samenvatting microbiologie bact.docx

# Microbiële celstructuur en functie Dit onderwerp behandelt de fundamentele structuren van microbiële cellen, de verschillen tussen prokaryoten en eukaryoten, en de diversiteit in celenvelopstructuren, oppervlaktestructuren en inclusies. ## 1.1 De celomhulsel (The cell envelope) De celomhulsel is de buitenste laag van een microbiële cel en bestaat uit het cytoplasmatische membraan, de celwand en, bij sommige micro-organismen, een buitenmembraan. ### 1.1.1 Het cytoplasmatische membraan Het cytoplasmatische membraan scheidt het cytoplasma van de omgeving en reguleert de passage van stoffen de cel in en uit. * **Functies:** * Selectieve permeabiliteit: Reguleert transport van moleculen. * Energiemetabolisme: Cruciaal voor het genereren van de protonmotiv force (PMF) voor ATP-synthese. * Verankering van eiwitten: Essentieel voor diverse cellulaire functies. * **Structuur:** Bestaat uit een fosfolipide dubbellaag met geïntegreerde en perifere eiwitten. De hydrofobe vetzuurstaarten wijzen naar binnen, terwijl de hydrofiele fosfaatkoppen naar buiten en binnen wijzen. * **Transport door het membraan:** * **Passief transport:** Geen energie vereist; beweging volgens de concentratiegradiënt. * Simpel transport: Eiwitkanaal of drager. * Gefaciliteerde diffusie: Gebruikt een drager-eiwit, geen energie vereist. * **Actief transport:** Vereist energie (vaak PMF of ATP) om stoffen tegen de concentratiegradiënt in te transporteren. * **Symport:** Twee stoffen bewegen in dezelfde richting. * **Antiport:** Twee stoffen bewegen in tegengestelde richtingen. * **Groepstranslocatie:** De te transporteren stof wordt chemisch gemodificeerd tijdens het transport, wat een concentratiegradiënt creëert (bv. fosfotransferase-systeem). * **ABC (ATP-binding cassette) systemen:** Vereisen ATP voor transport en bestaan uit een substraat-bindend eiwit, een transmembraan kanaal en een ATP-hydrolyserend eiwit. ### 1.1.2 De celwand De celwand biedt structurele ondersteuning en beschermt de cel tegen osmotische druk. De samenstelling varieert sterk tussen verschillende groepen micro-organismen. * **Bacteriën:** * **Peptidoglycaan (PG):** Een uniek en cruciaal bestanddeel van de bacteriële celwand. * Structuur: Bestaat uit een polymeer van N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM) verbonden door $\beta$-1,4-glycosidische bindingen. Korte peptideketens zijn gebonden aan NAM. * Cross-linking: Peptideketens van verschillende glycaanketens worden onderling verbonden door peptidebruggen, wat de wand stevigheid geeft. Bij Gram-positieven komen vaak L-aminozuren en D-aminozuren voor, waaronder D-alaninyl-D-alanine als cross-linking punt. * **Gram-positieve celwand:** Dikke laag peptidoglycaan (tot 90% van de wand), gestabiliseerd door teichoïne zuren en lipoteichoïne zuren die covalent gebonden zijn aan het membraan. * **Gram-negatieve celwand:** Dunner peptidoglycaanlaag, gelegen in het periplasma tussen het cytoplasmatische membraan en een buitenmembraan. * **Buitenmembraan:** Een tweede lipide dubbellaag die lipopolysacchariden (LPS) bevat. LPS dient als oppervlakteherkenning, bevat endotoxinen (lipide A) en vormt poriën voor selectief transport. * **Periplasma:** De ruimte tussen het cytoplasmatische membraan en het buitenmembraan, die diverse enzymen en transporteiwitten bevat. * **Archaea:** * **Geen peptidoglycaan:** Celwanden zijn opgebouwd uit andere polysacchariden, eiwitten of glycoproteïnen. * **S-laag (Surface layer):** Een veelvoorkomende buitenste laag bestaande uit parakristallijne structuren van eiwitten of glycoproteïnen. * **Pseudomureïne:** Sommige Archaea (bv. methanogenen) hebben een celwand die lijkt op peptidoglycaan, maar met $\beta$-1,3-verbindingen en L-aminozuren. * **Cell-less microbes:** Sommige micro-organismen (bv. Mycoplasma) missen een celwand en leven in omgevingen zonder grote osmotische druk. ### 1.1.3 Diversiteit in celomhulselstructuren Naast de algemene structuren zijn er diverse varianten en aanvullende lagen: * **S-lagen:** Kunnen ook voorkomen bij bacteriën en dienen als beschermende of structurerende laag. * **Kapsels en slijmlagen (Polysaccharide coatings):** Losse of compacte polysaccharidenlagen buiten de celwand die helpen bij hechting, biofilmvorming en bescherming tegen uitdroging en fagocytose. * **Fimbriae en pili:** Filamentachtige eiwitstructuren aan het celoppervlak die betrokken zijn bij hechting aan oppervlakken, beweging (twitching motility) en genetische uitwisseling (conjugatie via seks-pili). * **Hami (Archaea):** Haakachtige structuren voor hechting aan oppervlakken en vorming van biofilms. ## 1.2 Cellulaire inclusies en speciale structuren Micro-organismen slaan reserves op in cellulaire inclusies en kunnen gespecialiseerde structuren vormen voor overleving. * **Cellulaire inclusies:** * **Opslagpolymeren:** Poly- $\beta$-hydroxybutyraat (PHB) en glycogeen voor koolstof- en energieopslag. * **Polyfosfaatgranules:** Opslag van anorganisch fosfaat. * **Zwavellichaampjes:** Opslag van zwavel, vaak geoxideerd tot sulfaat. * **Gasvesikels:** Holle structuren die drijfvermogen geven, essentieel voor fototrofe bacteriën in water. * **Magnetosomen:** Kleine deeltjes ijzeroxide die de cel helpen zich te oriënteren in een magnetisch veld (magnetotaxis). * **Endosporen:** * **Functie:** Hoog gedifferentieerde, slapende structuren gevormd door sommige bacteriën (voornamelijk Firmicutes) onder ongunstige omstandigheden. Ze zijn extreem resistent tegen hitte, droogte, straling en chemicaliën. * **Vorming (Sporulatie):** Een complex proces van cel differentiatie. * **Structuur:** Meerdere beschermende lagen, waaronder een kern, cortex, sporemantel en exosporium. Bevatten dipicolinezuur in complex met calciumionen, wat bijdraagt aan de dehydratie en stabiliteit van het DNA. ## 1.3 Celbeweging Veel micro-organismen kunnen zich bewegen, wat cruciaal is voor het vinden van voedsel, het ontsnappen aan schadelijke omstandigheden of het koloniseren van nieuwe niches. * **Flagella en archaella:** Lange, filamentachtige structuren die roteren en celbeweging in vloeistoffen aandrijven. * **Bacteriële flagella:** Aangedreven door de protonmotiv force (PMF). * **Archaella:** Structureel verwant aan pili, aangedreven door ATP-hydrolyse. * **Oppervlaktebeweging:** * **Twitching motility:** Aangedreven door type IV pili die zich aan het oppervlak hechten en de cel naar voren trekken. * **Sliding motility:** Continue beweging langs het oppervlak zonder externe structuren. * **Chemotaxtaxis:** Gerichte beweging van cellen als reactie op chemische gradiënten. ## 1.4 Eukaryotische microbiële cellen Eukaryote microben (zoals gisten en schimmels) hebben complexe celstructuren vergelijkbaar met planten- en dierencellen. * **Organellen:** Bevatten membraangebonden organellen zoals mitochondriën (voor energieproductie) en chloroplasten (voor fotosynthese). * **Mitochondriën en chloroplasten:** Hun oorsprong wordt verklaard door de endosymbiontentheorie, waarbij ze afstammen van vrijlevende bacteriën. ## 1.5 Celgroei en celdeling * **Binaire fissie:** De primaire manier van aseksuele voortplanting bij prokaryoten, waarbij een cel zich in twee identieke dochtercellen deelt na replicatie van het genetisch materiaal. * **Groeicyclus:** Een typische groeicurve in een batchcultuur omvat een lag-fase (acclimatisatie), exponentiële fase (snelle groei), stationaire fase (evenwicht tussen groei en afsterven) en afsterffase (netto afname van cellen). * **Groeiomstandigheden:** Factoren zoals temperatuur, pH, osmolariteit en zuurstofgehalte beïnvloeden de groeisnelheid en het type micro-organisme dat kan gedijen. ## 1.6 Control van microbiële groei Verschillende methoden worden gebruikt om microbiële groei te beheersen, variërend van fysieke methoden zoals hitte en straling tot chemische agentia en antibiotica. * **Sterilisatie en desinfectie:** Methoden om micro-organismen te doden of hun groei te remmen. * **Antimicrobiële middelen:** Werken op specifieke doelwitten in de cel, zoals de celwand, eiwitsynthese of nucleïnezuursynthese. Resistentie tegen deze middelen is een groeiend probleem. --- **Tip:** Bestudeer de specifieke verschillen in celwandstructuur tussen Gram-positieve en Gram-negatieve bacteriën, aangezien dit de basis vormt voor de Gram-kleuring en de keuze van antibiotica. Begrijp de mechanismen achter actief en passief transport over het cytoplasmatische membraan. Maak een