Bacteriologie:
Bouw en fysiologie van de bacterien
Afmetingen :
Groen: bacterienen → grote van 1- 10 micrometer (µm)
Oranje: eukaryote
Rood: virussen
Vorm en groeipatroon:
Indeling volgens globale vorm en patroon van clustering (kolonievorming)
1. Sferisch: COCCUS
Vb. Staphylococcus aureus → zweren, …
2. Staafvormig: BACILLUS
Vb. Escherichia coli → cystitis, …
3. Spiraal- of kurkentrekkervormig: SPIRIL of SPIROCHEET
Vb. Treponema pallidum → Syfilis
Vb. Borrelia burgdorferi→ ziekte van Lyme
4. Kommavormig: VIBRIO
Vb. Vibrio cholerae → cholera
5. Doosvormig of rechthoekig
,Indeling volgens globale vorm en patroon van clustering (kolonievorming)
• KOKKEN (coccus)
– enkelvoudig
– 2 cellen: diplokokken
Vb. Pneumokok
Vb. Meningo- & gonokokken
– ketenvormig: streptokokken
– cuboïdale pakketten of tetraden
– onregelmatige vorm of druiventros: stafylokokken
– BACILLEN (staven; rods)
– enkelvoudig
– 2 cellen: diplobacillen
– ketenvormig: streptobacillen
,functionele onderdelen van een bacterie
Bacterie is aan buitenkant omgeven met
celmembraan: uit 2 fosfolipide lagen.
Celwand beschermd tegen Omolyse → zorgt
ervoor dat cel niet kapot springt al er water na
binnen komt via osmose
Slijmkapsel= extra bescherming (tegen
immuunsysteem
Kunnen voortbewegen via een flagel
Pili= haarvormig structuur waarmee ze zich
kunnen vasthechten.
Genofoor: los DNA
Plasmide= extra dubbelstrengige DNA molecule
die kleiner zijn.
RIBOSOMEN zijn de enige organellen → zorgt voor
eiwitsynthese
Verschil in gram positieve en gram
negatieve bacterie:
verschil in kleuring
het omhulsel: celwand is dunner bij
negatieve bacterie
bij – is er een buitenmebraan aanwezig
(extra afbeldingen in powerpoint voor
oefening dia 15)
celenvelop
• Plasmamembraan: CHEM. BARRIERE
– Bestaat uit fosfolipiden en proteïnen
– Houdt intracellulair milieu in stand
– Zorgt voor selectief transport& is determinerend voor doorgankelijkheid voor.
Antibiotica
• Peptidoglycaan (Celwand): HARNAS
– Vlechtwerk van ketens van aminosuikers en peptiden
– Erg stevig, doch erg doorgankelijk:
belet osmolyse van de bacterie in hypotoon milieu
, • Buitenmembraan en periplasma
enkel bij Gram- !!!
• Soms nog een slijmkapsel: BESCHUT
Verschil gram + en gram -
• Gram+:
– Slechts 1 enkele (binnen) membraan
– Peptidoglycaan van 30 lagen dik
– Dikke celwand: kleurt paars aan bij Gram-kleuring
• Gram-
– Binnenmembraan
– Dunnere celwand: kleurt niet bij Gram-kleuring (tegenkleuring → roze)
– Oplosbare enzymes in periplasma
(tss buitenmembraan& peptidoglycaan)
– Buitenmembraan bestaande uit fosfolipiden, lipoproteines & lipopolysachariden
(LPS)
(= ENDOTOXINES)
Cytoplasma:
• Water met ionen, bouwstenen (org. molec.) en enzymen
• prokaryote ribosomen→ eiwitsynthese
NB: prokaryote ribosomen verschillen qua bouw van eukaryote ribosomen ➔ dit laat een selectieve
inwerking van antibiotica toe!
• geen endoplasmatisch reticulum
• geen mitochondriën
• insluitsels
• vrij liggend genetisch materiaal (geen kern):
– 1 circulair DNA molecule, genofoor of chromosoom genaamd, met 1000 tal genen
– evt. 1 of meer plasmiden:
extra stukjes circulair DNA, vlot uitwisselbaar van bacterie tot bacterie (over de
soorten heen!)
