Informatie

10: Methoden voor taxonomie en diagnostiek - biologie


Het doel van taxonomie is om diversiteit te beschrijven, inzicht te geven in de evolutionaire geschiedenis (fylogenie), organismen te helpen bepalen (diagnostiek) en taxonomische schattingen. Uit DNA-analyse blijkt dat papaja (Carica uit de Moringaceae-familie) ligt taxonomisch dicht bij Cruciferae. We kunnen raden dat papaja ook mosterdolie bevat, en dit is waar! Papaya-zaden hebben de prominente mierikswortelsmaak.

Een van de oudste methoden van taxonomie is gebaseerd op experts. Experts maken classificaties op basis van hun exclusieve kennis over groepen. De eerste taxonomische expert was Carolus Linnaeus (XVIII eeuw). Experts gebruiken verschillende methoden, waaronder fenetica, cladistiek (zie hieronder), algemene evolutionaire benadering, hun vermogen om beschikbare informatie te hervormen en hun intuïtie. Hun doel is om het 'geestmodel' van diversiteit te creëren en dit vervolgens om te zetten in classificatie, met behulp van naburige groepen als referentie (bijvoorbeeld om rangen toe te kennen).


Genomics en taxonomie in diagnostiek voor voedselzekerheid: zachtrottende enterobacteriële plantpathogenen†

Leighton Pritchard /> * a, Rachel H. Glover /> b, Sonia Humphris c, John G. Elphinstone v en Ian K. Toth c
a Information and Computational Sciences, The James Hutton Institute, Invergowrie, Dundee, Schotland DD2 5DA, VK. E-mail: [email protected]
b The Food and Environment Research Agency, Sand Hutton, York, YO41 1LZ, VK
c Cel- en moleculaire wetenschappen, The James Hutton Institute, Invergowrie, Dundee, DD2 5DA, VK

Voor het eerst gepubliceerd op 16 november 2015

Zachtrot Enterobacteriaceae (SRE) zijn bacteriële plantpathogenen die zwartpoot-, verwelkings- en zachtrotziekten veroorzaken op een breed scala van belangrijke gewas- en sierplanten wereldwijd. Deze organismen (die de geslachten Erwinia, Pectobacterium, Dickeya en Pantoea omvatten) veroorzaken aanzienlijke economische en opbrengstverliezen in het veld en bij opslag. Ze zijn overdraagbaar via oppervlaktewater, door handel en andere verplaatsingen van plantaardig materiaal en grond, en zijn in sommige gevallen onderworpen aan internationale wettelijke en quarantainebeperkingen. Effectieve detectie en diagnose ter ondersteuning van voedselzekerheidswetgeving en epidemiologie is afhankelijk van het vermogen om pathogene isolaten nauwkeurig te classificeren. Diagnostiek en classificatie worden bemoeilijkt door de invloed van horizontale genoverdracht op het fenotype, en historisch complexe en soms onnauwkeurige nomenclatuur- en taxonomische toewijzingen die blijven bestaan ​​in stamverzamelingen en online sequentiedatabases. Hier bespreken we kort de relatie tussen taxonomie, genotype en fenotype in de SRE, en hun implicaties voor diagnostische tests en wetgeving. We presenteren nieuwe volledige genoomclassificaties van de SRE, die inconsistenties illustreren tussen de gevestigde taxonomieën en bewijs van volledig gesequeneerde isolaten. We sluiten af ​​met een perspectief op de toekomstige impact van wijdverbreide sequencing- en classificatiemethoden van het hele genoom op de detectie en identificatie van bacteriële plantpathogenen ter ondersteuning van wetgevende en beleidsinspanningen op het gebied van voedselzekerheid.

Leighton behaalde een B.Sc. (Hons) in forensische en analytische chemie, en een doctoraat in computationele biologie aan de Universiteit van Strathclyde. Na een postdoc in systeembiologie aan de Universiteit van Wales, Aberystwyth, trad hij toe tot het Scottish Crop Research Institute en behaalde een B.A. (Hons) in de wiskunde. Hij is nu gebaseerd op het James Hutton Institute. Leighton's onderzoeksinteresses omvatten computationele en systeembiologie van microbiële plantpathogenen, hun interacties met waardplanten en met elkaar. Hij heeft meer dan 40 wetenschappelijke artikelen gepubliceerd over genomica, diagnostiek, metabole modellering en bioinformatica-tools.

Rachel Glover heeft een dubbele opleiding genoten in zowel moleculaire biologie als bio-informatica en werkt als computationeel bioloog binnen het Applied Genomics-team van Fera. Ze is verantwoordelijk voor het beheer van de bio-informatica rond Fera's next-generation sequencers, naast het adviseren over bioinformatica-experimenteel ontwerp en analyses voor Fera-onderzoeksprojecten, d.w.z. genoomassemblages en annotatie, metagenomica, gegevensstandaarden en vrijgave. Haar onderzoeksinteresses betreffen de metagenomische detectie van pathogenen, biodiversiteitsinformatica en de ontwikkeling van verbeterde algoritmen voor identificatie van DNA-barcodes.

Sonia Humphris is afgestudeerd aan de Universiteit van Abertay, waar ze een doctoraat in de microbiologie behaalde. Ze is momenteel een postdoctoraal moleculair bacterioloog in het laboratorium van Ian Toth aan het James Hutton Institute in Dundee, Schotland. Sonia doet onderzoek naar ziekten veroorzaakt door enterobacteriële plantpathogenen, met de nadruk op de aardappelpathogenen Pectobacterium atrosepticum en Dickeya-soorten. Haar onderzoek heeft betrekking op pathogeniteit en ziekte-epidemiologie van deze pathogenen, en de interacties tussen hen en hun gastheren. Sonia's onderzoeksinteresses omvatten ook de ontwikkeling van nauwkeurige en gevoelige diagnostische testen voor classificatie van Pectobacterium- en Dickeya-soorten.

