Isaac-biologie - 4 D2 - M3

Zaak #233: de moord op meneer Boutens

Aha, daar zijn jullie eindelijk! Ik ben rechercheur bij de politie. Ons slachtoffer werd vanmorgen om 9 uur dood aangetroffen door zijn vrouw. De technische recherche is momenteel bezig met het onderzoeken van de plaats delict.

Hoi, ik ben de microbiologe van het onderzoeksteam. Ook uit het onzichtbare kunnen we heel wat afleiden op een plaats delict. Ik neem jullie mee op onderzoek. Hopelijk kunnen we samen de moordenaar ontmaskeren!

Verzamel zoveel mogelijk bewijsmateriaal. Noteer hieronder wat je zeker meeneemt voor verder onderzoek.

Na ondervraging van familie en getuigen heeft de politie een lijst met zes verdachten opgesteld: De

1 Microbiologie en het microbioom

In module 2 Orde in de chaos zagen we dat alles op aarde ingedeeld kan worden in levende (bv. planten, dieren, bacteriën) en niet-levende materie (bv. water, zand, lucht).

Lang werd gedacht dat de levende materie zich beperkt tot wat je met het blote oog kan waarnemen. De uitvinding van de microscoop zorgde ervoor dat wetenschappers plots ook veel kleinere dingen konden bestuderen. Men kwam tot het besef dat twee derde van alle leven op aarde bestaat uit micro-organismen. Deze zijn echter niet zichtbaar zonder microscoop.

onzichtbare organismen

zichtbare organismen

De wetenschappelijke discipline die micro-organismen bestudeert, noemt men de microbiologie. Microbiologen bestuderen archaea, bacteriën, gisten (eencellige schimmels), eencellige algen, protozoa en virussen. Virussen behoren strikt genomen niet tot de levende materie, maar door hun grote impact op het dagelijkse leven wordt er toch veel onderzoek naar gedaan.

Micro-organismen zijn overal! Je kan ze terugvinden in de grond, in de lucht, in rivieren en zeeën, maar ook op de lichamen van planten en dieren komen miljarden micro-organismen voor. Het geheel aan micro-organismen dat zich in een bepaalde omgeving bevindt, noemt men het microbioom. Voorbeelden hiervan zijn de darmflora in het spijsverteringsstelsel van dieren of de rhizosfeer rond het wortelstelsel van de plant.

Micro-organismen kunnen vrij in de natuur voorkomen of gelinkt aan een gastheer. Gezien de enorme diversiteit aan micro-organismen, beperken we ons in deze module tot het bestuderen van bacteriën en gisten.

Interactie tussen organismen wordt meer in detail besproken in module 4.

2 Belang van hygiëne

De meeste micro-organismen zijn onschuldig en brengen geen schade toe aan andere organismen. Veel micro-organismen spelen zelfs een belangrijke rol bij het goed functioneren van andere organismen. Voorbeelden hiervan zijn de darmbacteriën die helpen bij de vertering van voedsel of de melkzuurbacteriën in de vagina die de baarmoeder beschermen tegen schadelijke indringers.

Sommige micro-organismen kunnen echter ziekteverwekkend zijn. Deze micro-organismen noemt men pathogenen. Om jezelf en anderen te beschermen tegen pathogenen, is een goede hygiëne belangrijk. Micro-organismen zijn niet met het blote oog waarneembaar. Een oppervlak dat er proper uitziet, kan gecontamineerd zijn. Zo kunnen er bijvoorbeeld nog steeds salmonellabacteriën (afkomstig van rauw vlees) op het keukenblad aanwezig zijn, nadat het werd schoongemaakt. Goede hygiënemaatregelen zijn dus belangrijk om te voorkomen dat pathogenen kunnen overleven, zich kunnen verspreiden, en zo anderen besmetten.

HANDEN WASSEN

na schoonmaken

voor het koken

na hoesten, niezen, snuiten

na toiletbezoek

na aanraken van dieren

HYGIËNE BIJ ETEN

hou keukenmateriaal voor rauw en bereid voedsel gescheiden

hou

bewaar

SCHONE RUIMTES

voer afval dagelijks af

maak regelmatig schoon

WIST-JE-DAT

snijplank in de keuken bevat vaak tot tweehonderd keer meer bacteriën dan een toiletbril.

Als onderzoekers een plaats delict betreden, dragen ze beschermende kledij, handschoenen, een mondmasker en schoenhoezen.

Waarom is het belangrijk dat men bij het betreden van een plaats delict beschermende kledij draagt? Tip: Denk hierbij niet enkel aan de plaats delict en het slachtoffer, maar ook aan de onderzoeker.

Een

3 Metabolisme

Op de plaats delict troffen we enkele verdachte moddersporen aan. Kunnen we hieruit iets afleiden?

Dat denk ik wel! In de grond zitten heel wat micro-organismen. Misschien kunnen die ons helpen om de herkomst van de modder te bepalen. Ik geef jullie eerst wat uitleg over het metabolisme van micro-organismen.

Het metabolisme (of de stofwisseling) is de manier waarop en snelheid waarmee een organisme voedingsstoffen omzet naar energie. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen:

• de opbouw van voedingsstoffen uit grondstoffen (= anabolisme) waarbij het lichaam energie verbruikt, en

• de afbraak van biomoleculen (= katabolisme) waarbij energie vrijkomt.

Niet alle organismen hebben hetzelfde soort metabolisme. Zo verschilt het anabolisme naargelang de grondstof- en energiebron die organismen gebruiken, terwijl het katabolisme vooral gedefinieerd wordt door de zuurstofafhankelijkheid van het organisme.

