Bacteria 2 Flashcards
woran erkennt man, ob eine Pneumokokken-Kultur eine Kapsel hat?
Welcher Stamm ist virulent? Was löst er aus?
Die Kultur auf dem Nährboden glänzt mehr, hat also eine Kapsel.
Dieser Stamm ist auch virulent. Er löst bei alten Menschen eine Lungenentzündung und bei Säuglingen Meningitis aus.
Was sind die Griffith-Experimente (1928)? Was sagen sie aus?
Die Griffith-Experiment umfassen eine Reihe von Experiment mit Pneumokokken und lebenden Mäusen.
Wir ein lebender virulenter Stamm in die Maus injiziert, dann stirbt die Maus.
Wird ein lebender avirulenter Stamm injiziert, bleibt die Maus am Leben.
Tötet man den virulenten Stamm mit Hitze ab und injiziert ihn dann der Maus, überlebt sie.
Wenn man jedoch den avirulenten Stamm mit dem toten virulenten Stamm mischt und der Maus spritzt, stirbt die Maus.
Dies beweißt, dass ein Bakterium fähig sein muss, aus dem abgetöteten Stamm genetische Informationen aufzunehmen und selbst zu exprimieren.
Was unterscheidet die bakterielle DNA von der vertebraten DNA? (5)
Die bakterielle DNA liegt nicht in einem Zellkern vor, sondern als ringförmiges Molekül in einer Supercoil-Struktur. Es gibt keine Introns, also findet auch kein Splicing statt. Anstatt alternativem Splicing ist die DNA oft polycistronisch, d.h. eine daraus transkribierte RNA kann für mehrere Proteine gleichzeitig codieren.
Außerdem liegt der Anteil an GC-Basenpaaren bei 1/16, was als taxonomisches Merkmal verwendet werden kann, da die Anzahl der GC-Paare für verschiedene Arten spezifisch sind.
Warum muss die Bakterien DNA in supercoils vorliegen?
Welches Problem muss bei der Bildung von Supercoils umgangen werden und wie?
Die DNA des Bakterium wäre in linearer und einfach kreisförmiger Form 200 mal so groß, wie das Bakterium selbst.
Die Supercoil-Struktur führt zu einer hohen Spannung im Bakterium. Eine bakterienspezifische Topoisomerase (Gyrase) sorgt für Doppelstrangbrüche in der aufgewickelten DNA, führt eine Helix zwischen der anderen hindurch und verknüpft die Brüche wieder, sodass die Spannung aufgehoben wird.
Was ist ein humaner Erkennungsmechanismus von bakterieller DNA?
In der humanen DNA wird C meist methyliert, sodass unmythylierte DNA als fremd erkannt werden kann.
Warum haben Bakterien eine so große genetische Variabilität?
Weil sie vermehrt die Möglichkeit haben, Gene untereinander auszutauschen und es so zu einer genetischen Instabilität kommt.
Welche Antibiotikastoffklasse wirkt gegen die Gyrase?
Was sind Beispiele für diese Antibiotika?
Die Chinolone, die 4. Antibiotikahauptgruppe hemmen die Topoisomerase und werden deshalb ach Gyrasehemmer genannt.
Z.B. Ciproflaxin, Levoflaxin und Moxiflaxin
Wie verändert sich der Schmelzpunkt von DNA in Abhängigkeit zu den GC-Paaren und warum?
Wie kann man ds-DNA und ss-DNA photometrisch auseinanderhalten?
Da die GC-Bindung drei Wasserstoffbrückenbindungen ausbildet, erhöht sich der Schmelzpunkt der DNA, je mehr GC-Paare vorhanden sind.
Einzelstrang-DNA hat bei 260nm eine höhere Absorption als Doppelstrang-DNA.
Wie kann man Bakterien durch Rehybridisierung gruppieren?
Wenn sich die DNA von Bakterien ähnlich sind, können sie sich nach Denaturierung zusammenlagern.
Wie verläuft die DNA-Replikation bei Bakterien?
Die DNA wird von Helicase aufgewunden und von verschiedenen Polymerasen semikonservativ repliziert. Da die DNA ringförmig ist, kann die Replikation in beide Richtungen gleichzeitig verlaufen und es entsteht dabei eine Theta-Struktur (Theta-DNA Replikation).
Gyrase wird zum Auflösen und Wiederherstellen der Supercoils benötigt.
Was ist vertikaler Gentransfer?
Was ist horizontaler Gentransfer?
Wie nah müssen Prokaryoten verwandt sein, damit horizontaler Gentransfer möglich ist?
Vertikaler Gentransder, ist der Austausch genetischer Informationen von Generation zu Generation.
Horizontaler Gentransfer ist der Austausch innerhalb von Individuen.
Manche Bakterien können sogar noch über der Gattungsgrenze innerhalb einer Familie Gene austauschen.
Was versteht man unter Transformation beim horizontalem Gentransfer?
Transformation ist die Aufnahme und Rekombination von “nackter” DNA durch kompetente Empfängerzellen, so wie bei den Griffith-Experimenten.
Dabei sind einige Keime natürlich kompetent (z.B.Pneumokokken), andere nur unter Stress.
