leereenheid 1 deel 2

# De rol van micro-organismen in de menselijke gezondheid en hygiëne Micro-organismen spelen een essentiële en complexe rol in de menselijke gezondheid, variërend van hulp bij de spijsvertering en het vormen van een beschermende barrière, tot de noodzaak van hygiëne en de gevaren van overmatig antibioticagebruik. ### 1.1 Micro-organismen in en op het menselijk lichaam Het menselijk lichaam herbergt naar schatting 100.000 miljard bacteriën, wat overeenkomt met ongeveer 1 kilogram levend gewicht. Deze micro-organismen zijn niet alleen geconcentreerd in de darmen, met name in het colon, maar ook verspreid over andere delen van het lichaam zoals de mond en de huid. #### 1.1.1 De darmflora (microbiota) De verzameling micro-organismen in onze maag en darmen wordt de microbiota of het microbioom genoemd. De darmflora, met name in het colon, bestaat uit ongeveer 400 verschillende soorten bacteriën. Deze darmbewoners zijn cruciaal voor diverse lichaamsfuncties: * **Spijsvertering:** Ze helpen bij de afbraak van niet-verteerbare componenten uit de voeding. * **Kolonisatieresistentie:** De aanwezigheid van nuttige bacteriën vormt een natuurlijke barrière tegen de kolonisatie door pathogene micro-organismen. * **Invloed op het immuunsysteem:** De darmflora speelt een rol in de ontwikkeling en regulatie van het immuunsysteem. * **Verband met aandoeningen:** Er wordt onderzoek gedaan naar de link tussen de darmflora en diverse aandoeningen, waaronder de ziekte van Crohn en zelfs mentale gezondheidsproblemen zoals depressie. Bacteriën kunnen stoffen produceren die de mentale gesteldheid beïnvloeden. #### 1.1.2 Nuttige en schadelijke micro-organismen Hoewel veel micro-organismen nuttig zijn, kunnen bepaalde soorten ziekteverwekkend (pathogeen) zijn wanneer ze in grote aantallen aanwezig zijn of in specifieke omstandigheden. * **Voorbeelden van nuttige bacteriën:** Melkzuurbacteriën zoals *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus* zijn essentieel voor de bereiding van yoghurt. *Saccharomyces cerevisiae* (gist) is onmisbaar voor de broodproductie. * **Voorbeelden van schadelijke bacteriën:** * ***Salmonella*:** Een staafvormige bacterie die voedselinfecties kan veroorzaken. Ze komen veel voor op eierschalen en in gevogelte. * ***Escherichia coli* (E. coli):** Hoewel de meeste stammen van E. coli deel uitmaken van de normale darmflora en helpen bij de vertering, kunnen specifieke stammen, zoals EHEC (enterohaemorhagische E. coli) of STEC (Shigatoxineproducerende E. coli), ernstige voedselinfecties veroorzaken, waaronder hemorragische colitis en het hemolytisch uremisch syndroom (HUS). Deze bacteriën kunnen voorkomen op groenten die faecaal besmet zijn. * **Coliforme bacteriën:** Een groep darmbacteriën die verwant is aan E. coli en gebruikt wordt als indicator voor faecale besmetting. Hun aanwezigheid in water duidt op een risico op pathogene darmbacteriën. * ***Staphylococcus aureus*:** Deze grampositieve coccen kunnen toxines produceren die voedselvergiftiging veroorzaken. De toxines zijn thermoresistent, wat betekent dat verhitting het risico niet altijd wegneemt. Methicilline-resistente *Staphylococcus aureus* (MRSA) is een bijzonder problematische variant die resistent is tegen meerdere antibiotica. * **Carbapenemase Producing Enterobacteriaceae (CPE):** Deze bacteriën zijn bestand tegen de meeste antibiotica, waaronder carbapenems, wat ze zeer gevaarlijk maakt in ziekenhuisomgevingen. #### 1.1.3 De rol van hygiëne Hygiëne is essentieel om de verspreiding van schadelijke micro-organismen te voorkomen en zo bacteriële infecties te bestrijden. * **Essentiële hygiënemaatregelen:** * Handen wassen * Tanden poetsen * Nagels kort houden * Afgeschermd hoesten en niezen * **Voedselhygiëne:** Belangrijk om voedselinfecties en -intoxicaties te voorkomen. Een gebrek aan hygiëne kan leiden tot de aanwezigheid van schadelijke micro-organismen in voedsel. > **Tip:** YOPI-patiënten (Young, Old, Pregnant, Immunodepressed – jonge, oude, zwangere en immuungecompromitteerde personen) zijn het meest gevoelig voor voedselinfecties en -intoxicaties. > **Voorbeeld:** Het snijden van vlees kan leiden tot kruisbesmetting met *Staphylococcus aureus*. Als het vlees daarna niet tijdig en voldoende verhit wordt, kunnen geproduceerde toxines een voedselvergiftiging veroorzaken. Het marineren van vlees in de kelder gedurende een halve dag, waar temperaturen mogelijk in de gevarenzone (5-65°C) liggen, kan de groei van schadelijke bacteriën bevorderen. ### 1.2 Consequenties van overmatig antibioticagebruik Antibiotica zijn medicijnen die de stofwisseling van bacteriën verstoren en zo bacteriële infecties bestrijden. Echter, overmatig en onjuist gebruik leidt tot een ernstig probleem: antibioticaresistentie. * **Resistentie:** Bacteriën