Summary
Samenvatting Microbiologie - VUB - prof. Peeters
- Course
- Institution
Deze samenvatting omvat alle leerstof uit de HOC's van het vak Microbiologie, gegeven door prof. Peeters aan de VUB. Voor biologen en bio-ingenieurs.
[Show more]
Seller
Follow
lunawillems1
Reviews received
Content preview
MICROBIOLOGIEMODULE 1.1 INLEIDING TOT DE MICROBIOLOGIE – CELMORFOLOGIE
HET BELANG VAN MICROBIOLOGIE
• Microbiologie behandelt 2 thema’s
→ Begrijpen van de basis van biologische processen
▪ Micro-organismen (MO’s) = excellente modelsystemen voor bestuderen van cellulaire
processen in uni- en multicellulaire organismen
→ Die kennis gebruiken voor nuttige toepassingen
▪ MO’s belangrijke rol in o.a. geneeskunde, LB en industrie
• Oudste levensvorm
• Grootste fractie biomassa op aarde
→ 2 x 1030 MO’s
• Andere levensvormen vereisen MO’s om te (over)leven
• Biogeochemische omzettingen van sleutelelementen
→ Belangrijke opslag van N en P (bv. stikstoffixatie) en S
→ Zonder MO’s nooit O2 in atmosfeer geweest (cyanobact.)
EVOLUTIE EN DIVERSITEIT VAN MICROBIELE CELLEN
• Aarde = 4,6 miljard jaar
• Eerste cellen = 3,8 – 4,3 miljard jaar geleden
→ De prokaryoten → chemotroof metabolisme: onafh. van zuurstof en licht
• Anoxische atmosfeer = tot 2,6 miljard jaar geleden
→ °cyanobact. → oxygenatie atmosfeer
• Ontstaan planten/dieren = 0,5 miljard jaar geleden
→ De eukaryoten
• Dus MO’s hebben miljarden jaren meer tijd voor evolutie/diversiteit te creëren (groei, metabolisme,
ontwikkeling…)
• Evolutionaire boom
→ 2 domeinen: prokaryoten en archaea
▪ Eukaryoten binnen archaea
MO’s IN HUN OMGEVING
• Populatie = groep organismen die voortgekomen is uit een enkele parentale cel
• Habitat = de onmiddellijke omgeving waarin een microbiële populaite leeft
• Microbiële gemeenschap = verzameling van verschillende interagerende microbiële populaties
• Ecosysteem = verzameling van alle levende organismen en de fysische en chemische componenten van een
omgeving
• MO’s hebben elk mogelijke manier uitgebuit om energie te bekomen uit hun omgeving
• Ecosystemen worden in grote mate beïnvloed (en zelf gecontroleerd) door microbiële activiteiten
• MO’s worden teruggevonden in quasi alle omgevingen op aarde (bv. extremofielen)
• 3 groepen
→ Terrestrisch
→ Aquatisch
→ Associatie met hogere organismen → microbiomen van planten/dieren/mensen… (pos/neg)
Examen: namen sleutelenzymen, substraten en
producten te kennen. Niet moleculen kunnen
tekenen. Verschillen tss pathways etc. kennen!
1
,IMPACT MO’s OP MENS
• Medisch: vroeger: infectieziekten (virus/bacterie) als belangrijkste doodsoorzaak ; nu amper!
→ Toen vooral: influenza, pneumonia, TBC, gastroenteritis…
→ Vaccinatie
→ Medicatie met anti-microbiële werking: antibiotica
→ Hygiëne
• Landbouw
→ Positief
▪ N-fixerende MO’s: symbiose met bep. planten → °wortelknolletjes: N → NH3 (ammonium)
▪ Cellulose-degraderende MO’s in herkauwers hun rumen: cellulose → suiker
▪ Regeneratie nutriënten in bodems/water
→ Negatief
▪ Ziekten bij plant/dier
▪ Bijdrage aan klimaatopwarming met CO2 en methaan uitstoot via cellulose degradatie
• Darmflora
→ 90% MO’s en 10% menselijke cellen!
→ Positief
▪ Synthese vitaminen/nutriënten
▪ Bijdrage aan voedselvertering
▪ Bescherming tegen ziektes: verbruiken nutriënten/ruimte, anders ingenomen door
pathogenen (competitie)
→ Bv. Helicobacter pylori
• Voeding
→ Positief: microbiële transformaties (bv. fermentaties) → producten met gewenste eig.
