Microbiologie PDF

Preview

Summary

Samenvatting cursus microbiologie door Liesbeth Vogels...

Description

Microbiologie

Micro-organismen in ons leven Micro-organismen = levende organismen te klein om gezien te worden met het blote oog Kiem = een snel groeiende cel Micro-organismen:  Bacteriën  Archaea (= oerbacteriën)  Fungi; schimmels ( multicellulair) en gisten ( ééncellig)  Protozoa; dierlijke ééncelligen  Algae; plantaardige ééncelligen  Microalgen  Virussen  Multicellulaire dierlijke parasieten  enorm verspreid  enorm veel toepassingen  kennen ± 1% van alle MO Functies:

     

Sommigen zijn pathogeen (= ziekteverwekkend) Ontbinden van organisch afval Belangrijke producenten van zuurstof  fotosynthese Productie industriële chemicaliën Productie gefermenteerde voeding Produceren producten die worden gebruikt in industrie en bij behandeling

Maken het mogelijk om:

   

Voedselbederf voorkomen Ziektes te voorkomen Oorzaken van manier van overdracht ziekten te begrijpen Aseptische technieken om contaminatie van MO te voorkomen in geneeskunde en microbiologische labo’s (= steriel werken)

Benaming, soorten en classificatie van MO Carolus Linnaeus  wetenschappelijk systeem voor wetenschappelijke nomencultuur (=benaming) in 1735 Elk organismen  2 namen: een genus + een species-naam (cursief of onderlijnd) Genusnaam met hoofdletter, species-naam met kleine letter bv. Escherichia coli, Staphylococcus aureus Soorten:



Bacteriën o Prokaryoot o Peptidoglycaan in celwand o Binaire deling (= ongeslachtelijk vermenigvuldigen) o Maken van energie (= (an)organische stoffen + fotosynthese)



Archaea o Prokaryoot o GEEN peptidoglycaan in celwand o Leven in extreme omstandigheden o Omvat; methanogenen, extreme halofielen en extreme thermofielen

Microbiologie



Fungi o Eukaryoot o Chitine in celwand o Organische stoffen  energie



Protozoa o Eukaryoot o Absorptie van organische stoffen o Bewegen via pseupodia (= schijnvoeten), ciliën of flagellen o Vrijlevend of parasitair



Algen o o o o o

Eukaryoot Cellulose in celwand Zoetwater, zoutwater en aarde Fotosynthese  energie Productie moleculaire zuurstof en organische componenten



Virussen o Acellulair (= geen cellen) o DNA of RNA o Eiwitmantel of coat o Coat; omgeven door lipidenenveloppe (  stabiliteit en opname door de gastheer) o Gerepliceerd in levende gastheer



Multicellulaire dierlijke parasieten o Eukaryoot o Geen MO o Parasitaire platwormen en rondwormen (= helminthen) o Microscopisch stadia in levenscyclus

Carl Woese  ontwikkeling van de classificatie van MO in 1990 3 domeinen:

 Bacteria  Archaea  Eukarya o Protisten (= ééncelligen eukaryoten; algen, protozoa en gisten) o Fungi o Planten o Dieren  1 stamcel  3 domeinen  endosymbiotische theorie; ontstaan positieve samenwerkingsvormen  horizontale genentransfer  verticale genentransfer; overdracht DNA van ouder op nakomeling

Microbiologie

Geschiedenis van de microbiologie Eerste observaties (17de eeuw):

Debat over spontane generatietheorie:



Robert Hooke o Levende dingen  kleine doosjes = “cellen” o Begin celtheorie



Anton van Leeuwenhoek o Eerste microben o “Animalcules” o Eerste microscoop o Grondlegger van microbiologie



Spontane generatietheorie = de hypothese dat levende organismen ontstaan uit niet levend materiaal; een “vitale kracht” vormt levend materiaal Biogenese (Pasteur) = de hypothese dat levende organismen ontstaan uit vroeger leven o Voedingsbouillon in flessen  verwarmen  NIET verzegelen  microbiële groei o Voedingsbouillon in flessen  verwarmen  WEL verzegelen  GEEN microbiële groei



     

S-vormige flessen ( MO buiten, lucht binnen) Bouillon in flessen ≠ leven Nek van flessenhals houdt MO tegen MO komt uit lucht of uit vloeistof Erg verwarmen bij een hoge t° gedurende korte tijd UHT = Ultra High Temperature

Gouden eeuw (18571914):