overzicht van de belangrijkste inclusietypes en hun functies. Concentreer je op de structurele componenten die essentieel zijn voor overleving onder stress, zoals endosporen. Visualiseer de verschillende vormen van celbeweging. --- # Microbiële groei en controle Dit deel behandelt de factoren die de groei van micro-organismen beïnvloeden en de methoden om hun groei te controleren of ze te doden. ## 2 Microbiële groei en controle ### 2.1 Factoren die microbiële groei beïnvloeden Micro-organismen hebben specifieke omgevingscondities nodig om te kunnen groeien. De belangrijkste factoren die groei beïnvloeden zijn temperatuur, pH, osmolariteit en de beschikbaarheid van zuurstof. #### 2.1.1 Temperatuur Micro-organismen kunnen worden ingedeeld op basis van hun kardinale temperaturen: de minimale, optimale en maximale temperatuur waarbij groei mogelijk is. * **Psychrofielen**: Optimaal bij lage temperaturen (meestal onder 15°C). * **Mesofielen**: Optimaal bij gematigde temperaturen (tussen 20°C en 45°C), waaronder de meeste menselijke pathogenen vallen. * **Thermofielen**: Optimaal bij hoge temperaturen (tussen 45°C en 80°C). * **Hyperthermofielen**: Optimaal bij zeer hoge temperaturen (boven 80°C). Adaptaties aan koude temperaturen omvatten de productie van flexibele enzymen en membranen die bij lage temperaturen vloeibaar blijven. Adaptaties aan hoge temperaturen omvatten stabielere eiwitten met meer ionaire bindingen en hydrofobe interacties, en membraanlipiden met een hogere mate van verzadiging. #### 2.1.2 pH De pH van de omgeving heeft een grote invloed op de enzymactiviteit en de stabiliteit van cellulaire componenten. * **Neutrofielen**: Groeien optimaal rond neutrale pH (ongeveer 5.5-7.9). * **Acidofielen**: Groeien optimaal bij lage pH-waarden (onder 5.5). * **Alkalifielen**: Groeien optimaal bij hoge pH-waarden (boven 7.9). Micro-organismen handhaven vaak een interne neutrale pH, zelfs in sterk zure of alkalische omgevingen, door protonen actief uit de cel te pompen of op te nemen. #### 2.1.3 Osmolariteit en waterbeschikbaarheid De beschikbaarheid van water, gemeten als wateractiviteit ($a_w$), is cruciaal voor microbiële groei. Hoge concentraties opgeloste stoffen (zouten, suikers) verlagen de $a_w$ en kunnen water uit de cel onttrekken. * **Halofielen**: Vereisen hoge zoutconcentraties voor groei. * **Halotoleranten**: Kunnen groeien in aanwezigheid van zout, maar hebben dit niet per se nodig. * **Osmofielen**: Groeien in omgevingen met hoge suikerconcentraties. * **Xerofielen**: Kunnen groeien in zeer droge omgevingen. Om osmotische stress tegen te gaan, kunnen micro-organismen compatibele opgeloste stoffen accumuleren om de interne osmolariteit te verhogen. #### 2.1.4 Zuurstof en microbiële groei De behoefte aan zuurstof varieert sterk tussen micro-organismen. * **Obligaat aerobisch**: Vereist zuurstof voor groei. * **Obligaat anaeroob**: Zuurstof is toxisch en moet vermeden worden. * **Facultatief anaeroob**: Kan met of zonder zuurstof groeien, maar groeit beter met. * **Aerotolerant anaeroob**: Kan met of zonder zuurstof groeien, maar gebruikt het niet voor metabolisme. * **Microaerofiel**: Vereist zuurstof, maar alleen bij lage concentraties. Zuurstof kan toxisch zijn voor sommige micro-organismen vanwege de vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS) zoals superoxide anionen ($O_2^-$), waterstofperoxide ($H_2O_2$) en hydroxyl radicalen ($OH^•$). Enzymen zoals superoxide dismutase, catalase en peroxidase neutraliseren deze toxische bijproducten. ### 2.2 Controle van microbiële groei Microbiële groei kan worden gecontroleerd of beëindigd door verschillende methoden, gericht op het doden van micro-organismen of het remmen van hun groei. #### 2.2.1 Thermische methoden Hitte is een veelgebruikte en effectieve methode voor microbiële controle. * **Sterilisatie**: Totale eliminatie van alle micro-organismen, inclusief endosporen. * **Autoclaveren**: Gebruikt stoom onder druk bij 121°C om micro-organismen en endosporen te doden. * **Pasteurisatie**: Verlaagt de microbiële lading in warmtegevoelige vloeistoffen door korte blootstelling aan verhoogde temperaturen (bijv. 72°C gedurende 15 seconden voor melk). Dit doodt pathogenen maar steriliseert niet volledig. * **Decimale reductietijd (DRT)**: De tijd die nodig is om een populatie micro-organismen met een factor 10 te verminderen bij een specifieke temperatuur. Hogere temperaturen resulteren in een kortere DRT. #### 2.2.2 Straling Straling kan micro-organismen doden door DNA-schade te veroorzaken. * **Ultraviolette (UV) straling**: Effectief voor oppervlakte-desinfectie door DNA-schade te induceren, maar heeft beperkte penetratie. * **Ioniserende straling (gammastraling, röntgenstraling)**: Dringt dieper door en veroorzaakt ionisatie en de vorming van reactieve moleculen die DNA en andere cellulaire componenten beschadigen. Gebruikt voor sterilisatie van medische hulpmiddelen en sommige voedingsmiddelen. #### 2.2.3 Filtratie Filtratie verwijdert micro-organismen uit vloeistoffen en gassen door ze fysiek op te vangen op een filtermedium. * **Membraanfilters**: Hebben specifieke poriegroottes (bv. 0.45 $\mu$m of 0.2 $\mu$m) die bacteriën verwijderen, maar virussen doorlaten. Gebruikt voor sterilisatie van warmtegevoelige media. * **Dieptefilters**: Gebruiken een vezelrijk materiaal om deeltjes op te vangen. #### 2.2.4 Chemische agentia Verschillende chemicaliën worden gebruikt om microbiële groei te remmen of te doden. * **Sterilisanten**: Doden alle micro-organismen, inclusief endosporen (bv. ethyleenoxide, waterstofperoxide). * **Desinfectantia**: Doden de meeste pathogenen op niet-levende oppervlakken (bv. fenolen, alcoholen, halogenen). * **Antiseptica/kiemdodende middelen**: Remmen of doden micro-organismen op levend weefsel (bv. chloorhexidine, jodiumverbindingen). * **Bacteriostatische agentia**: Remmen de groei van bacteriën zonder ze te doden. Vereisen vaak dat het immuunsysteem de resterende microben opruimt. * **Bactericide agentia**: Doden bacteriën. * **Bacteriolytische agentia**: Doden bacteriën door celdood en lyseren. De effectiviteit van antimicrobiële agentia wordt beoordeeld door de minimale remmende concentratie (MIC) en de minimale bacteriedodende concentratie (MBC) te bepalen. ### 2.3 Kweek en meting van microbiële groei #### 2.3.1 Celvoeding en groeimedia Micro-organismen hebben nutriënten nodig voor groei. Deze worden onderverdeeld in macronutriënten (nodig in grote hoeveelheden, zoals koolstof, zuurstof, stikstof, fosfor, zwavel) en micronutriënten (nodig in kleine hoeveelheden, zoals metalen en groeifactoren). * **Autotrofen**: Gebruiken CO2 als koolstofbron. * **Heterotrofen**: Gebruiken organische moleculen als koolstofbron. Groeimedia zijn mengsels van nutriënten die worden gebruikt om micro-organismen in vitro te kweken. Ze kunnen **gedefinieerd** zijn (exacte chemische samenstelling bekend) of **complex** (bevatten extracten van biologische materialen). **Selectieve media** remmen de groei van ongewenste micro-organismen, terwijl **differentiële media** onderscheid mogelijk maken op basis van metabole eigenschappen. #### 2.3.2 Meting van celnummers Het aantal micro-organismen in een populatie kan op verschillende manieren worden gemeten: * **Directe telling (microscopisch)**: Tellen van cellen onder de microscoop. Geeft een totaal aantal, inclusief levende en dode cellen. * **Levensvatbare telling (viable count)**: Bepaalt het aantal levende, kweekbare cellen door verdunningen uit te platen op vaste media (spread plate of pour plate methode). Het verschil tussen directe tellingen en levensvatbare tellingen wordt de "great plate count anomaly" genoemd en weerspiegelt het grote aantal niet-kweekbare micro-organismen. * **Turbidimetrische metingen**: Meten van de troebelheid van een suspensie, die correleert met het celnummer. #### 2.3.3 Groeicyclus en kinetiek Microbiële groei in een gesloten systeem (batch culture) volgt een karakteristieke groeicurve: 1. **Lagfase**: Acclimatisatie aan de nieuwe omgeving. 2. **Exponentiële fase**: Cellen delen zich met een constante snelheid, leidend tot exponentiële toename van het celnummer. De **generatietijd** is de tijd die nodig is voor het verdubbelen van de populatie. 3. **Stationaire fase**: Groei vertraagt en stopt wanneer nutriënten uitgeput raken of toxische afvalproducten zich ophopen. 