Algemene Microbiologie

Algemene Microbiologie

Algemene Microbiologie 2001
17 september - 28 september 2001: 9h h00; college’s Practicum; Dr. Fred C. Boogerd; verplicht! tentamen Algemene Microbiologie

Algemene Microbiologie 2001: rol van college
Alle stof staat in het boek (in de aangegeven hoofdstukken) Alle op het tentamen gevraagde stof wordt expliciet behandeld op college (5 vragen) of practicum (2 vragen) Collegestof << Boekstof Weten maar vooral begrijpen! Algemene Microbiologie

Leerstof: Brock: Biology of Microorganisms, 9de editie Hoofdstukken 1, 3, 4.1 t/m 4.3, , 5, , 7, 11, , 16.1,16.2,16.13,16.16,16.17, 18, 22, 23, 24, appendix 1; als behandeld op college Twee practicumvragen: practicum handleiding Oefententamen en sheets college via: Algemene Microbiologie

Algemene Microbiologie op het wwweb
Oefententamen en sheets college zie: Algemene Microbiologie

Leerstof in de oudere (8ste) editie van Brock:
Brock: Biology of Microorganisms, 9de editie Hoofdstukken 1, 3, 4.1 t/m 4.3, , 5, 6.1t/m6.3, 7, 11, 15.1t/m15.2, 16.1t/m16.2,16.13,16.16, 18, 22, 23, 24, appendix 1 Brock : Biology of Microorganisms, 8ste editie Hoofdstukken 1, 3, 4.1t/m4.3, 4.15t/m4.17, 5, 6.1t/m6.2, 7, 12, 13.1t/m13.2, 14.1, 14.11,14.14, 11, 22, 23, appendix 1; Algemene Microbiologie

Algemene Microbiologie; de rode draad: begrijpen
Autonome cel is kleinste vorm van leven Microbiologie bestudeert autonoom levende cellen (bacterie tot leukemiecel) Van molecuul naar leven Ecosysteem, organisme, cel, molecuul Groei van cellen Rol in biotechnologie Rol in ziekte en gezondheid Algemene Microbiologie

Algemene Microbiologie: opbouw collegeserie
Eerst in vogelvlucht Vervolgens nog eens, maar meer in detail Algemene Microbiologie

Inleidende colleges: Regulatie: inductie, repressie, lac operon, diauxische groei (ook hoofdstuk 7) Groei: exponentieel dus onverwacht (ook hoofdstuk 5) Selectie en evolutie; stambomen Microben en ziektes Microbiële ziektes: fagen, lytisch en lysogeen. Chemie, fysica, biochemie, biofysica, microbiologie, macrobiologie, ecologie De kenmerken van het leven Hoe gaan we ermee om? Hoe ziet het leven eruit? Het principe van Beyerinck Algemene Microbiologie

Inleidend college 1 (Hoofdstuk 1++)
Chemie, fysica, biochemie, biofysica, microbiologie, macrobiologie, ecologie De kenmerken van het leven Hoe gaan we om met dat leven Hoe ziet het leven eruit? Het principe van Beyerinck Algemene Microbiologie

Chemie, fysica, biochemie, biofysica, microbiologie, macrobiologie, ecologie Molecuul Cel Organisme Ecosysteem Steeds terugkerend: Natuurkunde Scheikunde Wiskunde Biochemie Biofysica Genetica Algemene Microbiologie

De plaats van de microbiologie in de wetenschap
sociologie ecologie macrobiologie Medische biologie microbiologie Biochemie, biofysica, moleculaire biologie chemie fysica Algemene Microbiologie

‘Gewoon een zak enzymen?’
Metabolisme Gibbs energie transductie Transport Transcriptie Translatie Replicatie Signalering Alles geschiedt door enzymen…… dus…. Inderdaad ….?? Laten we eens plaatjes kijken… Algemene Microbiologie

Een cel ziet er niet uit als zak enzymen;een bacterie niet
Algemene Microbiologie

Een gistcel ook niet Algemene Microbiologie

Een levende cel doet meer dan biochemie, nl ‘leven’, maar wat is dat?

Replicerende zelfgecoordineerde autonome machine

Een levende cel onderscheidt zich van zijn omgeving; actief

Replicatie, soortvorming

Evolutie Algemene Microbiologie

Hoe vindt men evolutionaire stambomen?

Evolutie stamboom (rRNA sequenties)

De drie grote domeinen des levens

Tussen reductionisme en holisme
Cel = moleculen ; TV = transistors Organisatie: biomoleculen in actie structuren in actie netwerken Cel >>> moleculen; TV >>> transistors Algemene Microbiologie

Geen zak enzymen maar de cel is…
Chemie, transport: enzymen, translocators Informatie nucleinezuren, eiwitten Structuur, barriere lipiden, eiwitten EN DIT ALLES IN HOGE MATE GEORGANISEERD Algemene Microbiologie

De kenmerken van het leven
Organisatie van structuur en stromen Zelf voedend: autonoom open systeem chemie, Gibbs energie transductie Replicatie Differentiatie Signalering en regulatie Evolutie Algemene Microbiologie

Inleidende colleges (Hoofdstuk 1++)

Rein strijken (zie proef 1): -besmetting voorkomen -specimen in leven houden -het verdelen van het mengsel tot klonen Algemene Microbiologie

Hoe ziet het leven eruit? (zie ook Experiment 2)
Grootte Morfologie Gram kleuring Classificatie Algemene Microbiologie

Hoe groot is leven (En waarom?)

Hoe groot zijn Bacteriën?

