Med.hro.nl/kamse/EASMHS01K/2013-2014 Microscopische helpers en sluipmoordenaars EASMHS01K Med.hro.nl/kamse/EASMHS01K/2013-2014 Presentatie titel Rotterdam, 00 januari 2007 Rotterdam, november 2013

De noodzaak van een microscoop http://www.vce.bioninja.com.au/aos-1-molecules-of-life/cells/

Opbouw van een electronen microscoop

Gram kleuring (ca 1880) HLO BML Gram-positieve bacterien kleuren paars in een Gram-kleuring Gram-negatieve bacterien kleuren roze in een Gram-kleuring Op de foto zie je hoe weinig detail je ziet in een bacteriecel met een lichtmicroscoop. fuchsine HLO BML Nester et al (2007, 5th ed) Microbiology: A Human Perspective. McGrawHill, New York

Kapsel: K-antigen Het kapsel bestaat uit LPS en soms ook uit exopolysaccharide (EPS), ook wel “capsular polysaccharides” (CPS) Functie is hechting, en bescherming tegen uitdroging Zie tekst op slide HLO BML

Gram-positieve/Gram-negatieve cel-envelop Gram positieve bacterien hebben een dike celwand Gram negatieve bacterien hebben een dunne celwand met daaromheen een tweede membraan die de buitenmebraan wordt genoemd De functie van een celwand is bescherming tegen openbarsten van de cel door osmose! Opdeze foto’s zie je veel meer detail dan met de gram-kleuring. Dat komt omdat hier een electronen microscoop is gebruikt Peptidoglycaan is het materiaal waaruit de bacteriële celwand is opgebouwd HLO BML Nester et al (2007, 5th ed) Microbiology: A Human Perspective. McGrawHill, New York

Schimmels V.l.n.r.: paddenstoelen op hout (gevallen tak), op buffelmest, zelfs waargenomen dat bij hoge luchtvochtigheid en temperatuur een Geotrichum soort groeide op CD’s! Onder: sporen van een roest (tarwe-parasiet) kunnen grote afstanden afleggen.

Eukaryote cel Hier is een diercel afgebeeld. Een schimmelcel is ook een eukaryoot en heeft dezelfde soort organellen èn een celkern! Echter, schimmelcellen hebben buiten hun celmembraan een celwand (die staat niet op dit plaatje). Schimmelcellen hebben hun DNA verdeeld over meerdere chromosomen, net als bij dieren. De celkern bevat het DNA. De mitochondrien bevatten de enzymen die zorgen voor de productie van energie. De celmembraan heeft dezelfde biologische functie als bij bacteriën.

De celwand van schimmels Chitine (een suiker polymeer) geeft stevigheid aan de celwand Chitine komt ook voor in het exoskelet van b.v. krabben en kevers De celwand van schimmels bestaat uit meerdere suiker-polymeren (polysacchariden). Deze hebben NIET de ‘kippengas’ structuur zoals bij bacteriën, maar de ketens zijn korter en lopen meer kruiselings over elkaar heen. Aan de buitenkant van de celwand van schimmels zitten ook nog eiwitmoleculen vast. Chitine (een suiker polymeer) geeft stevigheid aan de celwand Chitine komt ook voor in het exoskelet van b.v. krabben en kevers

Structuur van hyfen Celwand Celwand Kernen Pore Septum Kernen (a) Hyfen met septa (b) Coenocytische hyfen Schimmelcellen vormen een draad van cellen die aan elkaar vast zitten. Dat noem je een hyfe. Alleen de cel aan de tip van een hyfe deelt nog. Zo groeit de hyfe. Af en toe gaat een cel een zijtak vormen. De cellen staan door open kanalen zo met elkaar in verbinding dat alle organellen behalve de celkern door een hele hyfe kunnen stromen indien er nog tussenwanden met porien zijn (septa), maar in schimmelsoorten die geen septa hebben kunnen zelfs de kernen vrij stromen. organellen kunnen door de pores naar andere cellen cytoplasma kan door de hyfen stromen

