1
ALGEMENE MICROBIOLOGIE : INLEIDING
1. Wat is microbiologie ?
“Biologie” = “de leer van het leven” (Grieks: bios, logos)
» Microbiologie = (letterlijk) “leer vh kleine leven” (Grieks: mikros = klein)
o studie v organismen die we met blote oog niet kn waarnemen : microscoop nodig
» Virologie: virussen
» Bacteriologie: bacteriën (en Archaea) (geen celkern, “prokaryoten”) --> kernmat vrij in cytopl
» Mycologie: fungi (gisten & schimmels) (wel een celkern, “eukaryoten”)
» Parasitologie: protozoa, wormen (“eukaryoten”)
Eukaryoten: ~1 mm
Prokaryoten: 1 - paar µm
Virussen: in nm-range
Micro- organismen : te klein voor blote oog
Grootte vergelijking tsn verschillende atomen, moleculen & microorganismen
Hoe het er in praktijk uitziet :
Niet gekleurd : rode bloedcellen
Heel kleine blauw gekleurd : bacterien
Groot blauw : witte bloedcellen
Semi-gekleurd : gistcellen
, 2
2. Belang van microorganismen
Waarom micro-org belangrijk?
» Medisch aspect : welke ziekte dr welk micro-org, antibiotica, …
» Landbouw (geen microorganismen = geen landbouw)
o Belng vr nutrient cycli (N, S, C)
o N essentieel vr groei planten (bemesting)
▪ Door bacteriën aanwezig in bep. Wortelknolletjes
▪ Kn N2 omzetten in andere N-verbindingen --> gebruikt dr planten
• ammonium, nitriten, nitraten, ..
» Afbraak materiaal (dode planten)
Fytopathogenen (vb. Burkholderia glumae op rijst)
» De keerzijde : veel microorganismen veroorzaken plantpathologenen = ziektes planten
Veeteelt – vb. vertering van cellulose
Runderen die excl gras gebas voeding krijgen
--> Zit veel cellulose in : E voor de koeien
- Afbraak door micro-org --> bacterien in systeem van magen (rumen)
- Bij product afbraak is de keerzijde
Biodegradatie van recalcitrante xenobiotica : moeilijk afbreekbare stoffen toch afbreken
» vb. PCB degradatie dr Burkholderia xenovorans LB400
PCB: dr mens gemaakt --> kn mr dr weinig microorganismen afgebroken wrd
Bep bact kn dit wel : afbreken v complexe pathways tot wel metaboliseerbare stoffen
Biobrandstoffen – vb. ethanolproductie uit suikerriet in Brazilië
» wrd geproduceerd dr metabole processen van microorganismen
Voedingsmicrobiologie
» productie
o fermentatie van vleeswaren = microbiologisch proces --> bv door gisten
» bederf
o Keerzijde : bederven van voedingswaren : schimmels
Biotechnologie
» Transformatie van planten dmv Agrobacterium tumefaciens (vb. Transgenic Bt corn)
o Planten genetisch modificeren dr gebruik te maken v bep bacterien
▪ Plantenrassen gaan maken die bv. Een bep toxine gaan produceren
• Giftig voor insecten die plant zouden aanvreten
• Minder/geen pesticiden meer nodig
▪ Meer droogte resistente planten maken
» Productie van geneesmiddelen in bacteriën
o Insuline : bacteriën genetisch wijzigen zodat ze EW gaan aanmaken
▪ Opzuiveren : goedkope manier vr GM
» Gebruik van bacteriële secundaire metabolieten (vb. antibiotica, vitaminen)
o Antibiotica : ++deel producten oorspr dr bacterien --> Aantalproductie processen nog steeds
SARS-CoV-2
» Voordeel : medisch belang van microorganismen = grote impact
! Ondanks feit dat µ-org zo klein zijn : maken wel aanzienlijk deel van biomassa op aarde uit
» Hvlh bacteria & archaea : 1 x 1030
» Hvlh virussen : 1 x 1031
, 3
3. Geschiedenis van de microbiologie
Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723)
» 1676 : bacterien in peper infuus
» 1683: studie van bacteriën op tanden en huid
» Geen microscoop : daarmee alleen dan starten
o Vnl observationeel : kleine organismen kn overal vrkomen
Louis Pasteur (1822-1895)
» Meer functioneel werk : aantonen dat ziekte verwekkende rol van microorganismen
o Grondlegger van de microben-theorie (ziektekiem-theorie, germ theory)
o Baseerde zich ten dele op vroeger werk, o.a. van Francesco Redi (1626- 1696)
» Bevestigd --> Omne vivum e vivo : al het levende ontstaat uit het levende
» Experiment: vlees in potjes --> sommige open, andere afgedekt en andere afgedekt + gaas