pili en flagellen:
• Pilus (=haar, mv. pili) of fimbria (=franje, mv. fimbriae)
– Dienen voor (selectieve) vasthechting aan epithelen
• Sekspilus (enkel bij F+-bacteriën)
, – Dient voor conjugatie = uitwisseling van DNA tussen
bacteriën (zie verder)
– Aanleg ervan vereist een F(ertility)-plasmide (zie verder)
• Flagellen zweepdraden (facultatief )
– Dienen voor voortbeweging (naar voedsel)
(enkel bij beweeglijke bacteriesoorten)
Nucleoïd kernequivalent:
(geen echte kern -> DNA los in cytoplasma )
• Alle genen (1000-tal) bevinden zich op 1 enkel circulair DNA-molecule (= genofoor)
• Bacteriën hebben geen kern(envelop):
het DNA drijft in het midden van het cytoplasma
= nucleoïde kernequivalent
Specifieke structuren:
o Kapsel of slijmlaag (glycocalyx) van polysacchariden
– van sommige bacteriesoorten bestaan varianten (serovars) met een kapsel
– beschermt tegen fagocytose → virulenter (= ziekmakender) beschermingen tegen
imuunsysteem
– heeft antigene eigenschappen
o Endosporen (meest resistet)
– betreft schijndode overlevingsvorm waarin de bacterie zich omzet bij ongunstige
omstandigheden: kan 10-tallen jaren overleven in de grond
– enkel bij sporulerende bacteriesoorten (Clostridium, Bacillus, …)
– hermetisch dicht kapsel dat zich vormt rond het chromosoom
– zeer weerstandig aan verhitting en desinfectantia
(bestand tegen koken, vereist 15 min 121°C!)
o plasmiden
• - Extra (“luxe”) stukjes DNA, los van het genofoor
– bevatten genen voor resistentie aan antibiotica!
– bevatten genen voor bacteriële exotoxines!
• F-plasmiden bevatten daarnaast genen die nodig zijn voor de aanmaak van sekspili ten
behoeve van horizontale transmissie
NB: een bacterie in het bezit van een F-plasmide wordt geduid als F+
(~ mannetje), eentje zonder als F- (~ vrouwtje)
, • Plasmiden kunnen gerepliceerd (gekopieerd) worden buiten de celdeling (S-fase); dit is
onder meer het geval tijdens conjugatie: de koppelende bacterie (F+) geeft een kopie door
aan de aangekoppelde bacterie (F-)
Fysiologie van de bacterien
Voeding:
– niet-fotosynthetiserende bacteriën waartoe de commensale en pathogene bacteriën
behoren, zijn heterotroof, d.i. ze hebben nood aan een
(levende of dode) organische C-bron (= suikers, vetten) (mens is ook hetrotoof)
– daarnaast behoeven ze voor hun groei mineralen en oligo-elementen, en een N-
bron, zoals organische aminen in eiwitten of ureum (afbraakprodukt van eiwitten), of
anorganisch N (N2 uit lucht, NOx uit de lucht of nitriet/nitraat uit de bodem)
ATP producti (energie productie):
– bacteriën halen de energie voor hun levensverrichtingen uit de afbraak van suikers
en vetten; deze worden:
– ofwel volledig afgebroken tot CO2, en
• H2O, met verbruik van O2 = aerobe glycolyse/ademhaling
• H2S, met verbruik van sulfaat/sulfiet
• CH4, met verbruik van CO2
– ofwel slechts gedeeltelijk afgebroken tot melkzuur of ethanol = fermentatie (gisting)
Volgens wijze van energieproductie onderscheidt men:
– aeroob (O2 behoeftig) bacteriën: (hebben zuurstof nodig)
vb. Pseudomonas aeruginosa
vb. Mycobacterium tuberculosis (= micro-aerofiel)
– obligaat anaerobe bacteriën (rottingsbacteriën) (zuurstof is dodelijk)
vb. Clostridium species
– facultatief anaëroob: kan zowel met als zonder
vb. Lactobacillus acidophilus (Döderlein bacillen)
T° - optimum:
– Elke bacteriesoort heeft een T°-optimum waarop deze het snelste groeit:
• Cryo- of psychrofiele bacteriën: -5 – 40°C (id. 20 – 30°C)
vb. Listeria monocytogenes (grondbacterie)
• Mesofiel: 5 – 45°C (ideaal 30 – 37°C)
vb. Staphylococcus aureus (meeste pathogene kiemen)
, • Thermofiel: 25 – 85°C (ideaal 50 – 80° C)
vb. Thermophilus aquaticus (heetwaterbronnen)
– Bij T° lager dan de min. T° of boven de max. T° stopt de bacterie met groeien (sterft echter
niet)
– Bij T° boven 100°C sterven bacteriën af (tenzij er sporen kunnen gevormd worden)
Sporen van bacterien zijn hitte bestendig!!
PH- optimum:
– pH-optimum variërend van pH 4 tot pH 9
(gem. pH 7)
– Een lage omgevings-pH (pH 5) komt tot stand door melkzuurproductie door fermenterende
bacteriën van o.a. het geslacht Lactobacillus: hier zijn heel wat pathogene bacteriesoorten en
schimmels niet tegen bestand, hetgeen de vrouw beschermt tegen opstijgende infecties.
Groei en vermenigvuldiging:
– bacteriën vermenigvuldigen zich door hun DNA te kopiëren en vervolgens in 2 te
splijten door insnoering van het membraan
= amitose of binaire splijting
– de splitsings- of verdubbelingstijd varieert van 20 minuten tot 20u (Mycobacteriën):
op 24 u kan dit dus onder ideale omstandigheden tot 50 generaties opleveren = 250 =
1000.000.000.000.000!