Belangrijkste fytobacterioloog in het Fera Plant Protection Programme, Sand Hutton, York, VK. Specialist in moleculaire detectie en identificatie, taxonomie, epidemiologie en bestrijding van plantpathogene bacteriën van quarantaine en ander wettelijk belang. Adviseur op het gebied van risicobeoordeling en plantgezondheidsbeleid voor Defra, de EC, USDA en de aardappel- en tuinbouwindustrie wereldwijd. Adviseur van EU en Defra Plant Health Authorities op het gebied van biologie en beheer van plantpathogene bacteriën. Lid van het EPPO-panel voor diagnose van plantpathogene bacteriën en een van de oprichters van de European Association of Phytobacteriologists. Momenteel beheert hij onderzoeksprojecten voor Defra, de Land- en Tuinbouw Development Board (AHDB) en de EU.

Ian Toth leidt het thema Weeds, Pests and Diseases aan het James Hutton Institute. Hij promoveerde aan de Universiteit van Warwick voor werk aan de zachtrot-enterobacteriën, en bleef aan de universiteit om de biologie van antibioticaresistentie in Streptomyces-populaties te onderzoeken, voordat hij voor Novo Nordisk ging werken in hun afdeling voor het ontdekken van enzymen. Ian kwam in 1995 bij SCRI en keerde terug naar zijn belangrijkste interesse in plantenpathologie: de zachtrot-enterobacteriën. In 2006 werd hij coördinator voor door de overheid gefinancierd onderzoek naar plantpathogenen bij SCRI.


Systematiek, taxonomie en classificatie: alternatieve classificatiemethoden

Het Linnaeaanse binominale systeem voor het classificeren van dieren bracht organisatie uit chaos, maar onlangs, met de toepassing van moderne technologie, zijn er nieuwe methoden opgedoken die aanvullende informatie opleveren. Methoden voor het vaststellen van voorouderlijke verwantschap zijn nuttig bij het vaststellen van nieuwe taxonomische procedures die soorten vaak op nieuwe manieren met elkaar in verband brengen. Hoewel geen enkele methode zonder nadelen is, biedt elke methode unieke inzichten en informatie met betrekking tot de organismen in kwestie.

Cladistische analyse

Cladistische analyse is waarschijnlijk de meest gebruikte alternatieve methode. Cladistische analyse is een middel om organismen in te delen in overeenstemming met hun evolutionaire geschiedenis. Gemeenschappelijke fylogenetische kenmerken worden gebruikt om verwantschap tussen organismen vast te stellen met behulp van geavanceerde computerprogramma's die organismen snel sorteren volgens gedeelde evolutionaire structuren.

Cladistische analyse sorteert homologe structuren in ofwel a primitief karakter of een afgeleid karakter. Primitieve karakters bepalen de brede classificatie die de basisgroepering van organismen genereert. Een cladistisch primitief kenmerk voor planten is bijvoorbeeld de aanwezigheid van bladgroenkorrels. Die organismen die chloroplasten bevatten, zijn samengeklonterd in dezelfde grote groep.

Afgeleide tekens zijn ook homologe structuren, maar ze vertegenwoordigen kenmerken die zijn aangepast voor specifieke functies. Afgeleide karakters zijn unieker dan primitieve karakters en hebben de neiging om organismen te sorteren op hun aanwezigheid of afwezigheid in het organisme. De aanwezigheid van een afgeleid teken of een reeks afgeleide tekens zorgt voor een grotere mate van verwantschap. Hoe meer afgeleide kenmerken organismen delen, hoe groter hun verwantschap. Een afgeleide eigenschap van planten is bijvoorbeeld de aanwezigheid van vaatweefsel. Gevorderde planten bevatten vaatbundels, maar eenvoudige waterplanten niet. Dit relatief eenvoudige anatomische kenmerk toont het enorme verschil tussen vasculaire en niet-vasculaire planten. Bekijk het volgende voorbeeld om onderscheid te maken tussen primitieve en afgeleide karakters bij zoogdieren.

Zoogdieren primitieve karakters:

  • Aanhangsels aangepast voor waterbewegingen (bijvoorbeeld walvissen)
  • Aanhangsels met een opponeerbare duim (bijvoorbeeld mensen)
  • Aanhangsels ontworpen om te rennen (bijvoorbeeld honden)
  • Aanhangsels ontworpen voor grazen op oneffen grond en het dragen van zwaar lichaamsgewicht (bijvoorbeeld koeien)

Nadat de primitieve en afgeleide karakters bekend zijn, kan een cladogram worden geconstrueerd om evolutionaire verbanden tussen groepen dieren te tonen. Bestudeer de illustratie Eenvoudig cladogram.

Dit cladogram toont de evolutionaire verwantschap van belangrijke plantensoorten door gebruik te maken van eenvoudige afgeleide karakters aan de rechterkant in oplopende volgorde. Organismen die horizontaal naast elkaar aan de bovenkant liggen, zijn meer verwant dan die niet in de buurt. Voor meer specifieke classificaties, zoals de verwantschap tussen een eik en een iep, zou het cladogram meer specifieke afgeleide tekens nodig hebben.

