Mikrobiologie Flashcards
Grundlagen Mikrobiologie (Wissenschaftsgebiet, Einteilung der Mikroorganismen)
Medizinische Mikrobiologie: Lehre der Ursachen, Quellen etc. von Infektionskrankheiten
→ Kenntnis der Mikroorganismen notwendig (Bakterien, Pilze & Viren)
Einteilung der Mikroorganismen:
- Subzelluläre biologische Objekte: Prione, Viren
- Einzellige Mikroorganismen (Protisten): Prokaryonten → Archaebakterien, Eubakterien; Eukaryonten
- Mehrzellige Lebewesen: Helminthen, Anthropoden
Humanes Mikrobiom
Natürliches Mikrobiom: apathogene Flora, Entstehung durch Besiedlung von Haut & Schleimhäuten untersch. Mikroorganismen nach Geburt
- Besiedlungsorte: Haut, Nase, Mund & Rachen, Lunge, Gastrointestinaltrakt, Urogenitaltrakt
→ untersch. Keimkonzentration
- Funktionen:
o Verdrängung pathogener Keime
o Vitamin K-Produktion
o Entgiftung von z.B. kanzerogenen Stoffen
- Pathogen, wenn Pathogenitätsfaktoren ausgeprägt oder Abwehrschwäche von Oberfläche
Aufbau der Bakterienzelle
Bakterien = Prokaryonten
- Kein Zellkern, stattdessen Nucleoid = zirkuläres Chromosom (ca. 1000-4000 Gene); verpackt durch DNA-Gyrase
- Plasmide = ringförmige extrachromosomale DNA-Moleküle
→ Virulenz (Resistenzfaktoren)
- Cytoplasma nicht kompartimentalisiert
- 70S-Ribosomen: 30S- & 50S-Untereinheiten
- Membran: Lipiddoppelschicht ohne Cholesterin
- Starre Zellwand: nur Ausnahmen ohne
- Formen
o Kokken
o Stäbchen
o Schrauben
Vermehrung & Sporenbildung
- Humanpathogene Bakterien sind heterotroph
- Vermehrung durch Zweiteilung
- Wachstumsphasen:
o Lag-Phase: Anpassung der Kultur an Bedingungen
o Exponentielle Phase: exponentielles Wachstum
o Stationäre Phase: Erschöpfung der Nährstoffvorräte
o Absterbephase: Akkumulation toxischer Produkte & Unterernährung - Manche Bakterien bilden Sporen, um widerstandsfähig zu bleiben
- Sporulation:
o Einschnürung Membran & Dehydratisierung
o Bildung Zellwand & Sporenrinde
→ Spore enthält DNA, RNA & Enzyme
Funktionen der Bakterienzellwand
- Die meisten Bakterien besitzen eine Zellwand (wenige Ausnahmen z.B. Clamydien)
- Schutz
o V.a. Schutz vor Osmoregulation, sodass sie nicht durch Wassereinstrom zerplatzen
o Gegen „Fressfeinde“ - Stoffaustausch
o Selektiver Stoffaustausch/Diffusionsbarriere - Virulenzfaktor
Komponenten der Bakterienzellwand
- Peptidoglycan (=Murein)
o = Polysaccharid aus N-Acetylglucosamin & N-Acetylmuraminsäure
o Quervernetzt über kurze Peptidketten
o Synthese: Autolysin knackt Zellwand; Transpeptidase verbindet Zellwand mit neuen Komponenten - Typische Anhangsgebilde
o Geißeln: aus Flagellin, für Beweglichkeit
o Pili: röhrenförmige Proteine; somatische für Adhäsion, Sex als Transport für Plasmide - Zellwand kommt in zwei unterscheidbaren Formen vor: Grampositiv & -negativ
Grampositive Bakterien (Aufbau Zellwand)
- Dicke Zellwand: vielschichtiges Mureinnetz
- Verstärkung Teichonsäure & Lipoteichonsäure
Lösen pyrogene Reize aus - Proteine für Interaktion
Virulenzfaktor
Gramnegative Bakterien (Aufbau Zellwand)
- Dünne Zellwand: wenige Schichten Murein
- Einlagerung in Periplasma
- Zusätzlich äußere Membran:
o Lipopolysaccharid (LPS) = Endotoxin; bewirkt antibakterielle Immunreaktion
Lipid A
Kernpolysaccharid
O-spezifische Seitenkette: lang → glatte Kolonien = pathogen; kurz → raue Kolonien = apathogen - Porine (Outer Membrane Proteines) als ABC-Stofftransport & Adhäsionsrezeptoren
Gramfärbung
- Überschichtung mit Kristallviolett
- Beizung mit Lugolscher Lösung
- Auswaschen mit Ethanol
→ Grampositive blau
→ Gramnegative rot - Farblose werden mit Fuchsinlösung rot angefärbt
Endotoxine
= LPS an äußerer Membran Gramnegativer Keime
- Freisetzung wenn lysiert oder abgetötet
- Bakt Pyrogene → starke Abwehrreaktion wie Entzündung oder Fieber
Grundlagen von Antibiotika (Begriff und Eigenschaften)
Antibiotika= antibakteriell wirksame Stoffe, die natürlicherweise vorkommen & von Bakterien/Pilzen gebildet werden
Antibakterielle Chemotherapeutika= synthetisch gewonnene antimikrobiell wirksame Pharmaka
- Unterscheidung in
o Wirkspektrum
Breit (z.B. Tetrazykline)
Schmal (z.B. Metronidazol)
o Wirkqualität
Bakterizid = tötend
Bakteriostatisch = Wachstumshemmend, reversibel
o Wirkmechanismus
Angriffsorte / Wirkmechanismen von Antibiotika
- Zellwandsynthese: Beta-Lactam-Antibiotika hemmen Transpeptidase (Aufbau & Stabilisierung Mureinnetz)
