Praktikum

Unterscheidung von Lactosevergärern und Nicht-Lactosevergärern Lactose + H2O → (durch β-Galaktosidase) D-Glucose + D-Galaktose Bei vergärung von Lactose: Säurebildung pH-Indikator Chinablau; neutraler bis basischer Bereich - schwach blausaurer Bereich - blau

Cytochrom-Oxidase, Tyrosinase, Laccase:Übertragung von 4e- O2 + 4e-  →  O2- + O2- (Oxid-Ion) 2 O2- + 4 H+  →  2 H2O Flavinhaltige Enzyme (zB Glucose-Oxidase, Aminosäure-O., Xanthin-O.):Übertragung von 2e- O2 + 2e-  →  O22- (Peroxid-Ion) + 2 H+  →  H2O2 SchutzenzymeKatalase 2 H2O2   →  2 H2O + O2Glutathionperoxidase H2O2 + 2 GSH  →  GSSG + 2 H2O

Oxidasen (Xanthin-Oxidase, Aldehyd-O., NADPH-O.): Übertragung von 1e- O2 + 1e-  →  O2-  (Hyperoxid-Ion; früher: Superoxid-Ion) O2- + H2O2 + H+  →  O2 + H2O + OH•  (Hydroxylradikal) Schutzenzym: Superoxid-Dismutase 2 O2- + 2 H+  → H2O2 + O2 Faustregel :  Aerobier Katalase (+) Superoxid-Dismutase (+) Anaerobier Katalase (-) Superoxid-Dismutase (-) fakultativ anaeribe Katalase (+) Superoxid-Dismutase (+) aerotolerante Anaerobier Katalase (-) Superoxid-Dismutase (+)

sekundäre Metabolite von Bakterien und Pilzen Wirken bereits in geringer Konzentration wachstumshemmend und abtötend Bakteriostatika/Fungistatika:Antibiotika, die (reversiebel) das Wachstum von Bakterien/Pilzen hemmen Bakteriozide/Fungizide:Antibiotika, die zellabtötend sind

Pilze: ~1000zB Aspergillus, Penicillium (P. chrysogenum: Penicillin → Strukturformel "Eigenheim mit Garage" - Beta-Lactamring) Actinomyceten: ~4500zB Streptomyces griseus : StreptomycinStreptomyces venezuela : ChloramphenicolStreptomyces aureofasciens : Tetracycline Bacillus-Arten: ~250Polypeptid-Antibiotika (Polymyxin B, Bacitracin)

Zellwandsynthese DNA-Replikation (DNA Gyrase) DNA-abhängige RNA-Polymerase Proteinsynthese - 50S-Inhibitoren Proteinsynthese - 3ßS-Inhibitoren Zellmembran Folsäurestoffwechsel

Chinolone: Synthetisch interagieren mit bakterieller DNA-Gyrase, verhindern Überspiralisierung, wirksam gegen grampositive wie gramnegative Bakterieninfektionen Bsp. Nalidixinsäure, Ciprofloxacin

Sulfonamide: Synthetisch, blockieren die Synthese der Folsäure, Hemmung der Synthese von Nucleinsäuren, nur gegen Bakterien wirksam Bsp. Sulfanilamid

Aminosäuren- und Peptidanaloga: ß-Lactam-Antibiotika  Strukturmerkmal ß-Lactamring, wirksam gegen grampositive Erreger, greifen Transpeptidase an, Vernetzung der Zellwand wird verhindert, Freisetzung von Autolysinen, hoch selektive und nicht toxische Wirkung für die Wirtszellen zB. Penicilline, Cephalosporine, Cephamycine

Aminosäuren- und Peptidanaloga: ß-Lactam-Antibiotika  Strukturmerkmal ß-Lactamring, wirksam gegen grampositive Erreger, greifen Transpeptidase an, Vernetzung der Zellwand wird verhindert, Freisetzung von Autolysinen, hoch selektive und nicht toxische Wirkung für die Wirtszellen zB. Penicilline, Cephalosporine, Cephamycine

Tetracycline: Binden an 30S-Untereinheit, verhindern Verlängerung der Proteinkette zB Streptomycin, Gentamoisin, Amikacin

Makrolid-Antibiotika: Binden an 50S-Untereinheit gezielte Hemmung der Ribosomen nur einer oder zweier der phylogenetischen Domänen zB: Chloramphenicol, Clindamycin, Erythromycin

