie tegen antimicrobiële middelen. | | Plasmamembraan | De binnenste membraanlaag van een bacteriële cel, bestaande uit een fosfolipide bilayer met ingebedde eiwitten, die de celinhoud scheidt van de omgeving en betrokken is bij transportprocessen. | | Cytoplasma | De gel-achtige substantie die de organellen en het genetisch materiaal van een cel omgeeft. In bacteriën bevat het ribosomen en diverse metabolische componenten. | | Ribosomen (70S) | Kleine cellulaire deeltjes die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese. Bacteriële ribosomen hebben een sedimentatiecoëfficiënt van 70S, bestaande uit een 50S en een 30S subeenheid, wat ze onderscheidt van eukaryote ribosomen (80S). | | Cellyse | Het proces waarbij een cel barst, meestal als gevolg van osmotische druk of de afbraak van de celwand. | | Beta-lactam antibiotica | Een klasse antibiotica (bv. penicilline, amoxicilline, cefalosporines) die de synthese van peptidoglycaan in de bacteriële celwand remmen door te binden aan penicilline-bindende eiwitten (PBP's). | | Penicilline-bindende eiwitten (PBP's) | Enzymen die betrokken zijn bij de synthese en cross-linking van peptidoglycaan in de bacteriële celwand. Ze zijn het doelwit van bèta-lactam antibiotica. | | Lipoteichoïnezuren | Glycerofosfaat-bevattende moleculen die in de celwand van Gram-positieve bacteriën voorkomen en verankerd zijn in het plasmamembraan. Ze spelen een rol bij adhesie en het induceren van ontstekingsreacties. | | Teichoïnezuren | Glycerofosfaat-bevattende polymeren die in de celwand van Gram-positieve bacteriën voorkomen, maar niet verankerd zijn in het plasmamembraan. Ze dragen bij aan de stabiliteit van de celwand en de afweerrespons. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Een complex molecuul dat een belangrijk bestanddeel is van het buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën. Het bestaat uit lipid A (endotoxine), een kernpolysaccharide en O-antigenen. | | Lipid A | Het endotoxische deel van lipopolysacchariden (LPS). Het kan bij Gram-negatieve bacteriële infecties ernstige ontstekingsreacties en shock veroorzaken. | | Endotoxine | Een toxische component van de celwand van Gram-negatieve bacteriën, voornamelijk lipid A in LPS, dat een krachtige immuunrespons kan opwekken. | | Periplasmatische ruimte | De ruimte tussen het cytoplasmamembraan en het buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën. Deze ruimte bevat het dunne peptidoglycaanlaagje en diverse enzymen. | | Binaire deling | De primaire methode van ongeslachtelijke voortplanting bij bacteriën, waarbij een cel zich in twee genetisch identieke dochtercellen deelt. | | Generatietijd | De tijd die een bacteriepopulatie nodig heeft om te verdubbelen door middel van binaire deling. | | Siderofoor | Een klein molecuul met een hoge affiniteit voor ijzer, geproduceerd door veel bacteriën om ijzer uit de omgeving te cheleren en op te nemen. | | Siderofoor receptor | Een eiwit op het oppervlak van bacteriën dat specifieke sideroforen bindt, waardoor ijzer kan worden opgenomen in de cel. | | Transferrine | Een eiwit in het bloedplasma dat ijzer bindt en transporteert. | | Hemoglobine | Het zuurstoftransport-eiwit in rode bloedcellen, dat ook ijzer bevat. | | Exotoxinen | Toxines die door bacteriën worden uitgescheiden in hun omgeving. Ze zijn vaak eiwitten en kunnen specifieke effecten hebben op gastheercellen. | | Endosporen | Hittebestendige overlevingsstructuren die door sommige bacteriën, zoals Bacillus en Clostridium, worden gevormd onder ongunstige omgevingsomstandigheden. Ze kunnen langdurig overleven en weer ontkiemen tot vegetatieve cellen wanneer de omstandigheden gunstig zijn. | | Capnofiele bacteriën | Bacteriën die een verhoogde concentratie CO2 (meestal 5-10%) nodig hebben voor optimale groei, hoger dan de atmosferische concentratie. | | Chemoheterotroof | Een organisme dat organische verbindingen gebruikt als bron van zowel koolstof als energie. De meeste pathogenen vallen in deze categorie. | | Respiratie | Een metabolisch proces waarbij energie wordt gewonnen door de oxidatie van organische of anorganische verbindingen, waarbij een externe elektronacceptor (zoals zuurstof) wordt gebruikt. | | Fermentatie | Een metabolisch proces waarbij energie wordt gewonnen uit de afbraak van organische verbindingen in afwezigheid van een externe elektronacceptor. Eindproducten zijn vaak organische zuren, alcoholen of gassen. | | Isotonisch milieu | Een oplossing waarbij de osmotische druk gelijk is aan die van de cel, wat resulteert in geen netto waterbeweging. | | Hypotoon milieu | Een oplossing met een lagere osmotische druk dan de cel, wat leidt tot water dat de cel binnendringt. | | Hypertoon milieu | Een oplossing met een hogere osmotische druk dan de cel, wat leidt tot water dat de cel verlaat. | | Motiliteit | Het vermogen van een organisme om zich zelfstandig te verplaatsen. Bij bacteriën gebeurt dit vaak via flagellen. | | Conjugatie | Een proces waarbij genetisch materiaal, meestal in de vorm van plasmiden, wordt overgedragen van de ene bacterie naar de andere via directe cel-cel-contact, vaak gemedieerd door conjugatieve pili. | | Enterotoxines | Toxines geproduceerd door bacteriën die specifiek inwerken op de cellen van de darmwand, wat leidt tot diarree. | | Villi (darm) | Vingerachtige uitsteeksels aan de binnenwand van de dunne darm die het absorptie-oppervlak vergroten. | | Crypten (darm) | Groeven of klieren aan de basis van de villi in de darmwand, waar enterocyten worden geproduceerd. | | O-antigenen | De variabele, buitenste suikerketens van lipopolysacchariden (LPS) in het buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën. Ze zijn belangrijk voor serotypering en de immuunrespons. | | H-antigenen | Antigenen die geassocieerd zijn met flagellen van bacteriën. | | F-antigenen | Antigenen die geassocieerd zijn met pili of fimbriae van bacteriën. | | K-antigenen | Antigenen die geassocieerd zijn met het kapsel van bacteriën. | | Autotroof | Een organisme dat zijn eigen organische verbindingen produceert uit anorganische bronnen, zoals CO2. | | Fototroof | Een organisme dat licht gebruikt als energiebron voor de productie van organische verbindingen. | | Chemotroof | Een organisme dat energie verkrijgt uit chemische reacties, door de oxidatie van organische of anorganische verbindingen. | | Pasteurellaceae | Een familie van Gram-negatieve bacteriën die vaak voorkomen bij dieren, waaronder Actinobacillus en Mannheimia. Ze zijn meestal facultatief anaëroob. | | RTX toxines | Een klasse van eiwittoxines die een kenmerkende herhalende sequentie bevatten en vaak de plasmamembraan van gastheercellen perforeren. | | Lipoarabinomannan (LAM) | Een complex glycolipide dat wordt aangetroffen in de celwand van Mycobacteriën en een belangrijke rol speelt in de interactie met het immuunsysteem van de gastheer. | | Macrophagen | Grote fagocyterende cellen van het immuunsysteem die betrokken zijn bij het opruimen van pathogenen, celresten en lichaamsvreemde stoffen. | | Toll-like receptoren (TLRs) | Receptoren op immuuncellen die specifieke moleculaire patronen van micro-organismen herkennen en zo een immuunrespons initiëren. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door immuuncellen worden uitgescheiden en die communicatie tussen cellen reguleren en ontstekingsreacties moduleren. | | Complement | Een systeem van eiwitten in het bloed die een rol spelen bij de immuunrespons, waaronder het herkennen en elimineren van pathogenen. | | Hageman factor | Een factor in het bloedstollingssysteem die ook een rol speelt in de ontstekingsreactie. | | Membraanvesikels | Kleine, membraangebonden blaasjes die door bacteriën worden afgesnoerd en die virulente componenten kunnen bevatten. |

# Chronische virale infecties en het humaan immunodeficiëntie virus (HIV) Dit onderwerp behandelt de kenmerken van chronische virale infecties, met een specifieke focus op het humaan immunodeficiëntie virus (HIV), inclusief de pathogenese, transmissie en immuunevasie. ### 1.1 Chronische virale infectie Chronische virale infecties worden gekenmerkt doordat het virus niet op korte termijn uit het lichaam wordt geklaard. Dit komt doordat geïnfecteerde cellen lang genoeg blijven leven om de virale aanwezigheid te handhaven, soms door latente aanwezigheid van het virale genoom zonder continue replicatie of vrijlating van nieuwe virale deeltjes. De gastheer kan hierdoor accumulerende schade ondervinden en een potentiële bron van infectie blijven. Voorbeelden zijn Hepatitis C virus (HCV), waarbij 15 tot 25% het virus binnen zes maanden klaart, en herpesvirusinfecties en Humaan Immunodeficientie Virus (HIV), die nagenoeg nooit spontaan worden geklaard [4](#page=4). HIV is een schoolvoorbeeld van een chronische virale infectie. Het infecteert enkel de mens; HIV-1 is pandemisch en HIV-2 komt voor in West-Afrika en is minder virulent. HIV is een retrovirus, wat betekent dat het een RNA-genoom heeft dat zich als DNA kopie inbouwt in het genoom van de gastheercel [4](#page=4). #### 1.1.1 Kenmerken van chronische virale infectie * **Persitentie:** Het virus blijft gedurende lange tijd, vaak levenslang, in het lichaam aanwezig [1](#page=1). * **Reactivatie:** In sommige gevallen kan het virus periodiek weer actief worden, wat leidt tot symptomen [1](#page=1). ### 1.2 Humaan immunodeficiëntie virus (HIV) #### 1.2.1 HIV infectie HIV infecteert CD4+ T-cellen en mononucleair fagocyterende cellen, waaronder macrofagen, monocyten, dendritische cellen en microgliale cellen in het centrale zenuwstelsel. Dit leidt tot veranderingen in de functie en levensduur van deze cellen, wat resulteert in immuundeficiëntie en potentieel dementie. Een CCR5 homozygote deletie bij ongeveer 1% van de gezonde blanken maakt hen resistent tegen infectie met HIV dat CCR5 als co-receptor gebruikt [12](#page=12). #### 1.2.2 Transmissie HIV De belangrijkste transmissieroutes van HIV omvatten seksueel contact, bloedtransfusie, en van moeder op kind. Heteroseksuele transmissie is met name prominent in resource-arme landen, maar neemt ook toe in resource-rijke landen. Intraveneus drugsgebruik is eveneens een belangrijke risicofactor [13](#page=13). Na mucosale transmissie worden dendritische cellen geïnfecteerd, die het virus naar lymfeknopen en lymfoïd weefsel transporteren waar een massale infectie van T-cellen plaatsvindt. Initiële symptomen kunnen griepaal zijn, met eventuele lymfadenopathieën. In het perifere bloed worden zeer hoge virale titers waargenomen, samen met een snelle daling van CD4+ cellen, wat kan leiden tot opportunistische infecties [14](#page=14). Binnen zes weken treedt er meestal een daling van de virale titer op en herstellen de CD4+ counts enigszins, dankzij de controle door het immuunsysteem, met name de CTL respons en neutraliserende antilichamen. Seroconversie vindt meestal plaats binnen tien weken na infectie. Daarna volgt een periode van persistentie, soms met tekenen van continue immuunactivatie en een geleidelijke afname van CD4+ counts over jaren, met mogelijk milde opportunistische infecties. Na gemiddeld tien jaar versnelt de virale titer, en dalen de CD4+ counts aanzienlijk, wat leidt tot ernstige opportunistische infecties en uiteindelijk overlijden binnen een jaar indien onbehandeld [14](#page=14). #### 1.2.3 HIV immuunpathologie Het instorten van de immuniteit wordt gekenmerkt door CD4+ counts onder de 200 cellen per microliter. Dit leidt tot ernstige opportunistische infecties zoals spruw, *Pneumocystis jirovecii*, diarree veroorzaakt door *Giardia lamblia*, *Cryptosporidium*, *Microsporidia*. Bij CD4+ counts onder de 100 cellen per microliter kunnen toxoplasmose, CMV-opflakkeringen, *Cryptococcus neoformans* meningitis en atypische mycobacteriën optreden. Tevens neemt het risico op maligniteiten zoals Kaposi-sarcoom en lymfomen toe. Daarnaast kan HIV-geassocieerde wasting optreden, met meer dan 10% gewichtsverlies, koorts en cachexie. Dementie is ook een mogelijke complicatie. Deze AIDS-definiërende condities kunnen, met therapie, terugkeren naar een asymptomatische fase, maar zonder behandeling is de prognose somber [15](#page=15). #### 1.2.4 AIDS AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) is de meest gevorderde fase van HIV-infectie, gekenmerkt door een ernstig verzwakt immuunsysteem en de aanwezigheid van ernstige opportunistische infecties en maligniteiten [15](#page=15). #### 1.2.5 Diagnose HIV infectie De diagnose van een HIV-infectie verloopt in stappen [16](#page=16). * **Stap 1: Opsporen antilichamen (seropositiviteit).** Dit gebeurt via ELISA-testen. Bij acute infectie kan er een 'window phase' zijn, daarom gebruiken huidige 4e generatie testen ook simultane detectie van p24. Vanwege de hoge specificiteit van de testen kan een positieve ELISA in populaties met lage prevalentie een beperkte positief predictieve waarde hebben, waardoor bevestiging met een tweede ELISA van een andere fabrikant en een Western blot in een referentielaboratorium noodzakelijk is [16](#page=16). * **Stap 2: Bevestigde seropositieven.** Dit wordt exclusief door HIV-specialisten en gespecialiseerde laboratoria gedaan. Hierbij wordt de virale lading (hoeveelheid virus in het bloed) aangetoond met RT-PCR, wat belangrijk is voor het starten van therapie en het bepalen van baseline resistentie. RT-PCR is gevoeliger en wordt ook gebruikt voor screening van bloeddonoren [16](#page=16). * **Stap 3: Opvolging patiënten.