4. **Afstervingsfase**: Cellen beginnen af te sterven. In een **continue cultuur** (chemostat) wordt verse media toegevoegd en oud medium verwijderd, waardoor een constante celconcentratie en groeisnelheid kan worden gehandhaafd. #### 2.3.4 Biofilm groei Veel micro-organismen groeien als biofilms, een sessiele vorm van groei waarbij cellen vastzitten aan een oppervlak en ingebed zijn in een extracellulaire polymere substantie (EPS). Biofilms bieden bescherming tegen omgevingsstress, antibiotica en het immuunsysteem. ### 2.4 Microbieel gedrag en morfologie #### 2.4.1 Celoppervlaktestructuren * **Capsules en slijmlagen**: Buitenlaag van polysachariden die helpen bij hechting, bescherming tegen uitdroging en voorkoming van fagocytose. * **Fimbriae en pili**: Dunne, eiwitachtige structuren die betrokken zijn bij hechting, kolonisatie en genetische uitwisseling (conjugatie). #### 2.4.2 Cel-inclusies Cellen kunnen reservematerialen opslaan in de vorm van polymeren (bv. poly-β-hydroxybutyraat, glycogeen), fosfaatgranules of zwavelgranules. Gasvacuolen zorgen voor drijfvermogen. Magnetosomen bevatten ijzeroxidekristallen en maken magnetotaxis mogelijk. #### 2.4.3 Endosporen Sommige bacteriën (Firmicutes) kunnen zeer resistente endosporen vormen als overlevingsstructuur onder ongunstige omstandigheden. Deze endosporen zijn bestand tegen hitte, droogte, straling en chemicaliën. #### 2.4.4 Motiliteit * **Flagellen en archaella**: Appendages die rotatie-aangedreven beweging in vloeistof mogelijk maken. * **Surface motility**: Inclusief twitchende beweging (via pili) en glijdende beweging. * **Taxis**: Gerichte beweging in reactie op chemische (chemotaxis), licht (fototaxis) of andere stimuli. #### 2.4.5 Celmorfologie en cytoskelet De vorm van bacteriële cellen (coccus, bacillus, spiraal) wordt bepaald door het cytoskelet, met name door eiwitten als MreB. Peptidoglycaan biosynthese, gemedieerd door enzymen als transpeptidases en autolysines, speelt een cruciale rol in celwandgroei en -vorming. ### 2.5 Controle van microbiële infecties en pathogenese #### 2.5.1 Antibiotica en hun werking Antibiotica zijn antimicrobiële middelen die selectief de groei van pathogenen remmen of doden. Ze werken via verschillende mechanismen: * **Celwandsynthese remming**: Bv. β-lactam antibiotica (penicillines, cephalosporines) die transpeptidases blokkeren, en glycopeptiden (vancomycine) die de precursor-binding verstoren. * **Proteïnesynthese remming**: Binden aan bacteriële ribosomen (bv. aminoglycosiden, macroliden, tetracyclines). * **Nucleïnezuursynthese remming**: Interfereren met DNA-gyrase (chinolonen) of RNA-polymerase. * **Metabole remming**: Nabootsen van essentiële metabolieten (bv. sulfonamiden die PABA nabootsen). * **Celmembraan verstoring**: Bv. polymyxines en daptomycine. #### 2.5.2 Antibioticaresistentie Micro-organismen kunnen resistentie ontwikkelen tegen antibiotica via intrinsieke mechanismen of door genetische uitwisseling (plasmiden). Dit omvat het inactiveren van het antibioticum, modificatie van het doelwit, uitpompen van het antibioticum (efflux), of het ontwikkelen van bypass-routes. #### 2.5.3 Pathogenese en virulentie Pathogenen veroorzaken ziekte door **adhesie** aan gastheerweefsels, **kolonisatie** en **invasie**. **Virulentiefactoren** zijn moleculen die de pathogeniteit vergroten, zoals: * **Enzymen**: Hyaluronidase, coagulase, collageenase die weefsels afbreken of bloedklontering manipuleren. * **Toxines**: * **Exotoxines**: Eiwitten die door bacteriën worden uitgescheiden, zoals AB-toxines (difterietoxine, cholerabacillus toxin), cytotoxines (hemolysines) en superantigens. * **Endotoxines**: Lipopolysachariden (LPS) uit de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën, die koorts veroorzaken. #### 2.5.4 Infectietransmissie Ziekten kunnen worden overgedragen via verschillende routes: * **Luchtgebonden**: Aerosolen (bv. Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae). * **Direct contact**: Via huid-huid contact of lichaamsvloeistoffen (bv. Staphylococcus aureus, Neisseria gonorrhoeae, Treponema pallidum). * **Vector-overgedragen**: Door insecten of andere arthropoden (bv. Borrelia burgdorferi via teken, Yersinia pestis via vlooien). * **Water- en voedselgebonden**: Via gecontamineerd water of voedsel (bv. Vibrio cholerae, Salmonella, E. coli, Clostridium botulinum). * **Bodem-gebonden**: Via wonden met bodemverontreiniging (bv. Clostridium tetani, Clostridium perfringens). #### 2.5.5 Epidemiologie en volksgezondheid Epidemiologie bestudeert de verspreiding en bepalende factoren van ziekte in populaties. Belangrijke concepten zijn **incidentie**, **prevalentie**, **epidemieën**, **pandemieën**, **endemieën** en **kudde-immuniteit**. Controlemaatregelen omvatten vaccinatie, hygiëne, waterzuivering en voedselveiligheid. #### 2.5.6 Menselijke microbiële interacties Het menselijk lichaam herbergt een complex microbioom dat essentieel is voor de gezondheid. De samenstelling van het microbioom varieert per lichaamslocatie (darmen, huid, mondholte) en kan verstoord raken (dysbiose) door factoren als antibiotica, dieet en levensstijl, wat kan leiden tot ziekten. Behandelingen zoals probiotica en prebiotica kunnen helpen bij het moduleren van het microbioom. --- # Microbiële infectie en pathogenese Hier is een uitgebreide samenvatting over microbiële infectie en pathogenese, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 3 Microbiële infectie en pathogenese Dit onderwerp onderzoekt hoe micro-organismen infecties veroorzaken en ziekte bij de gastheer teweegbrengen. Het behandelt concepten als adhesie, kolonisatie, invasiviteit, virulentie, en de rol van enzymen en toxines in het ziekteproces. ### 3.1 Inleiding tot de interactie tussen mens en micro-organisme Een infectie treedt op wanneer (vreemde) micro-organismen zich vestigen en groeien in een gastheer, wat al dan niet schadelijk kan zijn. Ziekte is de daadwerkelijke weefselschade of wond die het functioneren van de gastheer belemmert. Pathogenen zijn microbiële parasieten die ziekte of weefselschade veroorzaken. Pathogeniteit is de capaciteit van een parasiet om schade aan te richten. ### 3.2 Adherentie en kolonisatie Microbiële adhesie, het vermogen van microben om zich aan de gastheer te hechten, vergroot hun kans om toegang te krijgen tot de gastheer. Adhesines, glycoproteïnen of lipoproteïnen op het oppervlak van pathogenen, maken binding aan gastheercellen mogelijk. * **Structuren voor adhesie:** * **Capsules:** Vormen een dikke laag rond het celmembraan en de celwand. Ze zijn kleverig en hebben specifieke receptoren voor hechting, terwijl ze de bacterie ook beschermen tegen fagocytose door witte bloedcellen. * **Fimbriae, pili en flagellen:** Deze structuren kunnen ook bijdragen aan adhesie. Kolonisatie is de groei van micro-organismen nadat ze toegang hebben gekregen tot het gastheerweefsel. Dit proces begint al bij de geboorte. ### 3.3 Invasiviteit Invasiviteit is het vermogen van een pathogeen om in het gastheerweefsel te groeien tot een dichtheid die het functioneren van de gastheer belemmert. * **Bacteriëmie:** Aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan. * **Sepsis:** Een bloedvergiftiging die leidt tot massale ontsteking, septische shock en mogelijk de dood. ### 3.4 Pathogeniteit, virulentie en virulentieattenuatie * **Pathogeniteit:** De capaciteit van een parasiet om ziekte te veroorzaken. * **Virulentie:** De relatieve mate waarin een pathogeen ziekte kan veroorzaken. * **Virulentiefactoren:** Stoffen geproduceerd door pathogenen die de invasiviteit en gastheerschade bevorderen. * **Virulentieattenuatie:** Het verminderen van de virulentie, vaak gebruikt voor de productie van vaccins. De interactie tussen pathogeen en gastheer is complex en hangt af van beide partijen. Een **gecompromitteerde gastheer** (jong, oud, zwanger, immuungecompromitteerd) is vatbaarder voor infecties door organismen die normaal geen ziekte veroorzaken. Dit kan leiden tot **nosocomiale infecties** (zorg-geassocieerde infecties). ### 3.5 Enzymen en toxines als pathogeniteitsfactoren #### 3.5.1 Enzymen als virulentiefactoren Sommige enzymen worden door pathogenen geproduceerd om weefsels te vernietigen en de verspreiding te vergemakkelijken: * **Hyaluronidase:** Breekt hyaluronzuur af, het "cement" tussen weefsellagen. * **Coagulase en streptokinase:** Manipuleren bloedklonters door deze te vormen of af te breken. * **Andere enzymen:** Collagenase, proteasen, nucleasen, lipasen. #### 3.5.2 Exotoxines Exotoxines zijn eiwitten die