Medische microbiologie. Infectieziekten College #1. De mens
advertisement
Medische microbiologie. Infectieziekten College #1. 13 14 De mens bestaat uit 10 cellen, maar dragen nog eens 10 keer zo veel (10 ) micro organismen op ons lichaam mee. Er zijn heel veel verschillende micro organismen en ze zijn zeker niet allemaal schadelijk, sommigen hebben we zelfs nodig. Je kunt de micro organismen onderverdelen in 3 soorten: 1) Onschadelijke micro organismen 2) Micro organismen die schadelijk zijn voor mensen met verminderde weerstand, zoals hele jonge/oude mensen of zwangere vrouwen. 3) Schadelijke micro organismen In de arme landen zijn infectieziekten, veroorzaakt door micro organismen, 70% van de doodsoorzaken. Dit komt door slechtere hygiëne en mindere ziekenhuizen en kennis. De volgende infectieziekten zijn tegenwoordig gevaarlijk: Nosocomiale infecties Dit zijn infecties die rondgaan in ziekenhuizen. Zoonoses Dit zijn infecties die van dier op mens worden overgedragen. Denk aan de ziekte van lyme, wat je kan oplopen door een tekenbijt. Of de gekke koeien ziekte. Tuberculose (TBC) Deze ziekte kent veel verschillende soorten en leek onder controle, maar door evolutie is resistentie ontstaan tegen de medicijnen en daarom is tbc tegenwoordig weer een groter probleem. HIV/aids Pandemische griep Een voorbeeld hiervan is de ‘mexicaanse’ griep. Diarree Dit is vooral in ontwikkelingslanden een groot probleem. Hier is minder hygiëne waardoor zich snel kan verspreiden. Dit komt veel voor in de landen waar bijvoorbeeld geen kraanwater aanwezig is. Bacteriën evolueren en dat is een probleem bij het bestrijden van infectieziekten. Dit kan gaan met behulp van bacteriofagen. Een bacterie is in staat om resistentie genen op te pikken en in zijn genoom in te bouwen waardoor hij resistent wordt tegen bestrijding met een medicijn. Ook kan hij virulente genen oppikken waardoor een eerst onschuldige bacterie ineens gevaarlijk kan worden. Een vorm van bestrijding van infecties is penicilline. De eerste vorm van penicilline is ontdekt door Flemming. Deze onderzoeker vond het per toeval uit de schimmel (???). Sinds die tijd zijn er veel verschillende soorten van deze antibiotica ontwikkeld, maar na een bepaalde tijd trad voor bijna alle soorten resistentie op. Je ziet op de tijdlijn dat per soort verschilt hoe lang het duurt voordat er resistentie op treed. Ook zie je dat de laatste jaren er niet zo veel nieuwe soorten meer bijgekomen zijn, de antibiotica lijkt dus op te raken. Hiervoor zijn twee redenen. Het is financieel niet aantrekkelijk om een antibioticum te ontwikkelen als er na een paar jaar alweer resistentie is opgebouwd, want op die manier kunnen ze de kosten er niet uitkrijgen. Ook wordt het simpelweg steeds moeilijker om nieuwe soorten te ontwikkelen. Het is een vicieuze cirkel. Iemand heeft een infectieziekte Wordt bestreden met antibiotica Vervolgens gaan de bacteriën dood, maar een enkele bacterie is resistent, deze heeft nu alle kans om te vermenigvuldigen De nieuwe resistente bacterie zorgt opnieuw voor een infectie ziekte Onzorgvuldige zuster (of iemand anders) kan de bacterie ook oplopen en zo verder verspreiden. Een nieuwe resistente infectie ziekte is geboren, tot dat er een antibiotica hiertegen wel werkt. De cirkel begint op nieuw. Het is dus erg van belang dat er hygiënisch wordt gewerkt in laboratoria en ziekenhuizen. Daarnaast moeten dokters zorgvuldig omgaan met het uitschrijven van antibiotica, anders wordt er veel makkelijker resistentie opgebouwd. Resistentie kan door een bacterie veel makkelijker opgebouwd worden omdat ze veel korter leven, evolutie vindt daardoor sneller plaats dan bij bijvoorbeeld de mens. De mens wordt wel steeds ouder, waardoor we ook steeds meer ziekten opleveren. Zoals al eerder is verteld, lopen oudere mensen een grotere kans om ziek te worden van een micro organismen. Het UMCG doet veel onderzoek naar healthy ageing. Want we worden wel steeds ouder, maar we willen ook dat mensen gezonder ouder worden. De 5 BMRO’s : Bijzonder Resistente Micro Organismes. 1. MRSA 2. VRE 3. C. Difficile 4. ESBL/CRE 5. mrNon-fermenting Tegenwoordig wordt er ook veel meer en verder door de wereld gereisd, dit betekent voor micro organismen ook meer kans op verspreiding. Er is verschil in het aantal besmettingen met MRSA tussen ziekenhuizen in Nederland en Duitsland. MSRA komt in twee vormen. Een vorm verspreid door vee, deze komt in beide landen wel voor. Een andere variant is de ‘ziekenhuis’ variant, deze komt in Nederland vrijwel niet voor en in Duitsland wel. De verspreiding van MRSA via vee blijft in stand vanwege de handel over de wereld, maar hoe komt er dat er zo’n verschil is tussen MRSA infecties tussen Nederland en Duitsland? In Nederland houden veel microbiologen zich bezig met het opsporen van micro organismen. Zo wordt iets als MSRA veel sneller opgespeurd en kan er wat aan gedaan worden. Geen vragen over dit introductie college. College #2 In het leven onderscheiden we 3 hoofdsoorten. (Voorheen waren dit er 5 maar tegenwoordig is het teruggebracht naar 3). 1) Bacteriën 2) Archea 3) Eukaryoten Nummer 1&2 worden gekenmerkt door het ontbreken van een celkern. Van deze soorten dragen wij micro organismen met ons mee, voornamelijk bacteriën en archea. Van de eukaryoten komen er enkele gisten/schimmels op ons lichaam voor maar verder niet. In het schema geven de rode takken aan welke organismen ziekteverwekkers zijn voor de mens. We onderscheiden 4 soorten micro organismen: 1) Virussen 2) Parasieten 3) Bacteriën 4) Gisten/Schimmels Alle vier de soorten kunnen tot infectieziekten leiden. Zo is HIV een virus, TBC een bacterie en wordt malaria veroorzaakt door een parasiet. Bacteriële pathogenese betekent interacties tussen prokaryote en eukaryote cellen. Een voorbeeld hiervan is de listeria monocytogenes. Deze bacterie dringt zich binnen in de (eukaryote) gastheercel. Hier treed een verdedigingsmechanisme op, maar daar weet deze bacterie aan te ontkomen. Daarna begint de bacterie een actine staart op te bouwen met behulp van de stoffen in het cytoplasmaskelet. Hierdoor wordt de bacterie ineens veel beweeglijker en zo kan hij intracellulair ‘oversteken’ van cel naar cel. Zo wordt veel besmetting bereikt. Veel wetenschappers hebben hun steentje bijgedragen aan het gevecht tegen infectieziekten. Een begin werd bijvoorbeeld gemaakt door Antoni van Leeuwen hoek met zijn uitvinding; de microscoop. Het was een hele primitieve versie met een lensje en een vlammetje waarmee hij naar schraapsel van zijn tanden keek. Hierin zag hij ‘beestjes’ bewegen. Bacteriën kun je zien onder een microscoop en hebben dan een bepaalde morfologie. Zo onderscheiden we drie soorten, de coccen, staven en spirocheten. Die morfologie kan veranderen, waardoor je niet altijd de juiste conclusies kan trekken uit de morfologie van een bacterie. Als je bijvoorbeeld de luchtvochtigheid verandert, wordt de vorm van de bacterie anders. Dit gebeurt vanwege de celwand van bacteriën. Deze celwand bestaat uit een lipide dubbel laag. De lipide moleculen liggen met hun hydrofobe staarten naar binnen en aan de buitenkant liggen hydrofiele koppen. Tussen deze moleculen liggen eiwitmoleculen, zoals receptoren en dergelijke. De bacterie behoort tot de prokaryoten en heeft dus geen celkern. Het erfelijke materiaal van een bacterie ‘drijft’ dus gewoon rond in het cytoplasma. Je hebt hier in drie verschillende vormen. Een bacterie kan gewoon een chromosoom hebben, maar het kan ook zijn dat de bacterie naast een gewoon chromosoom een plasmide bevat. Dit is een extra stukje genetisch materiaal wat een bacterie pathogeen kan maken. Bij de derde vorm zitten er pathogeniciteits eilandjes in het chromosoom. Deze pathogeniteitseilandjes zijn virulentie genen opgenomen in het gewone chromosoom van de bacterie. We onderscheiden twee bacterie soorten, namelijk de grampositieveen gram-negatieve bacteriën. Het verschil zit hem in de opbouw van de celwand. Gram+ heeft een cytoplasma membraam dat het cytoplasma omhuld en daar om heen een hele dikke celwand met daar om heen nog een capsule. Gram- heeft twee membranen met daartussen een dunne celwand. Je hebt dus een binnen membraan en een buiten membraan. De