Het cladistische model is enigszins vergelijkbaar met eerdere organisatiemodellen, met uitzondering van enkele opmerkelijke verschillen. De meest gerapporteerde is de cladistische locatie van vogels op een cladogram in relatie tot de reptielen. Een cladogram brengt vogels dichter bij krokodillen en dinosaurussen dan bij slangen of hagedissen. Interessant is dat het nu bekend is dat reptielen niet zijn geëvolueerd uit een gemeenschappelijke reptielachtige voorouder, maar waarschijnlijker afstammen van verschillende voorouders, waardoor de reptielenclassificatie een conglomeraat is van dieren met vergelijkbare kenmerken maar met verschillende achtergronden! Het cladogram toont correct de erfelijke koppeling tussen vogels en bepaalde reptielen. Het verschilt duidelijk van de klassieke taxonomische classificaties, die alle reptielen in één categorie (Reptielen) en alle vogels in een andere (Aves) plaatsen.

Cladistische analyse is uiterst objectief: het organisme heeft het kenmerk of niet. Deze kracht is ook een zwakte. Tegenstanders beweren dat de techniek geen rekening houdt met de hoeveelheid of mate waarin een functie aanwezig is of wordt gebruikt. Naar hun mening gaat deze omissie voorbij aan te veel relevante gegevens en maakt ze geen nauwkeurige beoordeling van het verschil tussen groepen. Het feit dat pinguïns bijvoorbeeld vleugels hebben maar ze niet gebruiken om te vliegen, zou een cladistisch analyseprobleem opleveren.

Evolutionaire systematiek

In tegenstelling tot de no-bias-benadering van de cladistische analysebenadering, bouwt de evolutionaire systematische methode bewust in op het oordeel van de waarnemer. Deze taxonomen leggen een grotere nadruk op het waargenomen gebruik of niet-gebruik van een structuur en de manier waarop deze wordt gebruikt. Oordelen zijn gebaseerd op directe observatie met betrekking tot de mate van evolutionair belang dat een bepaald kenmerk voor dat organisme is. In de vorige analogie met vogels en reptielen zou de evolutionaire systematische benadering bijvoorbeeld meer belang hechten aan de aan- of afwezigheid van veren dan aan de afgeleide homologe kenmerken. Dus vogels zouden apart van reptielen worden geclassificeerd. De meeste taxonomen zijn het erover eens dat bij afwezigheid van gegevens het cladistische model superieur is aan adequate gegevens, en dat het evolutionaire systematische model voordelen heeft.

Fenetiek

fenetiek classificaties zijn enigszins vergelijkbaar met evolutionaire systematiek in die zin dat beide alle beschikbare gegevens met betrekking tot de studie van organismen bevatten en beide antagonistisch zijn voor het cladistische analysemodel. Fenetische classificatie probeert geen evolutionaire verbanden vast te stellen, maar eenvoudig het samenklonteren van organismen op basis van? graden van gelijkenis. Fenetische classificatie vereist toegang tot de meeste gegevens. De algehele effectiviteit neemt af wanneer de gegevens onvolledig zijn.


10: Methoden voor taxonomie en diagnostiek - biologie


BIO 10
- Biologie Lab Dinsdag: 15:00 uur tot 17:50 uur

TAXOMONY LAB - Classificatie van levende wezens.

Taxonomie (van het Griekse taxis wat rangschikking of verdeling betekent en nomos wat wet betekent) is de wetenschap van classificatie volgens een vooraf bepaald systeem, waarbij de resulterende catalogus wordt gebruikt om een ​​conceptueel kader te bieden voor discussie, analyse of het ophalen van informatie. In theorie houdt de ontwikkeling van een goede taxonomie rekening met het belang van het scheiden van elementen van een groep (taxon) in subgroepen (taxa) die elkaar uitsluiten, eenduidig ​​zijn en samen alle mogelijkheden omvatten. In de praktijk moet een goede taxonomie eenvoudig, gemakkelijk te onthouden en gebruiksvriendelijk zijn.

Een van de bekendste taxonomieën is die van de Zweedse wetenschapper Carl Linnaeus, wiens classificatie voor biologie nog steeds veel wordt gebruikt (met aanpassingen).

Denk aan de verdeling van het dierenrijk:
koninkrijk, stam, klasse, orde, familie, geslacht, soort
Koning Paul riep om Gus en Sam,

Koning Philip snijdt vijf groene slangen open
Koninkrijk, stam, klasse, volgorde, familie, geslacht, soort

De meeste biologen herkennen vijf koninkrijken: Monera (de prokaryoten) Protista (de eencellige eukaryoten) Fungi (schimmel en verwante organismen), Plantae (de planten) en Animalia (de dieren). Geaccepteerde classificatiesystemen zijn in een veel sneller tempo veranderd dan de soort nodig heeft gehad om te evolueren.

De koninkrijken zijn onderverdeeld in categorieën die phyla worden genoemd, elke phylum is onderverdeeld in klassen, elke klasse in orden, elke orde in families, elke familie in geslachten en elk geslacht in soorten. Een soort vertegenwoordigt één type organisme, zoals hond, tijgerhaai, Ameoba proteus (de gewone amoebe), Homo sapiens (ons), of Acer palmatum (Japanse esdoorn). Merk op dat soortnamen altijd zijn onderstreept of cursief zijn geschreven.

