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Biomoleküle und Zelle (Fach) / Mikrobiologie 1 (Lektion)

Diese Lektion wurde von MarekHeuberger erstellt.

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• Mikroorganismen lebende Organismen, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind, da zu klein. - vermehren sich selbsttätig,- reagieren auf Reize,- haben einen Stoffwechsel,- sind oft (aber nicht notwendigerweise) Einzeller
• Viren keine Lebewesen im eigentlichen Sinn: Nukleoproteinkomplexe DNA oder RNA Mit und ohne Lipidmembran
• Historische Meilensteine der Mikrobiologie Antonie van Leeuwenhoek (Niederlande, 1676): entdeckte einen ganzen Mikrokosmos in seinem selbstgebauten Mikroskop Im 19. Jhd:Zahlreiche Diskussionen um „Spontane Entstehung von Leben“ und die Herkunft der Infektionskrankheiten Louis Pasteur (Frankreich) gelang die endgültige Widerlegung der „Spontanen Entstehung von Leben“ Begründung der „Keimtheorie“ (Pasteur) (1864): Krankheiten entstehen nicht „spontan“(auch nicht durch Luftkontakt) sondern durch „Keime“.Krankheiten werden durch „Keime“ übertragen: durch Husten, direkten Körperkontakt, Nahrungsmittel, Wasser .... Robert Koch (Deutschland):1882 Erste bakterielle Reinkulturen auf festem Medium (Mycobacterium tuberculosis) 1884 Veröffentlichung der „Koch‘schen Postulate“: kausaler Zusammenhang zwischen konkreten Erregern und speziellen Krankheiten.
• Bakterienformen Mikrokokken Diplokokken Streptokokken Staphylokokken Sarcinen Stäbchen Spirillen Vibrionen
• Fluoreszenzmikroskopie Bei der Fluoreszenzmikroskopie absorbiert die ausgewählte Sonde Licht eines definierten Wellenlängenbereichs und emittiert (energieärmeres) Licht einer größeren Wellenlänge. Die Probe fluoresziert.Zur Fluoreszenzmarkierung von DNA und Membran dienen oft Farbstoffe, zur Markierung von Proteinen dienen oft GFP („grün fluoreszierendes Protein“) und seine Abkömmlinge.
• Färbetechniken Prinzip Gramfärbung: Gram-positive Bakterien (haben ein dickes „Zellwandpolymer“) halten den violetten Farblack zurück, in Gram-negativen Bakterien(haben ein dünnes „Zellwandpolymer“) wird er ausgewaschen. Hans-Christian Gram (holländischer Arzt, 1853 -1938) Gramfärbung von Sputum mit Gram-positiven Kokken Gram-positive Bakterien färben sich lila Gramfärbung von Gram-negativen Stäbchen Gram-negative Bakterien färben sich rot
• Welche dieser Aussagen zur Gram-Färbung ist richtig? Überschüssige Farbe entfernt man mit Ethanol.
• Welche Aussage zu den Koch'schen Postulaten ist richtig? Der mutmaßliche Erreger lässt sich nur in Kranken nachweisen und muss in Reinkultur angezüchtet werden.
• Spezies-Identifikation durch differentielle Kulturtechniken Differentielle Kulturmethoden nutzen diegroße Stoffwechselvielfalt von Bakterien zur Spezies-Identifikation aus. -  besondere Nährstoffansprüche-  besondere Stoffwechselprodukte Auch die Koloniemorphologie unterscheidet sich, z.B. klein-groß, glatt-rau, glänzend-matt
• Bakterium In/auf unserem Körper gibt es mindestens so viele Bakterien wie Körperzellen („Superorganismus“). Übrigens, in jeden Wasserglas sind auch 109 Bakteriophagen (das sind Viren, die Bakterien befallen). Uns schaden sie nicht. Phylogenetisches Alter sehr hoch (erste Bakterien vor ca. 3,5 Mrd. Jahren); MOs haben die meisten Reaktionen unseres zellulären Grundstoffwechsels „erfunden“, darunter die Atmung und die Photosynthese. Bakterien beinhalten als Gruppe die größte genetische Diversität und die größte metabolische Kapazität. Sie bewegen die Stoffkreisläufe auf unserem Planeten. Wir nutzen diese Leistung auch in der Biotechnologie.
