Hoorcollege 19 april 2013 “Bedreiging en Afweer”

Hoorcollege 19 april 2013 “Bedreiging en Afweer”
Dr. Fred Boogerd
“Microbiële groei”
Groei  toename in aantal cellen
FTS (filamentous temperature sensitive) proteins  essentieel voor de celdeling in prokaryoten.
FTS eiwitten interacteren om een divisoom (celdeling apparatus) te vormen;
 FtsZ: 10.000 eiwitten vormen een ring rond het midden van de cel;
 ZipA: verankert de FtsZ ring aan het cytoplasma membraan;
 FtsA: helpt met verankering van de FtsZ ring en rekruteert andere divisoom eiwitten.
Het begrijpen van bacteriële celdeling is belangrijk omdat het kan leiden tot nieuwe medicijnen die
bepaalde stappen in de celdeling beïnvloeden.
Het produceren van nieuw celwand materiaal is heel belangrijk voor celdeling.
 Autolysinen maken kleine openingen in de celwand, dit begint bij de FtsZ ring.
 Nieuw celwand materiaal wordt toegevoegd over de openingen.
 Walband  verbinding tussen nieuw en oud peptidoglycan.
 De moleculen, bactoprenol en glysolylases, zijn belangrijk op de plaatsen waar groei plaatsvindt.
Bactoprenol  lipide drager  kan door het cytoplasma membraan heen.
Glycosylases inserteren celwand voorlopers op de groeipunten en katalyseren de vormingen van
glycosidische verbinding.
Transpeptidatie is de laatste stap van celwand synthese.
Penicilline is alleen werkzaam wanneer de bacteriecel actief groeit  als een cel niet meer groeit is
de peptidoglycaan laag af  penicilline remt de laatste stap (transpeptidatie).
Lysozyme breekt G-M bindingen.
Populatiegroei
Exponentiële groei.
Generatietijd hangt af van meerdere factoren:
 Soort;
 Groeimedium;
 Incubatie condities.
Als je exponentiële groei uitzet op een semi-log plot, is het een lineaire grafiek.
Semi-log  X-as is lineair, Y-as is logaritmisch.
Kleine eukaryoten groeien sneller dan grote en prokaryoten groeien sneller dan eukaryoten 
oppervlak/volume ratio is groter voor kleine cellen, daarom is de transportsnelheid van
voedingsstoffen hoger.
Bedreigingen van exponentiële groei van microbiële pathogenen:
 Aantal cellen (endotoxines = lipide A);
 Exotoxine productie.
Bacteriéle celcyclus
 Lag fase  tijd tussen inoculatie en begin van groei;
 Exponentiële fase;
 Stationaire fase;
 Sterfte fase.
Exponentiële groei is gelimiteerd.
Continue cultuur  open systeem microbiële cultuur met een vast volume  bereikt een steady
state  chemostat.
Microbiële groei
Vier methodes om microbiële groei te meten;
 Meten van cel aantal  microscopisch, zowel levende als dode cellen;
 Viable cel telling  één kolonie = één cel, alleen levende cellen;
 Meting van microbiële dichtheid  turbidimetrische methodes, zowel levende als dode cellen;
 Meting van microbieel drooggewicht filters met of zonder cellen, zowel levende als dode
cellen.
Meten van cel aantal
Limitaties van microscopische tellingen:
 Geen onderscheidt tussen levend en dood;
 Kleine cellen zijn moeilijk te zien;
 Een fase-contrast microscoop is nodig als er geen kleuring gebruikt wordt;
 Suspensies met lage dichtheid zijn lastig te tellen;
 Beweeglijke cellen moeten onbeweeglijk worden gemaakt;
 Debris in het monster kan ten onrechte worden aangezien voor een cel.
Viable cel telling
Spread-plate methode en pour-plate methode.
Meting van microbiële dichtheid
Bij ongekleurde bacteriën  verstrooiing van licht, niet gemeten door spectrofotometer.
Bij gekleurde bacteriën ook absorbtie.
Beperking  krijgt een onderschatting van het aantal cellen in de suspensie (kan zijn dat licht zo
verstrooid wordt dat het toch gemeten wordt).
 Makkelijk en snel uit te voeren;
 Monster wordt niet significant verstoord en er is geen vernietiging van cellen nodig;
 Beperkingen: als cellen clusters of een biofilm vormen.
Meting van microbieel drooggewicht:
1. Meet gewicht van droog gilter;
2. Giet monster van cultuur over filter;
3. Droog het filter met microben erop;
4. Meet gewicht van gedroogd filter;
5. Drooggewicht = verschil in gewicht.
Effect van omgevingsfactoren op groei
Temperatuur
Cardinale temperatuur  minimum, optimum en maximum temperatuur waarbij een organisme
groeit.
Pyschrofiel  lage temperatuur;
Mesofiel  middelmatige temperatuur;
Thermofiel  hoge temperatuur
Hyperthermofiel  zeer hoge temperatuur
Mesofielen:
 Warmbloedige dieren;
 Terrestriale en aquatische omgevingen;
 Temperatuur en tropische hoogtes
Extremofiel  organismes die leven bij zeer lage of hoge temperaturen.
Moleculaire aanpassingen van psychrogielen:
 Productie van enzymen die optimaal functioneren bij koud  eigenschappen die meer
flexibilitteit kunnen verzorgen:
o Meer -helices;
o Meer polaire en minder hydrofobische zuren;
o Miinder zwakke bindingen;
o Minder interacties tussen eiwit domeinen.
o Cytoplasma membranen zijn anders:
 Transport is optimaal bij kou door aanpassingen van het cytoplasma membraan;
 Hoge concentratie van onverzadigde vetzuren.
pH
Meeste organismen groeien het best bij een pH tussen 5,5 en 8  neutrofiel.
Acidofielen  organismen die het best groeien bij een lage pH.
 Bij sommige wordt het membraan vernietigd bij neutrale pH;
 Stabiliteit van cytoplasma membraan is kritisch.
Alkalifielen  organismen die het best groeien bij een hoge pH.
 Sommigen hebben een sodium-motive-force.
Interne pH moet relatief dicht bij neutraal blijven, ondanks uitwendig pH.
Aanwezigheid van water
Cytoplasma heeft een hogere concentratie opgeloste stoffen dan de omgeving  hypotoon medium
 de tendens voor water is de cel IN.
Bij een hypertoon medium, de cel uit.
Hypotoon  osmotische druk intern hoger;
Isotoon  osmotische druk is gelijk;
Hypertoon  osmotische druk intern is lager.
Halofiel  zoutminnend.
Mechanismen voor het weerstaan van lage wateractiviteit  verhogen van interne osmotische
waarde;
 Anorganische ionen de cel in transporteren;
 Synthese of concentratie van organische opgeloste stoffen;
o Compatible solute  gebruikt om lage wateractiviteit tegen te gaan door de cel.
Zuurstof
Speciale technieken zijn nodig voor het kweken van anaerobe micro-organismen:
 Reducing agents  chemicaliën die de zuurstofconcentratie verlagen.
 Anoxic environments  vervang de lucht.
Toxische vormen van zuurstof die gevormd kunnen worden in een cel:
 Singlet oxigen (O2*);
 Superoxide anion (O2-),
 Hydrogen peroxide (H2O2);
 Hydroxyl radical (OH∙).
Er zijn enzymen aanwezig om Toxische vormen van zuurstof te neutraliseren:
 Caltalase  2 waterstofperoxides omzetten in water en zuurstof;
 Peroxidase  waterstofperoxide omzetten in water met behulp van NADH;
 Superoxide dismutase  2 superoxides omzetten in waterstofperoxide.