2A_Bacteriën.pdf

# Inleiding tot bacteriën en virussen Dit gedeelte introduceert de basiskenmerken van bacteriën en virussen, inclusief hun rol in het menselijk lichaam, de interactie met het immuunsysteem, en concepten als groei, resistentie en virale levenscycli. ### 1.1 Situering van bacteriën Bacteriën vormen een zeer grote en diverse groep micro-organismen, mede door hun lange evolutionaire geschiedenis en optimale adaptatie. De meeste bacteriën die infecties veroorzaken en die in het menselijk lichaam aanwezig zijn, behoren tot de *Bacteria* (ook wel *Eubacteria* genoemd). *Archaea* zijn omgevingsbacteriën die recentelijk ook in de complexe darmflora zijn aangetroffen; hun functie of belang voor de menselijke gezondheid, zoals in de tandheelkunde, wordt mogelijk nog ontdekt [5](#page=5). Medische microbiologie bestudeert het effect van micro-organismen op de gezondheid. Een balans in de microbiële flora is essentieel voor een gezond leven; de eigen microbiële flora beschermt ons tegen infecties met pathogenen. Een muis die vrij is van bacteriën (germ-free) vertoont afwijkingen, bijvoorbeeld in de darmen en longen, wat het belang van een normaal microbioom onderstreept [1](#page=1) [7](#page=7) [8](#page=8). * **Microbioomoverdracht bij baby's:** Baby's komen na de steriele omgeving van de baarmoeder terecht in een omgeving vol bacteriën. Het immuunsysteem wordt onderdrukt om deze bacteriën te kunnen opnemen. Het microbioom wordt voornamelijk verkregen via de stoelgang van de moeder. Bij een keizersnede is er geen blootstelling aan de stoelgang, waardoor het microbioom voornamelijk via de huid wordt verkregen. Het is belangrijk om te beseffen dat de flora van de moeder kan worden overgedragen op het kind, en dat deze flora ook pathogenen kan bevatten. Een voorbeeld hiervan is sepsis bij een baby afkomstig uit de vaginale flora [10](#page=10) [9](#page=9). ### 1.2 Rol van bacteriën in het menselijk lichaam en interactie met het immuunsysteem Bacteriën zijn essentieel voor een gezond menselijk leven. De microbiële flora beschermt ons tegen infecties door pathogenen. Bacteriën kunnen zich aanpassen aan de omgeving door om te schakelen van een hyperactieve naar een slapende, of zelfs schijnbaar "dode" toestand, afhankelijk van de omgevingsvereisten, wat belangrijke klinische implicaties heeft [1](#page=1). #### 1.2.1 Groei, groei-eisen en adaptatie van bacteriën Het begrijpen van de groei-regulatie en groei-eisen van bacteriën is cruciaal om te snappen hoe ze reageren op antibiotica en hoe ze gedijen in specifieke niches. Belangrijke concepten hierbij zijn exponentiële groei, quorum sensing, biofilms, en afhankelijkheid van pH en temperatuur [1](#page=1). * **Exponentiële groei:** Bacteriële groei volgt vaak een exponentieel patroon, waarbij de populatie zich in een vast tijdsinterval verdubbelt, onder optimale omstandigheden [1](#page=1). * **Quorum sensing:** Dit is een communicatiemechanisme waarbij bacteriën dichtheidsafhankelijke genexpressie reguleren door middel van de productie en detectie van signaalmoleculen [1](#page=1). * **Biofilm:** Bacteriën kunnen zich vestigen op oppervlakken en een biofilm vormen, een complexe gemeenschap van micro-organismen ingebed in een zelfgeproduceerde matrix. Biofilms bieden bescherming tegen omgevingsstress en antimicrobiële middelen [1](#page=1). * **Omgevingsinvloeden:** De groei en overleving van bacteriën zijn sterk afhankelijk van omgevingsfactoren zoals pH en temperatuur [1](#page=1). #### 1.2.2 Genetische mechanismen voor aanpassing en resistentie Naast hun aanpassingsvermogen hebben bacteriën gespecialiseerde genetische mechanismen ontwikkeld om snel te muteren, en aldus snel resistentie en virulentie te ontwikkelen. Deze mechanismen maken bacteriën tot een constante uitdaging in de geneeskunde [1](#page=1). #### 1.2.3 Persisters en fenotypische variatie Bacteriën kunnen persisters vormen, een subpopulatie van cellen die resistent is tegen antibiotica, ook al beschikken ze niet over genetische resistie. Deze persisters kunnen na de antibioticabehandeling opnieuw uitgroeien en een infectie veroorzaken. Fenotypische variatie en adaptatie spelen een rol in het overleven van bacteriën onder stressvolle omstandigheden [1](#page=1). ### 1.3 Virussen en hun levenscycli De levenscyclus van virussen wordt toegelicht, en hoe medicatie en het aangeboren immuunsysteem hierop reageren [1](#page=1) [3](#page=3). #### 1.3.1 Structuur en eigenschappen van virussen Een virus, of virion, bestaat uit genetisch materiaal (RNA of DNA) omgeven door een eiwitmantel (capside). Sommige virussen bezitten ook een lipide envelop. Virussen kunnen worden geclassificeerd op basis van hun genetisch materiaal