 

Begonnen met werk van Pasteur Gaan verder o Relatie MO en ziekten o Immuniteit o Antimicrobiële middelen

Fermentatie en pasteurisatie:



MO verantwoordelijk voor fermentatie (= suiker omzettin in alcohol in afwezigheid van lucht) MO verantwoordelijk voor voedselbederf Bacteriën die O2 gebruiken  bederf wijn; omzetting alcohol in azijn)

  Ziekten:

 Ziekten  kiem  Agostino Bossi (1835) o Ziekte zijdeworm  schimmel  Pasteur (1865)

Microbiologie

 



o Andere ziekte zijdeworm  protozoa Ignaz Semmelweis (1840) o Handwassing Joseph Lister (1860) o Pasteur’s werk o Chemische, desinfecterende middelen ter preventie Robert Koch (1876) o Anthrax bacterie o Experimentele stappen; “Koch’s postulaten” o Specifieke bacterie  specifieke ziekte

Vaccinatie:



Edward Jenner (1796) o Pokken o Vaccinatie is afgeleid van vacca (= koe) o Immuniteit

Chemotherapie:

 Behandeling met chemische middelen  Infectieziekten te behandelen  synthetische medicijnen of antibiotica  Antibiotica = chemische middelen geproduceerd door bacteriën en schimmels  inhiberen of doden andere MO (bacteriostatisch = remmende groei) (bactericide = bacterie gaat dood)

Antibiotica:



Alexander Fleming (1928) o Eerste antibioticum o Penicillium schimmel  AB; penicilline  S. aureus doodde

Microbiologie:

    

Bacteriologie = studie van bacteriën Mycologie = studie van fungi Parasitologie = studie van protozoa en parasitaire wormen Immuniologie = studie werking immuunsysteem bij planten en dieren Virologie = studie van virussen

Microbiële wereld Microbiële ecologie = studie van relaties MO en omgeving Milieutechnologie = bacteriën + andere organismen  afval opruimen Bioremediatie = bacteriën gebruiken  waterzuivering, bodemsanering en biologische insecticiden Moderne biotechnologie vloeit voort uit basis microbiologie Biotechnologie = gebruik van MO voor praktische toepassingen (= voedselproductie en productie chemische stoffen) Bacteriën  geclasseerd als planten (= “flora”)  microbiota Microbiota:  MO die normaal aanwezig zijn in/op planten en dieren  Beschermen tegen groei pathogenen  Produceren groeifactoren; foliumzuur en vitamine K  Resistentie mogelijk

Microbiologie

Biofilm:

1. 2. 3. 4. 5.    

Infectieziekten:

MO hechten aan vaste oppervlak Groeien massaal Elke cel scheidt individueel stoffen uit Na groei  functioneren in groep Groeien op rotsen, buizen, tanden, planten, … Infecties veroorzaken Resistent tegen antibiotica en chemische bestrijdinsmiddelen Slijmlaag Beschermt de kolonie van MO  moeilijk te verwijderen

 Op verschillende manieren immuunsysteem omzeilen  Pathogeen overwint afweer gastheer  ziekte o Vogelgriep (H5N8) o MRSA (= Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)  Ziekenhuisbacterie o BSE (= Bovine Spongiform Encephalopathy)  Sponsachtige hersenziekte bij runderen  Veroorzaakt door prionen o Phytophthora infestans  Aardappelziekte o Escherichia coli (O157:H7)  Diarree o EHF (= Ebola Hemorrhagic Fever)

Micro-organismen observeren MO worden gemeten in micrometer (µm) en nanometer (nm)  1µm = 10-6 m = 10-3 mm  1 nm = 10-9 m = 10-6 mm Ordening:

Microscopie:

Koffieboon  rijstkorrel  sesamzaad  zoutkorrel  Amoeba proteus  paramecium  eicel  fotoreceptor  huidcel  spermacel  rode bloedcel  X-chromosoom  bakkersgist  mitochondriën  lysosoom  E. coli  mazelvirus  hiv- en griepvirus  blaasje  faag  hepatitisvirus  rhinovirus  ribosoom  antilichaam  tRNA  hemoglobine  fosfolipide  adenine  methionine  glucose  water molecule  koolstofmolecule  

