Bacteriën; een biologisch rijk




Wat zijn Bacteriën ?

Bacteria zijn een grote diverse groep van organismen (een biologisch rijk) die in de spreektaal gewoonlijk bacteriën genoemd worden. Sinds Anthonie van Leeuwenhoek in de zeventiende eeuw bacteriën ontdekte is het besef dat bacteriën een grote invloed hebben op mens en milieu gegroeid. Door hun kleine afmetingen zijn bacteriën pas bekend sinds de ontwikkeling van microscopen die sterk vergroten. De uitvinder(s) van de eerste microscopen zijn ongetwijfeld geschrokken toen het microscopisch leven zichtbaar werd, o.a in drinkwater, voedingsmiddelen en op het menselijk lichaam. Toch niet helemaal terecht, want de meesten zijn nuttig, slechts sommige soorten zijn schadelijk voor de mens.

Bacteria verschillen van andere organismen door hun celbouw. Organismen als planten of zoogdieren bestaan uit cellen die een celkern, mitochondria en andere celorganellen bezitten. Dit celtype heet dan ook eukaryote cel. Eukaryoot betekent letterlijk: met een echte kern. Bacteriën bestaan uit een ander celtype. Dit type heet prokaryote celt. Prokaryoot betekent dat er geen kern in de cel aanwezig is; letterlijk betekent het:“vóór kernig”. Later in de tekst wordt er verder ingegaan op waarom prokaryoot en eukaryoot in een volgorde zijn geplaatst (vóór-, en ná de kern).
Een prokaryote cel: Een bacterie bestaat uit één cel. Deze individuele bacterie kan zichzelf voeden, voortplanten en zelfs door gedrag reageren op bepaalde stoffen of omstandigheden in de omgeving. Een grote diversiteit van verschillende organismen wordt tot de bacteria gerekend. De onvoorstelbare diversiteit van Bacteriën maakt het noodzakelijk om de verschillen en overeenkomsten te gebruiken om een indeling te maken. Een indeling kan enerzijds de biologische diversiteit van de Bacteriën uitdrukken. Op grond van verschillende kenmerken worden Bacteriën dan geklassificeerd in een verwantschapsboom. Maar een indeling kan ook als doel hebben de toepasbaarheid van bepaalde groepen Bacteriën voor menselijke doeleinden uitdrukken. Bacteriën verschillen van elkaar in chemische eigenschappen en in celbouw. Vroeger onderscheidde men Bacteriën van elkaar alleen door de celvorm. Er kunnen drie basisvormen worden onderscheiden:

Het is duidelijk geworden dat de celvorm geen goed kenmerk is om deze organismen van elkaar te onderscheiden. Bacteriën die overeenkomen in vorm kunnen wat betreft chemische samenstelling erg verschillen.
Tegenwoordig gebruikt men daarom verchillende eigenschappen om bacteriën te onderscheiden. Zulke eigenschappen zijn:
Binnen de Prokaryote organismen worden twee grote groepen van elkaar onderscheiden: de Archaea en de Bacteria. De Archaea zijn eencellige organismen die onder extreme omstandigheden kunnen leven, op plaatsen zonder zuurstof, licht en waar hoge druk en extreme temperatuur is. Zulke organismen zijn een aantal jaar geleden gevonden bij actieve vulkanische processen op de bodem van de oceaan en in zwavelbronnen, etc. In rotsformaties in Australië zijn fossiele organismen gevonden die lijken op Archaea en een gedateerde ouderdom hebben van 3,5 miljard jaar. Wetenschappers denken dat de Archaea de oudst bekende vorm van het leven vertegenwoordigd. Drie en een half miljard jaar geleden waren de omstandigheden op aarde ook extreem te noemen: met weinig zuurstof, weinig licht, afwijkende temperaturen en allerlei vulkanische activiteit. Vanwaar betekent prokaryoot vóór -kernige cel? Wetenschappers denken dat twee prokaryote organismen gingen samenleven (=in symbiose, zie het plaatje hierboven), de ene levend binnen de cel van de ander. Uit deze symbiose ontstond de eukaryote cel.

Spontane generatie

Tot de achttiende eeuw dachten sommige wetenschappers dat micro organismen spontaan ontstonden bij afbraakprocessen van organische stoffen. Dit wordt de theorie van de spontane generatie genoemd. Louis Pasteur ontdekte in de achttiende eeuw dat de theorie van spontane generatie niet klopt. Louis Pasteur toonde in zijn proef aan dat stoffen niet afgebroken worden als er geen besmetting met micro organismen plaatsvindt. Als er wel besmetting optreedt dan vindt er snelle afbraak plaats. Micro organismen ontstaan dus niet spontaan bij afbraakprocessen, maar versnellen de afbraak van stoffen. Door rekening te houden met aanwezigheid van bacteriën kan besmetting voorkomen worden en kunnen bepaalde ziekten beter begrepen worden. Louis Pasteur kon met zijn kennis methoden ontwikkelen om micro organismen onder gecontroleerde omstandigheden te kweken, maar ook om ze te doden (steriel maken).
Het steriliseren wordt nog steeds toegepast bij het verlengen van de houdbaarheid van levensmiddelen en bij het verminderen van infectie door schadelijke bacteriën.
Bacteriën worden gekweekt en gebruikt onder andere in de chemische industrie, in de medische wetenschap en in de landbouw.
In de medische wetenschap is er een grote belangstelling voor micro organismen. Ziekten als cholera, nekkramp, etc worden door bacteriën veroorzaakt. Deze ziekten kunnen bestreden worden door besmetting te voorkomen en door de bacteriegroei bij infectie af te remmen.

