Bacteriën: structuur, voortplanting, ziekten

Kort overzicht

• Bacteriën – Definitie: microscopisch kleine eencellige organismen zonder celkern
• Zijn bacteriën levende organismen? Ja, omdat ze voldoen aan noodzakelijke criteria (zoals metabolisme, groei, voortplanting).
• bacteriële voortplanting: aseksueel door celdeling
• bacteriële ziekten: bijv. tetanus, difterie, kinkhoest, roodvonk, chlamydia-infectie, gonorroe, bacteriële tonsillitis, bacteriële longontsteking, bacteriële otitis media, salmonellose, listeriose, tuberculose, cholera, tyfus, pest
• Behandeling van bacteriële infecties: antibiotica
• Vaccinatie tegen bacteriën: mogelijk tegen bijvoorbeeld difterie, kinkhoest, tetanus, meningokokken- en pneumokokkeninfecties, cholera, buiktyfus

Wat zijn bacteriën?

Bacteriën zijn microscopisch kleine, eencellige organismen en de oudste levende organismen op aarde. Ze komen in talloze verschillende soorten voor en worden vrijwel overal ter wereld aangetroffen – in de lucht, het water en de bodem, diep in de aardkorst en op de toppen van de hoogste bergen, in warmwaterbronnen, en in het Noordpoolgebied en Antarctica.

Bacteriën vormen verreweg het grootste deel van de normale menselijke flora (plus nog enkele andere, zoals schimmels en parasieten). Normale flora verwijst naar alle micro-organismen die van nature het lichaam koloniseren. Als deskundigen slechts naar één specifieke kolonisatieplaats kijken, spreken ze bijvoorbeeld van darmflora (het geheel van alle natuurlijke bacteriën in de darm).

Daarnaast zijn er enkele soorten bacteriën die ziekten bij de mens kunnen veroorzaken. Dit soort voor de mens pathogene bacteriën vormen slechts ongeveer één procent van alle bekende bacteriesoorten.

Structuur van bacteriën

Bacteriën variëren in grootte van 0.1 tot 700 micrometer (één micrometer = een duizendste millimeter). Hierdoor zijn bacteriën veel groter dan virussen, maar in de meeste gevallen nog steeds kleiner dan menselijke cellen.

Celwand en flagella

In veel gevallen is de bacteriële celwand stijf, waardoor de bacterie een vaste vorm krijgt (bijvoorbeeld bolvormige en staafvormige bacteriën). Daarnaast zijn er spiraalvormige bacteriën met een dunnere en relatief flexibele celwand. Hierdoor kan de bacteriecel bewegen met spiraalvormige (en andere) bewegingen. Bacteriën met een stijve celwand hebben daarentegen meestal lange, draadvormige flagellen waarmee ze zich kunnen verplaatsen (zie hieronder: Indeling op flagella).

Er zijn ook enkele bacteriën zonder celwanden. Voorbeelden zijn de mycoplasma’s (parasitaire bacteriën die zich toch kunnen voortplanten) en thermoplasma soorten (warmteminnende bacteriën met een stabiel plasmamembraan die bijvoorbeeld in vulkanische bodems leven).

Capsule

De meeste bacteriën omringen zich bovendien aan de buitenkant met een capsule (zie hieronder: classificatie volgens inkapseling). Dit is een relatief scherp gedefinieerde, zeer dichte beschermlaag van suikers of eiwitbouwstenen (aminozuren).

Celmembraan en cytoplasma

Binnen de celwand van een bacteriële cel is een celmembraan bevestigd, zoals deze met een vergelijkbare structuur wordt aangetroffen in dierlijke (inclusief menselijke) cellen. Sommige bacteriën hebben ook een buitenste celmembraan. Het omringt de celwand.

In de cel, dat wil zeggen in het cytoplasma, wordt het genetisch materiaal van de bacteriecel, het zogenaamde bacteriële genoom, aangetroffen samen met diverse andere celstructuren (zoals de zogenaamde ribosomen voor eiwitsynthese). Soms bevatten bacteriën aanvullend genetisch materiaal in de vorm van plasmiden.