o Komen snel vliezen op af : eitjes in leggen
▪ Stelde vast dat open potje vliegenlarven kregen
▪ Bij gaas: vliegen bovenop + valt nr beneden --> maden
▪ Afgesloten : geen maden
=> levende vliegen moeten in contact komen met vlees voor daar levende maden uitkomen
=> weerlegd theorie v 'spontane generatie'
--> men dacht dat levende wezens konden vrkomen uit niet-levend materiaal
--> zo dachten de Grieken dat muizen ontstonden uit stro
1 vd belangr experimenten :
> Bep voedingsmedium (rijk aan org materiaal)
--> opwarmen = Alle µ-org aanwezig sterven af + glaswerk dr stoom
ook vrij
--> Afkoelen : µ-org sedimenteren weer in zwanenhals
- Bereiken vloeistof niet meer
- Heel lang/ bep tijd vrij van µ-org
--> Fles kantelen : vloeistof in contact met hals
- Heel snel weer µ-org in aanwezig
=> ziekte verwekken kan enkel na contact met µ-org
Robert Koch (1843-1910)
» Experimenten met dieren (gestorven muizen)
o Microorganismen isoleren, opkweken, bekijken
o Diezelfde µ-org gebruiken om volgend dier te besmetten
▪ Idee: moeten doodoorzaak kn gaan reproduceren
= besmettingen (was toen niet evident)
=> postulaten van koch
1. Een welbepaalde kiem zal altijd met een welbepaalde ziekte geassocieerd zijn
2. Het pathogeen kan geïsoleerd worden en in het laboratorium gekweekt worden
3. Wnr geïsoleerde & gekweekte organisme in gevoelige gastheer gebracht w lokt het ziekte uit
4. Het causale micro-örganisme kan opnieuw in reincultuur uit de zieke gastheer geïsoleerd worden
=> besmettelijkheid = context afh --> sommige ok voor mij, voor iem in ziekenhuis niet
Robert Koch, Fannie Eilshemius-Hesse, Walther Hesse , Richard Petri
» Belang reinculturen : ontwikkelen v meth om µ-organismen te isoleren, te propageren & te bestuderen
, 4
» Voorbeelden
o Gebruik v agar om vaste voedingsbodems te maken (ipv gelatine, aardappelschijfjes)
o “Petri plaat” = werken in labo makkelijk
=> Geeft aanleiding tot de “gouden periode” van de microbiologie (1880-1910)
» 1880: Laveran ontdekt Plasmodiu (malaria)
» 1882: Koch ontdekt Mycobacterium tuberculosi (TBC)
» 1885: Escherich ontdekt Escherichia coli (longontsteking)
» 1886: Fraenkel ontdekt Streptococcus pneumoniae
» 1894: Kitasato & Yersin ontdekken Yersinia pesti (de pest)
» 1905: Schaudinn & Hoffmann tonen aan dat Treponema pallidum syfilis veroorzaakt
» 1910: Ehrlich ontwikkelt chemotherapeutisch agens voor behandeling syfilis
In deze cursus: focus op bacteriën
4. Bacteriële diversiteit – “tree of life”
Beter begrip omtrent evolutionaire verwantschappen tussen micro- organismen (fylogenie) is cruciaal om
verschillen in morfologie, biochemie, pathogeniciteit etc te begrijpen
» meeste µ-org geen/weinig wrneemb morfologische en/of biochemische verschillen
=> microbiële fylogenie gebaseerd op moleculaire parameters
» Aandacht voor naamgeving – binomiaal (genusnaam (afgekort) + speciesnaam (soort))
o Escherichia coli (E. coli)
o Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa)
o Staphylococcus aureus (S. aureus)
Meest-gebruikt = Moleculaire methode : sequentie analyse van ribosomaal RNA (16S bij prokaryoten)
» Aanwezig in alle bacterië : dezelfde functie
» Functioneel constant => mogh sequentie af te leiden + vergelijken
» Technisch eenvoudig & goedkoop, gigantische DB
Verwantschapsbomen : tree of life
Drie “domeinen”
» Euk <=> prok onderdeling niet helemaal correct
» Archeau = ook prok = geen celkern
o Klinisch onbelangrijk : geen infecties veroorz
o Belangr functies wel in natuur
» fylogenetisch niet zo zinvol
» Focus vnl : proteobacteria & gram positives
=> Termen “prokaryoot” en “eukaryoot” zijn evolutionair gezien niet relevant
Drie subdivisies
» Biochemisch/morfologisch verschillend van Bacteria (o.a. membraan)
» Omvatten veel “extremofielen” : in extreme omstandigheden
o Thermofiel, vb. Pyrolobus fumarii (106°C)
o Acidofiel, vb. Picrophilus oshimae (pH = 0.7)
o Halofiel, vb. Halobacterium salinarum (25% NaCl)