en structuur [3](#page=3). * **Naakte virussen:** Deze virussen hebben alleen een genetisch materiaal en een capside [3](#page=3). * **Enveloppevirussen:** Deze virussen zijn omgeven door een lipide envelop, afkomstig van de gastheercelmembraan [3](#page=3). #### 1.3.2 Virale levenscycli De virale levenscyclus omvat verschillende stappen, waaronder adsorptie (hechting aan de gastheercel), penetratie (binnendringen van de gastheercel), expressie en replicatie van viraal genetisch materiaal, productie van virale componenten, assemblage van nieuwe virionen, en release (vrijgave van nieuwe virussen uit de cel) [3](#page=3). * **Lytische levenscyclus:** Bij deze cyclus vermenigvuldigt het virus zich in de gastheercel en veroorzaakt uiteindelijk de lysis (celruptuur) en dood van de cel. Dit geldt bijvoorbeeld voor bacteriële virussen, ook wel bacteriofagen genoemd [3](#page=3). * **Temperate levenscyclus:** Sommige bacteriofagen kunnen een temperate levenscyclus ondergaan, waarbij hun genoom wordt geïntegreerd in het bacterieel chromosoom (lysogenie) zonder direct celdood te veroorzaken. Onder bepaalde omstandigheden kan het virus reactiveren en een lytische cyclus starten [3](#page=3). * **Integratie, latentie en oncogenetransformatie:** Virussen kunnen integreren in humaan DNA, wat leidt tot latentie. Latente virussen kunnen reactiveren en ziekte veroorzaken. Sommige virussen kunnen door oncogenetransformatie het risico op kanker verhogen [1](#page=1). * **Specifieke virale levenscycli:** De levenscycli van specifieke virussen, zoals HCV en HIV, worden ook behandeld, inclusief hun replicatie- en expressiemechanismen [3](#page=3). #### 1.3.3 Reactie van het immuunsysteem en medicatie Het aangeboren immuunsysteem reageert op virussen via mechanismen zoals Pathogen Recognition Receptors (PRRs) voor virus- en bacterieherkenning en de activatie van interferon-gestimuleerde genen (ISGs). Medicatie is gericht op het remmen van deze virale levenscycli [1](#page=1) [3](#page=3). ### 1.4 Belang van balans en medische microbiologie Het behouden van een balans tussen micro-organismen en de gastheer is cruciaal voor de gezondheid. Medische microbiologie richt zich op het begrijpen en beheersen van de interacties tussen micro-organismen en de menselijke gezondheid, inclusief de ontwikkeling van behandelingen en preventieve strategieën [11](#page=11) [6](#page=6) [7](#page=7). > **Tip:** Begrijpen hoe bacteriën en virussen interageren met het menselijk lichaam en het immuunsysteem is de sleutel tot het effectief bestrijden van infectieziekten. Focus niet alleen op het memoriseren van feiten, maar op het begrijpen van de onderliggende mechanismen. > **Voorbeeld:** De rol van de darmflora bij de ontwikkeling van het immuunsysteem bij pasgeborenen illustreert de complexe en vitale interactie tussen mens en micro-organisme. Het verschil in microbioomkolonisatie tussen vaginale geboorte en keizersnede onderstreept het belang van deze vroege blootstelling [9](#page=9). --- # Bacteriële anatomie en genoom Dit onderwerp verkent de fundamentele architectuur van bacteriën, met een focus op hun celstructuren en genetische materiaal [12](#page=12). ### 2.1 De bacteriële cel Bacteriën, als prokaryoten, verschillen significant van eukaryoten door hun afwezigheid van een celkern, mitochondriën en endoplasmatisch reticulum. Dit resulteert in snellere communicatie van buiten naar binnen en snellere replicatie. Bacteriële celgroottes variëren van 0,5 tot 10 µm, wat microscopisch onderzoek noodzakelijk maakt [12](#page=12). #### 2.1.1 Celmembraan en celwand Het celmembraan van bacteriën bestaat uit een fosfolipiden bilayer, waarin macromoleculen en glycoproteïnen zijn opgenomen voor contact en uitwisseling met de omgeving. Buiten het celmembraan bevindt zich doorgaans een celwand, die de bacterie stevigheid en vorm geeft [13](#page=13). ##### 2.1.1.1 Grampositieve en gramnegatieve celwanden Er zijn significante verschillen tussen de celwanden van grampositieve en gramnegatieve bacteriën, wat van belang is voor diagnostiek en therapie [14](#page=14). * **Grampositieve celwand:** Kenmerkt zich door een dikke laag peptidoglycanen die de cel stevigheid verleent. Eiwitten door deze laag faciliteren communicatie met de cel. Grampositieve bacteriën bevatten geen lipopolysacchariden (LPS) [14](#page=14). * **Gramnegatieve celwand:** Bestaat uit een dunne laag peptidoglycanen en een buitenmembraan (outer membrane). Dit buitenmembraan is een tweede lipidenmembraan dat lipopolysacchariden (LPS) bevat [14](#page=14). De gramkleuringstechniek maakt onderscheid mogelijk: grampositieven kleuren blauw, terwijl gramnegatieven rood kleuren na een rode tegenkleuring [14](#page=14). ##### 