HFST 1 COS: Structuur van bacteriële cellen Flashcards
Vorm bacillus
staafvormig
Vorm coc
cirkel
2 cirkels aan elkaar = diplococcus
cirkels in streep achter elkaar = streptococcus
cirkels die in 3D vlak groeien = stafylococcus
Vorm vibrio
kommavormig
Vorm spirocheten
kurkentrekkervorm
3 domeinen van bacteriën
- celmembraan omgeven door celwand
- cytoplasma
- buitenkant met externe structuren zoals flagel, fimbriae of capsule
Functie van celwand =
- vormgeving
- voorkomt dat cel openbarst door osmose want celmembranen van bacteriën bevatten namelijk geen cholesterol zoals dierlijke membranen, wat niet optimaal is gezien cholesterol de fluïditeit van de membraan bepaalt dus bij bacteriën zal de celmembraan sneller kapot gaan door osmose ==> celwand zorgt voor bescherming van celmembraan zodat bacterie minder snel kapot gaat
Celwand bestaat uit:
- Peptidoglycaanlaag
- Buitenmembraan
- Periplasmatische ruimte
Opbouw peptidoglycaanlaag van celwand:
- N acetyl glucosamine (NAG)
- N acetyl muraminezuur (NAM)
- Aminozuren
NAG en NAM = monomeren => worden telkens herhaald in suikerketen en zijn verbonden via B-1,4-glycosidische binding ==> suikerketen is identiek voor alle bacteriën
Aan elke NAM zit een tetrapeptide = 4 AZ =
* L alanine
* D glutaminezuur
* DAP (diaminopimelinezuur) bij gram- bacteriën of lysine bij gram+ bacteriën
* D alanine
=> ketens worden aan elkaar verbonden door binding tussen DAP van ene NAM aan L alanine van andere NAM
=> vorming van een heel netwerk!
Structuur peptidoglycaanlaag van celwand van gramnegatieve bacterie
Peptidoglycaanlaag = dun (10µm)
- Meestal geen oligopeptidebrug, maar directe verbinding tussen diaminopimelizuur & D-alanine
- vormt 10-20% vd celwand
Structuur peptidoglycaanlaag van celwand van grampositieve bacterie
Peptidoglycaanlaag = dik (20-80 µm)
- Geen rechtstreekse verbinding, maar oligopeptidebrug van 5 AZ tussen Lysine & D-alanine
- Vormt meerderheid vd celwand (60-90%)
Celwand van gram+ bacteriën bestaat uit:
- dikke peptidoglycaanlaag
- lipoteichoïnezuren (komen uit fosfolipidenlaag) & teichoïnezuren (komen uit peptidoglycaanlaag)
- proteïnen
Celwand van gram- bacteriën bestaat uit:
- dunne peptidoglycaanlaag
- periplasmatische ruimte welke peptidoglycaan, toxines & katabole enzymes bevat
- proteïnen
Opgenomen/verteerde peptidoglycanen bij gram+ bacteriën geven =>
protoplast
Opgenomen/verteerde peptidoglycanen bij gram- bacteriën geven =>
sferoplast
Wat zijn teichoinezuren?
= polymeren van ribitolfosfaat of glycerolfosfaat
- zitten in celwand van gram+ bacteriën en vertrekken vanuit de peptidoglycaanlaag
- teichoinezuren hebben negatieve lading (door de fosfaatgroepen)
- hebben antigenfunctie want aan teichoinezuren hangen suikers en AZ (= oppervlakte antigenen) ==> ribitolfosfaat heeft 3 plaatsen waar antigen aan kan hangen, glycerol heeft 1 plaats
Wat zijn lipoteichoinezuren?
- zitten in celwand van gram+ bacteriën en vertrekken vanuit fosfolipiden dubbellaag
Wat is de functie van eiwitten in de celwand van bacteriën?
- Adhesie
- Bescherming => eiwitten produceren beschermend kapsel
- Penicilline binden => Peniciline Binding Protein kan penicilline binden => als dat gebeurt wordt geen celwand meer aangemaakt en gaat de celwand kapot
Uit welke 3 gebieden bestaan liposacchariden (ook wel endotoxines genoemd) die je kan terugvinden in de buitenste fosfolipidendubbellaag van gram- bacteriën?
