Handboek Medische Bacteriologie J Van Eldere

Handboek Medische Bacteriologie – J Van Eldere Armando M. De Palma – 2011

-

Deze studentencursus bestaat uit 3 delen (3 pdf files): o Systematiek van de antibiotica (“Deel B”) (handboek p. 80-132) o Systematiek van de bacteriën (“Deel C”) (handboek p. 157-269) o De overige delen van het handboek (“Deel A”)

-

Enkele opmerkingen: o Deze studentencursus is géén samenvatting, het is een volledige synthese van het boek, maar in puntjes opgesteld in plaats van in doorlopende tekst. o De slides in de les en de tekst in het handboek komen vaak niet overeen. Deze studentencursus is volledig gebaseerd op het handboek en niet op de slides. o Deel B en Deel C zijn enkel een systematische opsomming van antibiotica en bacteriën, dwz. een opsomming van alle (van buiten te blokken) puntjes. Indien er hierin ergens een stuk voorkomt met doorlopende tekst, wordt dit niet bij de systematiek, maar in Deel A besproken. Voorbeeld: bij de antibiotica die de celwand verstoren staat er een stukje in het handboek over de biosynthese van de bacteriële celwand. Dit wordt besproken in Deel A op p. 30 van de studentencursus (en dus niet bij de systematiek in Deel B). Het is vrij logisch en wijst zichzelf wel uit. o Deel C (systematiek bacteriën) is vrij klein getypt. Daarom best afdrukken op 103% of 104%, anders wordt het moeilijk te lezen.

Bacteriologie – J. Van Eldere

I.

Armando M. De Palma – 2011

MORFOLOGIE EN TAXONOMIE VAN BACTERIËN 1. INLEIDING: INDELING VAN DE LEVENDE WEZENS

2 grote groepen: • •

Prokaryoten (bv. Bacteriën) Eukaryoten (bv. Fungi, protozoa etc)

→ zowel morfologische als functionele verschillen

2. DE OPBOUW VAN DE BACTERIËLE CEL Cytoplasma Cytoplasmamembraan Celwand Uitwendige structuren Endosporen

2.1. Het cytoplasma bevat vrij DNA, ribosomen en soms reserve granula • DNA: o ~10% o Nucleoid o Niet gebonden aan histonen / geen nucleosomen o Opgerold (supercoiling) o Plasmiden (vooral bij gramnegatieven) • Ribosomen o 30S + 50S = 70S subunit o Eukaryote ribosomen = 80S subunits ⇒ dit verschil laat selectieve antibacteriële chemotherapie toe • Granula van reservemateriaal (bv glycogeen) 2.2. Het cytoplasmamembraan: opname van voedingsstoffen, metabool en biosyntheseorgaan en mitoseapparaat • Fosfolipidendubbellaag • Géén sterolen (zoals eukaryoten) → minder rigide en stevig • Cytoplasmamembraan / uitwendige structuren bacteriën complexer dan eukaryoten • Functies: o Opname van voedingsstoffen uit het milieu  Afbraakproducten van macromoleculen  Passief (volgens concentratiegradiënt) • Eenvoudige diffusie (bv O2, CO2) of osmose (H2O) • Gefaciliteerde diffusie (bv. Glucose): dmv carrierproteine  Actief (tegen concentratiegradiënt + ATP verbruik) • Molecule onveranderd: hydrolyse ATP of protongradiënt

Hoofdstuk: MORFOLOGIE EN TAXONOMIE VAN BACTERIËN

• • • • •

1



o

o

o

Groepstranslocatie: chemische wijziging → geen diffusie terug mogelijk (bv. Fosforylering – glucose) Plaats voor oxidatief metabolisme  Cytochromen op cytoplasmamembraan  ≅ mitochondriën bij eukaryoten Biosynthese van macromoleculen  Aan cytoplasmatische zijde  Vbn: degradatieve enzymen, toxinen, virulentiefactoren, … Primitief mitoseapparaat  Bacterieel DNA vast aan celmembraan

2.3. De celwand geeft vorm, stevigheid en helpt in de adherentie • Functies: o Geeft vorm (kok, staaf, etc…) en stevigheid o Bescherming tegen toxinen (CD1.4) o Belet openbarsten cytoplasmamembraan (osmotische druk) • Opbouw celwand ⇒ onderverdeling bacteriën o Gemeenschappelijk element: peptidoglycaan o Peptidoglycaan:  ketens van aminosuikers  afwisselend N-acetylglucosamine (NAG) / N-acetylmuraminezuur (NAM) (Fig1.2-CD1.5)  kruisverbindingen dmv peptidebruggen ⇒ stevigheid • GEMEENSCHAPPELIJK: basisstructuur • VERSCHILLEN: samenstelling + aantal dwarsverbindingen  Basiseenheid: • disacharide van NAG + NAM met pentapeptideketen aan de NAM aminosuiker (Fig1.3-CD1.6) • Aanmaak in cytoplasma • Transport doorheen CM dmv undecaprenol (TM lipidencarrier) • Buitenzijde: koppeling aan groeiende keten: o Transglycosylase: koppeling van het disacharide aan PS-ruggengraat van het PG o Vorming kruisverbinding met andere peptidenzijketens dmv transpeptidasen (CD1.7) • Autolysines: o Aanmaak nieuw PG / afbraak bestaand PG o Bepalen vorm bacteriën o Uiteindelijk verantwoordelijk voor effect van antibiotica die synthese celwand inhiberen:  Autolysine zorgt voor blijvende afbraak  Geen nieuwe aanmaak CW (transpeptidasen geblokkeerd door AB) ⇒ gevolg: openbarsten cel • Verschillende opbouw celwand ⇒ indeling bacteriën in 5 groepen: 1. Grampositieven


•

2

Bacteriologie – J. Van Eldere 2. 3. 4. 5.

•

• • •

•

•

Gramnegatieven Zuurvaste bacteriën Spirocheten Bacteriën zonder celwand

2.3.1. Grampositieve bacteriën (Fig1.4-CD1.9) Behouden blauwe kleur na zgn. gramkleuring (ook na ontkleuring met alcohol) Celwand: netwerk met vele lagen PG → stevigheid, vorm, bescherming o Stevigheid: bescherming tegen lysis (bij lage osmotische druk) o Bescherming: zeeffunctie→ schadelijke moleculen komen niet bij CM Andere bestanddelen CW: o Teichoïnezuren:  Wateroplosbare polymeren < ribitol-/glycerolresiduen verbonden door fosfodiësterbindingen  Stevigheid CW  Anker voor extracellulaire moleculen (bv. adhesines → slijmvlies gastheer)  Verankerd in CW o Lipoteichoïnezuren  Verankerd in CM o Soortspecifieke elementen (bij bep. bacteriën, bv. C-polysachariden, M-proteine, …) 2.3.2. Gramnegatieve bacteriën (Fig1.5-CD1.10) Na gramkleuring: ontkleuring van de blauwe stof door alcohol Complexere CW: peptidoglycaanlaag + buitenste membraan (→ bescherming extern milieu) Peptidoglycaanlaag: o Analoog met grampositieven:  Biedt vorm & stevigheid o Verschillen met grampositieven:  Chemische samenstelling  Veel dunner + minder dwarsverbindingen → minder stevigheid → geen zeeffunctie Periplasmatische ruimte: o Tussen buitenste membraan en CM o Bevat:  Peptidoglycaanlaag  Gelachtige oplossingen van enzymen → afbreken macromoleculen → voedselverwerking  Enzymen die antibiotica afbreken o Afwezig bij grampositieven → moeten enzymen secreteren Buitenste membraan: o Fosfolipidendubbellaag (cf. CM) o Buitenste laag van de membraan: ook lipopolysacharide (LPS) naast fosfolipiden → veel bestendiger dan CM o Lipopolysacharide:


• •


3



Uniek voor gramnegatieven! Opgebouwd uit 3 delen (Fig1.6-CD1.11): 1. Lipide A:  Verankering LPS in buitenste laag buitenmembraan  Disacharide met SCFA + fosfaatgroepen gebonden  Stimulator immuunsysteem (koorts, intravasculaire coagulatie, shock, dood)  Alternatieve naam: “endotoxine” 2. Core:  Korte keten van suikers (identiek bij 1 bacteriesoort) 3. O-antigeen:  Verbonden aan de core  Lange repetitieve (n = 50-100) keten van 4-7 suikers  Samenstelling ketens verschillend (ook binnen 1 species)  Wekt specifieke antistoffen op → differentiatie obv serologische tests  Vormen hydrofiele laag → bescherming oppervlak cel (bv tegen galzouten = hydrofoob) Porines:  Gespecialiseerde kanalen (proteïnen)  Transport van voedingsstoffen doorheen de lipofiele buitenmembraan  Moleculen met Mw tot ~700 Dalton → periplasma  Indien groter dan diameter poriën → transport via specifieke permeasen

o

• •

• • • •

2.3.3. Zuurvaste bacteriën (Fig1.7-CD1.12) Dikke en complexe CW → geen ontkleuring mogelijk zelfs met zure oplossingen Belangrijkste groep: mycobacteriën o CW: verschillende soorten wasachtige substanties → zeer dik o Gevolgen:  Zéér uitgesproken bescherming tegen veel toxische stoffen  Trage groei o Bouw:  Dikke laag PG→ overgang naar laag suikerpolysachariden, nl. o D-arabinose o D-galactose  Wasachtige laag mycolzuren  Buitenste laag glycolipiden  Hiertussen: lipiden, glycolipiden, peptidoglycolipen 2.3.4. Spirocheten (CD1.13-1.14) = “Treponemen” Spiraalvormig CW ≅ gramnegatieven: CM + PG-laag + buitenste laag Buitenste laag ≅ gramnegatieven maar afwezigheid van LPS


 

4


• •

•

Tussen PG-laag en buitenste laag: endoflagellen of axiale fibrillen (verankerd aan 1 uiteinde – longitudinaal rond bacterie gewonden) 2.3.5. Bacteriën zonder celwand Mycoplasmata: enige eubacteria zonder rigide peptidoglycaanlaag Enkel omgeven door CM met sterolen o Vermoedelijke rol sterolen: behoud cellulaire structuur bij wijzigende osmotische druk Gevolgen afwezigheid CW: o Ongevoelig aan AB die ingrijpen op synthese CW o Kunnen veel vormen aannemen

2.4. Kapsel, pili en flagellen • Kapsel (verankerd in CM – gestructureerd) of slijmlaag (amorf – los) (CD1.15): o Zowel bij grampositieven als gramnegatieven o Uitwendig van de CW o Polysachariden (soms polypeptiden) o Belangrijke virulentiefactor → aanwezig bij meeste pathogenen  Bescherming tegen fagocyten van het immuunsysteem  Kan penetratie AB verhinderen  Kan adherentie vergemakkelijken aan substraat o Kapsulaire K-antigeen → differentiatie tussen bacteriën van eenzelfde soort • Flagellen: o Zowel bij grampositieven als gramnegatieven o Lange beweeglijke filamenten (→ enkel bij beweeglijke bacteriën) o Opgebouwd uit proteïnen (flagellines) o Verankerd in CM via een haak en een basaal lichaam (CD1.16-1.17) o Energie < membraanpotentiaal o Flagellen = H-antigenen → differentiatie obv H-antigenenspecificiteit o Localisatie:  Uni-/bipolair: aan één of beide uiteinden  Peritrich: verspreid over hele oppervlak o Chemotaxis: beweging oiv een chemische gradiënt (naar of van bv voedingsstoffen, toxische stoffen) • Pili (fimbriae) (CD1.18-1.19): o Vnl. bij gramnegatieven o Opgebouwd uit proteïnen (pilin) o Dun, kort en onbeweeglijk o Verspreid gelokaliseerd o Belang bij adherentie (dmv gespecialiseerde structuren aan tip) o Virulentiefactor  Bescherming tegen fagocytose door immuunsysteem (cf. kapsel)  Omzeilen immuunsysteem door steeds antigenisch verschillende pili te maken → bestaande antistoffen niet meer actief o Sex-pili:


•


5

Bacteriologie – J. Van Eldere  Langer dan gewone pili  Rol bij DNA-transfer door conjugatie Gecodeerd op plasmiden (“fertiliteitsfactor”)

2.5. Endosporen • Gevormd in ongunstige externe omstandigheden • Aanwezig bij bepaalde grampositieven: o Aerobe Bacilli o Anaerobe Clostridia o Enkele Sarciniae en Streptomyces • Definitie: zeer resistente, cryptobiotische verschijningsvormen van een bacterie o Resistent aan hitte, koude, droogte, straling, chemicaliën, etc. (→ implicaties bij sterilisatieprocessen) o Cryptobiotisch: metabool inactief → terug ontwaken naar vegetatieve bacterie indien condities terug gunstig (CD1.20-1.21) o Overgang normale vegetatieve fase → slaap- of gesporuleerde fase = “sporulatie” o Tegengesteld: “germinatie” • Fysiologische relevantie: langdurige overleving van ongunstige factoren • Bouw: o Kern  Bijna volledig gedehydrateerd  Chromosoom  Noodzakelijke elementen voor proteïnesynthese o Integumentum  Laag 1: binnenste membraan ≅ cytoplasmamembraan  Laag 2: cortex ≅ concentrische lagen PG  Laag 3: membraan  Laag 4: inner coat ≅ keratineachtige proteïnelaag → resistentie tegen toxische stoffen o Exosporium (outer coat)  Losse proteïnen-lipidenlaag  Functie onbekend 2.6. Vergelijking tussen de morfologie van bacteriën en eukaryote cellen • Implicaties van de eencellige natuur van bacteriën: o Sterk afhankelijk van omgeving o Snelle aanpassing aan wisselende omgeving noodzakelijk (bv darmbacteriën) o Aanwezig blijven in bepaalde omgeving dmv vasthechtende structuren (pili, fibrillaire proteïnen, …) → geen afvoer met lucht- of vochtstroom (bv urine, niezen, etc…) o Bescherming tegen schadelijke invloeden van de omgeving: celwand en buitenmembraan


o


6

Bacteriologie – J. Van Eldere o


Kleine grootte → O/V ratio groot → eenvoudige diffusie mogelijk van bv producten van biochemische reacties → hoge metabole activiteit → snelle deling en korte levensduur

Erfelijk materiaal

Cytoplasma

Ribosomen Cytoplasmamembraan

Eukaryote cel Kern - membraan Meerdere chromosomen

Celorganellen omgeven door membraan in cytoplasma (bv ER, Golgi, mito’s) 80S sedimentatie Sterolen aanwezig Proteïnen afwezig (↔)

Celwand

Wél endo- of pinocytose Meestal afwezig (soms chitine, cellulose)

Bacterie DNA vrij in cytoplasma 1 circulair chromosoom extra-chromosomale DNAelementen Geen celorganellen omgeven door membraan aanwezig in het cytoplasma 70S sedimentatie Geen sterolen (uitz: mycoplasmata) Grote verscheidenheid aan proteïnen met verschillende functies (ademhaling, transport, etc) Géén endo- of pinocytose Complexe celwand

• • • •

Klassiek obv morfologische en biochemische eigenschappen (in klinisch labo) Recenter obv genetische eigenschappen Beide methoden blijken compatibel Morfologische differentiatie obv microscopie: o Vorm van de bacterie o Gramkleuring

3.1. De gramkleuring en de classificatie van bacteriën • Eenvoudige kleuringstechniek → 2 groepen (grampositief en –negatief) • Methode: kristalviolet + jood (lugol) ⇒ complex gevormd → ontkleuring met alcohol (CD1.23): o Grampositieven: complex wordt vastgehouden in CW → microscopisch blauw o Gramnegatieven: complex wordt weggewassen uit CW → ontkleurd + opnieuw kleuren met fuchsine (rood) → microscopisch rood • De morfologische verschillen (CW) tussen grampositieve en –negatieve bacteriën kunnen ook genetisch bevestigd worden • Zuurvaste bacteriën: geen of onregelmatige kleuring dmv klassieke gramkleuring o Hoe deze bacteriën toch kleuren?