ALGEMENE MICROBIOLOGIE : INLEIDING
1. Wat is microbiologie ?
“Biologie” = “de leer van het leven” (Grieks: bios, logos)
» Microbiologie = (letterlijk) “leer vh kleine leven” (Grieks: mikros = klein)
o studie v organismen die we met blote oog niet kn waarnemen : microscoop nodig
» Virologie: virussen
» Bacteriologie: bacteriën (en Archaea) (geen celkern, “prokaryoten”) --> kernmat vrij in cytopl
» Mycologie: fungi (gisten & schimmels) (wel een celkern, “eukaryoten”)
» Parasitologie: protozoa, wormen (“eukaryoten”)
Eukaryoten: ~1 mm
Prokaryoten: 1 - paar µm
Virussen: in nm-range
Micro- organismen : te klein voor blote oog
Grootte vergelijking tsn verschillende atomen, moleculen & microorganismen
Hoe het er in praktijk uitziet :
Niet gekleurd : rode bloedcellen
Heel kleine blauw gekleurd : bacterien
Groot blauw : witte bloedcellen
Semi-gekleurd : gistcellen
, 2
2. Belang van microorganismen
Waarom micro-org belangrijk?
» Medisch aspect : welke ziekte dr welk micro-org, antibiotica, …
» Landbouw (geen microorganismen = geen landbouw)
o Belng vr nutrient cycli (N, S, C)
o N essentieel vr groei planten (bemesting)
▪ Door bacteriën aanwezig in bep. Wortelknolletjes
▪ Kn N2 omzetten in andere N-verbindingen --> gebruikt dr planten
• ammonium, nitriten, nitraten, ..
» Afbraak materiaal (dode planten)
Fytopathogenen (vb. Burkholderia glumae op rijst)
» De keerzijde : veel microorganismen veroorzaken plantpathologenen = ziektes planten
Veeteelt – vb. vertering van cellulose
Runderen die excl gras gebas voeding krijgen
--> Zit veel cellulose in : E voor de koeien
- Afbraak door micro-org --> bacterien in systeem van magen (rumen)
- Bij product afbraak is de keerzijde
Biodegradatie van recalcitrante xenobiotica : moeilijk afbreekbare stoffen toch afbreken
» vb. PCB degradatie dr Burkholderia xenovorans LB400
PCB: dr mens gemaakt --> kn mr dr weinig microorganismen afgebroken wrd
Bep bact kn dit wel : afbreken v complexe pathways tot wel metaboliseerbare stoffen
Biobrandstoffen – vb. ethanolproductie uit suikerriet in Brazilië
» wrd geproduceerd dr metabole processen van microorganismen
Voedingsmicrobiologie
» productie
o fermentatie van vleeswaren = microbiologisch proces --> bv door gisten
» bederf
o Keerzijde : bederven van voedingswaren : schimmels
Biotechnologie
» Transformatie van planten dmv Agrobacterium tumefaciens (vb. Transgenic Bt corn)
o Planten genetisch modificeren dr gebruik te maken v bep bacterien
▪ Plantenrassen gaan maken die bv. Een bep toxine gaan produceren
• Giftig voor insecten die plant zouden aanvreten
• Minder/geen pesticiden meer nodig
▪ Meer droogte resistente planten maken
» Productie van geneesmiddelen in bacteriën
o Insuline : bacteriën genetisch wijzigen zodat ze EW gaan aanmaken
▪ Opzuiveren : goedkope manier vr GM
» Gebruik van bacteriële secundaire metabolieten (vb. antibiotica, vitaminen)
o Antibiotica : ++deel producten oorspr dr bacterien --> Aantalproductie processen nog steeds
SARS-CoV-2
» Voordeel : medisch belang van microorganismen = grote impact
! Ondanks feit dat µ-org zo klein zijn : maken wel aanzienlijk deel van biomassa op aarde uit
» Hvlh bacteria & archaea : 1 x 1030
» Hvlh virussen : 1 x 1031
, 3
3. Geschiedenis van de microbiologie
Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723)
» 1676 : bacterien in peper infuus
» 1683: studie van bacteriën op tanden en huid
» Geen microscoop : daarmee alleen dan starten
o Vnl observationeel : kleine organismen kn overal vrkomen
Louis Pasteur (1822-1895)
» Meer functioneel werk : aantonen dat ziekte verwekkende rol van microorganismen
o Grondlegger van de microben-theorie (ziektekiem-theorie, germ theory)
o Baseerde zich ten dele op vroeger werk, o.a. van Francesco Redi (1626- 1696)
» Bevestigd --> Omne vivum e vivo : al het levende ontstaat uit het levende
» Experiment: vlees in potjes --> sommige open, andere afgedekt en andere afgedekt + gaas