1. Taxonomie geeft ons een levendig beeld van de bestaande organische diversiteit van de aarde.

2. Taxonomie verschaft veel van de informatie die een reconstructie van de fylogenie van het leven mogelijk maakt.

3. Taxonomie onthult tal van interessante evolutionaire verschijnselen.

4. Taxonomie levert classificaties die van grote verklarende waarde zijn in de meeste takken van biologie en paleontologie.


10: Methoden voor taxonomie en diagnostiek - biologie

a Informatie- en computerwetenschappen, The James Hutton Institute, Invergowrie, Dundee, Schotland, VK
E-mailadres: [email protected]

b The Food and Environment Research Agency, Sand Hutton, York, VK

c Cel- en moleculaire wetenschappen, The James Hutton Institute, Invergowrie, Dundee, VK

Abstract

zacht rot Enterobacteriën (SRE) zijn bacteriële plantpathogenen die zwartpoot-, verwelkings- en zachtrotziekten veroorzaken op een breed scala van belangrijke gewas- en sierplanten wereldwijd. Deze organismen (die de genera Erwinia, pectobacterie, Dickeya, en Pantoea) aanzienlijke economische en opbrengstverliezen veroorzaken in het veld en in de opslag. Ze zijn overdraagbaar via oppervlaktewater, door handel en andere verplaatsingen van plantaardig materiaal en grond, en zijn in sommige gevallen onderworpen aan internationale wettelijke en quarantainebeperkingen. Effectieve detectie en diagnose ter ondersteuning van voedselzekerheidswetgeving en epidemiologie is afhankelijk van het vermogen om pathogene isolaten nauwkeurig te classificeren. Diagnostiek en classificatie worden bemoeilijkt door de invloed van horizontale genoverdracht op het fenotype, en historisch complexe en soms onnauwkeurige nomenclatuur- en taxonomische opdrachten die blijven bestaan ​​in stamverzamelingen en online sequentiedatabases. Hier bespreken we kort de relatie tussen taxonomie, genotype en fenotype in de SRE, en hun implicaties voor diagnostische tests en wetgeving. We presenteren nieuwe volledige genoomclassificaties van de SRE, die inconsistenties illustreren tussen de gevestigde taxonomieën en bewijs van volledig gesequeneerde isolaten. We sluiten af ​​met een perspectief op de toekomstige impact van wijdverbreide sequencing- en classificatiemethoden van het hele genoom op de detectie en identificatie van bacteriële plantpathogenen ter ondersteuning van wetgevende en beleidsinspanningen op het gebied van voedselzekerheid.


Voorbeelden van taxonomie

De wetenschappelijke classificatie van mensen is als volgt:

  • Domein: Eukaryota
  • Koninkrijk: Animalia
  • stam: Chordata
  • Klas: zoogdieren
  • Volgorde: primaten
  • Familie: Hominidae
  • Geslacht: Homo
  • Soort:sapiens

Een ander voorbeeld van taxonomie is het onderstaande diagram, dat de classificatie van de rode vos laat zien, Vulpes vulpes (soms zijn de geslachts- en soortnamen hetzelfde, ook al zijn dit twee verschillende rangen).


Veel geheugensteuntjes kunnen worden gebruikt om de volgorde van de taxonomische hiërarchie te onthouden, zoals "Dear King Philip Came Over For Good Spaghetti".


Het belang van biologische taxonomie

Biologische taxonomie is het wetenschappelijke gebied dat zich bezighoudt met de classificatie van levende organismen. Niet-biologen die nadenken over taxonomie, denken misschien dat dit vakgebied de saaiste van alle wetenschappen is. Voor niet-ingewijden is er weinig verschil tussen het leven van een taxonoom en het leven van een postzegelverzamelaar. Niets is verder van de waarheid verwijderd. Taxonomie is de grote verenigende theorie van de biologische wetenschappen geworden. Pogingen om de genomen van prokaryotische, eukaryote en virale soorten te sequensen, en daarbij de genomen van verschillende klassen van organismen te vergelijken, hebben het veld van de evolutionaire taxonomie (fylogenetica) nieuw leven ingeblazen. De analyse van normale en abnormale homologe genen in verwante klassen van organismen heeft geleid tot nieuwe ziektebehandelingen die gericht zijn tegen specifieke moleculen en routes die kenmerkend zijn voor soorten of klassen of organismen. Studenten die de principes van de moderne taxonomie niet begrijpen, hebben weinig kans om de verbanden te zien tussen geneeskunde, genetica, farmacologie of pathologie, om nog maar te zwijgen van klinische microbiologie.

Hier zijn twee van de specifieke voordelen van het leren van de taxonomie van infectieziekten.

1. Als een methode om de complexiteit van de medische microbiologie te verminderen

Het leren van alle infectieziekten van mensen is een onmogelijke taak. Naarmate het aantal chronisch zieke en immuungecompromitteerde patiënten is toegenomen, is ook het aantal opportunistische pathogenen toegenomen. Omdat wereldwijd transport gemeengoed is geworden, is het aantal exotische infecties dat wereldwijd is verspreid ook toegenomen (zie het item Woordenlijst, Exotische ziekten in de Verenigde Staten). Enkele decennia geleden werd van infectieziektedeskundigen verwacht dat ze een paar honderd infectieziekten zouden leren. Tegenwoordig zijn er meer dan 1400 organismen die ziekten bij mensen kunnen veroorzaken, en het aantal neemt snel toe, terwijl de technieken om deze organismen te diagnosticeren en te behandelen voortdurend verbeteren. Leerboeken kunnen al deze organismen niet voldoende gedetailleerd behandelen om gezondheidswerkers de expertise te bieden om hun patiënten adequate zorg te bieden.