3.1 Grondstofbron

Organismen kunnen ingedeeld worden naargelang de grondstofbron die ze gebruiken voor de opbouw van voedingsstoffen. Er zijn twee soorten grondstoffen:

• Anorganische stoffen zijn grondstoffen zonder koolstof-waterstofbinding in hun structuur.

• Organische stoffen zijn grondstoffen met ten minste één koolstof-waterstofbinding in hun structuur.

Volgens de grondstofbron onderscheiden we zo:

• Autotrofe organismen die in staat zijn om hun eigen voedingsstoffen aan te maken. Ze kunnen zelf organische verbindingen (zoals koolhydraten) produceren uit eenvoudige anorganische grondstoffen, zoals koolstofdioxide (CO2) en water (H2O).

• Heterotrofe organismen die niet in staat zijn om zelf voedingsstoffen te produceren uit anorganische stoffen. Ze moeten (complexe) organische grondstoffen consumeren die geproduceerd werden door andere organismen. Heterotrofe organismen zijn dus afhankelijk van het eten van andere levende organismen om aan hun voedingsstoffen te komen.

3.2 Energiebron

Organismen kunnen ingedeeld worden naargelang de energiebron die ze gebruiken tijdens de opbouw van voedingsstoffen uit grondstoffen.

• Fototrofe organismen kunnen hun eigen voedingsstoffen aanmaken met behulp van lichtenergie. Ze gebruiken licht als energiebron om chemische reacties uit te voeren die nodig zijn voor hun groei en overleving. Meestal doen ze dit via het proces van fotosynthese, waarbij ze lichtenergie gebruiken om koolstofdioxide (CO2) en water (H2O) om te zetten in glucose (C6H12O6) en zuurstofgas (O2).

6 CO2 + 6 H2O  C6H12O + 6 O2 zonlicht

• Chemotrofe organismen halen hun energie uit chemische reacties. Sommige organismen halen hun energie uit de afbraak van organische verbindingen, zoals suikers. Andere organismen halen hun energie uit reacties met anorganische stoffen, zoals zwavel of ijzer. Dit proces noemen we chemosynthese

Bij chemosynthese met zwavel krijgen we dan bijvoorbeeld:

12 H2S + 6 CO2  C6H12O6 + 6 H2O + 12 S

3.3 Zuurstofgas

Organismen kunnen ingedeeld worden naargelang hun afhankelijkheid van zuurstofgas.

• Aerobe organismen kunnen enkel overleven in aanwezigheid van zuurstofgas (O2).

• Anaerobe organismen zijn niet afhankelijk van zuurstofgas om te overleven.

OPBOUW anabolisme

DOEL: uit grondstoffen suiker (glucose) aanmaken, hiervoor heeft het lichaam energie nodig

GRONDSTOFBRON

anorganische stoffen (bv. CO2 en H2O)

AUTOTROOF

organische stoffen (bv. fructose, glucose en lipiden)

HETEROTROOF

ENERGIEBRON

lichtenergie (meestal via fotosynthese)

FOTOTROOF

energie uit de afbraak van chemische verbindingen (meestal suikers of anorganische stoffen zoals zwavel of ijzer)

CHEMOTROOF

AFBRAAK katabolisme

DOEL: suiker afbreken om energie te hebben

O2-AFHANKELIJKHEID

afhankelijk van zuurstofgas (O2)

AEROOB

niet afhankelijk van zuurstofgas (O2)

ANAEROOB

Het metabolisme van elk organisme wordt dus bepaald door telkens één van de twee opties uit de drie kolommen. Bijvoorbeeld:

• Muurpeper heeft een autotroof, fototroof, aeroob metabolisme. Door middel van fotosynthese kan deze plant zelf voedingsstoffen aanmaken uit anorganische stoffen (zoals CO2 en H2O). Ze heeft nood aan zuurstofgas om de katabole afbraakreacties door te laten gaan.

• De rugstreeppad heeft een heterotroof, chemotroof, aeroob metabolisme. Deze pad haalt zijn voedingsstoffen uit andere organismen (zoals insecten en wormen). Hij haalt energie uit de afbraak van suikers en vetten. De pad heeft nood aan zuurstofgas om de katabole afbraakreacties door te laten gaan.

Vooral bij micro-organismen is er een grote diversiteit in het soort metabolisme dat ze hebben.

Via een Winogradsky kolom kunnen we onderzoeken welk soort metabolisme de micro-organismen in een bepaald staal hebben. Hierbij worden micro-organismen in een afgesloten omgeving gekweekt. Door verschillen in licht, zuurstof en type voedsel kan men na enkele weken micro-organismen met een verschillend metabolisme visualiseren.

Na een grondige analyse van de moddersporen in het huis, kan ik jullie meegeven dat we fotoheterotrofe microorganismen hebben aangetroffen. Hieronder kunnen jullie ook de analyse van de modder op de schoenen van de verdachten terugvinden. Schrap daar alvast de verdachte(n) waarvan het schoenspoor niet overeenkomt met het modderstaal in het huis.

cyanobacteriën heterotrofe bacteriën ijzeroxiderende bacteriën paarse niet-zwavelbacteriën paarse zwavelbacteriën groene zwavelbacteriën sulfaat reducerende bacteriën

Welke verdachte(n) kan je schrappen op basis van deze informatie? Verklaar.

4 Bacteriële diversiteit

De bacteriën vormen een belangrijke groep binnen de micro-organismen.

Het rijk Bacteria werd meer in detail besproken in module 2. Dit rijk bevat uitsluitend prokaryote organismen. Dat zijn eencellige organismen zonder celkern. Hun genetisch materiaal bevindt zich los in het cytoplasma van de cel.