Oppervlakte/volume verhouding moet groot genoeg zijn

Microbiologie: Met het oog onzichtbaar leven (= autonoom levende cellen) Algemene Microbiologie

Kleuring Algemene Microbiologie

Bioinformatica DNA/eiwit volgorde bekend: duizenden genen Algemene Microbiologie

Hoeveel gen producten zijn er nu eigenlijk echt nodig?
Mycoplasma genitalium Genome DNA Molecule Information LENGTH: %A: %T: %C: %G: No. of genes: genes with role assigned: Algemene Microbiologie

Bioinformatica DNA/eiwit volgorde bekend Hoeveel genproducten zijn er eigenlijk echt nodig? 300? Algemene Microbiologie

There is more to life than just living!
M. genitalium: 450 genen E.coli: 4000 genen Gist: 6000 genen Mens: genen Zijn daarvan maar 300 echt nodig? Algemene Microbiologie

Waarom zijn er zoveel genen (eiwitten)?
Veel verschillende omstandigheden Leven is meer ingewikkeld dan dat het eenvoudig is de slimme cel BioComplexiteit slimme moleculen Algemene Microbiologie

Hoe ziet het leven eruit?

Hoe ziet het leven eruit? Prokaryoot

Hoe ziet het leven eruit? Eukaryoot

Hoe ziet het leven eruit? Prokaryote celwand

Gram kleuring (proef 2) Algemene Microbiologie

De gram positieve bacteriën zijn Staphylococcus aureus, de gram negatieve Escherichia coli. Algemene Microbiologie

Herkenning van leven Vorm van de cel (proef 2) Kleuring intracellulaire structuur Metabole capaciteit (proef 8) DNA/rRNA/nucleotide volgorde Algemene Microbiologie

Chemie, fysica, biochemie, biofysica, microbiologie, macrobiologie, ecologie De kenmerken van het leven Hoe gaan we om met dat leven Hoe ziet het leven eruit? Het principe van Beijerinck/Kluyver Algemene Microbiologie

Het principe van Beijerinck (practicum experiment 4)
Azotobacter chroococcum Algemene Microbiologie

Het principe van Beijerinck (practicum experiment 4)
omzettingsactiviteit metabolisme groei selectie inductie tijd Algemene Microbiologie

Het principe van Beijerinck/Kluyver verklaard
activiteit komt op achtereenvolgens door: metabolisme van al aanwezige organismen, inductie van zulk mechanisme in al aanwezige organismen, groei van nauwelijks aanwezige organismen, mutatie en dan selectie van nieuwe organismen Algemene Microbiologie

Inleidende colleges vervolg (Hoofdstuk 1++)
Regulatie: inductie, repressie, lac operon, diauxische groei (ook hoofdstuk 7) Groei: exponentieel dus onverwacht (ook hoofdstuk 5) Selectie en evolutie; stambomen Microben en ziektes Microbiële ziektes: fagen; lytisch versus lysogeen. Algemene Microbiologie

Regulatie, signalering
Laten we eens kijken: , 7.7a, 7.9, , 7.18 Algemene Microbiologie

De verschillende regulatiemethodes

Regulatie Metabool -reactiesnelheid -enzym activiteit Via genexpressie -enzym concentratie (transcriptie, translatie) Algemene Microbiologie

Metabole regulatie: eindproduct remming

Eind product remming in een vertakt pad: erg effectief

Allostere regulatie Algemene Microbiologie

Regulatie van genexpressie
Regulatie van transcriptie: Repressie Inductie Activatie Cataboliet repressie Algemene Microbiologie

Repressie Algemene Microbiologie

Inductie (experiment 9)

Activatie Algemene Microbiologie

Diauxie (groei op twee substraten, met voorkeur voor een)

Globale regulatie DNA supercoiling Cataboliet repressie: voorkeur voor glucose Zuurstof Warmte schok Algemene Microbiologie

Regulatie: inductie, repressie (lac operon), diauxische groei, globale controle (cataboliet repressie), signaal transductie (ook hoofdstuk 7) Groei: exponentieel dus onverwacht (ook hoofdstuk 5) Selectie en evolutie; stambomen Microben en ziektes Microbiele ziektes: fagen; lytisch en lysogeen. Algemene Microbiologie

Groei exponentieel, dus onverwacht
Laten we eens kijken: Figuren 5.1, 5.2a, 5.2b Algemene Microbiologie

Individu versus populatiegroei
Individu groeit Populatie groeit Algemene Microbiologie

Populatiegroei: toename in celaantal

Cellen lijken plotseling op te komen!

Regulatie: inductie, repressie, lac operon, diauxische groei (ook hoofdstuk 7) Groei: exponentieel dus onverwacht (ook hoofdstuk 5) Microben en ziektes Microbiële ziektes: fagen; lytisch en lysogeen. Algemene Microbiologie

Microorganismen en de samenleving

Microbiële ziektes: succesverhaal

Regulatie: inductie, repressie, lac operon, diauxische groei (ook hoofdstuk 7) Groei: exponentieel dus onverwacht (ook hoofdstuk 5) Selectie en evolutie; stambomen Microben en samenleving; ziektes Microbiële ziektes: fagen; lytisch en lysogeen. Algemene Microbiologie

Microbiële ziektes (ziektes van microben)
fagen lytisch / lysogeen Laten we eens kijken: Figuren 8.10, 8.13, 8.5a, 8.9, 8.24, 8.34 Algemene Microbiologie

Faag infectie: primitief?? (Practicum experiment 6)

Wat is een virus? Kan zich vermenigvuldigen Maar niet autonoom Bevat nucleinezuur (uitzondering: prion) Bevat mantel en penetratie-eiwitten Algemene Microbiologie

Hoe meet je bacterievirussen (fagen)?