3. CLASSIFICATIE VAN BACTERIËN

7


• •

•

→ Dmv kleurmethode waarbij penetratie van de kleurstof vergemakkelijkt wordt → Bijvoorbeeld:  Ziehl-Neelsen kleuring (rood)  Auraminekleuring (fluorescent)  Vervolgens: ontkleuren met sterk zuur • Zuurvaste bacteriën: behouden kleur • Niet-zuurvaste bacteriën: worden ontkleurd o Cave: ook hier berust het verschil in reactie op de kleuringstechniek door de andere samenstelling van de celwand Spirocheten: bouw celwand ≅ gramnegatieven o Echter: geringe dikte → geen visualisatie dmv lichtmicroscopie o Speciale technieken nodig (bv donkerveldmicroscopie) Opmerking: Rickettsiae en Chlamidiae niet zichtbaar dmv microscopie, oa owv te geringe afmetingen Vorm van bacteriën (individueel) (CD1.4): o Bolvormig: kokken o Kommavormig: vibrio’s o Kurkentrekkerachtig staafvormig gewonden: spirocheten Schikking van bacteriën (tov elkaar): o Twee aan twee naast elkaar (bv Neisseria): diplokokken o In clusters (druiventrossen): stafylokokken o In lange ketting achter elkaar: streptokokken

3.2. Identificatie van bacteriën • Belang in de kliniek → diagnose → specifieke therapie • Gebruik van zgn “sleuteltests” ⇒ bacterie kan snel en eenvoudig in algemeen classificatiesysteem ondergebracht worden • •

• • •

3.2.1. Cultuurgebonden technieken Bijna alle bacteriën kweekbaar op vast of vloeibare voedingsbodems Uitzonderingen: o Niet kweekbaar:  Mycobacterium leprae  Treponema pallidum o Enkel op celcultuur:  Chlamydia  Rickettsia Selectieve voedingsbodem: laat kweek van één of slechts enkele bacteriesoorten toe Rijke of niet-selectieve voedingsbodem: aanwezigheid van vele voedingsstoffen → groei veel bacteriesoorten Identificatie van bacteriën (na cultuur): o Gramkleuring → celmorfologie → groepering van de cellen


•


8


o

•

•

•

•

•

→ koloniemorfologie Bijkomende tests voor volledige identificatie → biochemische tests (enzymactiviteit aanwezig?)  Katalase  Coagulase  Oxidase  Lecithinase  …

3.2.2. Cultuuronafhankelijke identificatietechnieken Cultuuronafhankelijke technieken: o Microscopie o Microbiële antigenen (dmv monoklonale antistoffen, direct op staal) o Specifieke DNA sequenties (dmv PCR: snel en eenvoudig, echter duur) Antibiogram: → Overzicht gevoeligheid/resistentie aan antibiotica → Belangrijk voor behandelingsstrategie → Opmaak: opgroeien bacterie met ≠concentraties AB ⇒ gevoelig of resistent ? 3.3. Classificatie van bacteriën in subspecies, species en genera Taxonomie (classificatie van bacteriën) o Fundamentele eenheid = bacteriële species  Gedefinieerd adhv aantal gemeenschappelijke fenotypische kenmerken o Verdere groepering: Species → Genus → Familie → Orde → Klasse → Divisie → Koninkrijk / Domein o Classificatie: maat voor fylogenetische verwantschap Nomenclatuur o Twee namen:  Genus (Bv “Stafylokokkus”)  Species (Bv “aureus”) Species kunnen verder onderverdeeld worden: o Subspecies of typen obv:  Faaggevoeligheid (faagtypes)  Antigene eigenschappen (serotypes)  Verschillen in metabole activiteit (biotypes) o Stam: reincultuur van nakomelingen van één bacterie Belang van classificatie (Fig1.8/CD1.24): o Evolutionaire verwantschap tussen bacteriën aantonen o Instrument voor de identificatie van medisch belangrijke bacteriën


•


9


II.


METABOLISME EN GENETICA VAN BACTERIËN

1.1. • • •

•

•

• • • • •

1.2. •

•

• •

Voedingsvereisten Wisselende omgeving Synthese van cellulaire bestanddelen Oorsprong bouwstenen hiervoor? o Eigen synthese o Opname uit omgeving Indeling bacteriën obv voedingsvereisten: o Autotrofe bacteriën: H2O, CO2 en mineralen → licht / chemische energie → organische stoffen + energie = fotosynthetisch of chemosynthetisch o Heterotrofe bacteriën: Voorgevormde organische stoffen nodig Opm: alle pathogenen, echter verschillen in voedingsbehoeften Sommige bacteriën (bv Pseudomonas): enkel anorganische bestanddelen nodig o Indien suikers, AZ, vitaminen in bodem → zullen opgenomen worden ipv eigen synthese → energie sparen → snellere groei o Typisch in bv waterplassen (= arm aan voedingsstoffen) Sommige bacteriën: strikt afhankelijk van bepaalde specifieke (essentiële) metabolieten, bv vitamines en AZ Meest extreem uiterste: voedingsvereisten groter dan menselijke cellen (bv. parasitaire species: stafylokokken, streptokokken → zéér veel bestanddelen nodig) Obligaat intracellulaire bacteriën: enkel groei binnen in cel (bv Chlamydia) → celcultuur nodig in labo Niet cultiveerbare bacteriën (in labo-condities): bv leprabacil, Treponema pallidum Media in labo → samenstelling afhankelijk van noden van de bacterie o Minimale media → beperkte voedingsbehoeften o Rijke media → vaak extracten toegevoegd van dierlijke weefsels of bloed Energieproductie (Fig2.1-CD2.1) Katabolisme: o Afbraak organische substraten → bruikbare energievorm o < oxido-reductiereactries: H-atomen van H-donor → H-acceptor o Vrijgekomen energie: opslag ovv ATP of NADH o H-donor: koolhydraten, lipiden, proteïnen Anabolisme: o Biosynthese van cellulaire bestanddelen (celwand, DNA, enzymen) o Uitgaande van energie + intermediaire producten uit katabole reacties Anabolisme + katabolisme = intermediair metabolisme Katabole reacties → afhankelijk van aard waterstofacceptor: o Fermentatie o Respiratie

Hoofdstuk: METABOLISME EN GENETICA VAN BACTERIËN

1. METABOLISME VAN BACTERIËN

1 0

•

•

•


Respiratie (volledige oxidatie) o Organische stoffen → H2O + CO2 (volledig) o Terminale waterstofacceptor = zuurstof o Vaak in 3 fasen:  Inleidende afbraak → tussenproduct van de citroenzuurcyclus  Citroenzuurcyclus  Elektronentransport in ademhalingsketen o “Tussenproduct”= pyruvaat  Citroenzuurcyclus: • Pyruvaat + O2 → CO2 • Reductie co-enzymen → NADH + FADH • Oxidatie van NADH en FADH in ademhalingsketen → ATP o Voor bv glucose: 18x meer ATP dan via fermentatie Anaerobe respiratie o Waterstofacceptor = nitraat, nitriet, sulfaat, sulfiet of CO2 ipv zuurstof o Voorbeelden:  Sulfaat, sulfiet → H2S (strikt anaeroben) (in afwezigheid van O2, facultatieve bacteriën)  Nitraat → nitriet → NH3 Fermentatie o Organische bestanddelen functioneren zowel als waterstofdonor als -acceptor o Indien citroenzuurcyclus, ademhalingsketen of inleidende afbraakcycli ontbreken o Geen overdracht van waterstof naar zuurstof o Ook onder anaerobe omstandigheden o Minder energie-efficiënt dan respiratie o Typisch: vorming organische bijproducten (waterstofacceptors)  Specifiek voor bepaalde soort → identificatie  Gewenst: • Fermentatie wijn, bier • Productie kaas  Ongewenst: • Fermentatie van proteïnen = putrefactie of rotting o Verschillende vormen van fermentatie  Lactaatfermentatie: pyruvaat → lactaat  Alcoholfermentatie

1.3. •

Anabolisme Katabolisme → chemische tussenproducten + ATP → biosynthese van DNA, RNA, proteïnen, peptidoglycaan etc… .

1.4. •

Gedrag van bacteriën tegenover zuurstof Obligaat aerobe bacteriën: O2 nodig voor overleving o Verklaring: afwezigheid van energieproducerende enzymen die in anaerobe omstandigheden kunnen functioneren (fermentatie / anaerobe respiratie) o Voorbeeld: Tuberculosebacil in longen (veel zuurstof) Obligaat anaerobe bacteriën: sterven in aanwezigheid van O2

•



1 1



Doen enkel aan fermentatie of anaerobe respiratie Verklaring:  Bepaalde enzymen inactief bij hoge redoxpotentiaal (bv enzymen van de anaerobe respiratie)  Ontbreken van katalase en superoxide dismutase → uiterst giftige reactieve zuurstofspecies (waterstofperoxide, superoxide anionen – vorming iav O2) kunnen niet onschadelijk gemaakt worden o Voorbeeld: Clostridium tetani en botulinum Facultatieve bacteriën: situatie tussen 2 voorgaande o Meeste medisch relevante bacteriën o Groei mogelijk in aan- en afwezigheid (meestal fermentatie) van O2 Aerotolerante stammen o Enkel anaeroob metabolisme o Aanwezigheid superoxide dismutase → overleven + groeien wel iav O2 Micro-aerofielen o Anaerobe bacteriën die lage O2-spanning verkiezen

•

•

• 1.5. •

Bacteriële groeicurven (Fig2.2-CD2.2) Inoculum → enten in vloeibaar medium: o Lagfase  Aanpassing aan nieuwe omgeving  Synthese nieuwe enzymen o Log- of exponentiële fase  Exponentiële toename aantal bacteriën  Verdubbelingstijd: specifiek voor bepaalde bacterie (15’ → 24h) o Stationaire fase  Uitputting voedingsstoffen  Opstapeling toxische stoffen  Groei stopt

2. GENETICA VAN BACTERIËN 2.1. Het bacteriële genoom: chromosoom en plasmiden • Chromosoom o 1 circulair molecule dsDNA o Gemiddeld 2 – 5.106 bp o 2000 – 3000 genen o Nucleoid: opgerolde (“supercoiled”) vorm van het DNA (CD2.3)  Enzymen hierbij betrokken: topoisomerasen (gyrasen) → oprollen DNA → ontrollen DNA  Bepaalde AB (fluoroquinolonen) → interfereren met werking topisomerasen • Plasmiden o Extrachromosomale genetische elementen o Circulair dsDNA


o o

1 2



Lengte: 100’en – 1000’en bp Genen:  Coderen meestal niet voor essentiële functies  Eigenschappen die bacterie toelaten te overleven in anders ongunstige condities  Voorbeelden: o Antibioticaresistentie o Toxines o Enzymen voor metabolisme bepaalde substraten o Eigen “origin of replication” → kunnen autonoom repliceren o Specifiek voor elk plasmide: “copy number” o Incompatibele plasmiden: kunnen niet samen voorkomen in éénzelfde cel Conjugatieve plasmiden o Dragen genetische informatie → kunnen van ene cel naar andere getransfereerd worden via conjugatie o Onder meer: genen nodig voor vorming sex-pili o Best bestudeerde voorbeeld van deze plasmiden: F-factor (fertility factor) in E. coli o Bep. plasmiden die AB-resistentiegen dragen (R-plasmiden) → ook conjugatief ⇒ RTF-plasmiden (resistance transfer factor)

•

2.2. Genexpressie en regulatie van genexpressie • Wisselende omgeving → snel aanpassingsvermogen bacterie nodig o Voorbeelden:  ∆Concentratie voedingsstoffen  Overgang bodem/water → gastheer (≅ immuunsysteem !) • Efficiëntie genexpressie: o Genen komen slechts tot expressie indien nodig o Bv. enzym om substraat te metaboliseren wordt slechts tot expressie gebracht indien dit substraat ook effectief aanwezig is • Structurele organisatie: o Operon (CD2.4): groepering van genen (eiwitten) betrokken bij eenzelfde metabool proces o Elementen:  Promotor: regulatie van de transcriptie van het operon  Terminator: beëindigt transcriptie ⇒ alle genen betrokken bij eenzelfde metabool proces samen afgeschreven als één polycistronisch mRNA • Regulatie genexpressie: o Transcriptieregulatie  Aanmaak enzymen bepaald metabool proces → gereguleerd via al dan niet afschrijven van het operon (via promotor) o Translatieregulatie  Thv ribosomen: mRNA → polypeptiden • Regeling enzymactiviteit thv enzym zelf (bv. feedbackinhibitie)


o o

1 3



•

•

•

Mutaties, transposons en horizontale overdracht van DNA via transformatie, transductie en conjugatie Mutaties: verandering van de basenparen in het DNA o Wijziging van een base in andere base o Deleties of inserties van één base of grote stukken DNA o Ontstaan:  Spontaan: fouten bij kopiëren DNA → normaal hersteld door proefleesactiviteit  Vrij constante frequentie (1 per 106-109 celdelingen)  Mutagene stoffen → mutatiefrequentie stijgt o Types mutaties:  Stille mutaties: AZ niet gewijzigd (redundante genetische code) → zelfde proteïne  Missense mutatie: ∆bp → ∆AZ in proteïne ↔ functie proteïne niet noodzakelijk gewijzigd  Frameshift mutatie: +/- 1 base ⇒ totaal ander (meestal korter) polypeptide o Gevolgen:  Defecte proteïnen, dood bacterie  Rol in evolutie (positieve selectie bij bepaalde omgevingsdruk) Transponeerbare elementen (CD2.5) o Korte stukken lineair DNA die zich kunnen inpassen (insertie) of losmaken uit (excisie) DNA → uitwisseling tussen chromosomen, plasmiden o Types:  Insertiesequenties (IS) → dragen enkel de informatie om zichzelf in en uit DNA te halen  Transposons (Tn) → meer complex: dragen informatie voor insertie en excisie, maar ook genen voor antibioticaresistentie, toxineproductie etc. o Belang:  Bacteriële evolutie  Insertie transposon → uitschakeling gen of ∆genexpressie  Kliniek: resistentiegenen in transposons → verspreiding AB-resistentie Uitwisseling van genetisch materiaal o Transformatie → uitwisseling naakt DNA (Fig2.3-CD2.6)  Natuurlijk competente bacteriën → spontaan opname naakt DNA uit omgeving → incorporatie in chromosoom  Selectiviteit: meestal stukje DNA van eigen of verwante species o Conjugatie (Fig2.3-CD2.6)  Contact tussen donor- en acceptorcel → DNA-overdracht in 1 richting  Aanwezigheid conjugatief DNA in donorcel ovv: • Vrij conjugatief plasmide (bv. F-factor in E. coli) → vooral in gramnegatieven • Geïntegreerd DNA in chromosoom (bv. voor F-factor in E. coli: Hfrcellen – High Frequency of Recombination)


2.3.

