Mikrobiologie Flashcards
1
Q
Aufbau einer Bakterienzelle: DNA
A
- besitzen ein Kernäquivalent (Nucleotid) ist ein ringförmiges, auf engen Raum gepacktes Bakterienchromosom, ist jedoch nicht von einer Membran umgeben und besitzt keine Histone
- haben nur ein Chromosom, DNA ist doppelsträngig, aber haploid
- durch Ringform reicht eine ORI (Origin of Replication) um die gesamte DNA zu replizieren, aus
- es gibt keine Introns, Notwendigkeit des Spleißen entfällt
- Gene sind in Form von Funktionseinheiten organisiert, wird Operon genannt
- Operon beinhaltet einen Promotor an den die RNA-P bindet, dahinter folgt vor den Genen ein Operator, an den kann ein Repressor binden, der die Transkription unterdrückt
- der Repressor kann deaktiviert werden bspw. durch die Moleküle, die Proteine brauchen, die codiert werden müssen bspw. kann Lactose die Lactose-Produktion stimulieren, ebenso kann bei Vorhandensein von Tetracyclin der Repressor deaktiviert werden und die Resistenzgene werden abgelesen, wodurch die Bakterie die Antibiotika-Therapie überlebt
- durch den Repressor wird eingespart, denn so werden Gene wirklich nur abgelesen, wenn sie auch gebraucht werden
- ein Regulatorgen, dass vor dem Promotor geschaltet ist, codiert für den Repressor
- die mRNA enthält oft Informationen für mehrere verschiedene Proteine - polycistronisch
2
Q
Aufbau einer Bakterienzelle: Plasmide
A
- besitzen zusätzlich nur DNA in ihrem Kernäquivalent sondern auch extrachromosomale, ringförmige DNA, die im Zytoplasma schwimmt -> Plasmide (es können auch mehrere existieren)
- werden unabhängig von restlichen Genom repliziert und zufällig auf die Tochterzellen verteilt
- Inhalt Resistenzen gegen Antibiotika (R-Plasmid), codiert für Proteine, die die Virulenz des Bakteriums steigern oder ihm ermöglicht, seine Plasmide an andere Bakterien weiterzugeben (Fertilitätsplasmid, F-Plasmid)
3
Q
Aufbau einer Bakterienzelle: Organellen
A
- hier gibt es kaum Kompartimente -> Mitochondrien, Golgi-Apparat und ER fehlen
- Enzyme für die Atmungskette sind/können in der Membran der Bakterienzellen lokalisiert sein, über die dann auch der Protonengradient aufgebaut wird
- besitzen 70S Ribosomen, die aus einer 50S und 30S UE bestehen, macht man sich bei der Antibiotikatherapie zunutze
- Zellmembran enthält, wie die innere Mitochondrienmembran, kein Cholesterin
- sie besitzten im Gegensatz zur tierischen Zelle eine Zellwand (wichtig für Einteilung: gram- positiv oder negativ)
4
Q
Aufbau einer Bakterienzelle: Flagellen, Pili und Kapsel
A
- Flagellen: nutzen sie für die aktive Fortbewegung, das Flagellum wird dabei nicht verformt, sondern gedreht
- Pili: werden auch Fimbrien genannt, sind auch auf der Bakterienoberfläche lokalisiert, dienen nicht der Fortbewegung, Haftpili werden zur Adhäsion genutzt, Konjugations- oder Sexpili werden zur Übertragung von Plasmiden genutzt
- Kapsel: manche Bakterien umgeben sich mit einer Kapsel aus Polysacchariden, die Wassermoleküle binden und einen zähen Schleim bilden, schützt die Zelle vor der Phagozytose z.B. durch Makrophagen
5
Q
bakterielle Zellwand
A
- besitzen zusätzlich zu ihrer Zellmembran noch eine Zellwand, die für verbesserten Schutzt sorgt
- wichtigster Bestandteil ist das Murein, ein Peptidoglykan, das zu einer vielschichtigen Struktur, dem sog. Mureinsacculus vernetzt ist
- Murein besteht aus einem Protein und Zucker, der Zuckeranteil besteht aus langen Ketten, in denen sich N-Acetylmuraminsäure (NAM) und Acetylglucosamin (NAG) abwechseln und von Proteinen quervernetzt werden
- die Zellwand ist Ziel von vielen Antibiotika aber auch von Lysozym, ein Enzym, das zur Abwehr von Bakterien eingesetzt wird, es versucht die glykosidische Bindungen zwischen NAM und NAG zu spalten