** Dit gebeurt in gespecialiseerde referentiecentra waar zowel klinisch (bijwerkingen therapie) als virologisch (virale lading, eventueel sequentieanalyse) wordt opgevolgd [16](#page=16). Analoge strategieën voor diagnose en opvolging bestaan ook voor andere chronische virale infecties zoals HCV en HBV, waarbij serologie en genoomdetectie worden gecombineerd met therapiemonitoring en soms genoomsequencing [16](#page=16). De opvolging van CD4+ counts met flowcytometrie is essentieel om de status van het immuunsysteem te beoordelen. De virale load wordt opgevolgd met RT-PCR [17](#page=17) [18](#page=18). #### 1.2.6 Behandeling HIV infectie: specifieke inhibitoren De behandeling van HIV-infectie berust op combinatie antiretrovirale therapie (ART). Klassiek betreft dit tripeltherapie, bestaande uit twee nucleoside analoog RT-inhibitoren en een niet-nucleoside analoog RT-inhibitor of protease-inhibitor. Tegenwoordig zijn ook fusieremmers, bindingsremmers (die CCR5 blokkeren) en integraseremmers beschikbaar. De therapie wordt gestart bij een daling van de immuniteit, typisch vanaf 400 tot 500 CD4+ cellen per microliter [19](#page=19). Bij AIDS wordt ook de opportunistische infecties behandeld, waarbij voorzichtigheid geboden is vanwege het immuun-reconstitutie syndroom (IRIS). IRIS treedt op wanneer het herstellende immuunsysteem, door de ART, plotseling de aanwezige opportunistische infecties detecteert en ertegen begint te vechten, wat leidt tot klinische verslechtering. Daarom worden soms eerst andere infecties, zoals tuberculose, behandeld voordat de maximale ART wordt ingezet. Dit illustreert dat symptomen van infectieziekten vaak het gevolg zijn van het immuunantwoord en niet van directe schade door de kiem [19](#page=19). Preventie van HIV-infectie omvat veilige seksuele praktijken en veilige bloedtransfusie, evenals behandeling van dragers om transmissie te verminderen. Er bestaat momenteel geen vaccin. Post-expositie profylaxe kan na blootstelling, zoals een prikaccident of verkrachting, worden toegepast. Genezing is uiterst zeldzaam en is tot op heden slechts in enkele gevallen beschreven, onder meer na transplantatie met HIV-ongevoelig beenmerg of zeer snelle therapie na infectie. Analoog aan HIV bestaat er ook specifieke antivirale therapie voor HCV en HBV [19](#page=19). ### 1.3 Levenscyclus retrovirus De levenscyclus van een retrovirus, zoals HIV, omvat de volgende stappen [20](#page=20): * **Receptorbinding:** Ligand-receptorherkenning vindt plaats (Env-CD4+ co-receptor) [20](#page=20). * **Fusie:** De membraanen van het virale envelop en de cel fuseren, of de cel neemt het virus op via endocytose [20](#page=20). * **Reverse transcriptie:** In het cytoplasma zet reverse transcriptase (RT) het RNA-genoom om in cDNA, en vervolgens in dubbelstrengs DNA (dsDNA). RT maakt veel fouten, wat leidt tot variabiliteit en de vorming van pseudospecies [20](#page=20). * **Integratie:** Het dsDNA, als onderdeel van een pre-integratiecomplex, gaat de kern binnen en integreert in het genoom van de gastheercel met behulp van integrase activiteit. De LTRs (Long Terminal Repeats) spelen hierbij een rol [20](#page=20). * **Transcriptie:** Het provirus wordt getranscribeerd via de 5' LTR promotoractiviteit door cellulaire enzymen, wat foutloos gebeurt zonder extra mutaties. Polyadenylatie vindt plaats via de 3' LTR. Splicing is ook mogelijk [20](#page=20). * **Assemblage en budding:** Het nucleocapside assembleert en het virus deelt zich af (budding) van het celmembraan [20](#page=20). * **Maturatie:** Na vrijlating vindt er interne reorganisatie van het nucleocapside plaats onder invloed van virale protease activiteit, wat resulteert in een rijp en infectieus virion [20](#page=20). ### 1.4 Immuunevasie door virussen Virussen ontwikkelen diverse mechanismen om het immuunsysteem te ontwijken en zo persisterende infecties tot stand te brengen [21](#page=21) [23](#page=23). #### 1.4.1 Evasie aangeboren immuniteit Virussen kunnen de aangeboren immuniteit ontwijken door: * **Non-invasiviteit:** Bijvoorbeeld HPV, waarbij er geen manifeste blootstelling aan het immuunsysteem is en geen gevaarsignalen worden afgegeven [21](#page=21). * **Verberging:** Zoals latentie bij HIV, waarbij er nauwelijks expressie is en dus geen antigenen zichtbaar zijn [21](#page=21). * **Immunomodulatie:** Ontwijken van aangeboren immuniteit door bijvoorbeeld sensing van virale structuren, zoals dsRNA, tegen te gaan. Virussen kunnen dit doen door sensing te belemmeren (bv. influenza NS1), signaaltransductie na sensing te blokkeren (bv. INF-receptor decoys), of effectorfuncties van interferon-geïnduceerde genen (ISGs) tegen te gaan (bv. blokkeren van PKR) [22](#page=22). #### 1.4.2 Evasie verworven immuniteit Virussen ontwijken ook de verworven immuniteit via diverse strategieën: * **Verberging:** Zoals latentie bij HIV [23](#page=23). * **Immunomodulatie:** Ontwijken van zowel aangeboren als verworven immuniteit [23](#page=23). * **Belemmering van MHC-I presentatie:** Virussen kunnen de presentatie van intracellulaire antigenen via MHC-I belemmeren. Dit voorkomt dat CD8+ T-cellen geïnfecteerde cellen herkennen en verwijderen. Voorbeelden zijn HIV Nef, dat de oppervlakte expressie van HLA-A en HLA-B vermindert. Andere virussen verhogen de endocytose van MHC-I of remmen de TAP-loading van MHC-I, zoals CMV US6 [23](#page=23) [24](#page=24). * **Ontlopen van MHC-I presentatie door mutatie:** Virussen kunnen muteren om verminderde presentatie te verkrijgen, zoals CTL-escape mutaties bij HIV, wat leidt tot antigenische variabiliteit (quasiespecies). Patiënten met het MHC-allotype HLA-B5703 vertonen lagere virale loads en tragere progressie naar AIDS, deels door mutaties in het p24 gag-eiwit van HIV [25](#page=25) [27](#page=27). * **Infectie van immuungedeprimeerden:** Virussen zoals rubella en CMV kunnen foetussen infecteren [27](#page=27). * **Overproductie van antigen:** Virussen zoals HBV kunnen grote hoeveelheden antigenen produceren [27](#page=27). * **Induceren van een TH2 respons:** Sommige virussen, zoals EBV, remmen de TH1 respons en induceren een TH2 respons [27](#page=27). * **Immunosuppressie:** Dit kan gebeuren door infectie van immuuncellen (bv. HIV infecteert T-cellen en DCs; mazelen infecteert T-cellen en DCs; EBV infecteert en (dys)activeert B-cellen; CMV infecteert monocyten/macrofagen/DCs). Ook polyklonale activatie van B-cellen (bv. EBV leidt tot auto-immune en heterofiele antilichamen) draagt bij. Antilichaambinding, bijvoorbeeld via Fc-receptoren voor IgG van herpesvirussen tegen ADCC, kan ook een rol spelen [27](#page=27). Herpesvirussen infecteren de mens al zeer lang, waardoor er een relatie is ontstaan waarbij het virus het immuunsysteem omzeilt en levenslang aanwezig is. Ze gebruiken mechanismen om T-immuniteit te blokkeren via HLA-presentatie en NK-immuniteit door interferentie met NK-receptoren. EBV produceert zelfs een immuunsuppressief cytokine (IL10) [28](#page=28). ### 1.5 Persistentie Persistentie is een overlevingsstrategie voor micro-organismen. Virussen zoals herpes en HBV, maar ook wormen, kunnen persistentie vertonen. Dit biedt voordelen voor de kiem, zoals meer kans op transmissie, en kan uiteindelijk leiden tot integratie in de kiembaan (erfelijk). Persistentie kan helpen de kiem te handhaven in beperkte populaties gastheren, in tegenstelling tot niet-persistente virussen zoals influenza of mazelen. Persistentie is soms geassocieerd met chronische ziekten en kanker (bv. HBV, EBV, HPV, HIV) [29](#page=29). ### 1.6 Reactivatie Reactivatie van virussen is nog niet volledig begrepen. Herpes Simplex Virus (HSV), dat koortsblaasjes veroorzaakt, blijft na een primaire infectie levenslang latent aanwezig in zenuwcellen. Reactivatie kan optreden bij koorts, hormonale veranderingen, verminderde weerstand, tumoren of AIDS. Tijdens latentie worden geïnfecteerde cellen niet door CD8+ cellen aangevallen omdat er nauwelijks virale peptiden aanwezig zijn en neuronen weinig MHC klasse I tot expressie brengen [30](#page=30). ### 1.7 Pathogenese Pathogenese verwijst naar de wijze waarop infectieuze organismen ziekte veroorzaken, direct of indirect via immuunmechanismen. Virussen kunnen ziekte veroorzaken door directe schade of door overmatige activering van natuurlijke of adaptieve immuunmechanismen [31](#page=31). #### 1.7.1 Virussen en kanker Verschillende virussen kunnen kanker veroorzaken [32](#page=32): * **Epstein-Barr virus (EBV):** Geassocieerd met Burkitt's lymfoom, nasofaryngeaal carcinoom en (non)Hodgkin lymfoom [32](#page=32). * **Humaan papillomavirus (HPV):** Geassocieerd met cervixcarcinomen en anogenitale carcinomen [32](#page=32). * **Hepatitis B virus (HBV):** Geassocieerd met hepatocellulair carcinoom [32](#page=32). * **Hepatitis C virus (HCV):** Geassocieerd met hepatocellulair carcinoom [32](#page=32). * **HTLV-1:** Geassocieerd met T-cel leukemie [32](#page=32). * **Humaan herpes virus 8 (HHV-8):** Geassocieerd met Kaposi-sarcoom [32](#page=32). * **Humaan immunodeficiëntie virus (HIV):** Geassocieerd met Kaposi-sarcoom en lymfomen, hoewel het virus zelf niet direct de genetische oorzaak is, maar de immuundeficiëntie die het veroorzaakt [32](#page=32). Virussen kunnen kanker veroorzaken door het produceren van eiwitten die de celcyclus wijzigen, anti-apoptotisch zijn, of signaaltransductie veranderen. Tevens kan integratie van viraal DNA in het genoom leiden tot insertionele mutagenese. Bacteriën zoals *Helicobacter pylori* worden ook geassocieerd met kanker [33](#page=33). --- # Immuunevasie door virussen Virussen gebruiken diverse strategieën om zowel de aangeboren als de verworven immuniteit van de gastheer te ontwijken, waardoor ze chronische infecties kunnen veroorzaken en overleven [21](#page=21). ### 2.1 Evasie aangeboren immuniteit Virussen kunnen de aangeboren immuniteit ontwijken door middel van verschillende tactieken. Een primaire strategie is het zich 'verstoppen' binnen gastheercellen, wat de effectiviteit van antilichamen beperkt tot het voorkomen van infectie en overdracht in de extracellulaire ruimte. Op cellulair niveau detecteert het immuunsysteem virale structuren, zoals dubbelstrengs RNA (dsRNA). Virussen weren zich hiertegen door deze detectie tegen te gaan, bijvoorbeeld door het influenza NS1-eiwit. Ze kunnen ook signaaltransductie na detectie blokkeren, zoals interferonreceptor decoys bij Vaccinia en andere poxvirussen, of interferentie met interferon responsive factor (IRF) decoys door HHV8, wat de expressie van interferon-gestimuleerde genen (ISGs) verhindert. Verder kunnen virussen de effectorfunctie van ISGs tegengaan, bijvoorbeeld door de blokkering van PKR door NS1 (influenza), NS5a (HCV), Us11 en ICP34.5 (HSV1), en E3L (Vaccinia) [21](#page=21) [22](#page=22). Een andere strategie is non-invasiviteit, waarbij virussen zoals HPV geen manifeste blootstelling aan het immuunsysteem veroorzaken en geen gevaarsignalen afgeven. Verberging via latentie, zoals bij HIV, is ook een effectieve methode, waarbij minimale of geen eiwitexpressie leidt tot afwezigheid van antigenen. Immunomodulatie is een overkoepelende term die zowel het ontwijken van aangeboren als verworven immuniteit omvat [21](#page=21) [23](#page=23). > **Tip:** De strategieën om aangeboren immuniteit te ontwijken zijn cruciaal voor de initiële overleving van het virus, omdat de aangeboren immuniteit de eerste verdedigingslinie vormt. ### 2.2 Evasie verworven immuniteit Het ontwijken van de verworven immuniteit is essentieel voor langdurige virale persistentie. Een belangrijk mechanisme is het belemmeren van de presentatie van antigenen via het Major Histocompatibility Complex klasse I (MHC-I). Normaal gesproken presenteren geïnfecteerde cellen intracellulaire antigenen via MHC-I moleculen, die herkend worden door CD8 T-cellen, leidend tot de eliminatie van de geïnfecteerde cel. Virussen hebben echter manieren ontwikkeld om deze presentatie te verstoren [23](#page=23) [24](#page=24). HIV's Nef-eiwit vermindert bijvoorbeeld de oppervlakte-expressie van HLA-A en HLA-B, maar niet HLA-C en HLA-E. HLA-E is met name belangrijk omdat het NK-celactivatie kan vermijden. NK-cellen zijn namelijk geëvolueerd om MHC-I-negatieve cellen, potentieel viraal geïnfecteerd, te herkennen en te lyseren. Andere virussen, zoals CMV, kunnen de endocytose van MHC-I verhogen (door ubiquitinatie), MHC-I intracellulair retineren, of de presentatie zelf inhiberen. CMV's US6-eiwit inhibeert bijvoorbeeld de TAP-loading van MHC-I, met uitzondering van HLA-E. Virussen kunnen ook NK-cel functies inhiberen om de eliminatie door NK-cellen te omzeilen, een mechanisme dat bijvoorbeeld door herpesvirussen wordt toegepast door de expressie van MIC-A en -B te verhinderen, wat de activatie van NK-receptoren zoals NKG2D onderbreekt [24](#page=24) [28](#page=28). > **Example:** HIV-patiënten met het MHC-allotype HLA-B5703 vertonen lagere virale loads en tragere progressie naar AIDS. Virusisolaten van deze patiënten vertonen vaak mutaties in het p24 gag-eiwit, specifiek op locaties die door CD8 T-cellen worden herkend. Deze 'escape mutaties' (bijvoorbeeld in de ISW9, KF11 en TW10 regio's) maken het mogelijk voor het virus om de immuunrespons te ontwijken [25](#page=25). Andere mechanismen om de verworven immuniteit te ontwijken zijn: * **MHC-I presentatie ontlopen door muteren:** Dit leidt tot 'CTL-escape' mutaties, zoals waargenomen bij HIV. Dit is vergelijkbaar met antigenische variabiliteit, waarbij het virus voortdurend muteert tot een quasiespecies, zoals bij HIV, waardoor de antilichamen en T-cellen niet meer effectief zijn [27](#page=27). * **Antigenische variabiliteit:** Protozoën zoals *Trypanosoma brucei* (verwekker van slaapziekte) passen hun oppervlakteglycoproteïnen (VSG) continu aan, waardoor ze aan de antilichamen van de gastheer kunnen ontsnappen. Elk trypanosoom heeft duizenden genen voor VSG's en kan door genconversie een ander VSG tot expressie brengen [26](#page=26). * **Infectie van immuungedeprimeerde individuen:** Virussen zoals rubella en CMV infecteren foetussen, die een nog niet volledig ontwikkeld immuunsysteem hebben [27](#page=27). * **Overproductie