1 4



Mechanisme: verschillend in grampositieven en -negatieven F-plasmide → aanmaak sex-pili (CD2.8) → herkenning acceptor door donor → contact tussen donor en acceptor→ signaal → kopiëren + transfer Fplasmide (ovv ssDNA) via pilus Mobilisatie: knip in plasmide → plasmide wordt afgerold → via sex-pilus naar receptorcel → Donorcel: achtergebleven circulaire streng terug gekopieerd tot dsDNA → Receptorcel: lineair ssDNA → sluiten → templaat voor aanmaak complementaire streng → ook dsDNA plasmide  Mobiliseerbare plasmiden o Kunnen zelf geen conjugatie tot stand brengen o In donorcel samen met conjugatieve plasmiden → door conjugatie overgaan naar receptorcel  Integratie F-plasmide in chromosoom → Hfr cellen → nog steeds conjugatie mogelijk → ook aangrenzende chromosomaal DNA meegenomen Transductie  Vreemd DNA ingevoerd via bacteriofaag (Fig2.3-CD2.6-CD2.7) • Bacteriofaag: virus dat bacterie infecteert • Types: o Virulente fagen o Getemperde fagen • Lytische cyclus (typisch voor virulente fagen, soms bij getemperde fagen): o Aanhechting via adherentieproteinen → receptoren bacterie o Injectie DNA in bacterie o Replicatie faag-DNA (100-1000x) o Aanmaak capside proteïnen o Assemblage DNA + capsid → nieuwe virions → vrijzetting via lysis • Lysogene cyclus (enkel bij getemperde fagen): o Kopiëren + transcriptie faaggenen onderdrukt o Faag-DNA geïncorporeerd in chromosoom bacterie = profaag → Faaggenen kunnen nieuwe eigenschappen aan de bacterie toekennen Voorbeeld: difterietoxine gecodeerd door profaag ⇒ enkel indien Corynebacterium diphteriae geïnfecteerd door deze faag → difterie de  2 vorm transductie: bij getemperde faag lysogene → lytische cyclus • Indien bij loskomen profaag stukje aangrenzend bacterieel DNA mee → DNA wordt in nieuwe bacterie geïntroduceerd bij volgende lysogene cyclus van de faag

o




1 5



• •

• •

Gebruik van moleculair genetische technieken in de studie en diagnostiek van bacteriële infecties Studies op DNA niveau Studie chromosoom → fylogenetische classificatie o Principe: progressief uiteengroeien van organismen in evolutie → weerspiegeling in erfelijk materiaal o Meest gebruikte techniek: sequenering genen 16S rRNA Moleculaire genetica → inzicht in virulentiefactoren van bacteriën o Principe: mutatie-analyse van bepaalde genen (“knock-out” → fenotypisch effect?) Genetische probes → detectie en identificatie van bacteriën o Bv. PCR als diagnostisch middel bij infecties


2.4.

1 6


III.


DE RELATIE MENS-BACTERIE 1. INLEIDING • • •

• •

Warmbloedige dieren: sterk gekoloniseerd Symbiose (“samen leven”): species leeft in of op lichaam van ander species, onafgezien van het voor- of nadelig karakter van de relatie Vormen van symbiose → definiëring obv voordeel of nadeel voor één van beide partners: o Commensalisme o Mutualisme o Parasitisme → vaak niet in één categorie onder te brengen (afhankelijk van condities) Meestal: aanwezigheid bacterie voordelig of niet nadelig voor de mens Voordeel ↔ nadeel ?: o Virulentie van de bacterie o Immuunsysteem van de gastheer o Externe condities – toeval

2. MUTUALISME • • •

Beide species → voordeel uit de symbiose Soms noodzakelijk Voorbeeld: bacteriële flora in maag herkauwers (vertering cellulose)

3.1. Oorsprong en lokalisatie van de commensale flora • Geboorte: menselijk lichaam wordt gekoloniseerd door bacteriën o Vochtige delen: gewrichtsholten, perineum, etc… o Mucosae: mond, nasofarynx, ileum, colon, etc… → commensale flora: habitat en voedingsstoffen voor bacterie zonder nadeel voor de mens • Kolonisatie: transiënte aanwezigheid en vermenigvuldiging van micro-organismen die geen deel uitmaken van de commensale flora, zonder nadelige gevolgen voor de gastheer • Aanwezigheid commensale flora → drie situaties: o Steriele compartimenten: bloed, CSV, weefsels, synovium → detectie bacteriën: diagnostisch belang o Lage aantal bacteriën: maag, proximale dd, lage luchtwegen, blaas, uterus → detectie grote aantallen: infectie → Bv. regel van Kass voor diagnose urineweginfecties o Overvloedig gekoloniseerd: slijmvliezen oronasofarynx, terminaal ileum, DD, externe genitaliën, anterieur deel urethra en vagina, huid 3.2. Samenstelling van de commensale flora • Moeilijkheden die bacteriën van de commensale flora ondervinden: o Immuunsysteem van de mens o Niet-optimale levensomstandigheden:

Hoofdstuk: DE RELATIE MENS-BACTERIE

3. COMMENSALISME: DE NORMALE COMMENSALE FLORA

1 7



Competitie voor voeding Antagonisme tussen verschillende bacteriën door productie bacteriocines → remmen groei bacteriën van andere soort Tropisme: voorkeur van bepaalde bacterie voor specifieke regio van het lichaam o Verklaring: metabole aanpassing aan condities van die zone Samenstelling bij gezonde mensen: gelijkwaardig en stabiel voor bepaalde regio Tabel 3.1: meest voorkomende bacteriën van de commensale flora Commensale flora: best bestudeerd voor darmflora

• • • •

3.3. Factoren die een invloed hebben op de samenstelling van de commensale flora • Pathologisch: o Morfologische afwijkingen bv. blindedarmlus o Fysiologische afwijkingen bv. eczeem van de huid • Bij gezonde mensen: o Dieet  Beperkt effect op samenstelling darmflora  Wél effect op metabole activiteit commensale darmflora  “(On)gezonde” voeding → tgv effect op metabole activiteit darmflora • Bv. Vezels, gefermenteerd melkproducten → gunstig • Bv. Vlees en vet → darmkanker • Probiotica: o MO die bij orale inname een gunstig effect hebben op de gezondheid o Darmbacteriën met een fermentatief metabolisme o Bv. Lactobacillus, Bifidus, … o Leeftijd  Pasgeboren, 1ste levensjaar → darmflora: facultatieve fermenterende bacteriën (< melkdieet)  Na 1ste levensjaar → volwassen flora  Bejaarden: gewijzigde flora (door verminderde maagzuursecretie, motiliteit) o Antibiotica  Tijdelijke en gedeeltelijke eliminatie darmflora → gevoeliger voor infecties  Welke AB hebben sterkste effect op darmflora? • AB die veel achterblijven (slechte resorptie) • AB die via gal worden uitgescheiden • AB met activiteit tegen anaerobe bacteriën 3.4. •

Belang van de commensale flora voor de gastheer

3.4.1. Positieve effecten Productie van metabolieten: o Bv. productie van vitamine K o Deconjugatie van galzuren en steroidhormonen in de darm → stimuleert enterohepatische cyclus (reabsorptie gal) o Detoxificatie carcinogene stoffen


 

1 8




•

•

Priming effect op immuunsysteem o Vooral commensale flora van de darm:  Oppervlakteantigenen van bepaalde bacteriën ≅ oppervlakteantigenen pathogenen → aanmaak kruisreagerende antistoffen vóór contact met pathogeen  Continue stimulatie immuunsysteem → beter voorbereid op pathogenen • Kiemvrije dieren: onderontwikkeld immuunsysteem • Probiotica: gelijkaardig effect • Vnl. in vitro bestudeerd ↔ in vivo gelijkaardig effect? o Bijkomende indicaties voor gunstige effecten probiotica:  Darminfecties  Auto-immuunaandoeningen (Crohn, colitis ulcerosa)  Rotavirusinfectie Kolonisatieresistentie o Normale flora inhibeert kolonisatie van DD of huid door pathogenen o Verklaring: metabool evenwicht aanwezig → geen metabole ruimte over voor vreemde bacteriën o Experimentele evidentie:  Ratten/muizen met normale darmflora → inoculatie met pathogeen (bv. Salmonella of Shigella) → kolonisatie door pathogeen moeilijk  Ratten/muizen met kiemvrije darmen → gemakkelijke kolonisatie → hoge aantallen pathogeen geïsoleerd uit feces  Bij de mens: gebruik van AB → gevoeliger voor darminfecties (zowel tgv exogene als endogene bacteriën). Vb: Clostridium difficile 3.4.2. Negatieve effecten van de commensale flora Productie van carcinogene stoffen o Vooral in commensale darmflora o Door metabolisatie van bestanddelen uit dieet (bv. rood vlees → darmkanker) Commensale flora als bron van opportunistische infecties o Verzwakt immuunsysteem gastheer → commensale bacteriën kunnen infecties veroorzaken  Aerobe darmbacteriën: meestal  Anaerobe darmbacteriën: zelden o Bijkomend probleem: vaak multiresistent (tgv frequent gebruik AB) o Resistentie → positieve selectie → resistentie doorgeven aan echte pathogenen → toenemende resistentie bij pathogenen !!! o Selectieve decontaminatie:  Eliminatie bepaalde kiemen uit de commensale darmen mondflora met AB  Bij patiënten voor transplantatie of kankertherapie  Anaerobe commensale darmflora wordt gespaard

4. PARASITISME •

Eén partner (bacterie) → schade aan andere partner (mens)


•


1 9

• • •

•

•

•


Manifestatie: infectieziekte (symbiose met MO → waarneembare schade en veranderingen in onze fysiologie) Pathogeen: MO dat capaciteit heeft om infectieziekte te veroorzaken o Cave: besmetting met pathogeen niet steeds → infectieziekte Virulentie: mate waarin een MO in staat is een ziekte te veroorzaken o Voorbeeld: N. meningitidis kapseltype B >>> virulentie dan andere kapseltypes o Ook afhankelijk van vatbaarheid gastheer Virulentiefactor: eigenschap (genproduct) die MO in staat stelt te vermenigvuldigen en schade te berokkenen o Voorbeeld: in N. meningitidis → het kapsel Obligate pathogeen: o MO die bijna steeds ziekte veroorzaken bij mensen met normale immuniteit (nog naïeve immuunstatus voor deze pathogeen) o MO waarvan de aanwezigheid niet compatibel is met gezondheid  Voorbeeld: Salmonella typhi, Mycobacterium tuberculosis, Shigella, Neisseria gonorrhoeae Types van infectieziekten o Acute infectieziekte  Besmetting gezonde mens → korte tijd → infectieziekte o Opportunistische infectieziekte  Bij abnormaal verminderde immuniteit  Moeilijk te behandelen  Aantal immuundeficiënte patiënten stijgt → opp. Infecties ook  Bacterie gedraagt zich slechts onder bepaalde condities alsdusdanig  Voorbeelden: • P. aeruginosa bij mucoviscidose patiënten • Katetherinfecties met coagulase-negatieve stafylokokken • Kankerpatiënten → bacteriën uit commensale darmflora o Nosocomiale infectieziekte  Opgelopen tijdens verblijf in ziekenhuis • Grote concentratie zieken • Aanwezigheid stammen met natuurlijke of verworven resistentie o Bv. MRSA (methicilineresistente Stafylokokkus aureus)  Andere voorbeelden: • Pseudomembraneuze colitis (Clostridium difficile) • Opportunistische infecties met P. aeruginosa  “Community-acquired infections”: infecties buiten ziekenhuis opgelopen o Chronische infectieziekte  Houdt lange tijd aan  Brengt beperkte maar duidelijke schade toe aan gastheer  Voorbeelden: • Treponema pallidum • Mycobacteria • Borrelia burgerdorfi



2 0



Voorwaarden voor chronische infectie? • Immuunsysteem kan pathogeen niet elimineren • Pathogeen heeft geen te hoge snelheid van vermenigvuldiging • Schade niet te groot → gastheer moet kunnen overleven o Latente chronische infectie  Pathogeen blijft aanwezig in gastheer maar zonder schade toe te brengen Hoe ontstaan pathogene bacteriën? o Duidelijk afgescheiden klonen → na verloop van tijd geëvolueerd tot toestand waarbij drager van bepaalde genen die met virulentie geassocieerd zijn o Populatie bacteriën < enkele duidelijk afgebakende klonen met constant genotype o Van alle klonen in bepaalde populatie: slechts bepaalde klonen geassocieerd met ziekte

•




2 1


IV.