Hoe kan een arts alles leren wat nodig is om competente zorg aan patiënten te bieden? De eerste stap bij het begrijpen van infectieziekten is het begrijpen van de classificatie van pathogene organismen. Alle bekende ziekteverwekkende organismen zijn toegewezen aan een van de 40 goed gedefinieerde klassen van organismen, en elke klasse past binnen een eenvoudige voorouderlijke lijn. Dit betekent dat elk bekend pathogeen organisme bepaalde eigenschappen erft van zijn voorouderlijke klassen en deze eigenschappen deelt met de andere leden van zijn eigen klasse. Wanneer je de eigenschappen van de klas leert, samen met wat basisinformatie over de besmettelijke leden van de lessen, krijg je een uitgebreid begrip van de medische microbiologie.

2. Als bescherming tegen beroepsveroudering

Er lijkt zoveel te gebeuren in de biologische wetenschappen, het is gewoon onmogelijk om alles bij te houden. Met elke dag die voorbijgaat, voel je je minder afgestemd op de moderne wetenschap, en je zou willen dat je terug kon keren naar een tijd waarin een paar fundamentele principes de basis vormden voor je gekozen discipline. U zult blij zijn te horen dat wetenschap draait om het vinden van generalisaties tussen gegevens of tussen verbonden systemen (d.w.z. het verminderen van de complexiteit van gegevens of het vinden van eenvoudige verklaringen voor systemen van onherleidbare complexiteit). Veel, zo niet alles, van de waargenomen complexiteit van de biologische wetenschappen komt voort uit de groeiende verbindingen van ooit afzonderlijke disciplines: celbiologie, ecologie, evolutie, klimatologie, moleculaire biologie, farmacologie, genetica, computerwetenschappen, paleontologie, pathologie, statistiek, enzovoort. Wetenschappers moeten tegenwoordig veel verschillende vakgebieden begrijpen en ze moeten gedurende hun hele loopbaan bereid en in staat zijn om aanvullende disciplines op te nemen. Naarmate elk wetenschapsgebied met andere verstrikt raakt, heeft het schijnbaar mysterieuze gebied van de biologische taxonomie bekendheid gekregen omdat het de intellectuele kern van vrijwel elk biologisch gebied beslaat.

De moderne biologie is datagedreven. Een stortvloed van op organismen gebaseerde genomische, proteomische, metabolomische en andere "omische" gegevens overspoelt onze databanken en verdrinkt onze wetenschappers. Deze gegevens hebben een beperkte wetenschappelijke waarde als we geen manier kunnen vinden om de gegevens die voor elk organisme zijn verzameld, te generaliseren naar de gegevens die in andere organismen zijn verzameld. Taxonomie is de wetenschappelijke methode die onthult hoe verschillende organismen verwant zijn. Zonder taxonomie hebben gegevens geen biologische betekenis.

De ontdekkingen die wetenschappers in de toekomst doen, komen voort uit vragen die opkomen tijdens de constructie en verfijning van biologische taxonomie. In het geval van infectieziekten, wanneer we een eigenschap vinden die ons informeert dat wat we dachten dat een enkele soort was, in feite twee soorten is, stelt het ons in staat om behandelingen te ontwikkelen die voor elke soort zijn geoptimaliseerd en om nieuwe methoden te ontwikkelen om de verspreiding te controleren en te beheersen van beide organismen. Wanneer we organismen op de juiste manier in een gemeenschappelijke klasse groeperen, kunnen we nieuwe geneesmiddelen testen en ontwikkelen die effectief zijn tegen alle organismen binnen de klasse, vooral als die organismen worden gekenmerkt door een molecuul, route of eigenschap die specifiek door een geneesmiddel wordt aangevallen. Termen die in diverse wetenschappen worden gebruikt, zoals homologie, metabole route, doelmolecuul, verworven resistentie, ontwikkelingsstadium, cladistiek, monofylie, modelorganisme, klasseneigenschap, fylogenie, ontlenen allemaal hun betekenis en hun bruikbaarheid aan biologische taxonomie. Wanneer je de algemene organisatie van levende organismen begrijpt, zul je begrijpen hoe verschillende wetenschappelijke gebieden zich tot elkaar verhouden, waardoor professionele veroudering wordt voorkomen.

trefwoorden: taxonomie, evolutie, classificatie, gegevensorganisatie, jules j berman


Schimmelinfecties: classificatie en laboratoriumdiagnose

Dermatofytose veroorzaakt door: Trichophyton, Epidermophyton en Microsporum soorten.

Pityriasis versicolor: Malassezia furfur.

Witte piedra: Trichosporon beigelii.

Zwarte piedra: Piedraia hortaie.

Tinea nigra: Exophiala werneckii.

Candidiasis: Candida albicans en andere soorten Candida.

De exemplaren uit deze groep omvatten - huid, haar en nagels.

B. Subcutane mycosen:

Eumycetoma veroorzaakt door: Madurella mycetomatis, Madurella grisea.

Zwarte of donkere korrels: Leptosphaeria senegalensis, Exophiala jeanselmei, Pseudallescheria boydii.

Witte of gele korrels: Acremonium soorten.

Eumycetomen moeten worden onderscheiden van actinomycotische mycetomen.

1. Chromoblastomycose: Fonsecaea pedrosoi (Varken­mented schimmels).

2. Sporotrichose: Sporothrix schenckii.

3. Rhinosporidiose: Rhinosporidium seeberi.

Voorbeelden van deze groep omvatten pus van abcessen, exsudaat van laesies, opgezogen vloeistof uit sinuskanalen en weefsel van biopsie.