Bacterieel genoom

Het bacteriële genoom bevat alle genetische informatie van de bacteriële cel die nodig is voor het leven (informatie over structuur, metabolisme, voortplanting). Het bestaat uit dubbelstrengig DNA (afkorting voor deoxyribonucleïnezuur), dat wil zeggen een dubbelstrengige keten van bepaalde suikers en andere bouwstenen. Ook het genetisch materiaal van dierlijke cellen bestaat uit DNA. Er zijn echter significante verschillen tussen dierlijke en bacteriële cellen:

• Dierlijke cellen: Het DNA-genoom bevindt zich gescheiden van de rest van het cytoplasma in zijn eigen door membraan omsloten compartiment: de kern. Bovendien is het lineair georganiseerd, dat wil zeggen dat het aanwezig is in de vorm van individuele chromosomen (quasi-individuele DNA-draden).

plasmiden

Naast het bacteriële chromosoom bevat het cytoplasma van sommige bacteriën nog andere kleine, dubbelstrengige DNA-ringen, enkelvoudig of meervoudig, bekend als plasmiden. Ze bevatten genetische informatie die een bacteriecel onder normale levensomstandigheden niet nodig heeft, maar die hem onder moeilijke omstandigheden wel een overlevingsvoordeel kan opleveren.

Dit kan bijvoorbeeld de blauwdruk zijn voor een gif dat andere bacteriën doodt. Het vermogen van een bacteriële cel om resistent te zijn tegen een bepaald antibioticum kan ook in plasmiden worden opgeslagen.

Antibiotica zijn medicijnen die specifiek effectief zijn tegen bacteriën. Ze maken daarom deel uit van de standaardtherapie van een bacteriële infectie.

Plasmiden worden onafhankelijk van het bacteriële chromosoom gerepliceerd en min of meer willekeurig verdeeld over de twee dochtercellen wanneer een bacterie zich vermenigvuldigt door celdeling.

Conjugatie duurt enkele minuten, maar is alleen mogelijk tussen bepaalde soorten bacteriën.

Bacteriën versus virussen

Het belangrijkste verschil is dat bacteriën een stofwisseling hebben en zich zelfstandig kunnen voortplanten – dit geldt niet voor virussen. Lees meer over de vergelijking tussen virussen en bacteriën in het artikel Virussen.

Welke bacteriën zijn er?

Momenteel zijn er ongeveer 5,000 soorten bacteriën bekend. Maar in werkelijkheid zijn het er waarschijnlijk nog veel meer: ​​experts vermoeden dat er honderdduizenden verschillende soorten bacteriën in de wereld voorkomen.

De ziektekiemen kunnen worden geclassificeerd volgens verschillende criteria; de meest voorkomende zijn:

Classificatie op kleur

Bacteriën kunnen worden geclassificeerd op basis van de kleur die ze aannemen als ze in contact komen met bepaalde kleurstoffen. De meest gebruikelijke kleurmethode voor het identificeren van bacteriën wordt Gramkleuring genoemd. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen:

• Grampositieve bacteriën: ze worden blauw na toevoeging van een bepaalde chemische stof. Voorbeelden hiervan zijn de difterie- en miltvuurpathogenen, pneumokokken (veroorzaken bijvoorbeeld longontsteking, meningitis, sinusitis en otitis media) en streptokokken (mogelijke triggers van onder meer longontsteking en tonsillitis).
• Gram-negatieve bacteriën: ze krijgen een rode kleur als ze met Gram worden gekleurd. Voorbeelden zijn de ziekteverwekkers van kinkhoest, tyfus, cholera en pest.

De andere wandopbouw heeft ook praktische gevolgen voor de geneeskunde, namelijk als het gaat om de behandeling van bacteriële infecties: sommige antibiotica zijn alleen effectief tegen Gram-positieve bacteriën, andere alleen tegen Gram-negatieve bacteriën.

