AFW 1 Microbiologie in beweging

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

| Term | Definition | |------|------------| | Micro-organismen | Levende wezens die zo klein zijn dat ze niet met het blote oog zichtbaar zijn en alleen onder een microscoop kunnen worden waargenomen, zoals bacteriën, virussen, schimmels en protozoa. | | Kiemtheorie | Het principe dat specifieke ziekten worden veroorzaakt door specifieke micro-organismen, in tegenstelling tot eerdere theorieën over "kwaadaardige dampen" of spontane generatie. | | Pathogeen | Een micro-organisme of ander agens dat in staat is ziekte te veroorzaken bij een gastheer. | | Commensaal | Een organisme dat in symbiose leeft met een ander organisme, waarbij het voordeel heeft zonder de gastheer te schaden. | | Symbiont | Een organisme dat deelneemt aan een symbiotische relatie, die zowel mutualistisch (beide organismen profiteren), commensalistisch (één profiteert, de ander is ongedeerd) als parasitair (één profiteert, de ander wordt geschaad) kan zijn. | | Archaea | Een van de drie domeinen van het leven; deze prokaryote micro-organismen lijken op bacteriën maar verschillen significant in hun biochemie en genetische samenstelling, en leven vaak in extreme omgevingen. | | Bacteria | Een van de drie domeinen van het leven; deze prokaryote micro-organismen zijn alomtegenwoordig en komen voor in diverse vormen en leefomgevingen, sommigen zijn schadelijk en anderen nuttig. | | Eukarya | Een van de drie domeinen van het leven, waartoe organismen behoren met cellen die een celkern bevatten, inclusief dieren, planten, schimmels en protisten. | | Prokaryoot | Een organisme waarvan de cel(len) geen celkern of andere membraan-gebonden organellen bevat. Binnen de drie domeinen zijn Archaea en Bacteria prokaryoten. | | Eukaryoot | Een organisme waarvan de cel(len) een celkern en andere membraan-gebonden organellen bevat. | | 16S rRNA | Een klein ribosomaal RNA-molecuul dat een essentieel onderdeel is van het 30S ribosomale subeenheid in bacteriën en archaea. Het wordt veel gebruikt voor taxonomische classificatie en fylogenetische analyse vanwege de aanwezigheid van zowel geconserveerde als variabele regio's. | | LUCA | Staat voor "Last Universal Common Ancestor", de hypothetische laatste gemeenschappelijke voorouder van alle levende organismen op aarde. | | Horizontale gentransfer (HGT) | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet via verticale overerving (van ouder op nakomeling) met elkaar verbonden zijn. Dit is een belangrijke drijfveer voor evolutie bij micro-organismen. | | Pangenoom | De volledige set van genen die worden aangetroffen in alle stammen van een bepaalde soort of groep nauw verwante micro-organismen. Het omvat het kern-genoom (genen die in alle stammen aanwezig zijn) en de flexibele of supplementaire genen (genen die in slechts sommige stammen voorkomen). | | Virion | Een compleet, infectieus virusdeeltje dat bestaat uit genetisch materiaal (DNA of RNA) omgeven door een eiwitmantel (capside), en soms een lipideomhulsel. | | Antigeendetectie | Een laboratoriummethode die wordt gebruikt om specifieke antigenen (moleculen, meestal eiwitten of polysacchariden, op het oppervlak van een pathogeen) te identificeren. Dit kan helpen bij het diagnosticeren van infectieziekten. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een moleculaire techniek die wordt gebruikt om specifieke segmenten van DNA exponentieel te amplificeren, waardoor kleine hoeveelheden genetisch materiaal detecteerbaar en analyseerbaar worden. | | Next Generation Sequencing (NGS) | Een reeks geavanceerde DNA-sequencingtechnologieën die snelle en kosteneffectieve volledige genomische sequencing mogelijk maken, wat een revolutie teweegbrengt in de microbiologie en genetica. | | Opportunistische infectie | Een infectie die wordt veroorzaakt door een pathogeen die normaal gesproken geen ziekte veroorzaakt bij een gezonde gastheer, maar die ziekte kan veroorzaken wanneer de gastheer immuungecompromitteerd is of wanneer het micro-organisme in een ongebruikelijke locatie terechtkomt. | | Dysbacteriose | Een onevenwichtige samenstelling van de normale microflora van het lichaam, vaak geassocieerd met gezondheidsproblemen. | | Microbioom | De verzameling van alle micro-organismen (bacteriën, archaea, virussen, schimmels) die in een bepaalde omgeving leven, zoals het menselijk lichaam. | | Viroom | De verzameling van alle virussen die in een bepaalde omgeving leven, zoals het menselijk lichaam. | | Huidig genoom | Het totale genetische materiaal van een organisme. | | Darmmicrobiota | De gemeenschap van micro-organismen die in de darmen leven, voornamelijk bacteriën, die een cruciale rol spelen in de spijsvertering, immuniteit en algehele gezondheid. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert. Ze spelen een belangrijke rol in de ecologie van bacteriële gemeenschappen en worden onderzocht voor therapeutische toepassingen (faagtherapie). | | Endogene retrovirussen | Virussen die hun genetisch materiaal hebben geïntegreerd in het genoom van de gastheer, en die vervolgens worden doorgegeven aan de nakomelingen van de gastheer. | | HLA-eiwitten (Human Leukocyte Antigen) | Een groep eiwitten op het oppervlak van cellen die een sleutelrol spelen in het immuunsysteem door het presenteren van peptiden aan T-cellen, waardoor het immuunsysteem onderscheid kan maken tussen "zelf" en "vreemd". | | Alliel | Een van de twee of meer alternatieve vormen van een gen die zich op dezelfde plaats (locus) op een chromosoom bevinden. | | Co-evolutie | Het proces waarbij twee of meer soorten elkaar wederzijds beïnvloeden en evolutionair aanpassen als reactie op elkaars aanwezigheid. | | Immuniteit | De weerstand van een organisme tegen ziekteverwekkers. | | Virulentiefactoren | Moleculen of mechanismen die door een pathogeen worden gebruikt om infectie te veroorzaken, de gastheer te infecteren, te overleven en zich te verspreiden. | | Immuunevasie | Strategieën die pathogenen gebruiken om de immuunrespons van de gastheer te ontwijken, te omzeilen of te onderdrukken. | | Cytokinestorm | Een potentieel dodelijke overmatige immuunrespons die wordt gekenmerkt door een ongecontroleerde afgifte van pro-inflammatoire cytokines, wat leidt tot systemische ontsteking en orgaanfalen. |