Was sind Bakteriophagen?
Was mediieren sie?
Bakteriophagen sind Viren für Bakterien.
Sie mediieren die Transduktion beim horizontalen Gentransfer.
Was passiert bei der Transduktion beim horizontalen Gentransfer?
Ein Phage injiziert seine DNA in ein Bakterium. Beim Zusammenbau neuer Phagen kommt es jedoch zur Fragmentierung der Bakterium-DNA und Stücke daraus werden fälschlicherweise in einen Teil der neuen Phagen eingebaut. Diese können nun die Bakterien-DNA in andere Bakterien injizieren. Dies ist allerdings ein nicht-produktiver Generationszyklus.
Was versteht man unter Lysogenie?
Lysogenie besteht, wenn die DNA eines infektiösen Phagen als Prophage in die Bakterien-DNA eingebaut wird. Erst unter Stress wird die schlafende Phagen-DNA aktiv, allerdings können beim Ausschneiden der Prophage auch Teile des Bakterien-Genoms ausgeschnitten und in Phagen verbaut werden.
Die neuen Phagen transduziert nun ihre DNA samt dem DNA-Stück des Bakteriums in ein neues Bakterium (dieses ist dann lysogen).
Dies ist jedoch meist nur innerhalb einer Spezies möglich.
Was ist der lytische Zyklus?
Der lytische Zyklus ist der normale Phagenreproduktionszyklus: Ein Phage bindet an einen hochspezifischen rezeptor auf der Bakterienmembran, perforiert die Zellwand und injiziert seine DNA. Daraufhin werden neue Phagen synthetisiert und zusammengebaut.
Als letztes findet die Lyse statt: die Zerstörung des Wirtsbakteriums und die Freisetzung der neuen Phagen
Was ist der Lysogene Zyklus?
Unter dem Lysogenen Zyklus versteht man den Vorgang der Phagenreproduktion, bei der zwischen DNA-Injektion und Phagenzusammenbau die Phagen-DNA zuerst als Prophage in die bakterielle DNA integriert und repliziert wird.
Wofür werden Phagen in der Mikrobiologie eingesetzt?
Zum Transfer von DNA.
Zur Typisierung von Bakterien, da sie hochspezifisch binden.
Man hofft außerdem, dass man Phagen zur therapie von bakteriellen Infektionen einsetzen kann, da Phagen für eukaryonte Zellen nicht pathogen sind.
Nenne Beispiele für von Prophagen codierte Toxine!
Diphterie-Toxin (Corynebakterien)
Erythrogene Toxine bei Streptokokken (Scharlach)
Choleratoxin bei Vibrio cholerae
Botulismus-Neurotoxine bei Clostridium botulinum (Lähmung)
Shiga-like Toxin bei toxischen E.coli (EHEC)
Was ist die Konjugation bei horizontalem Gentransfer?
Wie findet Konjugation statt?
Konjugation ist die aktive Übertragung von Plasmiden zwischen Bakterien.
Ein F-Plasmid codiert für einen F-Pilus, welcher Kontakt mit einem anderen Bakterium aufnimmt. Plasmide können nun mittels der rolling circle replication ins andere Bakterium gelangen.
Was sind Plasmide?
Was für verschiedene Plasmide gibt es?
Was versteht man unter hfr?
Plasmide sind extrachromosomales genetisches Material, das zirkulär vorliegt und autonom repliziert wird.
Es gibt zum Teil mehrere Kopien eines Plasmids, welche bestimmte Stoffwechselleistungen, aber auch Pathogenitätsfaktoren kodieren. Auf den Plasmiden befinden sich die Resistenzen gegen Antbiotika.
Konjugative Plasmide besitzen ein tra-Gen, welches zu konjugativem Transfer befähigt.
nicht-konjugative Plasmide besitzen ein mob-Gen, welches zur Konjugation mit konjugativen Plasmiden führt.
Hfr bedeutet high frequency replication und wird durch ein tra-Gen im Chromosom ermöglicht.
Was sind Transposons?
Transposons sind Gensequenzen, die jeweils mit repeating sequences enden und durch die Transposase aus dem Genom ausgeschnitten und an anderer Stelle wieder eingefügt werden können.
Was sind Pathogenitätsinseln?
Pathogenitätsinseln bilden genetische Einheiten in pathogenen Bakterienstämmen, welche durch repetitive Sequenzen flankiert werden. Ihr GC-Gehat ist anders im Vergleich zum restlichen Genom, was auf horizontalen Gentransfer hinweist. Alle Gene einer Pathogenitätsinsel sind mit Pathigenitätsfaktoren assoziiert und enthaltn oft “kryptische” Mobilitätsgene (Integrasen, Transposasen, ORI).
Warum kann man humane Gene nicht einfach in Bakterien exprimieren, sondern muss sie zuerst modifizieren?
Bakterien haben eine Kodon-Präferenz, d.h. Kodons, die bei Menschen regelmäßig abgelesen werden, werden bei Bakterien nicht verwendet und dementsprechend nicht abgelesen.
Wie viele DNA-abhängige RNA-Polymerasen hat ein Bakterium?