Rifampin: Hemmung der Transkription, bindet an ß-Untereinheit der RNA-Polymerase, Synthese der mRNA wird gehemmt Actinomycin: hemmt die RNA-Synthese durchVerbindung mit der DNA, die Verlängerung der RNA-Kette wird verhindert

Polymyxine werden in die Zellmembran gram-negativer Bakterien eingelagert stören deren Permeabilität. bakterizide Wirkung, allerdings nur gegen außerhalb der Körperzellen (extrazellulär) lokalisierte Keime. zB: Polymyxin B und Colistin Daptomycin: wirksam gegen grampostive Erreger, interagieren mit den Lipopolysacchariden der bakteriellen Zellmembran, rasche Depolarisation des normalen Membranpotentials, schneller Zelltod

Trübung des Wassers Auflösen des Kartoffel-Knollengewebes Geruch nach Buttersäure (Buttersäuregärung!) Bildung von Gas (CO2, H2)

Gruppe 1 Spore oval-zylindrisch, zentral/termial Spore nicht wesentlich breiter als Mutterzelle Bsp: Bacillus subtilis, B. cereus, B. mycoides, B. megaterium Gruppe 2 Spore oval, selten zylindrisch, zentral/terminal Spore deutlich breiter als Mutterzelle Mutterzelle keulenförmig oder spindelförmig, ("Clostridium-Form") Bsp: Paenibacillus polymyxa (spindelförmig), Paenibacillus macerans (keulenförmig), Clostridium-Arten Gruppe 3 Spore rund, terminal oder subterminal Sporen deutlich breiter als Mutterzelle ("Trommelschlegelform", Plectridium-Form) Bsp: Bacillus sphaericus, Clostridium-Arten

Gruppe 1 Spore oval-zylindrisch, zentral/termial Spore nicht wesentlich breiter als Mutterzelle Bsp: Bacillus subtilis, B. cereus, B. mycoides, B. megaterium Gruppe 2 Spore oval, selten zylindrisch, zentral/terminal Spore deutlich breiter als Mutterzelle Mutterzelle keulenförmig oder spindelförmig, ("Clostridium-Form") Bsp: Paenibacillus polymyxa (spindelförmig), Paenibacillus macerans (keulenförmig), Clostridium-Arten Gruppe 3 Spore rund, terminal oder subterminal Sporen deutlich breiter als Mutterzelle ("Trommelschlegelform", Plectridium-Form) Bsp: Bacillus sphaericus, Clostridium-Arten

Temperaturen unter 100°C, die meisten vegetativen Bakterien, Hefe-Pilze, Pilze werden abgetötet Vor allem freie Endosporen und andere hitzerobuste MO können überleben Sporen der verschiedenen Endosporenbildner sind unterschiedlich Hitzeresistent → für die Isolierung von Endosporenbildnern Erhitzungstemperatur und -dauer so niedrig und kurz wie möglich Die Pasteurisation nicht in Nährlösung, sondern am besten in Wasser durchführen

oxygene Photosynthese: Cyanobakterien (aerob) anoxygene Photosynthese (anaerobe Bakterien): Grüne Bakterien Purpurbakterien Heliobakterien Acidobakterien

Anoxygene Photosynthese (anaerob) Grüne Schwefelbakterien Ausbildung Organellen: Chlorosomen, & ihr Absorptionsspektrum (Bakteriochlorophylle) obligat anaerob und photolithotroph nutzen reduzierte Schwefelverbindungen (H2S, S0, S2O32–, viele auch H2) als Elektronendonoren Ohne Licht und Schwefelwasserstoff (H2S) ist kein Wachstum möglich Hauptkohlenstoffquelle ist Kohlendioxid (CO2) Filamentöse anoxygene Phototrophe (FaPs) (Grüne schwefelfreie Bakterien)

Schwefelkugeln (Ablagerung von Schwefel (So)) Meistens photolithoautotroph Elektronendonatoren: red. S-Verbindingen wie H2S (Schwefelwasserstoff) für die Reduktion von CO2