Lichtmicroscopie o Zichtbaar licht om te observeren o Samengestelde lichtmicroscopie  Beeld nog eens vergroot door oculair ( 2 lenzen)  Totale vergroting; objectief * oculair  Resolutie = mogelijkheid van de lenzen om 2 uit elkaar liggende punten te onderscheiden (≥ 4nm)  Refractie-index = hoe sterk een medium licht om- buigt  immersie-olie om ombuiging tegen te gaan o Helderveld verlichting  Lichte achtergrond

Microbiologie  Donkere MO o Donkerveld verlichting  Donkere achtergrond  Lichte MO o Fase- contrast microscopie  Onderzoek levende organismen en interne celstructuur o Differentiële interferentie contrast microscopie  Meer contrast en kleur  Organellen o Fluorescentie microscopie  Pathogene ziektes onderzoeken  Bacteriën fluoresceren o Confocale microscopie  Licht uitgezonden  driedimensionaal 

Twee- fotonen microscopie o Cellen bestuderen die gehecht zijn aan een oppervlak



Elektronemicroscopie o Elektronen ipv licht o Kleinere golflengte  grotere resolutie o Beelden die te klein zijn dat ze niet kunnen worden waargenomen met een lichtmicroscoop o Virussen



TEM (= Transmissie ElektronenMicroscoop) o Ultradunne straaltjes o Licht door monster  door elektromagnetische lens  scherm of film o Celcompartimenten ≥ 2,5 nm



SEM (= Scanning ElektronenMicroscoop) o Elektronengeweer  elektronenstroom  opp scannen o Secundaire elektronen door monster  beeld o Celcompartimenten ≥ 20 nm

Functionele anatomie van prokaryoten en eukaryoten cellen Prokaryoot Geen kern DNA; één circulair chromosoom, niet in membraan Geen histonen

Eukaryoot Kern DNA; gepaarde chromosomen in nucleair membraan Histonen

Geen organellen

Organellen

Peptydoglycaan in celwand (Bacteria) Pseudomureïne in celwand (Archaea)

Polysaccharide in celwand

Microbiologie Binaire deling

Mitotische deling

Één plasmamembraan = fosfolipidellaag Indeling:



Morfologie (= vorm) o Gemiddelde grootte; 0,2 - 1,0 µm * 2 - 8 µm o Meeste zijn monomorf o Enkele zijn polymorf o Bacillair (= staafvormig, uitgerekt) o Coccus (= rond of sferisch, afgeplat) o Spiraalvormig  Spirillen  Vibrionen (= komma’s)  Spirocheten



Groepsligging o Paren  diplococci of diplobacilli o Clusters  staphylococci o Ketens  streptococci of streptobacilli o Groepen van 4  tetraden o Kubusvormen  sarcinae



Gramaffiniteit

1. Uitstrijkje nemen (dunne laag suspensie bacteriën) 2. Fixeren  vasthechten + afdoden 3. Kleur toevoegen  Kleurstoffen: + ion en - ion, eentje gekleurd (= chromofoor)  Basische kleurstof  chromofoor = kation (A+)  Zure kleurstof  chromofoor = anion (A-)  A+B-  cel  positieve of directe kleuring  A-B-  achtergrond  negatieve kleuring  Enkelvoudige kleuring  1 basiskleurstof (volledig MO)  Differentiële kleuring  onderscheid maken

Microbiologie

o Gramkleuring = samengestelde differentiële regressieve succedaankleuring  Gram+  dikke peptidoglycaanlaag  Gram-  dunne peptidoglycaanlaag + lipopolysacchariden in celwand 1. 2. 3. 4. 5.

Uitstrijk bacteriën Fixeren (afdoden) Kristalviolet (paars) ± 1 min Beitsen met lugol (oker) => zet vast Ontkleuren met ethanol (gram+; paars,, gram-; geen paars) 6. Kleuren fuchsine of safranine (rood) (gram- zichtbaar) o Special kleuringen  Kapselkleuring  Endosporen kleuring  malagietgroen  Flagella kleuringen Structuur (prokaryoten):



Extern aan celwand o Glycocalyx  Viscues en gelatineus  Polysacchariden (kleverig) en/of polypeptiden  Biofilm  Kapsel (georganiseerd en vast) OF slijmlaag  bepalen pathogeniteit  Antigene werking; glycocalyx herkend  antistoffen  oppervlakte besmetten o Flagella  Filamenteuze aanhangsels  Voortbeweging  rechtdoor + “run and tumble”  Opbouw; proteïne = flagelline  Op verschillende manieren ingeplant o Fimbriae  Haarvormig aanhangels  aanhechting  Verschillende soorten oppervlakten  Veel  Kort, dun en rechte buisvormen  Opbouw; eiwitten