Het cytoplasma van bacteriën is omgeven door een celmembraan. De meeste bacteriën hebben ook een celwand. Bacteriën kunnen zich voortbewegen met behulp van de flagel en de pili. Deze structuren spelen ook een belangrijke rol bij de voortplanting, waarover later meer.

Het genetisch materiaal bevindt zich in het cytoplasma. De meeste soorten bacteriën dragen twee vormen van genetisch materiaal:

Een chromosoom, bestaande uit één grote DNA-molecule, bevat alle informatie die het organisme nodig heeft om te overleven en reproduceren

Plasmiden zijn kleine cirkelvormige stukjes DNA die extra genetische informatie bevatten. Ze spelen een belangrijke rol bij de genetische diversiteit van bacteriën.

cytoplasma

chromosoom

celmembraan

celwand

plasmide

pilus

We kunnen bacteriën indelen volgens metabolisme (zie hoofdstuk 3), maar er zijn ook verschillen in vorm en in opbouw van de celwand.

4.1 Vorm

Er zijn vier hoofdvormen:

KOKKEN

bolvormig

kunnen alleen voorkomen, per twee, in strengen of in groepjes

soorten:

Voorbeelden:

• hersenvliesontsteking (Neisseria meningitidis of meningokokken)

• longontsteking (Streptococcus pneumoniae of pneumokokken)

BACILLEN

staafvormig

kunnen alleen voorkomen, per twee of in strengen

soorten:

Voorbeelden:

• tuberculose (Mycobacterium tuberculosis)

• de pest (Yersinia pestis)

SPIRILLEN

spiraalvormig

soorten:

Voorbeelden:

• ziekte van Lyme (Borrelia burgdorferi)

• syfilis (Treponema pallidum)

VIBRIONEN

kommavormig

soorten:

Voorbeelden:

• cholera (Vibrio cholerae)

Coccus Diplococci Streptococci Staphilococci

Bacillus Diplobacilli Streptobacilli

Spirillum Spirochete

Vibrio Bdellovibrio

4.2 De celwand

De meeste bacteriën zijn omgeven door zowel een celmembraan als een celwand. Het celmembraan regelt de uitwisseling van voedings- en afvalstoffen. De celwand geeft stevigheid aan de cel en beschermt de bacterie tegen invloeden uit het uitwendig milieu. De celwand is opgebouwd uit één of meerdere lange ketens van suikermoleculen (peptidoglycaan).

Op basis van de celwand kan men drie soorten bacteriën onderscheiden. Door middel van een (gram)kleuring kunnen de suikermoleculen gekleurd worden en kan de dikte van de celwand bepaald worden. Het uitvoeren van deze kleuring is een vaak gebruikte stap in het identificeren van bacteriën.

1

2

3

Bacteriën met een dikke celwand: deze bacteriën hebben veel suikerketens en kleuren donker(paars). Het zijn grampositieve bacteriën.

Bacteriën met een dunne celwand: deze bacteriën hebben weinig suikerketens en kleuren licht(roze). Het zijn gramnegatieve bacteriën

Bacteriën zonder celwand: deze bacteriën hebben geen suikerketens en kleuren dus niet. Het zijn vaak parasieten die in de cellen van hun gastheer leven en minder nood hebben aan extra stevigheid en bescherming.

grampositieve bacteriën (kleuren paars)

gramnegatieve bacteriën (kleuren roze)

Na verdere analyse van de moddersporen vonden we heel wat bacteriën. Hiernaast zie je de bacteriecultuur die we aantroffen in het modderspoor. We deden ook een grondige analyse van de schoenen van de verdachten.

bacteriën zonder celwand (kleuren niet)

Staphylococcus saprophyticus (gr+)

Enterococcus faecalis (gr+)

Micrococcus yunnanensis (gr+)

Bacillus pumilus (gr+)

Leptospira interrogans (gr-)

Leptospira biflexa (gr-)

Staphylococcus warneri (gr+)

Staphylococcus sciruri (gr+)

Micrococcus roseus (gr+)

Staphylococcus equorum (gr+)

Enterococcus faecalis (gr+)

Enterococcus hirae (gr+)

Staphylococcus equorum (gr+)

Enterococcus faecalis (gr+)

Enterococcus hirae (gr+)

Staphylococcus equorum (gr+)

Enterococcus faecalis (gr+)

Enterococcus hirae (gr+)

Welke verdachte(n) kan je schrappen op basis van deze informatie? Verklaar.

5 Voortplanting van bacteriën

Op de plaats delict troffen we de laatste maaltijd van meneer Boutens aan. Kan dit ons misschien verder helpen?

Wie weet ... Micro-organismen planten zich op een specifieke manier voort, waardoor we misschien op basis van de maaltijd het tijdstip van overlijden kunnen bepalen.

Bacteriën (en andere prokaryoten) planten zich ongeslachtelijk (aseksueel) voort. Een bacteriële cel (= de moedercel) zal hierbij eerst het genetisch materiaal verdubbelen. Daarna neemt de cel in volume toe en splitst deze in twee nieuwe cellen (= de dochtercellen). Deze nieuwe cellen zijn genetisch identiek aan elkaar én aan de moedercel. Dit delingsproces wordt de binaire deling genoemd. Elke dochtercel kan op haar beurt opnieuw delen.

Verdubbeling genetisch materiaal in de moedercel

Groei moedercel

Splitsen van het genetisch materiaal

Celmembraan vouwt naar binnen om een tussenwand te vormen

Volledig gevormde tussenwand

Cel splitst in twee dochtercellen

Binaire deling is een snelle vorm van voortplanting. Het aantal bacteriën neemt exponentieel toe als de omstandigheden gunstig zijn. Onder ideale omstandigheden delen sommige bacteriesoorten zich elke 20 minuten. Eén bacterie kan zich dan in 10 uur tijd vermenigvuldigen tot één miljard bacteriën.