Indeling naar vorm

Er zijn drie fundamentele bacteriële vormen:

• bolvormige bacteriën: Deze ronde tot ovale bacteriën (ook wel kokken genoemd) clusteren vaak op typische manieren: in groepen van twee, vier of acht, in grotere clusters (stafylokokken), of als min of meer lange ketens (streptokokken).
• Staafvormige bacteriën: De slanke of dikke staafvormige bacteriën kunnen afzonderlijk aanwezig zijn (zoals tyfusbacteriën) of in verschillende lagen van elkaar (zoals difteriebacteriën). Staafvormige bacteriën die zuurstof nodig hebben om te leven (aeroob) en sporen kunnen vormen (zie hieronder) worden ook wel bacillen genoemd (zoals miltvuurbacteriën).
• spiraalvormige bacteriën: Afhankelijk van hun exacte uiterlijk zijn deze bacteriën verdeeld in vier groepen: spirilla (bijv. de veroorzaker van rattenbeetkoorts), borrelia (bijv. de veroorzaker van de ziekte van Lyme), treponema (bijv. syfilisbacteriën), en leptospira (bijvoorbeeld de veroorzaker van leptospirose).

Classificatie volgens pathogeniteit

• Facultatief pathogene bacteriën: Deze bacteriën veroorzaken alleen onder bepaalde omstandigheden ziekten, bijvoorbeeld wanneer het immuunsysteem verzwakt is.
• obligaat pathogene ziektekiemen: In voldoende hoeveelheid veroorzaken ze altijd een ziekte, bijvoorbeeld salmonella.

Bacteriën die van nature in het lichaam voorkomen, kunnen ook ziekten veroorzaken – bijvoorbeeld als ze zich overmatig verspreiden als gevolg van een zwak immuunsysteem of op de verkeerde plaatsen in het lichaam terechtkomen (bijvoorbeeld darmbacteriën die daardoor in de urethra of de vagina terechtkomen). van onjuiste toilethygiëne). Ze behoren dus tot de facultatief pathogene bacteriën.

Classificatie volgens flagella

De meeste bacteriën dragen flagella op hun buitenoppervlak, met behulp waarvan ze mobiel zijn. Deskundigen maken onderscheid tussen de volgende vormen van geseling:

• monotrichous flagellatie: slechts één flagellum, bijvoorbeeld cholerabacteriën
• lophotrichous flagella: verschillende flagellen gerangschikt in één of twee plukjes, bijv. Pseudomonas-soorten
• peritrichous flagella: meerdere flagella verdeeld over het gehele buitenoppervlak van de bacteriecel (flagella rondom), bijv. Salmonella (veroorzaker van salmonellose en buiktyfus)

Classificatie volgens inkapseling

Zo wordt de bacterie Haemophilus influenzae ingekapseld. Het kan onder meer meningitis, otitis media, bronchitis, longontsteking en – zoals Haemophilus influenzae type B (HiB) – laryngitis veroorzaken.

Onder de ingekapselde vormen van bacteriën bevinden zich ook pneumokokken (Streptococcus pneumoniae). Ze veroorzaken doorgaans longontsteking, maar soms ook andere bacteriële infectieziekten.

Indeling volgens sporenvorming

Onder ongunstige levensomstandigheden kunnen sommige bacteriën permanente vormen vormen met een sterk verminderde stofwisseling – zogenaamde sporen. In tegenstelling tot de metabolisch actieve (vegetatieve) cel zijn deze bestand tegen extreem ongunstige omgevingsomstandigheden zoals hitte en kou en blijven ze jarenlang of zelfs tientallen jaren levensvatbaar. Zodra de omstandigheden weer verbeteren, verandert de spore weer in een vegetatieve bacteriecel.

Sporen zijn feitelijk bacteriën in een slapende toestand.