door pathogenen worden vrijgegeven tijdens hun groei en worden ingedeeld in drie categorieën: * **AB-toxines:** Bestaan uit een B-subeenheid die bindt aan een gastheercelreceptor, en een A-subeenheid die de toxische activiteit uitoefent. * **Difterie exotoxine** (veroorzaakt difterie): Blokkeert eiwitsynthese door de A-domein voegt een ADP-ribosylgroep toe aan elongatiefactor EF-TU. * **Clostridium tetani en Clostridium botulinum toxines:** Hebben een effect op het zenuwstelsel. * **Cytolytische exotoxines:** Degraden het cytoplasmatische membraan, wat celdood veroorzaakt. * **Hemolysines:** Breken rode bloedcellen af. * **Superantigens:** Veroorzaken een overstimulatie van het immuunsysteem, wat kan leiden tot toxische shock en dood. Voorbeelden zijn toxines geproduceerd door *Staphylococcus aureus* en *Streptococcus pyogenes*. #### 3.5.3 Enterotoxines Dit zijn exotoxines die actief zijn in de dunne darm en leiden tot massaal vochtverlies in het lumen, wat braken en diarree veroorzaakt. Een bekend voorbeeld is het **cholera toxine**. #### 3.5.4 Endotoxines Endotoxines komen vrij wanneer de cel sterft. Ze zijn minder giftig dan exotoxines en kunnen pyrogenen (koortswerende stoffen) produceren. Het lipopolysaccharide (LPS) van de buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën is een belangrijk endotoxine. * **Lipide A:** Het toxische gedeelte van LPS, dat symptomen kan veroorzaken. ### 3.6 Bacteriële celdeling en genetische controle van groei #### 3.6.1 Chromosoomreplicatie en segregatie Bij bacteriële celdeling (binaire fissie) wordt het circulaire chromosoom gerepliceerd. Regulerende eiwitten initiëren en inhiberen de replicatie. Het **Par-systeem** is betrokken bij de gelijke verdeling van chromosomen en plasmiden naar de dochtercellen. In snel delende cellen kan een nieuwe replicatiecyclus beginnen voordat de vorige is voltooid. #### 3.6.2 De rol van Fts-eiwitten in celdeling Het **divisoom**, een complex van essentiële eiwitten (waaronder Fts-eiwitten), orkestreert de vorming van een nieuw cytoplasmatisch membraan en celwandmateriaal voor celdeling. * **FtsZ:** Vormt een ring in het midden van de cel en is cruciaal voor binaire fissie. Het is analoog aan tubuline in eukaryoten. * **Andere Fts-eiwitten (zoals FtsA, FtsI):** Zijn betrokken bij de aanhechting van FtsZ aan het membraan, de rekrutering van andere componenten, en de synthese van peptidoglycaan. FtsI is een penicillin-binding protein dat door penicilline wordt geïnhibeerd. #### 3.6.3 Factoren die celmorfologie bepalen Het cytoskelet van bacteriën, bestaande uit eiwitten zoals **MreB**, speelt een rol bij het handhaven van celvorm en elongatie. MreB dirnameert de synthese van peptidoglycaan, wat resulteert in de karakteristieke vormen van bacteriën zoals bacillen en cocci. #### 3.6.4 Peptidoglycaansynthese De synthese van peptidoglycaan is essentieel voor de celwandintegriteit. * **Autolysines:** Maken tijdelijk gaten in de bestaande peptidoglycaanlaag om de inbouw van nieuwe precursors mogelijk te maken. * **Bactoprenol (Lipide II):** Een drager van peptidoglycaanprecursors die door het membraan wordt geflipt. * **Transglycosylasen:** Katalyseren de vorming van glycosidische bindingen tussen N-acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur residuen. * **Transpeptidasen (penicilline-bindende eiwitten):** Katalyseren de vorming van peptide cross-links tussen de glycaanketens, wat de celwand stevigheid geeft. Penicilline remt deze stap, wat leidt tot cellysis. ### 3.7 Micro-organismen en ziekte #### 3.7.1 Virulente stammen en infectie Niet alle stammen van een soort zijn pathogeen. Virulente stammen hebben specifieke genetische elementen die coderen voor virulentiefactoren. De interactie tussen gastheer en pathogeen is cruciaal. #### 3.7.2 Ziekteverwekkers en hun verspreiding * **Luchtgebonden pathogenen:** Zoals *Streptococcus pyogenes* en *Streptococcus pneumoniae*, worden verspreid via aerosolen. * **Direct-contact pathogenen:** Zoals *Staphylococcus aureus* en *Neisseria gonorrhoeae*. * **Bodemgebonden pathogenen:** Zoals *Clostridium tetani* en *Clostridium perfringens*, die door wonden het lichaam binnenkomen. * **Watergebonden pathogenen:** Zoals *Vibrio cholerae* en *Legionella pneumophila*, die zich verspreiden via gecontamineerd water. * **Voedselgebonden pathogenen:** Veroorzaken voedselvergiftiging (door toxines) of voedselinfecties (door groei van pathogenen in de gastheer), zoals *Salmonella*, *Escherichia coli* en *Listeria monocytogenes*. * **Vector-overgedragen pathogenen:** Zoals *Borrelia burgdorferi* (Lyme-ziekte) en *Yersinia pestis* (pest), die door arthropoden worden overgedragen. #### 3.7.3 Ziekten en hun mechanismen * **Streptokokkeninfecties:** Kunnen keelontsteking, huidinfecties en ernstigere aandoeningen zoals toxische shock syndroom veroorzaken. *Streptococcus pneumoniae* kan meningitis veroorzaken. * **Difterie en kinkhoest:** Respiratoire ziekten veroorzaakt door *Corynebacterium diphtheriae* en *Bordetella pertussis*, respectievelijk. * **Tuberculose en Lepra:** Chronische infectieziekten veroorzaakt door *Mycobacterium tuberculosis* en *Mycobacterium leprae*. * **Meningitis en meningococcemia:** Ontsteking van hersenvliezen door *Neisseria meningitidis*. * **Stafylokokkeninfecties:** *Staphylococcus aureus* kan een breed scala aan infecties veroorzaken, van huidinfecties tot ernstige invasieve ziekten, mede door de productie van superantigens. * ***Helicobacter pylori*:** Veroorzaakt gastritis en maagzweren. * **Seksueel overdraagbare aandoeningen (SOA's):** Gonorroe (*Neisseria gonorrhoeae*), syfilis (*Treponema pallidum*) en chlamydia (*Chlamydia trachomatis*). * **Lyme-ziekte:** Veroorzaakt door *Borrelia burgdorferi*, overgedragen door teken. * **Pest:** Veroorzaakt door *Yersinia pestis*, overgedragen door vlooien. * **Cholera:** Veroorzaakt door *Vibrio cholerae*, door gecontamineerd water. * **Legionellose:** Veroorzaakt door *Legionella pneumophila*, verspreid via wateraerosolen. * **Voedselvergiftiging en -infecties:** Veroorzaakt door *S. aureus*, *Clostridium perfringens*, *Clostridium botulinum*, *Salmonella*, pathogene *E. coli*, *Campylobacter*, en *Listeria monocytogenes*. #### 3.7.4 Ant antimicrobiële therapie en resistentie Antimicrobiële middelen, waaronder antibiotica, interfereren met essentiële bacteriële processen zoals celwandsynthese, eiwitsynthese, nucleïnezuursynthese en metabolische pathways. * **Cell wall synthesis inhibitors:** β-lactams (penicillines, cephalosporines), glycopeptiden (vancomycine), bacitracine. * **Protein synthesis inhibitors:** Aminoglycosides, macroliden, tetracyclines. * **Nucleic acid synthesis inhibitors:** Quinolones. * **Growth factor analogs:** Sulfa drugs, isoniazide. * **Andere targets:** Vetzuren (platensimycine). **Antibioticaresistentie** is een groeiend probleem en ontstaat door natuurlijke resistentiemechanismen (zoals impermeabiliteit, enzymatische inactivatie, targetmodificatie, effluxpompen) en door horizontale genoverdracht van resistentiegenen, vaak via plasmiden. Dit kan leiden tot infecties die moeilijk te behandelen zijn, zoals MRSA (methicilline-resistente *Staphylococcus aureus*). ### 3.8 Biotechnologische toepassingen Geattenueerde micro-organismen worden gebruikt in vaccins. Verschillende medicijnen, zoals antifungale middelen, richten zich op specifieke metabolische processen van niet-bacteriële pathogenen. ### 3.9 Epidemiologie en volksgezondheid Epidemiologie bestudeert het voorkomen, de verspreiding en de determinanten van gezondheid en ziekte in populaties. Concepten als incidentie, prevalentie, epidemieën, pandemieën en endemieën zijn hierbij belangrijk. De rol van reservoirs en vectoren in de verspreiding van infectieziekten is cruciaal. De opkomst en heropleving van infectieziekten wordt beïnvloed door factoren zoals menselijk gedrag, technologie en landgebruik. ### 3.10 Symbiose met de mens Het menselijk lichaam herbergt een complex microbioom, voornamelijk bestaande uit bacteriën. De samenstelling van dit microbioom varieert per lichaamsdeel (bv. maag-darmkanaal, mondholte, huid, urogenitale tract). Veranderingen in het microbioom (dysbiose) worden geassocieerd met diverse ziekten. Antibiotica kunnen het microbioom verstoren, wat de weg vrijmaakt voor opportunistische infecties. Probiotica, prebiotica en synbiotica worden gebruikt om het microbioom te moduleren en de gezondheid te bevorderen. --- # Evolutie en