Groei van schimmels schimmels zijn net als dieren heterotroof uitgescheiden enzymen breken grote complexe moleculen (het substraat) af in kleine verbindingen die vervolgens worden opgenomen schimmels groeien op een grote verscheidenheid aan substraten Schimmels scheiden enzymen uit di complexe polymeren in de natuur (bijvoorbeeld cellulose in de celwanden van planeten) kunnen afbreken tot kleinere ketens. Vaak zijn er dan bacteriën en gisten die weer heel effectief die kleinere keten kunnen afbreken tot de losse bouwstenen. Door de vertakte hyfen hebben schimmels een relatief groot oppervlakte en kunnen zijn opgeloste stoffen uit hun omgeving zeer efficiënt opnemen. Zo spelen schimmels en bacteriën samen een belangrijke rol in de natuurlijke recycling van organisch materiaal. Heterotroof betekent : organisch materiaal (dat koolstof en waterstof moleculen bevat en bijna altijd afkomstig is van andere cellen) nodig hebben als voeding. enzymen substraat kleinere moleculen

Groei van schimmels Hyfen worden langer door tip-groei: Cytoplasma stroomt naar delende cel aan het uiteinde van een hyfe. Pas later worden de septa gevormd

De morfologie van schimmels mycelium: netwerk van vertakkende hyfen en de sporendragende structuren 1 cm3 grond kan 1 km hyfen bevatten! door op deze manier te groeien heeft een mycelium een zeer sterk absorberend vermogen mycelium: netwerk van vertakkende hyfen en de sporendragende structuren 1 cm3 grond kan 1 km hyfen bevatten! door op deze manier te groeien heeft een mycelium een zeer sterk absorberend vermogen

ASEXUELE VOORTPLANTING KIEMING Fig. 31-5-1 Haploïd (n) Spore-producerende structuren Sporen ASEXUELE VOORTPLANTING Mycelium A-sexuele sporen worden continu gevormd door schimmels als ze in contact zijn met lucht (al is het maar een beetje zoals in luchtige aarde). KIEMING

Schimmels op voedingsbodem HLO BML

(fusie van cytoplasma) Hyfen/sporen met een verschillend mating-type kunnen fuseren en de sexuele cyclus afmaken Haploïd (n) Heterokaryotisch PLASMOGAMIE (fusie van cytoplasma) - Diploid (2n) + Spore-producerende structuren SEXUELE VOORTPLANTING Sporen ASEXUELE VOORTPLANTING Mycelium Hyfen/sporen met een verschillend mating-type kunnen fuseren en de sexuele cyclus afmaken. Hier is dan dus een fusie van twee genetisch verschillende cellen (van dezelfde schimmelsoort). KIEMING

(fusie van cytoplasma) Fig. 31-5-3 de kernen van beide partners fuseren nog niet ! Haploïd (n) Heterokaryotisch stadium Heterokaryotisch PLASMOGAMIE (fusie van cytoplasma) - Diploid (2n) + Spore-producerende structuren SEXUELE VOORTPLANTING Sporen ASEXUELE VOORTPLANTING Mycelium In elke cel van de hyfe blijven de kernen naast elkaar bestaan, ook na elke celdeling. KIEMING

(fusie van cytoplasma) Fig. 31-5-3 Haploïd (n) Heterokaryotisch stadium Heterokaryotisch PLASMOGAMIE (fusie van cytoplasma) - Diploid (2n) + KARYOGAMIE (fusie van kernen) Spore-producerende structuren Zygote SEXUELE VOORTPLANTING Sporen ASEXUELE VOORTPLANTING Mycelium NB Het heterokaryotische stadium kan uren, dagen of zelfs eeuwen duren voordat karyogamie plaats vindt! De diploide fase is vaak zeer kort: meiose treedt snel op waarbij sporen worden gevormd. MEIOSE KIEMING KIEMING Sporen

Vorm van zygo(geslachtelijke) spore bepaalt de naam van de schimmel families Chytriden Zygomyceten Glomeromyceten Ascomyceten Vorm van zygo spore (geslachtelijke spore) bepaalt de naam van de schimmel families Basidiomyceten (paddenstoelen)

De morfologie van basidiomyceten paddenstoel vorming van sporen hyfe mycelium

Het grootste en oudste organisme ter wereld het mycelium van de honingzwam in Oregon heeft inmiddels 9,7 km2 bos gekoloniseerd het organisme is ongeveer 1900 jaar oud

Schimmels sporen kunnen zich over zeer grote afstanden verspreiden V.l.n.r.: paddenstoelen op hout (gevallen tak), op buffelmest, zelfs waargenomen dat bij hoge luchtvochtigheid en temperatuur een Geotrichum soort groeide op CD’s! Onder: sporen van een roest (tarwe-parasiet) kunnen grote afstanden afleggen.