- fast alle Bakterien besitzen eine Zellwand, aber sie ist nicht bei allen gleich ausgeprägt, man kann zwischen grampositiven und -negativen Arten unterscheiden, zeigt sich durch die Gramfärbung
- negative Arten sind am Ende rot (2. Farbstoff), positive Arten sind blau (1. Farbstoff) dieser konnte nicht ausgewaschen werden, da sie im Gegensatz zu den gramnegativen Bak. über viele Mureinschichten verfügen
6
Q
Gramfärbung
A
- Zellen werden mit einem violetten Farbstoff (Karbol-Gentianaviolett) gefärbt
- dann versucht man die Färbung mit hochprozentigem Alkohol auszuwaschen und
- Zellen mit einem Farbstoff namens Karbolfuchsin rot zu färben
- bei gramnegativen Bakterien funktioniert es, die Zellen sind am Ende rot gefärbt
- bei grampositiven Bakterien wird die blaue Farbe (Positiv = P(b)lau) nicht ausgewaschen, rote Farbe kann sich dann nicht einlagern
7
Q
weitere Unterschiede zwischen grampositiven und -negativen Zellen
A
- grampositiv: an die Zellmembran schließt sich eine stark ausgeprägte Zellwand (aus mehreren Mureinschichten) an, in der Zellmembran (also in Lipiden) sind Teichonsäuren verankert, die durch die Zellwand durchlaufen und nach extrazellulär ragen, diese fungieren als Chelatoren (halten Ionen fest), erhöhen damit die Stabilität der Zellwand
- gramnegativ: an die innere Zellmembran schließt sich eine deutlich dünnere Zellwand an, welche jedoch nochmal von einer äußeren Membran umgeben ist, in dieser sind Lipopolysaccharide verankert, die bei der Zerfall der Zelle als Endotoxine fungieren können (sind bspw. pyrogen (Fieberauslösend) und hitzestabil)
- der Raum zwischen den Membranen, in dem sich auch die Zellwand befindet, nennt man periplasmatischer Raum
8
Q
Grundlagen: Parasexualität oder horizontalem Gentransfer
A
- hat sich durch eine Mutation eines Gen, eine Antibiotikaresistenz entwickelt, wird dieses Plasmid an umliegende Bakterien weitergegeben
- kommen die Bakterien mit dem Antibiotika in Kontakt, sterben die Bakterien ohne das Plasmid -> Selektionsdruck
- die Bakterien mit Plasmid haben somit mehr Raum und Nährstoffe und können sich so sehr schnell vermehren
- die Weitergabe von Plasmiden ist also extrem nützlich, ist eine Art der Fortpflanzung (allerdings ohne Entstehung von Keimzellen) daher wird es Parasexualität genannt
9
Q
Möglichkeiten der Parasexualität oder horizontalem Gentransfer
A
- Transformation: unter bestimmten Bedingungen können die Bakterien freie DNA aufnehmen, man kann sie im Labor auch dazu zwingen, anschließend vermehren sich die Bakterien mit den Plasmiden, diese werden am Ende isoliert, Bakterie fungiert hier als Art Kopierer (TransFormation = Freie DNA)
- Konjugation: dabei bilden Bakterien, die über einen Feritilitätsfaktor verfügen (F+) einen Sexpilus aus, über den sie die Plasmide direkt ins nächste Bakterium weitergeben (Konjuktion = Verbindung)
- Transduktion: hier wird die Bakterien-DNA durch Viren (Bakteriophagen) übertragen, Vire ist eigentlich hauptsächlich daran interessiert, seine eigene Erbinformation in das bakterielle Genom zu intergrieren, das dabei bakterielle DNA mitkommt, ist ein nützlicher Nebeneffekt
10
Q
Restriktionsendonucleasen
A
- fremde DNA aufzunehmen, kann teils zum Problem werden, daher gibt es die RE im Zytoplasma
- sind Nucleasen, die DNA oder RNA im Inneren schneiden (nicht am Rand)
- spalten die DNA an palindromischen Sequenzen (Abschnitt der DNA, die sich auf beiden Strängen des Doppelstrangs gleich lesen) -> Spaltung kann zu zwei Produkten führen
1. Blunt ends: Enzym schneidet auf dem kürzesten Weg einmal durch den Doppelstrang, keine Überhänge, das diese Teile nochmal zusammenfinden ist unwahrscheinlich