Sporenvormende bacteriën omvatten voornamelijk vertegenwoordigers van de geslachten Bacillus en Clostridium, bijvoorbeeld de miltvuurpathogeen (Bacillus anthracis) en de pathogenen van tetanus (Clostridium tetani) en botulisme (Clostridium botulinum).

Indeling volgens verhouding tot zuurstof

Obligate anaërobe bacteriën (anaeroben) zijn precies het tegenovergestelde van obligate aeroben: ze kunnen niet groeien en gedijen in de aanwezigheid van zuurstof – zelfs kleine sporen van zuurstof kunnen deze bacteriën in korte tijd doden. In tegenstelling tot aëroben kunnen ze geen giftige zuurstofradicalen elimineren (aërobe bacteriën hebben hiervoor speciale enzymen zoals catalase). Obligate anaerobe bacteriën verkrijgen hun noodzakelijke energie door fermentatie of door zogenaamde anaerobe ademhaling.

Facultatieve anaërobe bacteriën zijn tolerant wat betreft zuurstof: ze kunnen zowel met als zonder zuurstof groeien. Als er zuurstof aanwezig is, verkrijgen ze de energie die ze nodig hebben via ‘normale’ (aërobe) cellulaire ademhaling, net zoals aërobe bacteriën en dierlijke en menselijke cellen dat doen. In een zuurstofvrije omgeving daarentegen verloopt hun energieproductie via fermentatie of anaërobe ademhaling.

Aerotolerante bacteriën kunnen probleemloos gedijen in de aanwezigheid van zuurstof, maar kunnen deze niet gebruiken voor energieproductie.

Classificatie volgens temperatuurvereisten

Afhankelijk van het temperatuurbereik dat bacteriën verkiezen of tolereren, worden drie groepen bacteriën onderscheiden:

• psychrofiele bacteriën: Ze gedijen het beste bij vijf tot tien graden Celsius. De minimale temperatuur die ze kunnen verdragen is -5 tot -3 graden, afhankelijk van de bacteriesoort, en hun maximale temperatuur is 15 tot 20 graden, afhankelijk van de soort.
• Mesofiele bacteriën: hun temperatuuroptimum is 27 tot 37 graden. De temperatuur mag dalen tot maximaal 20 tot 25 graden. Aan de andere kant mag de temperatuur niet hoger worden dan 42 tot 45 graden.
• Thermofiele bacteriën: Ze voelen zich het prettigst bij 50 tot 60 graden. Afhankelijk van het type bacterie mag de temperatuur niet onder de 40 tot 49 graden komen en niet boven de 60 tot 100 graden stijgen.

Classificatie volgens taxonomie

Net als andere levende organismen worden bacteriën volgens wetenschappelijke criteria ingedeeld in verschillende hiërarchische niveaus, zoals families, geslachten en soorten. Sommige bacteriesoorten kunnen bovendien – afhankelijk van erfelijke factoren en chemische samenstelling – verder worden onderverdeeld in verschillende typen (bacteriestammen).

Hoe planten bacteriën zich voort?

Bacteriën planten zich ongeslachtelijk voort door celdeling:

Hoe snel bacteriën zich kunnen vermenigvuldigen, hangt af van het type bacterie en de omgevingsomstandigheden. Onder optimale omstandigheden kunnen veel bacteriën hun aantal binnen twintig minuten verdubbelen.

Als we het hebben over bacteriegroei, bedoelen we de toename van het aantal bacteriële cellen. Het wordt bepaald als het aantal cellen per milliliter.

Welke ziekten worden veroorzaakt door bacteriën?