van antigenen:** Virussen zoals HBV produceren grote hoeveelheden antigenen, wat het immuunsysteem kan overweldigen [27](#page=27). * **Induceren van een TH2-respons waar TH1 nodig is:** EBV kan bijvoorbeeld TH1-responsen remmen door een IL10-homoloog te produceren, wat de effectiviteit van de cel-gemedieerde immuniteit vermindert [27](#page=27) [28](#page=28). * **Immunosuppressie:** * **Infectie van immuuncellen:** Virussen zoals HIV infecteren en depeteren T-cellen en spelen een rol bij dendritische cellen (DCs). Mazelen depeteren en silencen T-cellen, terwijl EBV B-cellen infecteert en (dys)activeert. CMV infecteert monocyten, macrofagen en DCs [27](#page=27). * **Polyklonale activatie van B-cellen:** EBV kan dit veroorzaken, leidend tot auto-immune en heterofiele antilichamen. Dit kan diagnostische problemen opleveren, omdat patiënten met mononucleosis IgM-positief kunnen zijn voor meerdere virussen [27](#page=27). * **Antilichaambinding:** Herpesvirussen kunnen bijvoorbeeld Fc-receptoren voor IgG gebruiken om antilichaam-afhankelijke cel-gemedieerde cytotoxiciteit (ADCC) te inhiberen [27](#page=27). > **Tip:** Begrijpen hoe virussen MHC-I presentatie belemmeren, is cruciaal, aangezien dit een directe aanval is op de herkenning door cytotoxische T-lymfocyten (CTL's). --- # Persistentie en pathogenese van virale infecties Dit onderwerp onderzoekt hoe virussen langdurig in een gastheer kunnen blijven en de mechanismen achter ziekteontwikkeling. ### 3.1 Persistentie van virussen Persistentie is een overlevingsstrategie voor micro-organismen, waarbij een virus niet op korte termijn uit het lichaam wordt geklaard. Dit wordt mogelijk gemaakt doordat geïnfecteerde cellen lang genoeg in leven blijven om de virale aanwezigheid te handhaven. Soms is er geen continue replicatie, maar is het virale genoom latent aanwezig in de cel, met mogelijk virale genexpressie zonder replicatie of vrijlating van nieuwe virions. Dit kan leiden tot accumulerende schade bij de gastheer en maakt de gastheer een potentiële bron van infectie. Persistentie biedt voordelen voor het virus, zoals een grotere kans op transmissie en de uiteindelijke integratie in de kiembaan, wat erfelijk kan worden (bv. endogene retrovirussen). Dit stelt virussen in staat zich te handhaven in beperkte gastheerpopulaties, in tegenstelling tot niet-persistente virussen zoals influenza en mazelen, die grotere populaties nodig hebben voor overleving of een reservoir in dieren vinden. Persistentie wordt soms geassocieerd met chronische ziekten, zoals hepatitis B (HBV), en kan leiden tot kanker, zoals bij HBV, Epstein-Barr virus (EBV), humaan papillomavirus (HPV) en humaan immunodeficiëntie virus (HIV) [29](#page=29) [4](#page=4). #### 3.1.1 Latentie en reactivatie Een schoolvoorbeeld van persistentie is het herpes simplex virus (HSV), verantwoordelijk voor koortsblaasjes. Na een primaire infectie blijft het virus levenslang latent aanwezig in zenuwcellen. Reactivatie kan optreden bij factoren zoals koorts, hormonale veranderingen, verminderde weerstand (ouderdom, zwangerschap, vermoeidheid, tumoren, AIDS, iatrogene oorzaken) of blootstelling aan UV-straling. Bij reactivatie wordt het virus geproduceerd door de afferente zenuwcellen en getransporteerd naar epitheelcellen, wat leidt tot symptomen zoals koortsblaasjes. Tijdens de latente fase worden de geïnfecteerde cellen niet door CD8+ T-cellen aangevallen, omdat er weinig virale peptiden in het cytoplasma aanwezig zijn en neuronen weinig MHC klasse I tot expressie brengen, wat herkenning door CD8 cytotoxische T-cellen belemmert [30](#page=30). > **Tip:** Het onderscheid tussen persistentie in infectieve vorm en ware latentie is niet altijd duidelijk, met name bij virussen zoals CMV en bij de veroorzaker van tuberculose [3](#page=3). #### 3.1.2 Voorbeelden van persistente virale infecties * **Hepatitis C virus (HCV):** 15-25% klaart het virus binnen 6 maanden, de overigen zelden zonder therapie [4](#page=4). * **Herpesvirus infecties:** Deze zijn steeds levenslang aanwezig [4](#page=4). * **Humaan Immunodeficientie Virus (HIV):** Nagenoeg nooit spontane klaring. HIV infecteert alleen de mens; HIV-1 is pandemisch en HIV-2, voornamelijk in West-Afrika, is minder virulent. HIV is een retrovirus met een RNA-genoom dat als DNA-kopie inbouwt in het genoom van de gastheercel. Na mucosale transmissie infecteren dendritische cellen het virus naar lymfeknopen en lymfoïd weefsel, waar massale infectie van T-cellen plaatsvindt. Klinisch kan dit leiden tot een griepaal syndroom en lymfadenopathie. In het bloed worden zeer hoge virale titers waargenomen en een snelle daling van CD4+ cellen, wat kan leiden tot opportunistische infecties. Binnen 6 weken daalt de virale titer meestal en herstellen de CD4+ counts, wat aangeeft dat het immuunsysteem het virus controleert, mede dankzij CTL-respons en neutraliserende antilichamen. Seroconversie vindt meestal binnen 10 weken plaats. Hierna volgt een periode van persistentie, soms met tekenen van continue immuunactivatie en een geleidelijke afname van CD4-counts over jaren, met mogelijk milde opportunistische infecties. Na gemiddeld 10 jaar versnelt het oplopen van de virale titer en de instorting van CD4-counts, wat leidt tot ernstige opportunistische infecties en overlijden binnen het jaar [14](#page=14) [4](#page=4). ### 3.2 Pathogenese van virale infecties Pathogenese beschrijft de mechanismen waarmee virussen ziekte veroorzaken. Virale infecties kunnen zowel directe als indirecte schade veroorzaken. Indirecte schade kan ontstaan door overmatige activatie van immuunmechanismen, zowel aangeboren als adaptief. Mechanische schade, zoals bij worminfecties, is ook een mogelijkheid [31](#page=31). #### 3.2.1 Virussen en kanker Verschillende virussen kunnen kanker veroorzaken door mechanismen zoals: * **Productie van eiwitten:** Deze eiwitten kunnen de celcyclus wijzigen, anti-apoptotisch zijn of signaaltransductiepathways beïnvloeden [33](#page=33). * **Integratie in het genoom:** Dit kan leiden tot insertionele mutagenese [33](#page=33). Enkele voorbeelden van virussen en geassocieerde kankers zijn: | Virus | Geassocieerde Kanker | Virusgenoom in kankercellen | | :------------------------- | :------------------------------- | :-------------------------- | | Epstein-Barr virus | Burkitt's lymfoom | + | | | Nasofaryngeaal carcinoom | + | | | (non)Hodgkin lymfoom | +/- (zie les 13) | | Humaan papillomavirus | Cervixcarcinoom | + | | | Anogenitale carcinomen | + | | Hepatitis B virus | Hepatocellulair carcinoom | + | | Hepatitis C virus | Hepatocellulair carcinoom | - | | HTLV-1 | T-cel leukemie | + | | Humaan herpes virus 8 | Kaposi sarcoom | + | | Humaan immunodeficiëntie virus | Kaposi sarcoom, lymfomen | - | * Geografische spreiding suggereert een invloed van gastheerfactoren [32](#page=32). Bacteriën, zoals *Helicobacter pylori*, kunnen ook geassocieerd worden met kanker, zoals maag- en duodenumkanker, waarbij antibiotica een rol kunnen spelen in de therapie van geassocieerde lymfomen [33](#page=33). > **Tip:** Het natuurlijke verloop van een infectieziekte wordt bepaald door de balans tussen het micro-organisme en de afweer van de gastheer. Dit omvat het type kiem en zijn virulentie, alsook de individuele eigenschappen van de gastheer. Een daling van de afweer kan bijvoorbeeld leiden tot verminderde controle over virale replicatie (zoals bij zonnebrand) of tot minder symptomen. Een illustratief voorbeeld is een HBV-geïnfecteerde AIDS-patiënt die hepatitis-symptomen ontwikkelt na het aanslaan van een cART-behandeling [3](#page=3). --- ## 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 | |------|------------| | Chronische virale infectie | Een infectie veroorzaakt door een virus die langdurig of levenslang in het lichaam van de gastheer aanhoudt, waarbij het virus niet volledig wordt uitgeruimd. | | Humaan immunodeficiëntie virus (HIV) | Een retrovirus dat het immuunsysteem van de mens aantast, specifiek de CD4+ T-cellen, wat kan leiden tot verworven immunodeficiëntie (AIDS). | | Immuunevasie | Het vermogen van pathogenen, zoals virussen, om te ontsnappen aan of de immuunrespons van de gastheer te omzeilen, waardoor ze succesvol kunnen infecteren en persisteren. | | Persistente infectie | Een infectie die langdurig aanhoudt in het lichaam van de gastheer, vaak als gevolg van de integratie van het virale genoom in de gastheercel of de productie van virussen in een tempo dat het immuunsysteem niet kan bijhouden. | | Reactivatie | Het opnieuw actief worden van een latent virus in de gastheer, vaak uitgelokt door factoren zoals stress, verminderde weerstand of hormonale veranderingen, wat leidt tot een nieuwe infectiecyclus. | | Retrovirus | Een type virus dat een RNA-genoom heeft en gebruikmaakt van reverse transcriptase om zijn RNA om te zetten in DNA, dat vervolgens in het genoom van de gastheercel wordt geïntegreerd. | | Levenscyclus retrovirus | Het volledige proces dat een retrovirus doorloopt, vanaf de binding aan de gastheercel, de replicatie van het genoom via reverse transcriptie en integratie, tot de assemblage en vrijlating van nieuwe virionen. | | Immuunpathologie | Schade aan weefsels of organen die wordt veroorzaakt door een ontregelde of overmatige immuunrespons, in plaats van door de directe werking van het pathogeen. | | AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) | Het gevorderde stadium van een HIV-infectie, gekenmerkt door een ernstig verzwakt immuunsysteem dat leidt tot ernstige opportunistische infecties en kankers. | | Opportunistische infectie | Een infectie veroorzaakt door pathogenen die normaal gesproken geen ziekte veroorzaken bij personen met een gezond immuunsysteem, maar die wel ziekte kunnen veroorzaken bij personen met een verzwakt immuunsysteem. | | Seroconversie | Het proces waarbij het lichaam antilichamen produceert tegen een infectieus agens, wat leidt tot de detectie van deze antilichamen in het bloed en het einde van de "windowfase" van de infectie. | | Virale lading | De hoeveelheid viraal RNA of DNA die aanwezig is in een specifiek volume lichaamsvloeistof, meestal bloed, en die een maat is voor de intensiteit van de virale replicatie. | | Antiretrovirale therapie (cART) | Een combinatie van geneesmiddelen die wordt gebruikt om de replicatie van retrovirussen, zoals HIV, te remmen. | | MHC-I presentatie | Het proces waarbij intracellulaire antigenen, zoals virale eiwitten, worden afgebroken en gepresenteerd op het celoppervlak gebonden aan MHC klasse I moleculen, zodat ze door CD8+ T-cellen herkend kunnen worden. | | CTL respons (Cytotoxic T Lymphocyte response) | De immuunrespons waarbij cytotoxische T-cellen (CTL's) geïnfecteerde cellen herkennen en vernietigen, wat essentieel is voor de klaring van virale infecties. | | Pathogenese | Het mechanisme waarmee een ziekte ontstaat en zich ontwikkelt, inclusief de interacties tussen het pathogeen en de gastheer. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarbij het virale genoom aanwezig is in de cel, maar het virus zich niet actief repliceert of nieuwe virionen produceert. |

# Het ontstaan van het leven op aarde Dit deel behandelt de verschillende hypothesen en experimenten rond het ontstaan van de eerste organische moleculen en cellen op aarde, waaronder de oersoeptheorie, hydrothermale bronnen en de RNA-wereld hypothese. ### 1.1 De atmosfeer van het leven De huidige atmosfeer van de aarde, bestaande uit 78% stikstof, 21% zuurstof en kleine fracties waterdamp en koolstofdioxide, is cruciaal voor het bestaan van leven. De samenstelling van de atmosfeer is echter door de tijd heen sterk veranderd, en deze veranderingen speelden een rol in het ontstaan van leven [9](#page=9). ### 1.2 Hypothesen voor het ontstaan van organische moleculen Na het ontstaan van de aarde, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden, bestond de atmosfeer uit waterdamp, N2, NO, CO2, CH4 en NH3, met een zeer laag percentage zuurstof. Deze omstandigheden leidden tot verschillende hypothesen over de vorming van de eerste organische moleculen [9](#page=9). #### 1.2.1 Oersoeptheorie De oersoeptheorie, onafhankelijk voorgesteld door Oparin en Haldane in de jaren 1920, stelt dat de vroege aardatmosfeer reducerend was, wat de synthese van eenvoudige organische moleculen uit minerale moleculen mogelijk maakte. Energie hiervoor kwam van uv-straling en blikseminslagen. Haldane suggereerde dat de oceaan een oplossing van organische moleculen was, een "primitieve soep" waaruit leven kon ontstaan [10](#page=10) [9](#page=9). Het experiment van Miller en Urey in 1953 testte deze hypothese door de vroege aardatmosfeer na te bootsen. Ze gebruikten een gesloten systeem met waterdamp, waterstof, ammoniak en methaan, en elektrische ontladingen als bliksem. Na een week vonden ze formaldehyde, waterstofcyanide, aminozuren en lange koolwaterstofketens in de "primordiale soep". Dit toonde aan dat organische moleculen abiotisch konden worden gesynthetiseerd. Het experiment kon echter geen nucleïnezuren produceren [10](#page=10) [11](#page=11). **Tip:** Het experiment van Miller en Urey was revolutionair omdat het aantoonde dat de chemische bouwstenen van het leven spontaan konden ontstaan, wat de theorie van spontane generatie ontkrachtte. Recent onderzoek suggereert dat de vroege aardatmosfeer mogelijk minder reducerend was dan aangenomen in het experiment van Miller en Urey. Experimenten met een atmosfeer van voornamelijk waterdamp, CO2 en N2 produceerden wel eenvoudige organische moleculen, maar geen aminozuren. De oersoeptheorie biedt daarom waarschijnlijk geen volledige verklaring. Wetenschappers vermoeden nu dat specifieke gebieden, zoals rond vulkanische openingen, wel reducerend waren en mogelijk de locatie waren voor het ontstaan van het eerste leven [11](#page=11) [12](#page=12). #### 1.2.2 Hydrothermale en alkalische bronnen als bron van leven Een andere hypothese plaatst het ontstaan van het eerste leven rond hydrothermale bronnen (black smokers) en alkalische bronnen op de oceaanbodem [12](#page=12). * **Hydrothermale bronnen:** Deze ontstaan op vulkanisch actieve plaatsen waar water in de aardkorst sijpelt, opwarmt en weer de oceaan instroomt, waarbij mineralen neerslaan en "schoorstenen" vormen. Ze kunnen temperaturen tot 300-400 °C bereiken [12](#page=12) [13](#page=13). * **Alkalische bronnen:** Deze hebben lagere temperaturen (40-90 °C) en een hoge pH (9-11). Ze ontstaan door een chemische reactie tussen olivijn en water, waarbij waterstofgas wordt geproduceerd. Deze bronnen hebben poreuze structuren met minuscule poriën [13](#page=13). In deze bronnen konden de eerste organische verbindingen ontstaan door chemische reacties tussen waterstof en koolstofdioxide. Het pH-verschil tussen de alkalische vloeistof van de bron en het zuurdere oceaanwater creëerde een protonengradiënt, die als energiebron diende. Dit kon leiden tot de vorming van ribosemoleculen, een onderdeel van nucleïnezuren. Bij hydrothermale bronnen is de hoge temperatuur de drijvende kracht voor molecuulvorming [13](#page=13). **Voorbeeld:** De poreuze structuren van alkalische bronnen boden een omgeving waar moleculen konden worden geconcentreerd en waar chemische reacties konden plaatsvinden, mogelijk geholpen door de pH-gradiënt [13](#page=13). #### 1.2.3 De hypothese van de “RNA-wereld” In de jaren 60 werd de hypothese van de "RNA-wereld" voorgesteld, die stelt dat het vroegste leven gebaseerd was op RNA, en dat DNA zich pas later ontwikkelde. Volgens deze hypothese was het vroegste leven heterotroof en ontstond het uit prebiotische organische stoffen. Onderzoek heeft de abiotische synthese van adenine, guanine, cytosine en uracil (bouwstenen van RNA) uit eenvoudige moleculen aangetoond [14](#page=14). #### 1.2.4 Combinatie van hypothesen? Er is nog veel onduidelijkheid over het ontstaan van het eerste leven, en geen enkele hypothese is momenteel volledig [15](#page=15). * **Oersoeptheorie:** Hoewel het experiment van Miller de vorming van organische bouwstenen in zeeën en vijvers bevestigde, waren de experimentele omstandigheden (atmosfeer) niet geheel representatief. Ook ontbrak een ozonlaag die bescherming bood tegen uv-straling, wat gevormde moleculen kon afbreken. Tegenstrijdig bewijs bestaat over de hoeveelheid vulkanische activiteit op de vroege aarde [14](#page=14) [15](#page=15). * **Hydrothermale bronnen:** Deze bieden mineralen, organische moleculen en energie, en bescherming tegen uv-straling. Echter, de hoge temperaturen (tot 400 °C) roepen vragen op over de stabiliteit van complexe organische moleculen en het overleven van leven bij zulke temperaturen [15](#page=15). * **Alkalische bronnen:** Ontdekt rond 2000, bieden ze gunstigere omstandigheden (lagere temperatuur). Discussie bestaat of polymerisatie hier goed kan plaatsvinden, omdat bouwstenen kunnen wegspoelen, en of er voldoende fosforbronnen waren voor de synthese van nucleïnezuren [15](#page=15). * **RNA-wereld hypothese:** De abiotische synthese van volledige ribonucleotiden is chemisch uitdagend na te bootsen, en RNA is chemisch relatief onstabiel. Het is onduidelijk hoe ribozymen replicatie mogelijk maakten zonder ondersteunende moleculen [16](#page=16). Wetenschappers achten tegenwoordig een hybride of sequentiële hypothese het meest realistisch, waarbij organische bouwstenen uit verschillende bronnen (atmosferische reacties, meteorieten) in geologische niches worden geconcentreerd, energie uit redox-stromen of pH-gradiënten gebruiken, en vervolgens RNA (of RNA-achtige systemen) ontstaat en co-evolueert met membranen en peptiden [16](#page=16). ### 1.3 Polymerisatie van organische moleculen De vorming van aminozuren uit kleine moleculen was de eerste stap. Aminozuren bestaan uit een centraal C-atoom gebonden aan een aminegroep, een carboxylgroep, een H-atoom en een restgroep (R). Ze kunnen onder afsplitsing van water aan elkaar worden gekoppeld om polymeren te vormen [16](#page=16). **Tip:** Klei kan als katalysator werken door de binding van kleine moleculen op zijn oppervlak, wat polymerisatie kan bevorderen [16](#page=16). Onderzoek heeft aangetoond dat polymeren van aminozuren of RNA-nucleotides spontaan kunnen worden gevormd door het druppelen van deze componenten op warm zand, klei of rots. Deze ketens konden als zwakke katalysatoren hebben gediend op de jonge aarde. Wanneer aminozuren en RNA-nucleotides samen aanwezig waren of ontstonden, kan dit hebben geleid tot de vorming van de eerste cellen, in de vorm van protobionten [17](#page=17). ### 1.4 De eerste cellen: de protobionten De volgende stap was de vorming van blaasjes die zelfreplicerende moleculen opsloten: de protobionten. Dit zijn verzamelingen van abiotisch geproduceerde moleculen omgeven door een membraanachtige structuur. Protobionten vertonen enkele eigenschappen van leven, zoals eenvoudige vermenigvuldiging, een simpel metabolisme en het onderhouden van een intern chemisch milieu dat verschilt van de omgeving [17](#page=17). * **Liposomen:** Kleine vetbolletjes omgeven door een membraan, spontaan gevormd wanneer vetdruppeltjes in water worden gebracht. Fosfolipiden, de bouwstenen, hebben een hydrofiele kop en een hydrofobe staart, waardoor ze in water een dubbele laag (bilayer) vormen [17](#page=17) [18](#page=18). * **Metabolisme in protobionten:** Met de toevoeging van enzymen kunnen liposomen eenvoudige metabolische reacties uitvoeren [18](#page=18). Het eerste genetische materiaal was waarschijnlijk RNA, dat enzymatische katalytische functies (ribozymes) kan uitoefenen en kleine stukjes RNA kan repliceren. Protobionten met zelfreplicerend RNA ondergingen een vorm van natuurlijke selectie: stabielere RNA-sequenties repliceerden sneller en efficiënter, waardoor deze protobionten beter aangepast waren. Grotere protobionten splitsten zich, wat leidde tot zelfreplicatie [18](#page=18) [19](#page=19). ### 1.5 Wat is ‘leven’? Leven wordt gedefinieerd als "een zelfvoorzienend chemisch systeem dat in staat is tot Darwiniaanse evolutie". Er is echter nog geen universeel aanvaarde definitie van leven. De wetenschappelijke consensus benadrukt echter de volgende gemeenschappelijke kenmerken van levende cellen [19](#page=19): 1. **Homeostase:** Het vermogen om het interne milieu constant te houden [19](#page=19). 2. **Organisatie en structuur:** Verband tussen vorm en functie; de cel is de basale bouwsteen [20](#page=20). 3. **Groei:** Toename van grootte en complexiteit gedurende de levenscyclus [20](#page=20). 4. **Metabolisme:** Opnemen en omzetten van energie via biochemische processen [20](#page=20). 5. **Aanpassing:** Structurele of gedragsmatige aanpassingen die overleven en voortplanting bevorderen [20](#page=20). 6. **Prikkelbaarheid:** Het vermogen om te reageren op stimuli [20](#page=20). 7. **Voortplanting:** Het proces waarbij nakomelingen worden voortgebracht, wat zelfreplicerende dragers van erfelijk materiaal vereist [20](#page=20). Het eerste leven op aarde ontstond naar schatting 3,5 tot 4 miljard jaar geleden [20](#page=20). --- # Evolutiegeschiedenis en celstructuur van prokaryoten en eukaryoten Hier is een uitgebreide studiegids voor het onderwerp "Evolutiegeschiedenis en celstructuur van prokaryoten en eukaryoten". ## 2. Evolutiegeschiedenis en celstructuur van prokaryoten en eukaryoten Dit onderwerp verkent de evolutionaire reis van het leven op aarde, de overgang van eenvoudige prokaryote naar complexere eukaryote cellen, en de gedetailleerde architectuur van beide celtypen. ### 2.1 Belangrijke gebeurtenissen in de geschiedenis van het leven Het leven op aarde, dat ongeveer 3,5 tot 4 miljard jaar geleden begon, heeft een lange en gevarieerde evolutie doorgemaakt. De geologische tijdschaal, gebaseerd op fossielenonderzoek en gemarkeerd door massa-extincties, helpt ons deze gebeurtenissen te plaatsen [20](#page=20) [22](#page=22). #### 2.1.1 Het ontstaan van eencellige organismen De eerste microbiële cellen verschenen zo'n 3,5 miljard jaar geleden, waarschijnlijk nabij oceaanbodems. In de vroege anoxische atmosfeer en oceanen konden alleen organismen met anaerobe stofwisseling overleven (#page=22, 23). Deze vroege cellen waren waarschijnlijk chemolithotroof en gebruikten H2 en H2S als elektronendonoren, en CO2 als koolstofbron [22](#page=22) [23](#page=23). #### 2.1.2 Fotosynthese en de zuurstofrevolutie Ongeveer een miljard jaar na het ontstaan van leven, ontwikkelden zich fototrofe micro-organismen die zonlichtenergie konden vastleggen. De evolutie van cyanobacteriën (blauwalg) ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, die zuurstof produceerden via fotosynthese, leidde tot de "zuurstofrevolutie". De fotosynthesereactie is [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). De vrijgekomen zuurstof reageerde aanvankelijk met opgelost ijzer, wat leidde tot de vorming van ijzerformaties. Pas nadat het ijzer was neergeslagen, kon zuurstof zich ophopen in de oceanen en vervolgens ontsnappen naar de atmosfeer, waardoor deze voor ongeveer twintig procent zuurstof ging bevatten. Dit had grote gevolgen: anaerobe organismen stierven uit of overleefden in specifieke niches, terwijl aerobe micro-organismen een energetisch voordeel kregen, wat de evolutie van complexere cellen stimuleerde [24](#page=24). #### 2.1.3 Endosymbiose en het ontstaan van de eukaryoten Gedurende twee miljard jaar domineerden prokaryote cellen met een anaerobe levenswijze. De toename van zuurstof in de atmosfeer viel samen met de evolutie van eukaryote cellen, die complexer zijn en membraangebonden organellen bevatten, zoals de kern, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum [25](#page=25). De endosymbiosetheorie suggereert dat eukaryoten zijn ontstaan uit een samenwerking tussen prokaryoten (#page=25, 26). Mitochondriën zouden zijn ontstaan uit aerobe bacteriën die door een grotere gastheercel (waarschijnlijk een Archaea) werden opgenomen, en plastiden (zoals chloroplasten) uit fotosynthetische prokaryoten [25](#page=25) [26](#page=26). > **Tip:** De endosymbiosetheorie wordt ondersteund door bewijzen zoals de aanwezigheid van eigen circulair DNA in mitochondriën en plastiden, die lijken op bacterieel DNA, en de gelijkenis van hun ribosomen met die van prokaryoten [27](#page=27). De opsplitsing van de plasmamembraan van de gastheercel vormde waarschijnlijk de kernmembraan en het endoplasmatisch reticulum. Deze endosymbiotische gebeurtenissen diversifieerden het metabolisme van vroege eukaryoten [27](#page=27). #### 2.1.4 Meercellige organismen en de kolonisatie van land De efficiëntere energieproductie door zuurstofverbruikende organismen maakte de evolutie van meercellige levensvormen mogelijk. Hoewel het leven voor 80% microbieel was, verschenen er al vanaf 1,9 miljard jaar geleden complexe eencellige algen. Rond 0,6 miljard jaar geleden, toen de zuurstofconcentratie vergelijkbaar werd met het huidige niveau, ontstond de Ediacarische fauna. De "Cambrische explosie" (ongeveer 0,5 miljard jaar geleden) zag een snelle diversificatie van meercellige eukaryoten, inclusief de eerste roofdieren [27](#page=27) [28](#page=28). De kolonisatie van het land, beginnend rond 500 miljoen jaar geleden met schimmels en planten, was een volgende belangrijke stap. Dieren zoals geleedpotigen volgden kort daarna [28](#page=28). ### 2.2 Celstructuur bij pro- en eukaryoten Alle levende organismen zijn opgebouwd uit cellen, de kleinste levende eenheden. Cellen delen gemeenschappelijke kenmerken zoals een celmembraan, cytoplasma met cytosol en ribosomen, en chromosomen (DNA). We onderscheiden echter twee fundamentele celtypen: prokaryote en eukaryote cellen [28](#page=28) [29](#page=29). #### 2.2.1 De prokaryote celstructuur Prokaryote cellen, gevonden bij bacteriën en archaea, missen membraangebonden organellen en een kern. Ze zijn over het algemeen kleiner dan eukaryote cellen (diameter 1-5 µm versus 10-100 µm) [29](#page=29). Kernstructuren van prokaryoten zijn: * **Cytoplasmamembraan:** Een barrière die het cytoplasma scheidt van de omgeving en selectief permeabel is (#page=29, 31) [29](#page=29) [31](#page=31). * **Celwand:** Een stevige structuur rond het membraan die zorgt voor stabiliteit en bescherming tegen osmotische druk (#page=29, 30, 33) [29](#page=29) [30](#page=30) [33](#page=33). * **Cytoplasma:** Bevat macromoleculen, kleine organische moleculen, ionen en ribosomen [30](#page=30). * **Ribosomen:** Verantwoordelijk voor eiwitsynthese (#page=28, 30) [28](#page=28) [30](#page=30). * **Genoom:** Meestal een circulair chromosoom geconcentreerd in een membraanloze nucleoïde. Daarnaast kunnen er plasmiden zijn, die extra, vaak niet-essentiële genen bevatten [30](#page=30). #### 2.2.2 Celmembraan en celwand bij prokaryoten De celwand en het celmembraan vormen de buitenste lagen van de prokaryote cel en zijn cruciaal voor interactie met de omgeving, transport, energiebehoud en bescherming [31](#page=31). ##### 2.2.2.1 Het cytoplasmamembraan Het cytoplasmamembraan is een dubbele fosfolipidenlaag met ingebedde eiwitten [31](#page=31). * **Bij bacteriën en eukaryoten:** Fosfolipiden hebben hydrofobe vetzuurstaarten (gebonden aan glycerol via esterbindingen) en hydrofiele "kopgroepen" (glycerol, fosfaat, functionele groep) [31](#page=31). * **Bij archaea:** De bindingen tussen glycerol en de hydrofobe staarten zijn etherbindingen, en de staarten zijn opgebouwd uit isopreeneenheden. Sommige archaea hebben zelfs een enkele lipidelaag [32](#page=32). ##### 2.2.2.2 De celwand bij bacteriën De celwand beschermt tegen osmotische lyse en behoudt de celvorm. Bacteriële celwanden worden ingedeeld als grampositief of