- Buitenste domein => O antigen (somatisch antigen) => bestaat uit hexose suikers => structuur is bacteriafhankelijk
- Core van oligosacchariden => heptose & octose suikers & keto-deoxyoctulosonaat (KDO) => Ook bacterieafhankelijk
- Lipide deel => lipide A => gefosforyleerd diglucosamine + meerdere C14 korte keten VZ (3 hydroxymyristinezuur) = echte endotoxinedeel want kan zorgen voor koorts en shock indien IV (daarom goed opletten dat alles wat je IV geeft goed steriel is want zelfs dode bacteriën ku werkzame endotoxines hebben)
Beschrijf de verschillende stappen vd gramkleuring:
1) Kleuren met KISTALVIOLET => bevat + geladen groep met paarse kleur => bindt met - geladen fosfaatgroepen van bacteriën => alle bacteriën paars gekleurd
Afdruipen en spoelen
2) Kleuren met JOOD => bindt met kristalviolet => kristalvioletjood complex => alles bacteriën wat feller aangekleurd (complex is groot en gaat moeilijk uit bacterie)
Afdruipen en spoelen
3) ONTKLEUREN met ALCOHOL, vaak samen met ACETON => in aceton kan je lipofiele dingen oplossen dus er komen gaten in CM + alcohol denatureert eiwitten welke in peptidoglycanen aanwezig zijn => peptidoglycaanlaag rond bacteriën krimpt en gaat kapot bij gram- want proteoglycaanlaag is heel dun => gram- bacteriën houden kleuring niet vast, gram+ bacteriën houden kleuring vast want dikkere proteoglycaanlaag
Afspoelen met water
4) Tegenkleuren met SAFRANINE => + groepen in rde kleur binden met vrije fosfaatgroepen van gram- => gram- bacteriën worden rood, gram+ bacteriën blijven paars
=> GRAMNEGATIEF = ROOD
=> GRAMPOSITIEF = PAARS
Celwand van zuurvast bacteriën bestaat uit: (van binnen naar buiten)
- celmembraan
- dunne laag peptidoglycaan
- arabinogalactans => gelinkt aan peptidoglycaan
- meerderheid van celwand = lipiden! => lipoarabinomannan & myocolinezuren (= B-hydroxyl-a-alkyl) bestaande uit lange keten VZ
Wat is het gevolg van de vetrijke celwand van zuurvast bacteriën?
=> voedingsstoffen komen traag binnen => zuurvaste bacteriën groeien traag (gram+ gaan in 30min van 1 nr 2 bacteriën terwijl dat bij zuurvaste bacteriën 10d duurt)
=> zuurvaste celwand maakt dat AB heel moeilijk binnen geraken => zeer lange behandeling nodig (bvb bij TBC)
Zuurvaste kleuring = Ziehl Neeslen kleuring => stappen
1) KLEUREN met CARBOLFUCHSINE => + geladen groepen uit rode kleurstof binden met - fosfaatgroepen van bacterie => alle bacteriën rood gekleurd
2) ONTKLEUREN met WATERSTOFCHLORIDE (pH < 1) => ontkleurt gram- en gram+ bacteriën, maar zuurvaste bacteriën ku hiertegen en blijven dus rood
3) TEGENKLEUREN met METHYLEENBLAUW => ontkleurde bacteriën worden blauw
=> GRAM+ & GRAM- = BLAUW
=> ZUURVAST = ROOD
Welke bacteriën hebben geen celwand?
- mycoplasma
- chlamydia
- archaebacteriën
- protoplasten
Wat kan je vertellen over mycoplasma?
- Door ontbreken van celwand zijn ze heel flexibel => pleomorf
- Hebben wel sterolen/cholesterol in CM => stabiliteit
- ZIjn heel klein (0,2-0,8 µm) => ku zelfs door bacteriefilters
- Penicilline kan je niet gebruiken als behandeling want dat werkt in op de celwand en mycoplasma heeft geen celwand => AB geven die inwerken op eiwitsynthese
Wat kan je vertellen over chlamydia bacterie?