Er zijn verschillende ziekten die door bacteriën worden veroorzaakt. Hier is een kleine selectie:

• Roodvonk: Deze zeer besmettelijke bacteriële infectieziekte wordt veroorzaakt door de grampositieve, bolvormige A-streptokokken (Streptococcus pyogenes).
• Andere streptokokkeninfecties: Een streptokokken kunnen onder andere ook otitis media, tonsillitis, erysipelas, longontsteking en reumatische koorts veroorzaken. B-streptokokken (S. agalactiae) zijn mogelijke veroorzakers van bijvoorbeeld meningitis en wondinfecties. Andere streptokokken kunnen bijvoorbeeld voorkomen als cariësbacteriën.
• Pneumokokkeninfecties: Pneumokokken zijn ook streptokokken die meestal in paren voorkomen (diplococcen). Meer specifiek zijn het Streptococcus pneumoniae. Deze bacterie is een typische ziekteverwekker van longontsteking, maar kan ook onder meer meningitis, middenoorontsteking of sinusitis veroorzaken.
• Meningokokkeninfecties: Meningokokken zijn bacteriën van de soort Neisseria meningitis. Infecties met deze ziektekiemen manifesteren zich meestal in de vorm van meningitis of bacteriële ‘bloedvergiftiging’ (sepsis).
• Gonorroe (gonorroe): Ook deze SOA wordt veroorzaakt door de Neisseria-bacterie, dit keer Neisseria gonorrhoeae (ook wel gonokokken genoemd). Als gonorroe op tijd wordt behandeld, geneest deze meestal zonder gevolgen. Anders bestaat het risico op blijvende late effecten, zoals onvruchtbaarheid.
• Chlamydia-infecties: Er zijn verschillende soorten chlamydia (sommige met subgroepen) die verschillende ziektebeelden kunnen veroorzaken, bijvoorbeeld conjunctivitis, infecties van de urinewegen en geslachtsorganen (zoals urethritis, cervicitis of prostatitis) en longontsteking.
• Kinkhoest: De Gram-negatieve bacterie Bordetella pertussis is meestal de oorzaak van deze “kinderziekte”, die ook steeds vaker voorkomt bij adolescenten en volwassenen.
• Difterie: Symptomen zoals een blaffende hoest, moeite met slikken en een zoetige, vieze adem worden veroorzaakt door het toxine van de grampositieve staafvormige bacterie Corynebacterium diphtheriae.
• Tuberculose: Mycobacterium tuberculosis is de meest voorkomende oorzaak van deze ernstige, aangifteplichtige infectieziekte.
• E. coli-infecties: Escherichia coli is een gramnegatieve bacterie waarvan er verschillende stammen bestaan. Sommigen van hen leven van nature in de darmen van gezonde mensen. Andere stammen van E.coli kunnen echter infecties veroorzaken, bijvoorbeeld in het spijsverteringskanaal of de urinewegen (zoals diarree en blaasontsteking).
• Salmonellose (salmonellavergiftiging): Deze term verwijst naar infectieziekten en voedselvergiftiging veroorzaakt door een specifieke subgroep van Salmonella-bacteriën. Het omvat onder meer tyfus en paratyfus.
• Listeria-infectie (listeriose): Deze voedselvergiftiging wordt veroorzaakt door grampositieve bacteriën van de soort Listeria monocytogenes. Het gaat gepaard met misselijkheid, braken en diarree. U kunt de ziekte oplopen door het eten van besmet voedsel, zoals zuivelproducten, rauwe groenten of onvoldoende verhit vlees.
• Cholera: De Gram-negatieve bacterie Vibrio cholerae is verantwoordelijk voor de ernstige diarreeziekte, die vooral voorkomt in gebieden met slechte hygiënische omstandigheden.

Bacteriëmie en sepsis

Normaal gesproken worden bacteriën niet in het bloed aangetroffen. Als dit het geval is, wordt er sprake van bacteriëmie. Het kan bijvoorbeeld voorkomen wanneer iemand bloedend tandvlees krijgt door krachtig tandenpoetsen of zichzelf snijdt met een zakmes. Bacteriën kunnen ook in de bloedbaan terechtkomen tijdens bacteriële infecties (zoals bacteriële longontsteking) of tijdens een tandheelkundige of medische ingreep.