ANTIBIOTICA 1. INLEIDENDE BEGRIPPEN

•

• 1.2. •

•

Werkingsmechanisme van antibiotica Chemische stoffen → interferentie met vitale processen bacterie o Bacteriostatisch → groei geremd  Meestal voldoende (rest wordt via immuunsysteem opgeruimd, bv door fagocytose)  Voorbeelden: • Tetracycline, chlooramfenicol, macroliden, trimethoprim, lincomycine, clindamycine. o Bactericide → bacterie wordt gedood  Bij immuundeficiënties of plaatsen waar humorale/cellulaire immuniteit moeilijk bij kan (hersenen, prothesen, ..)  Bij keuze: bactericide geniet voorkeur  Voorbeelden: • Penicillines, cephalosporines, aminoglycosiden, rifamycine, vancomycine. o Vaak bacteriostatisch of bacteriocide, afhankelijk van omstandigheden (concentratie, groeistadium bacterie)  Voorbeeld: • Penicilline: o Snelgroeiende bacterie → bactericide o Stationaire fase → weinig effect Specificiteit van antibiotica: o Metabool proces / doelwitenzym → uniek voor de bacterie (afwezig bij mens) o Bacterieel homoloog van metabool proces / enzym veel gevoeliger dan bij mens o AB opgestapeld in bacteriële cel → hogere concentraties Therapeutische marge: verschil actieve concentratie AB – toxische concentratie Activiteit en werkingsspectrum van antibiotica Uitdrukking activiteit antibioticum: o Minimale inhiberende concentratie (MIC) [mg/ml] o Minimale bactericide concentratie (MBC) [mg/ml]  In vitro groei remmen → aantal kiemen 1/1000  Bactericide AB: MIC ≅ MBC  Bacteriostatisch AB: MBC > MIC Werkingsspectrum: geheel van verschillende (klinisch belangrijke) bacteriënfamilies of – geslachten die geremd kunnen worden bij concentraties die bij de patiënt haalbaar zijn o Smal ↔ breed-spectrum (relatieve begrippen) o Gevoelig (S) MO: in vitro geremd door [AB] < internationaal overeengekomen limietwaarde of breekpunt  Breekpunt: concentratie die in serum kan worden bereikt na normale dosis

Hoofdstuk: ANTIBIOTICA

1.1. •

2 2



Intermediaire gevoeligheid (I of X): limietwaarde < concentratie waarbij bacterie gevoelig is < breekpunt voor resistentie  Klinisch: bacterie slechts gevoelig voor concentratie bij maximale dosis of enkel op plaatsen waar AB zich concentreert (bv. urinewegen) o Resistentie: geen in vitro inhibitie bij bovenste limietconcentratie o Terminologie meestal in klinische context gebruikt (klinische resistentie) Eénzelfde soort: verschillende stammen → verschillende gevoeligheid o Gaussverdeling (zeer gevoelig ↔ intermediair ↔ resistent) (Fig4.1-CD4.5) o Vergelijking activiteit verschillende AB → MIC50  MIC50: concentratie die ≥ 50% van alle stammen van een soort remt (modale gevoeligheid) • Weinig en traag beïnvloed door resistentie → maat om te beoordelen of MO binnen spectrum van een antibioticum valt  MIC90: concentratie die ≥ 90% van alle stammen van een soort remt ⇒ risico schatten om bij empirische therapie op een resistente kiem te stuiten: MIC90 <<< gevoeligheidsgrens → klein risico op therapiefalen (en vice versa) Biologische of epidemiologische resistentie: o Zeer actieve AB (bv. fluoroquinolonen) → natuurlijk bacteriepopulatie geremd bij zeer lage concentraties → indien MO resistent geworden tegen minder actief AB uit zelfde familie → in vitro gevoeligheid voor actieve analogen daalt: kruisresistentie → resistentie overschrijdt echter nog niet de klinisch bereikbare grenzen (resistentiemechanismen aanwezig, maar nog géén klinische resistentie) o Kruisresistentie:  MO grotere weerstand verworven tegen 1 AB → ook minder gevoelig aan tweede ander AB  Meestal tussen AB met zelfde werkingsmechanisme of chemisch verwant  Combinatie van twee of meerdere AB o Indicaties:  Ernstige infecties (bv. sepsis)  Kiemen die gemakkelijk resistent worden (bv. P. aeruginosa, M. tuberculosis) o Effect:  Synergisme: 1 + 1 > 2 • Verklaring: o Biochemische interactie (trimethoprim + sulfonamiden) o Verhoogde permeabiliteit (aminoglycosiden + β-lactams) o Beschermende werking (β-lactamase inhibitor + β-lactam)  Antagonisme: 1 + 1 < 2  Additief: 1+1=2

•

•

•

1.3. • •

Bepaling van de gevoeligheid van bacteriën aan antimicrobiële middelen Meten van de kleinste concentratie AB → groei testorganisme te inhiberen = Minimale inhibitorische concentratie (MIC) Voorwaarden bij bepaling:


o

2 3


•


o Stabiliteit antibioticum o Constante samenstelling kweekmedium o Constante ouderdom + grootte inoculum + incubatietijd Methoden: o Verdunningstechniek o Agar-diffusiemethode

1.3.1. Verdunningsmethode (CD4.6) • Buisjes / platen + voedingsbodem + concentratiereeks AB (1/2 dilutiereeks) o Inoculum toevoegen → groei volgen → bepalen MIC: laagste concentratie van het AB waarbij de groei geïnhibeerd wordt  Cave: afwezigheid bacteriële groei → inhibitie geënte bacteriën: ja → dood geënte bacteriën: niet zeker  Verificatie: entlus uit cultuur → voedingsbodem zonder AB → nagaan bij welke concentraties geen levensvatbare bacteriën meer aanwezig → bepaling MBC: minimale bactericide concentratie

1.4. •

•

• • •

Farmacokinetiek en farmacodynamiek van antibiotica Farmacokinetiek: verplaatsing vreemde stof in het lichaam o Absorptie o Weefseldistributie o Eliminatie Toediening: o Oraal ↔ Parenteraal (intramusculair (IM) – intraveneus (IV))  IV → onmiddellijk maximale concentratie in serum (Cmax) (CD4.8)  Oraal, IM → tijd nodig (Tmax) vooraleer Cmax bereikt Meting concentraties serum op ≠ tijdstippen → serumconcentratiecurve [mg/ml] = f(tijd) Oppervlakte onder de curve (AUC): integraal van de concentratie gedurende tijd tussen 2 toedieningen [uur x mg/ml] Biologische beschikbaarheid [%] van IM of perorale toediening → verschil in AUC tussen IV (≅ 100%) en IM/perorale toediening


1.3.2. Antibiogrambepaling volgens de diffusiemethode • 1ste diffusiemethode: o Petrischaal + voedingsbodem → bacterie uitplaten + schijfjes doordrenkt met bepaalde concentratie AB → AB diffundeert in medium → in nabijheid schijfje: inhibitie groei gevoelige bacterie o Grootte zone inhibitie ≅ maat voor gevoeligheid aan AB → diameterwaarden van de inhibitiezones ⇒ MO is gevoelig/intermediair/resistent de • 2 diffusiemethode: o MIC-bepaling via epsilometertest (E-test) o Filtreerpapierstrip met stijgende concentratie AB (CD4.7) → op agarmedium waarop bacterie uitgeplaat → diffusie AB tijdens incubatie → inhibitie groei bacterie  Indien concentratie < MIC: bacterie zal groeien tot aan papierstrip  Indien concentratie > MIC: bacterie naast strip geremd

2 4

• • •

•

•

•

•


Gemiddelde serumwaarde: AUC delen door aantal uren tussen twee toedieningen → theoretische in vivo activiteit van verschillende AB vergelijken Deel antibioticum dat aan eiwit gebonden is (<1% tot 98%) → inactief Serumconcentraties + verloop curve → berekening theoretische verdelingsvolumes: o Deel blijft in centraal compartiment (bloedbaan): Vc o Deel gaat naar weefsels: distributievolume Vd o Eenheid:  Liters vloeistof waarin AB theoretisch verdund is  Liters per kg lichaamsgewicht  Voorbeelden: • AB met laag verdelingsvolume: aminoglycosiden o Vd ± 8 liter o Blijven hoofdzakelijk in bloed + interstitieel weefselvocht • AB met hoog verdelingsvolume: quinolonen o Vd 120-150 liter o Concentraties in weefsels > dan in centraal compartiment o Opstapeling AB binnenin de cel Intracellulaire concentraties : enkel relevant bij → MO die intracellulair leven (Chlamydia, Legionella, Mycoplasma) → MO die in macrofagen kunnen leven (Brucella, Salmonella, Mycobacteria) ↔ meeste infecties: in interstitium → enkel serumconcentraties relevant Vreemde stoffen in lichaam → eliminatie o Snelst en gemakkelijkst: nieren o Urineconcentraties → renale klaring (ClR) o Afnemende serumconcentraties → totale klaring (ClT) → niet-renale klaring: o Verschil tussen ClR en ClT  Galwegen, darmwand, via melk, hoornlagen, afbraak tot metabolieten, etc… o Halfleven (T1/2) [h of min]: tijd om van [AB]serum → 0.5x[AB]serum Implicaties: o Kennis farmacokinetische eigenschappen → keuze antibioticum  Biologische beschikbaarheid ampicilline < ampicilline-esters of amoxicilline  Indien halfleven groter → grotere tussenpozen in toediening  Hoge eiwitbinding → lage AUC van de niet-gebonden (actieve) vorm → • lagere concentraties vrij product direct na toediening • wel gedurende langere tijd actieve concentraties in serum weefsels (door minder filtratie nieren) Bepaalde AB → kleine marge tussen optimale therapeutische en toxische concentratie (bv. aminoglycosiden) → dosis aanpassen aan effectief gemeten serumwaarden: drugmonitoring o Parameter 1: dalwaarde (laagste concentratie gemeten juist voor volgende toediening) → indicatie over eliminatie o Parameter 2: piekwaarde → belangrijk voor therapeutische activiteit  Cave: piekwaarde = gestabiliseerde piekwaarde na verdeling over weefsels



2 5

Bacteriologie – J. Van Eldere • • •


Farmacodynamiek: relatie tussen serumconcentratie van AB en het therapeutische (antibacteriële) effect Combinatie kinetiek en dynamiek (PK/PD) → hoe AB moet worden toegediend voor maximaal antibacterieel effect Tijdsfhankelijke ↔ concentratieafhankelijke AB: obv studies in vitro, proefdieren, etc. o Tijdsafhankelijke AB:  Concentratieonafhankelijk  Stijgende concentratie boven MIC → antibacterieel effect stijgt matig  Optimaal effect AB (CD4.9) → zo lang mogelijk voldoende hoge concentratie AB nodig (>MIC)  Algemeen: “tijd boven MIC” moet ≅ 50% doseringsinterval (CD4.10) Doseringsinterval: tijd tussen twee opeenvolgende toedieningen AB

Voorbeelden (Tabel4.1): • β-lactam antibiotica o Cave: β-lactams: korte T1/2 ⇒ gefractioneerde toediening → toch >50% “tijd boven MIC” • Macroliden Concentratieafhankelijke AB:  Tijdsonafhankelijk  Stijgende concentratie → sterke stijging antibacteriële activiteit  → Geen gefractioneerde toediening nodig ⇒ éénmaal per dag hoge dosis  Voorbeelden (Tabel 4.2): • Fluoroquinolonen • Aminoglycosiden o Bij deze AB: belangrijke parameters om efficiëntie te evalueren:  Piekconcentratie (Cmax)  Oppervlakte onder de curve boven MIC (AUIC) (CD4.9) 

o

1.5.

Bacteriële resistentie tegen antibiotica

•

DE VERMINDERDE PENETRATIE VAN HET ANTIBIOTICUM IN DE BACTERIËLE CEL TEN GEVOLGE VAN EEN VERMINDERDE OPNAME OF VERHOOGDE EFFLUX

o o

o

Gramnegatieve bacteriën: buitenste membraan (met LPS) → weinig doorlaatbaar Influx hydrofiele moleculen door buitenmembraan gramnegatieve bacteriën: via watergevulde kanalen opgebouwd uit porineproteïnen  Verlies porines → resistentie (bv. P. aeruginosa) Efflux van antibiotica → eveneens resistentie


1.5.1. Resistentiemechanismen • Resistentie → drie verschillende mechanismen: o Verminderde penetratie AB in bacteriële cel (door ↓ opname of ↑ efflux) o Enzymatische inactivatie van de AB o Verandering in het doelwit

2 6


Bv. Enterobacteriaceae: plasmiden met genen voor energieafhankelijke effluxpompen in membraan → tetracyclines actief opgenomen, maar snellere excretie → lagere activiteit

•

ENZYMATISCHE INACTIVATIE VAN DE ANTIBIOTICA o Mechanismen enzymatische inactivatie:  Hydrolyse (bv. β-lactamase)  Vorming niet-actieve derivaten (bv. fosforylatie – adenylatie van aminoglycosides) o Gevolg → AB kan niet meer binden aan doelwit

•

VERANDERING IN HET DOELWIT o Structurele veranderingen in bacterieel doelwit → affiniteit AB ↓  Voorbeeld: gewijzigde penicilline-bindingsproteïnen in pneumokokken of in MRSA → resistentie tegen β-lactam AB o Concentratieverhoging bacterieel doelwit: overmaat doelwitmolecule ↔ te weinig AB  Voorbeeld: vancomycineresistentie in stafylokokken o Duplicatie functie van het doelwitmolecule  Voorbeeld: trimethoprimresistentie: productie nieuw proteïne met zelfde functie, andere structuur → omzeilen metabolische blokkade (inhibitie bacteriële dihydrofolaatreductase)

1.5.2. Natuurlijke versus verworven resistentie • Biochemische en genetische resistentiemechanismen → al lang in natuur aanwezig • Meeste basisstructuren AB < natuur: productie door diverse MO o Relevantie?  Expansie van concurrerende species verhinderen → zelf meer voedsel en ruimte  Opdat concurrerende species tóch overleven → resistentiemechanismen ontwikkelen → vele MO uit natuur zijn al resistent tegen AB die klinisch gebruikt worden = natuurlijke resistentie  Pathogenen en commensalen specifiek bij mens → aangepast aan mens of andere gastheer → nooit in contact geweest met AB-producerende MO → meestal nog zeer gevoelig aan AB • Mechanismen natuurlijke resistentie: o Geen of onvoldoende penetratie AB o Doelwit ontbreekt o Geen of onvoldoende affiniteit van het doelwit o Natuurlijke aanwezigheid neutraliserende enzymen o Combinatie van bovenstaande • Indien natuurlijke gevoeligheid → resistentie kan verworden worden door: o Mutatie en selectie o Opname van nieuw DNA





2 7

•

•

•


MUTATIE EN SELECTIE o Resistentiemutatie → NIET geïnduceerd door AB ! o Wel: optreden spontane mutatie → positieve selectie: minst gevoelige mutant groeit best → overgroeit gevoelige stam o Zeldzaam: chromosomale mutaties → meetbare verhoogde resistentie  Voorbeeld: mutaties in QRDR van de topoisomerase-genen → stapsgewijze ontwikkeling resistentie tegen fluoroquinolonen (QRDR: quinolone-resistance defining region) OPNAME VAN NIEUW DNA o Overdracht mogelijk van resistentiegenen → integratie in bacterieel chromosoom → stabiele overerving van generatie op generatie o Extrachromosomale aanwezigheid resistentiegenen (bv. conjugatief / nietconjugatief plasmide) o Nieuwe resistentiegenen (chromosomaal/plasmide) → overdracht mogelijk via  Conjugatie • Meest voorkomende vorm van resistentieoverdracht • Vooral gramnegatieven • Coresistentie: plasmide → genen coderen voor resistentie tegen meerdere verschillende AB  Transductie • Overdracht van resistentiegenen (op chromosoom of plasmide) door bacteriofagen • Bv. Stafylokokkus aureus → sommige plasmiden niet zelfoverdraagbaar (conjugatief)  Transformatie • Basis van penicillineresistentie bij pneumokokken en Neisseriaspecies • Penicillineresistente pneumokokken: genen voor veranderde PBPs < °streptokokken → via homologe recombinatie geïntroduceerd in oorspronkelijk PBP-gen o Transposons:  Kunnen resistentiegenen bevatten  Kunnen zich verplaatsen in chromosoom of tussen chromosoom ↔ plasmide ⇒ stijging mobiliteit en verspreiding resistentiegenen Intergenerische verspreiding van resistentie: o Tussen grampositieven onderling Bv. stafylokokken, enterokokken o Tussen gramnegatieven onderling Bv. Enterobacteriaceae, Pseudomonas o Grampositieven → gramnegatieven o ZELDEN: gramnegatieven → grampositieven



