02A_bacteriën.pdf

# Anatomie en fysiologie van bacteriën Bacteriën zijn eencellige micro-organismen met een relatief eenvoudige structuur, verschillend van eukaryoten en virussen, die een breed scala aan metabole en adaptieve strategieën vertonen. ### 1.1 Algemene structuur en grootte van bacteriën Bacteriën zijn prokaryoten en hebben een celmembraan, meestal een celwand, cytoplasma en ribosomen, maar missen een kernmembraan, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum. Hun afmetingen variëren van 0,5 tot 10 µm, waardoor ze alleen zichtbaar zijn met een microscoop. Dit staat in contrast met eukaryoten (fungi, protozoa, dieren, planten) die wel een kern hebben, en met virussen, die obligate intracellulaire parasieten zijn [12](#page=12). #### 1.1.1 Celmembraan De celmembraan is opgebouwd uit een fosfolipidenbilayer met daarin macromoleculen zoals (glyco)proteïnen, die essentieel zijn voor celcontact en uitwisseling met de omgeving [13](#page=13). #### 1.1.2 Celwand De meeste bacteriën beschikken over een celwand buiten het celmembraan. De samenstelling van de celwand verschilt significant tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën, wat de basis vormt voor Gram-kleurbaarheid en de gevoeligheid voor antibiotica. Sommige bacteriën, zoals Mycoplasmata en Chlamydiae, hebben geen celwand [14](#page=14). ##### 1.1.2.1 Gram-positieve en Gram-negatieve celwanden * **Gram-positieve bacteriën:** De celwand bevat grote hoeveelheden peptidoglycaan, aangevuld met andere macromoleculen voor omgevingscontact en uitwisseling [14](#page=14). * **Gram-negatieve bacteriën:** De celwand bestaat uit een dunne laag peptidoglycaan en een tweede lipidenmembraan, waarin lipopolysacchariden (LPS) zijn ingebed [14](#page=14). ###### 1.1.2.1.1 Lipopolysacchariden (LPS) LPS is een belangrijk bestanddeel van de celwand van Gram-negatieve bacteriën en bestaat uit drie delen: lipid A, de core polysacchariden (relatief constant), en het O-antigen (variabel en soort- of typespecifiek). LPS heeft een krachtige inflammatoire werking, kan koorts veroorzaken, de stolling activeren en wordt ook wel endotoxine genoemd. Experimentele studies tonen de dodelijke dosis van LPS in muismodellen [15](#page=15) [16](#page=16). ##### 1.1.2.2 Vorm en Gramkleuring De celwand bepaalt de vorm van de bacterie. De Gram-kleuring, ontwikkeld door microbioloog Gram, onderscheidt bacteriën in Gram-positieve (blauw) en Gram-negatieve (rood). De basisvormen zijn kokken (bolvormig) en staven (bacillen), maar ook fusiforme, kommavormige en spirochete (kurketrekker) vormen komen voor. Gramkleuring is essentieel voor het onderscheiden van bacteriën, naast vorm en andere morfologische kenmerken [18](#page=18). > **Tip:** De Gram-kleuring is een van de eerste en belangrijkste diagnostische stappen in de microbiologie om bacteriën te classificeren [18](#page=18). Vier basisgroepen bacteriën zijn Gram-positieve en Gram-negatieve kokken en staven. Specifieke arrangementen, zoals kettingen van kokken (streptokokken) of trosjes (stafylokokken), bieden verdere classificatie. Gramgekleurde uitstrijkjes kunnen ook menselijke cellen bevatten [19](#page=19). ##### 1.1.2.3 Celwand van mycobacteriën Mycobacteriën hebben een unieke celwand die wordt gevormd door een dichte laag mycolzuren. Dit leidt tot lange overleving in de natuur, resistentie tegen antibiotica, zuurvastheid (gebruikt in zuurvaste kleuring), en vermogen om te overleven in macrofagen, wat de bestrijding bemoeilijkt, met name bij immuungecompromitteerde personen [20](#page=20). #### 1.1.3 Bacterieel genoom Het bacteriële genoom bestaat uit één circulair, dubbelstrengs DNA-molecuul dat compact is opgevouwen (supercoiling). Enzymen zoals gyrasen en topoisomerasen spelen een rol bij de regulatie van deze opvouwing en zijn doelwitten voor antibiotica zoals chinolonen. Naast het chromosoom kunnen bacteriën ook circulaire plasmiden met extra genetisch materiaal bevatten [21](#page=21). ##### 1.1.3.1 Minimum aantal genen voor leven In tegenstelling tot eukaryoten, is er bij prokaryoten een direct verband tussen genoomgrootte en aantal genen. Bacteriële genomen variëren van 0,5 tot 10 x 10^6 nucleotiden en bevatten 500 tot 10.000 genen. Mycoplasmata hebben de kleinste genomen (ongeveer 500 genen) en zijn sterk afhankelijk van gastheercellen voor overleving. Virionen zijn metabool inactief en hebben gastheer-machinerie nodig voor replicatie [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Mycoplasma genitalium, met 482 genen, kan ook zonder 100 genen nog leven en delen [22](#page=22). Bacteriën met grotere genomen (4-5 duizend genen), zoals \_Escherichia coli en \_Mycobacterium tuberculosis, beschikken over genen voor antibioticaresistentie, overleving onder diverse omstandigheden, virulentiefactoren