Lytische versus lysogene infectie

Inleidende colleges: Regulatie: inductie, repressie, lac operon, diauxische groei (ook hoofdstuk 7) Groei: exponentieel dus onverwacht (ook hoofdstuk 5) Selectie en evolutie; stambomen Microben en samenleving/ziektes Microbiële ziektes: fagen; lytisch en lysogeen. Chemie, fysica, biochemie, biofysica, microbiologie, macrobiologie, ecologie De kenmerken van het leven Morfologie, Gram kleuring Het principe van Kluyver Algemene Microbiologie

De kenmerken van het leven
Organisatie van structuur en stromen Zelf voedend: autonoom open systeem chemie, Gibbs energie transductie Replicatie Differentiatie Signalering en regulatie Evolutie Algemene Microbiologie

Derde college: Microbiologie: positie als wetenschap Meten en waarnemen Algemene Microbiologie

Derde college: Microbiologie positie als wetenschap
Eerste wetenschappelijke microbiologie: Kan leven zomaar ontstaan? Microbiële principes: vitalisme versus steriel werken (Pasteur) 1.18 Wat is nu eigenlijk een besmettelijke ziekte? Vaststellen microbiële ziekteverwekker (Koch) 1.19 Let hier op de wetenschappelijke methode! Algemene Microbiologie

Microbiële principes: vitalisme versus steriel werken (Pasteur)

Derde college: Microbiologie positie als wetenschap
Eerste wetenschappelijke microbiologie: Kan leven zomaar ontstaan? Microbiële principes: vitalisme versus steriel werken (Pasteur) 1.18 Wat is nu eigenlijk een besmettelijke ziekte? Vaststellen microbiële ziekteverwekker (Koch) 1.19Let hier op de wetenschappelijke methode! Algemene Microbiologie

Bewijzen microbiële ziekteverwekker (Koch)

Derde college: Meten en waarnemen; Hoofdstuk 3
Lichtmicroscoop, contrast, kleuring Electronenmicroscoop Verschillende morfologiëen Vorm, oppervlakte volume ratio; probleem meercelligen Membraan: lipide bilaag; stevigheid; osmotisch probleem Algemene Microbiologie

Lichtmicroscoop Contrast, kleuring Lichtweg bright-field phase contrast dark-field fluorescence Algemene Microbiologie

bright-field (opvallend) fase contrast (breking) dark field (zijkant) fluorescentie (aanslag) Algemene Microbiologie

Lichtmicroscoop, contrast, kleuring Electronenmicroscoop Transmissie Scanning Verschillende morfologiëen Vorm (nut) Grootte Interne structuur Algemene Microbiologie

E.M: transmissie versus scanning

Vorm, oppervlakte/volume ratio Bacterie: Olifant: Algemene Microbiologie

Interne struktuur; wat is er zichtbaar?
Kern(-membraan) Organellen Celmembraan lipiden membraaneiwitten functie celmuur Algemene Microbiologie

Interne struktuur Algemene Microbiologie

Het membraan (-1) Membraan: lipide bilaag; stevigheid; osmotisch probleem 3.26d, 3.5, 3.16 E.M. kleuring als spoorrails Phospholipide bilaag is 2-D vloeistof Stevigheid bereikt door: Sterolen in Eukarya Monolaag met ether (niet ester) bindingen in Archaea Nylonkousachtige wand eromheen Vrijwel volledige permeabiliteitsbarriere Eiwitten (‘carriers’) zorgen voor transport (open systeem) Algemene Microbiologie

Membraan: lipide bilaag; spoorrails in EM

Membraan: lipide bilaag; lipidenzee met eiwitten als ijsschotsen

Eigenschappen & functie lipiden bilaag
Gestabiliseerde gesloten hydrofobe laag Impermeant voor hydrofiele stoffen Dat zijn ‘alle’ stoffen actief in metabolisme Houdt enzymen, DNA, RNA, en intermediairen binnen Houdt hydrofiele toxinen buiten Algemene Microbiologie

Nadelen lipiden bilaag + oplossingen
Hydrofiele substraten kunnen de cel niet in Transportsystemen Hydrofiele producten kunnen cel niet uit Transportsystemen (ook voor eiwitten bv sec) Hydrofobe stoffen lekken de cel in Drug efflux pompen (multidrug resistentie) Algemene Microbiologie

Het plasmamembraan (transport)
Diffusie en gefaciliteerd transport verschillen in: T afhankelijkheid, specificiteit, eiwitafhankelijkheid,concentratieafhankelijkheid Algemene Microbiologie

T en [S] afhankelijkheid transport

Het plasmamembraan (transporttypes)
Diffusie en gefaciliteerd transport verschillen in: T afhankelijkheid, specificiteit, eiwitafhankelijkheid,concentratieafhankelijkheid (soms) Gibbs energieafhankelijkheid Nog een biologische hoofdwet: alle transport wordt gekatalyseerd (is ‘gefaciliteerd’) Algemene Microbiologie

Het plasmamembraan (transporttypes)
Gefaciliteerd transport kan zijn : eenvoudig: uniport symport antiport groepverplaatsing (tegelijk chemische reactie) actief transport (gekoppeld aan chemische reactie) Algemene Microbiologie

Verschillende types transport
eenvoudig groepsverplaatsing actief transport Algemene Microbiologie

Het plasmamembraan (transportenergetica)
Waarom actief transport (gekoppeld aan chemische reactie)? Sbuiten Sbinnen G=S= =RTln[Sbinnen]/[Sbuiten]=5.7.log [Sbinnen]/[Sbuiten] <0 [Sbinnen]<[Sbuiten] Algemene Microbiologie

Het plasmamembraan Actief transport (gekoppeld aan chemische reactie): Sbuiten + ATP Sbinnen +ADP + Pi G=S-GATPsynthese = =RTln[Sbinnen]/[Sbuiten]-GATPsynthese <0 RTln[Sbinnen]/[Sbuiten]<50 kJ/mol =8x5.7 [Sbinnen]<[Sbuiten].108 Algemene Microbiologie

Het plasmamembraan Actief transport (gekoppeld aan transport): Sbuiten + H+buiten  H+binnen + Sbinnen G=S+ H = =RTln[Sbinnen]/[Sbuiten]- |H| <0 RTln[Sbinnen]/[Sbuiten]<20 kJ/mol [Sbinnen]<[Sbuiten].103 Algemene Microbiologie