celwand bestaat uit peptidoglycan. Dit is een stevige structuur met een ‘ruggegraat’ van Nacetylglucosamine en N-acetylmuramic NAG en NAM. Je kunt het verschil tussen Gram+ en Gram- duidelijk maken met behulp van een kleuring. Hierbij kleur je alle bacteriën met crystal violet en behandel je het daarna met iodine. Hierdoor blijft de kleuring gehecht aan de gram+ bacteriën, maar niet aan de gram- bacteriën. Als je daarna ‘wast’ wast de kleur weg bij de gram- bacteriën. Omdat deze hierdoor onzichtbaar worden kleur je nogmaals alle bacteriën met een licht roze kleur, hierdoor wordt alles in theorie roze, maar de violet kleur van de eerste kleuring is sterker. Je krijgt op deze manier dus roze gram- bacteriën en paars/blauwe gram+ bacteriën. Dit is een snelle manier van onderscheid maken en dat is belangrijk voor diagnostiek. De diagnostiek van bacteriën is belangrijk om verspreiding e.d. te voorkomen. Je stelt een diagnose door eerst de patiënt te onderzoeken, kijk naar symptomen en neem foto’s. Daarna kun je een monster nemen om deze te onderzoeken. Dat kan dus bijvoorbeeld met behulp van de gramkleuring en observaties onder de microscoop. Op deze manier kun je vaststellen of er een bacterie in het spel is en welke dit kan zijn. Voor het identificeren van bacteriën kun je ook fluorescentie microscopie gebruiken. Deze techniek maakt gebruik van het Green Fluorescent Protien (GFP). Dit eiwit licht groen op onder de speciale fluorescentie microscoop en op deze wijze kun je bijvoorbeeld de expressie van een bepaald eiwit of gen meten. Bacteriën en Archea vallen onder de prokaryoten, maar de endosymbiose theorie luidt dat deze prokaryoten een onderdeel zijn voor de groei van de eukaryoten. De theorie stelt dat de celwand zich naar binnen insnoerde om het genetische materiaal heen, waardoor een celkern met daarin het DNA ontstond. Ribosomen die zich al op het celmembraan bevonden liggen nu om de celkern heen. Hiermee is de cel alleen nog niet af, het idee is dat de cel ook nog prokaryoten heeft opgenomen, zoals bacteriën, om als organellen te gebruiken. De mitochondriën die als energiefabriekjes van de cel werken hebben bijvoorbeeld hun eigen DNA, dit ondersteunt het idee dat vroeger deze organellen als organismen zelf hebben geleefd. Celdeling van een bacterie gaat vrij simpel. De boel wordt verdubbeld en de bacterie deelt zich in tweeën. In theorie zijn de twee dochtercellen dan identiek aan de moedercel. Toch kan er soms genetische variatie optreden tussen bacteriën, er kunnen plasmides aanwezig zijn die ‘oneerlijk’ verdeeld worden over de dochtercellen. Ook kennen bacteriën (voornamelijk gram+) nog een trucje, namelijk sporulatie. Dit is een mechanisme ter bescherming van het DNA, als de bacterie nutriënten tekort komt. Het DNA wordt dan ingesnoerd in een soort ‘bubbel’. Vervolgens wordt die bubbel opnieuw ingesnoerd door het cytoplasma waardoor een dubbele laag om het DNA ontstaat. Dit wordt dan afgesnoerd en dit is een endosporium. Dit is dus een overlevingsstrategie, want deze spoor kan lang overleven. Celdeling van een bacterie gaan in bepaalde fases. Eerst is er de lag fase, waar er nog weinig cellen zijn dus de vermeerdering ook nog niet hard gaat. Daarna groeien de bacteriën exponentieel. Dit gaat door tot dat de voeding van de bacteriën op is en er niet genoeg meer is om te blijven delen. Dit is de stationare fase, waarin het aantal bacteriën redelijk gelijk blijft, tot het voedsel helemaal op is. Dan begint de afname. In deze fase komt de sporulatie voor. College #3 Opbouw van de bacterie Een bacterie heeft dus een celwand om het plasmamembraan heen, binnen in is het gevuld met cytoplasma, DNA en ribosomen. Sommige bacteriën hebben daarop aan de buitenkant nog een flagel of pili. Er is een belangrijk verschil, want de flagel is een lang uitsteeksel dat rond kan draaien en zo zorgt dat de bacterie zich kan voortbewegen. Pili zijn harige, kortere, uitsteeksels die helpen bij aanhechting. Ze draaien niet en zorgen dus niet voor voortbeweging. Bij een gram- bacterie zit er een soort rotor tussen het binnenste en buitenste membraan. Deze rotor zorgt voor draaiing, maar heeft daarvoor wel energie nodig. Dit komt door de verschuiving van protonen. Via een protonenpomp wordt H+ in de tussenruimte tussen de twee membranen gepompt. Vervolgens vloeit het H+ via de rotor terug de cel in, dit geeft de rotor energie voor het draaien van de flagel. Op deze manier kan de rotor wel 100 rotaties per seconde maken. Een bacterie beweegt zich niet zomaar, het beweegt zich altijd richting nutrienten. De bacterie wordt ‘gestuurd’ door chemotaxis. Een chemotaxisreceptor bindt een voedingsproduct zoals glucose of een aminozuur. Deze binding zet in de cel aan tot fosforilatie en dit beïnvloedt de richting van de flagelrotatie. Naast de flagel en de pili is er een 3e haarachtige structuur die enkele bacteriën hebben, namelijk de type III secretiemachinerie. Dit is een soort naald waarmee een bacterie giftige stoffen kan injecteren in een andere cel zoals een gastheercel. De pili zijn er in veel verschillende sorten, maar alle soorten zijn voor het hechten aan gastheercellen. Sommige hebben nog meerdere functies. Pili worden opgebouwd uit eiwitten. Gram- In het periplasma (tussen binnenste en buitenstemembraan) hopen de eiwitten zich op. Een chaperone zorgt ervoor dat deze eiwitten niet weer worden afgebroken, maar begeleid worden naar een secretiekanaal. Vanaf daar bouwen de eiwitten zich op en vormt zich naar de buitenkant toe een pilus. Een pilus is een bundeling van pilus subunits. Deze hebben allemaal een hydrofiele kop met een hydrofobe staart. Deze bundelen zich in het midden van de pilus. Gram+ Hier is er geen periplasma, dus werkt de opbouw van een pilus anders. Bouwstenen voor de pilus worden gemaakt en eindigen met een bepaalde aminozuurvolgorde. Zodra het aminozuur via het signaal peptidase naar buiten wordt gebracht herkent sortase daar die aminozuurvolgorde. Dit sortase knipt het eiwit los en koppelt deze aan het vorige eiwit. Zo vormen de eiwitten samen een keten, de pilus. Een belangrijk eiwit van de pilus is het SPA eiwit. Dit eiwit bindt anti-lichamen van een gastheercel. Hierdoor kan het immuunsysteem de bacterie als eigen herkennen en wordt de geïnfecteerde cel niet aangevallen. College #4 De mens en microbes In onze darmen hebben wij goede microbiota. Dit kan door de darmepitheellaag in de darmen. Als deze laag beschadigd is dan kunnen de ‘goede’bacteriën toch schade aanrichten. Een voorbeeld van bacterién in onze darmen is de E. Coli. Onder andere omstandigheden kunnen bacteriën ook goed zijn, met behulp van deze worden bijvoorbeeld medicijnen gemaakt. Bacteriën zijn dus zeker nodig en niet altijd verkeerd, maar natuurlijk zijn er ook velen ziekte verwekkend. Je hebt zo ongeveer 7 manieren waarop transmissie van bacteriële pathogenen kan worden overgedragen. 1) Via speeksel en aristoles 2) Trauma Besmette wonden. 3) Bloedtransfusie 4) Huidcontact 5) Genitaal contact 6) Van uitwerpselen naar oraal. Denk hierbij aan besmet water met uitwerpselen dat wordt gedronken 7) Insecten De pest was vroeger een groot probleem. Dit werd overgedragen door de rattenvlo die de yersinia Pestis bij zich draagt. Als een vlo dit bij zich draagt dan zit dit in zijn ‘maag’ en als hij zich wil voeden met bloed moet hij de bacteriën eerst uitspuugen. Dit komt zo in de rat terecht. Nou bijten deze vlooien normaal dus alleen ratten, maar als deze ziekte uitbreekt en veel ratten hier aan sterven moeten de ratten zich voeden met ander bloed, namelijk dat van de mens. Zo raken mensen besmet met de pest. Tegenwoordig is dit probleem minder aan de orde doordat de hygiëne is verbeterd met de aanleg van riolen. Om te bewijzen dat een bepaald pathogeen de veroorzaker is van een bepaalde ziekte heeft meneer Koch de Postulaten van Koch opgesteld. Deze gaan als volgt: - Alle mensen met deze ziekte moeten het pathogene micro-organisme hebben - Wanneer je het micro-organisme isoleert en inbrengt bij een nieuwe gastheer moet de zelfde ziekte ontstaan. - Vervolgens moeten de micro-organismen uit deze nieuwe gastheer overeenkomen met de eerst reingekweekte micro-organismen. Zo vermoedde Marshall