C. Systemische mycosen veroorzaakt door ‘pathogene schimmels’:

1. Histoplasmose: Histoplasma capsulatum.

2. Blastomycose: Blastomyces dermatitidis.

3. Paracoccidioidomycose: Paracoccidioides brasiliensis.

4. Coccidioidomycose: Coccidioides immitis.

D. Systemische mycosen veroorzaakt door 'opportunistische schimmels':

1. Cryptokokkose: Cryptococcus neoformans.

2. Aspergillose: Aspergillus fumigatus en andere aspergillus-soorten.

3. Zygomycose: Mucor-, Rhizopus- en Basidiobolus-soorten.

4. Systemische candidiasis: Candida albicans.

Specimen uit deze groep omvatten pus of exsudaat, cerebrospinale vloeistof, respiratoire secreties, beenmerg, bloed, urine en weefsel van biopsie of autopsie.

Laboratoriumdiagnose van schimmelinfecties:

I. Monsters:

1. Huidafkrabsels, nagelknipsels en haren kunnen worden vervoerd in een envelop, petrischaal of ander handig vervoermiddel.

2. Monsters van het slijmvlies kunnen direct worden geïnoculeerd in kweekmedium of worden uitgesmeerd op een schoon objectglaasje door een wattenstaafje of een kweeklus.

3. Schraapsels, korsten, opgezogen pus en weefselbi­opsieën moeten aseptisch worden verzameld van subcuta­neous infecties.

4. Bij vermoede systemische infecties moeten monsters worden verzameld op zoveel mogelijk plaatsen, zoals bloed en CSF.

Het monster is verdeeld in twee delen, een voor microscopie en een andere voor cultuur. Gisten worden op dezelfde manier behandeld als bacteriën. Matrijzen vereisen echter een aantal speciale procedures.

II. Inspectie:

1. Kaliumhydroxide (KOH) montage:

KOH lost keratine en celmateriaal op, maar tast schimmels niet aan. Monsters worden op een objectglaasje geplaatst waaraan een druppel 10-20% kaliumhydroxide wordt toegevoegd en vervolgens afgedekt met een dekglaasje en gedurende 20 minuten in een incubator bij 37°C gelaten om keratine te verteren. Microscopisch onderzoek toont schimmelstructuur.

Gramkleuring, Papani­colaou (meestal uitgevoerd in cytopathologisch laboratorium), Periodic acid-Schiff (PAS) kleuring en methenamine zilverkleuring kleuren de meeste schimmels goed. Giemsa-kleuring is nuttig voor gisten en cellen van Histoplasma capsulatum vanwege hun kleine formaat. Alle schimmels zijn grampositief maar van weinig waarde.

3. Directe immunofluorescentie:

DFAT is nuttig om schimmels in weefsels en uitstrijkjes te identificeren.

Onderzoek van biopsiespecimens van weefsel levert stevig bewijs van invasieve ziekte. Weefselcoupes bereid uit paraffineblok worden gekleurd door Gomori methenaminezilver en perjoodzuur-Schiff-kleuring. Een dergelijke kleuring duidt alleen op de aanwezigheid van schimmels in weefsels en niet op de soort.

Detectie van cryptokokkenpolysaccharide-antigeen in CSF en serum door middel van latexagglutinatietest wordt routinematig uitgevoerd. De test is gevoelig, specifiek en eenvoudig uit te voeren. Werkwijzen voor detectie van Candida- en Histoplasma-antigenen zijn ook beschreven.

Cultuur en isolatie:

Pathogene schimmels groeien op Sabouraud dextrose-agar (pH 5,6, licht zure pH die bacteriegroei niet toelaat) bevat 4% dextrose, 1% pepton en 2% agar. Chlooram­phenicol (50 mg/L), cycloheximide (500 mg/L) of een ander antibioticum wordt vaak aan het medium toegevoegd om bacteriële of saprofytische schimmelbesmetting verder te voorkomen.

Twee kweken met de monsters worden gedaan en geïncubeerd bij kamertemperatuur (25°C) en bij lichaamstemperatuur (37°C) om dimor­phism te onthullen. Buis, petrischaal en glijbaan worden gebruikt voor cul­ture. Diacultuur is nuttig voor het bestuderen van de morfologie van schimmel. Culturen worden gedurende ten minste 2 tot 3 weken en in sommige gevallen tot 6 weken geïncubeerd.

Cultuur levert een ondubbelzinnig bewijs van schimmelinfectie.

(a) Macroscopisch uiterlijk (koloniekarakter) (Fig. 14.1):

(i) Dimorfe schimmels produceren kolonies met een diameter van 1-2 mm, delicate hyfen die de schimmelvorm van de kolonies een spinnenweb of haarachtig uiterlijk geven (Fig. 14.1A).

(ii) Trichophyton rubrum produceert wijnrood diffundeerbaar pigment.

(b) Microscopische morfologie (Tease mount):

Een klein deel van de kolonie, inclusief een deel van de oppervlakte-agar, wordt uitgegraven met een paar dissectienaalden of puntige applicatorsticks. Het koloniefragment wordt op een microscoopglaasje in een druppel lactofenolanilineblauw geplaatst.

De kolonie wordt uit elkaar gehaald met behulp van ontleednaalden en vervolgens wordt een dekglaasje over de druppel geplaatst en voorzichtig op het oppervlak gedrukt met het gumuiteinde van een potlood om microscopisch onderzoek te vergemakkelijken.