Transport gekoppeld aan transport; vaak

Transport: hoe komt de cel aan ?
Electronen transport (membraanredox) ATP hydrolyse Algemene Microbiologie

groep verplaatsing: PEP afhankelijke fosfotransferase systeem

Derde college: Microbiologie: positie als wetenschap Meten en waarnemen Membraan Transport types energetica Algemene Microbiologie

Vierde college: struktuur van het leven (verder in Hfdstk 3)
Celwand Celwandsynthese DNA structuur Bewegelijkheid flagel Taxis Gas blaasjes Algemene Microbiologie

Celwand Algemene Microbiologie

De celwand van Grampositieve bacteriën:

De celwand van Gramnegatieve bacteriën Fig 3.37

De celwand van Gramnegatieve bacterie

Details van peptidoglycaanwand

De dwarsverbanden: Gramnegatief

Dwarsverband Gram- versus Gram+:

Teichoïne zuur in celwand van bacteriën: negatieve lading

Lysozym in traanvocht:
Oplossing van lage osmolariteit Oplossing van hoge osmolariteit Algemene Microbiologie

LPS laag van Gram negatieve bacteriën

Celwand Gram+ versus Gram-
Verschillen tussen Grampositief en Gramnegatief: Tweede hydrofobe membraan in Gramnegatief LPS laag bij Gramnegatief (immunogeen!) Gramnegatief ongevoelig voor lysozym Dikkere peptidoglycaan laag in Grampositief Diaminopimeline zuur in Gram-, lysine in Gram+ Pentaglycine in kruisbrug Gram positief Algemene Microbiologie

Struktuur van het leven (Hfdstk 3)
Celwand Celwandsynthese DNA structuur Bewegelijkheid flagel Taxis Gas blaasjes Algemene Microbiologie

Wandsynthese vanuit het midden; niet overal

Suikergroepen van binnenuit over het plasmamembraan gezet

Penicilline remt transpeptidatie dus vorming dwarsverbanden: doodt groeiende bacteriën (zie experiment 3) Algemene Microbiologie

Celwand Celwandsynthese Tijd voor een filmpje Algemene Microbiologie

Struktuur van het leven (Hfdstk 3+6.1-6.3)
Celwand Celwandsynthese DNA struktuur Bewegelijkheid flagel Taxis Gasblaasjes Algemene Microbiologie

DNA, primaire struktuur, en genen

DNA: secundaire struktuur; de dubbele helix

DNA tertiaire struktuur: supercoiling

Supercoiling; veranderd linking getal; twee mechanismen:
Topoisomerases I Topoisomerases II Algemene Microbiologie

Celwand Celwandsynthese DNA struktuur Bewegelijkheid: flagel Taxis Gasblaasjes Algemene Microbiologie

Hoe zwem je nu eigenlijk een kant op als je niet zo handig bent? (je kunt alleen zwemmen en tuimelen) Algemene Microbiologie

Flagel: complexe struktuur

Struktuur van het leven (Hfdstk 3): bloei van cyanobacteriën
Gas blaasjes Fig. 3.62 Algemene Microbiologie

Gasblaasjes; waterdichte gas permeabele wand Algemene Microbiologie

Groei Differentiatie Voeding en Metabolisme Celvolumegroei Populatiegroei Algemene Microbiologie

Differentiatie Differentiatie Sporen Exospore, coat, cortex en dan ongeveer een cel Dehydratie, Dipicolinezuur, SASP’s Differentiatie ‘tot eukaryoot’ Kern, Organellen Differentiatie tot multicellulair organisme Algemene Microbiologie

Spore Algemene Microbiologie

Strategie van spore Weinig water (reduceert activiteit; gemakkelijk te herstellen) Dipicolinezuur (vangt UV straling op) Lage metabole activiteit (Gibbs energie nauwelijks gedissipeerd) Gesloten systeem (Geen verliezen) Algemene Microbiologie

Vierde college: struktuur van het leven (verder in Hfdstk 3)
Celwand Celwandsynthese DNA structuur Bewegelijkheid flagel Taxis Gas blaasjes Sporen Algemene Microbiologie

Differentiatie Differentiatie Sporen Exospore, coat, cortex en dan ongeveer een cel Dehydratie, Dipicolinezuur, SASP’s Differentiatie ‘tot eukaryoot’ Kern, Organellen Differentiatie tot multicellulair organisme Algemene Microbiologie

Vijde college: Groei Differentiatie Voeding en Metabolisme (Hfdstk & ) Celvolumegroei (Hfdstk. 5.1) Populatiegroei (HfdStk. 5) Algemene Microbiologie

Overzicht metabolisme
Gibbs Gibbs Algemene Microbiologie

Centrale rol van twee energiëen
Gibbs harvest Gibbs Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 4.1-4.3 &4.13-4.15:Voeding en metabolisme
Celsamenstelling: C, N, O, H, S, in eiwitten DNA, Fe, Ca, kleine stoffen, etc. Balansvergelijking; Elementen versus stoffen Elementen en Gibbs energie kunnen niet gemaakt worden Verbindingen kunnen veelal gemaakt worden; behalve vitamines Bovenstaande bepaalt voeding en metabolisme Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 4:Voeding Macronutriënten Biomassa Micronutriënten Katalytisch Groeifactoren Organisch chemische micronutrienten Gibbs energie: de drijvende kracht Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 4:Voeding Stoffen
Macronutriënten Koolstof:autotroof (CO2) versus heterotroof (organische verbindingen) Micronutriënten Anorganische moleculen Fig. 4.2 Groeifactoren Organische moleculen Algemene Microbiologie

IJzer: een micro!!nutrient

Hoofdstuk 4:Voeding Gibbs energie bron?
zie sectie 4.13,14 fotonen: fototroof chemische stoffen: chemotroof organisch: chemoorganotroof anorganisch: chemolithotroof Fig. 4.22 Algemene Microbiologie