→ Negatief: voedselbederf
• Energie/milieu
→ Biobrandstoffen en -chemicaliën (bio-economie) (bv. bioplastic, bio-ethanol → best vertrekkend uit
LB afval, momenteel nog uit maïs (cellulose/cornstarch → glucose → fermentatie → ethanol))
→ Degradatie van vervuilende stoffen (bioremediatie) (bv. zware metalen uit bodem zuiveren)
ONTDEKKING MO’s → microscooop als belangrijkste techniek!
• Robert Hooke (1635 – 1703)
→ Beschreef als eerste MO’s
• Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723)
→ Beschreef als eerste bacteriën
→ van Leeuwenhoek microscoop (foto RBC’s)
• Ferdinand Cohn (1828 – 1898)
→ Basis voor bacteriële klassificatie + bacteriële endosporen ontdekt
LOUIS PASTEUR (1822 – 1895)
• Ontdekte dat alcoholfermentatie een biologisch proces is → verband met gisten
→ Vroeger: “chemisch proces”
• Weerlegde theorie van spontane generatie: foto
→ “MO ontstaat uit het niets”
→ Zwanenhals: contact met buitenlucht
bemoeilijken
→ Rechtstaan fles: geen MO contaminatie
→ Kanteling fles: wél MO contaminatie
→ Er is dus altijd contact met buitenomgeving
nodig; niet spontaan ergens
2
,ROBERT KOCH (1843 – 1910)
• Ontwikkelde technieken voor bekomen van zuivere microbiële culturen: groei op vaste voedingsbodem
→ Aardappelschijfjes als voedingsbron om kolonies op te groeien
• Demonstreerde verband tussen MO’s en infectieziekten: 4 postulaten van Koch: bewijzen dat een pathogeen
de verwekker is
→ Stap 1: gezonde en zieke (symptomen)
dieren bestuderen dmv bloedstalen
microscopie
▪ Cellen komen voor bij zieke dieren,
niet bij gezonde
→ Stap 2: vermoedelijke pathogeen uitplaten
op vaste voedingsbodem → kolonies laten
groeien
▪ Cellen in vloeibare cultuur verder
opkweken
→ Stap 3: inoculatie cellen in gezond dier →
moeten ziekte veroorzaken
→ Stap 4: cellen opnieuw opgroeien op vaste
voedingsbodem en moeten dan dezelfde zijn uit stap 2
ONTDEKKING MICROBIELE DIVERSITEIT
• Na medische focus → ecologische focus via omgevingsstalen
• Martinus Beijerinck (1851 – 1931)
→ Ontwikkelde verrijkings-cultivatietechniek
• Sergei Winogradsky (1856 – 1953)
→ Demonstreerde verband tussen specifieke bacteriën en specifieke biogeochemische omzettingen
→ Stelde concept “chemolithotrofie” voor
▪ Anorganische verbindingen als E-bron
STUDIE CELSTRUCTUUR: LICHTMICROSCOPIE
• Zichtbaar licht om cellen te belichten
• Types lichtmicroscopie
→ Bright field
→ Fase-contrast
→ Dark-field
→ Fluorescentie
→ Differentiële interferentie contrast (DIC)
• Magnificatie: object vergroten → beperkt door resolutie
• Resolutie: mogelijkheid om 2 naast elkaar liggende objecten te onderscheiden
→ Limiet: 0,2 µm voor lichtmicroscopie
CONTRAST IN LICHTMICROSCOPIE
• Verbeteren contrast = beter beeld
• Kleuren = beter contrast
→ Meeste bact. prokaryoten geen pigmenten dus niet bruikbaar
wegens te weinig contrast met achtergrond
▪ Planten: chloroplasten: groen
→ Oplossing: kleurstoffen die binden aan celcomponenten (bv.