Gisten zijn eencellig. Aan de andere kant zijn schimmels filamenteus (hyfen), produceren gespecialiseerde conidia en groeien langzaam.

De volgende schimmelstructuren kunnen worden gezien:

(i) Mycelium: Aanwezigheid van septate of aseptate hyfen (Fig. 14.2), of pseudo hyfen.

(ii) Mycelium kan vegetatief zijn (gedeelte dat zich uitstrekt in het kweekmedium) of lucht (gedeelte boven het medium/substraat).

(iii) Aanwezigheid van gespecialiseerde structuren, b.v. chlamydosporen, of gisten, enz. kunnen aanwezig zijn.

Er zijn genetische sondes beschikbaar voor de detectie van Blastomyces dermatitidis, Coccidioides immitis, Cryptococcus neoformans en Histoplasma capsulatum.

Indirecte methoden gebaseerd op immuunrespons van de gastheer:

Huidtest die ooit een populaire diagnostische en verlegen test was, wordt nu bijna verlaten vanwege fout-positieve resultaten. Deze tests zijn echter nuttig om de immuunstatus van de patiënt te bestuderen.

Serologische tests zoals ELISA voor histoplasmose, latexagglutinatietest en CFT zijn bedacht.


Sectie I: Grondslagen van de klinische virologie

1 Inleiding tot virussen
Virusstructuur, levenscyclus, Baltimore-classificatie, cijfers van DNA- en RNA-virusclassificatie, transmissie, nomenclatuur

2 Laboratoriumdiagnose van virale infecties
Differentiële diagnose voor virale syndromen, monsterafname, vergelijking van diagnostische technieken

Sectie II: Virale pathogenen en klinische presentatie

3 Ademhalingsvirussen
Griepvirus, respiratoir syncytieel virus, humaan metapneumonvirus, rhinovirus, coronavirus, bofvirus, seizoensdiagram

4 virussen met dermatologische manifestaties
Herpes simplex-virus, varicella-zoster-virus, mazelenvirus, rubella-virus, humane herpesvirussen 6 en 7, molluscum contagiosum, pokkenvirus, figuur van virale huiduitslag, beschrijving en vergelijking van herpesvirussen 1 tot -8

5 Gastro-intestinale en fecaal-orale hepatitisvirussen
Rotavirus, norovirus, astrovirus, sapovirus, HAV, HEV, seizoensdiagram

6 virussen die meerdere syndromen kunnen veroorzaken
Enterovirus en parechovirus, adenovirus, parvovirus B19, humaan bocavirus

7 opportunistische, transplantatie-geassocieerde virussen
Cytomegalovirus, BK-virus, JC-virus

8 door bloed overgedragen hepatitis-virussen
Hepatitis B-, C- en D-virussen en vergelijking van hepatitis-virussen A tot en met E

9 menselijke retrovirussen
HIV, HTLV-1/-2

10 oncogene virussen
HPV, EBV, HHV-8

11 zoönotische virussen
Rabiësvirus, Ebolavirus, Marburgvirus, Lassavirus, Krim-Congo hemorragisch virus, hantavirus, lymphochoriomeningitisvirus, monkeypoxvirus, herpes B-virus, Hendra-virus, Nipah-virus, vergelijking van zoönotische virussen

12 arbovirussen
Muggen, teken, denguevirus, gelekoortsvirus, chikungunyavirus, West-Nijlvirus, oostelijke, westelijke en Venezolaanse paardenencefalitisvirussen, Japanse encefalitisvirus, Powassan-virus, vergelijking van arbovirussen

Sectie III: Diagnostische tests en technieken

13 op cultuur en weefsel gebaseerde diagnostische technieken
Conventional viral culture and cell lines, viral growth rates, hemagglutination, quantification of plaques, histology/cytology, histologic and cytologic images of virally infected cells

14 Diagnostic Techniques Based on Immunological Interactions
Kinetics of immune responses, interpreting serologic results, antigen and antibody detection, ELISA and chemiluminescent immunoassay, immunohistochemistry, immunoblots, immunofluorescence, lateral-flow assay, comparison of immunologic assays

15 Molecular Techniques: Nucleic Acid Amplification
Basics of nucleic acids, nucleic acid amplification, PCR, RT-PCR, real-time PCR, quantitative PCR, melt curve analysis, viral loads, droplet digital PCR, nested PCR, multiplex PCR, transcription-mediated amplification, controls, contamination

16 Molecular Techniques: Sequencing
Sequencing terminology, applications, procedures, platforms (Sanger, NGS, Illumina, SMRT, Ion Torrent), data analysis, comparison of platforms

Section IV: Prevention and Management of Viral Infections

17 Biosafety
Biosafety levels, select agents, reportable diseases, PPE, techniques, biosafety cabinets, isolation precautions

18 Vaccines
Active and passive immunity, intravenous immunoglobulin, types of vaccines, delivery, complications, antibody dependent enhancement, table of available viral and other vaccines, diagram of routine vaccination schedule

19 Antivirals
Antivirals against herpesviruses, influenza virus, RSV, hepatitis C, other compounds, antiretrovirals and antivirals with broad coverage, mechanisms of action

Section V: The Regulatory Environment for Laboratory Testing

20 Regulatory Requirements
Classification of assays by the FDA, test complexity, regulatory agencies, CLIA, inspections, proficiency testing, billing and coding

21 Assay Performance and Interpretation
Validation/verification, performance characteristics (precision, accuracy, reportable range, reference range), diagnostic, clinical and analytic sensitivity and specificity, prevalence, predictive value, ROC curves


Method #4: A quick way

Colony screening with Polymerase Chain Reaction (PCR) is the most rapid initial screen to determine the presence of the DNA insert. Colony PCR involves lysing the bacteria and amplifying a portion of the plasmid with either insert-specific or vector-specific primers. If you need to determine the orientation of your insert, it is recommended to combine both types of primers for your analysis.