Microbiologie 

Vastgeankerd aan celmembraan en -wand

    

Vasthechten en beschermen Vergemakkelijken DNA- transfer Voortplanten 1 of 2 Antibiotica  resistent

o Pili



Celwand o Celwand  Beschermen  Peptidoglycaan o Peptidoglycaan  Polymeer van dissachariden o Atypische calwanden  Zuur-vaste celwand  gram+  Mycoplasma  geen celwand, sterolen (= cholesterolachtige stoffen)

o Gram+

 Lipoteichoïnezuren verbindt celwand met membraan  Dikke peptidogycaanlaag  Polysacchariden o Gram-

  

Bescherming tegen fagocyten en antibiotica Peptidoglycaanlaag Buitenmembraan; fosfolipden, lipoproteïnen en lipopolysacchariden

Microbiologie o Verschillen Gram+ Dikke peptidoglycaan

GramDunne peptidoglycaan

Teichoïnezuren

Buitenmembraan Periplasmatische ruimte Porine

Productie exotoxinen (= toxische eiwitten tijdens leven)

Productie exotoxinen Endotoxines (= toxische lipiden tijdens afsterven)

Hoge gevoeligheid penicillie Lage gevoeligheid penicilinne (verhindert opbouw peptidoglycaan) Gevoelig voor lysozyme Bacilli, Staphylococcus en Stepthococcus 

Bacteriën in darmen

Intern aan celwand o Plasmamembraan (= cytoplasmamembraan)  Dubbele fosfolipidenlaag  overleven  Afschermen  Geen organellen  eiwitten  Beweging (actief) -- Selectieve permeabiliteit -- Diffusie  hoog nr lage concentratie -- Gefeaciliteerde difusie  transporteiwitten -- Osmose  laag nr hoge concentratie (osmotische druk) -- Doorheen lipidenlaag en aquaporinen  Beweging (passief) -- Hypotone oplossing  concentratie in cel hoog,, water migreert in => barsten (= osmolyse) -- Hypertone oplossing  concentratie in cel laag, water migreert uit => plasmolyse -- Isotone oplossing  concentraties zijn gelijk o Cytoplasma  Proteïnen, suikers, vetten en ionen  Opslagplaats voedingsstoffen o Nucleoid  Bacterieel chromosoom  Plasmiden  genetische elementen (niet-essentieel)

Microbiologie o Ribosomen  Eiwitsynthese o Inclusies  Fosfaatreserves  Energiereserves o Endosporen  Overlevingsstructuur  Zeer resistent aan uitdroging, hitte en chemicamiën  Sporulatie = endosporenvorming  Ontkieming = terug naar vegetatieve cel 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Structuur (eukaryoten):

DNA verdubbelen Septatie; DNA afzonderen door het membraan Cel met enkel DNA; sporenomringing 2de membraan gevormd Vorming sporenmantel Endosporen komen vrij



Extern aan celwand o Glycocalyx  Sacchariden bovenop dierlijk plasmamembraan  Gebonden op eiwitten en lipiden membraan  Dierlijke cellen



Intern aan celwand o Plasmamembraan  Fosfolipiden dubbellaag  Membraaneiwitten  Sterolen = complexe lipiden  Sacchrariden; aanhechting + cel-cel herkenning  Beweging -- Selectieve permeabiliteit --Diffusie  hoog nr lage concentratie -- Gefeaciliteerde difusie  transporteiwitten -- Osmose  laag nr hoge concentratie (osmotische druk) -- Doorheen lipidenlaag en aquaporinen  Endocytose; fagocytose + pinocytose o Ribosomen  Eiwitsynthese in cytoplasma

Microbiologie o Kern   

Dubbele membraanstructuur DNA + histonen  chromatine Chromosomen

o Endoplasmatisch reticulum  Proteïne- en celsynthese  Zit vast aan ribosomen  Rough en Smooth ER o Golgi-apparaat  Transport in cel o Mitochondriën  Ademhalingsprocessen  Grootste hoeveelheid ATP o Organellen  Lysozomen; opruimen  Vacuolen = magazijn  Centrozomen = vezels  periszomen o Chloroplasten  Fotosynthese Evolutie van prokaryoten naar eukaryoten:



