VL 17 Phylogenie und Systematik der Prokaryoten

Question 1

Nomenklatursysteme

Answer 1

Eubacteria = Bactera
Archaebacteria = Archaea
Eukarya = Eukarya

Question 2

Systematische Einteilung

Answer 2

Klassifikarionssystem -> Hierarchisches Ordnen (Benennen) der Lebewesen in geschachtelten Taxa (dichotome Nomenklatur, Taxonomie)

Question 3

Klassifizierung von Mikroorganismen

Klassisch

Answer 3

-Morphologie und andere phänotypische Eigenschaften
-Lebensweise /Nährstoffansprüche
-Chemotaxonomie
Genotypisch: GC-Gehalt, DNA-DNA-Hybridisiserung

Question 4

Taxonomie

Answer 4

Einteilen/Ordnen der Artenvielfalt nach bestimmten Merkmalen
Vorlesung

Question 5

Klassifizierung von Mikroorganismen

Phylogentische Einteilung

Answer 5

• > molekular,modern
• Vergleich DNA Sequenzen: 16S rRNA, Gene für rProteine, ATPase
• Ziel der Phylogenie: Abbildung der stammesgeschichtlichen Entwicklung und Einordnung in phylogenetische Stammbäume

Question 6

Einteilung nach Morphologie

Answer 6

Namenselemte und Bakterienformen:

• Kokken ( coccus, sarcina)
• Stäbchen (bacillus, bacter, monas, tomaculum, musa)
• Komma- und Spiralförmige (spirillum, spira, bacter, vibrio etc)

Question 7

Stoffwechseltypen

Answer 7

1. Energiestoffwechsel
   - Photothroph
   - Chomothrop
2. Elektronendonor für Energiestoffwechsel
   - Lithotroph (anorganisch)
   - Organotroph (organisch)
3. Kohlenstoff für Baustoffwechsel
   - Autothroph
   - Heterothroph

Question 8

Einteilung nach Lebensbedingungen

Answer 8

• Temperatur
• pH
• Salz
• Druck
• Wassergehalt
• Sauerstoffgehalt
• ATP-Bildung
• Energiestoffwechsel

Question 9

Chemotaxonomie: Bestimmungsmerkmale

Answer 9

• Färbeverhalten (z.B. Gram-Färbung)
• Zellwandbestandteile • Chinongehalt (Typen und Mengenverhältnisse)
• Bildung von lytischen Exoenzymen (Abbau von z.B. Gelatine, Harnstoff, Stärke, Lipide, DNA)
• Immunologische Kreuzreaktionen (Serovare)
• Fingerprint-Methoden zur Analyse von Proteinen, Genen oder Fettsäuren
• GC-Gehalt der DNA (20-78% bei Prokaryoten) (->DNA-Schmelzkurven)
• DNA-DNA-Hybridisierungsverhalten

Question 10

DNA-DNA-Hybridisierung

Answer 10

Zu vergleichende Organismen ->DNA Präperation (Scheren,Makieren der DNA von einem Organismus, Denaturieren) -> Hybridisierung (unmarkierte DNA im Überschuss) -> Trennung von hybridisiert (ds)/nicht hybridisierter (ss) DNa ->Quantitaive Auswertung ( % Hybridisiert)
=>Gemeinsame Art bei >70% DNA-DNA-Hybridisierung Gemeinsame Gattung bei >25% DNA-DNA-Hybridisierung

Question 11

Phylogentische Einteilung

Answer 11

• Bestimmung der DNA-Sequenzen von „molekularen Chronometern“
• Beispielhafte DNA-Sequenzen: 16S rRNA-Gen; 23S rRNA-Gen, Gene für ribosomale
Proteine, ATPase-Untereinheiten, RNA-Polymerase, Hitzeschockproteine, …
Vorlesung

Question 12

Phylogenie

Answer 12

Abbildung der stammesgeschichtlichen Entwicklung und der Verwandtschaftsverhältnisse in einem „natürlichen System“ (Erstellung phylogenetischer Stammbäume)

Question 13

Anforderungen an molekulare Chronometer

Answer 13

• Universell vorhanden 
• Funktionelle Homologie 
• Genügend konservierte Regionen 
• Ausreichend variable Regionen 
• Ausreichende Länge für Sequenzvergleiche 
• Kolineare Evolution mit Organismus 
Vorlesung

Question 14

Molekulare Phylogenie

Answer 14

• Vergleich von 16S rRNA-Gensequenzen

* Sequenzunterschiede als Kriterium für den Verwandtschaftsgrad ->Darstellung als Stammbaum (1978)

Question 15

Stammbaum der Bacteria auf Basis ausgewählter Proteine

Answer 15

• Signatursequenzen
• Konservierte Insertionen/Deletionen („indels“)
• Phylum-spezifische Proteine
• Übereinstimmungen, aber auch zahlreiche Abweichungen zum 16S rRNA-Gen-basierten System

Question 16

Phylogenetische Sonden (DNA/RNA)

Answer 16

Signatursequenzen sind 16S rRNA-Genabschnitte, die für bestimmte Organismengruppen einzigartig sind (universal -> Domäne ->Phylum ->Spezies)

Dies ermöglicht:
• spezifische Amplifikationen von 16S rRNA-Gensequenzen
• molekularökologische Studien mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)
Vorlesung

Question 17

FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung)

Answer 17

• Signatur-Sequenzen: Oligonukleotide mit Spezifität für bestimmte Organismen(-Gruppen)
• Kovalente Kopplung an Fluoreszenzfarbstoffe (Herstellung einer Sonde; engl.: probe)
• Permeabilisierung der Zelle
• Binden der Sonde an rRNA (keine Signal-Amplifikation nötig)

Question 18

Ökologische Untersuchung mikrobieller Lebensgemeinschaften

Answer 18

• Kulturabhängig: Anreicherung und Isolierung

- Kulturunabhängig (vermutlich ist weniger als 1% der mikrobiellen Spezies kultivierbar!):

Question 19

The Human Microbiome Project

Answer 19

• Metagenomik des „zweiten menschlichen Genoms“
• Gebraucht werden Daten zu Referenzgenomen und Referenzmikrobiomen sowie Kulturtechniken für bisher nicht-kultivierbare Mikroorganismen. ->Abschätzen der Mikrobiom-Diversität zwischen Einzelindividuen und Populationen