Bevorzugt photoorganoheterotroph Elektronendonatoren: org. Verbindungen wie Äpfelsäure, Bersteinsäure, Alkohole, auch H2 und H2S Alpha- oder Betaproteobacteria viele Arten können aber auch Sulfid (Schwefelverbindung) als Elektronendonor für die Photosynthese verwenden Vorkommen: Anaerobe Zonen Süßwassertümpel /-seen, langsam fließende Gewässer, Meeresbuchten geringe Sulfidkonzentrationen (< 1 mM) für die Bakterien toxisch Gattungen: Rhodospirillum, Rhodopseudomonas, Rhodomicrobium, Rhodospira, Rhodocyclus, Rhodobacter, Rubrivivax

Energiequelle Licht → phototroth Chemische Energie → chemotroph Elektronendonator Anorganische Verb. → lithotroph Organische Verb. → organotroph Kohlenstoffquelle CO2-Fixierung → autotroph Organische Verb. → heterotroph

Filtration von 1mL Teichwasser Schwefelfreie Purpurbakterien kommen nur in geringen Zahlen vor Pepton-Salz-Lösung (als Vorlage, damit keine Anhaftung der Probe stattfindet) Auflegen des Filterns auf Nährboden→Enthält DL-Apfelsäure = es wachsen organotrophe Bakterien→Ausschluss von Cyanobakterien durch anaerobe Bebrütung im Anaerobentopf

Gramnegativ Stäbchen Pathogenität Obligat pathogene Enterobacteriaceae ( Mensch):Shigellen (Ruhrerreger), Enteritis erregende Salmonellen, Salmonella typhi; Salmonella paratyphi A, B, C; EHEC Fakultativ pathogene Enterob. (Mensch): Bsp. E. coli Apathogene Enterob. der Umwelt (Boden, Pflanzen)Bsp.: Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Erwinia

Mikrobiologische Anforderungen Escherichia coli - 0KbE/100mL Enterokokken - 0KbE/100mL Indikatorparameter Coliforme Keime - 0KbE/100mL Koloniezahl bei 22°C 100KbE/1mL Koloniezahl bei 36°C 100KbE/1mL

Untergruppe der Familie der Enterobacteriaceae β-D-Galaktosidase positiv → Lactosevergärung Umfassen Gattungen, die ähnliche physiologische Eigenschaften wie E. coli aufweisen:-Escherichia-Enterobacter-Klebsiella-Citrobacter

Selektives chromogenes Differenzialmedium Selektion: Zusatz von Natriumheptadecylsulfat, zB. Tergitol: Hemmung der grampositiven Begleitflora Differenzierung durch 2 chromogene Substrate: Salmon-GAL, X-Glucuronid Coliforme Enterobacteriaceae: β-D-Galaktosidase spaltet Salmon-Gal→Lachsrote Koloniefarbe E. coli: β-D-Glucuronidase und β-D-Galaktosidase spalten X-Glucuronid und Salmon-GAL → blau-violette Koloniefarbe

I: Indolnachweis (Nachweis der Tryptophanase, entsprechend TwVO) M: Methylrotprobe (Nachweis von Säure) V: Voges-Proskauer-Reaktion (Nachweis von Acetoin-bildung - alkalischs Milieu) C: Citratverwertung (Citratabbau/verwertung)

gemischte Säuregärung: Hauptprodukte: HCOOH (Ameisensäure), Essigsäure, Milchsäure, Succinat, Ethanol, CO2, H2, kein Butandiol Bsp: Escherichia coli, Proteus mirabilis, Salmonella 2,3-Butandiol-Gärung Hauptprodukte: 2,3-Butandiol, Ethanol, CO2, wenige Säuren Bsp: Enterobacter aerogenes, Serratia ficaria

Der Citronensäurezyklus ist universell, aber nicht alle Oranismen besitzen eine Citronensäurepermease zur Aufnahme von Citrat! Citrat → Oxalacetat + Acetat Oxalacetat → Pyruvat + CO2    Gas: kann entweichen oder: CO2 + H2O → H2CO3     pk1: 6.5, pk2: 10.5 pH-Wert steigt ggf. Medium mit entsprechendem Indikator, zB Simmons Citrat-Agar (pH-Indikator Bromthymolblau, Umschlagbereicht: 6,0 - 7,6; sauer: gelb; alkalisch: blau) verwenden

