Mikrobiologie 1 (Einführung)

...ist die Wissenschaft und Lehre von den Mikroorganismen, also Lebewesen, die als Individuen nicht mit bloßem Auge erkannt werden können: Archaeen, Bakterien, Pilze, Protozoen und ein- und wenigzellige Algen, sowie Viren, die nicht als Lebewesen gelten.

Van Leeuwenhoek:

Er hat die ersten Mikroskope gebaut. Man konnte dadurch zum ersten mal sehen das Mikroorganismen gibt.

Luis Pasteur:

Bewies das MO nicht spontan entstehen. Entdeckte die Milchsäurebakterien.

Robert Koch:

-> Tuberkulose

Koch`sche Postulate: Wenn ein Tier an Tuberkulose erkrankt ist und stirbt, muss man von dem toten Tier den Erreger wieder entnehmen können. Wenn dem nicht so ist, dann war dies kein Erreger.

- Viele Tiere brauchen Mo um Nahrung aufzuspalten.

- Erzeugung von Eisenerz Käse, Bier, Alkohol brauche Mo

- Herstellung von Zitronensäure durch MO wodurch wir Lebensmittel haltbar machen können.

- Biotechnologie: Antigene für Krankheiten Reinigung des Abwassers

Der phylogenetische Stammbaum, abgeleitet von der vergleichenden rRNA - Gen-Sequenzierung.

Der Baum besteht aus den drei Domänen der Organismen: den Bacteria und den Archaea, und den Eukarya.

In jeder Domäne sind nur wenige Gruppen der Organismen eingezeichnet. Hyperthermophile sind Prokaryoten, die ihr optimales Wachstum bei einer Temperatur von 80 °C oder höher erreichen. Die rot unterlegten Gruppen sind Makroorganismen. Alle anderen Organismen des Stammbaums sind Mikroorganismen.

(a) Zellen, entweder aus einer Reinkultur oder einer Probe aus der Natur entnommen, werden aufgebrochen.

(b) Das Gen, das die rRNA codiert, wird mit dem Polymerase-Ketten-Reaktions-Verfahren (PCR) vervielfältigt

(c) Das Gen wird sequenziert und

(d) die erhaltenen Sequenzen werden mit dem Computer aneinandergereiht. Ein Algorithmus errechnet paarweise Vergleiche und erzeugt einen Baum -> Sequenzanalyse

(e), der die Unterschiede in der rRNA-Sequenzzwischen den Organismen analysiert.

-> aufstellen phylogenetischer Stammbaum

In dem angeführten Beispiel unterscheidet sich die Sequenz in Folgendem: Organismus 1 versus Organismus 2, drei Veränderungen; 1 versus 3, zwei Veränderungen; 2 versus 3, vier Veränderungen. Somit sind die Organismen 1 und 3 näher verwandt als die Organismen 2 und 3 oder 1 und 2.

Das Verhältnis von Oberfläche und Volumen bei Zellen. In dem Maße, in dem die Größe der Zelle zunimmt, nimmt das Verhältnis Oberfläche zu Volumen ab. Der Stoffwechsel einer Zelle verhält sich umgekehrt proportional zu ihrer Größe.

ca 0,2-50um

- Metabolismus

- Vermehrung

- Kommunikation

- Evolution

- Bewegung und Differenzierung sie nicht Eigenschaften aller mikrobioeller Zellen.

Aufnahme von Nährstoffen aus ihrer Umwelt, Umwandlung in der Zelle und Ausscheiden der Abfallstoffe ->offenes System

Polysaccharide und Lipide

Gluconeogenese.

Wenn Glucose gebraucht wird, kann sie aus anderen Kohlenstoffverbindungen synthetisiert werden, im Allgemeinen durch Umkehrung der Schritte der Glykolyse. (d) Die Pentosen für die Nucleinsäuresynthese werden durch die Decarboxylierung von Hexosen wie Glucose-6-Phosphat gebildet.