celwand)
▪ Vb.: methyleenblauw, safarine, kristalviolet…
→ Nadeel: cellen moeten dood hierdoor: fixatie op glasplaatje
▪ Geen studie van gedrag
▪ Andere technieken ontwikkelt in ruil, zonder kleuring
3
, • Differentiële kleuring
→ Bacteriën indelen in groepen: identificatie
→ Gram staining: indeling gram positieve en gram negatieve bacteriën
▪ Kristal-violet interageert met peptidoglycaan in celwand →
paarse kleur: zowel + als –
▪ Kleuring fixeren dmv iodine
▪ Ontkleuring met alcohol (kort): Gram+ blijven paars en Gram-
ontkleuren
▪ Gram- roos kleuren via safranine
• Intermezzo: modelorganismen
→ Gram+: Stafillococcus aureus
→ Gram-: E.coli
→ Eigenschappen die in bij (bijna) alle organismen in die groep voorkomen
→ Makkelijk op te kweken
→ Groeien snel
→ Veel over geweten: moleculair, genetica, biochemie, biologische kennis…
TYPES LICHTMICROSCOPIE
Volgens steeds hogere kostprijs
• Brightfield microscopie
→ Goedkoopste
• Fase-contrast microscopie
→ Een fase-ring amplificeert verschillen tussen de brekingsindex van de cellen en omgeving
• Dark-field microscopie
→ Licht bereikt specimen vanaf zijkanten
→ Alles donker in achtergrond
a) bright field / b) fase-contrast / c) dark-field
• Fluorescentiemicroscopie
→ Cellen kleuren van nature (autofluorescentie), of nadat ze gekleurd werden met fluorescente
kleurstof (bv. DAPI) of na het uitdrukken van een fluorescente reporter (bv. GFP)
▪ Bv. archaea met variant van GFP (groen)
→ Licht van golflengte wordt opgenomen + emissie andere golflengte die je dan waarneemt
a) cyanobact met FS pigmenten / b) idem (TEM) / c) E.coli met DAPI
• Differentiële interferenctie contrast (DIC) microscopie
→ Duurste
→ 3D beeld
→ polarizer onder staalplatform: 2 afzonderlijke stralen in verschillende fasen (gepolariseerd) maken →
verschil in fase door verschil in brekingsindex
→ Geeft intracellulaire structuren zoals endosporen, vacuolen en granules een 3D structuur
4
, ▪ Bv. in gist: nucleus, vacuolen…
ELEKTRONENMICROSCOPIE
• Elektronen ipv fotonen om cellen/structuren in beeld te brengen
• Types
→ Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)
▪ Oppervlaktestructuren visualiseren, maar om in de cel te kijken doorsnedes nodig want e-
gaan minder makkelijker door specimen
→ Scanning elektronenmicroscopie (SEM)
▪ Specimen bedekt met zware metalen, bv. goud: terugkaatsing e-
• Resolutie: 0,2 nm
→ Celstructuren/eiwitten!
• Duur!
links: TEM / rechts: SEM
VRAAGJES
- Welke microscoop om oppervlaktemorfologie te bestuderen?
→ SEM
- Voor bepalen van gram type bacteriepopulatie?
→ Bright field
- Bestuderen van een staal actieve motiele (zonder pigmenten) MO?
→ Fase-contrast, beter dan bright field
→ Niet fluorescentie want geen pigmenten. DIC geschikt maar duurder.
- Voor MO die aan FS doet?
→ Fluorescentie (FS pigment) maar ook bright field mogelijk
CELMORFOLOGIE
• Morfologie = slechte predictor van fysiologie/evolutie!
→ Geen verband tussen fylogenetische groepen en morfologische
verschijningsvormen
• Selectieve krachten betrokken in bepalen van morfologie
• Bv. aquatisch: vibrio of spiraalvorming = makkelijker voortbewegen
• Vormen
→ Filamenteus, coccus, vibrio, spiraal, bacillus, staaf, archeon, postzegelvorm,
uitsteeksels…
→ Pleiomorf = vorm kunnen aanpassen doorheen levenscyclus of door
omstandigheden
5
,CELGROOTTE
• Range celdiameter prokaryoten: 0,2 µm > 700 µm
→ Grootste bacterie: blote oog te zien: 1 mm
→ Vb’en uitzonderlijk grote cellen
▪ Epulopiscium fishelsoni (in darm vis)
▪ Thiomargarita namibiensis (S-oxiderende, vrijlevende bact)
→ Meesten tussen 0,4 – 4,0 µm breed en <15 µm lang
• Range celdiameter eukaryoten: 10 µm > 200 µm
Waarom uitzonderlijk grote cellen? → T. namibiensis
• Zwavelverbindingen
• MO zit in omstandigheden die kunnen veranderen
→ Bij veel waterstofsulfide: veel omzetting naar elementair S = vaste stof
opgeslagen in zwavelglobules = energieopslag
→ Bij te weinig: globule geoxideerd
→ Dus deze bact: zéér veel globules = evolutionair voordeel
Waarom toch altijd zo klein gebleven? → oppervlakte-volume verhouding
• Opp gedeeld door volume
• T. namibiensis: 0,008 µm-2
→ Uitzonderlijk grote bact.