- lijkt op gram- bacterie maar heeft geen peptidoglycaanlaag
- obligaat intracellulaire bacterie => cel nodig om te ku groeien (net zoals virus)
- op buitenste membraan zit MOMP = Major Outer Membrane Protein
Wat kan je vertellen over archebacteriën?
- vooral van belang voor biologen, minder voor DA
- geen peptidoglycaanlaag
- celmembraan bestaat uit monolaag van 40C lang ipv een fosfolipidendubbellaag => monolaag is dmv ethers gelinkt ipv esters = stabieler
- nucleïnezuren zijn opgerold in hitte stabiele spiralen
- enzymen zijn ook hittestabiel
=> archaebacteriën ku tegen extreme omstandigheden
Wat kan je vertellen over protoplasten?
- geen peptidoglycaanlaag
- lysosomale / penicillinewerking => breken B-1,4-glycosidische binding tss NAM & NAG
- in hypotone oplossing krijg je lyse
- bacteriën ku overleven in isotone oplossing
Opbouw celmembraan:
volgens fluid mosaic model:
* fosfolipiden zijn in opgeloste staat aanwezig
* eiwitten zijn verspreid tussen lipiden
=> vormt mozaïek patrooon
geen cholesterol in fosfolipidendubbellaag, wel eiwitten
Functies van de celmembraan:
- permeabiliteitsbarrière => voorkomt lekkage & functioneert als toegangsweg voor transport van nutriënten in en uit de cel
- eiwit anker (transporteiwitten, chemotactische eiwitten,..)
- energie conservatie => proton motive force wordt gegenereerd en gebruikt id CM
Samenstelling cytoplasma van bacteriën:
80% water
20% substanties zoals ionen en suikers
Wat is het nucleoïd? Wat kan je hier meer over vertellen?
= nucleaire regio van bacteriële cel
=> genetisch materiaal ligt verspreid door de cel, er is geen nucleaire membraan, er zijn geen histonen
=> nucleoïd bestaat vnl uit DNA, maar kan ook beetje RNA en eiwit in zitten
=> meeste bacteriën he 1 circulair chromosoom
Bacteriën bevatten veel ribosomen (ongeveer 20 000 ribosomen per bacterie). Wat is hun functie? Waaruit bestaan ze? Wat is het verschil tussen eukaryoten en prokaryoten? Wat is het klinisch belang van het verschil tussen eukaryoten en prokaryoten?
functie = eiwitsynthese
Ribosomen bestaan uit RNA + eiwitten
Prokaryoten => 70S ribosomen => opgebouwd uit 40S en 30S eenheid
Eukaryoten => 80S ribosomen => opgebouwd uit 20S en 60S eenheid
(S = Svedberg units => sedimentatiesnelheid in centrifuge => die snelheid varieert met moleculaire grootte en gewicht)
Klinisch belang => AB ku anders inwerken
Wat is de functie van het cytoskelet? Hoe kan je het aantonen? Welke bacteriën hebben het niet?
Functie = bepaalt de vorm ve bacterie
Bacillen hebben cytoskelet
Coccen hebben geen cytoskelet
Cytoskelet kan je aantonen met fluorescerend eiwit
Wat zijn endosporen? Wanneer en hoe worden ze gevormd? Door welke bacteriën w ze aangemaakt? Hoelang ku ze overleven? Zijn ze actief? Waar ku ze voorkomen?
= Interne structuren van bacteriën
=> Worden gevormd in slechte omstandigheden (bvb minder nutriënten, temperatuurstijging of gebrek aan zuurstof) zodat bacterie kan overleven -> bij slechte omstandigheden wordt septum gemaakt: celmembraan rond bacterie gaat insnoeren en volledig rond genetisch materiaal zitten => dubbele membraan => rond die membraan w nog meer wanden gemaakt => dikke wand
=> enkel gram+ ku endosporen vormen -> vooral bacillus & clostridium bacteriën
=> endopore kan 100 000 jaar overleven
=> endosporen he dikke wand
=> endosporen zijn in rust ==> wnnr omstandigheden weer verbeteren ku ze zich weer omvormen tot vegatatieve bacterie (= actieve bacterie, zal oa toxines produceren)
=> endosporen ku terminaal, subterminaal of centraal zitten => gebruiken voor identificatie
Wat is het verschil tussen endosporen en fungale sporen?