2. Sticky ends: es entstehen Überhänge, die komplementär zueinander sind, es können sich erneut Wsbb ausbilden + Ligase setzt Zucker-Phosphat-Gerüst zusammen, dann kann es sich wieder verbinden - schneidet man ein Gen und ein Plasmid mit den gleichen Restriktionsenzymen kann das Gen in das Plasmid eingebaut werden (Klonierung)
11
Q
Sporulation
A
- manche Bakterien können bei schlechten Umgebungsbedingungen (Endo)-Sporen ausbilden, welche sich durch einen stark reduzierten bzw. nicht existenten Stoffwechsel auszeichnen, dadurch kommen sie auch mit wenig Nährstoffen und ungünstigen Temperaturen aus
- die Sporen enthalten DNA und ein wenig Wasser, gut geschützt von einer soliden Wand
- wenn sich die Umweltbedingungen bessern, kann aus der Spore wieder die aktive (vegetative) Form des Bakteriums werden
- die Spore ist so auch resistent gegen viele Desinfektionsverfahren
12
Q
Wachstumsbedingungen 1
A
- Temperatur: die meisten für uns wichtigen Bakterien sind auf den Menschen als Wirt angepasst, z.T. auch humanpathogen, ihr Optimum liegt bei etwa 37°C
- pH-Wert: viele bevorzugen einer eher neutralen pH-Wert, aber in unserem Körper gibt es viele verschiedene pH-Bereiche, Helicobacter pylori bevorzugt es sauer, verursacht im Magen eine Gastritis
- Nährstoffe: sind im menschlichen Körper reichlich vorhanden, im Labor werden sie hauptsächlich mit Glucose und Pepton (Peptidgemisch) versorgt, Anzucht der Bakterien erfolgt in flüssigen Nährlösungen oder Nährböden (Hauptbestandteil ist Agar)
13
Q
Wachstumsbedingungen 2
A
- Sauerstoff: auch der O2-Gehalt ist im Körper sehr unterschiedlich, es gibt verschiedene Präferenzen
- man unterscheidet obligate aerobe Bakterien, die auf O2 angewiesen sind von fakultativ aerobe Bakterien, die auch ohne O2 überleben könnten, dafür setzten sie teilsweise auf Gärung oder anearobe Atmung
- obligat anaerobe Bakterien überleben nur bei Abwesenheit von O2
- kann ein Bakterium in Anwesenheit von O2 überleben, aber verstoffwechselt ihn nicht, nennt man es aerotolerant
- wird die Abwesenheit von O2 nur bevorzugt (kann aber auch bei Anwesenheit wachsen) spricht man von fakultativ anaeroben Bakterien
- Bakterien die grundsätzlich CO2 bevorzugen, werden als capnophil bezeichnet
14
Q
Wachstumskurve von Bakterien
A
- Latenzphase (Lag Phase): während dieser Zeit passt sich das Bakterium an die verfügbaren Nährstoffe an, die Zellteilung geht noch sehr langsam von statten, Kurve nicht so steil
- Expontentielle Phase (Log Phase): Bakterien teilen sich mit maximaler Geschwindigkeit, aus jeder Bakterie entstehen zwei -> expontentielles Wachstum (Kurve ist logarithmiert ist hier der lineare Teil)
- stationäre Phase: wird auch Retardationsphase genannt, Wachstum verlangsamt sich durch eintretenden Nährstoffmangel, schließlich sterben soviele Bakterien wie neue dazu kommen -> Kurve stagniert, Zellzahl bleibt konstant
- Absterbephase: wenn die Nährstoffe aufgebraucht oder die Ausscheidungsprodukte der Bakterien eine toxische Konzentration erreicht haben, sterben die Bakterien ab, die Kurve fängt an zu fallen
- wie schnell die Bakterien wachsen können, hängt neben den Bedingungen auch von der Bakteriengattung ab, manche haben eine Generations- bzw. Reduplikationszeit von 20 min (E.coli) andere aufgrund von aufwendiger Zellwandsynthese (Mykobakterien) deutlich länger
15
Q
Bakterien und Antibiotika
A
- man unterscheidet zwischen bakteriziden (töten Bakterien) und bakteriostatischen (hemmen nur das Wachstum) Antibiotika
- Pencillin stört die Zellwandsynthese, durch Hemmung der Aktivität der Transpeptidase (vernetzt das Murein in grampositiven Zellen) -> Zellen die sich teilen, haben eine defekte Zellwand, Zellwand ist durchlässiger nimmt osmotisch Wasser auf und Zelle platzt
- Pencillin gehört zu den beta-Lactam-Antibiotika, einige Bakterien verfügen über beta-Lactamasen diese spalten den beta-Lactam-Ring des Pencillin, wird dadurch wirkungslos
