Hoorcollege 3 april 2013 “Bedreiging en Afweer”

Hoorcollege 3 april 2013 “Bedreiging en Afweer”
Dr. Fred Boogerd
“Inleiding microbiologie”
Twee algemene thema’s binnen microbiologie:
 Fundamentele biologische wetenschap  proberen het ontstaan van leven te begrijpen.
 Toegepaste biologische wetenschap  in landbouw, industrie en gezondheidszorg.
Microbiologie gaat over het gebied van (macro)moleculen tot cellen.
Virussen zijn geen microbial cells.
Er is binnen de biologie geen definitie van het leven te geven, wel een lijst van karakteristieken van
het leven:
 Metabolisme  opname, transformatie, uitscheiding;
 Reproductie  prokaryoten reproduceren door delen;
 Differentiatie  niet zeer belangrijk bij prokaryoten;
 Communicatie  voor prokaryoten is quorum sensing van belang  communicatie vindt pas na
een bepaalde dichtheid plaats;
 Beweging  slechts de helft van de prokaryoten kunnen zichzelf voortbewegen;
 Evolutie.
Een systeem dat in equilibrium is, is dood.
Micro-organismen in het bloed  sepsis.
 Ecosysteem  een gebied met levende organismen in een bepaalde physische en chemische
omgeving.
 Micro-organismen interacteren in het ecosysteem, dit kan zowel schadelijk als beneficial zijn.
 Er is een relatie tussen infectieziekten en microbiale ecologie.
Mensen gaan tegenwoordig veel minder vaak dood aan infectieziekten.
Micro-organismen zijn lang niet altijd slecht voor  slechts zo’n 5% is pathogeen.
We leven in symbiose met micro-organismen. Aantal microbiële cellen in je lichaam is 10X hoger dan
het aantal eukaryote cellen. Hier hebben we ook voordeel van.
Robert Hooke was de eerste die de microscoop gebruikte voor biologische doeleinden  heeft ook
als eerste een schimmel gezien.
Antoni van Leeuwenhoek had een veel betere microscoop dan Hooke, hij beschreef als eeste een
bacterie.
Na de ontdekking van van Leeuwenhoek is er 150 jaar lang geen ontwikkeling geweest op het gebied
van microscopie.
Louis pasteur ontkrachtte de theorie dat leven uit niet-leven ontstaat (spontaneous generation) 
swan-neck experiment  na sterilisatie geen groei. Men zei dat lucht nodig was  zwanennek
gemaakt, bacteriën bleven in bocht zitten, vloeistof bleef stabiel. Daarna vloeistof in contact
gebracht met stof in de bocht, toen groeiden er wel micro-organismen.
Robert Koch ontwikkelde de 4 postulaten om te bewijzen dat een bepaald micro-organisme een
bepaalde ziekte veroorzaakt:
 Het verdachte micro-organisme moet in elk ziek organisme aanwezig zijn en nooit in gezonde
organismen.
 Het verdachte micro-organisme moet gekweekt zijn in pure culture (tegenwoordig te strenge eis)


Het verdachte micro-organisme moet geïnfecteerd kunnen worden met de gekweekte cellen.
Uit het geïnfecteerde organisme moet het verdachte micro-organisme opnieuw geïsoleerd
moeten kunnen worden.
(Begin “de prokaryoten in vogelvlucht”)
Beperkende factoren van de lichtmicroscoop:
 Vergroting  kan niet groter dan 1000X door golflengte licht;
 Resolutie;
 Gebaseerd op contrast  bacteriën hebben dit niet  staining.
Andere microscopen:
 Bright-field
 Phase-contrast  versterkt het bestaande contrast;
 Dark-field  licht komt van zijkanten en alleen licht verspreidt door specimen bereikt de lens;
 Fluorescence  fluerescerende cellulaire componenten of door toegevoegde stains.