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• Humanes Mikrobiom Ein Mensch beherbergt mindestens so viel Mikroorganismen wie körpereigene Zellen („Mikrobiom“). Zum humanen Mikrobiom gehören in erster Linie Bakterien des Darms, aber auch von Haut, Urogenitaltrakt, Mund, Rachen und Nase, Vagina. Besiedlung des menschlichen Körpers durch nicht-pathogene (nützliche) Bakterien schützt vor Krankheiten. Man nennt sie Kommensalen. Zusammen genommen >> 1.000 verschiedene Bakterienarten (=Bakterienspezies) im und am Menschen; jeder Mensch hat ca. 200 verschiedene Bakterien-Spezies. Es gibt Untersuchungen zum Einfluss des Mikrobioms auf: Fettleibigkeit, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, chronisch- entzündliche Darmerkrankungen, Psoriasis, Asthma, Allergien, Depression.
• Kommensalen Als Kommensalen versorgen uns Mikroorganismen mit Vitaminen, helfen beim Nahrungsabbau, trainieren unser Immunsystem
• Pathogene Mikroorgansimen die Krankheiten auslösen
• Stoffwechsel-Fähigkeiten Mikroorganismen Stickstoff-Fixierung Gärungsprozesse Fähigkeit zur Synthese und Umsetzung komplexer organischer Materie Anorganische Oxidations- und Reduktionsvorgänge (Eisen; Schwefel, Stickstoff, Wasserstoff) Anaerobe Atmung (Es wird kein Sauerstoff verbraucht) Anoxigene Photosynthese (Es wird kein Sauerstoff gebildet)
• Welcher Begriff bezeichnet am besten einen Organismus, der dauerhaft innerhalb eines anderen Organismus lebt und letzterem nutzt? Endosymbiont
• „Weiße Biotechnologie“ (industrielle Biotechnologie) Viele klassische Verfahren der Lebensmittelherstellung beruhen auf mikrobiellen Prozessen z.B. Milchsäuregärung durch MilchsäurebakterienAlkoholische Gärung durch HefenEssigbildung mit Essigsäure-Bakterien Aber auch vielfältiger technischer Einsatz z.B. AbwasserreinigungBiogasproduktionHerstellung von Lösungsmitteln und BiopolymerenProduktion von Vitaminen und Aminosäuren
• „Rote Biotechnologie“ (medizinische Biotechnologie) „Rote Biotechnologie“ (medizinische Biotechnologie) umfasst die Bereiche der Biotechnologie, die medizinische Anwendungen zum Ziel haben, z.B.: Produktion von • Insulin• Antikörpern • Impfstoffen • Antibiotika
• „Grüne Biotechnologie“ „Grüne Biotechnologie“ ist der Zweig der Biotechnologie, der sich mit Pflanzen beschäftigt, z.B.: Verbessern von NutzpflanzenerträgenGewinnung von Inhaltsstoffen
• Endosymbiotenhypothese Die Endosymbiotenhypothese besagt, dass chemotrophe und phototropheBakterien von anderen prokaryontischen Zellen (nämlich Archaea) durch Phagozytose aufgenommen und nicht verdaut worden sind. Diese sind die Vorläufer der heutigen Mitochondrien bzw. Chloroplasten. Damit werden u.a. die prokaryonten-ähnlichen Eigenschaften der beiden Organellen erklärt. Bakterien haben also Zellatmung und Photosynthese „erfunden“.