Wie viele haben Eukaryonten?
Bakterien besitzen nur eine DNA-abhängie RNA-Polymerase.
Eukaryonten haben 4.
Die Proteine welcher Mikroorganismen/Organellen beginnen mit N-Formylmethionin?
Bei welchen Organismen ist es Methionin?
Bakterien, Mitochondrien, Chloroplasten fangen ihre Proteine mit N-Formylmethionin an.
Manche Archae und alle Eukaryonten mit Methionin.
Was ist die Besonderheit bei der Transkription und Translation bei Prokaryoten?
Transkription und Translation finden simultan statt. An der Transkribierten RNA arbeiten sofort Polyribosome.
Wie unterscheiden sich prokaryontische und eukaryontische Ribosomen?
Was lösen ribosomale Antibiotika aus?
Warum sind Antibiotika, die auf die Ribosomen wirken problematisch?
Wie können 16S rRNAs zur Typisierung von Bakterien verwendet werden?
Prokaryonten haben eine 70S Ribosomengröße (bestehend aus einer kleinen 16S Untereinheit und einer großen 23S+5S Untereinheit)
Eukaryonten Ribosomen sind 80S groß (kleine 18S Untereinheit und große 28S+5,8S+5S Untereinheit)
Ribosomale Antibiotika führen zu einer Hemmung der Proteinbiosynthese und sind deswegen Bakteriostatika.
Antibiotika, die hemmend auf die Proteinbiosynthese wirken sind recht unspezifisch und können daher auch hemmend auf eukaryotische Ribosoe wirken, was zu Nebenwirkungen führt.
16S sRNAs bestehen aus konservierenden und variablen Bereichen. Wenn man Primer an den konservierenden Bereichen hybridisiert, können die sRNAs “pan-bakteriell” mittels PCR vermehrt werden. Sequenziert man nun die variablen Bereiche, kann man die Spezies nach den Bandenmustern typisieren.
Auf welchen zwei Ebenen kann Genexpressionsregulation stattfinden?
Auf DNA- Ebene (Operons, Zwei-Komponenten Systeme, quorum sensing) und auf RNA-Ebene (Riboswitches, nicht-kodierende RNA)
Was machen Operons?
Was passiert beim lac-Operon?
Operons sind Funktionseinheiten in der bakteriellen DNA, die schnell auf Millieuveränderungen reagieren können.
Viele sind substrataktiviert.
Beim lac-Operon wird ständig ein Repressorprotein synthetisiert, welches an die DNA bindet und so das Ablesen von laktose-abbauenden Enzymen verhindert. In Anwesenheit von Lactose bindet diese an den Repressor un inaktiviert ihn.
Wie funktioniert die temperaturabhängige Expression von Pathogenitätsfaktoren?
Viele Bakterien aktivieren ihr Pathogenitätsfaktoren durch temperaturabhängige Konformationsänderung von DNA oder Repressor. Dies wird durch Thermosensoren vermittelt.
Wie funktioniert das Zwei Komponenten System?
Ein Sensor auf der Plasmamembran detektiert ein Signal und aktiviert eine Histidin-Kinase, welche einen Response Regulator phosphoryliert und dadurch transkriptionelle Aktivität auslöst.
Was ist quorum sensing?
Warum ist ein Biofilm so gefährlich?
Quorum sensing ist die gegenseitige Regulation von Bakterien. Planktonische Bakterien sezernieren Autoinduktoren, die amphiphil sind und leicht Zellmembranen durchqueren können.
Gibt es nun viele Bakterien, so ist die Konzentration der Autoinduktoren höher, Bakterien erhalten diese gegenseitig und dies induziert die Bildung eines polysacchariden Schleims, der einen Biofilm bildet.
Im Biofilm können sich Bakterien verstecken und so vor Antibiotika versteckt bleiben. Bei einer Biofilminfektion helfen nur Antibiotika und operative Entfernung des Films in Kombination.
Wie funktioniert das mRNA-Temperatur-sensing?
Bei niedriger Temperatur bildet die untranslatierte RNA eine Sekundärstruktur, bei der eine sogenannte Shine-Darlgarno-Sequenz (Startsequenz) versteckt und nicht ablesbar bleibt. Unter höheren Temperaturen zerschmilzt die Sekundärstruktur und das Ribosom kann binden.
Was sind Riboswitches?
Riboswitches sind Elemente in der untranslatierten RNA, die Metabolite binden können und so Terminatorstrukturen formen, die eine weitere Transkription verhindern. Fehlt der Metabolit, liegt eine Anti-Terminatorstruktur vor und Genexpression kann stattfinden.
Wie funktioniert nicht-kodierende RNA?
Was passiert bei der Negativregulation?
Die Shine-Darlgarno-Sequenz hält die RNA in einer Haarnadelstruktur. Bindet eine komplementäre nicht-codierende RNA, wird die Haarnadelstruktur neutralisiert.
Bei der Negativregulation verhindert eine ncRNA die Ribosomenbindung.
Was ist das Prinzip von CRIsPR-Cas?
Überbleibsel von fremder DNA sollen der Zelle dabei helfen, fremde DNA zu erkennen.