kunnen resistent worden tegen antibiotica, waardoor deze medicijnen minder effectief worden of zelfs helemaal niet meer werken. Dit vereist de constante ontwikkeling van nieuwe antibiotica. * **Verstoring van de darmflora:** Overmatig antibioticagebruik kan de natuurlijke balans van de darmflora ernstig verstoren. Dit kan leiden tot een verminderde weerstand en een verhoogd risico op infecties. > **Voorbeeld:** Bacteriën uit eigen stoelgang kunnen na een antibioticakuur helpen om de darmflora sneller te herstellen. Dit principe ligt aan de basis van fecale transplantatie, waarbij stoelgang van een gezonde donor wordt ingeplant om hardnekkige infecties te behandelen. > **Tip:** Een te steriele omgeving kan ook nefaste gevolgen hebben voor het immuunsysteem, omdat het immuunsysteem minder gestimuleerd wordt om te reageren op micro-organismen. ### 1.3 Het belang van hygiëne en microbiële processen Hygiëne is niet alleen cruciaal voor de menselijke gezondheid, maar ook voor de voedselproductie en milieuprocessen zoals waterzuivering. #### 1.3.1 Voedselproductie Veel voedingsmiddelen zijn afhankelijk van de activiteit van micro-organismen voor hun bereiding en conservering: * **Yoghurt:** Gist door *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus* die lactose omzetten in melkzuur. * **Kaas:** Gebruik van diverse bacteriën, waaronder propionzuurbacteriën. * **Brood:** Alcoholische fermentatie door *Saccharomyces cerevisiae* (gist) die CO2 produceert voor het rijzen. * **Wijn en bier:** Alcoholische fermentatie van suikers door gisten (*Saccharomyces*) en soms bacteriën. * **Kuilvoer (conservering):** Melkzuurfermentatie van ruwvoeders om ze te conserveren, door vorming van melkzuur, azijnzuur en propionzuur in een anaeroob milieu. * **Pre- en probiotica:** Deze functionele voedingsmiddelen bevatten ingrediënten die een positief effect hebben op de darmflora. * **Prebiotica:** Niet-verteerbare suikers of voedingsvezels die de groei van gunstige darmbacteriën stimuleren. * **Probiotica:** Levende micro-organismen (vaak bacteriën zoals *Lactobacillus* en *Bifidobacterium*, of gisten) met een bewezen positief effect op de darmgezondheid. #### 1.3.2 Ecologie en waterzuivering Micro-organismen spelen een sleutelrol in diverse ecologische cycli en zijn essentieel voor de zuivering van afvalwater. * **Koolstofcyclus (C-cyclus):** Micro-organismen zijn verantwoordelijk voor de afbraak van organisch materiaal tot CO2. Dit proces, 'mineralisatie', zet organisch materiaal om in anorganisch materiaal. * **Stikstofcyclus (N-cyclus):** Diverse micro-organismen zijn betrokken bij de omzetting van stikstofverbindingen: * **N-fixatie:** Omzetting van atmosferische stikstof (N2) naar ammoniak (NH3/NH4+). * **Ammonificatie:** Mineralisatie van organisch gebonden stikstof tot ammoniak. * **Nitrificatie:** Omzetting van ammoniak naar nitriet (NO2-) en vervolgens naar nitraat (NO3-) in een aeroob milieu. * **N-opname door planten:** Planten nemen stikstof op in de vorm van ammoniak/ammonium en nitraat. * **Denitrificatie:** Omzetting van nitraat naar stikstofgas (N2) in een anaeroob milieu. * **Afvalwaterzuivering:** * **Secundaire zuivering:** Aerobe biologische zuivering met actief slib, waarbij micro-organismen organisch materiaal mineraliseren en organische stikstof omzetten naar ammonium. * **Tertiaire zuivering:** Verwijdering van stikstof- en fosforverbindingen door afwisselende beluchting (nitrificatie) en niet-beluchting (denitrificatie). * **Anammox bacterie:** Deze bacterie voert een anaerobe ammoniumoxidatie uit ($$NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2 + 2 H_2O$$), wat theoretisch de benodigde beluchting bij afvalwaterzuivering kan verminderen. #### 1.3.3 Plantenteelt Ondanks dat sommige bacteriën plantenziekten kunnen veroorzaken (bv. Erwinia), zijn de meeste bacteriën nuttig voor planten. Technieken zoals het beënten met nuttige bacteriën worden toegepast ter preventie van ziekten en ter bevordering van de plantengroei. ### 1.4 Virussen Virussen zijn geen levende organismen omdat ze een gastheercel nodig hebben om zich voort te planten. Ze bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omhuld door een eiwitmantel. * **Vermenigvuldiging:** Virussen zijn obligaat parasieten. Ze vermenigvuldigen zich via cycli zoals de lytische cyclus (die leidt tot lyse van de gastheercel) of de lysogene cyclus (waarbij viraal DNA geïntegreerd wordt in het gastheer DNA). * **Antigenen:** Virussen hebben eiwitten aan hun buitenzijde die functioneren als antigenen. Deze antigenen wekken een immuunrespons op, waarbij het lichaam antistoffen produceert. Veranderingen in deze antigenen door mutatie kunnen leiden tot antige drift, waardoor het virus minder goed herkend wordt door het immuunsysteem (bv. bij influenza). * **Voorbeelden:** Influenza virus, coronavirus, plantenvirussen zoals het TMV virus. Bacteriofagen zijn virussen die bacteriën infecteren. --- # Microbiële processen in ecologie en waterzuivering Micro-organismen zijn overal aanwezig en spelen een cruciale rol in diverse cycli, zoals de koolstof- en stikstofcyclus, en worden toegepast in waterzuivering. ## 2. Microbiële diversiteit en hun rol in de leefwereld Micro-organismen, met name bacteriën, zijn alomtegenwoordig in diverse milieus, variërend van gematigde tot extreme omstandigheden. Ze vervullen essentiële functies in natuurlijke cycli en technologieën. ### 2.1 Microbiële ecologie en de koolstofcyclus De koolstofcyclus omvat de omzetting van koolstof onder verschillende vormen. Planten en bepaalde micro-organismen fixeren kooldioxide ($CO_2$) tot organische koolstof via fotosynthese. Vervolgens breken bacteriën deze organische koolstof weer af tot $CO_2$. * **Mineralisatie**: Dit proces verwijst naar de omzetting van organisch materiaal in anorganisch materiaal. ### 2.2 De stikstofcyclus en microbiële processen De stikstofcyclus is een complex proces waarbij stikstof in verschillende vormen wordt omgezet, mede dankzij de activiteit van bacteriën. * **Verschillende stikstofvormen**: * In de atmosfeer: $N_2$ en stikstofoxiden (N-oxiden). * In plantaardig en dierlijk materiaal: organisch gebonden stikstof in eiwitten en nucleïnezuren. * In de bodem: ammonium ($NH_4^+$) als afbraakproduct van organisch gebonden stikstof, en nitraat ($NO_3^-$). * **Stappen in de stikstofcyclus**: * **N-fixatie**: Hierbij wordt atmosferische stikstof ($N_2$) omgezet in een direct bruikbare vorm. Dit kan gebeuren door symbiotische bacteriën zoals *Rhizobium* (geassocieerd met plantenwortels) of vrijlevende bacteriën zoals *Azotobacter*. Het Haber-Bosch-procedé, gebruikt in de kunstmeststofindustrie, bootst dit proces na met hoge druk en temperatuur. * **Ammonificatie**: Dit is de mineralisatie van organisch gebonden stikstof door micro-organismen, wat resulteert in de vorming van ammoniak ($NH_3$) of ammonium ($NH_4^+$). * **Nitrificatie**: Dit proces vindt plaats in een aëroob milieu en omvat twee stappen: * Nitritatie: $NH_3$/$NH_4^+$ wordt door *Nitrosomonas* omgezet in nitriet ($NO_2^-$). * Nitratatie: $NO_2^-$ wordt door *Nitrobacter* omgezet in nitraat ($NO_3^-$). * **N-opname door planten**: Ammonium ($NH_4^+$) en nitraat ($NO_3^-$) zijn geschikte stikstofbronnen die door planten en andere organismen uit de bodem kunnen worden opgenomen. * **Denitrificatie**: In een anaëroob milieu wordt nitraat omgezet naar stikstofgas ($N_2$) en stikstofoxiden. Dit proces wordt uitgevoerd door bacteriën zoals *Pseudomonas*, *Micrococcus*, *Bacillus* en *Alcaligenes*. * **N-bacteriën**: Deze groep bacteriën, hoewel divers in vorm en genetische verwantschap, wordt geclassificeerd op basis van hun rol in de stikstofcyclus. Veel van deze bacteriën zijn chemolithotroof, wat betekent dat ze anorganische elektrondonoren gebruiken als energiebron. * **Anammox bacteriën**: Deze bacteriën voeren een anaërobe ammoniumoxidatie uit volgens de reactie: $$NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2 + 2 H_2O$$ De ontdekking van Anammox bacteriën heeft het potentieel om de benodigde beluchting bij afvalwaterzuivering te verminderen, wat leidt tot een efficiëntere zuivering. ### 2.3 Micro-organismen in waterzuivering Microbiële processen zijn essentieel voor de zuivering van afvalwater. * **Primaire zuivering**: Hierbij worden vaste stoffen verwijderd op basis van fysische eigenschappen, zoals het gebruik van roosters en zand- en vetvangers. * **Secundaire zuivering**: Dit is een aërobe biologische zuivering die plaatsvindt in beluchtingstanks met behulp van 'actief slib'. Hierbij vindt mineralisatie plaats en wordt organische stikstof omgezet naar ammonium. * **Tertiaire zuivering**: Dit stadium is gericht op de verdere verwijdering van nutriënten, met name stikstof- en fosforverbindingen. Het omvat afwisselend beluchting (voor nitrificatie) en niet-beluchting (voor denitrificatie). #### 2.3.1 Actief slib Actief slib is een biomassa van micro-organismen die de organische vervuiling in afvalwater afbreken. ### 2.4 Microbiële processen in voedselproductie Micro-organismen zijn onmisbaar voor de productie van diverse voedingsmiddelen. * **Melkzuurbacteriën**: Deze bacteriën, zoals *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus*, worden gebruikt bij de bereiding van yoghurt. Ze zetten lactose om in melkzuur, wat leidt tot de verlaging van de pH, de coagulatie van melkeiwitten en de ontwikkeling van karakteristieke aroma's (melkzuurfermentatie). * **Broodbereiding**: Gist, zoals *Saccharomyces cerevisiae*, zet glucose uit zetmeel om in alcohol en kooldioxide ($CO_2$). De alcohol verdampt tijdens het bakken, terwijl de $CO_2$ het brood doet rijzen (alcoholische fermentatie). * **Wijn en bierbereiding**: Gisten (*Saccharomyces* soorten) en schimmels zetten suikers om in ethanol en kooldioxide in anaërobe omstandigheden (alcoholische fermentatie). * **Pre- en probiotica**: * **Prebiotica**: Dit zijn ingrediënten (suikers of voedingsvezels) die niet door de mens verteerd kunnen worden, maar wel de darmflora stimuleren en een positief effect hebben op de darmgezondheid. Ze verhogen de groei van gunstige bacteriën en verbeteren de stoelgang. * **Probiotica**: Dit zijn levende micro-organismen die een positief effect hebben op de darmflora. Ze ondersteunen de vertering en verhogen de natuurlijke weerstand. Voorbeelden zijn *Lactobacillus*, *Streptococcus* en *Bifidobacterium*. * **Voederconservering**: Melkzuurfermentatie wordt toegepast bij het conserveren van ruwvoeders zoals kuilvoer. Door het af te sluiten van zuurstof ontstaat een anaëroob milieu waarin melkzuur, azijnzuur en propionzuur worden gevormd, wat leidt tot conservering. > **Tip:** Yoghurt is een gefermenteerd zuivelproduct, maar thermisch behandeld gefermenteerd zuivelproduct heeft door de warmtebehandeling weinig tot geen levende micro-organismen meer. ### 2.5 Hygiëne en microbiële risico's Hygiëne is cruciaal om de verspreiding van schadelijke micro-organismen te voorkomen. * **Voedselinfectie**: Hierbij veroorzaakt de bacterie zelf de ziekte door groei in gevoelige weefsels (bv. *Salmonella*). * **Voedselintoxicatie**: Hierbij veroorzaakt een door de bacterie geproduceerd toxine de ziekte (bv. *S. aureus*, *C. botulinum*, *C. perfringens*). * **Hygiëne-indicatoren**: Coliforme bacteriën, die nauw verwant zijn aan *E. coli*, worden gebruikt als indicator voor fecale besmetting van water. De aanwezigheid ervan duidt op een risico op pathogene darmbacteriën. * **Resistentie**: Overmatig gebruik van antibiotica kan leiden tot resistentie bij bacteriën, wat een groeiend probleem vormt. *Carbapenemase Producing Enterobacteriaceae* (CPE) zijn voorbeelden van multiresistente bacteriën. * **Staphylococcus aureus**: Bepaalde stammen produceren thermoresistente toxines die voedselvergiftiging kunnen veroorzaken, zelfs na verhitting. > **Voorbeeld**: Bij het snijden van vlees kan besmetting met *Staphylococcus aureus* optreden. Als het vlees niet binnen enkele uren wordt gebakken, kunnen de geproduceerde toxines bij keukentemperatuur al voldoende zijn voor voedselvergiftiging. ### 2.6 Microbiële processen bij planten Hoewel sommige bacteriën plantenziekten kunnen veroorzaken (bv. *Erwinia*, *Agrobacterium*), zijn de meeste bacteriën nuttig voor plantenteelt. Vruchtwisseling en het enten met nuttige bacteriën kunnen bijdragen aan een gezonde groei. ### 2.7 Virussen Virussen zijn geen levende organismen en vereisen een gastheercel voor voortplanting. Ze bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omhuld door een eiwitmantel. * **Vermenigvuldiging**: * **Lytische cyclus**: Leidt tot lyse (afbraak) van de gastheercel. * **Lysogene cyclus**: Het virale DNA wordt geïntegreerd in het DNA van de gastheercel en vermeerdert mee. Het virus kan latent aanwezig zijn en later actief worden. * **Antigenen**: Virussen hebben antigenen aan hun buitenzijde (eiwitten) die een afweerreactie opwekken. Genetisch materiaal zoals DNA is geen antigeen op zich, maar de eiwitten die het codeert, kunnen als zodanig fungeren. Mutaties in antigenen kunnen leiden tot antigene drift. --- # Micro-organismen in voedselproductie en -conservering Dit onderwerp belicht de cruciale rol van micro-organismen bij de productie van diverse voedingsmiddelen, zoals zuivelproducten, brood, wijn en bier, evenals hun toepassing in pre- en probiotica en voedselconservering. ### 3.1 Voedselproductie met micro-organismen Micro-organismen zijn essentieel voor de productie van tal van voedingsmiddelen door middel van fermentatieprocessen. #### 3.1.1 Yoghurtproductie Yoghurt wordt geproduceerd door melkzuurbacteriën, met name *Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus*. Deze bacteriën zetten lactose (melksuiker) om in melkzuur. * **Proces:** Melkzuur verlaagt de pH van de melk, wat leidt tot de coagulatie van melkeiwitten en de karakteristieke textuur van yoghurt. * **Aromacomponenten:** De bacteriën dragen ook bij aan de typische aroma's van yoghurt door middel van melkzuurfermentatie. #### 3.1.2 Broodbereiding Bij de bereiding van brood speelt *Saccharomyces cerevisiae* (gist) een sleutelrol. * **Proces:** Gist gebruikt glucose uit zetmeel als energiebron en produceert alcohol en koolstofdioxide ($CO_2$). * **Rijzen:** De geproduceerde $CO_2$ zorgt ervoor dat het brood rijst. De alcohol verdampt tijdens het bakken. Dit proces wordt