2 8



2. WERKING EN EIGENSCHAPPEN VAN DE VOORNAAMSTE GROEPEN ANTIBIOTICA 2.1.

Antibiotica werkzaam op het intermediaire metabolisme

2.1.1. Werkingsmechanisme 2.1.2. Sulfonamiden 2.1.3. Trimethoprim 2.2.

Antibiotica die inwerken op nucleïnezuren

2.2.1. Quinolonen (fluoroquinolonen) 2.2.2. Rifamycines

2.3. •

• • •

Antibiotica die de eiwitsynthese verstoren Proces van eiwitsynthese (Fig4.10-CD4.19): o vorming mRNA o mRNA bindt aan 30S ribosoom o initiatie tRNA hecht aan initiatiecodon van het mRNA o binding 50S ribosoom ⇒ functioneel ribosoom gevormd o 50S ribosoom → 2 bindingsplaatsen voor tRNA:  A-plaats → aanhechting a-tRNA  P-plaats → voor groeiende peptideketen o transferfase:  Na initiatiefase: aanhechting a-tRNA + gepast anticodon voor eerstvolgende mRNA-tripletcodon op A-plaats o transpeptidatiefase  Laatst aangehechte AZ op de P-plaats verbonden met nieuwe AZ door peptidyltransferase o translocatiefase  Na loslaten tRNA: ribosoom verschuift over mRNA keten → groeiende peptideketen komt op P-plaats terecht Verdere synthese: herhaling transfer, transpeptidatie, translocatie → tot eindsignaal op mRNA keten Eindsignaal = nonsens codon (niet coderend) → activatie release factor → polypeptide los van tRNA → 2 ribosoomcomponenten komen vrij Polysoom: reeks opeenvolgende ribosomen die simultaan eenzelfde mRNA aflezen


2.2.3. Nitro-imidazolen

2 9



2.3.1. De groep van de 30S-inhibitoren 2.3.1.1.

Aminoglycosiden en aminocyclitols

2.3.1.2.

Tetracyclines

2.3.2. De groep van de 50S-inhibitoren

2.3.2.1.

Chlooramfenicol

2.3.2.3.

Macroliden

2.3.2.2.

Thiamfenicol

2.3.2.4.

Lincosamiden

2.3.2.5.

2.3.2.5.1.

Synergistines (of streptogramines)

2.3.2.5.2.

Virginiamycine

2.3.2.6.

Fusidanes

2.4. • • •

Synercid

Antibiotica die de celwandsynthese storen Bacteriële celwand: complexe structuur - uniek in natuur ⇒ celwand = goede target voor antibacteriële chemotherapie Biosyntheseweg bacteriële celwand: 4 stadia (CD1.7) STADIUM 1. INITIËLE ASSEMBLAGE o Cytoplasma: synthese laagmoleculair gewicht-precursoren  UDP-N-acetyl-glucosamine (UDP-GlcNAc) en  UDP-N-acetylmuramyl-L-alanyl-D-isoglutamyl-L-aminozuur-D-alanyl-Dalanine (UDPMurNAc-pentapeptide)

o o o

•

UDPMurNAc: gevormd < UDP-GlcNAc door toevoeging fosfo-enolpyruvaat Dan: pentapeptide aan UDPMurNAc aangebouwd – laatste 2 AZ: D-alanine Deze rechtsdraaiende vorm van alanine: gevormd uit het gewone L-alanine → aangehecht aan tripeptide door D-alanine-D-alaninesynthetase ⇒ deze stap: inhibitie door D-cycloserine

STADIUM 2. TRANSMEMBRAANTRANSPORT o Gekatalyseerd door membraangebonden enzymen: achtereenvolgende transfer van fosfo-MurNAc-pentapeptide en GlcNAc naar undecaprenylfosfaat (lipdencarrier in membraan)


door enzymen die de specificiteit bepalen van de AZ samenstelling van het pentapeptide

3 0


o o


Hierdoor: vasthechting van de peptidoglycaansubeenheid (het disaccharidepentapeptide) aan het undecaprenylpyrofosfaat mbv undecaprenyldiphosphomuramoylpentapeptide β-N-acetylglucosaminyl transferase Via undecaprenylpyrofosfaat: transport doorheen cytoplasmamembraan van de basisunit (het disaccharide-pentapeptide) Blokkage van het fosfolipidentransportsysteem door bacitracine

•

STADIUM 3. TRANSGLYCOSYLATIEREACTIE o Gekatalyseerd door peptidoglycaan glycosyltransferase o Hierbij: groeiende glycaanketen getransfereerd van lipidencarrier → nieuw gevormde disacharide-pentapeptide o Dus: groeiende glycaanketens verlengd (1 eenheid/keer) + blijven verbonden met het membraan via de lipidencarrier o Remming van deze stap dmv glycopeptide-AB vancomycine en teicoplanine

•

STADIUM 4. TRANSPEPTIDASEREACTIE o Groeiende glycaanketens worden aangehecht aan bestaande peptidoglycaannetwerk in de groeiende celwand o Een D-alanine-residu van een PG-keten wordt afgesplitst → energie bewaard in een acyl-enzymcomplex o Dit complex: aangevallen door een aminogroep aanwezig in de zijketen van het derde AZ van een ander pentapeptide o Resultaat: brug tussen twee peptidenketens o Op deze wijze: vereiste van ATP-behoefte omzeild (geen ATP beschikbaar op deze plaats) o Remming van deze stap door β-lactam antibiotica (penicillines, cefalosporines, monobactams, carbapenems)

2.4.1. D-cycloserine 2.4.2. Bacitracine 2.4.3. Glycopeptide-antibiotica (vancomycine en teicoplanine)

1. β-lactamasen o Bij nagenoeg alle bacteriën (Gram+, Gram-, aeroob, anaeroob) o Meest voorkomende: serine- β-lactamasen • Hebben serineresidu → reageert met carbonylgroep β-lactamring • Worden ingedeeld in 3 groepen (obv AZ-samenstelling): o Klasse A  plasmide-gecodeerd o Klasse C  chromosoom van de cel


2.4.4. β-lactam-antibiotica • Resistentie tegen β-lactam antibiotica (3 mechanismen):

3 1

o

o

o


 gewoonlijk induceerbaar  soms constitutief (lage concentratie) o Klasse D • sommige β-lactamasen meer actief tegen penicillines / cefalosporines / tegen beide even actief Algemeen meest verspreide β-lactamasen: klasse “A” plasmidegecodeerde β-lactamasen van het TEM-type • Aanwezig in o Enterobacteriaceae o H. influenzae o gonokokken o enterokokken • Van dit type: vele varianten → slechts verschillend door 1-3 ∆AZ in buurt van actieve gedeelte van het enzym o Deze mutanten: ° door uitselectie tgv veel AB-gebruik o Hierdoor: zeer sterke affiniteit + activiteit tegen cefalosporines van de 3de en 4de generatie (cefalosporines met “extended spectrum”) o Deze gemuteerd TEM- β-lactamasen: “ESBL” (extendedspectrum β-lactamasen) → belangrijke bron van resistentie in ziekenhuisbacteriën Veelvuldig gebruik penicilline ↔ meeste Gram+ tóch gevoelig aan penicilline gebleven want kunnen geen R-plasmiden opnemen • Uitzondering: S. aureus o β-lactamasen van S. aureus vnl. actief tegen  penicilline G  ampicilline  carbenicilline o kunnen echter moeilijk penicillinase-stabiele penicillines hydrolyseren:  methicilline  cloxacilline  cefalosporines o penicillinase van stafylokokken (zeer verspreid): gecodeerd door plasmide → enkel overdracht binnen genus o deze β-lactamase: enige die actief gesecreteerd wordt → penicilline uitwendig geïnactiveerd ⇒ kleine percentage resistente kiemen kan hele populatie van gevoelige soortgenoten beschermen • Gram- bacteriën: β-lactamasen blijven in periplasmatische ruimte → vallen daar het AB aan vooraleer dat de receptorplaats kan bereiken ⇒ beschermen enkel de individuele cel Constitutieve chromosomale β-lactamasen → permanente productie maar kleine hoeveelheden



3 2



•

2. PBP-gemedieerde resistentie o β-lactam AB → binden aan PBP’s o Resistentie: mutatie → binding AB aan PBP’s ↘ o Methicilline-resistente S. aureus (MRSA): productie nieuw PBP: • Geproduceerd in grote hoeveelheden • Affiniteit voor β-lactam AB: 100-1000x ↘ dan andere HMM-PBP’s Gevolg: stabiliteit binding met β-lactam AB ↘↘ o PBP-gemedieerde resistentie: aangetoond voor andere bacteriesoorten: • Haemophilus influenzae • Neisseria gonorrhoeae • Streptococcus pneumoniae • Staphylococcus epidermidis 3. Verandering van membraanpermeabiliteit o Gram- bacteriën: buitenmembraan → obstakel bij diffusie β-lactam AB naar doelmoleculen (thv cytoplasmatische membraan) o Bij ∆doorlaatbaarheid buitenmembraan tgv verandering/verlies porineproteïnen ⇒ verminderde opname β-lactam AB • Opm: indien β-lactamasen in periplasmatische ruimte ⇒ verminderde opname nog meer uitgesproken •

Neutralisatie antibiotische activiteit: afh. samenspel van factoren: 1. Snelheid van penetratie AB 2. Relatieve affiniteit AB voor de PBP’s en eventuele β-lactamasen 3. Aantal aanwezige β-lactamasemoleculen en hun hydrolysesnelheid


o

Cefalosporinase van Enterobacter, Serratia, Morganella, Citrobacter freundii en P. aeruginosa → normaal induceerbaar (door cefalosporine: neemt repressorfunctie weg) • Veelvuldig gebruik cefalosporines 3de generatie → constitutieve mutanten uitgeselecteerd: o hebben repressorgen verloren o produceren permanent cefalosporinase o hierdoor: hooggradig resistent tegen alle cefalosporines (inclusief 3de generatie + monobactams) 2de groep β-lactamasen (minder voorkomend): metallo- β-lactamasen (= βlactamasen klasse B) • Gebruiken divalent kation (zink) gebonden aan His-/Cys-residu (of beide) → hiermee reactie met carbonylgroep van de amidebinding van de meeste penicillines, cefalosporines en carbapenems • Enige groep β-lactams waarop inactief: monobactams • Niet geïnhibeerd door β-lactamase-inhibitors • Oorspronkelijk teruggevonden op chromosoom bep. bacteriën, later eveneens op plasmiden (bv. P. aeruginosa) • Voorkomen van deze breedspectrum β-lactamasen: beperkt

3 3

Bacteriologie – J. Van Eldere • •


Gevolg: alle gradaties van resistentie (intermediaire gevoeligheid ↔ extreem hoge resistentie) Zgn. β-lactamase-stabiele β-lactam AB: geringe affiniteit voor β-lactam enzym ⇒ trager vernietigd ⇒ blijven actief tegen ≠ β-lactamase-producerende bacteriën (tenzij β-lactamase productie zeer hoog wordt)

2.4.5.1. Penicillines • Meeste penicillines: semisynthetisch bereid <° aminopenicillinezuur (APZ, weinig AB actief) (Fig4.20-CD4.29) • Oorsprong APZ? o Mengsel van biosynthetisch bereide penicillines → enzymatische/chemische verwijdering zijketen • Indeling penicillines → verschillende subklassen obv o zuurresistentie o β-lactamase-gevoeligheid o spectrum • Indeling: 1. β-lactamase-gevoelige engspectrumpenicillines:  Voorbeelden: • benzylpenicilline • langwerkende parenterale derivaten • verwante orale penicillines (Cf. 2.4.5.1.1. → 2.4.5.1.3.)  Hoogste activiteit tegen Gram+  Weinig activiteit tegen Gram Gevoelig aan β-lactamase 2. Engspectrumpenicillines resistent tegen stafylokokkenpenicillinase (Cf. 2.4.5.1.4.)  Iets lagere activiteit tegen Gram+  Inactief tegen Gram Relatief ongevoelig voor β-lactamase van Gram+ 3. β-lactamase-gevoelige breedspectrumpenicillines: aminopenicillines (Cf. 2.4.5.1.5.)  Toegenomen activiteit tegen aantal Gram- (enterobacteriën – Haemophilus)  Gevoelig aan β-lactamasen van stafylokokken en Gram4. β-lactamase-gevoelige penicillines met uitgebreid spectrum: anti-Pseudomonas penicillines (Cf. 2.4.5.1.6.)  Nog uitgebreidere activiteit tegen Gram5. Penicillines met Gram- activiteit maar ongevoelig voor β-lactamase van enterobacteriën (Cf. 2.4.5.1.7.) 6. β-lactamase-inhibitoren (Cf. 2.4.5.1.8 → 2.4.5.1.9)


2.4.5. β-lactam-subgroepen

3 4



2.4.5.1.1.

Penicilline G (benzylpenicilline)

2.4.5.1.2.

Penicilline V (fenoxymethylpenicilline)

2.4.5.1.3.

Procaïne-benzylpenicilline, benzathine-benzylpenicilline

2.4.5.1.4.

Methicilline en isoxazolylpenicillines (oxacilline, cloxacilline, dicloxacilline, flucloxacilline)

2.4.5.1.5.

β-lactamase-gevoelige breedspectrumpenicillines

2.4.5.1.6.

β-lactamase-gevoelige penicillines met uitgebreid spectrum

2.4.5.1.7.

Penicillines met gramnegatieve activiteit maar ongevoelig voor β-lactamase van enterobacteriën

2.4.5.1.8.

Clavulaanzuur

2.4.5.1.9.

Tazobactam

2.4.5.2.

2.4.5.2.1.

Cefalosporines

Cefalosporines van de eerste generatie

2.4.5.2.2.

Cefalosporines van de tweede generatie

2.4.5.2.3.

Cefalosporines van de derde generatie

2.4.5.2.4.

Cefalosporines van de vierde generatie

2.4.5.3.

Monobactams

2.4.5.4.

Carbapenems

2.5.

Antibiotica die de membraanfunctie verstoren: polymyxines

2.6.

Andere antibiotica

2.6.1. Nitrofuranen


2.6.2. Tuberculostatica

3 5


V.