en Warren dat maagzweren veroorzaakt werden door een microorganisme. Het was echter erg moeilijk om dit te bewijzen en om zijn punt te bewijzen heeft Marshall uiteindelijk het microorganisme ingenomen om te bewijzen dat hij maagzweren zou krijgen. Hij kreeg gelijk maar overleed hier bijna aan. Uiteindelijk kreeg hij hiervoor de nobelprijs. Niet alle pathogenen veroorzaken direct een infectie, het loopt namelijk tegen 3 belangrijke barrières aan. Dit zijn de natuurlijke barrières, de innate (antigen-nonspecifiek) immuun-reacties en de antigen-specifieke immuun-reacties. Huid Een van de belangrijkste natuurlijke barrières is de huid. Dit omdat de buitenste laag van onze huid, de hoornlaag, bestaat uit dode cellen en daarin kan een microorganisme niets beginnen. Daarnaast vindt er erosie plaats waardoor er dus steeds eventueel anwezige bacterieën samen met de dode huidcellen verwijderd worden. Ook zitten er antimicrobiële peptides, dit zijn peptides die gaatjes maken in het membraan van een bacterie, wat deze vervolgens niet overleeft. Verder is een belangrijke reden dat de huid droog is. Water is de belangrijkste limiterende factor voor microbiële groei. Het verschilt erg per bacterie stam hoe ze op luchtvochtigheid reageren. Als de luchtvochtigheid lager is, wordt het volume van de bacterie groter en zijn celwand dikker om zichzelf te beschermen. Dit brengt bij de bestrijding met antibiotica een probleem met zich mee, omdat antibiotica aangrijpt op de celwand van een bacterie, hij is bij lagere luchtvochtigheid dus resistenter. Epidermolysis bullosa (EB) Vevelende huidziekten kunnen er voor zorgen dat je dus veel makkelijker besmet raakt met een infectie. Een belangrijk voorbeeld hiervan is epidermolysis bullosa (EB). Dit is een genetische ziekte waarbij de opperhuid niet goed bindt aan het weefsel. Hierdoor laat de huid gemakkelijk wond en krijg je overal blaren. Je krijgt hierdoor uiteraard veel wonden, in deze wonden vind je veel verschillende soorten S. Aureus. Buruli ulcer. Ook dit is een huidziekte waar er wonden ontstaan, maar dit is een infectieziekte die je kunt oplopen en is niet aangeboren. In deze wonden vind je veel s. Aureus maar wel minder diversiteit in soorten. Deze staphylococcen gaan wondgenezing tegen waardoor je wonden houdt. De slijmvliezen. Dit is een natte omgeving, klinkt dus gunstig voor microorganismen. Er zitten echter veel stoffen in die antibacterieel werken en daarnaast is een tekort aan Fe de beperkende factor. Mocht een bacterie toch doordringen door het slijmvlies, dan wordt direct het immuunsysteem geactiveerd. Het innate systeem reageert direct met macrofagen die fagocyteren. Vervolgens worden er stoffen uitgescheiden en processen in gang gezet waardoor B=cellen geactiveerd worden en er uiteindelijk antiilchamen worden geproduceerd en geheugencellen worden gecreeërd. College #5 bacteriële pathogenese Virulentie mechanismen. Er zijn heel veel verschillende soorten virulentie mechanismen. - Adherentie & Motiliteit Dit doen ze doormiddel van de pili en het uitscheiden van stoffen. - Invasie - Nevenproducten van groei - Excessieve ontsteking veroorzaken: Dit mbv Exotoxines Eiwitten die door Gram negatieve bacteriën gescreteerd worden. Of door superantigenen. - Ze ontwijken fagocytose en het klaren door immuunsysteem Dit kan door een bepaald kapsel, of eiwitten/proteases die Ig binden. Een belangrijke is intracellulaire groei, waarbij ze niet de cel verlaten om een nieuwe cel te infecteren maar van cel naar cel springen, zo kan het immuunsysteem ze niet vinden. - Antibioticumresistentie - Biofilm vorming. Virulentie genen. De genen in een bacterie die voor virulentie zorgen, dus de pathogeniciteitseilandjes die soms in het genoom zitten. Deze coderen vaak voor toxines die dan worden uitgescheiden, hierdoor kan een infectie plaatsvinden zelfs als de bacterie zelf niet meer aanwezig is. Dit kan bijvoorbeeld met voedsel vergifiting. Een bacterie scheidt toxines uit, voedsel wordt gekookt en de bacteriën gaan dood maar de toxines kunnen blijven. Vervolgens wordt dit voedsel gegeten en krijgen mensen de toxines binnen en raken ze geïnfecteerd. Staphylococcus aureus. Er zijn heel veel verschillende infecties die veroorzaakt kunnen worden door de S. Aureus. Deze bacterie heeft een hoge hetrogeniteit Hij verandert elke keer en daarom wordt er in ons lichaam nooit resistentie opgebouwd. Deze bacterie zorgt voor hemolyse, dus het afbreken van rode bloedcellen er omheen. Je hebt α- en β-hemolyse. Er worden ook Endotoxines uitgescheiden door deze bacterie. Deze binden aan het LPS op het buitenstemembraan van gram-negatieve bacteriën. Hierdoor reageren de toll-like receptoren van het immuunsysteem, dit zorgt op zijn beurt weer voor het uitscheiden van cytokines. Als er veel LPS wordt gebonden zorgt dit voor hyperactivatie van het immuunsysteem en zo krijg je sterke ontstekingsreacties. Superantigenen leveren ook nog hun werk, zij zorgen dat een antigenpresenterendecel (zoals macrofaag) wordt vastgekoppeld aan een T-helpercel. Door deze cross-linking worden 5-20% van de T-cellen gekoppeld en heb je een keten van T-cellen die zorgen voor een extra sterke immuunreactie. Proteïne A is een stof op de celwand van de S. Aureus. Dit bindt de IgG’s precies verkeerd om, namelijk met het vaste deel waardoor het variabele deel naar buiten steekt. Dit wordt dan niet meer herkend door het imuunsysteem. Intracellulaire groei. Bacteriën kunnen zich laten opnemen in een cel. Gram + Deze doet het met het zipper mechanisme. Er zitten adhesie moleculen aan de buitenkant van de cel en deze binden aan adhesiereceptoren van een cel. Hierdoor worden de actine fillamenten van een gastheercel bestuurd zo dat ze de bacterie insluiten. Gram- Deze bacteriën gebruiken een ander systeem. Met een type III secretie ‘naald’ injecteren ze de gastheercel met virulentie factoren. De cel gaat hierdoor allemaal gekke vormen aannemen en zo kan het leiden tot het opnemen van de bacterie. Als een bacterie dan eenmal opgenomen is probeert hij (de meeste soorten) uit zijn fagosoom te komen want hij wil groeien in het cytoplasma. Hij maakt hemolysine aan waardoor het membraan van de lysosoom wordt afgebroken, zo komt de bacterie vrij. Het hemolysine wordt afgebroken in het cytoplasma van de gastheercel, anders zou ook de celwand er aan gaan en de gastheercel sterven. College #6 Aëroob versus anaëroob Aëroob: Veel bacteriesoorten en bijna alle schimmels zijn aëroob. Ze hebben zuurstof nodig om aan energie te komen, want O2 is hun terminale elektron acceptor. Anaëroob: Dit zijn de bacteriesoorten die zonder zuurstof energie produceren. Dit kan met behulp van fermentatie of ze hebben een alternatieve elektron acceptor voor O2, zoals sulfaat of nitraat. Indeling: 1) Obligaat aëroob Ze hebben een zuurstofgehalte van de atmosfeer nodig, met een lager percentage zuurstof gaan ze dood. 2) Aëroob Hebben zuurstof nodig, maar kunnen overleven met een lager zuurstofgehalte. 3) Facultatief aëroob Dit is de grootste groep. Zij leven met zuurstof maar kunnen ook overleven als er te weinig zuurstof is, want ze hebben een back-up systeem: fermentatie. Dit houdt in dat glucose gefermenteerd wordt om ATP te genereren, maar dan ontstaat er wel veel minder ATP. 4) A. Microaërofiel Kunnen alleen leven als er niet te veel zuurstof is 4) B. Aërotolerant Hebben zuurstof niet nodig om te overleven, maar wel om te groeien. 5) Anaëroob Deze bacteriën kunnen zuurstof niet omzetten. Ze overleven lage percentages zuurstof wel maar kunnen dan niet groeien. 