Bacteriën nader bekeken: morfologie onder de microscoop

Bacteriën zijn te klein om met het blote oog te kunnen zien. Onder de microscoop echter kunnen verschillende kenmerken onderscheiden worden, wat al van oudsher een belangrijke bijdrage levert aan de determinatie van bacteriën. Het gaat hier om morfologisch onderzoek: bacteriën nader bekeken onder de microscoop.

Inleiding

De morfologie is de tak van wetenschap die zich bezig houdt met de vorm (Grieks: morphos) van levende organismen. Morfologische kenmerken worden gebruikt om onderscheid te maken tussen verschillende organismen. Bij bacteriën is de verscheidenheid in vorm zo gering dat ook andere eigenschappen moeten worden bekeken om te bepalen om welke soort het gaat. Toch vormt de bestudering van bacteriën op hun morfologische kenmerken een belangrijk deel van de determinatie.

Bacteriën zijn eencellige organismen. Ze hebben een diameter van ongeveer één micrometer. Dat is een miljoenste deel van een meter, ofwel een duizendste milimeter. Daarom kunnen hun morfologische kenmerken alleen met een microscoop worden bestudeerd. Meestal worden ze eerst gekleurd voor een beter contrast met de omgeving.

Morfologie van bacteriën onder de microscoop

Bij het bestuderen van bacteriën onder de (licht)microscoop kunnen de volgende dingen gezien worden:

1. vorm
2. ligging
3. afmeting
4. kleurreacties
5. bijzondere vormsels

1. Vorm
Er kunnen drie grondvormen worden onderscheiden bij bacteriën:

• de bolvorm: coccus
• de staafvorm: bacterium, bacil
• de spiraalvorm: spirillum

Daarnaast zijn er nog de Spirocheten, die tot de bacteriën worden gerekend omdat ze eencellig zijn. Hun bouw is echter nogal afwijkend. Spirocheten zijn zeer slanke, schroefvormig gedraaide staafjes. Vanwege hun kleine diameter zijn ze moeilijk met de lichtmicroscoop waar te nemen. Om hiernaar onderzoek te kunnen doen kan gebruik worden gemaakt van de fasecontrastmicroscoop en de donkerveldmicroscoop.

2. Ligging
Wanneer een bacterie zich deelt ontstaan er twee dochtercellen, wanneer die zich delen ontstaan er vier, enzovoorts.
Als twee jonge cellen na deling aan elkaar blijven hangen, ontstaan er diplococcen bij de bolvormige bacteriën of diplobacillen bij de staafvormige (Gr. diploös = dubbel).

Als na een tweede deling de cellen ook nog bij elkaar blijven, dan ontstaan er streptococcen of streptobacillen: ketens, kettingen van bacteriën (Gr. streptos = gedraaid, makkelijk buigbaar). Dit gebeurt wanneer de tweede deling in hetzelfde vlak plaatsvindt als de eerste deling. Pakketjes van vier of acht cellen ontstaan wanneer elke deling plaatsvindt in het vlak loodrecht op het vlak van de vorige deling. Bij deling in willekeurige richting ontstaan celgroepjes die lijken op druiventrossen, zoals bij Staphylococcus (Gr. staphylè = druif).

Staafvormige bacteriën worden in de praktijk kortweg "staven" of "staafjes" genoemd, afhankelijk van hun relatieve afmeting. De bacteriën uit deze groep lijken vaak op een aan de uiteinden afgeronde cilinder, maar ze kunnen ook afgeplat zijn, of spits. Soms zijn ze knots- of haltervormig. Soms buigen ze aan hun uiteinden om na de deling en zitten ze nog aan elkaar vast, waardoor ze lijken op Chinese lettertekens.

Spiraalvormige bacteriën zijn in feite spiraalvormig gedraaide staafjes (kurketrekkervorm), waarbij het aantal draaiingen meestal beperkt blijft tot één of twee. Bacteriën uit deze groep met slechts een gedeelte van een draaiing zien eruit als gebogen, kommavormige staafjes.

3. Afmeting
Zowel bolvormige als staafvormige bacteriën zijn meestal een halve tot één micrometer dik. De staafvormige zijn meestal één tot twee micrometer lang, maar bij soms kan dit tien micrometer zijn. De lengte kan namelijk heel erg variëren, niet alleen van soort tot soort maar ook binnen één soort. Dit wordt polymorfie of pleiomorfie genoemd (Gr. poly-, pleio- = veel).