en persistentie. Deze bacteriën tonen een groot aanpassingsvermogen aan vijandige omgevingen [23](#page=23). > **Tip:** Het aantal genen in bacteriën weerspiegelt hun vermogen om te overleven en zich aan te passen aan complexe en veranderende omstandigheden [23](#page=23). Bacteriën en virussen zijn in grote aantallen en diversiteit aanwezig in en op het menselijk lichaam; het aantal bacteriën is ongeveer gelijk aan het aantal menselijke cellen. Het begrijpen van het menselijk lichaam vereist inzicht in micro-organismen [24](#page=24). #### 1.1.4 Extra structuren Sommige bacteriën bezitten extra structuren: * **Kapsel:** Een polysaccharidenlaag rond de celwand die beschermt tegen fagocytose [25](#page=25). * **Flagellen:** Zorgen voor beweeglijkheid [25](#page=25). * **Fimbriae:** Aanhechtingsmoleculen die binden aan specifieke receptoren, belangrijk voor kolonisatie en virulentie. Het lichaam produceert hiertegen antilichamen [25](#page=25). * **Pilus:** Speelt een rol bij de overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriën via conjugatie [28](#page=28). Antigenen op deze structuren worden aangeduid als K (kapsel), H (flagellair) en O (somatisch). Elektronenmicroscopie toont de aanwezigheid van kapsels, fimbriae en flagellen, alsook de hechting van bacteriën aan epitheelcellen via fimbriae [26](#page=26) [27](#page=27). * **Sporen:** Zijn geen structuren maar een fysiologische rustfase die bacteriën beschermt tegen extreme omstandigheden zoals hitte, straling en uitdroging. Sporen zijn metabool inactief en kunnen bij gunstige omstandigheden terugkeren naar de vegetatieve vorm. \_Clostridium tetani en \_Bacillus anthracis zijn voorbeelden van sporevormende bacteriën [28](#page=28). ### 1.2 Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie Bacteriën zetten organische moleculen om met energieproductie als doel. Ze kunnen de omgeving beïnvloeden door metabolieten of enzymen [29](#page=29). #### 1.2.1 Metabolisme en omgevingsinvloeden * **Externe invloeden:** Metabolieten worden gebruikt in voeding, zoals yoghurt, bier, kaas en wijn, en industriële processen [29](#page=29). * **Interne invloeden:** In het lichaam kunnen lactobacillen door de afbraak van glycogeen een zure pH in de vagina handhaven. \_Helicobacter pylori neutraliseert maagzuur door ammoniakproductie. Bacteriën produceren ook enzymen (bv. hyaluronidase) en toxines die gastheercellen kunnen beschadigen [29](#page=29). #### 1.2.2 Celdeling en groei Bacteriële groei verloopt logaritmisch, met een deling om de 20-30 minuten onder optimale omstandigheden. De groei curve vertoont typisch een lag-fase (adaptatie), een logaritmische fase, een stationaire fase (door uitputting van voedingsstoffen) en een afstervingsfase [30](#page=30). #### 1.2.3 Omgevingsfactoren die groei beïnvloeden Verschillende omgevingsfactoren hebben invloed op de bacteriegroei: * **Zuurtegraad (pH):** Sommige bacteriën prefereren zure omgevingen (bv. \_Streptococcus mutans), andere alkalische [31](#page=31). * **Zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2):** Bacteriën kunnen obligaat aeroob (O2 nodig, bv. \_Mycobacterium tuberculosis), facultatief aeroob/anaeroob, of strikt anaeroob zijn. Capnofiele bacteriën groeien beter in hoge CO2-spanningen. De O2-behoefte is belangrijk voor kweekomstandigheden en transport van monsters [31](#page=31). * **Temperatuur:** Elke bacterie heeft een optimale groei temperatuur, een minimum en maximum. Humane pathogenen groeien het snelst rond 36,5 °C. Koorts vertraagt de groei van de meeste bacteriën, en koelkasttemperaturen kunnen trage groei toestaan [31](#page=31). #### 1.2.4 Fenotypische variatie en adaptatie Bacteriën passen hun metabolisme aan de omstandigheden aan. Genexpressie kan gereguleerd worden via signaaltransductie en operon-modellen (#page=32, 33) [32](#page=32) [33](#page=33). ##### 1.2.4.1 Operon model en genregulatie Het operon model beschrijft genexpressieregulatie, zoals het lac-operon bij \_E. coli, waarbij de cel de beschikbaarheid van voedingsstoffen (bv. glucose, lactose) monitort en de aanmaak van specifieke enzymen aanpast. Een repressor-activatorsysteem reguleert de transcriptie van lactosekataboliserende enzymen; bij aanwezigheid van glucose wordt de transcriptie geremd [33](#page=33). ##### 1.2.4.2 Planktonische vs. sessiele bacteriën Bacteriën worden vaak bestudeerd in planktonische vorm in reincultuur, wat afwijkt van de realiteit waarin ze in gemengde culturen, suboptimale omstandigheden of in biofilms verkeren. Dit kan leiden tot ander gedrag in vivo, zoals verhoogde virulentie of antibioticaresistentie [34](#page=34). * **Persisters:** Metabool inactieve cellen die ongevoelig zijn voor antibiotica; dit is een actief overlevingsmechanisme (#page=34, 38) [34](#page=34) [38](#page=38). * **Fenotypisch