6) Obligaat anaëroob Bij zuurstof gaan deze dood. LEER DIT SCHEMA Energieproductie eukaryoot. In een eukaryote cel wordt er op 2 niveaus zuurstof gemaakt: 1. Substraat-level 2. Via oxidatieve foforylering. Beide processen vindt je in een cel. Daarnaast wordt er NADH gemaakt tijdens de citroenzuur cyclus. Energieproductie van bacterie. Glycolyse – pyruvaat dehydrogenase – citroenzuurcyclus – oxydatieve fosforylering. Glycolyse Een glucose molecuul wordt mbv 2 ATP omgezet in fructose-1,6-bisfosfaat. Dit wordt vervolgens met behulp van 2 NADH omgezet in twee pyruvaat moleculen. Bij dit proces ontstaat dan weer 4 ATP. Totale ATP winst is dus 2. Pyruvaat dehydrogenase De twee pyruvaat moleculen worden omgezet in 2 Co2 + 2 NADH + 2 Acetyl CoA. Citroenzuurcyclus Hier is het acetyl CoA nodig. De citroenzuurcyclus wordt doorlopen waarbij een boel vrijkomt: 6 NADH, 2 FADH2, 1 GTP, 4 CO2. (Per cyclus 3, 1, 1 en 2, maar je hebt 2 Acetyl CoA). Oxydative fosforylering Via een elektronen transport keten worden transporters open gezet, protonen verlaten de mitochondriën en er ontstaat een ladingsverschil. Deze protonen (H+) willen weer naar binnen en dit kan via ATPsynthase, deze zorgt voor ATPase waarbij H+ naar binnenstroomt en hiervoor wordt ADP ATP. Dit is de protonmotorforce. Het proces is super belangrijk en ook een manier om te testen of bacteriën nog leven. Opname van nutrienten Als bacteriën stoffen willen opnemen moeten ze polymeren eerst afbreken want deze zijn te groot. En deze hebben ze dus wel nodig voor produceren van energie. Opnemen van nutriënten kan via verschillende kanalen & carriers. Anaëroob. Anaërobe microorganismen hebben een ander systeem van produceren van energie. Ze generenen veel minder ATP. Eerst vindt wel het glycolyse proces plaats, daarna fermentatie. Het pyruvaatzuur wordt met behulp van NADH omgezet in melkzuur. OOk kan er een CO2 groep afgehaald worden en met behulp van NADH ethanol gevormd worden. Bij fermentatie komen producten vrij die wij mensen vaak gebruiken. Zoals CO2, melkzuur, ethanol, azijnzuur of aceton. Deze producten gebruiken wij bijvoorbeeld voor het maken van kaas, wijn, nagellakremover etc. Glucose 2pyruvaat butyrate (=boterzuur) Bijproducten die geproduceerd worden moeten in balans zijn, want er komen ook anaërobe bacteriën voor in in onze darmen. Faecalibacterium prausnitzii. Dit is een obligaat anaërobe bacterie, maar met een bijzonder trucje. Het gebruikt geen zuurstof maar als er zuurstof buiten de cel is gebruikt hij deze onbewust als elektronen acceptor. College #7 Biofilms Api test Deze test kijkt naar het metabolisme van microorganismen. Suikers worden omgezet in een zuur, dit veranderd de PH van hun omgeving, afhankelijk van welk zuur. Er zitten in elk vakje kleuringen die kunnen veranderen als de zuurgraad veranderd en zo kun je met verschillende hokjes kijken met welke bacterie je te maken hebt. Specifieke testen. ONPG: β-galactosidase kan lactose (=melksuiker) afbreken. Met de ONGPtest test je of βgalactosidase aanwezig is. Oxidase test: Je kijkt of de elektronen koppelen aan O2, en of een bacterie het oxidase enzym bevat. Biofilm Een biofilm zijn cellen die onlosmakelijkverbonden zijn en gebed zijn in een matrix van extracellulaire polymerische substanties dat ze zelf hebben geproduceerd. Daarnaast hebben ze een angepast fenotype wat betreft groeisnelheid en genentranscriptie. Kort gezegd, groep cellen die vastzitten in een soort slijmbed en een andere structuur hebben dan normaal in een oplossing. Een biofilm doorloopt een cyclus. Cellen verzamelen zich en groeien aan elkaar vast Er ontstaat een slijmbed en ze zijn onlosmakelijk verbonden De biofilm groeit, fenotypisch zijn de bacteriën veranderd De cellen midden in de biofilm krijgen niet genoeg voeding, evolueren weer met pili en flagel en ontsnappen uit de biofilm Deze cellen verzamelen zich en de cyclus herhaalt zichzelf. In de biofilms zitten wel kanalen om te voeden, maar als de film te groot wordt krijgen de binnenste bacteriën niet genoeg voeding meer. Ze zijn fenotypisch veranderd, niet meer gericht op beweging alleen nog maar op groei en reproductie. Als ze ontsnappen moeten ze daarom eerst weer pili en flagellen groeien. Dit gebeurt door het in-/uitschakelen van genen. Een voorbeeld van een biofilm is tandplak, deze poetsen we elke dag (als het goed is) weg. Antibiotica Antibiotica helpt niet goed tegen biofilms omdat ze een passieve resistentie opbouwen. De slijmlaag om de bacteriën heen is dik en houdt het antbioticum tegen. Ook een actieve resistentie wordt opgebouwd, de bacterieën zorgen namelijk voor een systeem dat stoffen wegpompt uit de biofilm. Detectie. Detecteren en bestuderen van biofilms kan via microscopie, uitplaten en metabole assays, maar de belangrijkste vorm van detectie is met behulp van fluorescentie. FISH (Fluorescente In Situ Hybridisatie) zorgt er voor dat je fluorescente eiwitten kunt koppelen om de biofilm onder de microscoop te bestuderen. Quorum sensing Dit is een manier van communiceren tussen bacteriën Een bacterie activeert bepaalde genen pas als er andere (soortgenoten) bacteriën zijn. Signaal moleculen hierbij van belang zijn de homoserine lactones. Als veel bacteriën bij elkaar deze stoffen produceren dan worden andere genen ingeschakeld. Dit proces is van belang voor het ontstaan van biofilms. Pseudomonas aerginosa systeem. Dit is een vergelijkbaar systeem met andere resultaten. Als de stoffen Las1 en RhlR beide worden geproduceerd kunnen virulentie genen worden ingeschakeld. Tong Op de tong bevindt zich (soms) ook een biofilm, deze aanslag kan zorgen voor een slechte adem = halitose. Als je met een tongschraper de biofilm verwijderd kun je dit tegengaan. De bacteriën kunnen namelijk vluchtige zwavelstofjes produceren en dit zorgt voor de slechte adem. College #8 Darmmicrobiota van de gezonde mens. 3 soorten bacteriën. 1. Strict pathogeen zijn altijd pathogeen 2. Opportunistisch pathogeen Zijn normaal geen probleem in ons lichaam, ze horen er bij, maar als de afweerbarrière doorbroken wordt kunnen ze pathogeen worden. 3. Commensaal Bacteriën in ons lichaam die ons kunnen helpen gezond te blijven (‘goede’) Detectie van bacteriën. - Kweken Dit duurt lang en kost veel tijd, dan heb je nog veel verschillende soorten. - Specifiek kleuren Zo ontdek je bijvoorbeeld gramkleuring of met FISH - DNA Technieken Zoals PCR en Sequencing, dit zijn de nieuwste, beste en snelste manieren. Darm microbiota. De microbiota in onze darmen kan zo leven door het voedsel dat wij eten samen met alle sappen en excretieproducten die ons lichaam uitscheidt. Je vindt voornamelijk anaeroben in onze darmen. Er zijn 3 typen microbiota onderscheiden: - Bacteroides - PRevotella - Ruminoccus Dit hangt van je voedsel af, ben je bijvoorbeeld vegetarisch of eet je gewoon alles gevarieerd. Darmfuncties. De darm heeft veel verschillende functies die van belang zijn, zoals het opnemen van voedingsstoffen en andere dingen. Bescherming tegen de darmbacteriën (Oppertunistische pathogenen) gebeurt door de mucosale barrière. Deze regelt direct ook het verkeer van macromoleculen tussen de omgeving en de gastheer. Deze barrière is niet helemaal dicht en als er een lekkende darm ontstaat kan dit voor vervelende auto-immuunziekten zorgen. Voorbeelden zijn Gluten allergie, ziekte van Crohn, Ziekte van Crohn. Bij de ziekte van Crohn zijn er veel E. Coli en weinig butyraat producerende bacteriën. Door deze disbalans ontstaat een ontsteking aan het darmkanaal. C. Difficile Deze bacterie produceert toxines die leiden tot ernstige diarree. Bij veel mensen is deze bacterie wel aanwezig maar wordt hij geremd door andere bacteriën . Antibiotica kan juist zorgen voor uitgroei van de bacterie waardoor je terugkerende infecties kunt krijgen. Microbiota van pasgeboren kinderen De darmflora is steriel bij de geboorte en je krijgt de microbiota van moeder en omgeving mee. Door borstvoeding en vast (gevarieerd) voedsel verandert en groeit de microbiota. Na ongeveer twee jaar lijkt het op de microbiota van een volwassene. Probiotica Het is een levend microbiota voedingssupplement wat de gastheer zijn darm microbiota positief kan beïnvloeden. Prebiotica Niet verteerbaar ingrediënt dat een bacterie stimuleert en zo de gezondheid van de gastheer bevordert. College #10 Antibiotica Antbiotica zijn afgeleid van stoffen die door micro-organisme worden geproduceerd. De eerste echte vorm was peniciline. Mircoorganismen, bodemorganismen, die antibiotica produceren zijn: - Schimmels - Antinomyceten - Bacteriën Deze organismen produceren peniciline om andere (micro)organismen op afstand te houden, dan hebben ze alle nutriënten er om heen voor zichzelf. Ze zijn wel resistent tegen hun eigen geproduceerde antibioticum door resistentiegenen. Antibiotica pakt op essentiele celprocessen aan om de bacterie uit te schakelen: Het celmembraam Celwand