alcoholische fermentatie genoemd. #### 3.1.3 Wijn- en bierbereiding De productie van wijn en bier is eveneens afhankelijk van alcoholische fermentatie door gisten, voornamelijk *Saccharomyces* soorten. Soms worden ook verwante schimmels (Ascomycetes) en bacteriën ingezet. * **Proces:** In anaërobe omstandigheden zetten deze micro-organismen de suikers in druivensap (wijn) of mout (bier) om in ethanol en $CO_2$. #### 3.1.4 Voedselconservering van veevoeders Melkzuurfermentatie wordt toegepast bij de conservering van ruwvoeders zoals gras en maïs (kuilvoer). * **Proces:** Door het afsluiten van zuurstof ontstaat een anaëroob milieu waarin melkzuurbacteriën onder andere melkzuur, azijnzuur en propionzuur produceren. Deze zuren fungeren als conserveermiddel. ### 3.2 Pre- en probiotica Pre- en probiotica zijn ingrediënten die gericht worden toegevoegd aan voedingsmiddelen om de gezondheid, met name de darmgezondheid, te bevorderen. #### 3.2.1 Functionele voeding Functionele voeding omvat voedingsmiddelen die ingrediënten bevatten met een positief effect op de fysiologische functies van het lichaam, naast de normale nutritionele waarde. #### 3.2.2 Prebiotica * **Definitie:** Prebiotica zijn ingrediënten, vaak suikers of voedingsvezels, die niet door de mens verteerd kunnen worden, maar wel een positief effect hebben op de darmflora. * **Effecten:** Ze stimuleren de groei van gunstige bacteriën, kunnen de samenstelling van de darmflora veranderen, de weerstand tegen voedselinfecties verhogen en zorgen voor een betere stoelgang. Ze worden ook wel de bifidogene factor genoemd. #### 3.2.3 Probiotica * **Definitie:** Probiotica zijn levende micro-organismen (hoewel soms ook delen van dode cellen worden gebruikt) die een positief effect hebben op de darmflora. * **Eisen:** Producten die probiotica bevatten, moeten doorgaans meer dan $10^9$ micro-organismen per dosis bevatten, zuurbestendig zijn, in staat zijn tot groei onder anaërobe omstandigheden en geen nadelige eigenschappen hebben. * **Voorbeelden:** Veelvoorkomende probiotische micro-organismen zijn *Lactobacillus*, *Streptococcus*, *Bifidobacterium* soorten, en bepaalde gisten (met name in veevoeding). * **Toepassing in voeding:** Probiotica worden voornamelijk teruggevonden in gefermenteerde zuivelproducten. Om effect te hebben, moeten probiotica gedurende een aantal weken consequent ingenomen worden. * **Belangrijk onderscheid:** Yoghurt is een gefermenteerd zuivelproduct met specifieke bacteriën (*Lactobacillus bulgaricus* en *Streptococcus thermophilus*), terwijl een thermisch behandeld gefermenteerd zuivelproduct (zoals gepasteuriseerde yoghurt) een langere houdbaarheid heeft door de warmtebehandeling, maar daardoor weinig tot geen levende micro-organismen meer bevat. #### 3.2.4 Synbiotica Synbiotica zijn producten die een combinatie bevatten van zowel pre- als probiotica. #### 3.2.5 GRAS-status De term GRAS (Generally Recognized As Safe) duidt op ingrediënten die algemeen erkend worden als veilig voor consumptie. ### 3.3 Voedselconservering door micro-organismen Hoewel het hoofdfocus van dit deel op productie ligt, wordt de rol van micro-organismen bij conservering (bv. via fermentatie) reeds behandeld onder voedselproductie en veevoeders. Acidofiele bacteriën kunnen bijvoorbeeld een rol spelen bij de conservering van voedsel door hun vermogen om in zure omstandigheden te groeien en potentieel schadelijke micro-organismen te onderdrukken. Melkzuurbacteriën, die in staat zijn om melkzuur te produceren, dragen bij aan de conservering van gefermenteerde zuivelproducten en in het geval van ruwvoeders. --- # Inleiding tot virussen Virussen zijn obligate parasieten die geen levende organismen worden beschouwd vanwege hun afhankelijke voortplantingsmechanisme, maar ze zijn wel structureel en functioneel relevant binnen de microbiële biotechnologie. ## 4.1 Definitie en structuur van virussen Virussen worden niet beschouwd als levende organismen omdat ze geen eigen metabolisme hebben en afhankelijk zijn van een gastheercel voor hun replicatie. ### 4.1.1 Essentiële componenten De basale structuur van een virus, ook wel een virion genoemd, bestaat uit: * **Genetisch materiaal:** Dit kan DNA of RNA zijn, enkelstrengs (es) of dubbelstrengs (ds). * **Eiwitmantel (capside):** Een beschermende laag van eiwitten die het genetisch materiaal omringt. Deze mantel is opgebouwd uit kleinere eenheden, capsomeren. * **Eiwitten aan de buitenkant:** Soms zijn er specifieke eiwitten (stekels) aan de buitenkant van het virus die essentieel zijn voor de hechting aan receptoren van de gastheercel. * **Beschermende envelop:** Sommige virussen hebben een extra lipide dubbellaag die afkomstig is van de gastheercelmembraan. ### 4.1.2 Verschillen met bacteriën Het belangrijkste onderscheid tussen