Microbiology
MIB - 11306
Chapter 1
Micro-organismen en microbiologie
2 Prokaryoot: "voor-kern"
mRNA en DNA in direct contact met ribosomen
Prokaryoten: archaea en bacteriën 1 Eukaryoot: "echte-kern"
mRNA moet door kernmembraan heen:
transcriptie en translatie fysiek gescheiden
Prokaryoten Eukaryoten
Kern met membraan - + Energieomzetting in bacteriën over
Chromosomen 1 >1 celmembraan (door afwezigheid mito’s) →
Mitochondriën - + complexer membraan nodig
Chloroplasten - +
E.R. - + Archaea: prokaryoten: chromosomen lijken op
Celwand Complex Simpel die van bacteriën, maar verschil in replicatie en
(met peptidoglycaan) (dieren geen)
opgerold zijn van DNA verschilt
Ribosomen Kleine Grote
(behalve in mitochondriën Virussen: gastheercel nodig voor voortplanting;
vaak niet als levend organisme beschouwd
en chloroplasten)
Specifiek: speciale virussen voor bijv. planten zijn niet schadelijk
voor mensen
Bestaat uit DNA/RNA met evt. vetlaag eromheen + eiwitmantel
Naakt virus: heeft geen vetlaag
Micro-organismen
Grootste deel van biomassa van de aarde
Belangrijkste structuren: cytoplasmamembraan, DNA, RNA en
ribosomen
Eigenschappen van alle micro-organismen
Metabolisme: opname en omzetting nutriënten,
uitscheiding van afvalstoffen
- cel is dus een open systeem
Groei; nutriënten uit omgeving gebruikt voor vorming
nieuwe cellen; voortplanting
Evolutie: ontstaan nieuwe eigenschappen in nieuwe
soorten, weergegeven in fylogenetische boom
- gaat heel snel; antibioticumresistentie
Eigenschappen van sommige micro-organismen
Differentiatie: vorming van nieuwe celstructuren, zoals spore
Communicatie: interactie tussen cellen door chemische signalen
Genetische uitwisseling: uitwisselen van genen tussen donor en acceptorcel
Beweeglijkheid: eigen aandrijving om te bewegen (flagel/zweepstaart)
1 - 74
,VOORBEELDEN ZIEKTEN DOOR MICRO-ORGANISMEN
Ebola (virus)
Veroorzaakt ernstige bloedafwijking; inwendige bloedingen
Overdraagbaar via alle lichaamssappen
Virus houdt stand als er een uitbraak is
Overleeft in mensenapen; maar deze leven in kolonies en niet opvallend veel besmette dieren
Verblijft in vleerhonden
Vogelgriep (virus)
Zeer besmettelijk virus voor vogels
Besmetting vaak gevolgd door overlijden
Code voor versie van virus: H5N8 / H5N1-variant
H: hemagglutinine: eiwit dat hecht aan cel van de gastheer
N: neuraminidase: enzym dat bijdraagt aan verspreiding vanuit cel van gastheer
Oceaan met virussen: voorkomt overheersen van bijv. bepaalde algensoorten; ecologisch belang
Per mL zeewater miljoen-miljard virusdeeltjes
Evolutie en diversiteit
4.6 miljard jaar geleden ontstaan van de aarde
3.8 miljard jaar geleden ontstaan van bacteriën
Bacteriën en archaea zorgden voor zuurstof in de
atmosfeer
Voorheen: anoxische atmosfeer: N2, CO2, CH4
Nu: belangrijk voor in stand houden van ons milieu
(O2-productie)
LUCA: last universal common ancestor
Fylogenie: studie van ontstaansgeschiedenis van een
groep organismen
Verkregen door sequencing van rRNA genen (het RNA in de ribosomen)
Habitat: milieu waarin een microbiële populatie leeft
Mengcultuur/-populatie: meerdere soorten micro-organismen door elkaar
Ecosysteem: alle levende organismen + fysieke en chemische componenten van die habitat
Plaatsen op aarde zonder micro-organismen: lava van vulkanen
Vloeibaar water belangrijkste voorwaarde voor microbiële activiteit
Positieve rol micro-organismen:
Stikstofbindende micro-organismen in plantenwortels → geen bemesting nodig
Fermentatie van glucose tot vetzuren, CO2 en methaan (vertering cellulose in pens van koe)
Negatieve rol micro-organismen:
Antibiotica resistente MRSA bacterie in ziekenhuizen
Antibioticum paradox: door veel gebruik te maken van antibioticum worden micro-organismen gedood,
maar er worden ook veel micro-organismen resistent
Griekenland en Cyprus extreem hoog antibioticum gebruik
2 - 74
,Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723): eerste waarneming micro-organismen
Martinus Beijerinck (1851-1931): microbiële ophopingstechnieken (=condities bepalen waardoor alleen
bepaalde soort bacteriën groeien), N2-bindende bacteriën en sulfaat reducerende bacteriën
Louis Pasteur (1822-1895): verschil tussen aerobe en anaerobe bacteriën
Aerobe bacteriën