2.1.1.2 Lipopolysaccharide (LPS) LPS is een belangrijk bestanddeel van de celwand van gramnegatieve bacteriën en bestaat uit drie onderdelen [15](#page=15): * Lipide A staart (relatief constant) [15](#page=15). * Polysacchariden (relatief constant) [15](#page=15). * O-antigen (variabele suikerkop, soort- of type-specifiek) [15](#page=15). LPS fungeert als een endotoxine en kan bij mensen een krachtige inflammatoire reactie veroorzaken, leidend tot koorts, activatie van stolling en inflammatie [15](#page=15). > **Voorbeeld:** Het injecteren van LPS in muizen kan leiden tot een dodelijke immuunreactie door overmatige activatie van het immuunsysteem, zelfs zonder een daadwerkelijke infectie [16](#page=16). ##### 2.1.1.3 Bacteriën zonder celwand Sommige bacteriesoorten, zoals *Mycoplasmata* en *Chlamydia*, hebben geen celwand en bestaan uitsluitend uit een celmembraan. Deze bacteriën zijn hierdoor fragieler en behouden hun vorm minder goed, waardoor ze vaak obligaat intracellulair leven [14](#page=14). #### 2.1.2 Vorm van bacteriën en gramkleuring De vorm van bacteriën, zoals bolvormig (kok) of staafvormig (bacil), wordt bepaald door de celwand, maar is op zichzelf onvoldoende voor specifieke identificatie. De gramkleuring, gebaseerd op verschillen in de peptidoglycaansamenstelling, biedt een betere basis voor onderscheid [18](#page=18). * **Grampositieve bacteriën:** Kleuren blauw [18](#page=18). * **Gramnegatieve bacteriën:** Kleuren rood [18](#page=18). Vormvariaties zoals fusiform, kommavormig en spirocheten (kurkentrekker) komen ook voor [18](#page=18). Vier basale groepen bacteriën zijn te onderscheiden op basis van gramkleuring en vorm: grampositieve kokken, gramnegatieve kokken, grampositieve staven en gramnegatieve staven. Verdere onderverdeling van kokken omvat streptokokken (kettingen) en stafylokokken (trosjes) [19](#page=19). #### 2.1.3 Celwand van mycobacteriën Mycobacteriën bezitten een unieke, sterke celwand die grotendeels is opgebouwd uit een dichte laag lange mycolzuren. Dit leidt tot diverse gevolgen [20](#page=20): * **Lange overleving:** In de natuur, ondanks omgevingsfactoren zoals droogte [20](#page=20). * **Besmettelijkheid en pathogeniciteit:** Door hun weerstand tegen afbraak door macrofagen [20](#page=20). * **Resistent karakter:** En zuurvastheid, wat wordt benut in zuurvaste kleuringen [20](#page=20). ### 2.2 Het bacterieel genoom Het bacterieel genoom bestaat doorgaans uit één circulair, dubbelstrengs DNA-molecuul dat compact is opgevouwen. Enzymen zoals gyrasen en topo-isomeren zijn essentieel voor het ontvouwen en opvouwen van dit chromosoom en vormen een doelwit voor antibiotica zoals chinolonen. Soms bevatten bacteriën ook extra genetisch materiaal in de vorm van circulaire plasmiden [21](#page=21). #### 2.2.1 Minimum aantal genen voor leven Bacteriën worden beschouwd als levende organismen, in tegenstelling tot virussen die een gastheercel nodig hebben om zich te vermenigvuldigen. Het aantal genen in bacteriën varieert, waarbij de kleinste genomen worden aangetroffen bij mycoplasmata met ongeveer 482 genen. Deze bacteriën zijn sterk afhankelijk van eukaryote cellen voor hun overleving [22](#page=22). * **Kleine genomen (ca. 500 genen):** Bestaan voornamelijk uit genen die essentieel zijn voor DNA-replicatie, translatie en energieproductie [24](#page=24). * **Grotere genomen (bv. *Escherichia coli*, *Mycobacterium tuberculosis* met 4-5 duizend genen):** Bevatten naast essentiële genen ook genen voor regulatiemechanismen (signaaltransductie), antibioticaresistentie, overleving onder diverse omstandigheden, virulentiefactoren en sporevorming. Dit vergroot het aanpassingsvermogen aanzienlijk [23](#page=23). Grotere genomen maken een hogere mate van regulatie mogelijk, wat implicaties heeft voor antibioticagevoeligheid en vaccin-effectiviteit [24](#page=24). > **Tip:** Het menselijk lichaam is op moleculair niveau overwegend microbieel, met ongeveer evenveel bacteriële cellen als menselijke cellen en tien keer zoveel virussen. Om het functioneren van het menselijk lichaam te begrijpen, is het cruciaal om micro-organismen mee te nemen [24](#page=24). ### 2.3 Extra structuren Bacteriën kunnen over extra structuren beschikken die hun overleving, interactie met de gastheer en virulentie bevorderen [25](#page=25). * **Kapsel:** Een polysaccharidenlaag rond de celwand die de bacterie beschermt tegen fagocytose door immuuncellen [25](#page=25). * **Flagellen:** Zweepachtige structuren die zorgen voor beweeglijkheid van de bacterie [25](#page=25). * **Fimbriae:** Aanhechtingsmoleculen die binden aan specifieke receptoren op gastheercellen. Ze spelen een belangrijke rol bij kolonisatie en virulentie, en