Microbiologie II examen theorie.docx

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

| Term | Definition | |------|------------| | Prokaryoot | Een celtype dat geen echte celkern bezit en waarvan het genetische materiaal los in het cytoplasma zweeft. Prokaryoten omvatten bacteriën en archaea. | | Eukaryoot | Een celtype dat wel een echte celkern bevat, waarin het genetische materiaal is opgeslagen, en andere organellen zoals mitochondriën en chloroplasten. | | rRNA | Ribosomaal RNA, een molecuul dat een essentieel onderdeel vormt van ribosomen, de celonderdelen die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese. rRNA-sequenties worden vaak gebruikt voor fylogenetische analyses. | | Taxonomische hiërarchie | Een hiërarchisch classificatiesysteem dat organismen rangschikt op basis van hun evolutionaire verwantschap en gedeelde kenmerken, van breed naar specifiek (bv. Domein, Rijk, Stam, Klasse, Orde, Familie, Geslacht, Soort). | | Fenotypische kenmerken | Waarneembare eigenschappen van een organisme, zoals morfologie, gramkleuring, beweeglijkheid of fysiologische processen zoals fotosynthese of anaërobiose. | | Genotype | Het genetische materiaal van een organisme, bestaande uit DNA. Dit bepaalt de erfelijke eigenschappen van het organisme. | | Habitat | De natuurlijke omgeving of plaats waar een organisme leeft en zijn ecologische rol vervult. | | Niche | De specifieke functie of rol die een organisme binnen een ecosysteem vervult, inclusief zijn interacties met andere organismen en de omgeving. | | Wateractiviteit (aw) | De hoeveelheid beschikbaar water in een voedingsmiddel die micro-organismen nodig hebben om te groeien. Het is een maat voor de waterbeschikbaarheid, niet simpelweg het watergehalte. | | pH | Een maat voor de zuurgraad of alkaliteit van een oplossing. De pH beïnvloedt de groei en activiteit van micro-organismen sterk. | | Facultatief anaëroob | Een organisme dat zowel in de aanwezigheid van zuurstof als in de afwezigheid daarvan kan groeien, hoewel de groei in aanwezigheid van zuurstof vaak optimaal is. | | Obligaat anaëroob | Een organisme dat alleen kan groeien in de volledige afwezigheid van zuurstof. Zuurstof is toxisch voor deze organismen. | | Obligaat aeroob | Een organisme dat uitsluitend kan groeien in de aanwezigheid van zuurstof. | | Facultatief aeroob | Een organisme dat kan groeien met of zonder zuurstof, maar de voorkeur geeft aan zuurstofrijke omstandigheden. | | Micro-aerofiel | Een organisme dat groeit bij lage zuurstofconcentraties, maar hoge zuurstofconcentraties zijn toxisch. | | Psychrofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij lage temperaturen, typisch rond de 10-15°C. | | Mesofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij gematigde temperaturen, typisch rond de 30-40°C. Veel pathogenen vallen in deze categorie. | | Thermofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij hoge temperaturen, typisch tussen 50-85°C. | | Hyperthermofiel | Een micro-organisme dat optimaal groeit bij extreem hoge temperaturen, boven de 85°C. | | Halofiel | Een micro-organisme dat een hoge zoutconcentratie vereist voor optimale groei. | | Osmofiel | Een micro-organisme dat groeit in omstandigheden met een hoge osmotische druk, meestal veroorzaakt door hoge concentraties suiker of zout. | | Xerofiel | Een micro-organisme dat kan groeien in zeer droge omstandigheden (lage wateractiviteit). | | Bederfflora | De specifieke groep micro-organismen die dominant wordt tijdens het bederf van een bepaald voedingsmiddel, kenmerkend voor dat product. | | Intrinsieke factoren | Eigenschappen van het voedingsmiddel zelf die de microbiële groei beïnvloeden, zoals pH, wateractiviteit, nutriëntensamenstelling en antimicrobiële componenten. | | Procesfactoren | Factoren die gerelateerd zijn aan de bewerking en verwerking van het voedingsmiddel, zoals hittebehandeling of conserveringsmethoden. | | Extrinsieke factoren | Omgevingsfactoren tijdens bewaring en transport, zoals temperatuur, luchtvochtigheid en verpakking. | | Impliciete factoren | De interacties en wederzijdse beïnvloeding tussen verschillende micro-organismen die in een voedingsmiddel aanwezig zijn (bv. antagonisme, synergetisme). | | Antagonisme | Een interactie tussen micro-organismen waarbij de ene soort de andere remt of schaadt, bijvoorbeeld door competitie om voedingsstoffen of de productie van antibiotica. | | Synergisme | Een interactie tussen micro-organismen waarbij ze elkaar bevoordelen, bijvoorbeeld doordat de ene soort metabolieten produceert die nuttig zijn voor de ander. | | Voedselinfectie | Een ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat levende micro-organismen bevat die zich in de darm kunnen vermenigvuldigen en de darmflora verstoren. | | Voedselvergiftiging | Een ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat toxines bevat, geproduceerd door micro-organismen. De toxines zelf veroorzaken de symptomen. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken bij een gastheer. | | MID (Minimale Infectieuze Dosis) | De laagste concentratie van een micro-organisme die nodig is om een infectie te veroorzaken bij de gastheer. | | MTD (Minimale Toxische Dosis) | De laagste concentratie van een toxine die nodig is om een toxisch effect te veroorzaken. | | Bioremediatie | Het gebruik van micro-organismen om toxische of schadelijke stoffen om te zetten in minder schadelijke of onschadelijke eindproducten, vaak gebruikt voor milieu­zuivering. | | Mycorrhiza | Een symbiotische relatie tussen schimmels en plantenwortels, waarbij de schimmel de opname van nutriënten door de plant verbetert. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen die zich aan een oppervlak hechten en een beschermende extracellulaire matrix (EPS) produceren. Biofilms bieden bescherming tegen antimicrobiële middelen en omgevingsstress. | | EPS (Extracellulaire Polymeer Substantie) | Een matrix van polysachariden, proteïnen en DNA die door micro-organismen in biofilms wordt geproduceerd, en die de cellen bij elkaar houdt en structuur geeft. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij micro-organismen signalen uitwisselen om de dichtheid van hun populatie te bepalen en collectief gedrag te coördineren, zoals biofilmvorming of toxineproductie. | | HGT (Horizontal Gene Transfer) | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen organismen die niet via voortplanting met elkaar verbonden zijn, bijvoorbeeld via transformatie, transductie of conjugatie. | | Biologische afbraak (decompositie) | Het proces waarbij organisch materiaal wordt afgebroken tot eenvoudigere anorganische stoffen, voornamelijk door de activiteit van micro-organismen. | | Biogeochemische cycli | De cyclische paden waarlangs elementen (zoals koolstof, stikstof, zwavel, fosfor) door de biosfeer, lithosfeer, hydrosfeer en atmosfeer bewegen, vaak gemedieerd door micro-organismen. | | Industriële fermentatie | Een grootschalig proces waarbij micro-organismen worden gebruikt om grondstoffen om te zetten in economisch waardevolle producten zoals antibiotica, enzymen of organische zuren. | | Primair metaboliet | Een stof die essentieel is voor de groei en het metabolisme van een micro-organisme en die tijdens de groeifase wordt geproduceerd. | | Secundair metaboliet | Een stof die niet essentieel is voor de groei van het micro-organisme, maar die na de groeifase wordt geproduceerd en vaak specifieke functies heeft, zoals antibiotica. | | Chemostaat | Een type bioreactor voor continue cultuur waarbij de groeisnelheid van micro-organismen wordt gecontroleerd door de instroom van voedingsmedium en de uitstroom van cultuurvloeistof. | | Yield-coëfficiënt (Ys) | Een maat voor de efficiëntie waarmee een micro-organisme nutriënten omzet in biomassa. Een hogere Ys betekent meer biomassa per eenheid nutriënt. | | Batch fermentatie | Een gesloten systeem waarbij alle nutriënten tegelijk worden toegevoegd aan een bioreactor en het proces eindigt wanneer de nutriënten uitgeput zijn of het product is gevormd. | | Continu fermentatie | Een open systeem waarbij continu vers nutriëntenmedium