Chemoorganotroof Algemene Microbiologie

Chemolithotroof Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 4:Voeding: koolstofbron voor biomassa
CO2: autotroof Organisch materiaal: heterotroof chemoorganoheterotroof bestaat chemoorganoautotroof is zeldzamer chemolithoheterotroof komt voor Fig. 4.22 Algemene Microbiologie

Chemoorganoheterotroof voorbeeld P. denitrificans; practicum experiment 7) Algemene Microbiologie

Chemolithoautotroof Algemene Microbiologie

Fig. 15.1: Diversiteit naar energie en Koolstof bron

Groei Differentiatie Hoofdstuk 4:Voeding en metabolisme Hoofdstuk 5:Microbiële groei Celgroei tot splitsing Fig. 5.1 Populatiegroei Fig. 5.2 Algemene Microbiologie

Groei Groei van individu Groei van populatie Algemene Microbiologie

Groei Differentiatie Hoofdstuk 4:Voeding en metabolisme Hoofdstuk 5:Microbiële groei Celgroei tot splitsing Populatiegroei Algemene Microbiologie

Populatiegroei Algemene Microbiologie

Populatiegroei Hoofdstuk 5:Microbiële groei Groei door splitsing: exponentieel Fig. 5.2, 5.3 Meetmethodes: telkamer Fig 5.5 platen [levende cellen] Fig. 5.6, 5.7 troebeling Fig. 5.8 Algemene Microbiologie

Exponentiële groei Toename rechtevenredig met: aantal (N) tijdsduur (dt) overigens constant evenredigheidsconstante is specifieke groeisnelheid  Algemene Microbiologie

Exponentiële kinetiek

Wanneer geen exponentiële groei?
Sex Gebrek aan voeding Afsterving, Emigratie Algemene Microbiologie

Generatietijd Algemene Microbiologie

Groeisnelheid Microbiële groeikinetiek Omgevingsfactoren Groeicontrole Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 5:Microbiële groeikinetiek
Batch groei lag, exponential, stationary, ‘death’ Fig. 5.4,5.10 Continu cultuur Fig 5.9, 5.11 Algemene Microbiologie

Pot groei (batch growth); practicum experiment 8)

Pot groei (batch growth)

Continu cultuur; chemostaat
[S] stelt zich in zodat (S)= D Algemene Microbiologie

[Substraat] bepaalt groeisnelheid; batch culture

Groeisnelheid bepaalt [substraat] chemostaat

Hoe meten we populatiegroei?
Totaal aantal cellen tellen Levende cellen tellen Troebelheidsmeting (turbidometry) Algemene Microbiologie

Total aantal cellen tellen

Levende cellen tellen Let op: ‘viable non-culturable’ cells worden niet geteld! Algemene Microbiologie

Turbidometrie Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 5: Groei en Omgevingsfactoren:
substraat (concentratie of type) Temperatuur Fig. 5.12, 5.13, 5.16, 5.17 pH Fig. 5.18 wateractiviteit [conservering, watersimulerende stoffen] Fig. 5.19 zuurstof Fig. 5.21, 5.23, 5.24, 5.25 Algemene Microbiologie

Temperatuurafhankelijkheid

De biologie heeft zich aangepast

Leven boven het kookpunt

pH (zuurtegraad) Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 5: Groei en Omgevingsfactoren:
substraat (concentratie of type) Temperatuur Fig. 5.12, 5.13, 5.16, 5.17 pH Fig. 5.18 wateractiviteit [conservering, watersimulerende stoffen] Fig. 5.19 zuurstof Fig. 5.21, 5.23, 5.24, 5.25 Algemene Microbiologie

Osmotische druk Osmotische druk: binnen 0.3 M opgeloste deeltjes, buiten geen Deze moet gebalanceerd worden door en mechanische druk (celwand), anders gaat het water naar binnen Algemene Microbiologie

Osmotische druk Kleiner buiten: zwelling tot celwand de nodige tegendruk levert Groter buiten: krimping tot intracellulaire ruimte dezelfde osmotische waarde krijgt dan: verminderde  en aH20 verminderde wateractiviteit verminderde metabole activiteit conservering (zoute haring; jam) of: aanmaak compatibele opgeloste stoffen Algemene Microbiologie

Compatibele opgeloste stoffen

Evolutionaire aanpassing organismen aan wateractiviteit

Zuurstofspanning (zie practicum experiment 5)
Aerobe organismen obligaat facultatief microaerofiel Anaerobe organismen aerotolerant O O F M At Algemene Microbiologie

Zuurstof is gevaarlijk

Zuurstofradicaal verwijderende enzymen

Samenvattend: Groei Differentiatie Voeding en Metabolisme (Hfdstk & ) Celvolumegroei (Hfdstk. 5.1) Populatiegroei (Hfdstk. 5): groeikinetiek kweekmethodes meetmethodes omgevingsfactoren Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 11: Industriële microbiologie
productie van cellen, productie door cellen, productie in cellen (Fig. 11.1) primaire en secundaire metabolieten (Fig. 11.2) fermentor; pH controle, doorborrelingprobleem (oppervlak/volume) (Fig. 11.4) naast biosynthese ook bioconversie (Fig.11.15) azijnzuurproductie (Fig &19) gistproductie (Fig ) afvalwaterzuivering (Fig ) Algemene Microbiologie

productie van cellen, productie door cellen, productie in cellen (Fig. 11.1) Algemene Microbiologie

primaire en secundaire metabolieten (Fig. 11.2)

Primaire versus secundaire metabolieten
Primaire metabolieten zijn noodzakelijke component biomassa of noodzakelijk product biomassa synthese Secundaire metabolieten: luxe producten Algemene Microbiologie