Endosymbiotische theorie o Grotere cellen namen kleinere cellen op zonder te verteren  eerste eukaryoten o Opgenomen fotosynthetische bacteriën werden chloroplasten o Opgenomen aerobe bacteriën werden mitochondriën

Microbiële groei Microbiële groei = toenemen in aantal cellen  kolonievorming of populaties Groeifactoren:  Vloeibare voedingsbodem o Toename van levende massa o Troebelheid geeft goede groei weer



Vaste voedingsbodem

Microbiologie o 1 cel geeft ontstaan 1 populatie over de vorm van een kolonie o Identieke dochtercellen; “klonen” o Diversifiëren op kleur, grootte, vorm en kolonies  goede groei = goede voedingsvoorwaarden; elementaire voedingselementen en groeifactoren o Fysische factoren  Temperatuur -- Max < optimaal < min -- Mesofielen; 20 - 50 °C -- Termofielen; 35 - 80 °C -- Psychrofielen; -10 - 20°C  voedselbederf



pH -- Bacteriën; 6,5 < optimaal < 7,5 -- Fungi; 5 < optimaal < 6 -- Acidofielen; 0 < optimaal < 5,5 -- Neutrofielen; 5,5 < optimaal < 8 -- Alkalofielen; 8,5 < optimaal < 11,5 -- Extreme alkalofielen; ≤ 10



Osmotische druk -- Plasmolyse = verhoogde zout- of suikerconcentratie -- Extreme of obligate halofielen  hoge osmotische druk -- Facultatieve halofielen  tolereren hoge osmotische druk

o Chemische factoren  C; macronutriënt -- Energiebron -- Suikers (differentiatie en identificatie), alcohol (kleinere concentraties) en koolwaterstoffen 

N; macronutriënt -- AZ en eiwitten

Microbiologie -- Afbreken proteïnen -- Nitrogen fixation; N2  N -- Ammoniak, ammonium, nitriet en nitraat  belangrijkste -- Nitrificeerders; NH4+  NO3-- Ureum  afvalproduct

Energie:



S; macronutriënt -- AZ, thiamine en biotine -- Eiwitten afbreken



P; macronutriënt -- DNA, RNA, ATP en membranen -- Voeding



Andere macronutriënten -- Ca, Fe en Mg -- Na, K en Cl



Water -- Hoofdbestanddeel cel; 75 - 85 % -- Voedings- en transportmiddel -- Aanwezige water ≠ beschikbare water (bevroren water) -- Conserveringsmethoden = niet beschikbaar maken van water -- Zuiver water = 1 -- Vochtgehalte = gewicht -- MO  veel beschikbaar water nodig -- Lage aw = lang houdbaar



Spore-elementen = micro-nutriënten -- Kleine hoeveelheden -- Cu2+, Mn2+, Co2+, Cr2+ -- Opnemen vanuit voeding; AZ, vitaminen, …



Organische groeifactoren

 Prototrofen = hebben geen groeifactoren nodig  Auxotrofen = hebben één of meerdere groeifactoren nodig  Energie is nodig voor levende wezens o Synthese van verschillende biomoleculen o Actief transport o Lichtbron o Verplaatsing 

ATP = energie in cel = vol o ADP = leeg  P nodig om ADP om te zetten naar ATP

   

Fototrofen = lichtenergie  fotosynthese Fotolitrofen = MO in anorganisch milieu; zonne-energie  ATP Foto-organotrofen = MO in organisch milieu; zonne-energie  ATP Chemo-organotrofen = pathogenen

Microbiologie

Zuurstofconcentratie:



Paratrofen = MO die obligaat parasitair leven  energie van gastheer

 

Strikt of obligaat aerobe = zuurstof nodig (vanboven) Strikt of obligaat anaerobe = niet in staat om zuurstof te gebruiken  schadelijk (onderaan) Facultatief anaerobe = kunnen groeien in afwezigheid  beter in aanwezigheid => kiezen (meerderheid vanboven) Aerotolerant anaerobe = tolereren maar niet gebruiken (overal) Microaerofielen = lage concentratie nodig (midden) Ademhaling  giftige eindproducten => 2 enzymes voor afbraak = dimutase en katalase

    Licht:



UV-component  toxisch voor MO o Mutageen o Groeiremmend o Dodend

o Dodelijk in grote concentraties o MO  pigmenten om O2 op te vangen Biofilms:

Voedingsbodems:



Microbiële gemeenschap  vormen slijm of waterfilm  kleeft aan oppervlakken  gezamenlijke voedingsst...