diversiteit van bacteriën Hier is een gedetailleerde studiehandleiding over de evolutie en diversiteit van bacteriën, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4 Evolutie en diversiteit van bacteriën Dit onderwerp onderzoekt de mechanismen van bacteriële evolutie, inclusief mutaties, horizontale gentransfer en de rol van moleculaire chronometers zoals rRNA in taxonomie en fylogenie, en bespreekt de definitie en classificatie van bacteriële soorten. ### 4.1 Het proces van bacteriële evolutie Bacteriële evolutie is een continu proces van verandering gedreven door genetische variatie en selectie. De basiseenheid van bacteriële evolutie is de populatie, die bestaat uit afstammelingen van een enkele delende cel. De belangrijkste mechanismen die bijdragen aan deze evolutie zijn: #### 4.1.1 Mutaties Mutaties zijn fundamentele veranderingen in de nucleotidensequentie van het genoom. Ze ontstaan spontaan door fouten tijdens DNA-replicatie, blootstelling aan straling (zoals UV), of chemische agentia. Mutaties zijn willekeurig en hun effecten variëren: * **Neutrale mutaties:** Hebben geen significante invloed op de overleving of reproductie van de bacterie. Ze accumuleren in de loop van de tijd door genetische drift. * **Schadelijke mutaties:** Verminderen de fitness van de bacterie, wat vaak leidt tot celdood. * **Gunstige mutaties:** Verbeteren de overleving of reproductie van de bacterie onder specifieke omgevingsomstandigheden. Deze worden geselecteerd en kunnen dominant worden in de populatie. #### 4.1.2 Horizontale gentransfer (HGT) Horizontale gentransfer is het proces waarbij genetisch materiaal wordt overgedragen tussen bacteriën, niet via verticale reproductie van ouder op dochtercel, maar tussen ongerelateerde individuen. Dit is een cruciale motor voor bacteriële diversiteit en adaptatie. Er zijn drie hoofdcategorieën: * **Transformatie:** Opname van vrij DNA uit de omgeving. Dit DNA kan afkomstig zijn van afgestorven bacteriën. De bacterie die het DNA opneemt, kan dit integreren in zijn eigen genoom. * **Transductie:** Overdracht van DNA via bacteriële virussen (fagen). Wanneer een faag een bacterie infecteert, kan het per ongeluk fragmenten van het bacterieel DNA opnemen. Bij de infectie van een nieuwe bacterie, brengt de faag dit meegebrachte DNA over. * **Conjugatie:** Directe cel-celoverdracht van genetisch materiaal, vaak via plasmiden. Plasmiden zijn kleine, circulaire DNA-moleculen die gescheiden van het chromosoom kunnen repliceren. De overdracht vindt plaats via een speciale structuur, de sex-pili. Genetische uitwisseling door HGT kan leiden tot de verwerving van nieuwe eigenschappen, zoals resistentie tegen antibiotica, efficiëntere metabolisme of aanpassing aan nieuwe omgevingen. #### 4.1.3 Genetische drift en selectie * **Genetische drift:** Willekeurige fluctuaties in allelfrequenties binnen een populatie, vooral significant in kleine populaties of onder omstandigheden van isolatie. * **Selectie:** Het proces waarbij gunstige eigenschappen worden begunstigd, wat leidt tot een toename van de frequentie van de corresponderende genen in de populatie over generaties. ### 4.2 Fylogenie: de studie van bacteriële evolutie Fylogenie onderzoekt de evolutionaire geschiedenis en verwantschap van groepen organismen. Omdat bacteriën geen fossielen achterlaten, is de moleculaire fylogenie, die gebaseerd is op de analyse van genetisch materiaal, essentieel. #### 4.2.1 Moleculaire chronometers Moleculaire chronometers zijn langzaam evoluerende moleculen (genen of eiwitten) waarvan de sequentieovereenkomst maatstaf is voor de evolutionaire afstand tussen organismen. * **SSU rRNA (kleine subeenheid ribosomaal RNA):** Dit gen is universeel aanwezig in alle levende organismen en speelt een cruciale rol in de eiwitsynthese. Het heeft sterk geconserveerde regio's die het mogelijk maken primers te ontwerpen voor amplificatie en sequencen, en meer variabele regio's die onderscheid maken tussen nauw verwante soorten. Analyse van SSU rRNA-genen heeft geleid tot de identificatie van de drie domeinen van het leven: Bacteria, Archaea en Eukarya. * **Voordelen:** Grote universele database, veel bruikbare primers, relatief ongevoelig voor HGT. * **Beperkingen:** Kan onvoldoende onderscheid maken tussen nauw verwante soorten (variatie binnen soorten is vaak klein), en het aantal rRNA-kopieën per genoom kan variëren. * **Andere chronometers:** Naast SSU rRNA worden ook andere genen geanalyseerd, zoals `recA`, voor een hogere resolutie bij nauw verwante soorten. #### 4.2.2 Fylogenetische bomen Fylogenetische bomen zijn grafische representaties van de evolutionaire verwantschap tussen organismen, gebaseerd op sequentiegegevens. * **Constructie:** Moleculaire gegevens worden gebruikt om een boom te construeren, waarbij de taklengte de mate van genetische verandering weergeeft. * **Bootstrap-waarden:** Een statistische maat die de betrouwbaarheid van de boomstructuur aangeeft. #### 4.2.3 Taxonomische indeling Gebaseerd op fylogenetische analyses, zijn bacteriën ingedeeld in een hiërarchisch systeem: * **Domeinen:** Bacteria, Archaea, Eukarya. * **Fyla:** Binnen het domein Bacteria zijn er minstens 80 fyla geïdentificeerd op basis van 16S rRNA-gegevens. Belangrijke fyla voor menselijke pathogenen omvatten Proteobacteria, Firmicutes en Actinobacteria. * **Soort:** De belangrijkste taxonomische eenheid in bacteriële taxonomie. ### 4.3 Definitie en classificatie van bacteriële soorten De definitie van een bacteriële soort is complex en is in de loop der tijd geëvolueerd. #### 4.3.1 Historische en moderne definities * **Biologische soortconcept:** Lang niet toepasbaar op bacteriën vanwege hun aseksuele reproductie en HGT. * **Numerieke taxonomie:** Gebruikt een groot aantal fenotypische kenmerken om classificatie te baseren. * **DNA-DNA-hybridisatie (DDH):** Een eerdere methode die de sequentiegelijkheid van genomen meet door de stabiliteit van hybride dubbelstrengs DNA te analyseren. Een niveau van > 70% werd als indicatie voor dezelfde soort beschouwd. * **Polyfasische taxonomie:** Een moderne aanpak die verschillende soorten gegevens combineert, waaronder fenotypische, genotypische en fylogenetische informatie, om een robuuste soortdefinitie te verkrijgen. Dit omvat nu ook genoomsequencing. * **Genoom-gebaseerde definities:** Tegenwoordig worden genoomsequenties gebruikt om soorten te definiëren. * **Average Nucleotide Identity (ANI):** Meet de gemiddelde sequentiegelijkheid van orthologe genen tussen twee genomen. Een ANI-waarde van typisch > 95-96% wordt gebruikt als drempel voor een soort. * **Core Gene Identity (CGI):** Vergelijkt de sequentiegelijkheid van alle gedeelde 'core' genen. #### 4.3.2 Classificatieprincipes * **Binomiaal systeem:** Gebruikt voor de naamgeving, met een genusnaam en een soortnaam (bv. *Escherichia coli*). * **Hiërarchisch systeem:** Organismen worden ingedeeld in hiërarchische taxa (soort, genus, familie, orde, klasse, fylum, domein). * **Type stam:** Elke taxon heeft een 'type stam' dat het representeert. * **Officiële publicatie:** Nieuwe soorten en taxa worden formeel erkend en benoemd volgens de regels van de Internationale Code voor Nomenclatuur van bacteriën (ICNB) en gepubliceerd in tijdschriften zoals de International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSEM). #### 4.3.3 Gebruik van 16S rRNA-genen in microbiomstudies De 16S rRNA-genen zijn een veelgebruikt markergen voor het bestuderen van bacteriële gemeenschappen (microbiomen). Door PCR te gebruiken om deze genen uit DNA-extracten van monsters te amplificeren en te sequencen (16S rRNA amplicon sequencing), kan de diversiteit en samenstelling van de bacteriële gemeenschap worden bepaald. Er zijn echter uitdagingen, waaronder variabiliteit in DNA-extractie, PCR-amplificatie-efficiëntie en het aantal rRNA-kopieën per genoom. ### 4.4 Genoomdynamiek en evolutie Bacteriële genomen zijn dynamisch en ondergaan voortdurend veranderingen: * **Genoomgrootte:** Variëert sterk tussen bacteriële soorten, beïnvloed door genverlies (bij gespecialiseerde soorten) en genwinst (vaak via HGT). * **Genoomorganisatie en -inhoud:** De volgorde, het aantal kopieën en de inhoud van genen kunnen sterk verschillen. * **Sequentieveranderingen:** Fouten in replicatie en blootstelling aan mutagene factoren leiden tot veranderingen in de DNA-sequentie. ### 4.5 Specifieke evolutionaire processen * **Genwinst:** Verwerving van nieuwe genen, vaak via HGT, die