kunnen leiden tot de vorming van neutraliserende antilichamen door de gastheer [25](#page=25). Bij gramnegatieve bacteriën kan de variatie in LPS-types ook bijdragen aan de diversiteit van antigenen (bv. O-antigeen, H-antigeen, K-antigeen) [26](#page=26). * **Pilus:** Een buisvormige structuur die twee bacteriën kan verbinden, wat de overdracht van genetisch materiaal (zoals plasmiden) mogelijk maakt via een proces dat vergelijkbaar is met "seksueel contact" [28](#page=28). * **Sporen:** Hoewel geen structuren in strikte zin, vertegenwoordigen sporen een fysiologische fase waarin bacteriën metabool inactief worden om vijandige omstandigheden (warmte, straling, uitdroging) te overleven. Deze sporen kunnen na maanden of jaren terugkeren naar een vegetatieve vorm wanneer de omstandigheden gunstig zijn. Voorbeelden van sporevormende bacteriën zijn *Clostridium tetani* en *Bacillus anthracis* [28](#page=28). --- # Bacteriële groei, adaptatie en interacties Dit hoofdstuk behandelt de groei, adaptatie en interacties van bacteriën, inclusief concepten als biofilms, quorum sensing en persisters [29](#page=29) [30](#page=30) [31](#page=31) [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37) [38](#page=38) [39](#page=39). ### 3.1 Metabolisme, celgroei en fenotypische adaptatie Metabolisme omvat de omzetting van organische moleculen, onder andere voor energieproductie. Bacteriën en andere micro-organismen kunnen de omgeving beïnvloeden door middel van metabolieten. Voorbeelden buiten het lichaam zijn voedselfermentatie (yoghurt, bier, kaas, wijn, cacao, salami) en industriële productie van bijvoorbeeld citroenzuur [29](#page=29). Binnen het lichaam kunnen bacteriën ook invloed uitoefenen. Zure metabolieten van lactobacillen, die ontstaan door de afbraak van glycogeen uit vaginale cellen, zorgen voor een zure pH in de vagina. Een tegenovergesteld voorbeeld is *Helicobacter pylori*, dat lokaal het maagzuur neutraliseert door de enzymatische productie van ammoniak, waardoor het als enige bacterie op de maagmucosa kan leven. Bacteriën kunnen ook enzymen of eiwitten produceren die de omgeving beïnvloeden, zoals hyaluronidase of coagulase, en toxines die andere bacteriën (bacteriocines) of gastheercellen (neurotoxines, enterotoxines) beschadigen [29](#page=29). #### 3.1.1 Celdeling van bacteriën Bacteriën kunnen zich zeer snel delen, wat leidt tot exponentiële groei. Onder optimale omstandigheden vindt celdeling ongeveer elke 20 tot 30 minuten plaats. Na een lagfase (adaptieve fase met veranderingen in genexpressie) volgt een logaritmische toename. De stationaire fase wordt bereikt bij uitputting van voedingsbronnen, waarna afsterving dominant wordt. Dit resulteert in een logaritmische vermenigvuldiging tot grote aantallen in korte tijd [30](#page=30). #### 3.1.2 Omgevingsfactoren die celgroei beïnvloeden De omgeving is een sterk beïnvloedende factor voor bacteriële groei [31](#page=31). * **Temperatuur:** Er is een optimale temperatuur, een minimum, maximum en een specifieke range voor groei. Humane pathogenen en commensalen groeien het snelst rond 36,5°C. Koorts kan de groeisnelheid van de meeste bacteriën vertragen [31](#page=31). * **Zuurstof (O2) en Koolstofdioxide (CO2):** * Obligaat aeroob: Zuurstof is nodig voor groei (bv. *Mycobacterium tuberculosis*) [31](#page=31). * Facultatief aeroob-anaeroob: Veel bacteriën vallen in deze categorie [31](#page=31). * Anaeroob: Zuurstof is toxisch; gevoeligheid voor zuurstof is variabel [31](#page=31). * Capnofiel: Beter groei in een omgeving met hoge CO2-spanning (bv. *Haemophilus*) [31](#page=31). Dit is belangrijk voor geneeskunde en diagnostiek, met betrekking tot fysiologische eisen, kweekomstandigheden in het laboratorium en overleven tijdens transport [31](#page=31). * **Zuurtegraad (pH):** Er bestaan verschillen tussen bacteriën wat betreft groei in zure of alkalische omstandigheden. *Streptococcus mutans*, de verwekker van cariës, gedijt goed in een zure omgeving. De aanwezigheid van bacteriën wordt individueel beïnvloed door osmotische druk, O2- en CO2-spanning [31](#page=31). #### 3.1.3 Fenotypische variatie en adaptatie Bacteriën passen hun metabole arsenaal aan volgens de omgevingsomstandigheden. Dit kan leiden tot een knik in de groeicurve, die de tijd weergeeft die nodig is om bijvoorbeeld een operon in te schakelen [32](#page=32). **Het operon model:** Dit model beschrijft de genexpressieregulatie bij bacteriën. Wanneer glucose aanwezig is, wordt dit eerst verbruikt, zelfs als andere suikers zoals lactose of maltose ook aanwezig zijn. Zodra glucose is opgebruikt, kan lactose als energiebron worden gebruikt indien aanwezig. Het lactosemetabolisme wordt gestuurd door een feedbackmechanisme