De groei van een populatie bacteriën verloopt in vier fases:

In de aanloopfase komen (enkele) bacteriën in een nieuwe omgeving terecht. Ze moeten zich eerst aanpassen aan deze nieuwe omgeving voordat ze zich vermenigvuldigen. In de groeifase vermenigvuldigen bacteriën zich exponentieel. De tijd die een bacterie nodig heeft om in twee dochtercellen te delen, noemt men de generatietijd. De generatietijd is afhankelijk van het soort micro-organisme en de groeiomstandigheden (zoals aanwezige voedingsstoffen, temperatuur of vochtigheid).

Tijdens de stationaire fase is de populatie in evenwicht: het aantal bacteriën dat erbij komt is gelijk aan het aantal bacteriën dat afsterft. Deze fase start als de aanwezige voedingsstoffen schaarser worden of als de hoeveelheid (geproduceerde) afvalstoffen te groot wordt. Hierdoor wordt de bacteriegroei belemmerd. Deze drempelwaarde noemt men de draagkracht van de omgeving

De afstervingsfase wordt gekenmerkt door een afname van de populatiegrootte. Na een bepaalde tijd is de omgeving té ongunstig voor verdere groei. Dit kan te wijten zijn aan de uitputting van voedingsstoffen, ophoping van afvalstoffen of andere factoren. In deze fase sterven meer bacteriën dan er nieuwe worden gevormd. De totale populatie neemt exponentieel af.

stationaire fase

aanloopfase

draagkracht van de omgeving

afstervingsfase

groeifase

Er zitten meer bacteriën in je mond dan er mensen op aarde leven. Tijdens het tongzoenen word je blootgesteld aan een gigantische hoeveelheid bacteriën en andere micro-organismen. In 10 seconden wissel je er ongeveer 80 miljoen uit.

WIST-JE-DAT

Als de omstandigheden ongunstig zijn, hebben bacteriën verschillende strategieën ontwikkeld om te overleven.

• Een bacterie kan zich volledig inkapselen in een cyste. Hierin kan een bacterie gedurende een korte periode overleven en is ze niet herkenbaar voor het immuunsysteem.

• Sommige bacteriën kunnen endosporen vormen. Hierbij wordt een deel van de bacteriecel ingekapseld. Deze kan dan overleven bij extreme omstandigheden, zoals hoge temperaturen, droogte, straling of een extreem zure omgeving. Als de endospore overleeft, kan deze later (als de omstandigheden terug gunstig zijn) kiemen en opnieuw uitgroeien tot een bacterie.

Bacteriën kunnen zich niet seksueel voortplanten, maar ze kunnen onderling wel genetisch materiaal uitwisselen. Bacteriën kunnen contact maken met elkaar via een pilus. In de bacterie is extra genetisch materiaal aanwezig: de plasmiden. Het zijn kopieën van deze plasmiden die via de pilus doorgegeven worden. Dit proces heet conjugatie. Sommige bacteriën kunnen ook genetisch materiaal uit hun omgeving opnemen. Zo kunnen ze nieuwe eigenschappen bekomen en zich snel aanpassen en overleven in nieuwe omgevingen.

Op de maaltijd troffen we zo’n 1 miljoen bacteriën van de soort Staphylococcus aureus aan. In de grafiek hiernaast kunnen jullie wat meer informatie vinden over de groeifases van deze bacterie.

Duid de vier verschillende groeifases aan op de grafiek.

Rond welk tijdstip vond de moord plaats? Verklaar.

© Jonasz Patkowski CC-SA 4.0

De collega De buurvrouw De echtgenote

GISTEREN

- 9u-19u: ZIEKENHUIS

- VANAF 19u: ALLEEN THUIS

VANDAAG

9u-19u: ZIEKENHUIS

GISTEREN

8u-15.30u: ALLEEN THUIS

15.30u-17u: BOODSCHAPPEN

17u-19u: BIERTJE BIJ BUURMAN

22.30u-7u: OP KANTOOR

VANDAAG

7.30u-17.30u: ALLEEN THUIS

GISTEREN OP STAP MET EEN VRIENDIN EN BIJ HAAR BLIJVEN SLAPEN

VANDAAG

9u: MAN DOOD AANGETROFFEN

9u-12u: ONDERVRAAGD DOOR DE POLITIE EN OPGEVANGEN DOOR SLACHTOFFERHULP

De ex-vriendin De schoonvader De vriend

GISTEREN

9u-10.30u: GAAN ZWEMMEN

GISTEREN

9u-17u: OP KANTOOR

17u-19u: ALLEEN THUIS

19u-00u: OP DATE

VANDAAG ALLEEN THUIS

11.30u-14u: LUNCH MET VROUW

14u-15u: MIDDAGDUTJE

15u-17u: IN DE TUIN GEWERKT

17u-19u: BIER PROEVEN

VANDAAG

9u-11u: AFSPRAAK ZIEKENHUIS

GISTEREN OP REIS, VLUCHT AANGEKOMEN OP BRUSSELS AIRPORT OM 15u, THUIS OM 16u

17u-19u: BIERTJE BIJ BOUTENS

VANDAAG

8u-16.30u: OP DE BAAN VOOR HET WERK

Welke verdachte(n) kan je schrappen op basis van deze informatie? Verklaar.

6 Productie en bewaring van voedsel

Op de plaats delict troffen we een opengetrokken koelkast aan. Dat is verdacht!

Oh ja! Laten we deze eens nader onderzoeken, want in etenswaren kunnen we heel wat microorganismen aantreffen.

