Classificatie van Bacteriën

Classificatie van Bacteriën

• Bacteriën worden ingedeeld op basis van vorm, flagellen, sporenvorming, schadelijkheid, en het resultaat van de gramkleuring.

Indeling Volgens Vorm

• Morfologisch kenmerk voor classificatie, gemiddeld 1µm diameter.
• Bacteriën kunnen bolvormig (kokken), staafvormig (bacillen), gebogen (vibrio's), of spiraalvormig (spirillen) zijn.
• Groepsverbanden omvatten tros (staphylo), ketting (strepto), diplo (per twee), of alleen.

Indeling Volgens Flagellen

• Niet alle bacteriën hebben flagellen, het is een morfologisch kenmerk.
• Flagellen zijn lange, dunne eiwitdraden van flagelline rondom een holle kern.
• Flagellen zorgen voor bewegelijkheid, maar hebben ook andere functies, zoals aanhechting en chemotaxis (verplaatsing als gevolg van verschil in de concentratie van bepaalde stoffen in de omgeving).
• Classificatie is gebaseerd op aanhechtingswijze en aantal flagellen.
• Monotrich: één flagel aan één uiteinde
• Amfitrich: één flagel aan beide uiteinden
• Lofotrich: meerdere flagellen aan één uiteinde
• Peritrich: meerdere flagellen rondom het hele lichaam
• H-antigenen zijn eiwitten van bacteriële flagellen.
• K-antigenen zijn deeltjes van de slijmlaag.
• O-antigenen zijn deeltjes van de celwand.
• Antigenen zijn deeltjes waartegen antistoffen gevormd kunnen worden.

Classificatie Volgens Sporenvorming

• Sporen zijn een overlevingsvorm met erfelijk materiaal, omhuld door een zeer dikke wand.
• Sporen zijn resistent tegen hitte, chemicaliën en extreme pH-waarden; ze zijn niet kleurbaar op kamertemperatuur zonder speciale behandeling.
• Sporen zijn geen vorm van vermenigvuldiging, maar een latente levensvorm om te overleven in de bacteriecel.
• Celdeling repliceert het DNA.
• Eén kopie wordt geïsoleerd door instulping van het celmembraan naar binnen, wat leidt tot prespore vorming.
• Prespore snoert zich af en het moedercelmembraan stulpt zich er opnieuw omheen.
• De prespore heeft twee membranen met daartussen een dikke laag peptidoglycaan en stapelt calciumdipicolinaat op in de cortex voor resistentie.
• Lyse van de cel volgt, waardoor de spore vrijkomt.
• Van spore naar vegetatieve cel via kiemproces (germinatie) bij gunstige omstandigheden.
• Activatie: lyse van de sporemantel door mechanische, fysische of chemische invloeden.
• Initiatie: verdwijnen van de cortex en rehydratatie.
• Uitgroei: ontstaan van een nieuwe vegetatieve cel met een normale celwand, belangrijke voorbeelden van sporevormers zijn Bacillus spp. en Clostridium spp.

Classificatie Volgens Schadelijkheid

• Nuttige bacteriën omvatten reducenten (zetten afvalstoffen om in nuttige producten), commensalen (aanwezig zonder ziekte te veroorzaken, helpen bv. eten te verteren, vervullen nuttige functies zoals spijsvertering, huidflora, vaginale flora) en probiotica (toegevoegd aan levensmiddelen).
• Schadelijke bacteriën veroorzaken bederf/zijn pathogeen voor de mens.

Gramkleuring

• Gramkleuring is een methode om bacteriën te classificeren op basis van celwandstructuur.
• Werkwijze omvat het toevoegen van kristalviolet (1 min.), lugol (1 min.), ethanol-aceton (30 sec.) en safranine (2 min.).