Fermentor pH controle, doorborrelingprobleem, (oppervlak/volume) (Fig. 11.4) Algemene Microbiologie

naast biosynthese ook bioconversie (Fig.11.15)

azijnzuurproductie (Fig. 11.18&19)

gistproductie (Fig ) Algemene Microbiologie

afvalwaterzuivering anaeroob levert methaan CH4 (+ CO2) Algemene Microbiologie

Afvalwaterzuivering Aeroob levert CO2 Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 11: Industriële microbiologie
productie van cellen, productie door cellen, productie in cellen (Fig. 11.1) primaire en secundaire metabolieten (Fig. 11.2) fermentor; pH controle, doorborrelingprobleem (oppervlak/volume) (Fig. 11.4) naast biosynthese ook bioconversie (Fig.11.15) azijnzuurproductie (Fig &19) gistproductie (Fig ) afvalwaterzuivering (Fig ) Algemene Microbiologie

Diversiteit Hfdtk. ( ,14.1), ,(17) Enorm Bergey’s handleiding (Appendix 2) Verder eind dit jaar Uitdaging: elke soort lost zijn eigen problemen op Algemene Microbiologie

Evolutie; splitsing 4 miljard jaar geleden

Diversiteit Algemene Microbiologie

Bacteriële diversiteit

Archaea diversiteit Algemene Microbiologie

Archaea: bijzonder membraan

Eukaryote microorganismen

Hoofdstuk 18: Eukaryote microorganismen en hun diversiteit
algen: chlorofyl, unicellulair of colonies, celwand fungus (zwammen) (geen chlorofyl, wel celwand): filamenteuze zwammen (sponsen) gisten (unicellulair) paddestoelen (vruchtlichamen) protozoa (unicellulair, geen celwand) slijmzwammen (tussen protozoa en zwammen in) Diversiteit, Differentiatie Algemene Microbiologie

Fig. 15.1: Metabole diversiteit naar energie- en koolstofbron (practicum experiment 8) Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 18: Microbiële groeicontrole
Omgevingsfactoren als boven Warmte (autoclaaf) Fig. 18.1, 18.3 Sterilisatie versus Pasteurisatie Straling Fig. 18.5 Filtratie Fig Chemie: bacteriostatisch, bacteriedodend, bacteriolytisch Fig bepalingen Fig echte chemie (groeifactoranalogen) Fig , 18.15 door microben geproduceerd : antibiotica antibiotica werken in op de verschillen tussen parasiet en mens Fig , 18.23 antibiotica resistentie Fig , 18.25 Algemene Microbiologie

Warmte Fig. 18.1 Exponentiële afname overleving: Implicatie: nooit gegarandeerd steriel Algemene Microbiologie

Sterilisatie versus Pasteurisatie
T>100 °C ?? Dus P>1 atmosfeer dus autoclaaf Waarom? Endosporen Pasteurisatie: T>71 °C, 15 sec voordeel: smaak verandert minder nadeel: niet steriel; cellen, sporen overleven Algemene Microbiologie

Autoclaaf Let op:Potten kunnen onder druk komen te staan! Algemene Microbiologie

Straling Fig. 18.5 Exponentiële afname overleving: Implicatie: nooit gegarandeerd steriel Algemene Microbiologie

Filtratie Fig. 18.7,18.9 nucleopore Mat/glas Membraanfilter Algemene Microbiologie

Filtreertechniek Algemene Microbiologie

Omgevingsfactoren als boven Warmte (autoclaaf) Fig. 18.1, 18.3 Sterilisatie versus Pasteurisatie Straling Fig. 18.5 Filtratie Fig Chemie: bacteriostatisch, bacteriedodend, bacteriolytisch Fig bepalingen Fig ,12 echte chemie (groeifactoranalogen) Fig , 18.15 door microben geproduceerd : antibiotica antibiotica werken in op de verschillen tussen parasiet en mens Fig , 18.23 antibiotica resistentie Fig , 18.25 Algemene Microbiologie

Chemisch steriliseren
Onderscheid bacteriostatisch bacteriedodend bacteriolytisch Algemene Microbiologie

bepalingen Fig ,12 Algemene Microbiologie

Bacteriocidenproductie/ontwerp
Belangrijkste principes: Moet niet eenvoudig afgebroken worden Moet bacterie doden/hinderen Moet gastvrouw niet aantasten Richten tegen verschilpunten prokaryoten/eukaryoten (Geen resistentie ontwikkeling) Algemene Microbiologie

Richten tegen verschilpunten prokaryoten/eukaryoten

Synthetische bacteriocides

antibiotica Door microorganismen geproduceerd Vaak door eukaryotische microorganismen Voorbeeld: penicilline Ook prokaryoten voeren onderling strijd Algemene Microbiologie

Penicilline remt transpeptidatie (Fig. 3.41; experiment 3)

Antibiotica resistentie
Chemische afbraak Uitscheiden (pomp) Benodigde enzymen vaak op plasmides (kleine stukjes extra DNA in cel die meegepliceerd worden) Daardoor gemakkelijk verspreidend over transformeerbare organismen Multidrug resistentie Algemene Microbiologie

Multidrug resistentie
Veel succesvolle antibiotica zijn beetje hydrofoob. Waarom? Ze moeten de cellen in kunnen Een resistentiemechanisme is een aselectieve pomp voor hydrofobe stoffen Dit mechanisme geeft multidrug resistentie bij microorganismen; ook bij tumorcellen Algemene Microbiologie

Multidrug resistentie vormt grote bedreiging

Omgevingsfactoren als boven Warmte (autoclaaf) Fig. 18.1, 18.3 Sterilisatie versus Pasteurisatie Straling Fig. 18.5 Filtratie Fig Chemie: bacteriostatisch, bacteriedodend, bacteriolytisch Fig bepalingen Fig ,12 antibiotica werken in op de verschillen tussen parasiet en mens Fig , 18.23 menselijke chemie (groeifactoranalogen) Fig , 18.15 door microben geproduceerd : antibiotica antibiotica resistentie Fig Algemene Microbiologie