De groei van een bacteriële kolonie in een vloeibaar medium kent 5 stadia:
– Lag-fase: na enting treedt er niet meteen groei op, bacteriën dienen zich eerst aan te
passen
– Log-fase: na de lag-fase treedt er exponentiële groei op gedurende +/- 24u ➔
kolonie / kloon vorming
– Stationaire fase: door uitputting van voedingsstoffen (en O2) komt de groei tot staan
– Afstervingsfase: door opstapeling van giftige metabolieten sterven er meer bact. dan
er bijkomen
– Rustfase: er stelt zich een nieuw
evenwicht in
,Bacteriële genetica:
➔ Is van belang om te kunnen begrijpen hoe bacteriën resistent kunnen worden aan
antibiotica
Je kan resistent worden op 2 manieren:
– Natuurlijke resistentie berust op fenotypische aanpassing → van nature resistent
– Verworven resistentie berust op genotypische aanpassing→ verworven
Genotype = alles wat in de genen staat genoteerd (alle genen samen vormen genotypen)
De wakkere genen zijn de gene die tot expressie komen (via eiwitten)
Slapende komen niet tot expressie → MAAR de omgeving kan er voor zorgen dat die slapende genen
wakker worden en wel tot expressie komen dat is dan het Fenotype
,Hoe kan genotypen aangepast worden?
MUTATIE
• Mutaties betreffen wijzigingen in de DNA-code door fouten tijdens de DNA replicatie
• Eigenschappen:
– zijn zeldzaam, want controle-mechanismen zijn zeer effectief
– ontstaan spontaan, maar kunnen versneld worden door DNA-beschadiging t.g.v.
straling en blootstelling aan mutagene stoffen
– is meestal nefast voor de bacterie, maar kan soms een meerwaarde teweeg brengen
(‘gain of function’)
– treedt in het laatste geval blijvend op bij alle afstammelingen
– kan zich snel uitbreiden in een bacteriële populatie in omstandigheden waarbij de
mutanten een groeivoordeel hebben t.a.v. de niet-gemuteerde soortgenoten
vb. AB-resistente mutanten in ziekenhuismilieu
CONJUGATIE:
➔ Proces van horizontale transmissie van genetisch materiaal
• Donorcel (met F-plasmide) zal d.m.v. een sekspilus in verbinding treden met een acceptorcel.
• DNA wordt van de donorcel naar de acceptorcel overgedragen, waarbij zowel kopieën van
plasmiden als van (delen van het) chromosomaal DNA kunnen worden overgedragen.
(dias over transformatie en transductie NIET kennen) (51-60)
Ziekteverwekkend vermogen:
Ineffectiviteit=
- Overdracht bron naar ingangspoort
- Hechten en kolonisatie
Virulentie=
- Invasie en afslaan afweer (infectie)
- Schade aanrichten (infectieziekte
- = ziekmakend vermogen
, Besmettelijkheid (ineffectiviteit):
• Vlotheid waarmee een (ziekte)kiem wordt overgedragen
• % mensen dat gekoloniseerd raakt bij blootstelling aan een besmettingsbron
• Is hoger naarmate er:
– meer kiemen vrijgesteld worden door de bron
– de kiem zich vlot weet te hechten & te vermenigvuldigen
t.h.v. intreepoort (= orgaantropisme) (cfr. ID50)
– binnen een populatie speelt ook de overdrachtsweg een rol: is deze laagdrempelig,
bijv. ook via voorwerpen enkel bij nauw lijfelijk contact)
• Hechting:
– bescherming tegen mechanische verwijdering
– voorwaarde voor bacteriële vermenigvuldiging op epitheel
– aspecifieke hechting d.m.v. biofilm van slijm
– specifieke hechting d.m.v. ligand-receptor binding m.b.v. pili die zich doorheen de
mucuslaag hechten aan specifieke membraaneiwitten (= weefselspecifiek!)
➔ kolonisatie (= tijdelijk)
• Lichaam weert hechting & kolonisatie af door:
– mictie en peristaltiek
– slijmproductie met trilhaarwerking
– afscheiding van lysozyme en ligand-neutraliserende IgA-antistoffen
pathogeen vermogen (virulentie):
• Ernst van infectie volgend op de kolonisatie
~ % mensen die effectief ziek worden na kolonisatie
Berust op:
– Penetratievermogen (‘invasiviteit’) van de kiem (vermogen om binnen te geraken)
Invasie of penetratie doorheen intacte epithelen: (kan op 2 manieren)
• agressief:
bressen slaan door afscheiding van
hetzij membraan beschadigende (lytische) enzymen,
hetzij celdodende (lysogene) toxinen (zgn. ‘AB-toxinen’)