Nucleinsäuren (DNA/RNA)

Katabolismus: Substrate werden in verschiedene Endprodukte umgesetzt und dabei entsteht Energie Anabolismus: Substrate werden verwendet um Makromoleküle oder Proteine aufzubauen

Damit sich eine Zelle selbst vermehren kann, müssen:

(1) eine ausreichende Menge Energie sowie Vorläufer für die Synthese neuer Makromoleküle vorhanden sein,

(2) muss das genetische Material repliziert werden, damit jede Zelle nach der Zellteilung eine Kopie erhalten kann und

(3) muss Genexpression erfolgen (die Prozesse der Transkription und der Translation), um die richtige Menge Proteine und anderer Makromoleküle zu bilden, die zur Entstehung einer neuen Zelle notwendig sind.

-> Maschinen und Kodierungsfunktion

DNA wird zu RNA transkribiert und RNA wird in Proteine übersetzt

Dient zur Erzeugung von ATP. Metabolismus welcher Makromoleküle (Zucker, AS, Fettsäuren) umsetzt in ATP

Semikonservative DNA-Replikation (DNA-Replikation siehe Genetik)

Morphologie von Bakterien; Aufbau:

- Coccus

- Rod (Stäbchen) 

- Spirillum 

- Spirochete

- Bakterien welche Anhänge bilden 

- Filamentöse Bakterien

Die Gram-Färbung (oder Gramfärbung) ist eine vom dänischen Bakteriologen Hans Christian Gram (1853–1938) entwickelte Methode zur differenzierenden Färbung von Bakterien für die mikroskopische Untersuchung. Sie ermöglicht es, Bakterien in zwei große Gruppen, die sich im Aufbau ihrer Zellwände unterscheiden, einzuteilen. Es werden grampositive und gramnegative Bakterien unterschieden. Allerdings können nicht alle Bakterienarten durch diese Technik klassifiziert werden, so gibt es auch gramvariable und gramunbestimmte Arten.

Der Färbevorgang besteht aus drei Schritten:

1. Färben: Im ersten Schritt färbt man mit einer Lösung von Kristallviolett (Gentianaviolett), der 15 g/l Phenol (Karbolsäure) zugesetzt ist, dem sogenanntem „Karbol-Gentianaviolett“. Hierbei werden alle Bakterien, grampositive, wie gramnegative, gefärbt. Bei der nachfolgenden Behandlung mit Lugolscher Lösung werden größere Farbstoff-Komplexe gebildet, alle Bakterien erscheinen dunkelblau.
2. Entfärben („Differenzieren“): Im zweiten Schritt erfolgt eine Behandlung mit 96 %igem Ethanol. Dabei verhalten sich grampositive und gramnegative Bakterien verschieden: gramnegative Bakterien werden wieder entfärbt, während die blauen Farbstoffkomplexe aus grampositiven Bakterien mit dem Alkohol nicht ausgewaschen werden können.
3. Gegenfärben: Zur Darstellung der gramnegativen Bakterien können diese abschließend mit verdünnter Fuchsinlösung (eine Lösung von Fuchsin mit Phenol in etwa 1/10 der üblichen Konzentrationen von „Karbolfuchsin“) oder Safraninlösung gegengefärbt werden, worauf sie rot beziehungsweise rotorange erscheinen.

Als grampositiv bezeichnet man Bakterien und Pilze, die sich in der Gram-Färbung blau anfärben.

Besteht aus Cytoplasmamembran mit Proteinen, darüber dünnschichtiges Murein/Peptidoglykan, und darüber ist die äußere Membran. Auf äußerer Membran befindet sich LPS (=Lipopolysaccharid). LPS besteht aus Lipid A, welches Kette an Zuckern verankert. LPS besteht aus Lipid, Zucker und einer ganz spezifischen Zuckerseitenkette.

Funktion: Hydrophobe Stoffe kommen nicht mehr so leicht an die Zellen.

1. grampositive Zellwand

2. gramnegative Zellwand

3. Peptidoglycan (Murein)

4. Plasmamembran

5. Zytoplasma

6. Periplasmatischer Raum, bei grampos. Bakterien die inner wall zone (IWZ)[2]7. äußere Membran

Als gramnegativ bezeichnet man Bakterien, die sich in der Gram-Färbung rot anfärben.