Fungale sporen staan in voor vermenigvuldiging
Endosporen staan in voor overleving
Wat is de functie van dipicolinezuur in endosporen?
Dipicolinezuur cheleert calcium ==> daardoor heeft endospore minder water en wordt ze minder gevoelig aan hydrolyse (afbraak => beter bestand tegen hoge temperatuur
als dipicolinezuur weer weggaat gaat bacterie van endospore naar actieve vegetatieve bacterie
Waarom is de buitenkant van bacterie zo belangrijk?
Wordt herkend door immuunsysteem
Groot deel vd virulentiefactoren zit ad buitenkant
(hoe meer virulent, hoe zieker je van de bacterie wordt, hoe groter de kans op overlijden)
Welke 4 belangrijke externe structuren zijn er?
- flagella
- axiale filamenten
- pili
- glycocalyx
Wat is een flagel?
Waaruit bestaat het?
= virulentiefactor H antigen
= bewegende lange staart
* flagel = 5-20µm en bacterie is 2-4µm => flagel is dus ongeveer 10x langer dan bacterie zelf
* bewegend = ATP nodig
Bestaat uit 3 delen:
* filament => bevat eiwitten in een helix (flagellines) => filament bestaat dus uit allemaal AZ en die samenstelling kan veranderen waardoor je variatie krijgt in het antigen en dus variatie in virulentie
* haak
* basaal lichaam => zit vast ad celwand via ringen => bij gram+ 2 ringen, bij gram- 4 ringen
Bij de binnenste ring zitten pompen voor ATP productie om de flagel te laten bewegen
Wat bedoelt men met propellermechanisme van flagel?
Flagel zit met een hoek van 90° vast aan bacterie => dient als propeller
1 flagel =
monotrichous
2 flagellen =
amphitrichous
meerdere flagellen op 1 punt =
lophotrichous
verschillende flagellen op verschillende plaatsen =
peritrichous
Wat weet je over de beweging van bacteriën? Hoe snel? In welke richting? Op welke manier?
Bacteriën bewegen obv chemotaxis = naar het attractant toe en van het repellent weg => attractant en repellent w opgemerkt door receptoren/transducer op bacterie
bacteriën bewegen heel snel oiv proton motive force (protonen bewegen en wekken zo energie op voor beweging) => positieve of negatieve chemotaxis
als flagellen wijzersin meedraaien kan bacterie richten in welke kant het wil gaan => als flagellen dan gebundeld w en tegenwijzersin draaien kan bacterie beginnen bewegen in die bepaalde richting
=> bacterie maakt dus steeds rechte lijnen
Wat zijn axiale filamenten? Bij welk soort bacteriën vind je ze terug?
= endoflagellen bij spirocheten (bvb trepomena pallidum & borellia burgdorferi) => spirocheten hebben 2 membranen en zijn kurkentrekkervormig => tss de 2 membranen zitten endoflagellen => door beweging van die endoflagellen krijg je kurkentrekkereffect en kan bacterie sneller invaderen
Welk soort virulentiefactor zijn:
- flagellen
- pili & fimbriae
- glycocalyx
flagel => virulentiefactor H antigenen
pili & fimbriae => virulentiefactor F antigenen
glycocalyx => virulentiefactor K antigenen
Wat weet je over conjugatie pilus?
= F pilus
= buis die 2 bacteriën met elkaar in verband brengt voor uitwisseling van bacterieel DNA => doorgeven van bep eigenschappen
Wat weet je over attachment pili?