4. Kleurreactie
Door toepassing van kleuring, in dit geval de Gramkleuring, kan onderscheid worden gemaakt tussen vier groepen bacteriën: Gram-positieve coccen, Gram-positieve staven, Gram-negatieve coccen en Gram-negatieve staven.

Er zijn nog veel meer kleuringen ontwikkeld die worden toegepast, bijvoorbeeld voor bacteriën die niet zichtbaar kunnen worden gemaakt met de Gram-kleuring. Een voorbeeld hiervan is de kleuring volgens Ziehl-Neelsen: deze wordt gebruikt voor het zichtbaar maken in een preparaat van de tuberkelbacterie, de veroorzaker van tuberculose.

5. Bijzondere vormsels
Ook structuren groter dan 0.2 micrometer aan of in bacteriën kunnen onder de lichtmicroscoop nog worden waargenomen en kunnen daarom ook worden bestudeerd. Ze kunnen een rol spelen bij de determinatie van bacteriën.
Voorbeelden van zulke structuren zijn:

kapsels:
Veel bacteriën bezitten een kapsel, dit is een laag die meestal bestaat uit polysacchariden. Bacteriën met kapsels kunnen moeilijker worden opgeruimd door de witte bloedcellen, daarom geven deze bacteriën vaak een hogere virulentie, dat wil zeggen dat ze een hoger ziekteverwekkend vermogen hebben. Door mutatie kunnen bacteriën het vermogen om kapselvorming verliezen. De stoffen waaruit kapsels bestaan kunnen tot antistofvorming leiden; deze antistoffen kunnen in het laboratorium worden gebruikt om de betreffende bacterie te determineren.

korrels:
Er kunnen met de lichtmicroscoop vaak korrels worden gezien in het cytoplasma van bacteriën. Het gaat hier dan om reservestoffen die in de cel liggen opgeslagen. De belangrijkste zijn:

• koolhydraatreserve: zetmeel, glycogeen
• vetreserve: vetbolletjes
• fosfaatreserve: korrels die bestaan uit polyfosfaat, bijvoorbeeld bij Corynebacterium diphteriae
• zwavelreserve: zwavelkorrels bij sulfide-oxyderende bacterien

flagellen:
Veel staafvormige bacteriën en spirillen bezitten flagellen of zweepdraden en daarmee kunnen ze zich voortbewegen.
De flagellen kunnen op verschillende plaatsen zitten en ook het aantal varieert sterk. De flagellen kunnen twintig micrometer lang zijn, maar hun diameter is slechts tien tot twintig nanometer, waardoor zij alleen na een speciale kleuring onder de lichtmicroscoop zichtbaar zijn. Oudere bacteriën verliezen vaak hun flagellen. Sommige bacteriën kunnen zich met een snelheid van vijftig keer hun eigen lengte per seconde voortbewegen, zoals de verwekker van cholera Vibrio cholerae.

sporen:
De vorming van sporen (endosporen) is voor sommige bacteriën een manier om te overleven onder ongunstige omstandigheden. Als deze zich voordoen gaat de bacteriecel een spore vormen: een deel van de cel wordt afgesnoerd en met een extra dikke wand afgezet, waarna de rest van de cel afsterft. De sporen zijn bestand tegen hitte, droogte, straling en chemicaliën, waaronder desinfecterende middelen. Onder gunstige omstandigheden ontkiemt de spore en hieruit ontwikkelt zich een normale bacteriecel. Als de spore al gevormd is maar de cel is nog niet afgestorven, kan deze in de bacterie zichtbaar zijn onder de microscoop, eventueel na een speciale kleuring. Sporevorming komt bijna alleen voor bij de geslachten Bacillus en Clostridium.

Verder onderzoek

Om bacteriën te kunnen determineren tot de soortnaam moet het onderzoek worden uitgebreid door middel van kweken; daarvoor worden voedingsbodems gebruikt. De groeiwijze en chemische omzettingen die worden gezien in of op deze voedingsbodems geven meestal zoveel aanwijzingen dat identificatie van een bacterie kan worden bereikt.