in het repressor-activatorsysteem. Activering leidt tot transcriptie van lactose-katabole enzymen. Bij repressie (bij afwezigheid van lactose of aanwezigheid van glucose) kan RNA-polymerase niet binden, waardoor de transcriptie stopt, de lactose-katabole enzymen verdwijnen en het lactosemetabolisme stilvalt. Repressor LacI wordt geïnactiveerd door lactose. De bacteriële cel wijzigt dus zijn metabole wegen volgens de omgevingscondities [33](#page=33). ##### 3.1.3.1 Planktonische versus sessiele bacteriën Klassiek worden bacteriën bestudeerd in proefbuizen onder ideale omstandigheden, in planktonische vorm, in reincultuur en in de exponentiële fase. Vanuit deze situaties worden fysiologische, morfologische, pathologische kenmerken en gevoeligheid voor antibiotica beschreven. In de reële situatie bevinden bacteriën zich echter in andere condities: gemengd met andere bacteriën, in suboptimale of hostiele omstandigheden, metabool inactief, en soms in sessiele vorm in plaats van planktonisch. Hierdoor gedragen zij zich *in vivo* soms anders dan voorspeld vanuit laboratoriumstudies, met variaties in virulentie of resistentie tegen antibiotica [34](#page=34). Fenotypische variaties ontstaan door meerdere verschijnselen [34](#page=34): * **Persisters:** Dit is een proces waarbij een bacterie metabool minder actief is en daardoor ongevoelig voor antibiotica. Het is geen passief fenomeen, maar een actieve reddingsreactie van bacteriën [34](#page=34). * **Sporen:** Vormen van gedifferentieerde, duurzame cellen die bestand zijn tegen ongunstige omstandigheden [34](#page=34). * **Fenotypisch switchen ('bet hedging' of risicospreiding):** Een populatie kent meerdere subpopulaties; een deel is klaar voor een aangepaste of andere omgeving, terwijl een ander deel klaargestoomd is voor een rampensituatie [34](#page=34). * **Biofilm en quorum sensing:** Zie hierna [34](#page=34). ### 3.2 Biofilm en quorum sensing Quorum sensing is een proces waarbij de dichtheid van bacteriën zodanig is dat boodschappermoleculen een kritische concentratie bereiken. Dit leidt tot het aan- of uitzetten van bepaalde metabole pathways, resulterend in een totaal ander metabolisme. Dit kan leiden tot de vorming van een biofilm [35](#page=35). Een biofilm is een vorm van een bacteriële populatie met totaal veranderde kenmerken. Het is een driedimensionale structuur met veel slijmproductie, waardoor de kolonie ongevoelig is voor antibiotica en macrofagen. Af en toe worden mobiele bacteriën losgelaten, soms met een persisterfenotype [35](#page=35). > **Tip:** Biofilms maken bacteriële infecties chronisch en resistent tegen antibiotica, wat een belangrijk klinisch probleem vormt [35](#page=35). Biofilms spelen niet alleen een rol bij infecties door lichaamsvreemde voorwerpen, maar ook bij veel weefselinfecties [37](#page=37). ### 3.3 Persisters Antibiotica doden bacteriën af in een logaritmisch proces. Persisters zijn cellen die ongevoelig zijn voor antibiotica door een andere metabole toestand. Deze cellen overleven en kunnen opnieuw metabool actief worden. Dit fenomeen is geen passief proces, maar een actieve reddingsreactie van bacteriën [38](#page=38). ### 3.4 Interacties in biofilm Bacteriën binnen een biofilm kunnen elkaar zowel positief als negatief beïnvloeden [39](#page=39). * **Positieve beïnvloeding:** Dit kan bijvoorbeeld door het verschaffen van aanhechtingsplaatsen aan andere soorten, of door de productie van metabolieten die nuttig zijn voor andere species [39](#page=39). * **Negatieve beïnvloeding:** Dit omvat competitie voor ruimte en voedsel, het wijzigen van de omgeving door metabolieten, of directer door antibacteriële middelen zoals bacteriocines. Op deze manier beschermt de normale flora zich tegen kolonisatie door pathogenen [39](#page=39). Interacties met het menselijk lichaam worden in andere hoofdstukken behandeld [39](#page=39). --- # Bacteriële taxonomie en genetische variatie Dit deel behandelt de naamgeving en classificatie van bacteriën, gebaseerd op genetische gelijkenis en ribosomaal RNA, evenals genetische variatie via mutatie en uitwisseling van erfelijk materiaal, inclusief serotypering en genotypering. ### 4.1 Taxonomie en naamgeving van bacteriën De naamgeving (genus en species) en taxonomie van bacteriën waren vroeger gebaseerd op fenotypische kenmerken, een systeem dat door Linnaeus voor macroscopische organismen werd opgesteld. De recente taxonomie steunt echter meer op genetische gelijkenis, met de aanname dat verschillen geleidelijk optreden tijdens de evolutie. De mate van verschil is omgekeerd evenredig met de taxonomische verwantschap. Nieuwe taxonomische inzichten hebben geleid tot andere indelingen in genera en species, en