wordt toegevoegd en afgewerkte cultuurvloeistof wordt verwijderd, waardoor een stabiele groeiomstandigheid wordt gehandhaafd. | | Fed-batch fermentatie | Een tussenvorm tussen batch en continue fermentatie, waarbij nutriënten geleidelijk worden toegevoegd tijdens het proces om optimale groei en productvorming te bevorderen. | | Bioconversie (biotransformatie) | Het gebruik van micro-organismen of hun enzymen om een specifieke chemische reactie uit te voeren, vaak om complexe moleculen om te zetten in andere waardevolle stoffen. | | Exosym | Enzymen die door micro-organismen buiten de cel worden uitgescheiden om complexe macromoleculen af te breken tot kleinere moleculen die de cel kan opnemen. | | Endosym | Enzymen die binnen de cel van een micro-organisme werken om intracellulaire reacties te katalyseren. | | Aerobe respiratie | Een metabool proces waarbij organismen zuurstof gebruiken om organische stoffen af te breken en energie (ATP) te produceren, met koolstofdioxide en water als bijproducten. | | Anaerobe respiratie | Een metabool proces waarbij organismen een andere elektronacceptor dan zuurstof gebruiken om organische stoffen af te breken en energie te produceren. | | Fermentatie | Een anaëroob metabool proces dat wordt gebruikt om energie te verkrijgen uit organische verbindingen, waarbij organische moleculen als eindproducten worden gevormd (bv. alcohol, melkzuur). | | Biopolymeren | Polymeren geproduceerd door levende organismen, zoals polysachariden, eiwitten of nucleïnezuren. In de industrie zijn bioplastics en xanthaangom voorbeelden. | | Antibiotica | Stoffen, meestal geproduceerd door micro-organismen (zoals schimmels en bacteriën), die de groei van andere micro-organismen remmen of doden. | | GMP (Good Manufacturing Practices) | Een systeem van kwaliteitsborging dat garandeert dat producten consistent worden geproduceerd en gecontroleerd volgens de vastgestelde kwaliteitsnormen. | | HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point) | Een systematische, preventieve aanpak voor voedselveiligheid die potentiële gevaren identificeert en beheerst. | | CCP (Critical Control Point) | Een stap in het productieproces waarbij een gevaar voor voedselveiligheid kan worden voorkomen, geëlimineerd of teruggebracht tot acceptabele niveaus. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een moleculair-biologische techniek die wordt gebruikt om specifieke DNA-fragmenten exponentieel te vermenigvuldigen, waardoor detectie en analyse mogelijk wordt. | | MALDI-TOF MS | Een analytische techniek (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation – Time Of Flight Mass Spectrometry) die wordt gebruikt voor de snelle identificatie van micro-organismen op basis van hun eiwitprofielen. | | ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) | Een veelgebruikte immunologische test om de aanwezigheid van specifieke antigenen of antilichamen in een monster te detecteren, vaak met behulp van enzymen die een kleurreactie veroorzaken. | | ATP (Adenosine Trifosfaat) | De belangrijkste energiedrager in cellen. De detectie van ATP kan een indicatie geven van de hoeveelheid levende micro-organismen op een oppervlak. | | Turbidimetrie | Een methode om de hoeveelheid micro-organismen in een vloeibare cultuur te meten op basis van de troebelheid (lichtverstrooiing) veroorzaakt door de cellen. | | Flowcytometrie | Een techniek die wordt gebruikt om individuele cellen in een vloeistofstroom te analyseren op basis van hun grootte, interne structuur en fluorescentie, met behulp van lasers. | | Specifiteit | In diagnostische tests verwijst dit naar het vermogen om het beoogde doelwit (bv. een specifiek micro-organisme) te detecteren zonder valse positieven van andere doelwitten. | | Sensitiviteit | In diagnostische tests verwijst dit naar het vermogen om zelfs lage concentraties van het doelwit te detecteren, waardoor valse negatieven worden geminimaliseerd. | | Biotype | Een classificatie van micro-organismen op basis van hun biochemische en fysiologische eigenschappen, vaak