= fimbriae => kleiner en meer dan conjugatie pilus
= haartje die dienen om vast te hechten ad cel
bvb Neisseria gonorrhoeae => hecht vast aan epitheliale cellen
bvb e coli => hecht vast aan epitheliale cellen => je krijgt blaasontsteking want e coli w niet weggespoeld van urine epitheelcellen (fimbriae zorgen voor zeer sterke eiwit-interactie)
Waaruit bestaat de glycocalyx? Welke soorten zijn er?
Glycocalyx bevat polysacchariden, soms polypeptiden => glycocalyx zit ad buitenkant van bacterie en omhult gehele celwand met biologische moleculen die ook in ons lichaam voorkomen => als bacterie omkapseld is door moleculen die lijken op lichaamseigen moleculen wordt het moeilijk voor het IS om de bacterie te herkennen en te fagocyteren
Er zijn 2 soorten:
- Kapsel (bij streptococcus pneumoniae bvb) => goed gedefinieerde structuur => is een virulentiefactor: beschermt tegen fagocytose
- Slijmlaag (bij bacteroides species bvb) => minder geordende structuur, minder sterk gebonden aan celwand => zorgt voor adherentie & beschermt cel tegen uitdroging
wat is een biofilm?
Oppervlaktegebonden groepen van bacteriën in een zelf geproduceerde extracellulaire matrix => de fenotypes van die bacteriën verschillen van planktonische bacteriën
bacteriën & schimmels ku vasthechten aan biotische en abiotische (synthetische) oppervlakken => zo kan een biofilm gevormd w => bacteriën in biofilm werken samen om extracellulaire matrix te vormen
Wat zijn planktonische bacteriën?
= vrijlevende bacteriën die in hun eentje rondzwemmen
er is bijna geen interactie tss planktonische bacteriën
Welke 3 ingrediënten zitten in een biofilm?
- micro organismen
- matrix
- oppervlakte
Wat zijn sessiele bacteriën?
bacteriën in biofilm => die hebben specifieke fenotypes wat betreft groeisnelheid en gentranscriptie
Wat weet je over de groeisnelheid van planktonische vs biofilm bacteriën?
Groeisnelheid biofilmbacteriën < groeisnelheid planktonische bacteriën
want planktonische bacteriën ku makkelijk voedingsstoffen opnemen terwijl voedingsstoffen en zuurstof maar moeilijk bij biofilmbacteriën geraken
Hoe ontstaat een biofilm?
Bacterie met flagel zwemt naar oppervlak => vasthechting => eens vastgehecht gaat de flagel weg en begint bacterie (samen met andere vastgehechte bacteriën) kleverige matrix aan te maken => als er maar een paar bacteriën vastzitten heb je lage concentratie signaalmolecule => meer bacteriën komen => meer matrix => er ontstaat een dikke, grote, slijmachtige 3D biofilm => als biofilm bepaalde dichtheid bereikt dan heb je een hoge concentratie aan signaalmoleculen => zorgt voor expressie van specifieke genen => door de signaalmoleculen krijg je expressie van eiwitproduct zoals voedselverterende enzymen => bacteriën gaan enzymen secreteren => vertering voedselpartikels
van die biofilm kan een stukje loskomen = dispersie => dat stukje biofilm kan zich op andere plek vasthechten waardoor je weer verdere biofilmvorming krijgt
Bacteriën communiceren met elkaar dmv quorum sensing => geef hiervan een specifiek voorbeeld:
Quorum sensing => bacteriën produceren specifieke signaalmoleculen om met elkaar te communiceren
Blauwe schijn op rug van inktvis (hawaiian bobtail squid) door vibrio fischeri (kommavormige bacterie) => bacterie leeft in symbiose met inktvis => bacteriën krijgen restjes voeding van de inktvis waardoor de bacteriën licht geven en dat biedt bescherming voor de inktvis
Lichtgeven kan door luciferase enzym => daarvoor is specifiek genetisch materiaal aanwezig => Hierbij spelen Luxl & luxR een belangrijke rol
Wat is luxl & luxr?