STERILISATIE EN ONTSMETTING • •

•

• •

•

•

Medische praktijk → vernietigen MO / inhiberen groei: belangrijk Besmetten en besmetting → overbrengen van MO op voorwerp/weefsel o Besmette wonde ↔ geïnfecteerde wonde o Besmetting = contaminatie o Besmettelijke ziekte → overgedragen door MO Infectie, infecteren, geïnfecteerd zijn → vermenigvuldiging van MO heeft plaats ⇒ klinische gevolgen o Geïnfecteerde wonde → groei van bacteriën → ontsteking o Bij veralgemeende tekens van ontsteking (bv. koorts, malaise) → infectieziekte Kolonisatie → vermenigvuldiging MO in / op weefsels zonder symptomen Steriel, steriliseren, sterilisatie → doden van alle leven, vnl. MO (in vloeistoffen/voorwerpen) o Weefsels → kunnen niet gesteriliseerd worden (→ zelf dood) o Instrumenten (stiletten, scharen, pincetten) → wel sterilisatie Ontsmetten → desinfectie en antisepsis o Desinfecteren → ontsmetten van voorwerpen en oppervlakken o Antisepsis (met antisepticum) → ontsmetten van levende weefsels o Na ontsmetting → niet volledig kiemvrij → wel voldoende MO verwijderd → geen besmettingen meer overgebracht Bacteriostatisch en bactericide → mbt werkingsmechanisme antibacteriële middelen o Bacteriostatisch:  Belet vermenigvuldiging bacteriën  Doodt ze niet  Bacteriën hervatten groei in medium zonder bacteriostaticum of na neutralisatie bacteriostaticum o Bactericide:  Doodt bacteriën, bv. door • Lysis • Schade aan vitaal enzymsysteem  Irreversibel o Opm. bacteriostatisch bij lage concentratie kan → bactericide bij hoge concentratie of verlengde contacttijd o Analoog: fungicide, virucide, tuberculocide ontsmettingsmiddelen

2. STERILISATIE DOOR WARMTE, BESTRALING, FILTRATIE, GAS EN ONDERDOMPELING •

Ziekenhuis → medisch materiaal bij voorkeur gesteriliseerd door o Vochtige warmte o Gassterilisatie (bij hittegevoelig materiaal) o Onderdompeling in glutaaraldehyde-oplossing (endoscopen)

Hoofdstuk: STERILISATIE EN ONTSMETTING

1. INLEIDING

3 6

Bacteriologie – J. Van Eldere •


In specifieke gevallen: o Bestraling o Filtratie

2.1. Sterilisatie door warmte 2.1.1. Droge warmte 2.1.1.1. Incineratie • Verbranding → besmettelijk materiaal (bv. lichaamsvochten, geamputeerd weefsel, sputumbakjes, …) • Lijkt eenvoudig – omzichtigheid geboden 2.1.1.2. Heteluchtoven • Poupinelapparaat → glaswerk, metaal, poeders, hittebestendige materialen • Verwarming op 160°C – 120 minuten → alle levend materiaal vernietigd • Nadelen: o Lange duur o Beschadiging van materialen ⇒ beter: sterilisatie door vochtige warmte

2.1.2.1. Stoomsterilisatie (autoclaveren) • Uitstomen → vernietiging alle MO, inclusief sporen • Duur van blootstelling ≈ 1/temperatuur van de stoom • Onder atmosfeerdruk: o Stoom: 100°C o Duur: 20 uur → onpraktisch maar wel goede ontsmettingsmethode • Afgesloten stoomketel (autoclaaf) → hogere druk: o Stoom > 100°C o Kortere duur • Standaardautoclaaf: o Stoom: 121°C o Duur: 15 minuten o Afwijkingen:  Thermolabiele componenten → T ↘ en duur ↗ (bv. 115°C – 51 min)  Creutzfeld-Jakob → 134°C – 18 min (prionen: 121°C niet voldoende) • Algemeen: sterilisatie wordt bepaald door druk in ketel, niet temperatuur 2.1.2.2. Pasteurisatie • Géén vorm van sterilisatie • Alternatief voor sterilisatie van voedsel → meeste eiwitten denatureren niet bij pasteurisatie ⇒ voedsel en drank behouden smaak en consistentie


2.1.2. Vochtige warmte • Werkt steriliserend bij lagere temperatuur dan droge warmte • Gebruik voor stoffen of voorwerpen die in heteluchtoven beschadigd/vernietigd

3 7

Bacteriologie – J. Van Eldere • • • •


Doodt meeste vegetatieve vormen en sommige sporen in waterige oplossingen of suspensies of vast voedsel Oorspronkelijk: 60°C – 30 min Industrie: hogere temperaturen – kortere tijden (bv. 70°C – 15 à 20 sec. / 80°C – 3 à 4 sec) Gepasteuriseerd voedsel → niet onbeperkt houdbaar

2.2. Sterilisatie door bestraling 2.2.1. Ultravioletstraling • UV-stralen → penetreren niet → praktijk: weinig nut • Enkel MO op bovenste laag van oppervlak worden gedood • Toch enkele selectieve toepassingen: o Kiemarm houden lokalen (bv. OK, labo’s) of bioveiligheidskabinetten indien:  Oppervlakken glad, rein en stofvrij  Oppervlakken bereikbaar voor rechtstreeks of weerkaatst UV-licht • UV-licht → niet door gewoon glas, wel kwartsglas • Cave: o schadelijk voor huid en ogen o enkel in afwezigheid van personeel

2.3. Sterilisatie door filtratie • Voor vloeistoffen en gassen 2.3.1. Vloeistoffiltratie • Voor hittegevoelige oplossingen • Filters → poriën 0.22 µm 2.3.2. Luchtfiltratie • Labo’s microbiologie → laminaire luchtstroomkasten (clean bench): o geen besmetting van cultuurmedia o bescherming technici tegen pathogenen • Soms: operatiezalen → ingericht als clean rooms (met (niet)-laminaire luchtstroom) • Vooral belang bij orthopedische operaties (prothesen)


2.2.2. Ioniserende stralen • Gammastralen: o radioactief – korte golflengte o goede penetratie o zeer effectief • Gebruik → vnl. industrie voor sterilisatie van o Voedsel o Geneesmiddelen o Petrischalen o Spuitjes • Procedure: eerst materiaal verpakt → sterilisatie met verpakking en al

3 8



Isolatiekamers met luchtfiltratie → behandeling patiënten met ↓ weerstand (bv. na beenmergtransplantatie)

2.4. Sterilisatie door gas 2.4.1. Ethyleenoxide • Toxisch en ontvlambaar gas • Hoog penetratievermogen • Sterilisatie dmv ethyleenoxide → speciale sterilisatoren aan 50°C • Vooral in industrie + ziekenhuizen → materiaal dat niet mbv warmte kan worden gesteriliseerd • Vbn: medisch materiaal voor éénmalig gebruik (plastic spuitjes, infusiesets, …) 2.4.2. Formaldehyde • Steriliserend gas → materiaal ontsmetten en zelfs steriliseren (dmv speciale sterilisatoren) • Tegenover ethyleenoxide: o Goedkoper (+) o Minder gevaarlijk (+) o Minder penetrerend (-) • Gebruik → materiaal dat niet geautoclaveerd kan worden maar wel tot 80°C verwarmd 2.5. Sterilisatie door onderdompeling

3. ONTSMETTING • • •

Niet alle MO gedood ↔ sterilisatie Ontsmetting voorwerpen, oppervlakken, weefsels ⇒ besmetting niet overdragen “Ideaal” ontsmettingsmiddel: onmogelijk ↔ steeds compromis tussen o Concentratie o Prijs o Inwerkingstijd o Toxiciteit o Werkzaamheid

3.1. Systematische bespreking van ontsmettingsmiddelen 3.1.1. Alcoholen • Alifatische alcoholen → antiseptische werking obv


2.5.1. Glutaaraldehyde • Toxisch voor alle MO • Sterilisatie → 2% oplossing (Aldetex, Cidex) o Ontsmetting → onderdompeling gedurende 10 minuten o Volledige sterilisatie → 6 tot 10 uur • Beperkt gebruik → ontsmetting en sterilisatie van hittegevoelig materiaal (vnl. endoscopen) o Prijs o Toxiciteit o Beperkte houdbaarheid oplossing

3 9


•

•

• •

o Denaturatie van proteïnen o Oplossen van vetten Werkingsspectrum: o Bactericide o Virucide o Fungicide o Matig sporocide Meest gebruikt: o ethanol = ethylalcohol o USA: isopropylalcohol (beetje actiever) Ethanol → waterige oplossing van 70% o = optimum o bij concentratie ↓ of ↑ ⇒ antiseptische werking ↓↓ Opdat ontsmettingsalcohol niet als drank ⇒ beetje ether / aceton erbij (denaturatie) Belangrijkste toepassingen: o desinfectie intacte huid  ontsmettende werking niet langdurig genoeg voor grote ingrepen  wel voldoende voor injecties  in ziekenhuis: alcohol-gel (85%) voor handontsmetting o ontsmetten kleine apparatuur en oppervlakken o inactief tegen HBV → onvoldoende voor injectienaalden, chirurgische instrumenten

3.1.2. Chloorverbindingen • Bepaalde ontsmettingsmiddelen actief door afgifte chloor • Werkingsspectrum: o Bactericide o Fungicide o Virucide o Licht sporocide • Chloorkalk [Ca(ClO)2] o Ontsmetten van sterk vervuild afvalwater:  Stoelgang van patiënten met intestinale infecties  Rioolwater o Op kadavers strooien bij natuurrampen → bestrijdt rottingsgeur o Brokkelig poeder → oplossen in H2O (3%) → vrijzetting Cl2 • Bleekwater o Oplossing van NaCl en NaClO o Goed ontsmettingsmiddel voor H2O o Leidingwater → steeds in bepaalde mate gechloreerd met ClO- of Cl2 o Organisch besmet water → chloreren → drinkbaar • Chlooramine o Naam voor diverse organische chloorverbindingen → na oplossen in water → Cl2 • Carreloplossing: 0.2% in water • Voor wonden, slijmvliezen, materiaal door onderdompeling → beter 0.5% oplossing


•


4 0



3.1.4. Chloorhexidine • Werkingsspectrum: o Bactericide o Weinig fungicide o Niet sporocide o Niet virucide o Niet tuberculocide • Gebruik → ontsmetting levende weefsels • Chloorhexidine 0.5% in 70% alcohol o Ziekenhuizen → antisepticum voor intacte huid o Voor injectie, bloedname, preoperatief o Wanneer jood niet gebruikt kan worden o Preoperatieve handontsmetting • Chloorhexidine 4% oplossing met detergent: Hibiscrub  o Preoperatieve handontsmetting • Waterige 0.05%-oplossing o Ontsmetten van wonden en slijmvliezen • HAC = Hospital Antiseptic Concentrate o Combinatie zeep (cetrimide) + 1.5% chloorhexidine in water o Als 3.5%-verdunning in water → open geïnfecteerde wonden o Als 1%-verdunning in water → ontsmetting instrumenten 3.1.5. Peroxiden • Zuurstofwater 10 vol% bevat 3% H2O2 • Werkingsspectrum: o Sporocide


3.1.3. Jodium en jodoforen • Werkingsspectrum: o Bactericide o Fungicide o Virucide o Sporocide • Te lang contact aan te hoge concentratie → dermatitis • Als ontsmettingsmiddel: o 1 of 2% oplossing in alcohol (joodalcohol) o Residuele werking → gebruik voor preoperatieve ontsmetting huid o Wordt geresorbeerd → nooit bij pasgeborenen • Jodoforen: o Organische joodverbindingen, H2O-oplosbaar → trage vrijzetting jood o Veel gebruikt: Isobetadine-zeep  Vloeibare zeep  Actief bestanddeel: 7.5% povidonejood  Chirurgische handreiniging o Kunnen eveneens allergie veroorzaken + worden geresorbeerd

4 1


•


o Bactericide tegen anaeroben o Niet actief tegen S. aureus Vooral voor bevuilde straatwonden

3.1.6. Zware metalen

Zilver • Colloïdaal zilverpreparaten bevatten Ag en AgO: o in waterige eiwitoplossingen (concentraties: 5 → 15 %):  Protargol  Protargent  Collargol o of in suspensie van eidooier in water  Vitellinezilver  Nuclargent  Argyrol o Deze preparaten → slijmvliesantisepticum (neusdruppels, oogdruppels) • Zilvernitraat (AgNO3) o Gebruik in oftalmologie o Het NO3-ion → werkt oxiderend → bijkomende antiseptische werking o “Oplossing van Credé”: 1% AgNO3 in water:  Vroeger: ontsmetting oogslijmvlies pasgeborenen (crederen) → preventief gonokokkeninfectie van het oog 3.1.7. Formaldehyde • Formaldehyde = formol • Gas → sterk oplosbaar in water • Formaline: oplossing (35%) van formaldehyde in water o Werkingsspectrum:  Bactericide  Fungicide  Virucide o Gassen sterk prikkelend o Allergeen


Organische kwikverbindingen • Bekendste organische kwik-antisepticum: mercurochroom: o Kwikverbinding van bromofluoresceïne o Gebruikt in waterige of alcoholische oplossingen  1% in H2O voor ontsmetten slijmvliezen en huidwonden  1% in alcohol voor ontsmetten huid o Populair door rode kleur o Echter:  Slecht antisepticum  Snel geïnactiveerd door alle organisch materiaal  Toxisch

4 2


•


o Enkel gebruik voor ontsmetting oppervlakken, instrumenten, vloeren Werkzaamheid ↑↑ ⇒ formaldehyde vaak combinatie met andere ontsmettingsmiddelen (bv. glutaaraldehyde of quaternaire ammoniumverbindingen zoals Lysoformin 2000K).