leiden tot nieuwe functies of verbeterde aanpassingen. * **Genverlies:** Verlies van genen die niet langer nodig zijn, vooral bij gespecialiseerde organismen, wat kan leiden tot kleinere, efficiëntere genomen. * **Genduplicatie:** Verdubbeling van genen, wat kan leiden tot redundantie of de evolutie van nieuwe functies door divergentie. Deze processen, samen met selectie en genetische drift, sturen de evolutie van bacteriën en dragen bij aan hun enorme diversiteit en aanpassingsvermogen. --- ## 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 | |------|------------| | Populatie | Een verzameling van dochtercellen in een bepaald ecosysteem die afkomstig zijn van één delende cellijn. | | Stam/Kloon | Een isolaat of groep van isolaten die afkomstig zijn van één delende lijn en die onderscheiden kunnen worden van andere stammen op basis van fenotypische of genotypische eigenschappen. | | Isolaat | Een reincultuur van een bacterie die verkregen is na subcultuur van één kolonie van een primaire isolatieplaat, afkomstig van één enkele cel. | | Gemeenschap | Een verzameling van diverse populaties die aanwezig zijn in een bepaald ecosysteem. | | Soort | De belangrijkste eenheid in de bacteriële taxonomie, waaronder stammen vallen. | | Microbioom | De omgeving die alle micro-organismen daarin bevat. | | Microbiota | Alle micro-organismen zonder de omgeving waarin ze zich bevinden. | | Prokaryoten | Cellen die geen organellen en geen nucleus bevatten, zoals Bacteria en Archaea. | | Eukaryoten | Cellen met organellen en een nucleus waarin het DNA zich bevindt, zoals planten en dieren. | | Genoom | De volledige set genen van een cel. | | Morfologie | De vorm en grootte van een cel, gemeten in micrometers (µm). | | Cytoplasmatisch membraan | Een membraan dat het cytoplasma omringt en het scheidt van de omgeving, essentieel voor selectieve permeabiliteit en energiemetabolisme. | | Cytoplasma | Het inhoud van de cel, omsloten door het cytoplasmatisch membraan, waarin de celorganellen zich bevinden. | | Ribosomen | Kleine cellulaire structuren die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese. | | Celwand | Een buitenste laag die de cel stevigheid en vorm geeft en beschermt tegen osmotische druk. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat de primaire component is van de bacteriële celwand, verantwoordelijk voor de rigiditeit. | | Gram-positieve bacteriën | Bacteriën met een dikke peptidoglycaanlaag in hun celwand, die de Gram-kleuring positief kleuren. | | Gram-negatieve bacteriën | Bacteriën met een dunne peptidoglycaanlaag en een buitenmembraan, die de Gram-kleuring negatief kleuren. | | Lipopolysaccharide (LPS) | Een complex molecuul dat deel uitmaakt van het buitenmembraan van Gram-negatieve bacteriën, met functies in oppervlakteherkenning en virulentie. | | Periplasma | De ruimte tussen het cytoplasmatisch membraan en het buitenmembraan bij Gram-negatieve bacteriën. | | S-laag (Surface layer) | Een parakristallijne laag van eiwitten of glycoproteïnen die aan de buitenkant van de cel aanwezig kan zijn en diverse functies vervult. | | Capsules en slijmlagen | Plakkende polysacharidelagen buiten de celwand die helpen bij hechting en bescherming. | | Fimbriae en pili | Dunne filamenteuze eiwitstructuren op het celoppervlak die mediatie van aanhechting, genetische uitwisseling en beweging mogelijk maken. | | Cell inclusions | Opslaglichamen binnen de cel die dienen als reserves van energie, koolstof of fosfaat. | | Endosporen | Gespecialiseerde, slapende cellen die gevormd worden door sommige bacteriën onder ongunstige omstandigheden om te overleven. | | Flagella | Lange, dunne aanhangsels die bacteriën en archaea helpen bij zwemmen. | | Archaella | Structures in archaea die vergelijkbaar zijn met flagella, maar met een andere samenstelling en aandrijving. | | Twitching motility | Een vorm van oppervlaktemobiliteit die afhankelijk is van type IV pili. | | Glijden (gliding motility) | Een vorm van oppervlaktemobiliteit die plaatsvindt langs de lange as van de cel zonder externe structuren. | | Chemotaxis | Beweging van een cel als reactie op een chemische prikkel. | | Aeroben | Organismen die zuurstof nodig hebben voor hun groei. | | Anaeroben | Organismen die geen zuurstof nodig hebben voor hun groei; sommigen worden erdoor gedood. | | Facultatieve anaeroben | Organismen die kunnen groeien met of zonder zuurstof. | | Aerotolerante anaeroben | Organismen die zuurstof tolereren maar er niet voor ademen. | | Metabolisme | Het geheel van biochemische reacties die nodig zijn voor het leven, bestaande uit katabolisme en anabolisme. | | Katabolisme | Metabole processen die energierijke moleculen afbreken en energie leveren. | | Anabolisme | Metabole processen die energie verbruiken om biomoleculen op te bouwen. | | ATP (Adenosine trifosfaat) | De belangrijkste energierijke fosfaatverbinding die energie opslaat en vrijgeeft voor cellulaire processen. | | Substraat-niveau fosforylatie | Een mechanisme voor ATP-synthese waarbij energie vrijkomt uit de hydrolyse van een energierijk substraat. | | Oxidatieve fosforylatie | Een mechanisme voor ATP-synthese waarbij de energie die vrijkomt bij elektronentransport wordt gebruikt om een protonengradiënt te genereren. | | Fotofosforylatie | ATP-synthese die plaatsvindt tijdens fotosynthese, aangedreven door lichtenergie. | | Enzymen | Biologische katalysatoren, meestal eiwitten, die de snelheid van biochemische reacties verhogen. | | Glycolyse | Een universele metabole route die glucose afbreekt tot pyruvaat, met netto winst van ATP. | | Citroenzuurcyclus (CZC) | Een centrale metabole route die de oxidatie van acetyl-CoA bevordert, waarbij CO2, NADH, FADH2 en ATP worden geproduceerd. | | Fermentatie | Anaeroob katabolisme waarbij organische stoffen zowel als elektrondonor als -acceptor fungeren, vaak resulterend in de productie van organische zuren of alcoholen. | | Respiratie | Katabolisme waarbij elektrondonoren worden geoxideerd door een externe elektronacceptor (zoals zuurstof of nitraat), vaak gekoppeld aan oxidatieve fosforylatie. | | Electron transport chain (ETC) | Een reeks membraangebonden eiwitcomplexen die elektronen overdragen van donoren naar acceptoren, waarbij een protonengradiënt wordt opgebouwd. | | Proton motive force (PMF) | Een elektrochemische gradiënt over het cytoplasmatisch membraan, opgebouwd door het pompen van protonen, die energie levert voor ATP-synthese. | | ATP-synthase | Een enzymcomplex dat ATP genereert door de energiestroom van protonen door het membraan te gebruiken. | | Chemolithotrophy | Metabolisme waarbij anorganische stoffen als energiedonor worden gebruikt. | | Phototrophy | Metabolisme waarbij lichtenergie wordt gebruikt om ATP te genereren. | | Biosynthese | Het proces van het synthetiseren van complexe moleculen uit eenvoudigere precursors. | | Autotrofie | Het vermogen om organische stoffen te produceren uit anorganische bronnen zoals CO2. | | Stikstoffixatie | Het proces waarbij atmosferische stikstof (N2) wordt omgezet in een biologisch bruikbare vorm, zoals ammoniak. | | Koolstofdioxidefixatie (CO2-fixatie) | Het proces waarbij koolstofdioxide wordt omgezet in organische moleculen. | | Pentose fosfaat pathway | Een metabole route die NADPH en precursors voor nucleïnezuren produceert. | | Amino acids | Bouwstenen van eiwitten. | | Nucleotiden | Bouwstenen van nucleïnezuren zoals DNA en RNA. | | Vetzuren | Lange koolwaterstofketens die bouwstenen zijn van lipiden. | | Macronutriënten | Voedingsstoffen die in grote hoeveelheden nodig zijn voor celgroei, zoals koolstof, stikstof, fosfor en zwavel. | | Micronutriënten | Voedingsstoffen die in kleine hoeveelheden nodig zijn, zoals metalen en groeifactoren. | | Groeifactoren | Essentiële organische moleculen, vaak vitamines, die een cel niet zelf kan synthetiseren en nodig heeft voor groei. | | Cultuurmedia | Een voedingsoplossing die wordt gebruikt om micro-organismen in het laboratorium te laten groeien. | | Gedefinieerd medium | Een cultuurmedium waarvan de chemische samenstelling exact bekend is. | | Complex medium | Een cultuurmedium dat stoffen bevat die geproduceerd zijn door andere organismen, zoals gistextract of vleesextract. | | Selectief medium | Een cultuurmedium dat stoffen bevat die de groei van bepaalde micro-organismen selectief remmen of bevorderen. | | Differentieel medium | Een cultuurmedium dat een indicator bevat die veranderingen in het metabolisme van