Groei van schimmels Enkele soorten zijn uitsluitend ééncellig (gist) meeste groeien als meercellige filamenten (hyfen) veel soorten hebben beide verschijningsvormen Een gist is dus een schimmelsoort die ééncellig groeit. Een gist vermenigvuldigs door celdeling zoals een bacterie, maar een gist kan ook sexuele sporen vormen (wat een bacterie NIET kan). Sommige gist-soorten delen door knopvorming: eerst vormt zich een uitstulpsel, daarin komt een nieuwe kern (na deling van de moederkern en DNA) terecht, en nadat de knop is uitgegroeid tot de volle grootte laat deze dochtercel los.

Virus opbouw-types: bacterievirussen (fagen) De ‘maanlander structuur’ van complexe bacterievirussen is voor specifieke hechting aan gastheercellen. Een andere term voor BACTERIEvirussen is ‘fagen’. HLO BML

Virussen hechten aan moleculen op het celoppervlak (receptoren) HLO BML

Virus-receptor binding bepaalt grotendeels de gastheerspecificiteit

Lytische cyclus (T4) HLO BML Stap 1: De faag hecht aan de bacterie omdat de buitenste eiwitten van het virus specifiek binden (precies passen) op één specifiek molecuul aan de buitenkant van de bacterie Stap 2: Door injectie, (of soms het volledig opnemen en afbreken van een virusdeeltje) komt het DNA in de gastheerscel Stap 3: Het virus DNA wordt afgelezen en er worden virus eiwitten gemaakt die nodig zijn voor het maken van nieuwe kopieën van virus DNA en van nieuwe virusdeeltjes. Stap 4: Bij bacterien wordt vaak het bacterie DNA afgebroken tot kleine stukken door een virus-enzym Stap 5: Het virus DNA wordt ingepakt in nieuwe deeltjes. Stap 6: er wordt een virus enzym gemaakt dat de celwand van bacteriën kapot knipt (vaak lysozym dat ook gemaakt wordt door dieren (in het traanvocht). Vervolgens barst de bacteriecel door osmose open. Een ander woord voor openbarsten is ‘lyseren’, daarom heet dit een lytische cyclus. HLO BML

Lysogene cyclus: Faag λ Als twee dubbelstrengs DNA moleculen dezelfde volgorde van bouwsteenen hebben, kunnen zij door enzymen gerecombineerd worden (zie volgende dia). Op die manier kunnen sommige virussen hun DNA inbouwen in het DNA van de gastheer. Het aflezen van de virusgenen die zorgen voor het maken van nieuwe virusdeeltjes wordt dan zo geremd dat het stopt. Als de gastheercel deelt, deelt het virus DNA als het ware mee. Bij omstandigeden die dodelijk (kunnen) zijn voor de gastheercel wordt de remming opgeheven en gaat het virus alsnog de lytische cyclus doorlopen. HLO BML

Profagen zijn NIET inactief Profaag genexpressie leidt tot eiwit dat excisie en replicatie genen actief remt Bovenstaande voorkomt 2e infectie Integratie-afhankelijke expressie van toxines difterie botulisme Profaag/provirus genexpressie leidt tot een eiwit dat het teruggaan naar een lytische cyclus actief remt Dit voorkomt dat een 2e infectie van de cel met een virus tot een lytische cyclus leidt. Een cel met en provirus is als het ware immuun voor andere infecties met eenzelfde virus geworden. Veel toxines worden gecodeerd door virussen en alleen bacteriën die een profaag met zich mee dragen maken dan dat toxine. roodvonk voedselvergiftiging cholera HLO BML

Virus opbouw-types: diervirussen Naakt virus: alleen een eiwitmantel (capside) om het DNA of RNA Envelopvirus: heeft een membraan als buitenste laag. Uitstekende eiwitten in een capside, en eiwitten die in de membraan naar buiten steken, binden specifiek (!) aan een molecuul dat zich op het oppervlakte van de specifieke gastheercellen bevindt. Deze “spikes’ bepalen dus welke gastheercellen wel en welke niet door het virus geïnfecteerd kunnen worden. Virussen hebben een doorsnede van 20-300 nanometer (dus nog ongeveer 10-100 keer kleiner dan een bacterie). Een bacterie is meestal ongeveer 1-5 micrometer. Een schimmel/gistcel is ca 4-40 micrometer HLO BML

infectie Influenza virus Via inademen Virus hecht aan cellen in longen en wordt in de cel opgenomen Hemagglutinine geeft hechting Neuraminidase (sialidase) knipt de hechtingsplaats van cellen af

infectie Influenza virus