Bacteriëmie veroorzaakt niet altijd symptomen als het immuunsysteem de bacteriën snel elimineert.

Vooral bij mensen met een verzwakt immuunsysteem kunnen de bacteriën echter een infectie veroorzaken (bijv. ontsteking van de binnenwand van het hart = endocarditis) als ze voldoende lang en in grotere aantallen in het bloed aanwezig blijven. Het gevolg kan een zeer gewelddadige reactie van het hele lichaam zijn, die sepsis (“bloedvergiftiging”) wordt genoemd. In het ergste geval kan dit tot de dood leiden. Het risico op overlijden varieert echter in individuele gevallen aanzienlijk. Het hangt onder meer af van het type bacterie dat erbij betrokken is en hoe snel de patiënt wordt behandeld.

Bacteriën: overdracht of infectie

Mensen kunnen bijvoorbeeld via een uitstrijkje besmet raken met salmonella: Als mensen met salmonellagerelateerde diarree hun handen niet grondig wassen nadat ze naar het toilet zijn geweest, kunnen ze de ziektekiemen overbrengen op voorwerpen (zoals deurklinken, bestek). Als een gezond persoon deze voorwerpen aanraakt en vervolgens de mond, neus of ogen vastpakt, kunnen deze besmet raken. Directe besmetting van mens tot mens door middel van uitstrijkjes is ook mogelijk wanneer besmette personen de hand schudden van een gezond persoon met besmette handen.

Salmonella wordt echter vooral overgedragen via besmet voedsel. Deze infectieroute bestaat ook voor enkele andere bacteriën, zoals Listeria (veroorzaker van listeriose) en vertegenwoordigers van het geslacht Campylobacter (veroorzaker van besmettelijke diarreeziekten).

Deze laatste kunnen, net als Salmonella en enkele andere bacteriën, ook via vervuild water worden overgedragen.

In sommige gevallen is infectie mogelijk via geslachtsgemeenschap, zoals in het geval van chlamydia en de veroorzaker van gonorroe (gonokokken).

Bacteriële infectie: behandeling

Sommige antibiotica zijn effectief tegen veel verschillende soorten bacteriën (breedspectrum- of breedspectrumantibiotica), terwijl andere zich richten op specifieke groepen bacteriën (smal- of smalspectrumantibiotica).

Bekende groepen antibiotica zijn penicillines, cefalosporines, tetracyclines en macrolide-antibiotica.

Niet elke bacteriële infectie vereist behandeling met antibiotica. Als alternatief of daarnaast kunnen andere maatregelen nuttig zijn die niet specifiek op bacteriën zijn gericht, maar die op zijn minst de symptomen verlichten (bijvoorbeeld pijn en ontstekingsremmende medicijnen).

Vaccinatie tegen bacteriën

Sommige infectieziekten veroorzaakt door bacteriën kunnen worden voorkomen door vaccinatie. Het toegediende vaccin stimuleert het immuunsysteem om specifieke antilichamen tegen de betreffende bacteriële ziekteverwekker te ontwikkelen (actieve immunisatie). Dit bewapent het immuunsysteem voor het geval er later een “echte” infectie met deze bacteriën optreedt. Zo kan de infectie vroegtijdig in de kiem worden gesmoord of op zijn minst worden afgezwakt.

Voorbeelden van beschikbare vaccinaties tegen bacteriën:

• Vaccinatie tegen difterie
• Kinkhoest vaccinatie
• Tetanusvaccinatie (ook verkrijgbaar als passieve immunisatie, waarbij kant-en-klare antistoffen worden ingespoten)
• Haemophilus influenzae type b-vaccinatie (HiB-vaccinatie)
• Vaccinatie tegen meningokokken
• Cholera-vaccinatie
• Tyfusvaccinatie

Sommige van deze vaccins zijn verkrijgbaar als combinatiepreparaten met verschillende samenstellingen. Het Td-vaccin beschermt bijvoorbeeld tegelijkertijd tegen tetanus- en difteriebacteriën.