o Komen snel vliezen op af : eitjes in leggen
▪ Stelde vast dat open potje vliegenlarven kregen
▪ Bij gaas: vliegen bovenop + valt nr beneden --> maden
▪ Afgesloten : geen maden
=> levende vliegen moeten in contact komen met vlees voor daar levende maden uitkomen
=> weerlegd theorie v 'spontane generatie'
--> men dacht dat levende wezens konden vrkomen uit niet-levend materiaal
--> zo dachten de Grieken dat muizen ontstonden uit stro
1 vd belangr experimenten :
> Bep voedingsmedium (rijk aan org materiaal)
--> opwarmen = Alle µ-org aanwezig sterven af + glaswerk dr stoom
ook vrij
--> Afkoelen : µ-org sedimenteren weer in zwanenhals
- Bereiken vloeistof niet meer
- Heel lang/ bep tijd vrij van µ-org
--> Fles kantelen : vloeistof in contact met hals
- Heel snel weer µ-org in aanwezig
=> ziekte verwekken kan enkel na contact met µ-org
Robert Koch (1843-1910)
» Experimenten met dieren (gestorven muizen)
o Microorganismen isoleren, opkweken, bekijken
o Diezelfde µ-org gebruiken om volgend dier te besmetten
▪ Idee: moeten doodoorzaak kn gaan reproduceren
= besmettingen (was toen niet evident)
=> postulaten van koch
1. Een welbepaalde kiem zal altijd met een welbepaalde ziekte geassocieerd zijn
2. Het pathogeen kan geïsoleerd worden en in het laboratorium gekweekt worden
3. Wnr geïsoleerde & gekweekte organisme in gevoelige gastheer gebracht w lokt het ziekte uit
4. Het causale micro-örganisme kan opnieuw in reincultuur uit de zieke gastheer geïsoleerd worden
=> besmettelijkheid = context afh --> sommige ok voor mij, voor iem in ziekenhuis niet
Robert Koch, Fannie Eilshemius-Hesse, Walther Hesse , Richard Petri
» Belang reinculturen : ontwikkelen v meth om µ-organismen te isoleren, te propageren & te bestuderen
, 4
» Voorbeelden
o Gebruik v agar om vaste voedingsbodems te maken (ipv gelatine, aardappelschijfjes)
o “Petri plaat” = werken in labo makkelijk
=> Geeft aanleiding tot de “gouden periode” van de microbiologie (1880-1910)
» 1880: Laveran ontdekt Plasmodiu (malaria)
» 1882: Koch ontdekt Mycobacterium tuberculosi (TBC)
» 1885: Escherich ontdekt Escherichia coli (longontsteking)
» 1886: Fraenkel ontdekt Streptococcus pneumoniae
» 1894: Kitasato & Yersin ontdekken Yersinia pesti (de pest)
» 1905: Schaudinn & Hoffmann tonen aan dat Treponema pallidum syfilis veroorzaakt
» 1910: Ehrlich ontwikkelt chemotherapeutisch agens voor behandeling syfilis
In deze cursus: focus op bacteriën
4. Bacteriële diversiteit – “tree of life”
Beter begrip omtrent evolutionaire verwantschappen tussen micro- organismen (fylogenie) is cruciaal om
verschillen in morfologie, biochemie, pathogeniciteit etc te begrijpen
» meeste µ-org geen/weinig wrneemb morfologische en/of biochemische verschillen
=> microbiële fylogenie gebaseerd op moleculaire parameters
» Aandacht voor naamgeving – binomiaal (genusnaam (afgekort) + speciesnaam (soort))
o Escherichia coli (E. coli)
o Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa)
o Staphylococcus aureus (S. aureus)
Meest-gebruikt = Moleculaire methode : sequentie analyse van ribosomaal RNA (16S bij prokaryoten)
» Aanwezig in alle bacterië : dezelfde functie
» Functioneel constant => mogh sequentie af te leiden + vergelijken
» Technisch eenvoudig & goedkoop, gigantische DB
Verwantschapsbomen : tree of life
Drie “domeinen”
» Euk <=> prok onderdeling niet helemaal correct
» Archeau = ook prok = geen celkern
o Klinisch onbelangrijk : geen infecties veroorz
o Belangr functies wel in natuur
» fylogenetisch niet zo zinvol
» Focus vnl : proteobacteria & gram positives
=> Termen “prokaryoot” en “eukaryoot” zijn evolutionair gezien niet relevant
Drie subdivisies
» Biochemisch/morfologisch verschillend van Bacteria (o.a. membraan)
» Omvatten veel “extremofielen” : in extreme omstandigheden
o Thermofiel, vb. Pyrolobus fumarii (106°C)
o Acidofiel, vb. Picrophilus oshimae (pH = 0.7)
o Halofiel, vb. Halobacterium salinarum (25% NaCl)