gebruikt in groeiafhankelijke tests. | | Serotype | Een classificatie van micro-organismen op basis van hun antigenen, gedetecteerd met behulp van specifieke antilichamen. | | Antigeen | Een molecuul (vaak op het oppervlak van een micro-organisme) dat een immuunrespons kan opwekken, met name de productie van antilichamen. | | Antilichaam (Antistof) | Een eiwit dat door het immuunsysteem wordt geproduceerd om specifieke antigenen te herkennen en te neutraliseren. | | Protozoa | Eencellige, heterotrofe eukaryotische organismen die zich meestal kunnen voortbewegen en leven in water of als parasieten in andere organismen. | | Cyanobacteriën | Prokaryotische organismen die aan zuurstof producerende fotosynthese doen en een belangrijke rol spelen in ecosystemen, zoals in marien plankton. | | Chemolithotrofen | Organismen die energie verkrijgen door de oxidatie van anorganische verbindingen en koolstof dioxide als koolstofbron gebruiken. | | Chemoheterotrofen (Organotrofen) | Organismen die energie verkrijgen door de oxidatie van organische verbindingen en organische verbindingen als koolstofbron gebruiken. | | Fotoautotrofen | Organismen die licht gebruiken als energiebron en koolstof dioxide als koolstofbron voor hun groei (bv. planten, algen, cyanobacteriën). | | Fotoheterotrofen | Organismen die licht gebruiken als energiebron, maar organische verbindingen als koolstofbron gebruiken. | | Methanogenen | Archaea die methaan produceren als bijproduct van hun metabolisme, vaak in anaërobe omstandigheden. | | Stikstoffixatie | Het proces waarbij atmosferische stikstofgas ($N_2$) wordt omgezet in ammoniak ($NH_3$) of andere stikstofverbindingen die door organismen kunnen worden gebruikt. Dit proces wordt uitsluitend uitgevoerd door bepaalde prokaryoten. | | Nitrificatie | Het proces waarbij ammoniak wordt geoxideerd tot nitriet ($NO_2^-$) en vervolgens tot nitraat ($NO_3^-$) door gespecialiseerde lithotrofe bacteriën. | | Denitrificatie | Het proces waarbij nitraat wordt omgezet in gasvormige stikstof ($N_2$) onder anaërobe omstandigheden, waardoor stikstof uit de bodem verdwijnt. | | Zwavelcyclus | De biogeochemische cyclus van zwavel, waarbij zwavel tussen verschillende oxidatietoestanden wordt omgezet, grotendeels gemedieerd door micro-organismen. | | Fosforcyclus | De biogeochemische cyclus van fosfor, dat voornamelijk in anorganische vorm (fosfaat) voorkomt en essentieel is voor DNA, RNA en ATP. | | Industriële biotechnologie | De toepassing van biotechnologische principes en processen in industriële toepassingen, vaak aangeduid als "witte biotechnologie". | | Gisten | Eencellige schimmels die zich vermenigvuldigen door knopvorming of deling en een belangrijke rol spelen in fermentatieprocessen zoals de productie van brood, bier en wijn. | | Melkzuurbacteriën | Een diverse groep bacteriën die melksuiker (lactose) omzetten in melkzuur, essentieel voor de productie van zuivelproducten zoals yoghurt en kaas. | | Schimmels | Eukaryotische organismen die zich voortplanten via sporen en een rol spelen bij de afbraak van organisch materiaal en de productie van metabolieten zoals antibiotica en mycotoxinen. | | Xanthaangom | Een polysacharide geproduceerd door de bacterie Xanthomonas campestris, gebruikt als verdikkingsmiddel en stabilisator in voedingsmiddelen en cosmetica. | | Bioplastics | Kunststoffen die gemaakt zijn van hernieuwbare grondstoffen of die biologisch afbreekbaar zijn. | | Streptomyceten | Een geslacht van bacteriën dat tot de Actinobacteria behoort en bekend staat om de productie van vele antibiotica en andere bioactieve secundaire metabolieten. | | Proto-oncogenen | Genen die normaal gesproken een rol spelen bij de celgroei en -deling, maar die gemuteerd kunnen leiden tot kanker. | | Wasmiddelen | Reinigingsmiddelen die enzymen bevatten, zoals proteasen en amylasen, om vetten, eiwitten en zetmeel af te breken. | | Edelrot | Een proces waarbij de schimmel Botrytis cinerea op druiven groeit, wat leidt tot een concentratie van suikers en een karakteristieke smaak in zoete wijnen. |