Charakterisierung Sulfat reduzierende Bakterien  alternative Bezeichung: Desulfurikanten, "Sulfidogene" Energiegewinnung durch anaerobe "Sulfat-Atmung":Sulfat terminaler Elektronenakzeptor, Reduktion von Sulfat zu Schwefelwasserstoff (H2S) Substrate: niedermolekulare Substanzen, zB: hörere Fettsäuren, Lactat, Propionat, Butyrat, Acetat, Formiat, Methanol, Ethanol, aromat. Verbindungen, H2 Nach Substratverwertung Unterscheidung von 2 Gruppen:1. Vollständiger Abbau der oranischen Substanzen zu CO22. Keine vollständige Oxidation der Gärungprodunkte (zu Acetat), Bsp: Desulfotomaculum, Desulfovibrio

Energiegewinnung Reduktion von Sulfat zu Schwefelwasserstoff: SO42- + 8 H+  →  H2S + 4 H2O Vollständige Atmungskette fehlt, Energiegewinn 3 ATP pro Lactat

Eisennagel ausglühen- beschichtung verbrennt = Fe2+ kann in Lösung gehen-Absenkung des Redoxpotenzials Beimpfung des Anreicherungsmediums mit 3 Tropfen Faulschlamm Anaerobe Bebrütung im Anaerobentopf Anreicherungsmedium Energiequelle: Endprodukt des anaeroben Abbaus: Medium enthält Natriumlactat Suppline: Hefeextrakt Elektronenakzeptor: Sulfat

umfangreicher IMViC-Test

Kohlenhydratvergärungsmuster Verschiedene Bakterien können verschiedene Zucker unterscheidlich gut bzw. schnell verwerten KH diffundiert von ihrem Auftragepunkt in den Agar Testorganismus kann KH verwerten- Säurebildung- pH-Wert sinkt- Farbumschlag Indikator Phenolrot: rot → gelb

auf Agarplatte mit Stärkeagar wurden die Testorganismen augestrichen Bebrütete Platte wird mit Lugolscher Lösung übergossen: Bewachsene Bereiche, in denen kein Stärkeabbau erfolgt ist, färben sich blau/blauviolett= Bakterien haben keine α-Amylase Bereiche, in denen Stärke durch die Mikroorganismen abgebaut wurde, bleiben ungefärbt= Bakterien haben α-Amylase

Schwarzer Niederschlag und schwarzer Belag am Eisennagel, Geruch nach H2S= Wachsutum von Desulfovibrio Häufigste Arten: D. desulfuricans, D. vulgaris Mikroskopie: Bakterien haften oft an FeS-Partikeln

Feuchtes Milieu: Anaerobe Korrosion des Eisens Eisenoxidation:4 Fe + 8 H+  →  4 Fe2+ + 4 H2 i.d.R. Schutz des Eisens vor Oxidation durch H2-Film Desulfurikanten: Eisenoxidation in Abwesenheit von O2 Sulfatreduktion: SO42- + 4 H2  →  H2S + 2 H2O + 2 OH- Eisenfällung: schwarzer Nierderschlaf am Grund des RGs 4 Fe2+ + H2S + 2 OH- + 4 H2O  →  FeS + 3 Fe(OH)2 + 6 H+ Summengleichung: 4 Fe + SO42- + 2 H2O + 2 H+  →  FeS + 3 Fe(OH)2 (Eisen(II)hydroxid)

Charakrerisierung Gramnegative Vibrio / gekrümmte Stäbchen auch pleomorphe Formen Breite: 0,5-1 µm Länge 3-5 µm i.d.R einzeln Beweglichkeit ausgeprägt monopolare, monotriche Begeißelung

Endosporenbildner Gehört zu Bacillaceae Grampositiv bzw Gramvariabel

anoxygene Photosynthese keine Sauerstoffbildung Purpurbakrerien, Grüne Bakterien Acidobakterien Heliobakterien (gelb-grün, gram(+), O2-tolerant)

Oxygene Photosynthese Sauetstoffbildung Cyanobakterien

Rhodospirillum rubrum Rhodospirillum tenue Rhodospirillum fulvum Rhodopseudomonas sphaeroides Rhodopseudomonas gelatinosa Rhodomicrobium vaninielii

C-Quelle: z.B. Glucose oder Acetat  N-Quelle: Ammoniumsalze  S-Quelle: H²S, Cystein,  Anorg. Salze, Wachstumsfaktoren (AS, Vitamine)