HOOFDSTUK 8 - PARTIM BACTERIOLOGIE
Examen:
- Vraag over kiemen, klasseren in gram positief/negatief, vorm
- Leg een ziekte uit in 10/20 regels. Is verschillend per kiem hoeveel er over te
vertellen valt.
- Structuren van bacteriën goed kennen
1
, - Bacteriën hebben geen mitochondriën
DE STRUCTUUR VAN BACTERIËLE CELLEN
GROOTTE
De meeste bacteriën zijn kleiner
dan dierlijke/humane cellen en
hebben een diameter van 0,5-2,0
μm. Een humane rbc is 7,5 μm.
Bacteriën kunnen gastheren zijn
voor virussen, bacteriofaag. Virus:
40-400 μm.
- Virussen kunnen zowel
prokaryoten als
eukaryoten infecteren.
2
,VORM EN ONDERVERDELING
De kiemen worden onderverdeeld op basis van de vorm:
- De coccus/coc en bacillus/bacil/staafje komen het meeste voor.
- De coccobacillus is een tussenvorm (niet rond en niet echt een staafje) en de vibrio
(vb: vibrio cholerae) lijkt op een komma.
- De spirochete hebben een kurkentrekker vorm en kunnen gemakkelijk een weefsel
binnen dringen en zijn dus erg invasief (Borrella burgdorferi → ziekte van Lyme).
(spirillum mag je vergeten).
- De coccus kan zich ook in 2D-vlak vermenigvuldigen tot een diplococcus (waarvan de
weerszijde zijn afgevlakt) (vb: Neisseria (= genus) meningitidis (= species). ) of tot een
streptococci (allemaal coccus achter elkaar in een streep) (vb: streptococcus
pyogenes, streptococcus agalacti (veroorzaakt mastitis)) (streptococcus equi -> ….).
- Wanneer een coccus vermenigvuldigt in een 3D-vlak krijg je een
staphyloccci/druiventros (staphylococcus aureus → wondinfectie bij mens, mastitis
bij rundvee).
- De bacillus is een staafje → simpele en snelle identificatie van bacteriën (bacillus
anthracis → miltvuur).
- Meerdere bacil achter elkaar = streptobacil. Bv: lactobacillus bulgaricus = probiotica,
yoghurtbacterie.
Mitochondriën zijn enkel bij eukaryoten aanwezig. Prokaryoten hebben geen celnucleus. De
ribosomen van de twee verschillen. Eukaryoten hebben wel een celkern.
3
,ALGEMENE OPBOUW (PROKARYOTE)
Een bacterie bestaat globaal gezien uit 3 domeinen:
1. Een celmembraan, meestal omgeven door een celwand
2. Cytoplasma met daarin ribosomen, een nucleaire regio,
etc. Het bacterieel chromosoom ligt bij eukaryote cellen
in de nucleus, bij prokaryote cellen in het cytoplasma.
3. Meerdere externe structuren zoals capsules, flagellen en
pili/fimbria/haartjes. Deze buitenkant is belangrijk voor
bescherming en helpt het vasthechten aan weefsels. Pas
na vasthechting kunnen ze een ziekte veroorzaken via
virulentiefactoren.
!! CELWAND
De celwand is een unieke structuur (anders dan de celwand van
parasieten/schimmels/planten en dieren hebben er überhaupt al geen) → doelwit voor
antibiotica. Dit maakt een selectieve behandeling mogelijk, waarbij de toxiciteit voor de
gastheer niet/weinig aanwezig is. Eukaryote cellen bevatten cholesterol in hun
celmembraan, prokaryote cellen niet. Cholesterol zorgt voor stevigheid van de
celmembraan. Om te compenseren, maken prokaryoten een celwand.
De celwand ligt buiten de celmembraan en heeft verschillende functies:
- Bestaat uit peptidoglycanen
1. Bepaalt de vorm van de cel
2. Voorkomt dat de cel openbarst door osmose! De celmembranen bevatten
namelijk geen cholesterol zoals dierlijke celmembranen (heeft
peptidoglycanen). Dit is niet optimaal, omdat cholesterol de fluïditeit van de
membraan bepaalt. Wanneer er bij bacteriën water in/uit gaat, gaat de
celmembraan sneller kapot (osmose). De celwand beschermt de
celmembraan → bacterie kan beter overleven.