dus tot andere soortnamen dan in de vroegere literatuur [40](#page=40). #### 4.1.1 Ribosomaal RNA als leidraad Hoewel de vergelijking van het totale DNA nuttig is voor de studie van verwantschap, is het gen voor het ribosomale 16S-RNA een ideale sequentie op dat gebied. Het 16S subunit rRNA heeft een belangrijke structurele functie in het ribosoom en is vitaal. Structurele veranderingen (mutaties) leiden tot een andere structuur die kritisch kan zijn voor de functie, aangezien sommige gebieden nauwelijks muteren, terwijl andere gebieden grotere variatie bevatten dan de meer geconserveerde regio's. De veranderingen gebeuren heel traag. In bepaalde regio's weerspiegelt het verschil de evolutieduur, dus de verwantschap, en dit kan gebruikt worden voor taxonomische indeling, indeling in genera en uiteindelijk zelfs species, en kan zo gebruikt worden voor identificatie [41](#page=41). #### 4.1.2 Nieuwe taxonomische bevindingen en naamgeving Nieuwe taxonomische inzichten hebben geleid tot veranderingen in de classificatie en naamgeving van bacteriën [42](#page=42). > **Voorbeelden van naamswijzigingen:** > * *Actinobacillus actinomycetemcomitans* werd *Aggregatibacter actinomycetemcomitans* [42](#page=42). > * *Haemophilus aphrophilus* werd *Aggregatibacter aphrophilus* [42](#page=42). > * *Pseudomonas maltophilia* werd *Xanthomonas maltophilia*, en vervolgens *Stenotrophomonas maltophilia* [42](#page=42). > * *Pseudomonas cepacia* werd *Burkholderia cepacia* [42](#page=42). > * Vroeger behoorden vele soorten anaerobe gramnegatieve staven tot het genus *Bacteroides*; nu zitten deze in verschillende genera zoals *Bacteroides*, *Prevotella*, *Porphyromonas*, *Tannerella*, etc. [42](#page=42). > * Vele andere voorbeelden zijn te vinden bij streptokokken en *Corynebacteria* [42](#page=42). > * *Pneumocystis carinii* werd *Pneumocystis jirovecii* (schimmels) [42](#page=42). #### 4.1.3 Schrijfwijze van bacterienamen De schrijfwijze van bacterienamen volgt specifieke regels [43](#page=43). * **Genusnaam:** Wordt met een hoofdletter geschreven en, indien in het Latijn, cursief [43](#page=43). * **Soortnaam (species):** Wordt met een kleine letter geschreven en, indien in het Latijn, cursief [43](#page=43). * **Virusnamen:** Worden in het Latijn cursief geschreven (bv. *Paromoxyvirus*), terwijl Nederlandse of Engelse namen niet cursief zijn (bv. mazelenvirus, measles virus) [43](#page=43). * **Meervoud van soorten:** Indien men spreekt over soorten van een bepaald genus, zoals *Pseudomonas spp.*, wordt "spp." niet cursief geschreven [43](#page=43). * **Uitzondering:** *Salmonella Panama*. Hier is "Panama" geen species, maar een serovar, een variant aangeduid door serologische testen [43](#page=43). ### 4.2 Genetische variatie bij bacteriën Genetische variatie bij bacteriën ontstaat door gewone mutatie en selectie, maar ook door uitwisseling van grote stukken erfelijk materiaal [44](#page=44). #### 4.2.1 Oorzaken van genetische variatie Bacteriën van dezelfde species zijn niet identiek; de variatie binnen bacteriesoorten is veel groter dan binnen een diersoort. Op deze manier ontstaan varianten met andere 'uiterlijke' en fysiologische kenmerken, maar ook stammen die toxineproducerend zijn, beter aangepast aan een gastheer, of meer resistent aan antibiotica. Dit is te onderscheiden van fenotypische variatie, die het gevolg is van verschil in expressie van in principe hetzelfde genoom [44](#page=44). Het basisgenoom van een bacteriesoort kan aangevuld worden met allerlei chromosomale of extrachromosomale addities. Sommige genetische pakketten worden 'pathogenicity islands' genoemd; dit zijn gehelen van genen die de stam beter laten overleven, adhereren, en ziekte veroorzaken door toxines [44](#page=44). #### 4.2.2 Mechanismen van genetische uitwisseling Er zijn verschillende mechanismen voor genetische uitwisseling bij bacteriën: * **Transformatie:** Dit is de "spontane" opname van DNA uit de omgeving (van verwante species) en de inbouw ervan in het eigen chromosoom [45](#page=45). * **Transductie:** Hierbij worden genen via virussen overgebracht, dus door bacteriofagen [45](#page=45). * **Conjugatie:** Genen, vaak op extrachromosomaal DNA (plasmiden), worden overgedragen. Genen bevinden zich vaak reeds op transposons, dit zijn kleine mobiele genetische elementen die kunnen verplaatsen en op een andere plaats integreren, vaak in genetische regio's die daarvoor zijn voorbehouden [45](#page=45). * **Transfectie:** Dit is een techniek om cellen genetisch materiaal te laten opnemen, voornamelijk *in vitro* uitgevoerd [45](#page=45). Alle bovengenoemde mechanismen komen *in vivo* voor, behalve transfectie [45](#page=45). #### 4.2.3 Belang van