Classificatie Volgens Resultaat van Gramkleurig

• Peptidoglycaan in de celwand bepaalt de classificatie.
• Peptidoglycaan is een universele unieke component van de celwand van prokaryoten.
• Het is een polymeer, verbonden door β 1-4 glycoside bindingen, bestaande uit twee aminosuikers (glycaan): N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM) en L- en D-aminozuren (peptido-eiwit); L-alanine, D-glutaminezuur, Diamine- pimelinezuur (DAP) OF L- lysine en D- alanine.
• Gram-positieve bacteriën hebben een dikke peptidoglycaanlaag (20-50 nm) in de celwand en kristalviolet blijft hierdoor goed zitten na de kleuring en het resultaat is paars.
• Gram-negatieve bacteriën hebben een dunne peptidoglycaanlaag (2-3 nm) en een extra buitenste membraan. Kristalviolet blijft hierdoor niet zitten bij ontkleuren; kleur wordt gevormd door safranine, waardoor ze roze zijn.
• Grampositief hebben meerdere lagen peptidoglycaan (= dik mucocomplex), hieraan is teichoïnezuur (oppervlakte antigenen) en lipotechoïnezuur (binden celwand en celmembraan) gehecht.
• Gramnegatief hebben een dunne laag peptidoglycaan (=dun mucocomplex) en een buitenste membraan met porines, fosfolipiden en lipopolysacchariden.

Gramkleuring Toegepast

• Kristalviolet dringt de celwand binnen.
• Bij grampositieve bacteriën zwelt kristalviolet op en blijft goed verankerd in het dikke mucocomplex en bij gramnegatieve wel op, maar blijft niet zitten in het dun mucocomplex.
• Ethanol-aceton neutraliseert de verf.
• Safranine kleurt kleurloze bacteriën.
• Eén soort bacterie in een preparaat is zuiver, meerdere soorten in een preparaat duidt op mengcultuur.

Bevestiging van Gramkleurig

• KOH-test: aantonen buitenste membraan van gramnegatieven.
• KOH breekt de buitenste membraan af, fosfolipiden en DNA komen vrij, wat resulteert in een slijmerige massa.
• Aminopeptidase-test: controleert op enzym (-ase) aanwezigheid.
• Aanwezig bij bijna alle gramnegatieven, bijna nooit bij grampositieven.
• L- alanine-4-nitroanilide + aminopeptidase → L- alanine + 4-nitroaniline (=geel).

Voeding van Bacteriën

• Heterotrofen hebben een organische koolstofbron nodig voor groei en vermenigvuldiging.
• Autotrofen kunnen leven in een louter mineraal milieu en produceren hun eigen organische celbestanddelen.
• Fotolithotrofen gebruiken zonlicht, met een anorganische koolstofbron.
• Foto-organotrofen gebruiken zonlicht met een organische koolstofbron.
• Chemolithotrofen gebruiken energie, met een anorganische koolstofbron.
• Chemo-organotrofen gebruiken energie met een organische koolstofbron.

Vermeerdering van Bacteriën

• Vermenigvuldigingsproces = groeien = kweken.
• Bacteriën: ongeslachtelijke vermenigvuldiging: binaire deling
• Binaire deling = tweedeling: 2 dochtercellen met gelijke afmetingen en gelijke constituenten. Één bacteriecel wordt zo één kolonie.
• Celgroei (elongatie) = toename in omvang.
• Verdubbeling van celcomponenten = replicatie.
• Afsnoering van celwand en membraan leidt tot een dwarswand.
• Complete celsplitsing resulteert in 2 identieke cellen.
• Onvolledige splitsing leidt tot kettingen en vertraagde splitsing tot verlengde staafjes.
• Generatietijd (G): tijd nodig om een populatie 1 binaire deling te laten ondergaan.
• Verschilt van organisme tot organisme en de omstandigheden. Het is meestal tussen 1-3u en 24u, voorbeeld E. coli: 17 minuten.
• Bacteriegroei verloopt exponentieel, volgens de formule Nₜ = N₀ * 2ˣ. Daarin is Nₜ het aantal bacteriën op tijdstip t, N₀ het aantal bacteriën op tijdstip 0 en x het aantal generaties sedert tijdstip 0.
• Voortplantingssnelheid = snelheid waarmee de populatie zich deelt per tijdseenheid, uitgedrukt als aantal generaties per uur/minuut.