▪ Antibiotica werken hierop in → celwand kapot maken = bacterie kapot
maken. Voorbeelden zijn penicilline en lysozyme (uit
speeksel/traanvocht)
3. Het reguleert NIET het transport van materialen, omdat het daarvoor te
poreus is
- Componenten van de celwand:
1. Peptidoglycaanlaag
2. Buitenste membraan bij gram negatief (niet bij positief)
3. Periplasmatische ruimte (alleen bij negatief, is de ruimte tussen de
cytoplasmamembraan en het buitenste membraan)
4
,Verschil tussen gram positief en gram negatief:
- Gram positief heeft 1 membraan en een heel dikke peptidoglycaanlaag, met antenne
van teichoïnezuren, heeft in de AZ reeks op plek 3 lysine
- Gram negatief heeft 2 membranen met hiertussen een dunne peptidoglycaanlaag,
met antenne van lipopolysacchariden, heeft in de AZ reeks op plek 3
diaminopimelinezuur
PEPTIDOGLYCANEN/MUREÏNE
Dit is de basis van de celwand en bestaat uit AZ + suikers (structuur kennen):
- De celwand is opgebouwd uit N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur
(NAM), dit zijn de monomeren die telkens in de suikerketen worden herhaald (NAG
NAM NAG NAM NAG NAM) met daartussen een β-1,4-glycosidische binding. Deze
suikerketen is voor alle bacteriën identiek. Enkel op NAM zitten AZ gebonden, niet
aan NAG!
- Er is crosslinking tussen tetrapeptides, tussen een 3e en 4e AZ. Dit zorgt voor
stevigheid = schuine streep op afbeelding.
o L-alanine
o D-glutaminezuur
o Lysine bij de meeste grampositieve
bacteriën en 3. Diaminopimelinezuur
bij de meeste gramnegatieve bacteriën
▪ Lysine heeft geen extra
carbonzuur terwijl
diaminopimelinezuur dat wel
heeft → kan rechtstreeks een
verbinding vormen met D-
alanine
o D-alanine
Dus 3 aspecten:
1. Suikerketen
2. Peptide (de AZ reeks)
3. Oligopeptidebrug (schuine streep), 2 AZ met elkaar verbonden
5
,- De tetrapeptide keten begint altijd op de NAM en nooit op een NAG. Dit komt door
de structuur van de suikers. Het AZ kan aan de zuurfunctie van NAM binden, die
ontbreekt bij NAG.
(structuren kennen, amidebinding NH en L- en D-alanine).
- De tetrapeptide keten zit maar aan 1 van de suikerketens vast (meerdere
suikerketens boven elkaar) dus 3-4-peptidebrug gevormd om de suikers toch indirect
aan elkaar te linken zodat er een sterk netwerk wordt gevormd = de
peptidoglycaanlaag
- NAM en NAG kunnen tekenen op het examen.
6
,GRAMPOSITIEVEN
Hebben een oligopeptidebrug bestaande uit 5 AZ tussen het 3e en 4e AZ. In het geval van S.
aureus is dat 5 glycinemoleculen.
De teichoïnezuren (antenne) komen uit de peptidoglycaanlaag en de lipoteichoïnezuren
komen uit de fosfolipidenlaag van het celmembraan. De peptidoglycaanlaag is o.a.
opgebouwd uit lysine en oligopeptidebruggen. De peptidoglycaanlaag is 20-80 nm en de
celwand bestaat voor 60-90% uit deze laag. Verteerde peptiglycanen geven aanleiding tot
protoplasten.
7
,De teichoïnezuren zijn polymeren van ribitolfosfaat of van glycerolfosfaat.
Deze zijn negatief geladen (door fosfaatgroepen) en hebben een
antigenfunctie: de gebonden suikers/aminozuren kunnen sterk verschillen,
oppervlakte antigen genoemd. Glycerol heeft 1 zo’n plek, ribitolfosfaat heeft
3 plaatsen (afbeelding met D-glucose en D-alanine is een voorbeeld, maar
moet je wel kunnen tekenen). De fosfaatgroepen kunnen Ca2+ en Mg2+ goed
binden en die dienen als voedingsstoffen voor de bacterie.
De eiwitten hebben dezelfde functies als bij de gramnegatieve bacteriën
(adhesie, capsulevormend, penicillin binding protein PBP in celmembraan).
GRAMNEGATIEVEN
In de dunne peptidoglycaanlaag (10 nm) is er
(meestal) geen oligopeptidebrug, omdat er een
directe verbinding tussen diaminopimelizuur en
D-alanine mogelijk is. De peptidoglycaanlaag
vormt maar 10-20% van de celwand. Verteerde
peptidoglycanen geven aanleiding tot
sferoplasten.
Er zijn 2 membranen en de ruimte ertussen is de
periplasmatische ruimte, die bestaat uit de
peptidoglycaanlaag, toxines en katabolische
enzymen. De eiwitten dienen als adhesiefactor om te hechten aan
cellen en zorgen voor de productie van de capsule die de bacterie
beschermen. Er zijn ook penicilline binding proteïnes (PBP) tegen de
celmembraan aanwezig → enzymen die de celwand aanmaken.