genotypische verschillen De grote diversiteit binnen bacteriën van dezelfde species kan gebruikt worden voor verdere onderscheiding, wat nuttig kan zijn om verschillende redenen [46](#page=46): * **Pathogeniciteit:** Bepaalde types kunnen meer pathogeen zijn dan andere [46](#page=46). * **Epidemiologie:** Het is belangrijk om te weten hoe bacteriën zich verspreiden in de gemeenschap, of stammen in verschillende patiënten of locaties hetzelfde zijn, of de stam vanuit een ander land is gekomen, etc. [46](#page=46). * **Vaccinatie:** Als een vaccin bedoeld is om beschermende antilichamen op te wekken tegen een kapsel, moeten deze kapsels bekend en onderscheiden zijn, en epidemiologisch gevolgd worden [46](#page=46). Technieken zoals serotypering en genotypering (inclusief moleculaire fingerprinting en volledig genoom sequencing) worden gebruikt voor deze onderscheiding. Stammen die sterk op elkaar lijken, worden klonaal verwante stammen genoemd; als ze identiek zijn, spreekt men van een kloon [46](#page=46). ##### 4.2.3.1 Serotypering van bacteriën Serotypering is gebaseerd op het gebruik van specifieke antilichamen tegen specifieke (oppervlakkige) moleculen van het micro-organisme [47](#page=47). * **Antigenen:** Gramnegatieven hebben een buitenmembraan met lipopolysaccharide (LPS) dat somatische of O-antigenen bevat. Zowel gram-positieve als gram-negatieve bacteriën kunnen een kapsel hebben (K-antigenen). Sommige soorten hebben flagellen voor voortbeweging, genaamd H-antigenen [47](#page=47). * **Variabiliteit:** Deze antigenen zijn variabel per soort, maar ook binnen de soort. Een serotype van een species heeft een gelijk(e) antigeen(formule) [47](#page=47). * **Voorbeelden:** * *Escherichia coli* O157:H7 of *E. coli* O111:K58:H6. Deze types zijn suggestief voor de aanwezigheid van specifieke (enteropathogene) pathogenicity islands [47](#page=47). * Bij meningokokken heeft de meerderheid van de pathogene stammen een kapsel met één van de drie varianten: type A, B of C. Bescherming door antilichamen tegen kapsel A beschermt niet tegen B en C. Vaccins zijn niet actief tegen alle drie, maar slechts tegen één kapseltype. De drie serotypes hebben een eigen epidemiologie, en de keuze voor vaccinatie is hierop gebaseerd [47](#page=47). Het is belangrijk op te merken dat bacteriën van hetzelfde serotype vaak nog erg divers zijn. Verdere opdeling via extra serotyperingen of genotypering is mogelijk, zelfs tot op individueel stam-niveau (fingerprinting). Plasmiden en transposons (virulentie- en resistentiegenen) kunnen dit verder opsplitsen [47](#page=47). ##### 4.2.3.2 Genotypering van bacteriën Moleculaire fingerprinting of genotypering is gebaseerd op specifieke sequenties in het DNA van de verschillende 'klonen'. Dit wordt aangetoond met behulp van primers/PCR (wat amplicons oplevert met verschillende lengtes) of door te 'knippen' met restrictie-enzymes (of een combinatie van amplificatie gevolgd door restrictiedigestie) [48](#page=48). Tegenwoordig wordt steeds meer next generation sequencing gebruikt voor de karakterisering van bacteriën, inclusief whole genome sequencing [48](#page=48). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Bacteriën | Eencellige micro-organismen die essentieel zijn voor een gezond menselijk leven en onze microbiële flora vormen, ook al kunnen sommigen infecties veroorzaken. Ze hebben een celmembraan en meestal een celwand, cytoplasma, ribosomen en een circulair genoom, maar missen een celkern en organellen zoals mitochondriën. | | Virussen | Obligate intracellulaire parasieten die gastheer-metabolisme gebruiken voor hun expressie en vermenigvuldiging. Ze zijn geen levende organismen op zichzelf en hun genomen kunnen variëren in grootte, coderend voor enkele tot honderden eiwitten. | | Immuunsysteem | Het biologische systeem dat organismen beschermt tegen ziekteverwekkers. Het omvat een reeks organen, cellen en eiwitten die samenwerken om infecties te bestrijden. | | Antimicrobiële middelen | Stoffen die gebruikt worden om micro-organismen te doden of hun groei te remmen. Dit omvat antibiotica voor bacteriën en antivirale middelen voor virussen. | | Microbiële flora | De gemeenschap van micro-organismen die op en in het menselijk lichaam leven en een belangrijke rol spelen in de gezondheid en bescherming tegen pathogenen. | | Pathogenen | Micro-organismen, zoals bacteriën, virussen, schimmels of parasieten, die ziekte kunnen veroorzaken bij een gastheer. | | Exponentiële groei | Een vorm van groei waarbij de populatie van een organisme verdubbelt over een vaste tijdsperiode, wat leidt tot een zeer snelle toename in aantallen onder optimale omstandigheden. | | Quorum sensing | Een communicatiemechanisme