→ Penicillin, Cephalosporin (niedrige Toxizität, breitband) - Proteinsynthese: an versch. Punkten
o fMET-RNA
o Ribosomen-Untereinheiten
o RNA-Polymerase
→ Aminoglycosidase & Tetrazykline - Folsäuresynthese: Bakterien sind abhängig von Folsäuresynthese; Folsäure = Nucleinsäurevorstufe
→ Sulfonammid - DNA-Struktur: Hemmung der DNA-Gyrase (Entdrillung der DNA)
→ Chinolone
Resistenzmechanismen von Bakterien
- Natürliche Barrieren
o Gramnegativ => äußere Membran
o Grampositiv => Zellwand - Mutationen der Zielproteine der Antibiotika
- Resistenzgene für Proteine, die Antibiotika inaktivieren (chemisch modifzieren oder spalten)
- Resistenzgene für (ABC-)Transporter, die Antibiotika ausschleusen
-> Erworbene oder mutationsbedingte Resistenz
Das bakterielle Genom
- Genetische Informationen auf zirkulärem Chromosom (Nucleoid, 1000-4000 Gene) & auf Plasmiden (ringförmige extrachromosomale DNA-Moleküle)
- Genom ist intronfrei → hohe Gendichte
- Kein alternatives Spleißen; keine repetitiven DNA-Sequenzen
- Mutationen oder genetische Rekombination können in kurzer Zeit zu stabileren Varianten führen
→ Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen - 3 Mechanismen der genetischen Rekombination: Transformation, Konjugation, Transduktion
Vorgang der Transformation (Bakteriengenetik)
= Aufnahme nackter DNA aus dem umgebenden Milieu durch Bakterienzelle
1. Eine Bakterienzelle (Donor) stirbt & lysiert → DNA-Fragmente gelangen in umgebendes Milieu
2. Kompetente Zelle bindet Donator-DNA an DNA-bindenden Proteine
3. DNA kann nur als Einzelstrang aufgenommen werden
4. Homologe Rekombination des Fragmentes an homologe Stelle durch RecA-Protein
→ Kompetent = Nur Bakterien mit Aktivität des RecA-Proteins (Einzelstrangbindeproteins) & anderen Enzymen
Vorgang der Transduktion (Bakteriengenetik)
= Übertragung bakterieller DNA durch Phagen in Wirtszelle
- Lytischer Zyklus: Phage befällt Bakterium → ein Teil der Wirts-DNA wird in andere Phage übernommen
- Lysogener Zyklus: Transduzierender Partikel kann anderes Bakterium zwar infizieren, rekombiniert aber mit DNA
- Transduzierte Zelle = Pro-Virus
→ kann auch mit Resistenzgenen auf Plasmiden passieren; hohe Effizienz
Vorgang der Konjugation (Bakteriengenetik)
= direkte Transfer genetischen Materials zwischen zwei Bakterienzellen F+ und F-
F+ Zelle = Hat Plasmide mit tra-Region, welches für Sex-Pilus codiert
1. Plasmidübertragung → Rolling Circle Mechanismus
- Vorübergehende Verbindung zweier Zellen über Sex-Pilus
- Einzelstrang gelangt in F-, gleichzeitig Replikation in F+ & Komplementärsynthese in F-
2. Chromosomenübertragung
- In Hfr-Zelle (high frequency of recombination) ist F-Plasmid im Chromosom integriert
- Transfer von DNA-Teilen → F- bleibt F-
Mobile genetische Elemente
- Transposone = mobile DNA-Elemente, die an vielen Stellen inserieren & sich von einer zu anderen Stelle bewegen können
- Springen über copy & paste oder cut & paste
- Enthalten häufg Resistenzgene für Antibiotika
- → Induktion der Konjugation: Übertragung der Resistenz auf andere Bakterien
Aufbau und Einteilung von Viren
- Viren infektiöse subzelluläre Partikel, die aus einem Strang Erbmaterial & einer Proteinhülle bestehen
- Virion extrazelluläre Form eines Virus
- Größe: umfasst Bereich von 20 nm bis 300 nm
- Form: beschränkte Erbinformation → beschränkte Baupläne → kubische / helikale Symmetrie
- Klassifizierungsmerkmale:
- Nucleinsäuren
o 3-100 Gene, durch alternatives Spleißen größere Vielfalt, „überlappende Gene“
o RNA oder DANN
o Einzel- oder doppelsträngig incl. Regulatorischer Gene - Hülle
o Capsid besteht aus Capsomeren (Proteine)
o Können zusätzliche Membranhülle haben, welche von Wirtszelle stammt + Membranproteine
o Virale Glycoproteine → wichtig für Spezifität
Vermehrung von Viren
- Obligat parasitische „Lebewesen“: nutzen Wirtszellmetabolismus für eigene Replikation
o Lytisch: Bildung neuer Virionen & Zelllyse
o Lysogen: Einbau viraler Nucleinsäuren in Wirtsgenom - Eindringstrategien
o Fusion mit Zellmembran & uncoating
o Endocytose mit Membranhülle → uncoating durch Ansäuerung im Endosomen
o Spezifisches Andocken (ohne Hülle) → Endocytose → DNAa aus Endosom geschleust
o Endocytose → Lyse → uncoating → DNAa wird in Kern geschleust - Infektionszyklus:
1. Adsorption 2. Penetration 3. Uncoating 4. Replikation 5. Morphogenese 6. Budding 7. Ausschleusen