switchen ('bet hedging'):** Populaties met subpopulaties die voorbereid zijn op verschillende uitdagende omgevingen [34](#page=34). * **Biofilm en quorum sensing:** Zie hieronder [34](#page=34). #### 1.2.5 Biofilm en quorum sensing * **Quorum sensing:** Bacteriën communiceren met elkaar via signaalmoleculen; bij een kritische concentratie worden metabole pathways aangepast (bv. minder celdeling, meer toxineproductie), wat resulteert in biofilms die resistent zijn tegen antibiotica en fagocyten [35](#page=35). * **Biofilm:** Een driedimensionale bacteriële structuur met veel slijmproductie, die ongevoelig is voor antibiotica en macrofagen. Periodiek worden mobiele bacteriën losgelaten. Biofilms spelen een rol bij infecties, zowel met lichaamsvreemde voorwerpen als weefselinfecties (#page=36, 37) [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37). #### 1.2.6 Interacties in biofilms Bacteriën beïnvloeden elkaar binnen biofilms zowel positief (bv. door het verschaffen van aanhechtingsplaatsen of nuttige metabolieten) als negatief (competitie, productie van antibacteriële middelen zoals bactericines). Deze interacties helpen de normale flora zich te beschermen tegen pathogenen [39](#page=39). * * * # Virussen: structuur en levenscyclus Virussen zijn obligate intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van gastheercellen voor hun replicatie, en hun structuur en levenscycli zijn essentieel voor het begrijpen van hun interactie met deze cellen en het immuunsysteem [22](#page=22). ## 2\. Virussen ### 2.1 Classificatie van virussen Hoewel niet expliciet uitgewerkt in de verstrekte paginareferenties, is classificatie een fundamenteel aspect van virologie dat helpt bij het organiseren en begrijpen van de diversiteit aan virussen [3](#page=3). ### 2.2 Structuur van een virion Een virion, de complete infectieuze virale deeltje, bestaat uit genetisch materiaal omgeven door een eiwitmantel, het capside [3](#page=3). * **Naakte virussen** bestaan uit een capside die het genetisch materiaal beschermt [3](#page=3). * **Enveloppe virussen** worden verder omgeven door een lipide envelop, afkomstig van de gastheercelmembraan [3](#page=3). ### 2.3 Eigenschappen van virussen Virussen variëren sterk in hun genetische samenstelling en grootte. #### 2.3.1 Eigenschappen van naakte virussen Naakte virussen bezitten enkel een capside [3](#page=3). #### 2.3.2 Eigenschappen van enveloppe virussen Enveloppe virussen hebben naast een capside ook een lipide envelop [3](#page=3). #### 2.3.3 RNA virussen RNA-virussen bevatten RNA als hun genetisch materiaal [3](#page=3). #### 2.3.4 Aantonen van virussen Methoden om virussen aan te tonen zijn cruciaal voor diagnostiek [3](#page=3). ### 2.4 Levenscycli De levenscyclus van een virus beschrijft de reeks stappen die een virus doorloopt om zich te repliceren binnen een gastheercel. Over het algemeen omvat dit adsorptie, penetratie, expressie en replicatie, productie van virions, en release [3](#page=3). #### 2.4.1 Virale levenscyclus: adsorptie Adsorptie is de initiële binding van het virus aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel [3](#page=3). #### 2.4.2 Virale levenscyclus: penetratie Na adsorptie dringt het virus, of zijn genetisch materiaal, de gastheercel binnen [3](#page=3). #### 2.4.3 Virale levenscyclus: expressie en replicatie Het virale genetisch materiaal wordt geïntegreerd in het machinerie van de gastheercel, waarna virale eiwitten worden gesynthetiseerd en het virale genoom wordt gerepliceerd [3](#page=3). > **Tip:** Dit stadium benadrukt de parasitaire aard van virussen; ze kunnen zich niet zelfstandig repliceren en zijn volledig afhankelijk van de cellulaire machinerie van de gastheer. #### 2.4.4 RNA en DNA sensors: Pathogen recognition receptor voor virussen en bacteriën Gastheercellen beschikken over patronenherkenningsreceptoren (PRRs) die virale en bacteriële componenten kunnen detecteren, wat leidt tot een immuunrespons [3](#page=3). #### 2.4.5 Innate immune effector mechanism: interferon stimulated genes (ISG) Interferon-gestimuleerde genen (ISG's) spelen een belangrijke rol in de aangeboren immuunrespons tegen virussen door de virusreplicatie te remmen [3](#page=3). #### 2.4.6 Virale levenscyclus: virion productie Nieuwe virale deeltjes (virions) worden opgebouwd met behulp van de gesynthetiseerde virale componenten en de gastheercelmachinerie [3](#page=3). #### 2.4.7 Virale levenscyclus: release De nieuw gevormde virions worden uit de gastheercel vrijgelaten, klaar om nieuwe cellen te infecteren [3](#page=3). #### 2.4.8 Virale levenscyclus: lytische levenscyclus bacteriofaag Bij de lytische cyclus van bacteriofagen wordt de gastheercel uiteindelijk vernietigd (gelysed) om de virions vrij te geven [3](#page=3). #### 