En verder…. Microbiële ecologie Hoofdstuk 16 Sustainable society Epidemiologie, volksgezondheid en microbiologie Hoofdstuk 22 De belangrijkste microbiële ziektes Hoofdstuk 23,24 Algemene Microbiologie

Microbiële ecologie; onderhoudbare samenleving
Hoofdstuk & Algemene Microbiologie

Microbiële gemeenschappen
Populatie (identieke individuen) Gilde (metabool vergelijkbare populaties) Gemeenschap (bestaat uit metabool complementaire gildes) Algemene Microbiologie

Gildes en gemeenschappen

Onderhoudbare samenleving; en potentiële rol voor de microbiologie
5 miljard tot 10 miljard mensen depletie van chemische stoffen (niet van elementen) oplossing: kringlopen (elementen behouden) waarvoor biedt dit geen oplossing? Gibbs energie (tweede hoofdwet) Algemene Microbiologie

Gibbs energie: fotosynthese (Fig. 15.2)

Anoxygenic photosynthesis

Onderhoudbare samenleving; en potentiële rol voor de microbiologie

Mondiale cycli: koolstof

Mondiale cycli: stikstof (zie ook practicum experiment 4)
Nitrosomonas Paracoccus Algemene Microbiologie

Onderhoudbare samenleving?

Onderhoudbare samenleving
Microbiële ecologie Cycli voor elementen met chemie op verschillende plekken (vaak microbieel) Gibbs energie: vanuit opslag (steenkool, aardolie) of direct uit zonneenergie (fotosynthese: microbieel plus plant) Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 22: Epidemiologie, volksgezondheid en microbiologie
Infectieziektes zijn nog steeds de hoofddoodsoorzaken Acute ademhalingsziektes: 3.7 M/jaar TBC: M/jaar Diarrhee: M/jaar AIDS: M/jaar Malaria: M/jaar Hepatitis: M/jaar Mazelen: M/jaar Algemene Microbiologie

endemie, epidemie {wanneer wat?} (Fig. 22.1) transmissie: gastheer naar gastheer, of via vector (levend [carrier] of dood [fomite]) (Fig. 22.2,3) ziekte reservoirs cyclische epidemiëen {wanneer} (Fig. 22.4) gemeenschappelijk-bron epidemie versus gastheer-gastheer epidemie (Fig. 22.5) ziekenhuis infecties [nocosomiaal] (Fig. 22.7) maatregelen tegen epidemiëen: vaccinatie, quarantaine, bewaking Algemene Microbiologie

endemie, epidemie {wanneer wat en waarom?} (Fig. 22.1)
Waarom: immunologie Algemene Microbiologie

Spelers in infectieziektes
Veroorzaker (bacterie, virus) Infectiebron Reservoir Maatregelen Algemene Microbiologie

Spelers in infectieziektes: voorbeeld
Veroorzaker (bacterie, virus): Giardia spp. Infectiebron:fecale verontreining drinkwater Reservoir: wilde zoogdieren Maatregelen: decontaminatie waterbronnen Algemene Microbiologie

Transmissie direct gastheer naar gastheer indirect via vector levend [carrier] dood [fomite] Algemene Microbiologie

Welk type transmissie? Indirect; via muggen; cyclisch Algemene Microbiologie

Twee soorten epidemie Gemeenschappelijke bron Besmettelijk (gastheer-gastheer) Algemene Microbiologie

endemie, epidemie {wanneer wat?} (Fig. 22.1) ziekte reservoirs transmissie: gastheer naar gastheer, of via vector (levend [carrier] of dood [fomite]) cyclische epidemiëen {wanneer} (Fig. 22.4) gemeenschappelijk-bron epidemie versus gastheer-gastheer epidemie (Fig. 22.5) kudde immuniteit (Fig. 22.7) ziekenhuis infecties [nocosomiaal] maatregelen tegen epidemiëen: vaccinatie, quarantaine, bewaking Algemene Microbiologie

Kudde immuniteit; kans op epidemie hangt af van:
aantal primaire infectiehaarden kans op overdracht dus van contact (griep, tram) kans op infectie dus van kudde-immuniteit zodra meer dan 70 % immuun: geen epidemie (Barneveld; polio) Algemene Microbiologie

ziekenhuis infecties [nocosomiaal]

Maatregelen tegen epidemiëen
Controle van reservoir (rabies; vossen; honden) Controle van transmissie Immunisatie (vaccinatie) Quarantaine Bewaking Uitroeiing (pokken, polio) Algemene Microbiologie

endemie, epidemie {wanneer wat?} (Fig. 22.1) ziekte reservoirs transmissie cyclische epidemiëen {wanneer} (Fig. 22.4) gemeenschappelijk-bron epidemie versus gastheer-gastheer epidemie (Fig. 22.5) kudde immuniteit (Fig. 22.7) ziekenhuis infecties [nocosomiaal] maatregelen tegen epidemiëen Algemene Microbiologie

Hoofdstuk 23: De belangrijkste microbiële ziektes; directe overdracht
1. Ziektes groeperen rond manier van besmetting 2. Strategiëen van ziekteverwekkers 3. Bacteriële luchtweginfecties 4. TBC 5. Virale ademhalingsziektes 6. Bacteriële geslachtsziektes 7. AIDS Algemene Microbiologie

1. Ziektes zijn hier gegroepeerd rond manier van besmetting dus niet per organisme ademhaling sex Volgende hoofdstuk: andere transmissie dier transmissie insect en teek transmissie voedsel transmissie water transmissie Algemene Microbiologie

2. Let vooral op de strategiëen van de ziekteverwekkers
antibioticum resistentie na-apen (mimicry) van gastheer materiaal antigene variatie (Trypanosomen) omhulling, afzondering, intracellulair gaan aanval op immuunsysteem (AIDS) verspreiden via luchtwegen, etc. Algemene Microbiologie