Groeicurve

• Bacteriën passen zich eerst aan het milieu aan (LAG-fase), waarna de overgang is naar exponentiële groei (LOG-fase).
• Stagnatie treedt op door uitputting van voedingsstoffen en ophoping van afvalstoffen (Stationaire fase).
• Aantal dode bacteriën lyseren (Afstervingsfase).
• Na de groeicurve kunnen cellen sterven, rusten, of sporen vormen.
• Verschillende mogelijkheden:
• Cellen sterven zeer vlug af, indien geen overenting.
• Ruststadium.
• Vorming van sporen.
• Op t₀ bevinden bacteriën zich in een vloeibare voedingsbodem en wordt het mengsel gemengd. Om het uur wordt 1ml weggenomen en het aantal bacteriën bepaald.
• Berekend wordt AlogN, x, V en G tussen de verschillende tijdstippen om de verschillende fasen te bepalen. Ook wordt berekend wanneer de aantallen veranderen.

Groeicondities

• Groei is afhankelijk van:
• Beschikbaarheid van voedingsstoffen (heterotroof) en water (wateractiviteit).
• Zuurtegraad (pH).
• Aan- of afwezigheid van groei remmende stoffen en gassamenstelling (zuurstof).
• Temperatuur.
• Wateractiviteit (a(w)): waarde tussen 0 en 1 als maat voor beschikbaarheid van vrij water, is afhankelijk van vochtgehalte, waterbindend vermogen en concentratie opgeloste stoffen.
• Bacteriën hebben een hoge wateractiviteit nodig, schimmels en gisten mogen lager zijn.
• Hoe lager de wateractiviteit, hoe minder groei mogelijk: brood beschimmelt; zelden bacteriegroei, bv. vlees, vis, fruit, melk,... mogelijk ook bacteriegroei.
• Xerofiele bacteriën (droogte-minnend) leven graag in een droge omgeving en kunnen overleven in een extreme droge omgeving.
• Hygroscopische producten (droge producten) trekken vocht aan, goed afsluiten, Bv. voedingsbodems.
• Halofiele bacteriën kunnen overleven bij hoge zoutconcentraties.
• Osmofiele bacteriën kunnen overleven bij hypertone omgevingen, Bv. bij hoge suikerconcentraties.
• Bacteriën hebben optimaal een pH tussen 6 en 8, gisten tussen 4,5 en 6, en schimmels tussen 3,5 en 4.
• Acidofiele bacteriën leven in een zeer zure omgeving.
• Neutrofiele bacteriën leven in een neutrale omgeving.
• Alkalofiele bacteriën leven in een basische omgeving.
• Chemische reacties en stofwisseling verlopen sneller bij hogere temperatuur en werken minder goed bij te hoge temperatuur.
• Thermofielen leven graag in een warm milieu (Topt= 55°C).
• Thermotrofen leven graag in een warm milieu (Topt = 45°C).
• Mesofielen hebben een optimale temperatuur rond 35°C, lichaamstemperatuur mens.
• Psychrotrofen hebben een optimale temperatuur rond 25°C, en groeien ook in de koelkast, gevaarlijk voor zwangere vrouwen (Listeria monocytogenes bv geen rauwe dingen eten).
• Psychrofielen hebben een optimale temperatuur rond 10°C.
• Strikt/obligaat aeroben hebben zuurstof nodig en sterven zonder.
• Strikt/obligaat anaeroben vermenigvuldigen uitsluitend zonder zuurstof.
• Facultatief anaeroben kunnen zowel in aan- als afwezigheid van zuurstof leven.
• Micro-aerofielen leven het beste bij een lage zuurstofconcentratie.
• Zuurstoftolerante anaeroben gebruiken geen zuurstof, maar hebben er ook geen last van.