• M. pneumoniae: 30 µm-2
→ 1 vd kleinste bact die er bestaan
→ Veel voordeliger
→ Kleine cellen = groter oppervlakte-volume ratio
▪ Meer nutriëntenuitwisseling per eenheid celvolume
▪ Vaak hogere groeisnelheid
▪ Sneller kunnen evolueren
MODULE 1.2 CELMEMBRANEN EN CELWANDEN – OPPERVLAKTESTRUCTUREN EN -INCLUSIES – MICROBIELE
MOTILITEIT
MICROBIELE STRUCTUUR
• Eukarya binnen archaea → toch zijn archaea nog steeds meer verwant aan bacteriën
• Typische prokaryote celstructuur
→ Geen celorganellen
→ In cytoplasma: mengsel van genomisch DNA (nucleoide) en andere cellulaire componenten (eiwitten,
ribosomen, plasmiden…)
• Typische eukaryote celstructuur
→ Complex
→ Nucleus
→ Celorganellen
6
, MEMBRAANSTRUCTUUR
• Ontstaan membraanlipiden → °celwand
• Cytoplasmatisch membraan
→ Dunnen structuur die cel omgeeft
→ Scheidt cytoplasma van omgeving af
→ Zeer selectieve permeabele barrière
BACTERIELE MEMBRAANSTRUCTUUR
• Verschillen in opbouw: vs. eukarya en vs. archaea
→ Grote gelijkenis met eukarya!
• Cytoplasmatisch membraan
• Bilaag: dubbele membraanlipidenlaag
• Binnen: hydrofoob = vetzuren = alifatische koolwaterstofketens
→ (on)verzadigd
→ Weinig stoffen kunnen doorheen wand → actief transport
nutriënten naar binnen / afvalstoffen buiten
• Buiten: hydrofiel = glycerol met fosfaatgrobep
• Esterverbinding = verbinding vetzuren + glycerol
→ Typisch bacteriële/eukaryote celmembranen → NIET bij archaea
• Verankerde eiwitten
→ Integraal = kanaal
→ Perifeer = gedeeltelijk vastgehecht
(binnen/buiten)
▪ Gram- veel perifere EW langs
buitenkant
→ < hydrofobe AZ’s
→ FS, oxidatieve fosforylatie…
• Mg en Ca2+ stabiliseren membraan: °ionische
2+
verbindingen met negatieve ladingen van fosfolipiden
• Vloeibaar → niet té = cel lyse
→ Versterkt door sterol-achtige moleculen (hopanoiden) (<-> euk: sterolen (cholesterol))
▪ Aromatische koolwaterstof verbindingen
▪ Tussen vetzuurketens
• + 8 nm dik
ARCHAEALE MEMBRAANSTRUCTUUR
gelijkenis (G) – verschil (V)
• Hydrofiel & hydrofoob deel
• Monolaag
• Fytanyl (<-> vetzuur (bact.))
→ < Isoprenen = telkens 5 C’s
• Glycerol: alifatische koolwaterstofketens zitten op andere C’s van glycerol vast
→ Andere stereochemie dan bact → al vroeg in evolutie diversificatie archaea en bact.
• Etherverbinding tussen fytanyl en glycerol
• Soms methylgroep tussen
• Soms langs beide kanten fosfaatgroep
→ Nooit bij bact; monolaag vs bilaag
• Soms cyclische structuren (C5 of C6)
• Monolaag + cyclisch = stevigere celwand voor thermofielen (hoe hoger T, hoe vloeibaarder)
7
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller lunawillems1. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $10.86. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
64438 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now