Een enzym dat hele kleine moleculen aanmaakt: nl: N-acyl-homoserine-lactone = AHL
=> Kan makkelijk diffunderen door celmembraan
=> In planktonische bacterie wordt AHL snel verdund in de omgeving zodat het geen effet heeft
=> In biofilm situatie wordt er zodanig veel AHL gemaakt door alle bacteriën tegelijk waardoor AHL blijft vastzitten id matrix => daardoor komt AHL terug id cel door diffusie => AHL kan id cel binden aan luxR, een regulator => pas als AHL gebonden is aan luxR kan het genetisch materiaal voor luciferase afgelezen w
DUS bepaalde quorum nodig voordat bacteriën samen licht ku maken
bacterie alleen kan geen licht maken, bacterie in biofilm samen met andere bacterien kan wel licht maken
Wat is quorum sensing?
= manier waarop bacteriën met elkaar ‘praten’ =>
bacteriën produceren specifieke signaalmoleculen om met elkaar te communiceren
die signaalmoleculen = autoinducers = quorum sensing moleculen => in geval vd inktvisjes is de autoinducer AHL
Geef 3 redenen voor biofilm resistentie.
1) Matrix (biofilm = opp gebonden groepen bacteriën die vastzitten in zelfgeproduceerde matrix) houdt in meeste gevallen deel vh AB tegen => + geladen AB zoals aminoglycosiden binden aan - geladen alginaat op matrix => door dikke biofilm kan AB minder makkelijk ‘binnen’ geraken => hogere concentratie AB nodig om effectief te zijn
2) AB werken enkel in op groeiende/metabool actieve/vegetatieve bacteriën => ze gaan daarbij de eiwitsynthese stoppen. Planktonische bacteriën zijn altijd actief, maar bacteriën onderaan een biofilm zijn dat niet altijd door gebrek aan zuurstof en O2 => AB zullen dus geen effect he op die bacteriën
3) normaal gezien gaan AB planktonische bacteriën doden waarop die dode bacteriën opgegeten w door macrofagen, maar rond biofilmbactriën zit een matrix waardoor AB niet binnen geraken en bacteriën in biofilm niet ku doden => macrofaag voelt wel dat er bacteriën zijn maar kan die niet doden => macrofaag wordt actief en stelt bepaalde enzymen en vrije radicalen vrij => gezonde cellen w gedood = gefrustreerde fagocytose
DUS:
- Verminderde penetratie van AB
- Lagere O2 levels in biofilm waardoor biofilmbacteriën inactief
- Resistentie tegen verdedigingsmechanismen van GH
Wat bedoelt men met gefrustreerde fagocytose? Wanneer gebeurt het?
normaal gezien gaan AB planktonische bacteriën doden waarop die dode bacteriën opgegeten w door macrofagen, maar rond biofilmbactriën zit een matrix waardoor AB niet binnen geraken en bacteriën in biofilm niet ku doden => macrofaag voelt wel dat er bacteriën zijn maar kan die niet doden => macrofaag wordt actief en stelt bepaalde enzymen en vrije radicalen vrij => gezonde cellen w gedood = gefrustreerde fagocytose
Wat zijn peristente cellen / persisters?
= cellen die onder de biofilm zitten => die he weinig zuurstof en weinig voedingstoffen => metabool inactieve cellen
Op welke 2 manieren kan je een grote populatie van biofilmbacteriën behandelen? Wat verwacht je na behandeling?
- [AB] lange tijd geven
- [AB] telkens verhogen, over kortere periode
=> je verwacht na behandeling dat populatie daalt tot 0, maar in werkelijkheid zijn een # bacteriën nog in leven => 2 redenen: - bacteriën zijn resistent tov de gebruikte AB => genetisch materiaal/genotype in die bacteriën is gewijzigd
- persistentie => persisterende bacteriën zijn metabool inactief, maar he wel zelfde genotype (als je zo’n bacterie uit biofilm haalt is ze weer metabool actief)
=> om te weten of het gaat over reden 1 of reden 2 ga je overgebleven bacteriën opgroeien en dan AB bijvoegen => kijken naar curve die je bekomt: - resistente bacteriën => er gebeurt niets
- persistente bacteriën => je krijgt zelfde curve
(als bacteriën niet resistent zijn kan peristentie ervoor zorgen dat ze niet w afgedood = tolerante bacteriën)