• Mikrobielle Biodiversität – Phylogenie Bis zur Entwicklung leistungsfähiger Mikroskopie-, Biochemie- und Sequenziertechniken waren MOs schwer zu klassifizieren (da Auflösung von Lichtmikroskopen zu schwach). 99% von dem was wir heute über Mikroorganismen wissen, wurde nach 1900 entdeckt. Aufgrund heutiger leistungsfähiger Sequenziertechnik wissen wir heute deutlich mehr. Bakterien haben kleinere Genome als Säuger. Bakterielle Genomgrößen i.d.R. um4 Megabasenpaare (Mbp)àca. 4000 Gene; Extreme sind 0,7 Mbp (Mycoplasma) bis 13 Mbp (Myxobakterien) z. Vgl. menschliches Genom 3200 Mbp
• Klassifizierung der Lebensformen in drei Reiche Bacteria, Archaea, Eukarya
• Sequenzanalysen von hochkonservierten Molekülen Vorstellung einer molekulare Uhr: Pro Zeiteinheit ergeben sich zufällige Mutationen in der DNA-Sequenz. Mit zunehmendem Abstand der Verwandtschaft häufen sich Mutationen; Ähnlichkeit wird geringer ->16S rRNA bzw. 18S rRNA eignen sich aus folgenden Gründen: 1. Universell verbreitet: in allen Organismen vorhanden 2. Funktionell homolog in allen Organismen 3. Konservierung hoch genug, um noch Ähnlichkeiten zwischen weiter entfernten Verwandten feststellen zu können und Sequenzierprimer zu legen zu können. Für den Vergleich naher Verwandter sind auch weniger konservierte Bereiche enthalten.
• Welcher der Genannten ist der Vorfahre der Mitochondrien? Proteobacterium
• Aktueller Stammbaum des Lebens nach vollständiger Genom-Sequenzierung Heute sind Tausende von Genomen vollständig sequenziert, dies führte zu völlig neuen Relationen im „Stammbaum des Lebens“ und zu einem neuen Einblick bzgl. genetischer Diversität Eukarya und Archaea sind enger zusammen als bisher angenommen. Bacteria decken bei weitem den größten Teil genetischer Vielfalt ab.
• Mikrobielle Biodiversität – Habitate Die hohe genetische Diversität, metabolische Kapazität und Anpassungsfähigkeit ermöglichen den Bacteria und insbesondere den Archaea die Besiedlung extremer Standorte, z.B. mit Hohen und niedrigen Temperaturen: thermophil (bis 80°C*), hyperthermophil (> 80 °C*), psychrophil (< 20°C* bis < 0°C) Hohen Salzgehalten: halophil Hohen Säuren- bzw. Basengehalten: acidophil bzw. basophil Hohen Drücken: barophil Ohne Sauerstoff: anaerob, fakultativ anaerob Organismen, die diese Bedingungen nicht „lieben“ (... phil) sondern begrenzt tolerieren nennt man „...tolerant“, z.B. thermotolerant, aerotolerant etc.
• Archaea Erst seit den 70er Jahren bekannt; bisher ca. 200 Arten, meist in ExtrembiotopenBesiedeln z.B. heiße Quellen, gesättigte Salzlösungen (Totes Meer) oder stark säurehaltige (bis pH 0) oder basische Regionen. Auch bei hohem Druck. Sie unterscheiden sich von Bacteria z.B. durch einen anderen Aufbau von Zellwand, Cytoplasmamembran und Ribosomen. Zusammen genommen sind sie den Eukarya ähnlicher als den Bacteria. Bislang sind keine Krankheitserreger aus der Gruppe der Archaea bekannt. Nutzung z.B. zur Methangewinnung in Biogasanlagen.
• richtige Aussagen zu Archaea Viele Archaea leben in extremen Habitaten.Archaea können halophil, psychrophil oder barophil sein.Pyrococcus furiosus zählt zu den Archaea.Archaea enthalten 70S Ribosomen.

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