De mens maakt al duizenden jaren gebruik van micro-organismen voor de productie van voedsel. Zo worden gisten gebruikt om bier of wijn te produceren, omdat ze suiker kunnen omzetten in alcohol en koolstofdioxide (CO2). Door gist toe te voegen aan brooddeeg, wordt het luchtig. Ook kaas, yoghurt, sojaproducten en zuurkool zouden er niet zijn zonder micro-organismen.

Deze producten worden in principe nog steeds op dezelfde manier gemaakt als vroeger, al werd het productieproces geoptimaliseerd. Bepaalde micro-organismen werden veredeld. Dit wil zeggen dat ze genetisch aangepast werden om producten te maken die kwalitatiever zijn of beter smaken.

Omcirkel in de koelkast hierboven alle etenswaren waarbij micro-organismen essentieel zijn tijdens het productieproces.

Diatomeeën of kiezelwieren (dat zijn hele kleine algen) hebben skeletjes om hun cel. Het schurende middel in tandpasta wordt van die skeletjes gemaakt.

WIST-JE-DAT

Micro-organismen in of op etenswaren kunnen ook schadelijk zijn. Veel voedingsmiddelen (zoals een bereide maaltijd of rauw vlees) vormen de ideale omstandigheden voor bacteriën om te groeien en zich voort te planten, zeker als ze niet goed bewaard worden.

Er bestaan verschillende technieken om voedselbederf te voorkomen of uit te stellen.

• Verhitten (pasteuriseren of steriliseren): hierbij worden micro-organismen gedood door ze bloot te stellen aan een hoge temperatuur (bv. melk).

• Koelen of invriezen: bij lage temperaturen zijn micro-organismen minder actief (bv. bewaren in de koelkast of diepvriezer).

• Zouten, roken of drogen: deze technieken zorgen ervoor dat het vocht uit de etenswaren of de micro-organismen zelf onttrokken wordt. Dat vocht hebben micro-organismen nodig om zich te vermenigvuldigen (bv. gedroogd of gerookt vlees).

• Inleggen: hierbij worden etenswaren in een conserveringsmiddel gelegd. Dat kan in zout (bv. pekelharing) zuur (bv. augurken) suiker of siroop (bv. fruit in blik).

• Vacuüm verpakken: hierbij wordt lucht (en dus ook zuurstofgas) onttrokken aan de omgeving van de etenswaren. Hierdoor kunnen aerobe micro-organismen niet groeien en/of zich voortplanten (bv. vers vlees).

• Aanzuring: hierbij zetten micro-organismen (vaak melkzuurbacteriën) suikers om in melkzuur. Dat verlaagt de zuurtegraad en voorkomt de groei van andere schadelijke bacteriën (bv. yoghurt).

WIST-JE-DAT

Zuurkool zou uitgevonden zijn door de Mongolen. Tijdens hun lange reizen namen ze versnipperde kool mee in hun zadeltassen. Daarin werd de kool vermengd met zout uit het zweet van de paarden. Hierdoor kreeg het de bekende zurige smaak en was het veel langer houdbaar.

7 Gisten

In de koelkast van het slachtoffer vonden we ook een grote hoeveelheid verdacht poeder ...

Ik onderzoek het onder de microscoop!

Verder onderzoek toont aan dat het verdachte poeder gist is. Gisten zijn ééncellige, eukaryote micro-organismen die tot het rijk van de Fungi of schimmels behoren. In tegenstelling tot de bacteriën hebben ze dus wel een celkern, met daarin het genetisch materiaal.

Schimmels kunnen ook schadelijk zijn. Ze kunnen namelijk allergenen produceren. Als iemand deze allergenen inademt, kan dit een allergische reactie veroorzaken. De symptomen lijken op deze van hooikoorts. Vochtige plaatsen zijn de ideale broeihaard voor schimmels. Daarom is het belangrijk om vochtige plaatsen in huis, zoals de badkamer, goed te verluchten!

WIST-JE-DAT

7.1 Metabolisme

Gisten hebben geen bladgroenkorrels, waardoor ze niet aan fotosynthese doen. Het zijn dus heterotrofe, chemotrofe organismen die hun voedingsstoffen en energie halen uit het afbreken van organisch materiaal. Hun metabolisme is facultatief anaeroob: ze kunnen zowel in aerobe als anaerobe omstandigheden overleven.

7.2 Voortplanting

Gisten kunnen zich op twee manieren voortplanten:

Geslachtelijke (seksuele) voortplanting via ascosporen Hierbij zullen twee cellen, die elk één kopie van het genetisch materiaal bevatten (haploïd) met elkaar versmelten tot één cel met twee kopieën van het genetisch materiaal (diploïd). Na uitwisseling, verdubbeling en splitsing van het genetisch materiaal, worden vier ascosporen gevormd, die elk terug één kopie van het genetisch materiaal bevatten. Na ontkieming kunnen de ascosporen opnieuw met elkaar versmelten tot een diploïde cel of zich ongeslachtelijk voortplanten. Dankzij seksuele voortplanting kunnen verschillende giststammen met elkaar gekruist worden en kunnen nieuwe varianten ontstaan.