Remming van celdeling Transcriptie van mRNA Remmen van translatie Remmen van de bouwstenen voor replicatie Zoals we met de endosymbiosetheorie hebben geleerd zijn mitochondriën ooit bacteriën geweest. Toch worden deze niet aangetast door antibiotica omdat antibiotica niet intracellulair werkt. Dit is gunstig anders werden al onze cellen aangepakt, echter betekent dit ook dat als een ziekteverwekkende bacterie intracellulair leeft deze niet aangepakt kan worden. Door evolutie kan een bacterie zich aanpassen en zo kan hij resistent worden voor antibiotica. Ziektes zoals tuberculosis komt tegenwoordig in welgestelde landen misschien minder voor, maar is momenteel veel moeilijker te bestrijden en leidt tegenwoordig weer vaker tot overlijden vanwege exgtreme resistentie. De S. Aureus bijvoorbeeld is resistentie kampioen. Penicilline Dit was de eerste antibiticum, ontdekt in 1928 maar pas voor het eerst toegepast in 1940. Het werkt omdat het aangrijpt op de celwand. Hier maakt het gaatjes waardoor de bacterie ontploft en sterft. Resistentie mechanismen: A. Afbraak Er wordt een enzym geproduceerd dat het antibioticum afbreekt. B. Mutatie v. target-site De plek waar het peniciline op aangrijpt is gemuteerd, het past niet meer. (Dit is op het binnenste membraan) * C. Inhibitie De ingang (porines) van het buitenste membraan worden zo geblokkeerd dat penicilline niet meer naar binnen kan. D. Extrusie De penicilline wordt actief naar buiten gepompt met H+ of ATPafhankelijke pompen. * De targetreceptor voor penicilline is PBP. Bij A, afbraak, wordt penicilline omgezet in penicilline zuur, dit kan ook niet aan PBP binden. Resistentie ontstaat door verschillende manieren: - Onnodig gebruik - Gebruik van verschillende terwijl 1 soort voldoende is - Therapie wordt niet afgemaakt (Mutanten hebben meer overlevingskans) - Gebruik in actieve veehouderij (Resistentie ontstaat al in dieren) Resistentie ontstaat door overdracht van genen en dat kan op verschillende manieren. 1. Transformatie. Een gen in de omgeving (plasmide?) wordt opgenomen en ingebouwd in het eigen DNA. Het kan zijn dat dit een plasmide voor antibioticaresistentie is. Deze DNA kan bijvoorbeel afkomstig zijn van een andere bacterie die is dood gegaan 2. Conjugatie. Twee microorganismen, hoeven niet van zelfde soort te zijn, hebben contact met elkaar en brengen zo DNA naar elkaar over. 3. Transductie. Een bacteriofaag brengt het DNA in een bacterie. Antibioticum ontwikkeling Tijdens de oorlog was er veel trauma en dus infecties. In deze periode is er veel antibiotica ontwikkeld. Er worden op dit moment weinig nieuwe antibiotica ontwikkeld omdat er snel resistentie is en dat is financiëel niet aantrekkelijk. Daarnaast is het ook moeilijker om nieuwe soorte te ontdekken. Een target voor een nieuw antibioticum kan zijn welke genen hebben bacteriën wel en wij mensen niet. Nieuwe behandelvormen Er wordt ook naar andere behandelvormen gekeken. Bijvoorbeeld passieve immuuntherapei door antilichamen toe te voegen zoals Immunoglobine G (IgG) Deze antilichamen moeten natuurlijk wel ergens wegkomen. Mensen met Epidermolysis bullosa zijn hiervoor wellicht geschikte donoren, zij hebben namelijk een actiever immuunsysteem tegen alle soorten S. Aureus die in hun wonden voorkomen. College #11 Bacteriële infecties maag-darmkanaal. De maag is een belangrijke barrière voor het maag-darmkanaal omdat hier de PH extreem laag is. Als je dan vervolgens in de darmen komt is de PH wel hoger maar daar wordt op zijn beurt weer gal uitgescheiden wat werkt als barrière. Diarree is een ernstige doodsoorzaak onder kinderen, voornamelijk in minderontwikkelde landen. Infecties aan de darmen Deze infecties kunnen door verschillende microorganismen veroorzaakt worden. - Protozoa - Bacteriën - Virussen Er zijn verschillende types infecties en verschillende bacteriën die het kunnen veroorzaken. Er zit veel verschil in incubatietijd en ziekteduur. Cholera Zit in vies drinkwater, komt via de fecal-orale route het microorganisme virbrio cholerae. Deze bacterie is gevoelig voor zuur, hierdoor wordt het vaak tegengehouden door de maag en moet je met grote aantallen geïnfecteerd worden om ziek te worden. Hiermee verlies je massaal vloeistof en elektrolyten, je droogt dus uit. . Antibiotica is vaak zinloos, je kunt wel orale rehibratie doen. Je dient dan zouten en suikers toe waardoor je meer water vasthoudt. Er kan ook intraveneus rehydratievloeistof worden toegevoegd. Het kan voorkomen worden door het filteren van water. Daarnaast kun je een cholera uitbraak aan zien komen door stijging van zeewater. College #12 Luchtweg infecties Het luchtwegstelsel is onderverdeeld in bovenste en onderste gedeelte. Het midden ligt bij de stembanden. Het bovenste gedeelte is niet steriel. Als er onder de stembanden bacteriën aanwezig zijn geeft dit aan dat er wat mis is want hier hoort het wel steriel te zijn. Bacteriële infecties die veel voorkomen zijn: Bovenste : Verkoudheid, bijholte ontsteking, Otitis media Onderste: Bronchitis, longontsteking, TBC Het wordt veel overgebracht via aerosolen en speeksel. Immuunsysteem luchtwegestelsel. Het luchtwegestelsel wordt beschermd door de mucosa. Dit gebeurt op verschillende manieren. Deeltjes worden weggevangen, lysosomen breken cellwanden af, er is ijzerbeperking en nog meer. Hersenvliesontsteking Hersenvliesontsteking is een ontsteking aan de membranen die om de hersenen heen liggen. Dit wordt (o.a.) veroorzaakt door de S. Pneumoniae die eerst je nasopharynx infecteert maar vervolgens de bloedbaan in kan gaan om je bloedhersenbarière te doorbreken. Zo ontstaat hersenvliesontsteking. Deze bacterie komt bij iedereen voor, maar is niet altijd ziekte verwekkend. Zorgt bij jonge kinderen wel vaak voor oorontsteking. Het heeft een kapsel dat steeds veranderd (tot wel 90 soorten) waardoor hij niet wordt herkend door het immuunsysteem en er ook geen vaccin kan worden gemaakt. In combinatie met influenza kan het dodelijk zijn. Meningococcal meningitis Dit is een ziekte die ook wel nekkrampen wordt genoemd. Je krijgt er hoofdpijn, koorts, misselijkheid en een stijve nek van. Het wordt veroorzaakt door een gram-negatieve bacterie en is erg dodelijk. Gelukkig is er een vaccinatie en kan het met antibiotica worden behandeld als je het toch oploopt. Heamophilus influenzae Dit is een gram-negatieve bacterie, er bestaat type A t/m F waarbij B het meest virulent is. Het is de veroorzaker van veel infecties en ontstekingen, voornamelijk secundair. Het virus is vooral gevaarlijk voor mensen met een verminderd immuunsysteem. Legionella pneumophila Ook een gram-negatieve bacterie die zorgt voor legionella. Deze ziekte wordt niet van persoon op persoon doorgegeven. Je wordt besmet als je een grote kolonie van het pathogeen inademt. Het groeit bij lage temperaturen en kan een parasiet zijn van amoebe. Er is geen vaccin maar kan wel behandeld worden met antibiotica, zonder behandeling kan het wel dodelijk zijn. Mycobacterium tuberculosis Deze bacterie laat zichzelf opnemen door macrofagen en laat deze dan lyseren. Het bestaat al heel lang want zelfs in mummies vonden ze al TBC. Je kunt alleen bepalen met röntgenfoto van de longen of iemand TBC heeft maar dat is niet heel precies. Als vaccinatie wordt een bacterie gebruikt die veel op tbc lijkt. College #13 Virussen Virussen zijn overal en kunnen alles en iedereen infecteren dus ook bacteriën en planten. Als een virus een bacterie infecteert komt er koolstofvrij. We zijn ook altijd geïnfecteerd met virussen, maar de meeste hebben geen of weinig invloed op onze gezondheid. Virussen komen voor in allerlei vormen en zijn in verhouding super klein. Ze kunnen niet op zichzelf blijven leven, ze hebben een gastheer nodig om te groeien of delen. Een naakt virus bestaat uit DNA/RNA + structurele eiwitten +enzymen etc. Een virus met envelop bestaat uit hetzelfde alleen heeft een membraan en glycoproteïnes. Soorten virus voor dieren We onderscheiden 3 hoofdsoorten virussen die dieren en mensen kunnen infecteren: 1. Naakte capside Human adenovirus, Human papillomavirus, Hep A, Rhinovirus 14, Poiliovirus type1 2. Icosahedral capside met een envelop Human paramyxovirus, influenzavirus, ebolavirus, SARS 