Besteht aus Cytoplasmamembran mit Proteinen und darüber ein vielschichtiges Murein (oder Peptidoglykan) Haben im Murein Teichonsäure. Teichonsäure besteht aus Ribitol an dem verschiedene Reste angehängt sind.

1. grampositive Zellwand

2. gramnegative Zellwand

3. Peptidoglycan (Murein)

4. Plasmamembran

5. Zytoplasma

6. Periplasmatischer Raum, bei grampos. Bakterien die inner wall zone (IWZ)[2]7. äußere Membran

Du kannst Murein auch als Peptidoglycan/Peptidoglykan oder als Polysaccharid-Peptid bezeichnen. Es ist ein vernetztes, großes Molekül (Makromolekül), welches aus Zuckern und Aminosäuren aufgebaut ist.

Es macht einen großen Bestandteil in den Zellwänden der meisten Bakterien aus, in Archaeen ist Murein nicht vorhanden. Je nachdem, wie dick die Mureinschicht ist, kannst du zwischen grampositiven Bakterien (dicke Mureinschicht) und gramnegativen Bakterien (dünne Mureinschicht) unterscheiden.

1. Einfacher Transport: Energie wird durch protonenmotorische Kraft bereitgestellt

2. Gruppentranslokation: Chemische modifikation der transportierten Substanz; Energie durch Phosphophoenolpyruvat

3. ABC-Transporter: Unter beteiligung periplasmatischer Proteine; Energie von ATP

Mechanismus des Phosphotransferasesystem

Für die Aufnahme von Glucose besteht das System aus 5 Proteinen: Enzym I, Enzyme IIa, IIb, IIc, und Enzym HPr. Ausgehend von Phosphoenolpyruvat (PE-P) läuft der Prozess zu Enzym IIc und dieses Enzym transportiert und phosphoryliert den Zucker.

MECHANISMUS EINES ABC-TRANSPORTERS

Im Periplasma befinden sich Bindeproteine die Maltose (Substrat) binden. Unter ATP-Verbrauch kommt es zu einer Konformationsänderung und die Maltose wird aufgenommen. ATP-Hydrolyse liefert Energie für den Transport.

In Bakterien und Eukaryoten haben Lipide eine Ester-Bindung zwischen Glycerin und Fettsäuren. In Archaea ist das eine Ether-Bindung

-> Bindung ist stabiler. Archaea kommen oft bei sehr hohen Temperaturen vor. Auch haben sie unterschiedliches Murei: haben N-Acetylglucosamin und N-Acetyltalosaminuronsäure

Pseudopeptidglykan

Struktur von Pseudopeptidglykan, dem Zellwandpolymer von Methanobacterium-Spezies. Beachten Sie die Ähnlichkeit mit der Struktur des Peptidoglykans, besonders die Peptidquervernetzungen, in diesem Fall zwischen N-Acetyltalosaminuronsäureresten (NAT) an Stelle von Muraminsäureresten. NAG, N-Acetylglucosamin.

S-Schichten

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Teils einer S-Schicht, die die parakristalline Beschaffenheit dieser Zellwandschicht zeigt. Es wird die S-Schicht des Prokaryoten Aquaspirillum serpens gezeigt (einem Mitglied der Bacteria); diese S-Schicht weist wie viele der bei den Archaea gefundenen S-Schichten eine hexagonale Symmetrie auf.

werden in der Regel nur von Gram + Bakterien ausgebildet. Dienen zur Überdauerung von Nährstoffmangel. Dipicolinsäure kommt nur in Sporen vor.

Flagellen dienen zur Fortbewegung. Sie wissen wo sie hinschwimmen durch einen Rezeptor. Oberflächenstruktur der Bakterien:

- Fimbrien (Dienen bei pathogenen Bakterien zur Anheftung an Wirtoberflächen)

- Pili (zur Übertragung von genetischen Material)

- Kapseln (große Schleimhüllen welche aus Polysacchariden bestehen, Schutz vorm gefressen werden)