2.4.9 Virale levenscyclus: temperate bacteriofaag Temperate fagen kunnen integreren in het bacteriële genoom (lysogenie) en pas later overschakelen naar de lytische cyclus [3](#page=3). #### 2.4.10 Virale levenscyclus: bacteriofaag De algemene levenscyclus van bacteriofagen omvat de stappen van adsorptie, penetratie, replicatie en release, vaak met een lytische of temperate fase [3](#page=3). #### 2.4.11 Virale levenscyclus: dierlijk virus De levenscyclus van dierlijke virussen deelt veel overeenkomsten met die van bacteriofagen, maar is aangepast aan eukaryote gastheercellen en kan complexere mechanismen voor penetratie en release omvatten [3](#page=3). #### 2.4.12 Virale levenscyclus: expressie en replicatie HCV De specifieke processen van expressie en replicatie van het Hepatitis C virus (HCV) illustreren de moleculaire mechanismen van RNA-virusreplicatie binnen een gastheercel [3](#page=3). #### 2.4.13 Virale levenscyclus: HIV De levenscyclus van het Human Immunodeficiency Virus (HIV) omvat unieke stappen zoals omgekeerde transcriptie, waarbij viraal RNA wordt omgezet in DNA, wat essentieel is voor zijn replicatie en integratie in het genoom van de gastheercel [3](#page=3). ### 2.5 Aantonen van virussen Het aantonen van virussen is een belangrijk onderdeel van de diagnostiek en het onderzoek naar virale infecties [3](#page=3). ### 2.6 Het minimum aantal genen nodig voor een levend wezen In vergelijking met bacteriën, die typisch 500 tot 10.000 genen hebben, kunnen virale genomen extreem klein zijn en soms slechts voor 5 eiwitten coderen (zoals HBV) of veel groter zijn, tot meer dan 200 eiwitten (zoals CMV). Bacteriën, hoewel relatief eenvoudig, worden beschouwd als levend, terwijl virions per definitie dood zijn en uitsluitend "leven" kunnen verkrijgen via de replicatiemachinerie van een gastheercel [22](#page=22). > **Belangrijk:** Het verschil in genoomgrootte tussen bacteriën en virussen onderstreept de fundamentele afhankelijkheid van virussen van hun gastheercellen voor de essentiële processen van transcriptie en translatie. * * * # Taxonomie en genotypische variatie bij bacteriën Dit onderdeel behandelt de classificatie en naamgeving van bacteriën, waarbij de nadruk ligt op genetische gelijkenis, en verklaart de mechanismen van genotypische variatie en hun belang voor epidemiologie en vaccinatie. ### 3.1 Naamgeving en taxonomie #### 3.1.1 Basis van taxonomische indeling De traditionele naamgeving en taxonomie van levende organismen, zoals vastgesteld door Linnaeus, is gebaseerd op fenotypische kenmerken. Hedendaagse bacteriologische taxonomie steunt echter meer op genetische gelijkenis, waarbij men uitgaat van het principe dat evolutionaire verschillen geleidelijk optreden en de mate van verschil omgekeerd evenredig is met de taxonomische verwantschap. Nieuwe taxonomische inzichten hebben hierdoor geleid tot een herindeling van genera en taxa en dus tot andere speciesnamen dan in oudere literatuur [40](#page=40). #### 3.1.2 Ribosomaal RNA als leidraad voor taxonomie Hoewel de vergelijking van het totale DNA nuttig is voor het bestuderen van verwantschap, is het gen voor het ribosomaal 16S-RNA een ideale sequentie voor dit doel. Dit 16S subunit RNA heeft een belangrijke structurele functie in het ribosoom en is vitaal. Structurele veranderingen (mutaties) kunnen kritisch zijn voor de functie, waardoor sommige gebieden nauwelijks muteren. De wijzigingen in minder kritische regio's gebeuren traag en deze gebieden bevatten grotere variatie dan de conservatieve regio's. In bepaalde regio's weerspiegelt het verschil de evolutieduur en dus de verwantschap, wat gebruikt kan worden voor taxonomische indeling, genus- en speciesbepaling en identificatie [41](#page=41). #### 3.1.3 Nieuwe classificatie en naamgeving Recente taxonomische bevindingen hebben geleid tot de volgende naamswijzigingen en herindelingen [42](#page=42): * \_Actinobacillus actinomytemcomitans werd \_Aggregatibacter actinomycetemcomitans [42](#page=42). * \_Haemophilus aphrophilus werd \_Aggregatibacter aphrophilus [42](#page=42). * \_Pseudomonas maltophilia werd eerst \_Xanthomonas maltophilia en vervolgens \_Stenotrophomonas maltophilia [42](#page=42). * \_Pseudomonas cepacia werd \_Burkholderia cepacia [42](#page=42). * Vroeger behoorden veel soorten anaerobe gramnegatieve staven tot het genus \_Bacteroides, maar nu vallen ze onder diverse genera zoals \_Bacteroides, \_Prevotella, \_Porphyromonas, en \_Tannerella [42](#page=42). * Er zijn vele andere voorbeelden bij streptokokken en Corynebacteria [42](#page=42). * \_Pneumocystis carinii werd geclassificeerd als \_Pneumocystis jerevecii, behorend tot de fungi [42](#page=42). #### 3.1.4 Schrijfwijze van bacteriën- en virusnamen * **Virussen:** De Latijnse naam van een genus wordt