3. Helixvormige capside met envelop Herpes simplex 1, Hep B. Capside nucleocapside: DNA/RNA ingekapseld met eiwit. Virussen met envelop hebben een rotatiesymmetrie. Virussen met envelop hebben eiwitten op dit membraan die helpen bij het binnendringen van een gastheercel. HIV virus is een bijzonder geval, dit is een kegelvormig virus met een envelop. De taxonomie van virussen DNA en RNA College #14 Entry en Replicatie Levenscyclus Een virus bindt met de receptor van een gastheercel, vervolgens dringt hij de cel binnen en ontsnapt aan zijn endosoom. Eenmaal in de cel neemt hij de cel over en zorgt hij voor translatie en replicatie (vaak in het cytoplasma). Uiteindelijk vormen DNA en eiwitten weer een nieuw virusdeeltje dat dan weer verspreid kan worden bijvoorbeeld buiten de cel. Stap 1 De eerste stap is het binden aan de gastheercel. Dit gebeurd het viral attachment protein (VAP), deze zoekt een celreceptor op die bij hem past. Als een gastheercel dus niet de juiste receptor heeft dan komt een virus niet binnen. Als het virus eenmaal binnen is kan het nog zijn dat de celcomponenten in de cel niet geschikt zijn voor het virus waardoor het nog niet kan verspreiden. Dit noemen we tropisme. Membraanfusie kan door de trigger van receptoren gaan, of door omgevingsfactoren zoals PH of enzymen die zorgen dat de membranen fuseren. Membraanvirussen hebben 3 typen eiwitten die membraanfusie stimuleren De naakte virussen komen de cel vaak binnen via receptor gemedieerde endocytosis. Stap 2/3 Als het virus eenmaal binnen is reguleert het de gastheercel. Hier zorgt het voor: - Replicatie van zijn eigen virale genoom - Assembleren van (nieuwe) virusgenoom - Regulatie van replicatie cyclus - Regulatie van het defentiesysteem van de gastheer - Verspreiding naar andere cellen. Er zijn 7 klassen van virussen onderscheid naar de manier van replicatie. Onderverdeeld in 3 groepen namelijk RNA RNA RNA DNA DNA DNA -RNA, dsRNA, +RNA +RNA, dsDNA ssDNA, dsDNA DNA vs RNA virussen. DNA virussen zijn vaak stabieler en veroorzaken dan ook volhoudende infecties. Het DNA genoom wordt in de celkern gerepliceerd. Er is een primer nodig voor DNA polymerase voor het starten van de replicatie. RNA virussen zijn instabiel, er komen dan ook veel mutaties voor omdat er geen proofreading plaatsvindt. Ze repliceren (bijna) altijd in het cytoplasma. Ze hebben RNA-afhankelijke RNA polymerase nodig voor het repliceren. (RdRp) +RNA virussen moeten RdRp gecodeerd hebben -RNA/dsRNA moeten RdRp gecodeerd hebben en meedragen! -RNA heeft altijd een envelop. College #15 Pathogenese van virusinfecties. Een virus komt binnen bij een ‘ingang’. Vanaf daar kan het zich lokaal verspreien, dus rond de plek van binnenkomst. Sommige virussen kunnen zich daarna ook systemisch verspreiden waardoor het virus eigenlijk door het hele lichaam komt. Transmissie. Voor een virus ‘binnenkomt’ moet het overgebracht worden. Deze transmissie kan op verschillende manieren. - Horizontaal: Van Mens op Mens. Dit is in de meeste gevallen. - Verticaal: Van moeder op kind. Dit kan in de baarmoeder, maar ook tijdens de geboorte of nog tijdens het geven van moedermelk. - Zoonoses: Van dier op mens. Door het in contact komen met besmette dieren. Daarnaast gaat transmissie via verschillende wegen. Zoals hiernaast uitgelegd. - Speeksel/aerosolen - Fecal-oral - Seksueel - Overdracht via vector (insect) - Zoonose Transmissie efficiency R0 geeft aan hoeveel mensen er gemiddeld besmet worden door 1 geïnfecteerd ersoon. Als een virus wil overleven moet deze dus sowieso 1 of groter zijn. De R0 verschilt heel erg tussen virussen. Verspreiding Als een virus eenmaal binnen isgedrongen, door onze barrières heen kan het zich op verschillende manieren verspreiden. Lokale verspreiding Dit kan extracellulair door virus dat door de cel vrijgegeven wordt. Het kan ook intracellulair als cellen fuseren of als er cytoplasma bruggen ontstaan. Bij deze infecties komt het virus binnen, verspreid zich lokaal en daarna kan het opgeruimd worden of leiden tot een chronische infectie. Systemische verspreiding Hierbij komt een virus binnen en begint zich te verspreiden via het bloed, lymfesysteem of zenuwstelsel. Zo bereikt het het hele lichaam. Het virus kan dezelfde route doorlopen als bij lokale verspreiding, maar er is hierbij nog een derde optie, namelijk het doorgroeien naar andere plekken. Op die nieuwe plek in het lichaam moet het virus dan opnieuw aangepakt worden of kan het leiden tot een chronische infectie. Viremie is als het virus in je bloed zit. Dit zie je vaak bij virussen die zich systemisch verspreiden. Pathogeniciteit van virussen. Hoe pathogeen een virus is hangt natuurlijk van het virus zelf af, maar ook van de manier waarop de gastheer op het virus reageert. Virus heeft verschillende effecten op een cel. - Morphologisch; de vorm van de cel verandert - Fysiologisch; De gastheercel genen en eiwitsynthese worden beïnvloed - Transformatie; De celcyclus wordt beïnvloed, waardoor er ongeremde groei en tumor kan ontstaan. Immuunrespons Als een virus binnenkomt reageert het aangeboren immuunsysteem altijd eerst met type I interferons en natural killer cells. In verloop van de tijd komt ook het adaptieve immuunsysteem in actie. Het immuunsysteem kan ook te heftig reageren en dan krijg je immunopathology. Weefsel kan bescahdigen en er kunnen ontstekingen ontstaan. Dit kan op kleine, lokale schaal maar ook ernstiger. College #16 Epidimiologie Epidimiologie is het onderzoek naar ziektes en hoe we het uitbreken hiervan kunnen voorkomen. Verschillende factoren hierbij zijn van belang: - Incubatieperiode Infectie – Symptomen - Latente periode Infectie – Besmettelijk - Serial interval Symptomen 1e infectie – Symptomen 2e infectie - Population mixing ? - Omgeving wel of niet gestructureerd Het probleem bij bijvoorbeeld influenza is dat je eerder besmettelijk bent dan dat je door hebt dat je ziek bent. De latente periode is dus korter dan de incubatieperiode. Hoe groot R0 is hangt af van de immuniteit en de resistentie. Voorbeeld, hoe groot is het succes van R0 bij p. falciparum. Dat hangt af van de hoeveelheid muggen, hoevaak ze bijten, hoe lang ze leven, hoe graag ze mensen bloed willen etc. College #17 Parasitology, Malaria & Epidemiology Infecties en ziekten veroorzaakt door parasieten is de nummer 2 doodsoorzaak in de wereld. Er zijn 4 hetrotrofe levensstijlen: Predatie – Het organisme jaacht op prooien voor voedsel Parasietisme – De parasiet profiteert ten koste van de gastheer Mutualisme – Samenwerking tussen twee soorten waar beide van profiteren Symbiose – Parasitisme Menselijke parasieten zijn onderverdeeld in 2 groepen. 1) Microparasieten Dit zijn virussen, bacteriën en protozoa. 2) Macroparasieten Dit zijn wormen en ectoparasieten (vliegen/geleedpotigen die buiten de gastheer leven) Er zitten veel verschillen tussen deze twee groepen met als grootste verschil uiteraard hoe groot de parasiet is. Over het algemeen zorgen de microparasieten voor een acutere, schadelijkere reactie omdat ze zich snel repliceren en vaak ook intracellulair werken. De macroparasieten planten zich voort, dus verspreiden zich minder snel, werken vaak van buiten af en in elk geval extracellulair. Dit duurt langer en er zijn grotere aantallen nodig om meer schade aan te richten. Parasieten worden gedragen door een gastheer, maar het repliceren en reproduceren gebeurt vaak in verschillende gastheren. Je hebt daarvoor de eind gastheer voor sexuele en de intermediare gastheer voor asexuele replicatie. Hier bij leidt de intermediare gastheer vaak het meest ! Malaria Malaria wordt veroorzaakt door de plasmodium familie. Hiervan zijn meer dan 150 soorten, maar 4 of 5 soorten zorgen voor humane malaria. . Hierbij leeft de parasiet bij de mug en bij de mens. De parasiet wordt overgebracht op het moment dat de mens gebeten wordt door een mug. De mens = intermediare gastheer en leidt dus het meest, de mug heeft zelf nergens last van. In de mug ontstaan sporozieten, deze worden bij het bijten geïnjecteerd in de mens waar het de levercellen binnendringt. Als deze rupturen komt het in het bloed en grijpt het in rode bloedcellen en kunnen ze uitgroeien tot gameten. Vervolgens als een mug bloed opneemt