Ademhalen met zuurstof; zuurstof opname om er een verbinding mee te verbranden; oxidatie
Elektronen komen vrij
Elektronen via respiratieketen naar elektronacceptor; zuurstof
(denk aan elektronen transportketen in mito’s bij mensen; zuurstof geoxideerd tot water) → ATP ontstaat
Anaerobe bacteriën: halen adem met andere elektronacceptor van buitenaf; (NO 3-, SO42-, CO2, Fe3+)
Óf is fermentief: gebruikt zelfgemaakte organische verbinding als elektronacceptor (bijv. gistcellen)
Gist: anaeroob en aeroob
Anaerobe verbranding: sucrose → CO2 + ethanol (bereiding wijn en bier)
Aerobe verbranding: sucrose → CO2 + H2O
Oxidatiegetal: mate van geoxideerd zijn van een molecuul
Elektron-arm: geoxideerd
Elektron-rijk: gereduceerd
vb: oxidatiegetal 0 → evenveel elektronen en protonen
oxidatiegetal -1 → een elektron meer dan het aantal protonen
oxidatiegetal +1 → een elektron minder dan het aantal protonen
Alexander Fleming (1881-1955): ontdekking precieze werking penicilline
Ontdekking door ‘fout’ tijdens kweekje maken van patiënt met huidaandoening
Vergeten de kweek te incuberen bij hoge temperatuur → schimmelgroei (penicillium) in hoek petrischaal
Rondom schimmel geen bacteriëngroei → werking penicilline
Sergei Winogradsky (1856-1953): Winogradsky kolom; verschillende stoffen in kolom → verschillende soorten
bacteriën groeien op verschillende hoogtes: bepalen welke stof de bacteriën oxideren voor ATP generatie
Bacteriën die energie halen uit oxidatie van ijzer, zwavel en ammoniak
Chemolithotrofie
Chemo: energie komt vrij door chemische reactie (redox reactie)
Lithotroof: gebruik van anorganisch substraat als elektronendonor
- sulfide oxidatie H2S → S → SO42- ADP → ATP
- nitrificatie NH3 → NO2- → NO3-
= elke verbinding waarin C, N, S, Fe, Mn, Se, …… voorkomt in gereduceerde vorm kan als energiebron
dienen voor micro-organismen
Carl Woese (1928-2012): ontdekker Archaea als aparte groep van prokaryoten op basis van rRNA sequenties
Genoom van Archaeon Methanococcus jannaschii bleek meer verwant aan de mens dan aan bacterie →
Archaea is domein tussen mensen en bacteriën in
Chapter 2
Microbiële celstructuur en functie
Microscopie
Lichtmicroscopie
Helder veld/donker veld: geen details in cellen, (Gram-)kleuring vaak noodzakelijk
Fasecontrast: kleine verschillen in brekingsindex kunnen worden waargenomen; sporen en
reservestoffen
Elektronenmicroscopie
Transmissie elektronen microscoop: structuren
Scanning elektronen microscoop: 3D beeld
3 - 74
, Bacteriën
Cytoplasma
Kernmateriaal: DNA, geen kernmembraan, vormt nucleoïde
1 chromosoom + (evt.) plasmide
- uitzondering: Vibrio cholerae; heeft 2 chromosomen
1e chromosoom bevat DNA replicatie, celdeling, celwandsynthese informatie (veel groter)
2e chromosoom bevat ribosomale eiwitten, transport van suikers en DNA reparatie
Dubbelstrengs DNA
Transcriptie en translatie niet gescheiden
Essentiële (“housekeeping”) genen op chromosoom; voor
celdeling, proliferatie, etc.
Speciale genen op plasmide; bijv. antibioticum resistentie
Plasmide: genetisch element die onafhankelijk van
gastheerchromosoom kan repliceren, maar wel afhankelijk zijn van
door het chromosoom gecodeerde enzymen
Dubbelstreng DNA, meestal circulair uitzondering: Borrelia
burgdorferi; ziekte van Lyme
R-plasmide: verantwoordelijk voor resistentie tegen antibiotica
(ook andere functies mogelijk)
Plasmide kan geïntegreerd raken in chromosoom, bevat
onnodige genen, maar kan wel van pas komen
Overdracht van plasmiden tussen prokaryoten, maar ook van
prokaryoten naar eukaryoten
Conjugatie: pilus hecht aan andere cel → pilus wordt korter
→ binding tussen speciale membraaneiwitten → plasmide-
overdracht
Transformatie: DNA in donorcel breekt in stukken → cel
knapt; DNA komt vrij → ontvanger neemt vrij DNA op in
eigen DNA = tactiek bij
genetische modificatie
Transductie: virus injecteert donorcel →
chromosoomverstoring → virussen die donor DNA bevatten,
verlaten cel → injectie DNA van donorcel in ontvanger
- lytische cyclus; bacteriofaag injecteert eigen DNA in
donorcel → menging met gastheer DNA →
ontstaan fagen met gastheer DNA en normale fagen →
injectie faag met gastheer DNA in ontvangercel
- lysogene cyclus; bacteriofaag injecteert eigen DNA in
donorcel → DNA wordt opgenomen in DNA van
ontvangende cel óf vormt aparte plasmide
4 - 74