If selecting colony screening by PCR, make sure that your insert is shorter than 3 kb. Some PCR reagents will allow you to add a portion of your individual colony directly to a PCR master mix, with the remaining portions being used to inoculate a culture plate or liquid media with appropriate antibiotic for downstream applications.


Classification and Nomenclature

Nomenclature is the set of rules and conventions that govern the names of taxa.

Leerdoelen

Recognize the factors involved with general classification and nomenclature used for microorganism classification

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • The names ( nomenclature ) given to prokaryotes are regulated by the International Code of Nomenclature of Bacteria (Bacteriological Code).
  • Classification is the grouping of organisms into progressively more inclusive groups based on phylogeny and phenotype, while nomenclature is the application of formal rules for naming organisms.
  • Taxonomic names are written in italics (or underlined when handwritten) with a majuscule first letter, with the exception of epithets for species and subspecies.

Sleutelbegrippen

  • nomenclatuur: binomial nomenclature (also called binominal nomenclature or binary nomenclature) is a formal system of naming species of living things by giving each a name composed of two parts, both of which use Latin grammatical forms, although they can be based on words from other languages. Such a name is called a binomial name (which may be shortened to just “binomial”), a binomen or a scientific name more informally it is also called a Latin name.
  • prokaryotes: ( /proʊkæri.oʊts/, pro-kah-ree-otes or /proʊkæriəts/, pro-kah-ree-əts) a group of organisms whose cells lack a cell nucleus (karyon), or any other membrane-bound organelles. Most prokaryotes are unicellular organisms, although a few such as myxobacteria have multicellular stages in their life cycles.
  • Bacteriological code: The International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB) or Bacteriological Code (BC) governs the scientific names for bacteria, including Archaea. It denotes the rules for naming taxa of bacteria, according to their relative rank. As such it is one of the Nomenclature Codes of biology.

Nomenclature is the set of rules and conventions which govern the names of taxa. It is the application of formal rules for naming organisms. Classification is the grouping of organisms into progressively more inclusive groups based on phylogeny and phenotype. Despite there being no official and complete classification of prokaryotes, the names (nomenclature) given to prokaryotes are regulated by the International Code of Nomenclature of Bacteria (Bacteriological Code), a book which contains general considerations, principles, rules, and various notes and advises in a similar fashion to the nomenclature codes of other groups.

International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSEM): The IJSEM covers the naming of new bacteria and how they fit evolutionarily.

The taxa which have been correctly described are reviewed in Bergey’s manual of Systematic Bacteriology, which aims to aid in the identification of species and is considered the highest authority. An online version of the taxonomic outline of bacteria and archaea is available. Taxonomic names are written in italics (or underlined when handwritten) with a majuscule first letter with the exception of epithets for species and subspecies. Despite it being common in zoology, tautonyms (e.g. Bison bison) are not acceptable and names of taxa used in zoology, botany or mycology cannot be reused for bacteria (Botany and Zoology do share names).

For bacteria, valid names must have a Latin or Neolatin name and can only use basic latin letters (w and j inclusive, see History of the Latin alphabet for these), consequently hyphens, accents and other letters are not accepted and should be translitterated correctly (e.g. ß=ss). Ancient Greek being written in the Greek alphabet, needs to be translitterated into the Latin alphabet.

Many species are named after people, either the discoverer or a famous person in the field of microbiology, for example Salmonella is after D.E. Salmon, who discovered it (albeit as “Bacillus typhi”). For the generic epithet, all names derived from people must be in the female nominative case, either by changing the ending to -a or to the diminutive -ella, depending on the name. For the specific epithet, the names can be converted into either adjectival form (adding -nus (m.), -na (f.), -num (n.) according to the gender of the genus name) or the genitive of the latinised name.

Many species (the specific epithet) are named after the place they are present or found (e.g. Borrelia burgdorferi). Their names are created by forming an adjective by joining the locality’s name with the ending -ensis (m. or f.) or ense (n.) in agreement with the gender of the genus name, unless a classical Latin adjective exists for the place. However, names of places should not be used as nouns in the genitive case.

For the Prokaryotes (Bacteria and Archaea) the rank kingdom is not used (although some authors refer to phyla as kingdoms). If a new or amended species is placed in new ranks, according to Rule 9 of the Bacteriological Code the name is formed by the addition of an appropriate suffix to the stem of the name of the type genus. For subclass and class the reccomendation from is generally followed, resulting in a neutral plural, however a few names do not follow this and instead keep into account Graeco-Latin grammar (e.g. the female plurals Thermotogae, Aquificae, and Chlamydiae, the male plurals Chloroflexi, Bacilli, and Deinococci, and the Greek plurals Spirochaetes, Gemmatimonadetes, and Chrysiogenetes).

Phyla are not covered by the Bacteriological Code, however, the scientific community generally follows the Ncbi and Lpsn taxonomy, where the name of the phylum is generally the plural of the type genus, with the exception of the Firmicutes, Cyanobacteria, and Proteobacteria, whose names do not stem from a genus name. The higher taxa proposed by Cavalier-Smith are generally disregarded by the molecular phylogeny community (vide supra).


Bekijk de video: - Organismen ordenen (November 2021).