cursief geschreven (bv. \_Paromoxyvirus). De Nederlandse en Engelse namen (bv. mazelen virus, measles virus) zijn niet cursief [43](#page=43). * **Bacteriën, gisten, schimmels, protozoa, diersoorten:** De naamgeving volgt de internationale regels [43](#page=43). * Nederlands: streptokokken (\_Streptococcus), stafylokokken (\_Staphylococcus) [43](#page=43). * Latijn: Het genus wordt cursief geschreven (bv. \_Staphylococcus). De volledige wetenschappelijke naam, bestaande uit genus en species, wordt cursief geschreven, met de genusnaam beginnend met een hoofdletter en de speciesnaam met een kleine letter (bv. \_Staphylococcus aureus) [43](#page=43). * \_spp.: Staat voor 'soorten' en wordt gebruikt om meerdere soorten binnen een genus aan te duiden. Het wordt niet cursief geschreven (bv. \_Pseudomonas spp.) [43](#page=43). * **Uitzondering:** Wanneer een naam geen species is maar een serovar (een variant aangeduid door serologische testen), kan deze wel met een hoofdletter beginnen, zoals in \_Salmonella Panama [43](#page=43). ### 3.2 Genotypische variatie bij bacteriën #### 3.2.1 Ontstaan en aard van genotypische variatie Genetische variatie bij bacteriën ontstaat door gewone mutatie en selectie, maar ook door de uitwisseling van grote stukken erfelijk materiaal. Bacteriën van dezelfde species zijn niet identiek; de variatie binnen bacteriesoorten is veel groter dan binnen een diersoort. Hierdoor ontstaan varianten met andere 'uiterlijke' en fysiologische kenmerken, maar ook stammen die toxineproducerend zijn, beter aangepast aan een andere gastheer, of resistenter aan antibiotica. Dit staat in contrast met fenotypische variatie, die het gevolg is van verschillen in expressie van in principe hetzelfde genoom. Het basisgenoom van een bacteriesoort kan aangevuld worden met chromosomale of extrachromosomale elementen. Sommige genetische pakketten, zoals 'pathogenicity islands', bevatten genen die de stam helpen overleven, adhereren en ziekte veroorzaken door middel van toxines [44](#page=44). #### 3.2.2 Mechanismen van genetische uitwisseling Er zijn diverse mechanismen waardoor bacteriën genetisch materiaal kunnen uitwisselen: * **Transformatie:** De "spontane" opname van DNA uit de omgeving (vaak van verwante species) en de inbouw ervan in het eigen chromosoom [45](#page=45). * **Transductie:** De overdracht van genen via virussen, specifiek bacteriofagen [45](#page=45). * **Conjugatie:** De overdracht van genen op extrachromosomaal DNA (plasmiden). Genen bevinden zich vaak op transposons, dit zijn kleine mobiele genetische elementen die kunnen verplaatsen en integreren op een andere plaats, vaak in specifieke genetische regio's [45](#page=45). * Alle bovenstaande mechanismen komen \_in vivo voor [45](#page=45). * **Transfectie:** Een techniek om cellen genetisch materiaal te laten opnemen, voornamelijk uitgevoerd \_in vitro [45](#page=45). #### 3.2.3 Belang van genotypische verschillen De diversiteit binnen bacteriën van eenzelfde species kan gebruikt worden om ze verder te onderscheiden, wat nuttig is om verschillende redenen [46](#page=46): * **Pathogeniteit:** Bepaalde types bacteriën zijn (meer) pathogeen dan andere [46](#page=46). * **Epidemiologie:** De verschillen helpen bij het traceren van de verspreiding van bacteriën in de gemeenschap. Men kan nagaan of stammen in een onderzochte populatie identiek zijn, of de stam bij de ene patiënt overeenkomt met die bij een andere patiënt op dezelfde afdeling of in hetzelfde ziekenhuis, en of stammen uit andere landen meegebracht worden [46](#page=46). * **Vaccinatie:** Indien een vaccin gericht is op het opwekken van beschermende antilichamen tegen een kapsel, is het noodzakelijk om deze kapsels te kennen, te onderscheiden en epidemiologisch op te volgen [46](#page=46). Technieken zoals serotypering en genotypering (waaronder fingerprinting en volledige genoomsequencing) worden gebruikt om deze verschillen te analyseren. Stammen die sterk op elkaar lijken, worden klonaal verwante stammen genoemd; bij identieke stammen spreekt men van een kloon [46](#page=46). #### 3.2.4 Serotypering van bacteriën Serotypering is gebaseerd op het gebruik van specifieke antilichamen tegen specifieke (oppervlakkige) moleculen van het micro-organisme. Gramnegatieve bacteriën hebben een buitenmembraan met LPS, wat somatische of O-antigenen bevat. Zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën kunnen een kapsel hebben (K-antigenen), en sommige soorten hebben flagellen voor voortbeweging (H-antigenen). Deze antigenen variëren per soort en ook binnen een soort. Een serotype van een species deelt een gelijke(n) antigen(formule) [47](#page=47). * **Voorbeelden:** * \_Escherichia coli O157:H7 of \_E. coli 0111:K58:H6. Deze types zijn sterk suggestief voor de aanwezigheid van