virussen en bacteriën is dat virussen geen zelfstandige levensvormen zijn. Bacteriën hebben een eigen celstructuur en metabolisme, terwijl virussen afhankelijk zijn van de machinerie van een gastheercel om zich te vermenigvuldigen. > **Tip:** Denk aan virussen als een genetische "instructie" die zichzelf niet kan uitvoeren zonder de "fabriek" van een levende cel. ### 4.1.3 Soorten virussen Virussen worden geclassificeerd op basis van hun gastheer: * **Bacteriofagen:** Virussen die bacteriën infecteren. Bacteriofagen hebben vaak een karakteristieke kop-en-staartstructuur. * **Dierpathogene virussen:** Virussen die dieren infecteren. * **Plantaardige virussen:** Virussen die planten infecteren. Deze zijn vaak RNA-virussen, zoals het tabaksmozaïekvirus (TMV). * **Menspathogene virussen:** Virussen die mensen infecteren. ## 4.2 Virale voortplanting Virussen vermenigvuldigen zich obligaat parasitair, wat betekent dat ze altijd een levende gastheercel nodig hebben. Er zijn twee belangrijke cycli van virale replicatie: de lytische cyclus en de lysogene cyclus. ### 4.2.1 De lytische cyclus Deze cyclus leidt direct tot de dood van de gastheercel door lyse (verbreking). De stappen omvatten: 1. **Hechting (Adsorptie):** Het virus bindt zich aan specifieke receptoren op het oppervlak van de gastheercel. 2. **Penetratie:** Het virus of zijn genetisch materiaal dringt de gastheercel binnen. Bij bacteriofagen wordt vaak alleen het genetisch materiaal geïnjecteerd. 3. **Replicatie en synthese:** De gastheercel wordt gedwongen om virale componenten (genetisch materiaal en eiwitten) te produceren. 4. **Assemblage:** De nieuwe virale componenten worden samengevoegd tot nieuwe virionen. 5. **Lyse:** De gastheercel barst open, waardoor de nieuw gevormde virussen vrijkomen en andere cellen kunnen infecteren. ### 4.2.2 De lysogene cyclus In deze cyclus wordt het virale DNA geïntegreerd in het DNA van de gastheercel en blijft het latent aanwezig als een provirus. 1. **Integratie:** Het virale DNA wordt opgenomen in het genoom van de gastheercel. 2. **Vermeerdering met gastheer:** Telkens wanneer de gastheercel zich deelt, wordt ook het virale DNA vermenigvuldigd. Dit leidt gedurende een periode niet tot de dood van de gastheercel. 3. **Inductie:** Onder bepaalde omstandigheden (bv. stress, mutaties) kan het virale DNA zich uit het gastheerdna losmaken en de lytische cyclus starten. > **Tip:** De lysogene cyclus kan de verspreiding van een virus in een populatie op lange termijn bevorderen, omdat het niet onmiddellijk detecteerbaar is en zich stilzwijgend vermeerdert. ### 4.2.3 Virionen en virussen in de omgeving In afwachting van een geschikte gastheercel kan een virus in een vrije, infectieuze toestand (virion) voorkomen in de omgeving, bijvoorbeeld in aerosolen of op stofdeeltjes. In deze toestand kan het virus overleven, maar zich niet vermenigvuldigen. ## 4.3 Virussen als pathogenen Virussen zijn belangrijke ziekteverwekkers (pathogenen) voor mens, dier en plant. ### 4.3.1 Virale antigenen en immuunrespons * **Antigenen:** Dit zijn eiwitten aan de buitenkant van het virus die het immuunsysteem van de gastheer kunnen activeren. Ze worden ook wel "antibody generators" genoemd. * **Antistoffen:** Het immuunsysteem produceert antistoffen als reactie op de virale antigenen, om de virussen te neutraliseren of te markeren voor vernietiging. * **Antigene drift:** Kleine veranderingen in de virale antigenen door mutaties kunnen ervoor zorgen dat het immuunsysteem de virussen niet meer herkent, wat leidt tot nieuwe infecties of pandemieën (bv. bij influenza). > **Tip:** Virale antigenen zijn cruciaal voor zowel de infectie als de immuunrespons en spelen een sleutelrol in de ontwikkeling van vaccins. ### 4.3.2 Voorbeelden van virale ziekten * **Influenza virus:** Veroorzaakt griep. De letter-cijfercodes (bv. H5 of H7 in H5N1) verwijzen naar specifieke antigenen op het virusoppervlak. * **Coronavirus:** Veroorzaakt diverse ziekten, waaronder COVID-19. * **Plantaardige virussen:** Zoals het tabaksmozaïekvirus (TMV), dat planten aantast en hun groei en ontwikkeling beïnvloedt. Het begrip "virale antigenen bestaan uit DNA dat een afweerreactie opwekt" is **fout**. Virale antigenen zijn primair **eiwitten** aan de buitenkant van het virus die het afweersysteem activeren om antistoffen te maken. Het genetisch materiaal van het virus is weliswaar DNA of RNA, maar dit is niet direct het antigeen dat de immuunrespons triggert. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Prokaryote cel | Een celtype dat geen kernmembraan heeft en waarvan het genetisch materiaal los in het cytoplasma ligt. Bacteriën en archaea zijn voorbeelden van prokaryoten. | | Eukaryote cel | Een celtype dat wel een kernmembraan bezit, waarin het genetisch materiaal is opgesloten. Cellen van dieren, planten, schimmels en protisten zijn eukaryoot. | | Biomining | Het gebruik van micro-organismen om metalen uit ertsen te winnen. Dit proces maakt gebruik van de metabole activiteit van bacteriën om metaalionen op te lossen. | | Bioremediatie | Het gebruik van levende organismen, met name micro-organismen, om milieuvervuiling af te breken en te verwijderen. Dit kan toegepast worden op bodem, water en lucht. | | Microbiota | De gemeenschap van micro-organismen (bacteriën, schimmels, virussen) die op of in een gastheer leven. De menselijke microbiota is een essentieel onderdeel van het immuunsysteem en de spijsvertering. | | Colonisatie-resistentie | Het vermogen van de normale microbiota om de vestiging en groei van pathogene micro-organismen te voorkomen door concurrentie voor voedingsstoffen en ruimte, of door de productie van antimicrobiële stoffen. | | Mineralisatie | Het proces waarbij organisch materiaal door micro-organismen wordt afgebroken tot anorganische verbindingen, zoals koolstofdioxide ($CO_2$) en mineralen. Dit is cruciaal voor de kringloop van voedingsstoffen in ecosystemen. | | N-cyclus (Stikstofcyclus) | Het biochemische proces waarbij stikstof wordt omgezet tussen verschillende chemische vormen, essentieel voor het leven. Belangrijke stappen zijn stikstoffixatie, ammonificatie, nitrificatie en denitrificatie, uitgevoerd door micro-organismen. | | N-fixatie | Het proces waarbij atmosferische stikstof ($N_2$) door bepaalde micro-organismen wordt omgezet in een voor planten opneembare vorm, zoals ammoniak ($NH_3$). | | Ammonificatie | De omzetting van organisch gebonden stikstof (in eiwitten en nucleïnezuren) door micro-organismen tot ammoniak ($NH_3$) of ammoniumionen ($NH_4^+$). | | Nitrificatie | Een tweeledig proces waarbij ammoniak ($NH_3$/$NH_4^+$) door bacteriën in het milieu wordt omgezet in nitriet ($NO_2^-$) en vervolgens in nitraat ($NO_3^-$). Dit vindt plaats in aerobe omstandigheden. | | Denitrificatie | Het proces waarbij nitraat ($NO_3^-$) door anaerobe bacteriën wordt gereduceerd tot stikstofgas ($N_2$) en stikstofoxiden. Dit vindt plaats in zuurstofarme milieus. | | Chemolithotroof | Een organisme dat energie verkrijgt uit de oxidatie van anorganische verbindingen en koolstof uit anorganische bronnen, zoals $CO_2$. Veel bacteriën in de stikstofcyclus zijn chemolithotroof. | | Endospore | Een inactieve, resistente structuur die door sommige bacteriën, zoals Bacillus en Clostridium, wordt gevormd onder ongunstige omstandigheden om te overleven. | | Saprofyt | Een organisme dat zich voedt met dood organisch materiaal. Veel bacteriën en schimmels zijn saprofieten en spelen een belangrijke rol bij de afbraak van biomassa. | | Anammox bacterie | Bacteriën die anaerobe ammoniumoxidatie uitvoeren, waarbij ammonium ($NH_4^+$) en nitriet ($NO_2^-$) direct worden omgezet in stikstofgas ($N_2$) en water ($H_2O$). Dit is een efficiënt proces in afvalwaterzuivering. | | Actief slib | Een mengsel van micro-organismen (voornamelijk bacteriën) en vaste deeltjes dat wordt gebruikt in biologische afvalwaterzuivering. Het slib verwijdert organische vervuiling uit het water. | | Voedselinfectie | Een ziekte die wordt veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met levende ziekteverwekkende micro-organismen, zoals bacteriën. De micro-organismen groeien in het lichaam en veroorzaken de symptomen. | | Voedselintoxicatie | Een ziekte die wordt veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmette toxines bevat, geproduceerd door micro-organismen. De toxines zelf zijn verantwoordelijk voor de ziekteverschijnselen. | | Salmonella | Een geslacht van staafvormige bacteriën die tot de familie Enterobacteriaceae behoren en voedselinfecties kunnen veroorzaken. Ze komen vaak voor op eierschalen en bij gevogelte. | | Enterobacteriaceae | Een grote familie van Gram-negatieve, staafvormige bacteriën die veel voorkomende darmbewoners zijn bij mens en dier. Sommige leden, zoals Salmonella en Escherichia coli, kunnen pathogeen zijn. | | Escherichia coli (E. coli) | Een veelvoorkomende darmbacterie bij mens en dier, die meestal niet ziekteverwekkend is, maar waarvan bepaalde stammen (zoals EHEC) voedselinfecties kunnen veroorzaken. | | EHEC | Enterohemorragische Escherichia coli, een specifieke stam van E. coli die ernstige diarree, waaronder bloederige colitis, kan veroorzaken en kan leiden tot het hemolytisch uremisch syndroom (HUS). | | Coliforme bacteriën | Een groep van Gram-negatieve bacteriën die verwant zijn aan E. coli en vaak worden gebruikt als indicator voor fecale besmetting van water en voedsel. | | CPE bacteriën (Carbapenemase Producing Enterobacteriaceae) | Enterobacteriaceae die het enzym carbapenemase produceren, waardoor ze resistent zijn tegen