3.1.9. Glutaaraldehyde • Eén van de meest werkzame ontsmettingsmiddelen • Ook gebruikt voor sterilisatie • Werkingsspectrum: o Bactericide o Fungicide o Virucide o Sporocide • Voorbehouden voor ontsmetting/sterilisatie hittegevoelig materiaal (bv. endoscopen) wegens: o Hoge prijs o Toxiciteit o Beperkte houdbaarheid oplossing 3.2. Algemene richtlijnen voor ontsmetting 3.2.1. Ontsmetten van kamers, lokalen en ruimten • Afhankelijk van aard van de activiteiten • Systematisch te ontsmetten: o Kamers voor geïnfecteerde patiënten


3.1.8. Detergenten • Belangrijkste groep ontsmettende detergenten → quaternaire ammoniumderivaten (cetrimide) o Werking:  Beschadiging bacteriële membraan  Wegwassen lagen vuil waarin bacteriën o Blijft lange tijd achter op behandeld oppervlak → residuele activiteit → antiseptische werking bestendigd o Weinig toxisch o Werkingsspectrum:  Fungicide  Bactericide → vooral Gram+ en mindere mate Gram Virucide  Niet sporocide  Niet actief tegen mycobacteriën o Gebruik in levensmiddelenindustrie o Ziekenhuizen:  Quaternaire ammoniumderivaten alleen → niet ideaal: • Geringe werking tegen Pseudomonas  In combinatie met andere ontsmettingsmiddelen (chloorhexidine, alcohol) → wel bruikbaar

4 3


• •


o Verpleegeenheden met een hoog besmettingsrisico o Isolatie-eenheden patiënten met ↓ weerstand o Operatiekwartieren Andere ruimten → grondige reiniging voldoende Ontsmetten van vloeren, meubilair, sanitair → producten die vetoplossend (zepen, bv. cetrimide) + desinfecterend (chloorhexidine 0.05% en alcohol 70%) combineren

3.2.2. Ontsmetting van instrumenten en materiaal • Gebruik op steriele plaatsen van het lichaam → achteraf terug steriel maken • In contact met slijmvliezen, bevuild met lichaamsvochten → ontsmetten • Contact met huid → gewoon reinigen (tenzij contact met patiënt die besmetting of infectie heeft met potentieel pathogeen MO) • Voor activiteit → steriliserend agens moet penetreren tot bij MO • Meeste ontsmettingsmiddelen verliezen tot 90% activiteit iav organische stoffen • Waterige oplossingen → niet door films van olie of vet ⇒ vuil vooraf verwijderen !!! • Reiniging → bij voorkeur: o in speciale afwasmachines (vochtige verwarming >70°C) o door onderdompeling in chlooramine 0.5% in water o door onderdompeling in HAC 1% in water (1 uur) o afwrijven met ethanol 70% • Endoscopen → ontsmet en gesteriliseerd in glutaaraldehyde 2%

•

•

• •

•

Intacte huid Aangewezen → ontsmettingsalcohol: o Injectie, kleine insnede, korte interventie:  15 sec wrijven met kompres – 70% alcohol of chloorhexidine 0.5% in alcohol 70% → wachten tot alcohol opgedroogd o Ziekenhuis: punctie, preoperatief:  15-30 sec inwrijven met joodalcohol 1-2% of chloorhexidine 0.5% in alcohol 70% o Waarom toevoegen chloorhexidine of joodalcohol? → langdurige ontsmetting Opm. Ontstoken, gemacereerde huid (bv. zuigelingeneczeem) → doorlaatbaar voor bepaalde antiseptica → intoxicatie Wonden en slijmvliezen Géén alcoholische oplossingen – enkel waterige oplossingen Zuivere snijwonden: verzorging nodig – ontsmetting overbodig: o Bloeden → verwijdert eventuele MO o Ontsmetting → vertraagt wondheling Vuile wonden, schaafwonden etc → eerst reinigen door spoelen met water !


3.2.3. Ontsmetten van levende weefsels

4 4



Verwijdert vuil, dood weefsel, bloedklonters → vormen voedingbodem voor bacteriën en antagoniseren antiseptica Steeds antisepticum opgelost in water o Alcohol → coagulerend effect op weefsel en bloed ⇒ verergert situatie o Goede ontsmettingsmiddelen:  Chlooramine 0.5% in water  Chloorhexidine 0.05-0.1% in water (HAC 3.5%) Straatwonden: o Eerst grondige reiniging o Ontsmet met zuurstofwater 10 vol% Niet meer gebruikt (onvoldoende werkzaam – toxisch): o Mercurochroom o Andere kwikzilververbindingen o Boorzuur o Azijnzuur o Eosine

•

•

•


o

4 5


VI.


VACCINS EN VACCINATIE

1. HET PRINCIPE VAN VACCINATIE • •

•

Grootste succes → uitroeiing pokken Principe van vaccinatie: o 1ste contact met pathogeen:  1 week → eerste specifieke antistoffen  2 weken → immuunrespons maximaal ⇒ voldoende tijd voor pathogeen om infectie te veroorzaken (trage respons) o Herhaald contact met pathogeen:  2 dagen → volledig secundair immuunantwoord ⇒ pathogeen praktisch geen kans om infectie te veroorzaken o Vaccin:  Contact met pathogeen → onmiddellijk snelle en effectieve secundaire immuunrespons (geen risico op doormaken van infectie) Passieve immunisatie (passieve toediening van voorgevormde antistoffen) → niet behandeld

•

4 criteria: 1. Effectief: o Moet juiste type immuniteit oproepen:  T- cel immuniteit  B-cel immuniteit  Mengsel van beide o Duur van de opgeroepen immuniteit: ook belangrijk o Bescherming tegen ziekte → belangrijkste maatstaf 2. Veilig: o Cf situatie USA → zeer grote schadevergoedingen bij nefaste effecten van vaccin o Vaccins → aan gezonde mensen gegeven ⇒ psychologische draagkracht tov nevenwerkingen is kleiner dan bij zieke mensen o Uitgebreide veiligheidsmaatregelen bij ontwikkeling en productie → vaccins in realiteit zeer veilig 3. Stabiel: o Lange tijd bewaarbaar o Vooral van belang bij levende vaccins o Indien niet stabiel → vals gevoel van bescherming 4. Goedkoop: o Relatief begrip → kostprijs vaccin gewoon laag tov kostprijs behandeling ziekte o Moet echt laag zijn voor grootschalig gebruik of in 3de wereldlanden o Nieuwe biotechnologische technieken → prijs ↓↓

3. TYPEN VACCINS •

Bestaan van verschillende types:

Hoofdstuk: VACCINS EN VACCINATIE

2. WAARAAN MOET EEN GOED VACCIN VOLDOEN?

4 6


•


o Heterologe vaccins o Levende geattenueerde/afgezwakte vaccins o Gedode vaccins o Subcellulaire vaccins Minimumvereiste → ten minste één protectief antigeen bezitten dat ook op te bestrijden MO zit

3.2. Levende geattenueerde vaccins • Tot deze groep: o meeste levende virale vaccins o ook bacteriële BCG-vaccin tegen tuberculose • Bevat levend MO o Rechtstreeks afgeleid van echte pathogeen o Virulentie verloren  Meestal tgv toevallige mutaties in genen geassocieerd met virulentie • Verschillende methodes → kans op ontstaan/vinden van dergelijke mutant ↑ o Pathogeen groot aantal keer overenten in labo  Vb. Mycobacterium bovis stam → > 10 jaar overgeënt op glycerol-galaardappelmedium ⇒ ° geattenueerde avirulente stam = bacil van Calmette-Guérin of BCG-stam o Pathogeen blootstellen aan chemische mutagenen o Mutanten zoeken die goed groeien bij lage temperatuur → meestal minder virulent • Genetic engineering → gerichte mutaties inbrengen in genen betrokken bij virulentie 3.3. Dode of geïnactiveerde vaccins • Indien heterologe of geattenueerde vaccins niet beschikbaar • Voordeel: o Veiliger dan levende vaccins (→ geen risico op reversie naar virulent type) • Nadeel: o Immunogeniciteit (vermogen immuunrespons te induceren) ↓ o Gevolg: meestal >1 dosis nodig • Inactiveren/doden:


3.1. Heterologe vaccins • “Heteroloog” vaccin → bestaat uit natuurlijke voorkomende variant van het pathogeen MO • Eigenschappen: o Veroorzaakt geen ziekte o Bezit wel voldoende gemeenschappelijke antigenen met echte pathogeen → protectieve immuunrespons • Typevoorbeeld: o vaccinia virus → vaccin tegen pokken  Vaccinia virus: koepokken  Variola virus: humane pokken o Andere voorbeelden → in veeartsenijkunde tegen bepaalde virale infectieziekten  Meestal → vaccin: variant die dezelfde ziekte veroorzaakt maar bij ander species

4 7

Bacteriologie – J. Van Eldere o o o o


Formaldehyde Β-propiolacton Fenol Warmte

3.4. Subcellulaire vaccins • Sommige pathogenen → geweten tegen welk deel van het MO beschermende immuunrespons gericht is → soms mogelijk aanmaak subcellulair vaccin dat enkel deze delen bevat • Voorbeelden: o Vaccins tegen kapselvormende bacteriën:  Meningokok  Pneumokok  Haemophilus influenzae type b ⇒ bevatten allen enkel en alleen het kapselpolysacharide van de overeenkomstige bacterie o Hepatitis B virusvaccin  Bevat oppervlakteproteïnen van het virus • Speciale klasse subcellulaire vaccins → bestaan uit geïnactiveerde bacteriële toxinen o Geïnactiveerde toxinen = anatoxinen  Geen toxisch vermogen  Wel immunogeen vermogen o Voorbeelden:  Difterievaccin  Tetanusvaccin

• •

•

•

LEVENDE VERSUS DODE OF SUBCELLULAIRE VACCINS Algemeen: levende vaccins voorkeur op dode / subcellulaire vaccins o Bootsen infectie na → immuunsysteem optimaal gestimuleerd Levend vaccin: o Geeft beperkte vermenigvuldiging van het MO → sterkere stimulatie van het immuunstelsel (↔ dood vaccin) o Gevolgen:  Εén dosis vaak voldoende (↔ dood vaccin)  Geen adjuvans nodig (↔ dood vaccin)  Meestal veel langdurigere immuniteit Toediening levend vaccin: o Vaak op natuurlijke wijze (bv oraal) (↔ dood vaccin: injectie) o Repliceert op plaats waar natuurlijke infectie plaatsvindt (bv darmen, luchtwegen) ⇒ ook mucosale antistoffen geïnduceerd ⇒ gevaccineerde gaat mogelijks andere niet-gevaccineerde personen besmetten met het vaccin → levend vaccin brengt kudde-immuniteit tot stand Kudde-immuniteit (herd immunity): o Effect vaccinatie populatie > datgene wat kan verklaard worden door rechtstreeks voorkomen van de infectie bij de gevaccineerde individuen uit de populatie


4.

4 8



Andere mogelijke verklaring: vaccinatie deel populatie → transmissie van de kiem sterk ↓ → kans dat een niet-gevaccineerde in aanraking komt met kiem ↓↓ ⇒ In dat geval ook kudde-immuniteit bij niet-levende vaccins Dode vaccins: o Veiliger  → kunnen niet reverteren naar virulentie (↔ levende vaccins)  Immuungecompromitteerde patiënten → avirulente vaccins kunnen toch infectie veroorzaken → gebruik dood vaccin! Idem: zwangere vrouwen o Gemakkelijker te bewaren o

5. • •

T-DEPENDENTE EN T-INDEPENDENTE ANTIGENEN Toenemend gebruik geconjugeerde vaccins Kapselpolysachariden: o Bv. in vaccins tegen  Meningokokken  Pneumokokken  Haemophilus influenzae type b ⇒ Geen goede vaccins:  Geïnduceerde immuniteit kortdurend (2 à 3 jaar)  Geen immuniteit bij belangrijke populaties: • Kinderen jonger dan 2 jaar o Verklaring:  Kapselpolysachariden zijn T-cel-independente antigenen: • Stimuleren enkel B-cellen en stimuleren geen T-cellen → geen memorycellen gevormd (daarvoor T-helpercellen nodig) → bij 2de contact met Ag → geen secundair maar nog steeds primaire immuunrespons ⇒ duur en sterkte van de bescherming door vaccinatie evenredig met aanwezigheid van de antistoffen die langzaam verdwijnen en éénmalig geïnduceerd werden • Kinderen < 2 jaar → minder goed in staat om antistoffen te ontwikkelen tegen deze T-cel-independente antigenen ⇒ vaccin niet effectief tegen deze groep o Oplossing inefficiëntie T-cel-independente vaccins ?  chemische koppeling van bepaald proteïne aan kapselpolysachariden o Effect?  T-cel independente KPS → T-cel dependente KPS • ⇒ wel inductie memorycellen • ⇒ wel actief bij < 2 jaar  Eerste type van dit T-cel dependente vaccin: • tegen Haemophilus influenzae type b • Sinds begin jaren 1990


•

4 9


•

•

Zeer effectief

DE HUIDIGE PRAKTIJK VAN VACCINATIE VOOR KINDEREN EN VOLWASSENEN Kinderen o Enige verplichte vaccinatie in België: polio o Andere terugbetaalde vaccins – algemeen toegediend:  Trivalente vaccin (DiTePer) • Difterie • Tetanus • Kinkhoest (Pertussis)  Mazelen  Bof  Rubella  Haemophilus influenzae type b  Hepatitis B –virus o Recent nog enkele bijgekomen:  Meningokokken type C  7-valent geconjugeerd pneumokokkenvaccin  Rotavirusvaccin Volwassenen o Meestal vaccinatie obv specifieke indicatie  Reizigers naar bepaalde landen → gele koorts, hepatitis A, buiktyfus, meningitis  Bepaalde beroepen → rabiës voor boswachters  Veranderde immuunstatus → bejaarden (influenza, pneumokokken), milt weg (pneumokokken)


6.


5 0


VII.