specifieke (enteropathogene) pathogenicity islands [47](#page=47). * Bij meningokokken heeft de meerderheid van de pathogene stammen een kapsel van type A, B of C. Bescherming door antilichamen tegen kapsel A beschermt niet tegen B en C. Vaccinaties zijn vaak niet tegen alle drie de typen actief, maar slechts tegen één kapseltype. De keuze van serotypes voor vaccinatie is gebaseerd op hun epidemiologie [47](#page=47). Het is belangrijk op te merken dat bacteriën van hetzelfde serotype nog steeds heel divers kunnen zijn. Verdere onderverdeling (extra serotyperingen of genotypering) is mogelijk, zelfs tot op individueel stam-niveau (fingerprinting). Plasmiden en transposons (virulentie- en resistentiegenen) kunnen een nog fijnere opsplitsing mogelijk maken [47](#page=47). #### 3.2.5 Moleculaire fingerprinting en genotypering Moleculaire fingerprinting of genotypering is gebaseerd op specifieke sequenties in het DNA van verschillende 'klonen'. Deze sequenties worden aangetoond met behulp van primers/PCR (wat resulteert in amplicons van verschillende lengtes) of worden 'geknipt' door restrictie-enzymen. Een combinatie van amplificatie gevolgd door restrictiedigestie is ook mogelijk. Steeds vaker wordt next generation sequencing gebruikt voor de karakterisering van bacteriën, waaronder whole genome sequencing [48](#page=48). * * * # Medische microbiologie: de rol van micro-organismen Medische microbiologie bestudeert de impact van micro-organismen op de menselijke gezondheid, waarbij bacteriën en virussen een centrale rol spelen, inclusief de betekenis van de microbiële flora [1](#page=1). ### 4.1 De aard van micro-organismen #### 4.1.1 Bacteriën: essentieel voor gezondheid en ziekte Bacteriën zijn fundamenteel voor een gezond menselijk leven. Onze eigen microbiële flora speelt een beschermende rol tegen infecties veroorzaakt door pathogenen. Bacteriën bezitten een opmerkelijk aanpassingsvermogen, waarbij ze hun activiteit kunnen moduleren van hyperactief tot slapend, en zelfs tijdelijk inactief lijken, afhankelijk van omgevingsfactoren. Dit aanpassingsvermogen heeft significante klinische implicaties [1](#page=1). Het begrijpen van de groeiregulatie en de groei-vereisten van bacteriën is cruciaal voor het inzicht in hun reactie op antibiotica en hun vermogen om in specifieke niches te gedijen. Belangrijke concepten hierbij zijn exponentiële groei, quorum sensing, biofilmvorming en de afhankelijkheid van pH en temperatuur [1](#page=1). Daarnaast hebben bacteriën genetische mechanismen ontwikkeld om snel te muteren en resistentie en virulentie te verwerven [1](#page=1). #### 4.1.2 Virussen: levenscyclus en interactie met de gastheer De levenscyclus van virussen wordt bestudeerd, evenals de reactie van het immuunsysteem, met name het aangeboren immuunsysteem, en medicatie hierop. Essentiële aspecten zijn de mechanismen en het belang van integratie in humaan DNA, latentie, en oncogene transformatie [1](#page=1). #### 4.1.3 De rol van medische microbiologie Medische microbiologie richt zich op de invloed van micro-organismen op de gezondheid. Micro-organismen zijn niet enkel oorzaken van ziekte; ze zijn ook essentieel voor een normale ontwikkeling en gezondheid [10](#page=10) [11](#page=11) [7](#page=7) [8](#page=8) [9](#page=9). > **Tip:** Het bestuderen van "germ-free" (bacterievrije) muizen toont aan dat de afwezigheid van micro-organismen kan leiden tot afwijkingen in organen zoals de darmen en longen. Dit onderstreept het belang van de microbiële flora voor de gastheer [7](#page=7). #### 4.1.4 Belang van de microbiële flora De microbiële flora van de moeder wordt overgedragen op het kind, waarbij er verschillen zijn tussen vaginale bevalling en een keizersnede. De flora kan ook bacteriën bevatten die potentieel pathogeen zijn, zoals in het geval van sepsis bij baby's die afkomstig zijn uit de vaginale flora [10](#page=10) [9](#page=9). > **Tip:** Medische microbiologie leert ons hoe om te gaan met micro-organismen, zowel ter bestrijding van infecties als ter bevordering van gezondheid door commensale flora [11](#page=11). #### 4.1.5 Microbiële diversiteit en classificatie Bacteriën vormen een zeer grote en diverse groep levensvormen, mede door hun lange evolutionaire geschiedenis en optimale adaptatie. De bacteriën die infecties veroorzaken en de meeste bacteriën in het menselijk lichaam behoren tot de Bacteria (ook wel Eubacteria). Archaea zijn voornamelijk omgevingsbacteriën, maar worden ook steeds vaker aangetroffen in complexe microbiomen, zoals de darmflora. Er is potentieel voor toekomstige ontdekkingen betreffende de functie en het belang van Archaea voor de menselijke gezondheid, bijvoorbeeld in de tandheelkunde [5](#page=5). Het studeren van bacteriën omvat onder andere hun positionering binnen de