carbapenem-antibiotica. Dit vormt een ernstig probleem in ziekenhuizen. | | Staphylococcus aureus | Een Gram-positieve bacterie die voorkomt op de huid en in de neus van mensen en dieren. Sommige stammen produceren toxines die voedselintoxicaties kunnen veroorzaken, en de MRSA-variant is multiresistent. | | MRSA (Methicilline Resistent Staphylococcus aureus) | Een variant van Staphylococcus aureus die resistent is tegen methicilline en vaak ook tegen andere antibiotica, wat behandeling van infecties bemoeilijkt. | | Kruiscontaminatie | De overdracht van micro-organismen van een besmet oppervlak of voedsel naar een ander, niet-besmet oppervlak of voedsel. Dit kan gebeuren tijdens voedselbereiding. | | Melkzuurbacteriën | Een groep bacteriën die melksuiker (lactose) omzetten in melkzuur. Ze zijn belangrijk bij de productie van gefermenteerde zuivelproducten zoals yoghurt en kaas, en bij de conservering van voeders. | | Saccharomyces cerevisiae | Een gistsoort die veelvuldig wordt gebruikt bij de bereiding van brood (alcoholische fermentatie voor rijzing) en bij de productie van alcoholische dranken zoals wijn en bier. | | Alcoholische fermentatie | Een anaeroob metabool proces waarbij suikers door micro-organismen (zoals gisten) worden omgezet in ethanol en koolstofdioxide ($CO_2$). | | Prebiotica | Niet-verteerbare voedingsbestanddelen, zoals bepaalde suikers en voedingsvezels, die selectief de groei en activiteit van gunstige bacteriën in de darm stimuleren. | | Probiotica | Levende micro-organismen, meestal bacteriën, die, wanneer in adequate hoeveelheden geconsumeerd, een gunstig effect hebben op de gezondheid van de gastheer, met name op de darmflora. | | Synbiotica | Combinaties van prebiotica en probiotica die synergetisch werken om de gezondheid van de darmflora te verbeteren. | | GRAS (Generally Recognized As Safe) | Een Amerikaanse regelgeving die aangeeft dat een stof of ingrediënt over het algemeen als veilig wordt beschouwd voor gebruik in voedsel. | | Voedingsclaim | Een boodschap die stelt of de indruk wekt dat een levensmiddel bepaalde nutritionele eigenschappen heeft, zoals een laag vetgehalte of een bron van vezels. | | Gezondheidsclaim | Een boodschap die stelt of de indruk wekt dat een ingrediënt in een levensmiddel of het levensmiddel zelf een gezondheidseffect kan hebben, zoals het verlagen van cholesterol. | | Bifidogene factor | Stoffen, vaak prebiotische vezels, die de groei van Bifidobacterium-soorten in de darm bevorderen. | | Facultatief anaeroob | Een organisme dat zowel in aanwezigheid van zuurstof (aerobe omstandigheden) als in afwezigheid van zuurstof (anaerobe omstandigheden) kan groeien. E. coli is een voorbeeld. | | Fimbriae | Korte, haarachtige uitsteeksels op het oppervlak van bacteriën die een rol spelen bij adhesie aan gastheercellen of oppervlakken. | | Flagellen | Zweepdraden die bacteriën helpen bij beweging. De aanwezigheid en plaatsing van flagellen kunnen taxonomische kenmerken zijn. | | Bacteriën | Eencellige micro-organismen zonder celkern (prokaryoten). Ze zijn alomtegenwoordig in diverse milieus en spelen cruciale rollen in ecologie, biotechnologie en gezondheid. | | Virussen | Micro-organismen die geen eigen metabolisme hebben en zich alleen kunnen vermenigvuldigen in levende gastheercellen. Ze bestaan uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omhuld door een eiwitmantel. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. Ze worden onderzocht voor therapeutische toepassingen zoals bacteriofaagtherapie. | | Lytische cyclus | Een cyclus van viraal vermenigvuldiging waarbij het virus de gastheercel infecteert, zich vermenigvuldigt en uiteindelijk de cel laat barsten (lyse) om nieuwe virionen vrij te geven. | | Lysogene cyclus | Een cyclus van viraal vermenigvuldiging waarbij het virale DNA wordt geïntegreerd in het DNA van de gastheercel en daar latent aanwezig is. Het virale DNA wordt mee vermenigvuldigd met het gastheerdna. | | Virion | Een volledig virusdeeltje, bestaande uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel (capside), en soms een buitenste envelop. Het is de infectieuze, extracellulaire vorm van een virus. | | Antigeen | Een molecuul, meestal een eiwit, op het oppervlak van een virus of bacterie dat een immuunreactie kan opwekken en de productie van antistoffen stimuleert. | | Antigene drift | Kleine, geleidelijke veranderingen in de antigenen van een virus, meestal door mutaties in het genetisch materiaal. Hierdoor kunnen virussen aan de aandacht van het immuunsysteem ontsnappen. | | Serotype | Een groep micro-organismen die dezelfde oppervlakte-antigenen delen, waardoor ze door specifieke antistoffen kunnen worden geïdentificeerd. Het wordt vaak gebruikt om verschillende stammen van virussen of bacteriën te classificeren. |