gramnegatief op basis van hun structuur en reactie op Gram-kleuring [33](#page=33). * **Grampositief:** Dikke celwand (20-35 nm), rijk aan peptidoglycaan (tot 90%), met 15+ lagen peptidoglycaan. Bevat teichoïnezuren en lipoteichoïnezuren (#page=33, 35) [33](#page=33) [35](#page=35). * **Gramnegatief:** Dunner (2-7 nm), met een enkele laag peptidoglycaan, een periplasma en een buitenmembraan [33](#page=33). Het belangrijkste bestanddeel van de bacteriële celwand is **peptidoglycaan**, een polysacharide van afwisselende N-acetylglucosamine (G) en N-acetylmuraminezuur (M) eenheden, verbonden door β-1,4 glycosidebindingen, met een korte peptideketen eraan. Peptideketens van aangrenzende strengen zijn cross-linked via peptidebindingen, wat een driedimensionaal netwerk vormt (#page=34, 35) [34](#page=34) [35](#page=35). > **Tip:** Penicillines en cefalosporines werken in op de synthese van peptidoglycaan, waardoor bacteriën gevoelig worden voor osmotische lyse. Menselijke cellen, zonder celwand, worden hierdoor niet beïnvloed [34](#page=34). Lysozym breekt peptidoglycaan af door de β-1,4 glycosidebindingen te splitsen, wat ook cellyse kan veroorzaken en dient als een verdedigingsmechanisme [38](#page=38). * **Buitenmembraan (Gramnegatief):** Een tweede dubbele fosfolipidenlaag die polysacchariden (lipopolysachariden, LPS) bevat. LPS draagt bij aan celsterkte, oppervlakteherkenning en virulentie. Het bevat ook porines voor niet-specifiek transport [37](#page=37). * **Periplasma (Gramnegatief):** De ruimte tussen het cytoplasmamembraan en het buitenmembraan, die de dunne peptidoglycaanlaag bevat en eiwitten huisvest met functies buiten het cytoplasma [37](#page=37). ##### 2.2.2.3 De celwand bij archaea Archaea hebben celwanden die *geen* peptidoglycaan bevatten. Ze variëren in samenstelling en kunnen bestaan uit polysachariden, eiwitten of glycoproteïnen [38](#page=38). * **Pseudomureïne:** Sommige methanogenen hebben een structuur die lijkt op peptidoglycaan, maar met N-acetyltalosaminuronzuur in plaats van N-acetylmuraminezuur, β-1,3 glycosidebindingen en uitsluitend L-aminozuren. Pseudomureïne is niet gevoelig voor lysozym of penicilline [38](#page=38) [39](#page=39). * **S-laag:** Bijna alle archaea hebben een buitenste laag van eiwitten of glycoproteïnen die een kristallijn rooster vormt. Deze S-laag kan de functie van de celwand overnemen en zorgt voor celvorm, sterkte en bescherming [39](#page=39). #### 2.2.3 Structuren aan het celoppervlak en inclusies van prokaryoten * **Kapsels en slijmlagen:** Kleverige of slijmerige lagen van polysachariden of eiwitten aan het celoppervlak. Kapsels zijn georganiseerd en stevig, slijmlagen zijn losser. Ze bevorderen hechting, beschermen tegen stress en uitdroging, en spelen een rol in biofilms en virulentie (#page=40, 41) [40](#page=40) [41](#page=41). * **Pili en fimbriae:** Dunne eiwitstructuren die uit het celmembraan ontspringen. Korte pili, fimbriae genoemd, faciliteren hechting aan oppervlakken en weefsels. Pili dragen bij aan de virulentie van pathogenen [41](#page=41). * **Celinclusies:** Ophopingen van opslagstoffen zoals PHB (poly-β-hydroxyboterzuur), glycogeen of polyfosfaat. Ze verminderen osmotische stress en nemen minder ruimte in dan opgeloste stoffen [42](#page=42). * **Endosporen:** Sterk gedifferentieerde, slapende cellen gevormd door bepaalde grampositieve bacteriën (vooral *Bacillus* en *Clostridium*) om extreme omstandigheden te overleven (#page=42, 43, 45). Ze zijn geen reproductieve structuren, maar een levensfase [42](#page=42) [43](#page=43) [45](#page=45). > **Tip:** Endosporen zijn zeer resistent tegen hitte, straling en chemische stoffen, en kunnen vele jaren slapend blijven. Het proces van vorming heet sporulatie en de terugkeer naar een actieve cel heet kieming [43](#page=43) [44](#page=44). De structuur van een endospore omvat een kern, binnenmembraan, cortex (peptidoglycaan), buitenmembraan, sporemantel en soms een exosporium [44](#page=44). #### 2.2.4 Celbeweging bij prokaryoten Prokaryoten kunnen bewegen middels zwemmen of glijden [45](#page=45). * **Flagellen (Bacteriën):** Lange, dunne draden die uit het basaal lichaampje in de cel roteren, aangedreven door protonengradiënten, om de cel voort te stuwen (#page=45, 46). Ze kunnen polair of peritrich geplaatst zijn [45](#page=45) [46](#page=46). * **Archaella (Archaea):** Vergelijkbaar in functie met flagellen, maar evolutionair meer verwant aan type IV pili en aangedreven door ATP-hydrolyse. Archaea zwemmen over het algemeen langzamer dan bacteriën [46](#page=46). * **Glijdende motiliteit:** Vormen van oppervlaktebeweging die hechting aan een oppervlak vereisen en langzamer zijn dan zwemmen [47](#page=47). #### 2.2.5 De eukaryote celstructuur Eukaryote cellen, gevonden in protisten, fungi, planten en dieren, zijn groter en complexer dan prokaryoten, met membraangebonden organellen (#page=29, 47) [29](#page=29) [47](#page=47). * **Kern (Nucleus):** Omgeven door een dubbel membraan, bevat het genetisch materiaal [47](#page=47). * **Mitochondriën:** Locatie van cellulaire respiratie en ATP-productie [47](#page=47). * **Chloroplasten:** Alleen in fototrofe eukaryoten, locatie van fotosynthese [47](#page=47). * **Endoplasmatisch reticulum (ER):** Netwerk van membranen voor lipiden- en eiwitsynthese (glad ER) en eiwitsynthese (ruw ER, met ribosomen) (#page=47, 48) [47](#page=47) [48](#page=48). * **Golgi-complex:** Synthese, modificatie, sortering en secretie van celproducten [47](#page=47). * **Lysosomen:** Bevatten spijsverteringsenzymen [47](#page=47). * **Cytoskelet:** Bepaalt celvorm en -beweging [47](#page=47). Eukaryote flagellen en cilia zijn structureel verschillend van prokaryote flagellen en bestaan uit 9 dubbele microtubuli rond een centraal paar, waarbij dyneïne voor beweging zorgt. Het plasmamembraan is een dubbele fosfolipidenlaag, vergelijkbaar met prokaryoten, maar kan extra lipiden zoals sterolen bevatten. Celwanden bij eukaryoten variëren: planten hebben lignocellulose, schimmels hebben chitine [48](#page=48). #### 2.2.6 Het verschil tussen plantaardige en dierlijke cellen Plantaardige en dierlijke cellen, beide eukaryoot, hebben duidelijke verschillen [49](#page=49): * **Dierlijke cellen:** Hebben geen celwand, vaak kleine of geen vacuolen, lysosomen, centrosomen met centriolen, en eventueel flagellen [49](#page=49). * **Plantaardige cellen:** Hebben een dikke celwand (lignocellulose), chloroplasten, een grote centrale vacuole, en plasmodesmata die verbindingen tussen cellen mogelijk maken (#page=48, 49) [48](#page=48) [49](#page=49). --- # Diversiteit van het leven op aarde en fylogenie Dit deel van de studie behandelt de classificatie van organismen (taxonomie), de evolutionaire geschiedenis (fylogenie) en de diversiteit binnen de domeinen Bacteria, Archaea, Fungi en Plantae. ### 3.1 Taxonomie #### 3.1.1 Het groeperen van soorten: de basisidee Taxonomie is de wetenschap die zich bezighoudt met de classificatie van organismen in groepen op basis van gelijkenissen. Het precieze aantal soorten op aarde is onbekend, schattingen variëren van 8,7 miljoen tot 1-6 miljard, met ongeveer 2,16 miljoen formeel beschreven soorten. Deze classificatie is essentieel voor het ordenen van de natuurlijke diversiteit en voor effectieve wetenschappelijke communicatie. Taxonomische niveaus lopen hiërarchisch van soort tot domein: soort, geslacht, familie, orde, klasse, stam, rijk en domein. Latijn wordt veel gebruikt in taxonomische benamingen voor wereldwijde duidelijkheid. Een soort krijgt een tweeledige wetenschappelijke naam, bestaande uit de genusnaam (met hoofdletter) gevolgd door de soortnaam (kleine letter), beide schuin gedrukt. Deze regels werden vastgelegd door Carolus Linnaeus. Een taxon is de taxonomische eenheid op elk niveau, waarbij taxa hoger dan genusniveau met een hoofdletter worden geschreven en niet schuin gedrukt [52](#page=52) [53](#page=53) [54](#page=54). #### 3.1.2 De drie (?) domeinen van het leven Vroege pogingen om de evolutiegeschiedenis te bestuderen waren gericht op fossielen en vergelijkende biologie, wat minder geschikt was voor micro-organismen. De ontdekking van DNA en het gebruik van rRNA voor evolutionaire analyses leidde tot de erkenning van drie domeinen van leven: Bacteria, Archaea en Eukarya. Dit drie-domeinensysteem vervangt het oudere vijf-rijkensysteem. Recente genomische studies suggereren dat eukaryote cellen een mix van archaeale en bacteriële kenmerken bezitten, en dat sommige archaea (zoals de Asgard-groep) nauwer verwant zijn aan eukaryoten dan aan andere archaea. Dit kan leiden tot een herziening naar een twee-domeinen systeem waarbij eukaryoten binnen de Archaea vallen [55](#page=55) [56](#page=56) [57](#page=57). ### 3.2 Fylogenie #### 3.2.1 De link tussen fylogenie en classificatie Fylogenie bestudeert de evolutionaire geschiedenis van soorten en de evolutionaire relaties tussen hen. Organismen delen kenmerken door gemeenschappelijke voorouders. Een fylogenetische boom is een diagram dat deze evolutionaire geschiedenis weergeeft en voorspellingen over kenmerken mogelijk maakt. De hiërarchische classificatie van Linnaeus is zichtbaar in de vertakking van fylogenetische bomen, maar geeft op zichzelf weinig fylogenetische informatie. DNA-analyse en ander nieuw bewijsmateriaal kunnen leiden tot herclassificaties om de evolutionaire geschiedenis correct weer te geven [57](#page=57) [58](#page=58). #### 3.2.2 Convergente evolutie Homoplasie, ook wel convergente evolutie genoemd, treedt op wanneer organismen een eigenschap delen die niet van een gemeenschappelijke voorouder is geërfd. Dit gebeurt door vergelijkbare omgevingsfactoren en natuurlijke selectie die leiden tot gelijkaardige aanpassingen in evolutionair verschillende lijnen. Vleugels bij insecten en vogels zijn een voorbeeld van convergente evolutie [59](#page=59). #### 3.2.3 Hoe ‘lees’ je fylogenetische bomen? Een fylogenetische boom is een hypothese over evolutionaire relaties en bestaat uit knopen (vertakkingspunten die gemeenschappelijke voorouders vertegenwoordigen) en takken. De uiteinden van de takken stellen bestaande soorten voor. Zustertaxa zijn groepen die een gemeenschappelijke voorouder delen die door geen enkele andere groep wordt gedeeld; ze zijn elkaars dichtste verwanten. Fylogenetische bomen kunnen horizontaal, verticaal of diagonaal getekend worden; alleen de knooppunten zijn informatief, rotatie rond knooppunten verandert de topologie niet. Taklengtes kunnen het aantal veranderingen aangeven, maar zijn niet altijd informatief. Een gewortelde boom bevat een tak die de meest recente gemeenschappelijke voorouder van alle taxa weergeeft. Een basaal taxon is een evolutionaire lijn die vroeg in de geschiedenis afwijkt van de rest van de groep. Fylogenetische bomen tonen afstammingspatronen, niet noodzakelijk fenotypische gelijkenis; ze geven niet aan wanneer soorten zijn geëvolueerd of hoeveel verandering er heeft plaatsgevonden [59](#page=59) [60](#page=60) [61](#page=61). #### 3.2.4 Hoe maak je fylogenetische bomen? Fylogenetische bomen worden gemaakt op basis van moleculaire data (DNA- of eiwitsequenties). De complexiteit neemt exponentieel toe met het aantal sequenties. Cladistiek is een methode om fylogenetische bomen (cladogrammen) te construeren op basis van gedeelde afgeleide kenmerken. Een clade is een groep die een voorouder en al zijn afstammelingen omvat. Een outgroup is een nauw verwante soort buiten de te bestuderen groep (ingroup) die als referentie dient. Kenmerken die zowel in de ingroup als outgroup voorkomen, worden als afkomstig van een gemeenschappelijke voorouder beschouwd, terwijl kenmerken die slechts in een deel van de ingroup voorkomen, aangeven wanneer die eigenschap is ontstaan [62](#page=62) [63](#page=63). Alternatief kan een cladogram worden opgesteld op basis van genetische informatie door het uitlijnen van sequenties, het opstellen van een dissimilariteitsmatrix en hiërarchische clustering (bv. UPGMA) [64](#page=64). ### 3.3 Archaea Het domein Archaea is vernoemd naar het Archaean, de periode waarin leven zich voor het eerst verspreidde. Hoewel veel archaea in extreme omgevingen leven, bezetten ze een breed scala aan habitats en zijn ze genetisch en fysiologisch verschillend van Bacteria, met veel overeenkomsten met Eukarya. De meeste archaea zijn moeilijk te kweken, waardoor veel over hun eigenschappen nog onbekend is. Gemeenschappelijke kenmerken zijn ethergebonden lipiden, afwezigheid van peptidoglycaan in celwanden en RNA-polymerasen die lijken op die van Eukarya. Methaanproductie is een uniek kenmerk van methanogenen. Archaea omvatten ook veel extremofielen [66](#page=66) [67](#page=67). ### 3.4 Bacteria #### 3.4.1 bacteriën zijn prokaryoten Bacteria hebben een prokaryote celstructuur en kunnen zich goed aanpassen aan veranderende omgevingscondities. Cyanobacteriën hebben de aarde gevormd door oxygenatie en produceren nog steeds veel zuurstof [67](#page=67). #### 3.4.2 Celmorfologie in Bacteria Bacteriële celvormen variëren en hebben ecologische betekenis. Algemene vormen zijn kokken (bol- of eivormig), staafjes (cilindrisch), spirillen (spiraalvormig, stijf) en spirocheten (spiraalvormig, flexibel). Celdeling kan leiden tot specifieke groepsverbanden, zoals diplokokken, streptokokken, tetraden, sarcinae en stafylokokken bij kokken. Filamenteuze bacteriën vormen lange filamenten uit vele cellen. Staafjes komen voor als individuele bacteriën, streptobacillen (ketens van 3+) of diplobacillen (ketens van 2) [68](#page=68) [69](#page=69). #### 3.4.3 Celvermenigvuldiging bij bacteriën Bacteriële celvermenigvuldiging omvat vele chemische reacties, waaronder polymerisatiereacties voor de vorming van macromoleculen. Bacteriën planten zich snel voort via binaire splijting, waarbij één cel zich deelt in twee