krijgt hij hierbij eventueel weer gameten binnen waarmee de cyclus opnieuw begint. In de mens kan het tot ernstige ziekte leiden, beginnend met koorts en in ernstige gevallen eindigend in coma. Het kan je organen zoals lever en hersenen ernstig aantasten. College #18 Hemagglutinatie Hemagglutinatie is een methode die we gaan gebruiken bij het practicum. Mensen krijgen vaccins met als doel dat het aantal antilichamen tegen een bepaalde infectie stijgt. Een voorbeeld hiervan is de griepprik tegen influenza. Deze wordt vaak gegeven aan mensen met verminderde weerstand of mensen met verhoogd risico, denk aan ouderen/kinderen en verplegers etc. Om het effect van de prik te testen wil je weten over een groei in antilichamen heeft plaatsgevonden, dit kun je bekijken met hemagglutinatie. HAI titer Je moet eerst een serum verkrijgen uit het bloed van de patiënt voor en na vaccinatie. Daarna zorg je dat dit serum gemengt wordt met een virus. Vervolgens voeg je rode bloedcellen en virus toe aan dit serum en wacht je op resultaat Normaal – In een normale situatie, waar er niet (extra) antilichamen aanwezig zijn zit er dus virus en rode bloedcellen in het mengsel. Virussen binden aan de receptoren van rode bloedcellen, op deze manier vindt er crosslinking plaats van de cellen. Rode bloedcellen alleen zakken naar de bodem als je deze lang laat staan in een 96-well plaat. Als er virus bij zit worden de bloedcellen gecrosslinked en kunnen ze niet helemaal naar beneden zakken waardoor er ‘rode waas’ ontstaat. Beschermd – Ben je beschermd door de prik en heb je een verhoogd aantal antilichamen vallen de antilchamen vanuit het serum het virus aan. Hierdoor kan het virus de rode bloedcellen niet crosslinken en zakken de erythrocyten dus naar de bodem en vormen daar een ‘rood puntje’. Bij het bepalen van het aantal antilichamen voer je deze test uit op een plaat en verdun je elk welletje steeds een beetje meer. Zo kun je zien bij welke verdunning er geen hemagglutinatie meer ontstaat. Is er bij het eerste welletje al een rood puntje te zien, zijn er veel antilichamen aanwezig want deze is niet sterk verdunt. Hiermee kun je gaan rekenen. Termen van belang. Protective titer Dit is de HAI titer van 40 of hoger, je bent dan tegen 50% van influenza infecties beschermd. Geometric mean titer Dit is het geometrische gemiddelde van alle titers van de monsters die je hebt genomen. Seroresponse Een verdubbeling van de HAI titer voor en na de vaccinatie Seroprotectie Als de HAI titer 40 of hoger is voor 70% van de groep (?) Seroconversie Als de HAI titer voor vaccinatie <40 was en na vaccinatie >40 is. Het geometrische gemiddele wordt gebruikt omdat dit een beter gemiddelde geeft dan het aritmische gemiddeld, bij de laatst genoemde hebben extreme getallen namelijk veel meer invloed. In het practicum ga je kijken of het vaccin 8 maanden na vaccinatie nog nut heeft en of er dan nogsteeds een effect heeft. Je moet eerst de HAU berekenen. Je wilt namelijk wel genoeg virus in je monster hebben om hemagglutinatie te veroorzaken. Daarna ga je een oplossing maken van 4 HAU/ 50 µl waarmee je de HAI titer gaat bekijken voor T= 6 weken en T= 8 maanden. College #19 Tumor virology Bij het ontstaan van kanker spelen ook virussen een grote rol. Voorbeelden van virussen die kunnen leiden tot kanker: Humaan papilloma virus (HPV) - Baarmoederhals kanker Epstein-Barr virus (EBV) Hepatitis B virus (HBV) - Leverkanker Hepatitis C virus (HCV) - Leverkanker Polyoma virus - Huidkanker Humaan T-lymfocyt virus (HTLV) - Leukemie Humaan herpes virus 8 (HHV-8) Er is nog zoveel dat we niet weten. We schatten nu dat 15% van alle kankers worden (mede)veroorzaakt door een virus, maar er worden veel onderzoeken gedaan naar andere vormen van kanker die ook door virussen veroorzaakt kunnen worden waardoor dit percentage maar zo kan stijgen. De kankers die ontstaan uit virusinfecties zie je het meest in de minder ontwikkelde landen. Een van de oorzaken hiervan is dat hier de virussen ook meer voorkomen, zoals Hep. B&C of HIV en de behandeling tegen de virussen minder goed is waardoor een tumorgroei meer kans krijgt. HPV Humaan papillomavirus komt veel voor, dit is ook het virus wat bijvoorbeeld zorgt voor wratten. Dit is dan zeker geen kanker, maar gewoon een milde vorm van het virus. Het is wel de veroorzaker van 99% van de gevallen van baarmoederhalskanker. Verder kan het ook kanker veroorzaken in bijgelegen gebieden als de anus, penis, vulvar of vagina. Ook zijn er sommige varianten van huidkanker die veroorzaakt worden door dit virus. Dit virus is in ons mensenlichaam veel voorkomend maar in normale gevallen zijn er ook antilichamen genoeg aanwezig. EBV Het EBV virus is de veroorzaker van pfeiffer. Het kan bijvoorbeeld hodgkins veroorzaken en ook sommige keel en neus kankers. HBV & HCV Hepatitis B zorgt voor een infectie aan de lever. Ons lichaam kan deze infectie zelf bestrijden, maar als ons lichaam het niet goed genoeg aankan leidt het tot chronische infectie. B is een DNA virus, C een RNA virus. Hepatitis C zorgt voor een infectie zonder symptomen. Beide infecties betreffen dus de lever en er kan littekenweefsel ontstaan als ze niet goed behandeld worden, daarbij als er ongeremde deling ontstaat krijg je leverkanker. HIV Het HIV virus wordt ook als tumorvirus beschouwd, maar is voornamelijk indirect betrokken. Omdat dit virus het immuunsysteem sterk verminderd krijgen gewone virussen een veel grotere kans om binnen te dringen en zich verder te ontwikkelen dan in de gezonde mens. Van virus naar tumor Niet elke virusinfectie leidt (gelukkig) tot tumorvorming. Dit komt omdat een virus de kans moet krijgen goed te settelen en vaak vangt ons immuunsysteem de virussen daarvoor al weg. Daarnaast is een belangrijk onderdeel dat een virus alleen niet tot kanker leidt, maar dat er carcinogenische cofactoren een belangrijke rol spelen. Dingen als roken, asbest of te veel UV straling zorgen voor mutaties en die mutaties maken het mogelijk voor een virus om tumoren te veroorzaken. Dus als je gewoon gezond leeft en het immuunsysteem goed werkt is het risico op tumoren door virussen wel verkleind. Connectie tussen virus en kankersoort Hoe kome je er nou achter welk virus voor welke kanker zorgt. Het doel van een virus is namelijk niet het veroorzaken van kanker, dit is een bijkomstigheid. Daarnaast gaan er vaak jaren (9-35) overheen voordat een persoon met een infectie de ‘bijbehorende’ kanker ontwikkelt. De connectie moet dus worden gelegd en dit gebeurt (vaak) door geografische coïncidentie. Oftewel in een bepaald gebied komt een bepaalde virusinfectie veel voor en ook een bepaalde kankersoort. Als je dan kijkt naar hepatitis B en leverkanker gevallen op de kaart, dan overlappen die gebieden elkaar. Daarnaast hebben ze beide betrekking op de lever. Zo is de associatie al gelegd en kan er diepgaand onderzoek naar gedaan worden of het werkelijk ook het geval is. Het belangrijkste bewijs is natuurlijk; het wegnemen van het virus vermindert ook de gevallen van de eventueel bijpassende kanker. Bij HBV was dit zeker het geval, door vaccinatie hiertegen ontstond er natuurlijk minder hepatitis, maar werden ook de gevallen van leverkanker sterk verminderd. Van virusinfectie naar tumor Hoe komt het nou dat een virusinfectie zorgt voor een tumor. Het is een bijproduct van de infectie die hij veroorzaakt en van het feit dat hij inleven wil blijven. Dit kan op verschillende manieren. Direct oncogene virussen doen dit door: - Stimuleren van groeigenen - Het verwijderen van het remmingssysteem op DNA synthese/celgroei - Het voorkomen van celapoptose Ook heb je virussen die indirect tumorgroei kunnen veroorzaken: - Door het veroorzaken van chronische ontsteking en het inducren van ROS - Het induceren van cytokines die de groei bevorderen Daarnaast heb je nog het HIV virus dat gewoon het helem immuunsysteem onderdruktk waardoor andere tumorvirussen een grotere kans krijgen. Kortom kunnen virussen de groei stimuleren, of de remming van groei beperken of natuurlijk een beetje van beide. Dit kan bijvoorbeeld door het binden aan Tumorsurpressor eiwitten. normaal zetten deze de deling stop als er iets mis gaat, controleren ze het DNA en als er dan