Ongeslachtelijke (aseksuele) voortplanting via knopvorming Hierbij ontstaat op het celmembraan een uitstulping, de knop. Deze knop groeit, terwijl de celkern zich zal delen. Als de knop groot genoeg is, verplaatst één van beide celkernen zich in de knop. Vervolgens zal de knop zich afsnoeren en splitst de cel in een moeder- en dochtercel met identiek genetisch materiaal. Na het afsnoeren blijft een litteken over, zowel op de moeder- als op de dochtercel. In gunstige omstandigheden kan er om de 80 minuten een knop gevormd worden. Eén cel kan ongeveer 20 tot 30 keer een knop vormen. Zowel haploïde als diploïde gistcellen kunnen zich via knopvorming ongeslachtelijk voortplanten.

ongeslachtelijke voortplanting

geslachtelijke voortplanting

ongeslachtelijke voortplanting

In de derde graad wordt de geslachtelijke voortplanting (meiose en mitose) meer in detail besproken.

We hebben dus gewoon een pak gist aangetroffen in de koelkast ... Dit spoor loopt dood!

Om bier en wijn te maken gebruikt men gistsoorten die glucose kunnen omzetten in alcohol en koolstofdioxide (CO2). In een aerobe omgeving zullen de gistcellen groeien en zich vermenigvuldigen, terwijl ze in een anaerobe omgeving alcohol zullen produceren. Als er gist toegevoegd wordt om bier of wijn te maken, zullen deze gisten eerst alle zuurstofgas uit de omgeving gebruiken om te groeien en zich voort te planten. Pas als alle zuurstofgas opgebruikt is, zal de alcoholproductie starten. Het is dus belangrijk dat de flessen of vaten goed afgesloten zijn van de omgeving zodat er zeker geen zuurstofgas in kan komen, anders zal er geen alcoholproductie zijn.

WIST-JE-DAT

Nee hoor! Meneer Boutens blijkt een hobbybrouwer te zijn. Onlangs won hij zelfs een belangrijke bierprijs. Hij experimenteerde met enkele veredelde giststammen om zijn bier nog beter te maken. De stam die hij gebruikte in zijn laatste brouwsel is uniek!

Vogels vliegen weleens onder invloed. Lijsters, spreeuwen en merels eten in de zomer vooral insecten, maar vanaf de herfst schakelen ze over op vruchten zoals lijsterbessen of vlierbessen. Soms eten ze er zoveel van, dat de bessen gaan gisten in hun maag. De suikers uit het fruit worden daarbij omgezet in alcohol. Als je in de herfst een vogel een vreemde vlucht ziet maken, bestaat de kans dus dat deze dronken is.

Hmm ... Uit ons buurtonderzoek is gebleken dat meneer Boutens gisteren een bierproeverij had met vrienden en familie. Bovendien kunnen we het recept voor zijn nieuwste biertje nergens terugvinden. Ik vermoed dat de dader er met het recept vandoor is! Hij of zij was dus hoogstwaarschijnlijk op de proeverij aanwezig.

Welke verdachte(n) kan je schrappen op basis van deze informatie? Verklaar.

8 Antibiotica, faagtherapie en vaccinatie

Op de grond vonden we een strip met pillen. De dader is die waarschijnlijk verloren tijdens het misdrijf.

Dat zijn duidelijk antibiotica. Ik zal jullie wat meer uitleg geven over de werking hiervan.

Micro-organismen, in het bijzonder bacteriën en virussen, kunnen ziektes en infecties veroorzaken. Deze micro-organismen noemt men pathogenen. Ons eigen immuunsysteem is in staat om ons lichaam tegen ziektes en infecties te beschermen. Soms is dit echter niet voldoende.

8.1 Antibiotica

Antibiotica zijn stoffen die bacteriën doden of hun groei kunnen remmen. In de natuur produceren (micro-)organismen deze stoffen om zichzelf te beschermen tegen pathogenen.

Antibiotica kunnen op verschillende manieren werken:

Ze breken de celwand rond de bacterie af, waardoor de bacterie sterft.

Ze zorgen ervoor dat de bacterie het genetisch materiaal niet meer kan dupliceren.

Ze zorgen ervoor dat de bacterie essentiële stoffen, die nodig zijn om te functioneren, niet meer kan produceren.

Een groot probleem bij het gebruik van antibiotica is het ontstaan van resistentie. De bacteriën zijn dan niet langer gevoelig aan het antibioticum. Bacteriën kunnen zich snel aanpassen aan nieuwe omstandigheden, ook aan een omgeving met antibiotica. De resistentiegenen bevinden zich op de plasmiden en kunnen snel doorgegeven worden. Door verkeerd of overmatig antibioticagebruik kan resistentie optreden. Een voorbeeld hiervan is de ziekenhuisbacterie. Dat zijn bacteriën die resistent zijn tegen de meest gebruikte antibiotica. Als iemand met deze bacterie geïnfecteerd raakt, is een behandeling dus zeer moeilijk en zal de patiënt een groot risico lopen om ernstig ziek te worden of zelfs te overlijden. Daarom is het belangrijk om enkel antibiotica te gebruiken als het echt nodig is.

In module 2 leerde je reeds dat virussen niet tot de levende materie behoren omdat ze:

- niet uit één of meerdere cellen bestaan, maar uit eenvoudige eiwitpakketjes met daarin het genetisch materiaal.

- geen eigen metabolisme hebben, maar dat van hun gastheer gebruiken.

Gezien virussen geen celwand hebben en vertrouwen op het metabolisme van hun gastheer om te functioneren en zich te vermenigvuldigen, werken antibiotica niet bij een virale infectie! Antibiotica werd per toeval ontdekt. Alexander Flemming, een Schotse onderzoeker, vergat een petrischaal met bacteriën af te sluiten. Toen hij terugkwam ontwikkelde zich een groene schimmel (Penicillium notatum) op de petrischaal die de bacteriën vernietigde door een bepaalde stof, het antibioticum penicilline, te produceren. Sindsdien heeft het antibioticum al miljoenen levens gered.