Wanneer penicilline is gebonden kan er geen celwand meer worden
aangemaakt en gaat de celwand en dus de bacterie kapot.
Een voorbeeld van een gramnegatieve bacterie is de E. coli bacterie.
8
,EXAMEN: De lipopolysacchariden LPS (antenne) bevinden zich in het buitenste membraan
en bestaan uit lipiden en suikers. Ze worden ook wel endotoxines genoemd en vormen een
belangrijke structuur. Deze bestaat uit 3 gebieden:
1. Buitenste domein O/somatisch antigen → hexose suikers (deze kunnen variëren).
Dit gedeelte is bacterie-afhankelijk en belangrijk in serologische classificatie.
2. Core van oligosachariden → (10-15) heptose/octose suikers (7/8 koolstoffen).
KDO = keto-deoxyoctulosonaat. Ook dit is dus bacterie-afhankelijk.
3. Binnenste lipide deel: lipid A → gefosforyleerd
diglucosamine en C14-korte VZ-keten (3-hydroxy
myristinezuur). Lipid A vormt het echte
endotoxine gedeelte. Een endotoxine is voor mens
en dier toxisch wanneer het intraveneus
binnenkomt. Deze kunnen zorgen voor koorts en
shock (omdat het leidt tot bloeddrukdaling)→
goed opletten dat je materiaal steriel is. Zelfs dode
kiemen hebben namelijk werkzame endotoxines.
Dit heeft in de darm geen effect (daar leven juist
veel gramnegatieve bacteriën). Kan leiden tot
orgaanfalen en de dood (een infectie van gram
negatieve bacterien in het bloed).
Kdo niet
kennen
9
, De LPS (hydrofoob) hebben voor de bacterie enkele functies:
- Binden van specifieke weefsels (receptoren)
- Zorgen voor antigenvariatie, een wijziging zorgt ervoor dat het immuunsysteem de
bacterie weer minder gemakkelijk herkent
- Dient als beschermende permeabiliteitsbarrière. Dit werkt wel alleen wanneer alle
‘antennes’ rechtop staan.
o Normaal gesproken zullen de 2 fosfaatgroepen (negatief geladen) elkaar
afstoten, maar omdat de fosfaatgroepen gemakkelijk Ca2+ kunnen in bouwen,
blijven deze wel mooi naast elkaar staan. Dit zorgt voor een slecht permeabel
membraan en voorkomt het binnendringen van andere moleculen.
o Ethyleen-diamine-tetra-azijnzuur EDTA als hulpstof (structuur kennen): Ca2+
bindt met de zuurfunctie van EDTA, waardoor Ca2+ wordt gecomplexeerd →
Ca2+ wordt weggevangen → fosfaatgroepen stoten elkaar af → permeabiliteit
verhoogt → antibiotica kan beter gaan inwerken (bv. in oordruppels waar
antibiotica standaard in zit).
GRAMKLEURING
Het is belangrijk om een onderscheid te maken tussen grampositief en -negatief om je
behandeling aan te kunnen passen. Dit onderscheid wordt gemaakt middels kleuring.
1. 1 minuut kleuren met kristalviolet kleuring → positief geladen groepen van de
paarse kleuring binden de negatief geladen fosfaatgroepen
(fosfolipiden/DNA/bepaalde eiwitten) van de bacteriën → beide
grambacteriën zijn paars gekleurd.
2. 1 minuut kleuren met een joodoplossing → kristalviolet-jood
complex gevormd. Beide bacteriën zijn wat donkerder en dus
beter te zien. Het complex is groot en zal dus moeilijk uit de
bacterie kunnen.
3. Ontkleuren met ethanol en aceton. Het aceton is lipofiel →
celmembraan zal hierin oplossen en kapot gaan, er worden gaten
gemaakt in het celmembraan. Het ethanol denatureert eiwitten
→ peptidoglycaanlaag krimpt. Bij gramnegatieven is deze laag
heel dun → de laag gaat kapot en het kristalviolet-jood complex
kan eruit (niet meer te zien onder de microscoop). De dikke laag
van peptidoglycaan bij grampositieve bacteriën gaat niet kapot,
dus complex blijft in de cel → blijft paars gekleurd.
4. 30-60 seconde tegenkleuren met Safranine, de positieve
groepen in deze roze kleur binden met de vrije fosfaatgroepen in
gramnegatieve bacteriën en deze zullen roze kleuren en zijn
weer zichtbaar in de microscoop. De grampositieven zitten nog
vol met het KV-I complex en blijven paars.
→ Dus: gram positief is paars en gram negatief is roze.
10