Erfelijkheid

Ten tijde van de theorie van spontane regeneratie was er niets bekend over het erfelijke materiaal. De erfelijke mechanismen bij bacteriën zijn inmiddels bekend. Bacteriën hebben een kluwen DNA in de cel als erfelijk materiaal. Het bacteriëel DNA vormt een cirkel en niet een “dubbele helix” zoals bij de chromosomen van planten en zoogdieren. Dit heet aseksuele voortplanting. In korte tijd kan één enkele bacterie cel bij voldoende voedsel toenemen tot een kolonie van miljoenen cellen. Bij een celdeling dupliceert het DNA zich waarna een cel ontstaat met twee identieke cirkelvormige DNA moleculen. Nadat het DNA is vermenigvuldigd binnen de celwand en er treedt celdeling op waarbij twee dochtercellen ontstaan met ieder een identiek DNA molecuul. Als er twee cellen zijn ontstaan, dan worden in de cellen eiwitten en celmembraan geproduceerd en de cellen groeien. Na de groei kunnen deze cellen zich ook weer delen. Twee cellen maken daarbij contact. Vanuit de ene cel ontstaat een brugvormige uitstulping van de celwand. Deze brug dringt de ander cel binnen, waarna er DNA materiaal overgedragen wordt.
Door een ingewikkeld mechanisme, wordt dit “vreemde” DNA in het cirkelvormige “eigen” DNA ingebouwd. Dit noemt men conjugatie; Het ingebouwde stuk DNA leidt ertoe dat de bacterie nieuwe genen bezit en mogelijk nieuwe eiwitten kan produceren. Seksuele voortplanting heeft voordelen in slechte omstandigheden. Doordat genetische eigenschappen met elkaar combineren kunnen dan snel aanpassingen ontstaan aan de slechte omstandigheden.
Door de kennis die de wetenschap heeft verzameld over dit DNA overdrachtsmechanisme, is het mogelijk om bepaalde DNA fragmenten in een bacteriecel in te brengen. De bacteriecel kan, na inbouwen van "vreemd" DNA, eiwitten produceren die als antibiotica dienen.

Afbraak door bacteriën

Bacteriën hebben stoffen nodig om te leven en zich te vermeerderen. Door het grote aantal waarmee ze voorkomen in het milieu spelen ze een belangrijke rol in de stofkringloop.
In het milieu zetten bacteriën stikstof, sulfaat, stikstof, ijzer en zeer veel andere stoffen in de grond om. Zoals bij de sanering van vervuilde grond met zware metalen. Door bacteriëel metabolisme worden de metalen in chemische verbindingen vastgelegd en onschadelijk gemaakt.


Bacteriën groeien soms op stoffen die mensen als voedsel gebruiken. Mensen die voedsel verkopen, moeten zich bewust zijn van de gevaren van aanwezige microorganismen. Als je het voedsel onder een microscoop bekijkt dan wordt duidelijk dat er talloze micro organismen op groeien. De aanwezige bacteriën delen zich, zodat er zichtbare bacterie kolonies groeien.Voedsel dat te lang blijft staan, bederft, behalve als er geen bacteriën op zitten.

De Nederlandse regering controleert restaurants op bacteriële infecties in consumptie artikelen, omdat bepaalde bacteriën schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid. Dit wordt gedaan door de keuringsdienst van waren (www.keuringsdienstvanwaren.nl). Deze dienst neemt voedselmonsters. Het monster wordt in het laboratorium in een kweekbakje met voedingsbodem gebracht. Dit kweekbakje is steriel, er zit voeding in wordt bij een geschikte temperatuur en luchtvochtigheid gehouden.


Van de kolonies die op deze manier gekweekt zijn wordt bepaald welke soorten gevonden zijn. De aanwezigheid van slechts enkele bacteriecellen kan zo aangetoond worden.

Vragen

  1. Speel voor Louis Pasteur en verzin een proef waarmee je aantoont dat micro organismen niet door spontane generatie ontstaan.
    • verzin eerst een hypothese !
    • bedenk een opstelling waarmee je de hypothese toetsen kunt.
    • bedenk een opstelling waarmee je de hypothese toetsen kunt

  2. Hoe kan seksuele voortplanting bij bacteriën een voordeel opleveren bij slechte omstandigheden? Denk aan het erfelijk materiaal van de bacteriën !
  3. Noem een paar ziekten die door bacteriën worden veroorzaakt (en niet door een virus of andere micro organismen).
  4. Een cholera bacterie deelt zich 1x per 20 minuten. Hoeveel heb je er dan na 1 etmaal?
  5. Wat zou je nog meer willen weten over bacteriën?