levensvormen anatomie (celmembraan, celwand, genoom, andere structuren) metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie naamgeving en taxonomie en genotypische variatie. Ribosomaal RNA (rRNA) dient als leidraad voor taxonomische classificatie en nieuwe taxonomische bevindingen leiden tot veranderingen in classificatie en naamgeving [2](#page=2) [5](#page=5). > **Tip:** Inzicht in de biologie van micro-organismen is belangrijker dan het uit het hoofd leren van feiten, omdat dit helpt bepalen hoe een kennis of inzicht bijdraagt aan het zijn van een goede arts [4](#page=4). * * * ## Veelgemaakte fouten om te vermijden * Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens * Let op formules en belangrijke definities * Oefen met de voorbeelden in elke sectie * Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Bacteriën | Eencellige micro-organismen zonder celkern, die een belangrijke rol spelen in de gezondheid en ziekte van de mens. Ze hebben diverse metabolische capaciteiten en kunnen zich aanpassen aan verschillende omgevingen. | | Virussen | Microscopisch kleine infectieuze agentia die zich alleen kunnen vermenigvuldigen binnen levende cellen van andere organismen. Ze bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitlaag. | | Immuunsysteem | Het verdedigingssysteem van het lichaam dat ziekteverwekkers, zoals bacteriën en virussen, herkent en bestrijdt. Het omvat zowel aangeboren als adaptieve immuunreacties. | | Antimicrobiële middelen | Medicijnen die gebruikt worden om bacteriële infecties te behandelen, zoals antibiotica. Deze middelen grijpen in op specifieke processen van bacteriële groei en overleving. | | Pathogenen | Micro-organismen die ziekte kunnen veroorzaken bij hun gastheer. Dit kunnen bacteriën, virussen, schimmels of parasieten zijn. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen die van nature op en in het menselijk lichaam leven, zoals op de huid, in de darmen en in de luchtwegen. Deze flora kan beschermend werken tegen pathogenen. | | Exponentiële groei | Een groeipatroon waarbij de populatiegrootte in een vaste tijdseenheid exponentieel toeneemt, wat resulteert in een zeer snelle vermenigvuldiging van bacteriën onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiesysteem waarmee bacteriën de dichtheid van hun populatie kunnen bepalen. Dit stelt hen in staat om collectief gedrag te coördineren, zoals de productie van toxines of biofilm. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen die vastgehecht zijn aan een oppervlak en omgeven door een zelfgeproduceerde matrix van polysacchariden. Biofilms bieden bescherming tegen omgevingsstress en antibiotica. | | Genetische mechanismen | Processen in bacteriën die betrekking hebben op hun erfelijk materiaal (DNA of RNA), zoals mutatie, recombinatie en genoverdracht, die bijdragen aan snelle aanpassing en evolutie. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een organisme. Mutaties kunnen optreden door fouten tijdens de DNA-replicatie of door blootstelling aan mutagene factoren. | | Resistentie | Het vermogen van een bacterie om de effecten van een antibioticum of ander antimicrobieel middel te weerstaan. Resistentie kan genetisch bepaald zijn en zich verspreiden binnen bacteriepopulaties. | | Virulentie | De mate waarin een pathogeen in staat is om ziekte te veroorzaken. Dit wordt bepaald door factoren zoals de capaciteit om zich te hechten aan gastheercellen, toxines te produceren of het immuunsysteem te ontwijken. | | Levenscyclus van virussen | De reeks gebeurtenissen die een virus doorloopt vanaf infectie van een gastheercel tot de productie van nieuwe virusdeeltjes. Dit omvat adsorptie, penetratie, replicatie en release. | | Aangeboren immuunsysteem | De eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen infecties, die bestaat uit cellen en moleculen die snel reageren op een breed scala aan pathogenen zonder specifieke eerdere blootstelling. | | Integratie in humaan DNA | Het proces waarbij viraal DNA wordt ingebouwd in het genoom van de gastheercel. Dit kan leiden tot latente infecties of transformatie van gastheercellen. | | Latentie | Een fase in de levenscyclus van sommige virussen waarbij het virale genoom in de gastheercel aanwezig is zonder actieve replicatie of productie van nieuwe virusdeeltjes. | | Oncogene transformatie | Het proces waarbij een normale cel verandert in een kankercel, vaak geïnduceerd door virussen. Dit gebeurt wanneer virale genen de celcyclusregulatie verstoren. | | Gramkleuring | Een differentiële kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de samenstelling van hun celwand. Grampositieve bacteriën kleuren blauw/paars, terwijl gramnegatieve bacteriën rood kleuren. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een belangrijk bestanddeel is van de celwand van de meeste bacteriën. Het biedt structurele ondersteuning en bescherming aan de cel. | | Lipopolysacchariden (LPS) | Complex molecuul dat zich in de buitenste membraan van gramnegatieve bacteriën bevindt. LPS kan een sterke immuunreactie opwekken en wordt ook wel endotoxine genoemd. | | Mycolzuren | Lange ketens van vetzuren die een kenmerkend bestanddeel zijn van de celwand van mycobacteriën. Ze dragen bij aan de zuurvastheid en resistentie van deze bacteriën. | | Genoom | Het volledige genetische materiaal van een organisme, inclusief alle genen en DNA-sequenties. Bij bacteriën is het genoom meestal een circulair dubbelstrengs DNA-molecuul. | | Plasmiden | Kleine, circulaire stukjes DNA die zich buiten het chromosoom bevinden in het cytoplasma van bacteriën. Plasmiden kunnen genen bevatten die bijdragen aan resistentie tegen antibiotica of andere voordelige eigenschappen. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriële cellen die metabool inactief zijn en daardoor ongevoelig voor antibiotica. Ze kunnen overleven in ongunstige omstandigheden en later weer actief worden. | | Fenotypische variatie | Veranderingen in de waarneembare kenmerken van een organisme die niet veroorzaakt worden door veranderingen in het genoom, maar door de interactie van het genoom met de omgeving en de expressie van genen. | | Ribosomaal RNA (rRNA) | Een type RNA dat een essentieel onderdeel vormt van ribosomen, de moleculaire machines die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese. rRNA-sequenties worden gebruikt in de taxonomie van bacteriën vanwege hun conservatieve aard en evoluerende variatie. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van organismen op basis van hun kenmerken en evolutionaire relaties. | | Serotypering | Een methode om bacteriën te classificeren op basis van de antigeenstructuren op hun oppervlak. Verschillende serotypen binnen dezelfde soort kunnen variëren in virulentie of epidemiologische verspreiding. | | Genotypering | Een methode om bacteriën te classificeren op basis van hun genetische samenstelling, bijvoorbeeld door DNA-fingerprinting of sequencing. | | Colonisatie | Het proces waarbij micro-organismen zich vestigen en vermenigvuldigen op een oppervlak, zoals de huid of de slijmvliezen, zonder noodzakelijkerwijs ziekte te veroorzaken. | | Virulentiefactoren | Specifieke moleculen of structuren die een bacterie helpen om een gastheer te infecteren, te overleven en ziekte te veroorzaken. Voorbeelden zijn toxines, adhesines en enzymen. | | Sporevorming | Een overlevingsstrategie van sommige bacteriën waarbij ze een resistente, slapende celstructuur vormen die bescherming biedt tegen extreme omgevingscondities zoals hitte, droogte en straling. | | Metabolisme | Het geheel van chemische processen die plaatsvinden in levende organismen om energie te produceren en te gebruiken voor groei, onderhoud en voortplanting. | | Celdeling | Het proces waarbij een bacterie zich splitst in twee dochtercellen. Dit is de primaire vorm van voortplanting bij bacteriën en vindt plaats via binaire deling. | | Vacuole | Een membraanomsloten organel in eukaryote cellen dat verschillende functies kan hebben, waaronder opslag van water, voedingsstoffen en afvalstoffen. | | Transductie | Een mechanisme voor genetische uitwisseling waarbij DNA van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht via een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). | | Transformatie | Een mechanisme voor genetische uitwisseling waarbij bacteriën DNA uit hun omgeving opnemen en inbouwen in hun eigen genoom. | | Conjugatie | Een mechanisme voor genetische uitwisseling waarbij bacteriën DNA direct van cel tot cel overdragen, vaak via een pilus. Dit is een vorm van seksueel contact bij bacteriën. | | Endotoxine | Een toxine dat deel uitmaakt van de celwand van gramnegatieve bacteriën (LPS) en dat koorts, ontsteking en shock kan veroorzaken bij de mens. | | Lytische levenscyclus | Een virale replicatiecyclus die leidt tot de vernietiging (lysis) van de gastheercel en de vrijlating van nieuwe virusdeeltjes. | | Temperate bacteriofaag | Een bacteriofaag die naast een lytische levenscyclus ook een lysogene levenscyclus kan doorlopen, waarbij het virale genoom in het bacteriegenoom wordt geïntegreerd. | | Dierlijk virus | Een virus dat specifiek de cellen van dieren infecteert en ziekten kan veroorzaken. | | Pathogen recognition receptor (PRR) | Receptoren op immuuncellen die moleculaire patronen herkennen die kenmerkend zijn voor pathogenen (PAMPs), wat leidt tot activering van het immuunsysteem. | | Interferon stimulated genes (ISG) | Genen die worden geactiveerd als reactie op interferonen, een groep eiwitten die een belangrijke rol spelen in de antivirale afweer van het immuunsysteem. |