8.2 Faagtherapie

8.3 Vaccinatie

Bacteriën kunnen ook bestreden worden door middel van bacteriofagen. Dit noemt men faagtherapie. Bacteriofagen zijn virussen die bacteriën kunnen uitschakelen. Het voordeel van faagtherapie is dat bacteriën hiertegen niet resistent kunnen worden. Ook kan deze techniek specifiek ingezet worden tegen bepaalde pathogene bacteriën. Het nadeel is de hoge kostprijs van de therapie. Voor iedere bacteriesoort moet namelijk een andere faagtherapie ontwikkeld en getest worden.

Bacteriële en virale infecties kunnen ook preventief behandeld worden. Dit kan door middel van vaccinatie Een vaccin bevat een verzwakte of inactieve vorm van de ziekteverwekker. Door deze te injecteren, zal ons lichaam preventief immuniteit opbouwen tegen het pathogeen. Als we vervolgens besmet raken met het virus of de bacterie, zal ons lichaam deze snel herkennen en reageren.

Een vaccin biedt vaak levenslange immuniteit. Soms wordt het pathogeen (voor de veiligheid) zo sterk verzwakt dat na een bepaalde tijd hervaccinatie nodig is (zoals het tetanusvaccin). Het kan ook zijn dat het pathogeen snel evolueert (zoals het griepvirus) waardoor hervaccinatie tegen een andere variant van het pathogeen nodig is.

WIST-JE-DAT

Onderzoek toont aan dat beide verdachten onlangs op bezoek waren bij de dokter.

• De verdachte met de baard had een blaasontsteking. Deze werd veroorzaakt door de bacterie E. coli.

• De verdachte zonder baard had een zware luchtweginfectie. Deze werd veroorzaakt door een influenzavirus.

Welke verdachte kan je schrappen op basis van deze informatie? Verklaar.

Wie vermoordde meneer Boutens?

9 Verder oefenen?

Microbiologie en het microbioom

1 a b

Leg onderstaande termen uit in je eigen woorden:

• micro-organisme

• microbioom

Geef drie voorbeelden van een microbioom.

Omcirkel hieronder alle micro-organismen. Fluoresceer alle organismen die tot de levende materie behoren.

salmonellabacterie het griepvirus de vlo bakkersgist het mosbeertje de mier het korstwier het pantoffeldiertje eendenkroos de blauwalg het coronavirus muurpeper

Belang van hygiëne

Welke maatregelen voor een goede hygiëne staan afgebeeld op onderstaande foto’s?

2

3

4

Leg onderstaande termen uit in je eigen woorden:

• een pathogeen

• contaminatie

Metabolisme

5

Duid voor onderstaande organismen aan welk soort metabolisme ze hebben. Verklaar waarom je dit denkt.

nachtegaal

Verklaring:

autotroof heterotroof

fototroof chemotroof

aeroob anaeroob

duinviooltje

Verklaring:

autotroof heterotroof

fototroof chemotroof

aeroob anaeroob

zeeduinchampignon

Verklaring:

autotroof heterotroof

fototroof chemotroof

aeroob anaeroob

Bacteriële

6 7 8

diversiteit

Welke bacterievormen herken je in de petrischalen? Wees zo specifiek mogelijk. Zijn het grampositieve of gramnegatieve bacteriën?

Welke bacterievorm(en) herken je op de microscopische opnames? Wees zo specifiek mogelijk.

Zijn onderstaande stellingen juist of fout? Corrigeer de stelling als ze fout is.

STELLING

Een grampositieve bacterie kleurt paars omdat ze veel suikerketens in haar celwand heeft.

Correctie:

Alle bacteriën hebben een celwand. Door deze te kleuren kan je makkelijker bacteriesoorten identificeren.

Correctie:

Het genetisch materiaal van een bacterie zit verpakt in de plasmiden.

Correctie:

JUIST FOUT

© User:Graham Beards, CC BY-SA 3.0 © Dr Graham Beards, CC BY-SA 4.0 © B. Domangue, CC BY-SA 4.0

Voortplanting van bacteriën

Welk proces wordt hieronder afgebeeld?

Een bacterie kan zich enkel aseksueel voortplanten. Toch is er een grote diversiteit aan bacteriesoorten. Leg uit hoe dit kan. Gebruik in je uitleg zeker de termen plasmide – conjugatie – pilus

© Ecoddington14, CC BY-SA 3.0

Leg het proces uit aan de hand van de figuur.

Duid aan op onderstaande grafiek:

• de verschillende groeifases van een bacteriële populatie

• de draagkracht van de omgeving

11 a tijd

aantal bacteriën b

Voor welke fase(s) van het proces van bacteriële groei zijn volgende uitspraken waar?

AANLOOP GROEI STATIONAIR AFSTERVING

De bacteriën vermenigvuldigen zich niet.

De bacteriën vermenigvuldigen zich via het proces van binaire deling.

De bacteriepopulatie neemt exponentieel toe.

De bacteriepopulatie neemt exponentieel af.

De populatie is in evenwicht: het aantal bacteriën dat erbij komt is gelijk aan het aantal dat sterft.

Productie en bewaring van voedsel

12

Welke bewaringstechnieken werden toegepast op onderstaande producten?

Zijn onderstaande stellingen juist of fout? Corrigeer de stelling als ze fout is.

STELLING

Door de grote hoeveelheid micro-organismen in yoghurt beschimmelt dit product snel.

Correctie:

Tijdens het pasteuriseren worden micro-organismen gedood door ze bloot te stellen aan extreme kou.

Correctie:

Vers vlees kan je langer bewaren door het te roken of het vacuüm te verpakken.

Correctie:

Gisten

14 a b c

W Welk proces wordt hieronder afgebeeld?

celkern

Leg het proces uit aan de hand van de figuur.