identieke dochtercellen [70](#page=70). #### 3.4.4 bacteriën, een diverse groep met diverse eigenschappen Bacteria zijn bekend van ziekteverwekkers en hun gebruik in voedselproductie [71](#page=71). ##### 3.4.4.1 De belangrijkste fylogenetische groepen binnen de bacteriën * **Proteobacteriën:** Diverse gramnegatieve bacteriën (bv. *Thiomargarita namibiensis*, *Neisseria gonorrhoeae*, *Vibrio cholerae*, *Helicobacter pylori*) [71](#page=71). * **Chlamydia’s:** Obligate intracellulaire parasieten met afwijkende celwanden (bv. *Chlamydia trachomatis*) [71](#page=71). * **Spirocheten:** Spiraalvormige gramnegatieve heterotrofen (bv. *Treponema pallidum*, *Borrelia burgdorferi*) [72](#page=72). * **Cyanobacteriën:** Gramnegatieve fotoautotrofen, de enige prokaryoten die fotosynthese uitvoeren [72](#page=72). * **Grampositieve bacteriën:** Zeer diverse groep, waaronder Actinomyceten (bv. *Streptomyces*), *Staphylococcus aureus*, *Bacillus anthracis*, en *Clostridium botulinum* [72](#page=72). ##### 3.4.4.2 bacteriën spelen een essentiële rol in de biosfeer Prokaryoten recyclen chemische elementen, breken dode organismen af (ontleders), produceren organische moleculen uit CO2, fixeren stikstof en produceren zuurstof [72](#page=72). ##### 3.4.4.3 bacteriën hebben zowel gunstige als schadelijke gevolgen voor de mens * **Gunstig:** Darmbacteriën produceren vitamines en helpen bij nutriëntenabsorptie. Gebruikt in biotechnologie (bv. insulineproductie), productie van biologisch afbreekbare kunststoffen en bioremediatie [73](#page=73). * **Schadelijk:** Vele ziekteverwekkers (bv. *Mycobacterium tuberculosis*) [73](#page=73). ### 3.5 Fungi #### 3.5.1 Belang van fungi Schimmels zijn wijdverspreide, voornamelijk niet-beweeglijke organismen die een cruciale rol spelen bij de ontbinding van organisch materiaal, wat bijdraagt aan de nutriëntencyclus. Ze kunnen ook plantpathogenen zijn of symbiotische relaties aangaan met planten. Velen zijn gunstig voor de mens door fermentatie en antibioticaproductie [73](#page=73) [74](#page=74). #### 3.5.2 Fysiologie en voedingsmechanisme van fungi Fungi zijn chemoorganotrofen die extracellulaire enzymen uitscheiden om polymere materialen te verteren tot monomeren. Ze breken hout af met behulp van lignine-afbrekende schimmels (basidiomyceten) [74](#page=74). #### 3.5.3 Morfologie Meeste fungi zijn meercellig en vormen netwerken van draadvormige structuren, **hyfen** genaamd. Vegetatieve hyfen staan in voor voedselopname, reproductieve hyfen voor voortplanting. Hyfen kunnen **apocytisch** (met tussenschotten) of **coënocytisch** (meerdere kernen zonder tussenschotten) zijn. Hyfen vormen samen het **mycelium**. Vormen reproductieve structuren, **vruchtlichamen** (bv. paddenstoelen) waarin miljoenen **sporen** worden gevormd. Sommige fungi groeien als enkele cellen: **gisten**. Celwanden bestaan meestal uit **chitine** [74](#page=74) [75](#page=75). #### 3.5.4 Reproductie en fylogenie Fungi planten zich ongeslachtelijk voort (mitose, duplicaten) en seksueel (meiose, genetische diversiteit) [75](#page=75). ##### 3.5.4.1 Aseksuele reproductie bij fungi * Productie van sporangiosporen (endogeen) [76](#page=76). * Productie van conidiosporen (exogeen) [76](#page=76). * Fragmentatie van hyfen met arthrosporen of lidsporen [76](#page=76). * Chlamydosporen: dikwandige rustsporen [77](#page=77). * Celdeling: celsplijting (gist) of knopvorming (blastosporen) [77](#page=77). ##### 3.5.4.2 Seksuele reproductie bij fungi Seksuele reproductie omvat **plasmogamie** (cytoplasmasmelting), gevolgd door een **dikaryoot** stadium, en vervolgens **karyogamie** (kernsmelting) resulterend in een diploïde zygote. Hierna volgt meiose en vorming van genetisch diverse, haploïde seksuele sporen. Seksuele sporen zijn doorgaans resistenter dan aseksuele sporen [77](#page=77) [78](#page=78). ##### 3.5.4.3 Fylogenie van fungi Fungi delen een voorouder met dieren en zijn nauwer verwant aan dieren dan aan enige andere eukaryotische groep. Belangrijke groepen zijn Chytridiomycota, Mucoromycota, Ascomycota en Basidiomycota [78](#page=78) [79](#page=79). ##### 3.5.4.4 Reproductie bij Mucoromycetes Aseksuele voortplanting via **sporangiosporen** gevormd in een sporangium op een sporangiofoor. Seksuele voortplanting via **zygosporangium** na plasmogamie en karyogamie [79](#page=79) [80](#page=80). ##### 3.5.4.5 Reproductie bij Ascomycetes Aseksuele voortplanting door **conidiosporen** gevormd op conidioforen. Seksuele voortplanting resulteert in **asci** (zakvormige structuren) die **ascosporen** bevatten na plasmogamie en karyogamie. Gisten zijn eencellige ascomyceten die zich vermenigvuldigen door celsplijting of knopvorming [82](#page=82) [83](#page=83). ##### 3.5.4.6 Reproductie bij Basidiomycetes Seksuele sporen (**basidiosporen**) worden gevormd in knotsvormige structuren (**basidium**) op het vruchtlichaam. Aseksuele levenscyclus door fragmentatie van hyfen tot **arthrosporen** [85](#page=85). ### 3.6 Plantae #### 3.6.1 Het plantenlichaam heeft een hiërarchie van organen, weefsels en cellen Planten hebben organen (wortels, stengels, bladeren) bestaande uit weefsels, die op hun beurt uit celtypen bestaan. De drie basisorganen vormen een wortelsysteem en een scheutsysteem. Wortels ankeren de plant en nemen water en mineralen op. Stengels dragen bladeren en knoppen en verlengen de scheut. Bladeren zijn het belangrijkste fotosynthetische orgaan [86](#page=86) [87](#page=87). #### 3.6.2 Dermale, vasculaire en grondweefsels * **Dermale weefsel:** Buitenste beschermende laag (epidermis, periderm) [88](#page=88). * **Vasculaire systeem (vaatsysteem):** Transport van materialen (xyleem transporteert water, floëem transporteert suikers) [89](#page=89). * **Grondweefsel:** Vulweefsel, verantwoordelijk voor metabolische functies (merg en cortex) [89](#page=89). #### 3.6.3 Algemene plantenceltypes ##### 3.6.3.1 De plantencelwand De plantencelwand biedt mechanische ondersteuning en controleert transport. Bestaat uit cellulose, hemicelluloses en pectines [89](#page=89) [90](#page=90). * **Primaire celwand:** Dun, flexibel, rijk aan pectine en hemicellulose, uitrekbaar voor celgroei [91](#page=91). * **Secundaire celwand:** Dik, gelaagd, rijk aan cellulose en lignine, vormt een rigide structuur [91](#page=91). ##### 3.6.3.2 Parenchymcellen Minst gespecialiseerde cellen, verantwoordelijk voor metabolische functies, fotosynthese en opslag. Behoudt de mogelijkheid tot delen en differentiëren [91](#page=91) [92](#page=92). ##### 3.6.3.3 Collenchymcellen Bieden flexibele ondersteuning aan jonge scheutdelen; hebben dikkere, maar ongelijkmatig verdikte primaire celwanden [92](#page=92). ##### 3.6.3.4 Sclerenchymcellen Bieden rigide ondersteuning; hebben dikke secundaire celwanden, vaak versterkt met lignine. Rijpe sclerenchymcellen zijn vaak dood maar blijven als skelet achter [93](#page=93). ##### 3.6.3.5 Watertransporterende cellen van het xyleem * **Tracheïden:** Lange, dunne cellen met scherp uitlopende einden, verstevigd met lignine [93](#page=93). * **Houtvaten:** Breder, korter, met geperforeerde platen aan de uiteinden voor doorstroom [94](#page=94). ##### 3.6.3.6 Suikertransporterende cellen van het floëem * **Zeefcellen en zeefbuiselementen:** Levende cellen zonder kern, ribosomen en duidelijke vacuole; hebben zeefplaatjes aan de uiteinden [95](#page=95). * **Zustercellen (companion cells):** Niet-transporterende cellen die de zeefcellen ondersteunen en voorzien van kern en ribosomen [95](#page=95). #### 3.6.4 Organisatie van weefsels en cellen in de plant * **Wortels:** Epidermis, cortex (grondweefsel), endodermis en vasculaire cilinder (xyleem en floëem). Dicotylen hebben vaak een stervormig xyleem; monocotylen hebben afwisselende ringen van xyleem en floëem [95](#page=95) [96](#page=96). * **Stengels:** Epidermis, grondweefsel (parenchym, collenchym, sclerenchym) en vaatbundels (xyleem aan de binnenkant, floëem aan de buitenkant). Bij dicotylen zijn vaatbundels in een ring gerangschikt; bij monocotylen zijn ze verspreid [96](#page=96). * **Bladeren:** Epidermis (met huidmondjes/stomata), mesofyl (palissadeparenchym en sponsparenchym) en nerven (vaatbundels) [97](#page=97). ### 3.7 Protisten Protisten zijn microbiële eukaryoten die geen plant, dier of schimmel zijn. Ze zijn zeer divers en vertonen grote fylogenetische diversiteit [98](#page=98). #### 3.7.3 Excavata Diverse groep protisten, waaronder diplomonaden en parabasaliden (zonder mitochondriën) en eugleniden (chemo- en fototroof) [99](#page=99). #### 3.7.4 SAR Supergroep bestaande uit Stramenopiles, Alveolata en Rhizarians [100](#page=100). * **Alveolata:** Gekenmerkt door alveoli (cytoplasmatische zakjes). Groepen: Ciliaten, dinoflagellaten (veroorzaken rode getijden) en apicomplexanen (parasieten, bv. *Plasmodium*) [100](#page=100). * **Stramenopiles:** Dragen haarachtige verlengstukken aan flagellen. Groepen: Diatomeeën (glasachtige wand), oomyceten (bv. *Phytophthora infestans*) en bruinwieren (zeewieren) . * **Rhizaria:** Gebruiken draadvormige cytoplasmatische uitsteeksels (pseudopodia) . #### 3.7.5 Amoebozoa Gebruiken kwabvormige pseudopodia voor beweging. Fylogenetisch divergeerden van een geslacht dat leidde tot schimmels en dieren . ### 3.8 Algen Algen behoren tot de Archaeplastida en voeren zuurstofhoudende fotosynthese uit . #### 3.8.2 Rode algen (rhodofyten) Voornamelijk marien, bevatten fycobiliproteïnen (bv. fycoerythrine). Ze produceren agar en carrageen . #### 3.8.3 Groene algen Hebben chloroplasten die lijken op die van planten (chlorofyl a en b). Ze zijn fylogenetisch nauw verwant aan planten. Verschillende morfologieën: eencellig (bv. *Chlamydomonas*), draadvormig (bv. *Spirogyra*), koloniaal (bv. *Volvox*) en meercellig (bv. *Ulva*). Sommige groene algen, zoals *Botryococcus braunii*, produceren koolwaterstoffen die gebruikt kunnen worden voor biodiesel. Endolithische fototrofe groene algen leven in rotsen . ### 3.9 Celcultuur en modelorganismen Modelorganismen zijn essentieel voor het bestuderen van cellulaire mechanismen, moleculaire biologie, genetica en ontwikkeling . #### 3.9.1 Cel- en weefselculturen * **Dierlijke celcultuur:** Kweek van dierlijke cellen in vitro. Kankercellen groeien oneindig (bv. HeLa-cellen) . * **Plantenweefselcultuur:** In vitro kweek van plantencellen, weefsels of organen voor regeneratie of productie. Plantencellen zijn totipotent . * **Beperkingen:** Afwezigheid van anatomische architectuur en systemische interacties . #### 3.9.2 Veelgebruikte modelorganismen * ***Escherichia coli*:** Model voor bacteriën, gebruikt in moleculaire biologie en biotechnologie . * ***Arabidopsis thaliana*:** Model voor planten, met een korte levenscyclus en klein genoom . * ***Caenorhabditis elegans*:** Rondworm, model voor ontwikkelingsbiologie en veroudering; transparant met een vaste celafstamming . * ***Drosophila melanogaster*:** Fruitvlieg, klassiek genetisch model sinds begin 20e eeuw . * ***Mus musculus* (laboratoriummuis):** Belangrijk model voor biomedisch onderzoek vanwege overeenkomsten met de mens . * ***Danio rerio* (zebravis):** Alternatief voor de laboratoriummuis, met transparante embryo's en hoge vruchtbaarheid . --- # Ecologie en microbiële groei Dit deel van de studiehandleiding behandelt de principes van ecologie, de groei van micro-organismen, de factoren die deze groei beïnvloeden, en nutriëntencycli. ## 4.1 Ecologie ### 4.1.1 Inleiding tot de ecologie Ecologie beschrijft hoe organismen interageren met elkaar en met hun omgeving, die zowel levende als niet-levende (fysische) aspecten omvat. Microscopisch kleine organismen, ondanks hun kleine omvang, spelen een cruciale rol in ecosystemen en menselijke gezondheid door hun diverse metabole capaciteiten en interacties binnen complexe gemeenschappen. De studie van microbiële ecologie richt zich op biodiversiteit (identificatie en kwantificering van soorten) en microbiële activiteit (meten van metabolische processen) . ### 4.1.2 Enkele belangrijke begrippen binnen de ecologie Ecologen bestuderen soorten op verschillende niveaus: individu, populatie, gemeenschap, ecosysteem en de biosfeer . * **Populatie:** Een groep organismen van dezelfde soort die zich op hetzelfde moment op dezelfde plaats bevinden. Microbiële populaties kunnen afstammen van één enkele cel . * **Gemeenschap:** Bestaat uit verschillende populaties die samenleven in een bepaald gebied of habitat. De soorten in een gemeenschap zijn aangepast aan de beschikbare nutriënten en omstandigheden . * **Metapopulatie:** Een groep ruimtelijk gescheiden populaties van een soort die interageren door immigratie en emigratie . * **Ecosysteem:** Een dynamisch complex van gemeenschappen (planten, dieren, micro-organismen) en hun abiotische omgeving, die als een functionele eenheid interageren . * **Habitat:** Een deel van een ecosysteem dat het meest geschikt is voor één of enkele populaties. Veel habitats zijn primair of uitsluitend microbiëel . * **Biosfeer:** Het globale ecosysteem dat alle ecosystemen op aarde omvat . ### 4.1.3 Microbiële ecologie Micro-organismen zijn essentieel voor nutriëntencycli en hun activiteit wordt bepaald door de aanwezige soorten, hun aantallen en de omgevingscondities . * **Soortenrijkdom:** Het totale aantal verschillende soorten in een gemeenschap . * **Soortenabundantie:** Het aandeel van elke soort binnen de gemeenschap . Factoren die de soortenrijkdom en abundantie bepalen, omvatten de beschikbare voedingsstoffen en omstandigheden. Extreme omgevingen hebben vaak een lage soortenrijkdom, maar hoge abundantie van enkele aangepaste soorten . Tabel 1: Voedingsbronnen en omstandigheden die de microbiële groei bepalen . | Resources | Conditions | | :------------------------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | Carbon (organic, CO2) | Temperature: cold → warm → hot | | Nitrogen (organic, inorganic) | Water potential: dry → moist → wet | | Other macronutrients (S, P, K, Mg) | pH: 0 → 7 → 14 | | Micronutrients (Fe, Mn, Co, Cu, Zn, Mn, Ni) | O2: oxic → microoxic → anoxic | | O2 and other electron acceptors (NO3-, SO42-, Fe3+) | Light: bright light → dim light → dark | | Inorganic electron donors (H2, H2S, Fe2+, NH4+, NO2-) | Osmotic conditions: freshwater → marine → hypersaline | ### 4.1.4 Biotische en abiotische factoren beperken de verspreiding van species #### 4.1.4.1 Biotische factoren Biotische factoren zijn de levende invloeden van andere organismen op een organisme. Predatie en herbivorie zijn voorbeelden van biotische beperkingen die de verspreiding van soorten kunnen beïnvloeden . > **Voorbeeld:** De aanwezigheid van de zee-egel ( *Centrostephanus rodgersii*) kan de verspreiding van zeewier beperken. Verwijdering van zee-egels leidt tot een toename van zeewierbedekking . Andere biotische factoren zijn bestuivers, voedselbronnen, parasieten, ziekteverwekkers en concurrerende organismen . #### 4.1.4.2 Abiotische factoren Abiotische factoren zijn niet-levende, fysische en chemische invloeden. Deze omvatten temperatuur, water, zuurstof, zoutgehalte, zonlicht en bodemgesteldheid . * **Temperatuur:** Beïnvloedt biologische processen. Extreme temperaturen (onder 0 °C of boven 45 °C) kunnen schadelijk zijn. Klimaatverandering kan de verspreidingsgebieden van soorten beïnvloeden, zoals de uitbreiding van *C. rodgersii* naar het zuiden door stijgende zeetemperaturen . * **Waterbeschikbaarheid:** Cruciaal voor overleving. Terrestrische organismen zijn kwetsbaar voor uitdroging . * **Zuurstof:** Belangrijk in water en overstroomde bodems. Langzame diffusie in water kan respiratie beperken. Oppervlaktewater is meestal zuurstofrijk . * **Zoutconcentratie:** Beïnvloedt de waterbalans door osmose. Organismen zijn vaak beperkt tot zoet- of zoutwaterhabitats. Zalm migreert tussen zoet en zout water en gebruikt specifieke aanpassingen om te osmoreguleren . * **Zonlicht:** Levert energie voor de meeste ecosystemen. Te weinig licht beperkt fotosynthetische soorten, te veel licht kan temperatuurstress verhogen. Op grote hoogte kan UV-straling schade veroorzaken . * **Bodem (pH, mineralen, structuur):** Beperkt de verspreiding van planten en de bijbehorende dieren. Bodem-pH beïnvloedt de oplosbaarheid van toxines en nutriënten . ## 4.2 Inzichten in de groei van micro-organismen door de jaren heen ### 4.2.1 Pasteur ontkracht de spontane generatie theorie Louis Pasteur, een chemicus, leverde fundamenteel werk dat de microbiologie vooruit hielp. Zijn onderzoek naar optische isomeren toonde aan dat micro-organismen onderscheid konden maken tussen moleculen . Hij ontdekte dat fermentatie, zoals de productie van alcohol en melkzuur, werd gekatalyseerd door micro-organismen en niet door louter chemische processen. Pasteur bewees dit door organismen in een gecontroleerde omgeving te kweken . De theorie van spontane generatie, die stelde dat leven spontaan uit niet-levend materiaal ontstond, werd door Pasteur weerlegd. Met zijn zwanenhalskolf (Pasteurfles) toonde hij aan dat voedingsoplossingen steriel bleven als ze beschermd werden tegen contaminatie uit de lucht. Dit leidde tot het belang van sterilisatieprocedures en de ontwikkeling van aseptische technieken in de geneeskunde (Joseph Lister) en pasteurisatie in de voedselindustrie . ### 4.2.2 Koch en zijn onderzoek naar infectieziekten en zuivere culturen Robert Koch leverde definitief bewijs dat micro-organismen infectieziekten kunnen veroorzaken. Door studie van miltvuur bij dieren, formuleerde hij de **postulaten van Koch** om het oorzakelijk verband tussen een ziekteverwekker en een ziekte aan te tonen . De postulaten van Koch omvatten: 1. De vermoedelijke ziekteverwekker moet in alle zieke organismen aanwezig zijn en afwezig in gezonde organismen . 2. De vermoedelijke ziekteverwekker moet geïsoleerd worden en in een zuivere cultuur gekweekt worden . 3. De gekweekte ziekteverwekker moet, indien geïntroduceerd bij een gezond organisme, de ziekte veroorzaken . 4. De ziekteverwekker moet opnieuw geïsoleerd kunnen worden uit het zieke organismen en identiek blijken te zijn . Koch en zijn medewerkers ontwikkelden methoden om zuivere culturen te verkrijgen, gebruikmakend van vaste groeimedia zoals agar. Richard Petri ontwikkelde de Petrischaal, een standaardinstrument voor zuivere culturen. Dit werk legde de basis voor de classificatie van bacteriën . ## 4.3 Populatiegroei ### 4.3.1 Populatiegroei is exponentieel in een ideale ongelimiteerde omgeving In een ideale omgeving met overvloedige voedingsmiddelen kan een populatie exponentieel groeien. Dit betekent dat de populatiegrootte met een constante factor toeneemt op elk moment . De formule voor exponentiële groei is: $$ \frac{dN}{dt} = rN $$ Waarin: * $ \frac{dN}{dt} $ de snelheid van populatietoename is . * $N$ de huidige populatiegrootte is . * $r$ de intrinsieke groeisnelheid is (snelheid per hoofd van de populatie) . Dit resulteert in een J-vormige groeicurve wanneer de populatiegrootte tegen de tijd wordt uitgezet . ### 4.3.2 Het logistisch groeimodel beschrijft beter hoe populaties werkelijk groeien In de praktijk zijn grondstoffen beperkt. Het **logistisch groeimodel** houdt rekening met de draagkracht ($K$) van de omgeving, wat de maximale populatiegrootte is die een ecosysteem kan ondersteunen . De formule voor logistische groei is: $$ \frac{dN}{dt} = rN \left( \frac{K - N}{K} \right) $$ Waarin: * $K$ de draagkracht is . * $(K - N)/K$ de fractie van de draagkracht die nog beschikbaar is voor groei . Naarmate de populatiegrootte ($N$) de draagkracht ($K$) nadert, neemt de groeisnelheid af. Dit model resulteert in een sigmoïde (S-vormige) groeicurve. De groei is het hoogst bij ongeveer $K/2$ . > **Tip:** Het logistisch model is een betere benadering van werkelijke populatiegroei omdat het rekening houdt met beperkte bronnen en de draagkracht van de omgeving. ### 4.3.3 Microbiële groeidynamiek #### 4.3.3.1 De bacteriële groeicurve In batchculturen (beperkte voedingsstoffen in een afgesloten systeem) vertonen micro-organismen een typische groeicyclus met vier fasen : 1. **Lagfase (Latente fase):** Initiële periode van weinig of geen groei na enting in een nieuw medium. Cellen passen zich metabolisch aan de nieuwe omstandigheden aan. Kan verkort worden door gelijkaardige groeiomstandigheden te behouden . 2. **Exponentiële fase (Logfase):** Cellen groeien en verdubbelen zich met een constante snelheid. De logaritme van het aantal cellen is lineair in functie van de tijd . 3. **Stationaire fase (Evenwichtsfase):** Groei stopt door uitputting van voedingsstoffen of ophoping van afvalproducten. De afsterving van cellen compenseert de aanmaak van nieuwe cellen; er is geen netto toename . 4. **Afstervingsfase (Dalende fase):** Het totale aantal cellen neemt af door celdood . #### 4.3.3.2 Microbiële groeiparameters * **Generatietijd (g):** De tijd die nodig is voor één cel om te verdubbelen (delingstijd) . * **Specifieke groeisnelheid (k):** De snelheid waarmee de populatie groeit per tijdseenheid (eenheid: h⁻¹) . De formule voor populatiegroei na $n$ generaties is: $$ N_t = N_0 \cdot 2^n $$ Waarin $N_t$ het aantal cellen op tijdstip $t$ is en $N_0$ het initiële celaantal. De generatietijd ($g$) kan berekend worden als: $$ g = \frac{t}{n} $$ Exponentiële groei wordt het best weergegeven in een semilogaritmische grafiek . ## 4.4 Voedingsmechanismen en groeibehoeften bij bacteriën ### 4.4.1 Metabolische groepen bij prokaryoten Prokaryoten zijn ingedeeld op basis van hun energiebron (licht of chemicaliën) en koolstofbron (organisch of CO2) . * **Energiewinning:** * **Fototrofen:** Winnen energie uit licht . * **Chemotrofen:** Winnen energie uit chemicaliën . * **Chemoorganotrofen:** Energie uit organische moleculen . * **Chemolithotrofen:** Energie uit anorganische moleculen (bv. H₂, H₂S, NH₄⁺, Fe²⁺) . * **Koolstofbron:** * **Autotrofen:** Gebruiken CO₂ als koolstofbron . * **Heterotrofen:** Gebruiken organische verbindingen als koolstofbron . Combinaties leiden tot groepen zoals **chemoorganoheterotrofen** (bv. de meeste bacteriën in labo's) en **chemolithoautotrofen** (bv. zwavel-, ijzer-, nitrificerende bacteriën) . ### 4.4.2 Nutriënten of voedingsstoffen #### 4.4.2.1 Chemische samenstelling van een bacteriële cel Een bacteriële cel bestaat voor meer dan 75% uit water. De droge massa bestaat voornamelijk uit koolstof, zuurstof, stikstof, waterstof, fosfor en zwavel (ca. 96%). Andere belangrijke elementen zijn K, Na, Ca, Mg, Cl, Fe. Macromoleculen zoals eiwitten, lipiden, polysachariden en nucleïnezuren vormen meer dan 96% van het drooggewicht . #### 4.4.2.2 Koolstof, stikstof en andere macronutriënten * **Koolstof (C):** Essentieel voor celmateriaal. Heterotrofen halen dit uit organische verbindingen, autotrofen uit CO₂ . * **Stikstof (N):** Onderdeel van eiwitten en nucleïnezuren. Opgenomen als NH₃, NO₃⁻ of N₂ (stikstoffixatie) . * **Fosfor (P):** Nodig voor nucleïnezuren en fosfolipiden, opgenomen als fosfaat (PO₄³⁻) . * **Zwavel (S):** In aminozuren (cysteïne, methionine) en vitaminen. Opgenomen als sulfaat (SO₄²⁻) of sulfide (H₂S) . * **Kalium (K):** Nodig voor enzymactiviteit . * **Magnesium (Mg):** Stabiliseert ribosomen, membranen, nucleïnezuren; nodig voor enzymactiviteit . * **Calcium (Ca) en Natrium (Na):** Essentieel voor sommige organismen (bv. zeemicro-organismen hebben NaCl nodig) . #### 4.4.2.3 Micronutriënten: sporenelementen en groeifactoren * **Sporenelementen:** Metaalionen nodig als cofactoren voor enzymen, bv. ijzer (in cytochromen) . * **Groeifactoren:** Organische micronutriënten, zoals vitaminen (vaak co-enzymen), aminozuren, purines en pyrimidines. Sommige micro-organismen synthetiseren ze zelf, andere moeten ze opnemen uit de omgeving . ## 4.5 Invloedsfactoren op de groei van micro-organismen Groei wordt beïnvloed door temperatuur, pH, wateractiviteit en zuurstof, zelfs bij optimale voedingsstoffen . ### 4.5.1 Temperatuur #### 4.5.1.1 Minimum, maximum en optimale groeitemperatuur Elk micro-organisme heeft een minimum-, optimum- en maximumtemperatuur voor groei . * **Minimumtemperatuur:** Onder deze temperatuur is geen groei mogelijk. * **Optimale temperatuur:** De temperatuur waarbij de groei het snelst is . * **Maximumtemperatuur:** Boven deze temperatuur treedt denaturatie van essentiële celcomponenten op en is geen groei meer mogelijk . #### 4.5.1.2 Indeling van micro-organismen op basis van temperatuur * **Psychrofielen:** Optima rond 15 °C of lager . * **Mesofielen:** Optima rond gematigde temperaturen (bv. *E. coli* optimum rond 39 °C) . * **Thermofielen:** Optima rond hoge temperaturen (boven 45 °C) . * **Hyperthermofielen:** Optima rond zeer hoge temperaturen (boven 80 °C) . Organismen die in extreme temperaturen leven, worden **extremofielen** genoemd . #### 4.5.1.3 Microbieel leven bij lage temperaturen Psychrofielen hebben celmembranen met meer onverzadigde vetzuren die flexibel blijven bij lage temperaturen. Ze produceren ook cold shock eiwitten en cryoprotectanten (bv. glycerol). Vastgevroren cellen kunnen jarenlang levensvatbaar blijven met cryoprotectanten . #### 4.5.1.4 Microbieel leven bij hoge temperaturen Thermofielen en hyperthermofielen hebben hittebestendige enzymen en eiwitten. Hun cytoplasmamembranen hebben meer langeketen- en verzadigde vetzuren. Hyperthermofiele archaea kunnen celmembranen hebben die bestaan uit een lipidenmonolaag . > **Voorbeeld:** Taq polymerase uit *Thermus aquaticus* is een hittebestendig enzym dat cruciaal is voor PCR . ### 4.5.2 pH of zuurtegraad Elk organisme heeft een pH-bereik en een pH-optimum voor groei . * **Neutrofielen:** Groeien optimaal bij pH 5,5 - 7,9 (bv. *E. coli*) . * **Acidofielen:** Groeien optimaal bij lage pH-waarden (onder 5,5) . * **Alkalofielen (Basofielen):** Groeien optimaal bij hoge pH-waarden (boven 8) . Extreme acidofielen en alkalofielen handhaven een intracellulaire pH rond neutraliteit . ### 4.5.3 De wateractiviteit ($a_w$) Wateractiviteit is de beschikbaarheid van water, beïnvloed door opgeloste stoffen. Waarden variëren van 0 (geen vrij water) tot 1 (puur water) . * **Halofielen:** Hebben NaCl nodig voor groei . * **Extreme halofielen:** Vereisen hoge NaCl-concentraties (15-30%) . * **Halotoleranten:** Kunnen hoge zoutconcentraties verdragen, maar groeien optimaal zonder toegevoegde zouten . * **Osmofielen:** Kunnen groeien in suikerrijke omgevingen . * **Xerofielen:** Kunnen groeien in droge omgevingen . De algemene ondergrens voor de wateractiviteit van levende organismen is 0,61. Compatibele oplosmiddelen (bv. suikers, alcoholen, glycinebetaïne) helpen cellen om waterbalansen te handhaven in omgevingen met lage $a_w$ . ### 4.5.4 Zuurstof #### 4.5.4.1 Indeling van micro-organismen op basis van zuurstofbehoefte * **Obligaat aeroben:** Vereisen zuurstof voor groei en sterven zonder zuurstof af . * **Microaerofielen:** Vereisen zuurstof, maar bij een lagere concentratie dan in lucht . * **Anaeroben:** Groeien zonder zuurstof. * **Aerotolerante anaeroben:** Verdragen zuurstof, maar hun metabolisme is fermentatief . * **Obligaat (strikt) anaeroben:** Worden geremd of gedood door zuurstof . * **Facultatief aeroben:** Kunnen groeien met of zonder zuurstof, maar groeien beter met zuurstof . #### 4.5.4.2 Waarom is zuurstof giftig voor sommige micro-organismen? Moleculaire zuurstof kan worden omgezet in giftige zuurstofbijproducten zoals superoxideanion (O₂·⁻), waterstofperoxide (H₂O₂) en hydroxylradicaal (HO·). Anaerobe micro-organismen missen de enzymen om deze reactieve zuurstofsoorten (ROS) te neutraliseren. Aerobe micro-organismen gebruiken enzymen zoals katalase en superoxide dismutase om deze toxische stoffen af te breken . ## 4.6 Groei van micro-organismen in een laboratorium ### 4.6.1 Groeimedia of voedingsmedia Groeimedia voorzien micro-organismen van de benodigde voedingsstoffen voor groei en vermenigvuldiging . #### 4.6.1.1 Gedefinieerde en complexe media * **Gedefinieerde media:** Exact bekende samenstelling van pure chemicaliën . * **Complexe media:** Gebaseerd op extracten van biologische producten (bv. gistextract); samenstelling is onbekend . #### 4.6.1.2 Voedingsbodems kunnen ingedeeld worden op basis van hun toepassingsgebied * **Algemene/niet-selectieve media:** Laten de groei van alle micro-organismen toe . * **Selectieve media:** Laten de groei van specifieke soorten of groepen toe door remming van andere . * **Electieve/differentiële media:** Bevatten componenten die visuele herkenning van specifieke microbiële kolonies mogelijk maken (bv. door kleurverandering via een indicator) . ### 4.6.1.3 Nutritionele behoeften: link samenstelling voedingsbodem en metabolisme Verschillende micro-organismen hebben sterk uiteenlopende voedingsbehoeften, wat de keuze van het groeimedium beïnvloedt . ### 4.6.1.4 Groei in voedingsmedia in het laboratorium Media kunnen vloeibaar, vast of halfvast zijn . * **Vaste media (met agar):** Vormen zichtbare, geïsoleerde celmassa's genaamd kolonies . * **Halfvaste media:** Gebruikt om de beweeglijkheid te testen . * **Vloeibare media (broth/bouillon):** Groei wordt waargenomen als troebeling . ### 4.6.2 Isoleren van micro-organismen en entingsmethoden #### 4.6.2.1 Aseptisch werken Aseptisch werken is essentieel om contaminatie te voorkomen tijdens het overbrengen van micro-organismen. Dit gebeurt in de nabijheid van een bunsenbrander of in een laminaire flowkast . #### 4.6.2.2 Uitdunningsenting De methode voor het verkrijgen van zuivere culturen en het controleren van de zuiverheid is de uitdunningsenting (reinstrijk). Hierbij wordt een monster verspreid over een vaste voedingsbodem in sectoren, wat leidt tot individuele kolonies in de laatste sectoren . ### 4.6.3 Incuberen van voedingsbodems Incubatie vindt plaats onder optimale omstandigheden (temperatuur, pH, zuurstof). De incubatietijd varieert per micro-organisme . * Bacteriën: 1-2 dagen . * Gisten: 2-3 dagen . * Schimmels: 1-2 weken . Aeroben vereisen beluchting, anaeroben vereisen een zuurstofvrije omgeving (anoxische jar) . ### 4.6.4 Opvolgen van microbiële groei #### 4.6.4.1 Telkamers Microscopische celtellingen in telkamers geven een schatting van het totale celaantal. Nadelen zijn het niet kunnen onderscheiden van levende/dode cellen en moeilijkheden met kleine of bewegelijke cellen . #### 4.6.4.2 Tellen van het aantal levende cellen Levensvatbare tellingen (plaattelling) meten het aantal levende cellen dat zich kan delen op een groeimedium. Dit gebeurt via de strijkplaatmethode of de gietplaatmethode. Alleen platen met 30-300 kolonies zijn telbaar. Resultaten worden uitgedrukt in kolonievormende eenheden (kve of CFU). Seriële verdunningen zijn nodig om een telbaar aantal kolonies te verkrijgen . Formule voor berekening van kve/g of kve/mL: $$ \text{kve/g (of mL)} = \frac{\text{aantal kolonies geteld op telbare platen}}{\text{volume uitgeplaat in mL} \times \text{verdunningsfactor}} $$ #### 4.6.4.3 Turbidimetrie Troebelheidsmetingen met een spectrofotometer schatten het aantal cellen op basis van lichtverstrooiing. Een standaardcurve relateert optische dichtheid (OD) aan celaantal. Deze methode is snel, niet-destructief en kan herhaaldelijk worden uitgevoerd . ### 4.6.5 Beperken van groei van micro-organismen Methoden om groei te beperken omvatten reiniging, desinfectie en sterilisatie . * **Reiniging:** Verwijderen van vuil en micro-organismen. * **Desinfectie:** Proces gericht op ziekteverwekkers. Fysische methoden: * **Hitte:** Vochtige warmte is effectiever dan droge warmte. Autoclaveren (121 °C) doodt endosporen. De decimale reductietijd (D) kwantificeert de effectiviteit van hitte . * **Straling:** UV-licht (beschadigt DNA) en ioniserende straling (röntgen, gammastraling) doden micro-organismen . * **Filtratie:** Gebruik van membranen met kleine poriën (bv. 0,2 µm) om micro-organismen te verwijderen, vooral voor warmtegevoelige vloeistoffen . Chemische controle: * **Chemotherapeutica, antibiotica, conserveermiddelen, desinfectantia, antiseptica** . ## 4.7 Nutriëntencycli ### 4.7.1 Belang van nutriëntencycli en de link met ecosystemen Ecosystemen kenmerken zich door energiestromen en chemische kringlopen. Microbiële activiteiten domineren de nutriëntencycli, waarbij elementen zoals koolstof en stikstof circuleren tussen biotische en abiotische componenten . ### 4.7.2 Watercyclus De watercyclus beschrijft de beweging en aggregatietoestand van water. Zonne-energie drijft verdamping aan, condensatie vormt wolken, en neerslag keert terug naar de aarde. Menselijke activiteiten beïnvloeden de watercyclus (urban water cycle) door drinkwaterproductie, afvalwaterbehandeling en lozing . ### 4.7.3 De koolstofcyclus Koolstof is essentieel voor organische verbindingen . * **Koolstofreservoirs:** Sedimenten en rotsen (langzaam), landplanten, dood organisch materiaal (humus). De atmosfeer (CO₂, CH₄) is de snelste transportroute . * **Fotosynthese en ontbinding:** Autotrofen (fototrofen, chemolithotrofen) fixeren CO₂ uit de lucht om organische verbindingen te vormen. Ademhaling produceert CO₂. Accumulatie van organisch materiaal vereist een hogere fotosynthesesnelheid dan ademhalingssnelheid . * **Methanogenese:** De productie van methaan (CH₄) in anoxische omgevingen door methanogenen (Archaea). Methanogenen kunnen CO₂ reduceren tot CH₄ met H₂ als donor, of acetaat splitsen . De koolstofcyclus is gekoppeld aan andere cycli, zoals de stikstofcyclus . ### 4.7.4 De stikstofcyclus Stikstof is essentieel voor aminozuren, eiwitten en nucleïnezuren . * **Reservoirs:** Atmosfeer (N₂), bodem, sedimenten, water, biomassa . * **Processen:** * **Stikstoffixatie:** Omzetting van N₂ in bruikbare vormen (bv. NH₃) door bacteriën en archaea . * **Denitrificatie (nitraatademhaling):** Omzetting van nitraat (NO₃⁻) naar stikstofgas (N₂) onder anoxische omstandigheden. Kan nuttig zijn voor waterzuivering, maar produceert ook broeikasgassen (N₂O) en draagt bij aan zure regen . * **Ammonificatie:** Vrijmaking van ammoniak (NH₃) uit organische stikstofverbindingen . * **Nitrificatie:** Oxidatie van NH₃ tot nitraat (NO₃⁻) door nitrificerende bacteriën en archaea in zuurstofrijke bodems . * **Anammox (anaerobe ammoniumoxidatie):** Oxidatie van NH₃ tot N₂ onder anoxische condities met NO₂⁻ als elektronacceptor . Deze processen zijn cruciaal voor de beschikbaarheid van stikstof voor organismen . --- ## 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- en macrobiologie | Een studiegebied dat zich bezighoudt met de wetenschap van micro-organismen (zoals bacteriën, archaea, virussen, fungi en protisten) en macro-organismen (zoals planten en dieren) en hun interacties met elkaar en met hun omgeving. | | Evolutiegeschiedenis | Het proces van geleidelijke ontwikkeling van soorten door natuurlijke selectie, waarbij organismen die beter zijn aangepast aan hun omgeving meer kans hebben om te overleven en zich voort te planten. | | Prokaryoten | Eencellige organismen zonder celkern of membraanom sloten organellen, zoals bacteriën en archaea. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen een celkern en membraanom sloten organellen bevatten, zoals planten, dieren, fungi en protisten. | | Endosymbiose | Een evolutionaire theorie die stelt dat bepaalde organellen in eukaryote cellen, zoals mitochondriën en chloroplasten, afkomstig zijn van vrijlevende prokaryoten die in andere cellen werden opgenomen en een symbiotische relatie aangingen. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren, benoemen en ordenen van organismen op basis van hun gedeelde kenmerken en evolutionaire relaties. | | Fylogenie | De studie van de evolutionaire geschiedenis en verwantschap van soorten, vaak weergegeven in een fylogenetische boom. | | Archaea | Een van de drie domeinen van het leven, bestaande uit eencellige, prokaryote organismen die verschillen van bacteriën en eukaryoten en vaak in extreme omstandigheden leven. | | Bacteria | Een van de drie domeinen van het leven, bestaande uit eencellige, prokaryote micro-organismen die wijdverspreid zijn en een breed scala aan metabolische eigenschappen hebben. | | Fungi | Een domein van eukaryote organismen, waaronder schimmels, gisten en paddenstoelen, die zich voeden door absorptie van organische stoffen uit hun omgeving. | | Plantae | Een domein van eukaryote organismen dat planten omvat, gekenmerkt door fotosynthese en een complexe structuur van wortels, stengels en bladeren. | | Ecologie | De wetenschap die de interacties tussen organismen en hun omgeving bestudeert, inclusief biotische en abiotische factoren. | | Populatiegroei | De toename of afname van het aantal individuen in een populatie over tijd, beïnvloed door factoren zoals geboorte-, sterfte-, immigratie- en emigratiesnelheden. | | Batchcultuur | Een gesloten systeem waarin micro-organismen groeien in een vaste hoeveelheid voedingsmedium, waarbij de groei typisch een lagfase, exponentiële fase, stationaire fase en afstervingsfase doorloopt. | | Generatietijd | De tijd die nodig is voor een cel om zich te delen en te verdubbelen in aantal, een belangrijke parameter voor het beschrijven van microbiële groei. | | Metabolisme | Het geheel van chemische processen die plaatsvinden in een levend organisme om leven te ondersteunen, inclusief de opname en omzetting van energie en materie. | | Fotosynthese | Het proces waarbij organismen, zoals planten en cyanobacteriën, lichtenergie gebruiken om kooldioxide en water om te zetten in glucose en zuurstof. | | Nutriëntencycli | De cyclische beweging van chemische elementen, zoals koolstof en stikstof, door levende organismen en de niet-levende omgeving, essentieel voor het behoud van ecosystemen. | | Stikstoffixatie | Het proces waarbij atmosferisch stikstofgas (N2) wordt omgezet in reactieve vormen van stikstof, zoals ammoniak (NH3), die door organismen kunnen worden gebruikt. | | Cellulair membraan | Een selectief permeabele barrière die de inhoud van de cel scheidt van de externe omgeving en een rol speelt in transport en energiemetabolisme. | | Celwand | Een externe laag die de celwand van veel bacteriën, archaea, fungi en planten versterking en bescherming biedt, en die varieert in samenstelling afhankelijk van het organisme. | | Peptidoglycaan | Een polysacharide die een essentieel onderdeel vormt van de celwand van de meeste bacteriën, waardoor deze stevigheid en vorm krijgt. | | S-laag | Een laag van eiwitten of glycoproteïnen die de buitenste laag van de celwand van veel archaea en sommige bacteriën vormt en diverse functies vervult zoals bescherming en hechting. | | Endosporen | Inactieve, hittebestendige structuren die door bepaalde bacteriën worden gevormd om te overleven in ongunstige omgevingsomstandigheden. | | Flagellen | Zweepachtige structuren die bij veel bacteriën en archaea worden gebruikt voor voortbeweging in vloeibare media. | | Turbidimetrie | Een methode om de hoeveelheid zwevende deeltjes in een suspensie te meten door de lichtverstrooiing te analyseren, vaak gebruikt om microbiële celconcentraties te schatten. | | Sterilisatie | Het proces van het doden of verwijderen van alle micro-organismen van een oppervlak, object of medium. | | Pasteurisatie | Een proces waarbij vloeistoffen zoals melk kortstondig worden verhit om ziekteverwekkende micro-organismen te doden zonder de kwaliteit van het product significant te veranderen. | | Postulaten van Koch | Een reeks criteria die worden gebruikt om de oorzakelijke rol van een specifiek micro-organisme bij een bepaalde ziekte vast te stellen. | | Groeimedium | Een voedingsstofrijke omgeving, meestal in vloeibare of vaste vorm, die wordt gebruikt om micro-organismen in het laboratorium te laten groeien. | | Zuivere cultuur | Een kweek die uitsluitend één type micro-organisme bevat, essentieel voor het bestuderen van de eigenschappen van specifieke soorten. | | Confervatie | Het behoud van eigenschappen of structuren door natuurlijke selectie, wat leidt tot aanpassingen die de overleving en reproductie bevorderen. | | Uitdunningsenting | Een laboratoriumtechniek die wordt gebruikt om een zuivere cultuur van micro-organismen te verkrijgen door het inoculeren van een voedingsbodem met geleidelijke verdunningen. | | Wateractiviteit (aw) | De maat voor de hoeveelheid beschikbaar water in een omgeving, essentieel voor microbiële groei en beïnvloed door de concentratie opgeloste stoffen. | | Extremofielen | Organismen die gedijen in extreme omgevingsomstandigheden, zoals hoge of lage temperaturen, hoge zoutgehaltes of extreme pH-waarden. | | Chemolithotroof | Een organisme dat energie verkrijgt uit de oxidatie van anorganische verbindingen. | | Chemoorganotroof | Een organisme dat energie verkrijgt uit de oxidatie van organische verbindingen. | | Fototroof | Een organisme dat energie verkrijgt uit licht. | | Autotroof | Een organisme dat zijn eigen voedsel kan produceren uit anorganische bronnen, zoals kooldioxide. | | Heterotroof | Een organisme dat zijn voedsel haalt uit organische stoffen die door andere organismen zijn geproduceerd. | | Protisten | Een diverse groep eukaryote micro-organismen die geen planten, dieren of schimmels zijn. | | Algen | Een diverse groep eukaryote organismen, voornamelijk aquatisch, die fotosynthese uitvoeren en chlorofyl bevatten. | | Modelorganisme | Een organisme dat wordt gebruikt in wetenschappelijk onderzoek vanwege zijn geschiktheid voor het bestuderen van specifieke biologische processen, zoals Escherichia coli voor moleculaire biologie of Arabidopsis thaliana voor plantenonderzoek. |