BACTERIOLOGIE
3de Bach Geneeskunde
Prof Andre Emmanuel
BACTERIOLOGIE GEIKE SMITS
, HOOFDSTUK 1: ALGEMENE INLEIDING TOT DE MENSELIJKE MICROBIOLOGIE EN BACTERIOLOGIE
1. MICROSCOPISCHE WERELD
Grootte micro-organismen → menselijke cellen
Virussen → 20 – 300 nm
Bacteriën → 0,5 – 5 μm
=> virussen < bacteriën = mitochondriën < menselijke cellen
afhankelijk vh type cel
• Rode bloedcel (6 – 8 μm)
• Spiercellen
• Zenuwcellen (kunnen een meter lang zijn)
Virussen
• Kleinste pathogenen: 20 – 300 nm → elektronenmicroscoop nodig om te visualiseren
• Bepaalde kenmerken ontbreken, waardoor ze geen cellen genoemd kunnen wd
Cellen Virussen
• Energieproductie • Geen eigen metabolisme
• Groei • Kunnen niet onafhankelijk groeien of
• Voortplanting voortplanten
• Virussen zijn afhankelijk van gastheercellen
voor replicatie en energieproductie
Bacteriën
• Groter dan virussen: 0,5 – 5 μm (in lengte)
• Vb. Escherichia coli is 1 - 2 μm lang
Gisten
• Meestal eencellig
• Variëren in grootte: 3 - 40 μm
Schimmels
• Meercellige structuren (= hyfen)
• Variëren in grootte van μm – mm
Parasieten
• Eencellig (vb. plasmodia) of meercellig (vb. parasitaire wormen)
• Variëren in grootte afhankelijk vh type: kleiner of groter dan menselijke cel
1
, Eukaryotische cellen Prokaryote cellen
=> menselijke cel, schimmels, parasieten => bacteriën
• Kern + organellen • Eencellig
• Mitose: celdeling • Kleiner + eenvoudiger (dan eukaryoten)
• Meiose: vorming gameten • Genetische materiaal (DNA) + ribosomen
(geslachtelijke voortplanting) • Minder organellen
• Flagella
• Binaire splitsing: splitsing vd cel
Vergelijking mitochondriën – bacteriën
Mitochondriën waren ooit bacteriën die werden opgenomen → structuur komt overeen met die van
bacteriën
2. MICROSCOPISCHE GEMEENSCHAPPEN
2.1 INLEDING
Def menselijke microbiota (= microbioom)
Verzameling van alle micro-organismen die het menselijk lichaam bevolken
=> bacteriën, virussen, schimmels en archaea → zitten in verschillende lichaamslocaties
Variatie in samenstelling vd gemeenschappen obv
• Leeftijd
• Genetica
• Dieet
• Omgeving
• Medische geschiedenis
• Lichaamslocaties
Huid
• Bacteriën: staphylococcus, streptococcus, propionibacterium
• Schimmels: malassezia, candida
• Rol vd huidmicrobiota
- Gezondheid vd huid handhaven
- Rol in immuunreacties
- Bescherming tegen potentiële ziekteverwekkers
2
, Voorbeeld propionbacterium acnes (voeden zich met talg)
Overproductie talg (door hormonale veranderingen) → bacteriën vermenigvuldigen snel →
ontstekingsreactie → acne
Mond
• (anaerobe + aerobe) bacteriën: streptococcus, actinomyces, prevotella
• Schimmels: candida
• Rol vd mondmicrobiota
- Bijdragen aan mondgezondheid
- Voorkomen pathogene overgroei
- Afbraak voedsel
Voorbeeld bijtwonden-gerelateerde infecties
• Bacteriën uit mondholte in contact komen met diepe weefsels vd bijtwonde
• Aerobe bacteriën
- Mensen + dieren: streptococcen
- Mensen: eikenella corrodens
- Katten + honden: pasateurella multocida, capnocytophaga canimorsus
• Anaerobe bacteriën: bacteroides, prevotella, fusobacterium
Darm
• Bacteriën: bacteroides, firmicutes, actinobacteria
• Rol vd darmmicrobiota