waarbij bacteriën moleculaire signalen afscheiden en detecteren om hun dichtheid te meten. Dit stelt hen in staat om gecoördineerde gedragingen te vertonen, zoals biofilmvorming, wanneer een bepaalde concentratie is bereikt. | | Biofilm | Een gestructureerde gemeenschap van micro-organismen, ingebed in een zelfgeproduceerde matrix van extracellulaire polymeren, die zich hechten aan een oppervlak. Biofilms bieden bescherming tegen omgevingsstress, antibiotica en het immuunsysteem. | | Fenotypische adaptatie | Het vermogen van een organisme om zijn uiterlijke kenmerken en fysiologische functies aan te passen aan veranderende omgevingsomstandigheden, zonder dat de genetische code verandert. | | Gramkleuring | Een differentiële kleuringstechniek die wordt gebruikt om bacteriën te classificeren op basis van de chemische en fysieke eigenschappen van hun celwand. Gram-positieve bacteriën kleuren blauw/paars, terwijl Gram-negatieve bacteriën rood kleuren. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een essentieel bestanddeel vormt van de celwand van de meeste bacteriën. Het biedt structurele ondersteuning en bepaalt de vorm van de bacterie. | | Lipopolysachariden (LPS) | Een complex molecuul dat een belangrijk onderdeel is van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën. Het fungeert als een endotoxine en kan een krachtige immuunreactie veroorzaken. | | Endotoxine | Een toxische substantie die deel uitmaakt van de celwand van Gram-negatieve bacteriën. Bij vrijkomen kan het leiden tot ernstige ontstekingsreacties in de gastheer. | | Mycolzuren | Lange vetzuren die kenmerkend zijn voor de celwanden van mycobacteriën, zoals *Mycobacterium tuberculosis*. Deze vetzuren dragen bij aan de resistentie en overlevingskracht van deze bacteriën. | | Genoom | Het volledige DNA-gehalte van een organisme, dat alle genen en niet-coderende sequenties bevat. Bij bacteriën is dit meestal een enkel circulair chromosoom. | | Plasmiden | Kleine, circulaire, extrachromosomale DNA-moleculen die in het cytoplasma van bacteriën voorkomen. Ze kunnen genen bevatten die nuttig zijn voor de bacterie, zoals genen voor antibioticaresistentie of toxiciteit, en kunnen worden overgedragen tussen bacteriën. | | Operon | Een functionele eenheid van genen in bacteriën die samen worden getranscribeerd en die betrokken zijn bij een specifieke metabole route of functie. Het bevat regulerende elementen zoals promoters en operators. | | Persisters | Een subpopulatie van bacteriën die zich in een metabolisch inactieve staat bevinden, waardoor ze ongevoelig zijn voor antibiotica. Ze kunnen overleven in aanwezigheid van antibiotica en opnieuw actief worden wanneer de omstandigheden gunstiger worden. | | Quorum sensing | Een proces waarbij bacteriën hun dichtheid meten door middel van het produceren en detecteren van signaleringsmoleculen. Dit stelt de bacteriepopulatie in staat om gecoördineerde gedragingen te vertonen, zoals de vorming van biofilms. | | Taxonomie | De wetenschap van het classificeren en benoemen van levende organismen. Bij bacteriën steunt dit tegenwoordig sterk op genetische gelijkenis. | | Ribosomaal RNA (rRNA) | Een type RNA dat een structureel en functioneel bestanddeel is van ribosomen, de cellulaire machinerie voor eiwitsynthese. De 16S subunit rRNA wordt vaak gebruikt voor taxonomische classificatie vanwege de langzame evolutie en de aanwezigheid van zowel conservatieve als variabele regio's. | | Serotypering | Een methode om bacteriële stammen te onderscheiden op basis van hun antigenen, specifieke moleculen op het oppervlak van de bacterie waartegen het immuunsysteem antilichamen produceert. Dit is nuttig voor epidemiologische studies en vaccinontwikkeling. | | Genotypering | Een techniek die de genetische samenstelling van een bacterie analyseert om verschillende stammen te onderscheiden. Dit omvat methoden zoals moleculaire fingerprinting en whole genome sequencing. | | Pathogenicity islands (PAIs) | Discrete genomische gebieden die genen bevatten die de virulentie van een bacterie verhogen, zoals genen voor adhesie, toxineproductie of invasie van de gastheer. | | Transformatie | Een mechanisme van genetische uitwisseling waarbij een bacterie DNA uit de omgeving opneemt en integreert in zijn eigen genoom. | | Transductie | Een mechanisme van genetische uitwisseling waarbij genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere wordt overgebracht via een bacteriofaag (een virus dat bacteriën infecteert). | | Conjugatie | Een mechanisme van genetische uitwisseling waarbij genetisch materiaal, meestal in de vorm van een plasmide, direct wordt overgedragen van de ene bacterie naar de andere via een fysieke verbinding, zoals een pilus. |