Schrap wat niet past:

Via dit proces planten gistcellen zich ongeslachtelijk / geslachtelijk voort.

JUISTFOUT

d e

Wat zijn ascosporen?

15 a b

Schrap wat niet past:

Via ascosporen planten gistcellen zich ongeslachtelijk / geslachtelijk voort.

Om brood te maken wordt bakkersgist gebruikt. Hierbij maakt men gebruik van het facultatief anaeroob metabolisme van de gistcel.

Leg 'facultatief anaeroob metabolisme' uit.

Waarom rijst het brood? Leg je antwoord uit.

c 16

Zit er alcohol in het brood? Leg je antwoord uit.

Antibiotica, faagtherapie en vaccinatie

Werken volgende strategieën bij bacteriën en/of virussen? Zet een kruisje in de juiste kolom(men).

BACTERIE

antibioticum

faagtherapie

vaccinatie

VIRUS

17

Een bacteriële infectie kan behandeld worden met behulp van een antibioticumkuur of faagtherapie. Wat zijn voor- en nadelen van beide behandelingen?

VOORDEEL

antibioticum

18 19

NADEEL

faagtherapie Zijn onderstaande stellingen juist of fout? Corrigeer de stelling als ze fout is.

STELLING

Het is zinloos om je te laten vaccineren tegen virussen, aangezien een virus geen celwand heeft en hierdoor niet vatbaar is voor het vaccin.

Correctie:

Resistentie is het fenomeen waarbij een bacterie niet langer gevoelig is aan een bepaald antibioticum.

Correctie:

Faagtherapie is een strategie waarbij een virus wordt gebruikt om een bacterie te doden.

Correctie:

JUIST FOUT

In 2020 maakten we een pandemie mee toen het SARS-CoV-2-virus zich razendsnel wist te verspreiden. Wat volgde was een vaccinatiestrategie waarbij de bevolking meermaals werd ge(her)vaccineerd tegen het virus. Waarom was het niet voldoende om eenmalig te vaccineren?

Welkom in mijn laboratorium! Met welk onderzoek help je graag mee?

BALLONNEN EN GIST BACTERIËN OPKWEKEN

SCHIMMELS KWEKEN WINOGRADSKY KOLOM

GRAMKLEURING VAN YOGHURT

ik ken het!

Ik kan het begrip 'microbioom' uitleggen. p. 5

Ik kan voorbeelden van microbiomen geven. p. 5

Ik kan het belang van een goede hygiëne uitleggen. p. 6

Ik kan verschillende hygiënemaatregelen om de verspreiding van micro-organismen tegen te gaan opsommen. p. 6

Ik kan het begrip 'metabolisme' uitleggen. p. 8

Ik ken de verschillende soorten metabolisme bij organismen op basis van de grondstofbron die ze gebruiken, de energiebron die ze gebruiken en hun afhankelijkheid van zuurstofgas. p. 8-9

Ik kan van een gegeven organisme het metabolisme benoemen en uitleggen. p. 8-9

Ik ken de twee vormen van genetisch materiaal bij bacteriën. p. 11

Ik ken de belangrijkste onderdelen van een bacteriële cel. p. 11

Ik kan bacteriën indelen volgens vorm. p. 12

Ik kan bacteriën indelen volgens celwand. p. 13

Ik kan uitleggen hoe bacteriën zich voortplanten. p. 15

Ik kan de verschillende fases in de populatiegroei van bacteriën benoemen, uitleggen en herkennen op een grafiek. p. 16

Ik kan factoren benoemen die de bacteriële groei stimuleren of belemmeren. p. 16-17

Ik kan uitleggen hoe bacteriën genetisch materiaal kunnen uitwisselen. p. 17

Ik kan verschillende methodes om voedsel te bewaren benoemen en uitleggen. p. 20

Ik kan het begrip 'facultatief anaeroob metabolisme' uitleggen. p. 22

Ik kan uitleggen hoe gisten zich seksueel voortplanten. p. 22

Ik kan uitleggen hoe gisten zich aseksueel voortplanten. p. 22

Ik kan kort uitleggen hoe gistingsprocessen in voedsel en drank gebeuren. p. 23

Ik kan de werking van antibiotica uitleggen. p. 24

Ik kan het begrip 'resistentie ' uitleggen. p. 24

Ik kan uitleggen waarom antibiotica niet werken bij een virale infectie. p. 24-25

Ik kan uitleggen hoe faagtherapie werkt. p. 25

Ik kan uitleggen hoe vaccinatie werkt. p. 25

Colofon

Auteur Céline Neutens

Illustrator Martijn van der Voo

Eerste druk 2024

SO 0838/23

Bestelnummer 90 808 0506 (module 3 van 4)

ISBN 978 90 4864 762 0

KB D/2024/0147/37

NUR 126

Thema YPMP1

Verantwoordelijke uitgever die Keure, Kleine Pathoekeweg 3, 8000 Brugge

RPR 0405 108 325 - © die Keure, Brugge

Benieuwd naar meer?

• Blader door het inkijkmateriaal of bekijk het webinar op onze website.

• Contacteer jouw educatief adviseur voor een presentatie.

Die Keure wil het milieu beschermen. Daarom kiezen wij bewust voor papier dat het keurmerk van de Forest Stewardship Council® (FSC®) draagt. Dit product is gemaakt van materiaal afkomstig uit goed beheerde, FSC®-gecertificeerde bossen en andere gecontroleerde bronnen.

@DieKeureEducatief @DieKeureEducatief @DieKeure

SCHRIJF JE IN OP DE NIEUWSBRIEF

isaac-biologie.diekeure.be