- Spijsvertering
- Opname voedingsstoffen
- Regulering immuunsysteem
- Beïnvloeding metabole processen
- Fermentatie voedingsvezels
- Productie korte vetzuurketens (SCFA)
• Onbalans in samenstelling darmmicrobioom (= dysbiose) houdt verband met metabole
aandoeningen (vb. diabetes type II)
=> dysbiose
• Def: verstoring balans vd bacteriele flora in darm → buikpijn, diarree, krampen
• Veroorzaakt ontstekingsreactie + verhoogde darmpermeabiliteit → bacteriële
endotoxines (lipopolysacchariden LPS) in bloedbaan → systemische ontsteking
Opmerking
Chronische darmontsteking is risicofactor voor insulineresistentie → diabetes type II
SCFA (short-chain fatty acids)
• Verbeteren vd insulinegevoeligheid
• Verminderen van ontstekingen
=> verstoring microbioom → daling productie SCFA’s → metabole disfunctie
3
,Vagina
Gezonde mucosa
• Goedaardige bacteriën zijn lactobacillus (invloed op milieu in vagina) → voorkomt dat
andere bacteriën koloniseren
• Daling van lactobacillus → er komt ruimte voor kwaadaardige bacteriën die ziekte
veroorzaken
Lactobacillus
• Dominant in gezonde vagina
• Produceren melkzuur + handhaven zure pH → groei ziekteverwekkende organismen wd
tegengegaan
• Functie: voorkomen infecties + behouden vaginale gezondheid
Vaginose
• Geassocieerd met dysbiosis
• Verstoring balans bacterieel milieu in vagina
door
- Hormonale veranderingen
- Veranderingen pH
• Symptomen
- Vaginale afscheiding
- Onaangename geur
- Irritaties
Veranderingen bij vaginose
• Afname lactobacillen → stijging pH (minder zuur) → verstoring zure omgeving
• Toename pathogene bacteriën
2.2 PATHOGENICITEIT VAN BACTERIËN
Pathogene bacteriën
• Def: micro-organismen die ziekten kunnen veroorzaken bij een gastheerorganisme
• Onderverdeeld obv vermogen om ziekten te veroorzaken + omstandigheden waarin ze dit
doen
4
, Obligate pathogenen Opportunistische pathogenen
• Wel pathogeen → maken mensen met 1. Immunocompetente gastheren
intact immuunsysteem ziek (onder normale • Niet pathogeen → maken mensen met intact
omstandigheden) immuunsysteem (IS) niet ziek
• Veroorzaken infecties en ziekten bij gezonde • Veroorzaken geen infecties en ziekten bij gezonde
individuen individuen
• Vb. cholera uit water → diarree; • Als afweermechanismen verzwakt → kan pathogeen
tuberculose wd en infecties veroorzaken
• Vb. enterococcus faecalis
2. Immunocompromised gastheren
• Infecties bij individuen met zwak IS als gevolg van
factoren (vb AIDS, chemo, orgaantransplantatie)
• Vb. mycobacterium avium
3. Gezondheidszorgomgeving
• Multiresistente organismen (MDRO) hebben
resistentie tegen meerdere antibiotica
• Bct kunnen infecties veroorzaken bij patiënten in
ziekenhuizen
• Antbiotica zal gevoelige bacteriën doden → bacteriën
wd meer resistent (geselecteerd)
• Vb. pseudomonas aeruginose, methicilline-
resistente staphylococcus aureus (MRSA)
Niet-pathogene bacteriën
• Def: micro-organismen die geen ziekte veroorzaken bij gastheerorganismen
• Kunnen nuttige functies vervullen (vb bijdrage aan spijsvertering)
Opmerking
• Veranderingen in microbioom kan leiden tot ziekte → leven samen met gastheer zonder
schade of ziekte te veroorzaken