3. Bacteriële luchtweginfecties
A. Waarom zijn luchtweginfecties zo algemeen? -vaak viraal dus vaak doorgegeven vóór de symptomen verschijnen -gebrek aan vaccins door antigene variatie of kruisreactie (S. pyogenes) -gezonde dragers -enorm contact oppervlak# Algemene Microbiologie

Luchtweginfecties Algemene Microbiologie

3. Bacteriële luchtweginfecties
B. Belangrijke voorbeelden: Streptococcus pyogenes Gram positieve cocci; ernstige keelpijn ook 50 % viraal; gevaarlijk door toxines; rheuma, nierontsteking Streptococcus pneumoniae: longontsteking, capsules met meerdere cellen Staphylococcus aureus (Grampositieve cocci) geelkleurig, maakt toxines als hemolysine, coagulase, leukocidine (> pus) (Fig. 23.6) ‘toxic shock syndroom’ (tampons) enterotoxine A: voedsel vergiftiging Algemene Microbiologie

Staphylococcus aureus: strategie

4. Mycobacterium and tuberculose (TBC)
primaire en postprimaire infectie aggregaten van macrofagen, bacterie geneutraliseerd maar niet geëlimineerd: ‘tuberkels’. Gastheer is dan gesensitiveerd: tuberculine test. Soms naar postprimair. Behandeling 12 maanden (!; langzame groeier) met isoniazide (Lijkt op NAD+ , inhibits mycolinezuur synthese van celwand) Mycobacterium bovis gaat via de darm; rauwe melk! Mycobacterium leprae groeit in macrofagen; intracellulaire parasiet! Algemene Microbiologie

Virale ademhalingziektes: erg frequent

5. Virale ademhalingsziektes
Geen antibiotica wel: immunisatie, vaccins, immunoglobulines [mumps= de bof; chicken pox=water pokken; small pox=pokken] Voorbeelden virale luchtwegziektes: ”kou”: Rhinovirus, ssRNA; aerosols; 100 verschillende antigene soorten overdracht: lucht, handen! griep: influenza virus, ssRNA, 8 fragmenten Algemene Microbiologie

Vaccinatie is succesvol

5. Virale ademhalingsziektes
Geen antibiotica wel: immunisatie, vaccins, immunoglobulines [mumps= de bof; chicken pox=water pokken; small pox=pokken] Voorbeelden virale luchtwegziektes: ”kou”: Rhinovirus, ssRNA; aerosols; 100 verschillende antigene soorten overdracht: lucht, handen! griep: influenza virus, ssRNA, 8 fragmenten Algemene Microbiologie

5. Virale ademhalingsziektes#
antigene variatie door menging (cross over)van de fragmenten overdracht: aerosols Algemene Microbiologie

6. Geslachtsziektes toenemend probleem door -toenemende sexuele activiteit (?) (“pil”) -toenemende promiscuïteit -sociaal stigma op geslachtsziektes Afname door: AIDS angst, intelligentie (condoom) Algemene Microbiologie

6. Geslachtsziektes Voorbeelden: Gonorroe (‘druiper’); Neisseria gonorrhoeae gevoelig voor droogte en zonlicht resistentie door plasmide dat penicillinase codeert bevorderd door “de pil”; meer basische vagina zonder lactobacillen (Fig ) Syfilis : Treponema pallidum puist, verspreiding over het lichaam soms infecties centrale zenuwstelsel Algemene Microbiologie

6. Geslachtsziektes Voorbeelden: Clamidia trachomatis intracellulaire bacterie Herpes virus type 1: koortsuitslag type 2: geslachtsziekte Algemene Microbiologie

7. AIDS HIV; retrovirus; 2 identieke ssRNAs doelwit cel: TH lymfocyt CD4 (T hulp cel); remt celdeling opportunistische infecties geven de symptomen ’Geneesmiddelen’: reverse transcriptase remmer, maar: drug resistentie door genetische variabiliteit Algemene Microbiologie

HIV-virus hides in its opponent: CD4 helper cells

Hfdstk 24. Ziektes zijn gegroepeerd rond manier van besmetting dus niet per organisme ademhaling sex Hoofdstuk 24: andere transmissie dier transmissie insect en teek transmissie voedsel transmissie water transmissie Algemene Microbiologie

Overdracht door levende organismen
Zoogdieren als overdrager: hondsdolheid (rabies); 10 dagen incubatie in honden, maanden in mensen daardoor vaccin als therapie na infectie! insecten als overdrager Lyme ziekte (teek) Tyfus (luis) malaria (Protozoon, Anopheles mug) (Fig. 24.9) slaapziekte (Trypanosoom, Tse tse vlieg) pest (vlo, rat, bacterie) Algemene Microbiologie

Malaria en slaapziekte: 3 soorten

Pest: 4 soorten Algemene Microbiologie

Overdracht door dode materie
a. voedselvergiftiging (toxines) Clostridium botinulum; sporen! b.voedselinfectie (organismen) a: S. aureus, Clostridium botulinum (sporen) b: Salmonella, E. coli O157:H7 Helicobacter pylori (maagzweer!) Hepatitis A virus (schaaldieren) [Hepatitis B virus (bloed contact)] Effect van waterzuivering (Fig ) Algemene Microbiologie

Effect van waterzuivering (VS)

Laatste college Repertorium Oefententamen Algemene Microbiologie

Algemene Microbiologie

Verwante presentaties

Presentatie over: "Algemene Microbiologie"— Transcript van de presentatie:

Verwante presentaties

Over het project

Feedback

Inloggen

Inloggen via een sociaal netwerk:

Algemene Microbiologie

Verwante presentaties

Presentatie over: "Algemene Microbiologie"— Transcript van de presentatie:

Verwante presentaties

Over het project

Feedback