3-dimensionale microscopie:
 Differential interference contrast  interferentie van 2 lichtbundels (half 3-dimensionaal);
 Atomic force microscopy  een kleine tip scant de oppervlakte;
 Confocal scanning laser  laser straal op verschillende lagen.
Elektronen microscopen  gebruiken stralen van elketronen en elektromagneten als lenzen in
vacuüm.
De resolutie is 100X groter dan die van een lichtmicroscoop.
Beperking: geringe penetratie, dus dunne preparaten.
Voor contrast zijn zware metalen gebruikt.
Twee typen;
 TEM (transmission)
 SEM (scanning)
“Innate immune system”
Pathogenen beschadigen weefsels op verschillende manieren;
 Exotoxines
 Endotoxines
 Directe lysis (virussen)
Plekken van infectie en respons:
 extracellulair
o Complement;
o Macrofagen;
o Neutrofielen;
o Antimicrobiale peptides (niet verder behandeld);
 Intracellulair
o NK cellen;
o Geactiveerde macrofagen;
Meer dan 30 verschillende eiwitten worden geactiveerd door pathogenen.
Opsoniseren vindt plaats mbv C3b (complement fixatie).
3 routes van complement activatie (in volgorde van actie):
1. Alternatieve route;
2. Lectine route;
3. Klassieke route.
Alternatieve route
C5 is structureel gelijk aan C3.
C5b is betrokken bij het induceren van membrane attack complex  belangrijk voor het vormen van
poriën in het membraan  lysis van bacterie.
C3a en C5a (oplosbare fragmenten) zijn beiden apahylatoxines  inflammatoire toxines die andere
cellen aantrekken.
Lectine route
MBL (mannose-binding lectine), circuleert in plasma, herkent mannose op bacterie.
Als MBL bindt aan mannose, wordt C4 gesplitst, dit is een tussenstap waardoor uiteindelijk weer C3
gesplitst wordt en er weer opsonisatie plaatsvindt.
Klassieke route
CRP (C-reactief protein) of antistof bindta aan pathogeen.
CRP bindt phospholochine in LPS van bacteriën.
Zowel MBL als CRP opsoniseren pathogenen.
Functies van macrofagen:
 Destructie pathogenen (dmv fagocytose);
 Productie van cytokines
2 sets receptoren:
 C-type lectines
o Herkennen suikerstructuren
o Receptorgemedieerde fagocytose  destructie
o Presenteren ook antigenen
 Toll like receptoren
o Pathogeen specifieke struturen (dus zijn pathogeen-specifiek)
o Signaleringsrecptoren  induceren inflammatoire cytokines
o Opregulatie productie moleculen
Toll like receptoren herkennen;
 Bacteriën: lipopolysaccharide;
 Bacteriën/parasieten: lipopeptides/GP1
 Virussen: dubbelstrands RNA
Binding van een LPS aan TLR4 zet een cascade van kinases in gang, dit zorgt voor productie van
cytokines en nieuwe receptoren.
Cytokines zijn oplosbaar en activeren andere cellen door te binden aan receptoren.
Chemokines beïnvloeden migratie van immuuncellen  door binding aan chemokine-receptoren
De neutrofielen kunnen niet uittreden uit het bloed, hiervoor zijn chemokines nodig. De binding
hiervan activeert adhesie moleculen  chemolines bepalen ook WAAR de neutrofielen uittreden,
door plaats in bloedvat.
Neutrofiel is als eerste in grote getalen aanwezig bij ontsteking, zal de eerste zijn die bacteriën
fagocyteert en met behulp van granules de bacteriën afbreekt, hierna sterft de neutrofiel en wordt
opgenomen door de macrofaag.
Virus geïnfecteerde cellen produceren interferonen als cytokines, dit zorgt voor opregulatie van
liganden van NK cellen en induceren resistentie tegen virale replicatie.
Alleen NK-cellen zijn niet genoeg. Voor het uitschakelen van virussen zijn NK-cellen en cytotoxische
T-cellen beiden nodig.