• Niet elke bacterie is pathogeen
2.3 OORSPRONG VAN BACTERIËLE PATHOGENEN
Endogene pathogenen
• Oorsprong in eigen microbiota vd gastheer
• Veroorzaken infecties als ze andere delen vh lichaam binnendringen
Exogene pathogenen
• Oorsprong in externe bronnen
• Veroorzaken infectie als ze in lichaam vd gastheer wd geïntroduceerd
• Kunnen gastheer binnendringen via verschillende infectieroutes → verschillende middelen
van overdracht
Opmerking
Begrijpen vd oorsprong is belangrijk voor het voorkomen en beheersen van infecties → helpt bij
identificeren vd bronnen en transmissieroutes
5
, Infectieroutes exogene pathogenen
Vectorgedragen overdracht • Via beet van muggen, teken, vlooien
• Via bloedbaan
• Vb. ziekte van Lyme
Blootstelling aan omgeving • Bij contact met verontreinigde materialen/oppervlakken
- Water: vb. cholera
- Voedsel: salmonella
- Bodem
Airborne transmission • Via luchtdruppels bij hoesten, niezen of praten
• Vb. tuberculose, COVID
Direct contact • Via direct contact met verontreinigde oppervlakken of geïnfecteerde
individuen
• Fysiek contact of lichaamsvloeistoffen
• Vb. MRSA
Zoonotische overdracht • Via contact met besmette dieren, hun lichaamsvloeistoffen of
verontsreinigde dierlijke producten
• Vb. brucella
2.4 BIOFILM EN QUORUMSENSING
Def biofilm
Gemeenschap van micro-organismen die ontstaat wnnr bacterien zich hechten aan oppervlakten en
een extracellulaire matrix produceren
=> probleem: antibiotica wordt ineffectief
Eigenschappen extracellulaire matrix
• Slijmerige, beschermende structuur
• Geproduceerd door de bacteriën zelf
• Bestaat uit polysacchariden, eiwitten, nucleïnezuren (DNA), lipiden
• bctn scheiden deze componenten uit in omgeving → organiseren zichzelf tot matrixstructuur
die bacteriële cellen omringt
Functie biofilmmatrix
• Ondersteunende omgeving waarin bctn met mekaar interageren: bctn groeien en klitten
samen om zich te beschermen tegen het milieu
• Communicatie tss bctn via quorumsensing
6
,Quorumsensing
Werking
• Bctn geven chemische signalen (auto-inductoren) af aan omgeving
• Bij groei bacteriepopulatie → signalen hopen op tot bepaalde drempel → bctn veranderen
gedrag
Functie
• Coördinatie van activiteiten als matrixproductie + expressie virulente factoren
Opmerking
Interacties binnen biofilm kunnen gevolgen hebben voor
• Gedrag
• Virulentie
• Weerstand tegen omgevingsstressfactoren
3. BACTERIËLE STRUCTUUR
3.1 CYTOPLASMA
• Gelachtige substantie
• Bevat celstructuren als ribosomen, enzymen, genetisch materiaal
3.2 DNA
• Georganiseerd in nucleoïde → nodig voor groei, ontwikkeling en voortplanting vd cel
• Geen ware kern
• Plasmiden: kleine circulaire DNA moleculen → dragen genen die voordelig zijn voor de bct
- Antibioticumresistentie
- Verbindingen metaboliseren
Opmerking
Mobiele genetische elementen (plasmiden + transposons) zorgen voor snelle verspreiding van genen
tss bctn → bctn kunnen zich aanpassen aan verschillende omgevingen
3.3 RIBOSOMEN
Vergelijking bacteriële – humane (eukoryote) ribosomen
• Zelfde functie: produceren peptiden + proteïnen
• Verschil in grootte: bacterieel < humaan
• Bctn hebben mogelijkheid om genetisch materiaal te