een fout blijkt te zijn zetten ze aan tot apoptosis. Het voorkomen/behandelen van virustumoren Je kunt deze kankers voorkomen met prophylactische vaccinaties. Deze vaccinaties zorgen voor het neutraliseren van de structurele eiwitten mbv antilichamen. Ook kun je therapeutisch immuniseren door de celgemedieerde immuunrespons aan te wakkeren tegen de tumorcellen die getransformeerd zijn door het virus. Voorbeeld, HPV virus veroorzaakt kanker Het HPV virus is een DNA virus met structurele eiwitten voor de opbouw en niet-structurele eiwitten voor het organiseren van celdeling etc. De laatste groep zijn de E1 t/m E7 eiwitten, waarvan vooral de E6 en E7 gevaarlijkzijn met betrekking tot tumor groei. Het virus kan infecteren als het bij de basale laag terecht komt. De meeste gevallen genezen hiervan weer, maar blijft het jaren zitten kan het virus DNA integreren in het gastheer DNA. Hiermee is een tumorcel ontstaan die voornamelijk E6 en E7 eiwitten uitscheid. Deze eiwitten onderdrukken de tumorsurpressor eiwitten en ongeremde groei is verooraakt. Deze eiwitten wekken geen immuunreactie op, waardoor de tumor ongestoord zijn gang kan gaan. Vaccinatie Tegen baarmoederhalskanker is nu een vaccinatie ontwikkeld met de capside eiwitten L1 (&L2) die ook om het HPV virusheen zitten. Door alleen de capside in te brengen herkent het lichaam deze. College #20 Gastroenteritis – ontstekingen aan het maag/darmkanaal Een ontsteking aan het maag/darm kanaal kan door alle 3 de hoofd microorganismen: - Bacteriële infecties (door voedsel overgedragen) - Virus infecties - Parasieten Overdracht van deze infecties vindt vaak fecal-oral plaats of via voorwerpen. Een bekende infectie aan het maag/darm-kanaal is het noro virus dat buikgriep veroorzaakt. Je hoort hierover vaak in bejaardentehuizen/ziekenhuizen of op cruiseschepen. Dit virus is erg besmettelijk en kan bijvoorbeeld uit oesters komen. Verder kan het Fecal-oral overgedragen worden. Dit virus grijpt aan op de pili in je darmen. Deze cellen raken geïnfecteerd en sterven af. Uiteindelijk groeit er wel weer een nieuwe darmpili aan. Door het verdwijnen van darmpili kan vocht minder goed worden opgenomen met als gevolg; diarree. Er zijn verschillende typen en er komen elke keer nieuwe typen bij. Het is namelijk een RNA virus. Het repliceert in het cytoplasma en er is geen proofreading dus mutaties kunnen snel optreden en zo nieuwe vormen van het virus. Als dit nieuwe gemuteerde virus dan besmet zijn de antilichamen niet meer aanwezig en moeten er nieuwe gevormd worden waardoor je gewoon opnieuw ziek wordt. Met genoom sequencing wordt het genoom van het nieuwe type snel bepaald. Dit virus is voor de gezonde mens niet echt gevaarlijk. College #21 HIV & aids HIV is een retrovirus dit betekent dat het uit RNA bestaat en dsDNA maakt metbehulp van reversetranscriptase wat hij bij zich draagt. Het DNA intergreert in de gastheercel en vanaf dat moment draag je het voor altijd bij je. HIV virus grijpt alleen aan op cellen met een CD4 receptor, dit zijn onder andere de T-helpercellen. Deze cellen worden overgenomen door het virus en daarme wordt er voor immunodeficency gezorgd bij de patïënt. Als je HIV hebt, heb je ook een vergrote kans op hele zeldzame andere ziektes zoals het kaposi’s sarcoma. Dit is een vorm van huidkanker waarbij je vlekken en abcessen krijgt. HIV is een apart virus. Het heeft een kegelvorm en zit in een kapsel. Het bestaat uit twee strengen RNA en draagt het reverse transcriptase enzym met hem mee om zijn RNA om te zetten in DNA. De oorsprong ligt waarschijnlijk bij de chimpansee. Er worden twee hoofd typen HIV onderscheiden. HIV-I en HIV-II. Hierbij is HIV-II minder goed te bestrijden met medicijnen, maar van zichzelf minder dodelijk. Het virus infecteert dus alleen de cellen met de CD4 receptor. Dit zijn voornamelijk de T-helpercellen, maar kunnen ook de monocyten/macrofagen, dendritische cellen of microgliacellen zijn. Infectie van het laatste type cel is extreem vervelend en zorgt voor een infectie aan je hersenen. Zo kun je ook aids dementie oplopen. Het GP120 oppervlakte molecuul van HIV bindt aan de CD4 receptor van de gastheercel. Deze gaan daardoor open en de membranen van beide cellen komen erg dicht bijelkaar en kunnen zo samen smelten. Vanaf dan wordt het RNA de gastheercel in gelanceerd. Er is geen medicijn dat HIV oplost, wel zijn er medicijnen die de symptomen onderdrukken. Een voorbeeld hiervan is een medicijn dat zorgt voor ketenterminatie, waardoor het RNA niet omgezet kan worden in dsDNA. Alleen is het virus hier heel snel tegen resisten. Meestal wordt er HAART gegeven Highly anti-retroviral Therapy. Dit is een combinatie van heel veel andere medicijnen omdat voor 1 onderdrukkingsmiddel apart heel snel resistentie wordt opgebouwd. In de wereld is er 1 specifieke stam die van zichzelf resistent is tegen HIV. Men weet nog niet precies waarom maar dit is een interessant idee voor het onderzoek naar HIV. Transmissie Transmissie van HIV gaat via bloed transfusie, drugsgebruik/prik ongelukken met vieze naald. Ook kan het seksueel, vaginaal als anaal als oraal. IN het geval van oraal gaat het niet om zoenen want hierbij zou een halve emmer vol speeksel nodig zijn om het virus over te kunnen brengen. Ook kan het van moeder op kind worden doorgegeven, al in de baarmoeder maar vaak tijdens de bevalling of daarna nog met borstvoeding. Deze verticale transmissie bij baring kan voorkomen worden, je moet dan zorgen dat de moeder tijdens de bevalling veel minder virus heeft. Je hebt hier medicatie voor maar hiertegen wordt snel resistentie opgebouwd, daarom zou je deze medicatie vlak voor de geboorte moeten geven. Er is geen medicijn maar om een te ontwikkelen wil je het aanpakken op zijn specifieke eigenschappen en deze verhelpen. Dit kan dus door: - Het binden aan de CD4 receptor tegen te gaan - Het reversetranscriptase proces tegen te gaan - Het integreren van het virale DNA in het humane DNA tegen gaan. College #21 Luchtweginfecties Het luchtwegstelsel is verdeeld in het bovenste- en onderste gedeelte. De meeste infecties aan het luchtwegstelsel worden veroorzaakt door virussen. Virussen hebben een bepaalde voorkeur voor hun plek in het luchtwegstelsel. Hierbij is bijvoorbeeld temperatuur een beperkende factor. In de longen is het kouder dan in de neusholte, vandaar dat sommige virussen in het ene niet kunnen overleven en in het andere gedeelte wel. Snot Snot ontstaat wanner een virus het epitheel infecteerd. Hierdoor gaan deze cellen dood en scheiden ze deze uit samen met vocht, dit is snot. Het immuunsysteem wordt opgewekt en fagocyten komen hun werk doen en komt de virusinfectie tot hun einde. Commensale bacteriën komen hierbij helpen en daarbij komt het geel/groenachtige snot vrij. Immunopathology Door het uitscheiden van stoffen door het immuunsysteem/virus komen de ziekteverschijnselen. Cytokines Zorgen ervoor dat je je min voelt, koorts, geen zin in eten. Histamines Zorgen er samen met cytokines voor dat je moet niezen. Door de productie van mucus en leukocyten krijg je een loopneus. En het verstopte gevoel van je neus is omdat vasodilatators de boel laten zwellen. Prostaglandines Zorgen er daarnaast nog voor dat je pijn hebt in je spieren, keel en hoofd. Infecties van het boveste luchtwegstelsel Dit zijn voornamelijk de gewone verkhoudheden, maar hierin heb je verschillend types die allen verschillen in hoe ernstig ze zijn. De verspreiding vindt plaats via aeresolen van het praten/niezen/hoesten en zo kun je anderen besmetten. Ook kun je jezelf besmeten door met je onhygiënische handen in je ogen of neus te wrijven. Infecties van het onderste luchtwegstelsel Deze infecties komen vaker voor bij kinderen en soms ouderen of immunodeficiency. Met als bekenste de influenza Griep. Griep en verkoudheid zijn in de volksmond vaak hetzelfde, maar toch echt wezenlijk verschillend. Griep is vaak ineens en gaat samen met (hoge) koorts, het zorgt voor hoesten (vanuit de longen) en laat je uitgeput voor 2-3 weken. Verkoudheid daar integen komt geleidelijk aanzetten en zorgt voornamelijk voor een loopneus en zere keel (een daaorm soms hoesten). Koorst en zware vermoeidheid zijn hierbij niet veelvoorkomende symptomen.