groeiende micro-organismen detecteert. | | Kolonie | Een zichtbare massa van micro-organismen die afkomstig is van één enkele cel of een kleine groep cellen op een vast medium. | | Totale celgetal | Het aantal cellen in een monster, inclusief levende en dode cellen, vaak bepaald met microscopie. | | Levensvatbaar getal | Het aantal levende, reproducerende cellen in een monster, bepaald door cultuurmethoden. | | Grote plaatentel-anomalie | Het verschil tussen het aantal cellen dat microscopisch wordt geteld en het aantal cellen dat op een medium kan groeien. | | Binaire deling | De primaire methode van celdeling bij prokaryoten, waarbij één cel zich splitst in twee identieke dochtercellen. | | Generatietijd | De tijd die nodig is voor een microbiële cel om te verdubbelen door middel van celdeling. | | Batchcultuur | Een gesloten cultuursysteem met een vaste hoeveelheid medium, waarin micro-organismen groeien tot de voedingsstoffen uitgeput zijn of afvalstoffen zich ophopen. | | Groeicurve | De grafische weergave van de groei van een micro-organismepopulatie in een batchcultuur, met fasen als lag, exponentiële, stationaire en afstervingsfasen. | | Chemostaat | Een type continue cultuursysteem waarbij verse medium continu wordt toegevoegd en oud medium met cellen wordt verwijderd, waardoor een constante groeisnelheid wordt gehandhaafd. | | Biofilm | Een gemeenschap van micro-organismen die ingebed zijn in een zelfgeproduceerde matrix van polysachariden, eiwitten en nucleïnezuren, vastgehecht aan een oppervlak. | | Kardinale temperaturen | De minimale, optimale en maximale temperaturen waarbij een organisme kan groeien. | | Psychrofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij lage temperaturen (onder 15°C). | | Mesofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij gematigde temperaturen (tussen 20°C en 45°C). | | Thermofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij hoge temperaturen (tussen 45°C en 80°C). | | Hyperthermofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij extreem hoge temperaturen (boven 80°C). | | pH | Een maat voor de zuurgraad of alkaliteit van een oplossing. | | Neutrofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij een neutrale pH (ongeveer 5.5-7.9). | | Acidofiel | Een organisme dat optimaal groeit bij lage pH-waarden (zuur). | | Alkalifiel | Een organisme dat optimaal groeit bij hoge pH-waarden (basisch). | | Wateractiviteit (aw) | De beschikbare hoeveelheid water in een omgeving, cruciaal voor microbiële groei. | | Halofiel | Een organisme dat gedijt in zoutrijke omgevingen. | | Osmofiel | Een organisme dat kan groeien in omgevingen met hoge suikerconcentraties. | | Xerofiel | Een organisme dat kan groeien in droge omgevingen met een lage wateractiviteit. | | Aerobioob | Een organisme dat zuurstof nodig heeft voor zijn metabolisme. | | Microaerofiel | Een organisme dat zuurstof nodig heeft, maar alleen bij lage concentraties. | | Obligaat anaeroob | Een organisme dat gedood wordt door de aanwezigheid van zuurstof. | | Sterilisatie | Een proces dat alle micro-organismen, inclusief endosporen, doodt of verwijdert. | | Desinfectie | Een proces dat pathogenen doodt of remt op niet-levende oppervlakken. | | Antisepticum | Een middel dat micro-organismen op levend weefsel doodt of remt. | | Decimale reductietijd (DRT) | De tijd die nodig is om de levensvatbaarheid van een populatie micro-organismen met een factor 10 te verminderen bij een bepaalde temperatuur. | | Autoclaaf | Een apparaat dat stoom onder druk gebruikt om sterilisatie te bereiken bij hoge temperaturen (bv. 121°C). | | Pasteuriseren | Een hittebehandeling die de microbiële lading in vloeistoffen vermindert, maar niet steriliseert. | | UV-straling | Elektromagnetische straling met een golflengte tussen 220-300 nm die DNA kan beschadigen en micro-organismen kan doden. | | Ioniserende straling | Hoge-energie straling die ionen en reactieve moleculen produceert, gebruikt voor sterilisatie. | | Filtersterilisatie | Een methode om vloeistoffen en gassen te steriliseren door ze door filters met poriën te leiden die te klein zijn voor micro-organismen. | | Bacteriostatisch | Een agens dat de groei van bacteriën remt zonder ze te doden. | | Bacteriedodend (bactericide) | Een agens dat bacteriën doodt. | | Apolair | Een molecuul dat geen significante ladingsverschillen heeft en daardoor slecht oplost in water. | | Polair | Een molecuul dat significante ladingsverschillen heeft en daardoor goed oplost in water. | | Divisoom | Het complex van eiwitten dat betrokken is bij de celdeling, inclusief de vorming van het septum en het nieuwe celmembraan en de celwand. | | FtsZ | Een eiwit dat cruciaal is voor binaire deling bij bacteriën; het vormt een ring op de plaats van celdeling en is analoog aan tubuline bij eukaryoten. | | Par-systeem | Een systeem dat zorgt voor de gelijkmatige verdeling van chromosomen en plasmiden naar de dochtercellen tijdens celdeling. | | Cytoskelet | Een netwerk van eiwitfilamenten in de cel dat structuur en ondersteuning biedt, ook aanwezig bij prokaryoten (bv. MreB). | | Peptidoglycaan biosynthese | Het proces van de aanmaak en opbouw van de peptidoglycaanlaag van de bacteriële celwand. | | Autolysines | Enzymen die glycosidische bindingen in peptidoglycaan breken, nodig voor celwandvernieuwing en -groei. | | Bactoprenol | Een hydrofoob lipide dat een rol speelt bij het transport van peptidoglycaanprecursors door het cytoplasmatisch membraan. | | Lipide II | Een precursor van peptidoglycaan gebonden aan bactoprenol, essentieel voor de celwandbiosynthese. | | Transglycosylase | Een enzym dat glycosidische bindingen vormt tussen peptidoglycaanprecursors tijdens de celwandbiosynthese. | | Transpeptidase | Een enzym dat peptidecrosslinks vormt tussen peptidoglycaanketens, wat de celwand stevigheid geeft. | | β-lactam antibiotica | Een klasse van antibiotica (zoals penicillines en cephalosporines) die de transpeptidase-activiteit remmen en zo de celwandbiosynthese verstoren. | | β-lactamase | Een enzym dat de β-lactamring van antibiotica opent, waardoor resistentie ontstaat. | | Glycopeptiden | Een klasse van antibiotica (bv. vancomycine) die binden aan de precursor van peptidoglycaan en zo de transpeptidase-activiteit remmen. | | Polymyxines | Antibiotica die het celmembraan van Gram-negatieve bacteriën verstoren. | | Aminoglycosides | Antibiotica die binden aan de 30S ribosomale subeenheid en de eiwitsynthese remmen. | | Macrolides | Antibiotica die binden aan de 50S ribosomale subeenheid en de eiwitsynthese remmen. | | Tetracyclines | Antibiotica die binden aan de 30S ribosomale subeenheid en de eiwitsynthese remmen. | | Quinolonen | Synthetische antibiotica die DNA gyrase remmen, essentieel voor DNA-replicatie en -verpakking. | | Groeifactoranalogen | Synthetische moleculen die lijken op groeifactoren maar de normale biochemische paden verstoren. | | Platensimycine | Een nieuw type antibioticum dat vetzuursynthese remt. | | Antifungale middelen | Medicijnen die specifiek gericht zijn tegen schimmelinfecties. | | Ergosterol | Een component van het celmembraan van schimmels, vergelijkbaar met cholesterol in dierlijke cellen. | | Intrinsieke resistentie | Natuurlijke resistentie van een micro-organisme tegen een bepaald antibioticum, gebaseerd op inherente eigenschappen. | | Horizontale gentransfer (HGT) | De overdracht van genetisch materiaal tussen organismen die niet via verticale overerving (van ouder op nakomeling) plaatsvindt. | | Transformatie | Opname van vrij DNA uit de omgeving door een cel. | | Transductie | Overdracht van bacterieel DNA van de ene bacterie naar de andere via een bacteriofaag (virus). | | Conjugatie | Overdracht van genetisch materiaal, vaak via plasmiden, van de ene bacterie naar de andere door direct cel-cel contact. | | Recombinatie | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt herschikt of uitgewisseld. | | Homologe recombinatie | Recombinatie tussen DNA-sequenties die sterk op elkaar lijken. | | Non-homologe recombinatie | Recombinatie tussen DNA-sequenties die weinig tot geen gelijkenis vertonen. | | Genoom | De volledige set van genetisch materiaal van een organisme. | | Phylogenie | De studie van de evolutionaire geschiedenis en verwantschap van groepen organismen. | | Moleculaire chronometer | Een molecuul (zoals rRNA of een eiwit) waarvan de sequentie verandert met een relatief constante snelheid, waardoor het kan worden gebruikt om evolutionaire afstanden te meten. | | SSU rRNA (Small Subunit ribosomal RNA) | Ribosomaal RNA van de kleine subeenheid, een veelgebruikt moleculair chronometer voor de fylogenie van prokaryoten. | | Amplificatie | Het proces van het maken van vele kopieën van een specifiek DNA-segment, vaak met PCR. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een techniek om specifieke DNA-fragmenten te vermenigvuldigen. | | DNA-DNA hybridisatie | Een techniek om de sequentie-gelijkheid tussen twee DNA-moleculen te meten. | | Polyfasische taxonomie | Een benadering van classificatie die informatie uit meerdere bronnen combineert, zoals fenotypische, genotypische en fylogenetische data. | | Gemiddelde nucleotidische identiteit (ANI) | Een maat voor de gemiddelde sequentie-gelijkheid van orthologe genen tussen twee genomen, gebruikt voor de definitie van bacteriële soorten. | | Core gene identity (CGI) | Een maat voor de sequentie-gelijkheid van genen die in alle genomen van een bepaalde groep aanwezig zijn. | | Microbiom | De gemeenschap van micro-organismen die in een bepaald milieu leven, zoals het menselijk lichaam. | | Microbiota | De specifieke micro-organismen die deel uitmaken van een microbiom. | | Enterotypes | Verschillende patronen van bacteriële samenstelling in de darm van mensen, die verband kunnen houden met dieet en gezondheid. | | Dysbiose | Een verstoring van de normale balans van micro-organismen in een microbiom, die geassocieerd kan zijn met ziekte. | | Probiotica | Levende micro-organismen die, wanneer in adequate hoeveelheden toegediend, een gezondheidsvoordeel verlenen aan de gastheer. | | Prebiotica | Prebiotica zijn voedingstoffen die niet verteerd worden door de gastheer, maar die de groei en activiteit van gunstige bacteriën in de darm stimuleren. | | Synbiotica | Combinaties van probiotica en prebiotica. | | Infectie | De vestiging en vermenigvuldiging van micro-organismen in een gastheer, al dan niet met ziekteverwekkendheid. | | Ziekte | Schade aan de gastheer die het functioneren van de gastheer belemmert, veroorzaakt door een infectie of andere factoren. | | Pathogeen | Een micro-organisme dat ziekte kan veroorzaken. | | Pathogeniteit | Het vermogen van een micro-organisme om ziekte te veroorzaken. | | Virulentie | De mate van pathogeniteit van een micro-organisme; de relatieve mogelijkheid om ziekte te veroorzaken. | | Adhesines | Moleculen op het oppervlak van pathogenen die hechting aan gastheercellen mogelijk maken. | | Kolonisatie | De vestiging en groei van micro-organismen op een gastheerweefsel. | | Invasiviteit | Het vermogen van een pathogeen om in gastheerweefsel te groeien tot een dichtheid die het functioneren van de gastheer belemmert. | | Bacteriëmie | De aanwezigheid van bacteriën in de bloedbaan. | | Septicemie | Een bloedgedragen systemische infectie die kan leiden tot ernstige inflammatie en shock. | | Exotoxines | Eiwitten die door pathogenen worden uitgescheiden en schadelijk zijn voor de gastheer. | | Endotoxines | Bestanddelen van de celwand van Gram-negatieve bacteriën (lipopolysachariden) die ziekteverschijnselen kunnen veroorzaken wanneer ze vrijkomen. | | Superantigenen | Een type exotoxine dat een overmatige stimulatie van het immuunsysteem veroorzaakt, leidend tot een overmatige ontstekingsreactie. | | Epidemie | Een plotselinge toename van het aantal gevallen van een ziekte in een populatie op een bepaald moment. | | Pandemie | Een epidemie die zich wereldwijd verspreidt. | | Endemie | De constante aanwezigheid van een ziekte of infectieus agens in een bepaalde populatie of geografische gebied. | | Reservoir | Een plaats of organisme waar een infectieus agens levensvatbaar blijft en van waaruit het op andere gastheren kan worden overgedragen. | | Zoönose | Een ziekte die primair dieren infecteert maar incidenteel op mensen wordt overgedragen. | | Opkomende (emerging) ziekten | Ziekten die nieuw zijn of die recentelijk zijn toegenomen in prevalentie of geografisch bereik. | | Reemergerende ziekten | Ziekten die voorheen onder controle waren, maar nu weer toenemen in prevalentie. | | Luchtwegpathogenen | Micro-organismen die infecties van het ademhalingssysteem veroorzaken. | | Aerosolen | Kleine druppeltjes in de lucht die micro-organismen kunnen bevatten en verspreiden. | | Tuberculose | Een infectieziekte veroorzaakt door Mycobacterium tuberculosis, die voornamelijk de longen aantast. | | Lepra | Een chronische infectieziekte veroorzaakt door Mycobacterium leprae, die de huid, zenuwen en andere organen aantast. | | Meningitis | Ontsteking van de hersenvliezen, vaak veroorzaakt door bacteriële infecties. | | Direct-contact bacterial diseases | Bacteriële ziekten die worden overgedragen door direct contact tussen individuen. | | Voedselvergiftiging | Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met toxines geproduceerd door micro-organismen. | | Voedselinfectie | Ziekte veroorzaakt door het consumeren van voedsel dat besmet is met levende pathogene micro-organismen die in de gastheer groeien. | | Clostridium tetani | Bacterie die tetanus veroorzaakt door een krachtig neurotoxine. | | Clostridium perfringens | Bacterie die gasgangreen kan veroorzaken door weefseldestructie en gasvorming. | | Vibrio cholerae | Bacterie die cholera veroorzaakt, een ernstige gastro-intestinale ziekte gekenmerkt door ernstige diarree. | | Legionella pneumophila | Bacterie die legionellosis (een vorm van longontsteking) veroorzaakt, vaak geassocieerd met wateraerosolen. | | Voedselbederf | Een verandering in de eigenschappen van voedsel (geur, smaak, uiterlijk) waardoor het onaantrekkelijk of onveilig wordt om te eten, veroorzaakt door microbiële activiteit. | | Voedselconservering | Methoden om de groei van micro-organismen in voedsel te vertragen of te stoppen om bederf en ziekte te voorkomen. | | Entstof (vaccin) | Een preparaat dat wordt gebruikt om immuniteit tegen een specifieke ziekteverwekker op te wekken. | | Antibioticaresistentie | Het vermogen van bacteriën om te overleven en te groeien ondanks de aanwezigheid van antibiotica. | | MRSA (Methicilline-resistentie Staphylococcus aureus) | Een stam van Staphylococcus aureus die resistent is tegen methicilline en andere β-lactam antibiotica. | | Clostridium difficile | Een bacterie die ernstige darmontstekingen kan veroorzaken, vaak na antibioticagebruik. | | Fecale transplantatie | Het overbrengen van fecale materie van een gezonde donor naar een patiënt om de darmmicrobiota te herstellen. | | Yersinia pestis | Bacterie die de pest veroorzaakt, een ernstige infectieziekte die van knaagdieren op mensen kan worden overgedragen. | | Borrelia burgdorferi | Spirocheet die de ziekte van Lyme veroorzaakt, overgedragen door teken. | | Helicobacter pylori | Bacterie die gastritis, maagzweren en maagkanker kan veroorzaken. | | Sexueel overdraagbare aandoeningen (SOA's) | Infecties die worden overgedragen door seksueel contact. | | Gonorroe | Een SOA veroorzaakt door Neisseria gonorrhoeae. | | Syfilis | Een SOA veroorzaakt door Treponema pallidum. | | Chlamydia trachomatis | Bacterie die verschillende SOA's en andere infecties veroorzaakt. | | Corynebacterium diphtheriae | Bacterie die difterie veroorzaakt. | | Bordetella pertussis | Bacterie die kinkhoest veroorzaakt. | | Mycobacterium tuberculosis | Bacterie die tuberculose veroorzaakt. | | Mycobacterium leprae | Bacterie die lepra veroorzaakt. | | Neisseria meningitidis | Bacterie die meningitis en meningococcemia kan veroorzaken. | | Staphylococcus aureus | Bacterie die diverse infecties kan veroorzaken, waaronder huidinfecties, voedselvergiftiging en toxische shocksyndroom. | | Strepcoccus pyogenes | Bacterie die keelontsteking, huidinfecties en andere ziekten kan veroorzaken. | | Streptococcus pneumoniae | Bacterie die longontsteking en meningitis kan veroorzaken. | | Clostridium botulinum | Bacterie die botulisme veroorzaakt, een ernstige vorm van voedselvergiftiging door een krachtig neurotoxine. | | Salmonella | Een geslacht van bacteriën dat voedselinfecties zoals salmonellose kan veroorzaken. | | Escherichia coli | Een bacterie die voornamelijk in de darmen van warmbloedige dieren leeft, maar sommige stammen kunnen ziekte veroorzaken. | | Campylobacter | Een veelvoorkomende oorzaak van bacteriële voedselgedreven infecties. | | Listeria monocytogenes | Bacterie die listeriosis kan veroorzaken, vooral gevaarlijk voor zwangere vrouwen en mensen met een verzwakt immuunsysteem. |