verplaatsen
• Bacteriën hebben celmembraan en celwand
Kleine subunit (30S) → bevat 16S rRNA
• Geconserveerde regio’s: identiek in alle bctn
• Variabele regio’s: verschillend tss bctn
Grootte subunit (50S) → bevat 23S rRNA
7
, Opmerking bacteriële genoom
• Elke bacteriële ribosoom heeft 16S
• Sommige regio’s in 16S zijn zeer variabel tussen de bacteriën (verschil in DNA sequentie)
• 16S helpt ons de bacterie te identificeren
Functie ribosomen
• Eiwitsynthese: vertalen van genetische info (in bacterieel mRNA) naar functionele
eiwitten
• Produceren peptiden en proteïnen
3.4 BINNENSTE MEMBRAAN (IM)
• Bestaat uit fosfolipiden dubbellaag → dient als elektrische barriere
• Bevat receptoren: waarnemen omgeving + transporteren voedingsstoffen en afvalstoffen
• Selectieve barriere die passage van stoffen in en uit cel reguleert
• Essentieel voor cellulaire processen: opnemen voedingsstoffen + energieproductie
Energiebehoefte bacterie
• Glycolyse
• ATP-ase
=> stroom van H-ionen over binnenste membraan → ATPase op gang zetten
3.5 CELWAND
Functie
• Biedt structurele ondersteuning + bescherming
• Beschermt tegen osmotische druk (door stijfheid) →
beschouwd als exoskelet doordat het stevigheid geeft
Structuur
=> variatie in samenstelling vd celwand
• Peptidoglycaan
- Heteropolymeer
- Bestaande uit lineaire glycaanketens van afwisselend
NAG en NAM residuen, gekoppeld aan korte peptiden
- Gesynthetiseerd door verschillende enzymen: penicilline bindende eiwitten (PBP) →
verschillende bctn dragen verschillende combinaties van PBP’s
• Andere moleculen
Opmerking
• Om deze structuur op te bouwen moeten deze aan mekaar worden gezet door middel van
enzymen (PBP’s) → creeëren kettingen door transglycosylatie en transpeptidatie
• Als PBP’s niet werken → bacterie kan geen peptidoglycanen produceren → infectie
Celmembraan en celwand verschillen bij mens en bacterie
=> bacterien hebben celmembraan en celwand (maar samenstelling tss bacterien varieert)
• Gram + : plasmamembraan + dikke peptidoglycaanlaag
• Gram - : plasmamembraan + dunne peptidoglycaanlaag + buitenmembraan
8
, Gram + bacteriën Gram - bacteriën
• Dikkere laag peptidoglycanen • Kleine laag peptidoglycanen tss twee fosfolipidenlagen
• Geen buitenmembraan • Buitenmembraan: lipopolysachariden (LPS) bovenop het celmembraan
• Teichoïnezuren vaak aanwezig in → in contact met immuunsysteem
celwand → dragen bij aan • Gastorganismen herkennen LPS als vreemde stof → kunnen
structuur sterke/schadelijke immuunreactie veroorzaken als ze in bloedbaan of
weefsels van gastorganismen komen
- Afgifte van pro-inflammatoire cytokines
- Activatie immuuncellen (vb macrofagen)
=> doel: gastheercel beschermen tegen mogelijke infecties
• Te veel of te overdreven reactie op LPS → sepsis
Endotoxines
Bctn gaan dood → vrijzetting endotoxines (toxische reactie) → veroorzaken symptomen (vb. diarree)
Exotoxinen
• Eiwitten die geproduceerd en uitgescheiden wd dr bctn → kunnen toxische effecten
hebben op gastheer
• Richten zich vaak op specifieke cellulaire functies
• Kunnen extreem krachtig zijn → ziekte
<-> in tegenstelling tot LPS: is onderdeel vd bacteriële wand
9