BACTERIËN DIE VIA DE LUCHTWEGEN BINNENDRINGEN

1. INLEIDING

•

1.2. •

•

Belang van de respiratoire tractus voor infecties Respiratoire tractus → frequentste toegangspoort voor MO Respiratoire infecties → meest voorkomende infecties Soms: MO dringt lichaam binnen via respiratoire tractus ⇒ infecties van andere systemen (bv. Neisseria meningitidis) Indeling ademhalingswegen: 1. Bovenste luchtwegen:  Neus  Farynx  Middenoor  Sinussen  Larynx  Trachea 2. Onderste luchtwegen:  Bronchi  Alveolen Natuurlijke verdedigingssystemen voor de respiratoire tractus Bovenste luchtwegen → ≠ verdedigingssystemen bacteriën: 1. Mucuslaag op slijmvliezen (CD7.1) → vangen druppeltjes, stofdeeltjes, bacteriën → naar keel geborsteld via ritmische beweging van de cilia → mucus ingeslikt of uitgespuwd 2. Lymfoid weefsel thv neus-keel overgang → immuunantwoord  Soms: infectie lymfoid weefsel zelf → spreiding infectie vanuit keel naar middenoor  Neus, keel verbonden met sinussen en middenoor → infectie vaak van ene naar andere regio 3. Aanwezigheid commensale flora → bemoeilijken vestiging van nieuwe (pathogene) bacteriën in oronasofarynx  Soms: leden van deze commensale flora → zelf oorzaak van infectie (bv. Streptococcus pneumoniae)  Deze commensale flora → rol in ↑ resistentie tegen antibiotica (cf. resistentieontwikkeling bij de pneumokok en de zgn. mozaïekgenen) Lage luchtwegen: 1. Normaal steriel 2. Partikels, druppels, bacteriën → opgevangen in mucus → naar farynx via continue beweging cilia (cf. bovenste luchtwegen) → ingeslikt → vernietiging bacteriën door maagzuur 3. Indien fijne partikels, druppels toch aan alveoli (mucus hier afwezig) → gefagocyteerd door alveolaire macrofagen

Hoofdstuk: BACTERIËN DIE VIA DE LUCHTWEGEN BINNENDRINGEN

1.1. • • •

5 1


Deze Mφ → zelf uit luchtwegen verwijderd via ciliaire lift (na bepaalde tijd)

1.3. •

Factoren die de natuurlijke verdediging van de luchtwegen verzwakken Mindere werking van deze verdedigingsfactoren: o Sigarettenrook → verlamming cilia o Mucoviscidose → taai mucus, moeilijk te evacueren o Astma aanval → paroxysmale vernauwingen luchtwegen o Silicaat, asbestpartikels → immobilisatie of verwonding van de alveolaire Mφ o Andere situaties:  Intrinsieke longabnormaliteiten  Chronische ontstekingen luchtwegen  Diabetes  Alcoholisme  Bewustzijnsverlies  Verlamming  Intubatie  … ⇒ verwijdering bacteriën uit lagere luchtwegen bemoeilijkt ⇒ respiratoire infecties  Grote luchtwegen → nog vrij te maken door hoesten (↔ kleine niet)

1.4. •

Besmetting van de luchtwegen met micro-organismen Luchtwegen: o Voortdurende blootstelling aan ingeademde bacteriën  Gezonde luchtwegen → tijdige verwijdering bacteriën (cf ↑) → geen infectie o Bacteriën die deel uitmaken van de commensale flora van de farynx  Kolonisatie lage luchtwegen door deze commensalen → frequentste oorzaak infecties lage luchtwegen • Voorbeelden: o Streptococcus pneumoniae o Haemophilus influenzae o Rijke doorbloeding longen → gevoeligheid voor infecties door bacteriën die via bloed aangevoerd worden (bv. Staphylococcus aureus) Voornaamste wijze van overdracht bacteriën die via respiratoire tractus binnendringen→ aerosols: o Andere persoon → niezen, hoesten, praten → microscopisch kleine vochtdruppels + bacteriën uit oronasofarynx → ingeademd of ingeslikt → kolonisatie van de “nieuwe” oronasofarynx = 1ste stap in infectieproces van bacterie

•

1.5. •

Infecties van de luchtwegen en de belangrijkste oorzakelijke kiemen Zie Tabel 7.1, 7.2 en 7.3 p. 159-160 → niet-limiterende opsomming: o Meerdere bacteriën: zowel infecties van lagere/hogere luchtwegen als invasieve infecties (bv. Streptococcus pneumoniae) o Soms ook overdracht via andere wijze dan droplets → infecties van andere orgaansystemen zoals huid, weke delen (bv. Streptococcus pyogenes)





5 2



Bacteriën die minder frequent respiratoire infecties kunnen veroorzaken (niet besproken)

2. BACTERIËN DIE INFECTIES VAN DE RESPIRATOIRE TRACTUS VEROORZAKEN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Streptococcus pyogenes Corynebacterium diphteriae Bordatella pertussis Streptococcus pneumoniae Niet-omkapselde Haemophilus influenzae Moraxella catarrhalis Mycoplasma pneumoniae Chlamydophila pneumoniae en psittaci Legionella pneumophila Mycobacterium tuberculosis

3. BACTERIËN DIE VIA DE RESPIRATOIRE TRACTUS INVASIEVE INFECTIES VEROORZAKEN


11. Haemophilus influenzae kapseltype b 12. Neisseria meningitidis

5 3


VIII.


BACTERIËN DIE VOORAL BINNENDRINGEN VIA DE MAAG-DARM-TRACTUS •

•

•

Maag-darmtractus (MDT) o Dagelijks grote hoeveelheden vreemde bacteriën (< voedsel, drank, voorwerpen etc) o Intrinsieke commensale flora vanaf kort na geboorte → stabiele samenstelling  Rol in verdediging MDT tegen exogene bacteriën  Variatie lokale condities in ≠ delen darm → ook ≠ samenstelling flora Beschermingsmechanismen van de darm: 1. Maagzuur → belangrijke bescherming tegen exogene bacteriën • Lage pH → slechts weinig bacteriën overleven in maag • Passage maag → ingeslikte # bacteriën ↓↓ • Voedselbolussen → bescherming bacteriën bij passage door maag (vnl. vet → kaas, chocolade) • Na medicatie, ingreep, …→ pH ↑ → gevoeliger voor maag-darminfecties 2. Galzuur →2de aspecifieke verdediging van de darm • In dunne darm o Dunne darm mucosa:  Sterk gevasculariseerd → ideaal voor aanhechting bacteriën  Sterk resorberend → ideale toegangspoort toxinen (zowel < bacteriën als van voedsel) • Groei-inhiberend of lethaal voor meeste bacteriën • Uitzondering: Enterobacteriaceae → resistent tegen galzuur → maken deel uit van normale darmflora o In labo → selectieve identificatie door toevoeging galzuur in medium (McConkey-agar) 3. Proteolytische enzymen: • Trypsine, chymotrypsine • Inhiberen/doden bacteriën 4. Mucuslaag die epitheel darm bedekt 5. Immuunsysteem 6. Darmmotiliteit • Zorgt voor snelle verwijdering bacteriën uit darm • Stasis → overgroei met bacteriën • Darminfecties → diarree → reactiemechanisme voor snelle eliminatie pathogenen Commensale flora: o In terminale ileum/dikke darm o Grote aantallen (>107 CFU/g darminhoud) o Samenstelling:  Vnl. anaerobe bacteriën

Hoofdstuk: BACTERIËN DIE VOORAL BINNENDRINGEN VIA DE MAAG-DARM-TRACTUS

1. INLEIDING

5 4

•


 Ook sporenvormende bacteriën  Facultatieve bacteriën (bv. enterobacteriën) o Schatting: >400 ≠ soorten (± 50% gekend) o Kolonisatieresistentie:  Mechanisme → commensale flora beschermt MDT tegen exogene bacteriën  Quid? Er bestaat een evenwicht tussen bacteriën die deel uitmaken van normale flora → gebaseerd op competitie en complementariteit → nieuwkomer → moeilijk om dat evenwicht te verstoren → kolonisatie van de darm door nieuwkomer bemoeilijkt  Commensale flora aangetast (bv. antibiotica) → verstoring van deze bescherming Dit hoofdstuk: bacteriën → in MDT → infecties o Oorsprong van deze bacteriën?  Besmet voedsel/water  Normaal ∈ MDT → door omstandigheden → innemen dominante plaats → verdringen van andere soort die ∈ commensale flora → ziekte  Bepaalde bacteriën → intoxicaties: • Geen vermenigvuldiging nodig • Voorgevormde toxinen → symptomen

2. BACTERIËN DIE INFECTIES VAN DE MAAG-DARMTRACTUS VEROORZAKEN 2.1. Enterobacteriaceae • Meest frequent geïsoleerde Gram- bacillen • Voorkomen → verspreid in natuur + darmslijmvlies mens (cf. naam) • Indeling: o 3-tal genera o 70-tal species • Allemaal facultatief anaerobe Gram- bacillen met uitgesproken staafvorm • Verschillende soorten: 1. Specifieke enteropathogenen → enteritis: • Salmonella • Shigella • Yersinia enterocolitica • Bepaalde serotypen E. coli 2. Commensalen van het darmslijmvlies: • Meeste E. coli (→ ook frequentste verwekker cystitis) • Klebsiella pneumoniae • Proteus mirabilis minder talrijk aanwezig dan E. coli 3. Transiënte darmflora • Andere Enterobacteriaceae: o Enterobacter o Citrobacter



5 5


•

13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

o Hafnia o Serratia o Morganella o Providencia Komen regelmatig met water/voedsel onze MDT binnen Veel resistenter tegen AB dan klassieke pathogene en commensalen → koloniseren vaak patiënten die met AB behandeld zijn Pathogeniciteit → gering → vooral infecties bij personen met ↓ weerstand: o Lokaal → operatiewonde, tracheostomie, sonde, … o Algemeen door ziekte → leukemie, tumoren, … o Algemeen door therapie → cytostatica, immuunsuppressiva, corticoïden, … ⇒ vaak geklasseerd bij de “opportunistische” of “nosocomiale” pathogenen

Salmonella enterica Shigella Yersinia enterocolitica Escherichia coli Vibrio cholerae Campylobacter Helicobacter pylori Clostridium difficile

Enterobacteriaceae

3. BACTERIËN DIE VIA DE MAAG-DARMTRACTUS INVASIEVE INFECTIES VEROORZAKEN 21. Salmonella typhi en paratyphi 22. Liseria monocytogenes 23. Bacteroides fragilis

4. BACTERIËN DIE VIA DE MAAG-DARMTRACTUS INTOXICATIES VEROORZAKEN 24. Clostridium botulinum


• •


5 6


IX.


BACTERIËN DIE VOORAL BINNENDRINGEN VIA DE HUID

1. INLEIDING

•

• •

•

Huid → ongunstige omgeving voor bacteriën door: o Droog oppervlak o Vetzuren en zout < talg- en zweetklieren Toch → aanwezigheid overvloedige commensale flora: o Waar?  Op vochtige delen van de huid  In uitmondingen van klieren  In haarfollikels o Nut?  Bemoeilijkt kolonisatie van de huid door exogene bacteriën Penetratie van bacteriën → intacte huid : nooit aangetoond Toch → onder bepaalde condities makkelijker doorheen huid in lichaam: o Langdurig vochtige huid → aantasting keratinelaag → mogelijke invasie pathogenen o Patiënten met eczema o Wonden of insectenbeten Tabel 9.1. Bacteriën die binnendringen via de huid o Deze tabel → niet éénduidig → voorbeeld:  S. aureus → ook veralgemeende infecties, voedselintoxicaties  C. perfringens → voedselintoxicaties o # bacteriën hier niet behandeld → ook via huid → voorbeeld:  S. pyogenes (respiratoire tractus)

2. BACTERIËN DIE INFECTIES VAN DE HUID, DE WEKE WEEFSELS EN INVASIEVE INFECTIES VEROORZAKEN 25. 26. 27. 28. 29. 30.

Staphylococcus aureus Staphylococcus epidermidis en andere coagulase-negatieve stafylokokken Clostridium perfringens Borrelia burgerdorfi Leptospira interrogans Bacillus anthracis

3. BACTERIËN DIE INTOXICATIES VEROORZAKEN 31. Clostridium tetani

Hoofdstuk: BACTERIËN DIE VOORAL BINNENDRINGEN VIA DE HUID

•

5 7


BACTERIËN DIE VOORAL WORDEN OVERGEDRAGEN VIA SEKSUEEL CONTACT 32. Treponema pallidum 33. Neisseria gonorrhoeae 34. Chlamydia trachomatis

Hoofdstuk: BACTERIËN DIE VOORAL WORDEN OVERGEDRAGEN VIA SEKSUEEL CONTACT

X.


5 8


XI.


BACTERIËN DIE VOORAL INFECTIES VEROORZAKEN BIJ IMMUUNGECOMPROMITTEERDE PATIËNTEN •

•

•

•

Infecties wanneer afweersystemen niet meer werken zoals het hoort o Algemene achteruitgang geheel van de afweersystemen ofwel o Specifiek onderdeel van de afweer die niet meer naar behoren werkt Aard van het defect van het afweersysteem → invloed op aard van de kiemen die infecties veroorzaken → ≠ aard van kiemen + infectie bij bv. o Neutropene kankerpatiënt o Transplantpatiënt o Aidspatiënt (T-cel deficiëntie) Algemene karakteristieken bacteriën in dit hoofdstuk: 1. Intrinsieke virulentie laag  Bij gezonde patiënt → kunnen ∈ commensale flora zonder infecties te veroorzaken  Gevolg → niet altijd duidelijk of kiem enkel gastheer koloniseert ofwel oorzaak is van infecties → moeilijkere interpretatie cultuurresultaten  Bacteriën die gezonde patiënten kunnen infecteren → uiteraard ook immuungecompromitteerde patiënten infecteren 2. Uitgesproken resistentie tegen antibiotica  Oorzaak? → ∈ commensale flora ⇒ al meermaals in contact geweest met AB  Gevolg → moeilijke behandeling van deze infecties Immuungecompromitteerde patiënten in ziekenhuizen ↑↑ : o In aantal o In mate van immuungecompromitteerd zijn

2. ENTEROBACTERIACEAE 2.1. Inleiding •

2.1.1. Vindplaats en epidemiologie Hier besproken Enterobacteriaceae : o ∈ transiënte darmflora o Komen ons GIT binnen via water en voedsel o Veel resistenter tegen AB dan klassieke pathogenen en commensalen ⇒ koloniseren vaak patiënten die met AB behandeld worden o Pathogeniciteit → eerder gering → vooral infectie bij patiënten met:  lokaal ↓ weerstand: • Operatiewonde • Tracheostomie • Verblijfssonde  Veralgemeende immuundeficiëntie: • Leukemie

Hoofdstuk: BACTERIËN DIE VOORAL INFECTIES VEROORZAKEN BIJ IMMUUNGECOMPROMITTEERDE PATIËNTEN

1. INLEIDING

5 9



•

•

•

2.1.2. Behandeling van opportunistische infecties met Enterobacteriaceae Enterobacteriaceae → selectie door AB-gebruik → ↑ probleem van AB-resistentie o Gevolg: beperkte keuze van AB voor therapie o Correlatie → consumptie van AB vs. frequentie voorkomen resistentie “Gerichte therapie”: 1. Afnemen geschikt pathologisch specimen bij de patiënt 2. Instellen van empirische AB-behandeling 3. Identificatie van de geïsoleerde bacterie 4. Uitvoeren van een antibiogram 5. Uitslag antibiogram → eerder ingestelde empirische therapie evalueren en aanpassen Bespreking van 5 verschillende Enterobacteriaceae: 35. 36. 37. 38. 39.

Klebsiella Proteus, Morganella en Providencia Enterobacter Serratia Citrobacter

3. NON-FERMENTERS OF NIET-VERGISTERS •

•

•

•

Gram- bacillen: o Weinig voedseleisen o Vormen heterogene groep van saprofyten die vrij in de natuur leven o Ook afgezonderd bij de mens Benaming? o Vergisten geen glucose → eenvoudig te differentiëren van andere Gram- bacillen (bv. Enterobacteriaceae) Meest geïsoleerde niet-vergisters behoren tot: o Pseudomonas familie (Pseudomonaceae) en o Aanverwante genera (Xanthomonas, Flavobacterium, Alcaligenes) o Andere genera met ↑ belang in humane geneeskunde → Acinetobacter, Moraxella Besproken non-fermenters: 40. 41. 42. 43.

Pseudomonas aeruginose Burkholderia cepacia Stenotrophomonas maltophilia Acinetobacter

Hoofdstuk: BACTERIËN DIE VOORAL INFECTIES VEROORZAKEN BIJ IMMUUNGECOMPROMITTEERDE PATIËNTEN

• Tumoren  Immunosuppressieve therapie ⇒ groep Enterobacteriaceae vaak geklasseerd bij de “opportunistische” of “nosocomiale” pathogenen

6 0

Handboek Medische Bacteriologie J Van Eldere

Recommend Documents