Mikrobiologie Teil 1 - Mikroorganismen
Biodiversität und Evolution
Biodiversität und Evolution
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Was ist Mikrobiologie?
- NaturWissenschaft, die sich mit Mikroorganismen beschäftigt
Mikroorganismen - Organismen, die man mit bloßem Auge nicht sehen kann
Ausnahmen: Pilze, Schimmel, Photo-/ Purpurbakterien u.Ä.
Typisch Mikroorganismen!
1. Metabolismus - Erzeugung der Vorläufer von Makromolekülen
2. Vermehrung (Wachstum)
3. Differenzierung
4. Kommunikation
5. Bewegung
6. Evolution
Maschinen- und Kodierungsfunktion von Zellen
Kodierungsfunktion: DNA > Replikaion/Transkription (RNA) > Translation, Protein
►Weitergabe der in der DNA kodierten Gene
Maschinenfunktion: Energie (ADP + P4 ⇒ ATP) > Metabolismus > Enzyme (Ktalysatoren des Wachstums)
►Vermehrung (Wachstum)
Mikroorganismen im Alltag - Nahrung
Konservierung
Herstellung (Fermentation)
Lebensmittelzusätze
Mikroorganismen im Alltag - Landwirtschaft
• Abbau Pflanzenschutzmittel
• Speicherung und Transformation überschüssiger Dünger
• Verbesserung Bodenstruktur
• Schutz vor Pflanzenkrankheiten
►N2-Fixierung: N2 → 2 NH3 → NO3- ►S → SO4(2-) → H2S
►Viehhaltung: Cellulose → CO2 + CH4 + Tier. Eiweiß
Mikroorganismen im Alltag - Energie und Umwelt
• Biologische Brennstoffe - Methan
• Biologische Entsorgung - Öl + O2 → CO2
• Mikrobielle Erzgewinnung
• Mais wird durch Gärung zu Ethanol
Mikroorganismen im Alltag - Industrielle Mikrobiologie
Natürliche Bildung von wertvollen Chemikalien (Aroma-/Farbststoffe)
Gentechnische Optimierung (neue Antibiotika)
Gentechnische Herstellung neuer Verbindungen (Insuline)
Die Rhizosphäre
• Bodenbereich wird von leb. Pflanzenwurzeln durch Rhizodepositonen beeinflusst:
Rhizodepositonen = Substanzen, die von der Pflanzenwurzel in den Boden abgegeben werden (Wachstum, Signal für Bakterien)
►Bakterien und Pilze versorgen die Pflanze mit Nährstoffen
Geschichte der Mikrobiologie
Robert Hooke - erste Darstellung von mikroorganismen
Antoine von Leeuwenhoek - entdeckt Protozoen und Bakterien
Louisa Pasteur - erster Nachweis von metabolisch aktiven Mikroorganismen (Exp. Schwanenhalskolben)
► 1. Frühzeit: Entdeckung, Medizinische u. allgemeine Mikrobiologie
► 2. Ära der Mikrobiologie: allg. Mikrobiologie
► 3. Molekulare Mikrobiologie: Genomik, Proteomik
Gruppen der Mikroorganismen
• Viren- und Bakteriophagen
• Prokaryonten - Bakterien, Archaeen
• Eukaryonten - Protozoen, Algen und Flechten, Pilze
Viren und Bakteriophagen
- sehr klein (10 bis 100 nm)
- mit DNA oder RNA und Struktur schützenden, gebenden Proteinen (Hüllproteine/Kapside)
- nur lebendig, wenn sie in Wirtsorganismen sind → keine echten Organismen, genetische Programm nicht ausreichend für lebensnotwendige Funktionen
- Vermehrung erfolgt über genetisch kodierte Funktionen der Wirte, welche "umprogrammiert" werden
Bakterien
- zahlreich
- pathogen bis symbiontisch
- hohe Vielfalt, große metabolische Vielfalt
- hohe aktive Oberfläche - hohe Umsatzraten bei hohem Oberfläche-Volumen Verhältnis
- viele "nicht-kultivierbare" Organismen
Archaea
- mikroskopisch ähnl. wie Bakterien
- sehr alt, dadruch sind viele an extreme Umweltbedingungen angepasst
- immer anaerober Stoffwechsel (anfällig für Sauerstoff)
- einzige biologische Methan-Produzenten
Pilze
- Abbau von Pflanzenresten in der Streuschicht
- Lebensmittelverderber, Antibiotika- u. Mykotoxinbildner
- extrazelluläre Enzyme f. Abbau von Polymeren wie Cellulose, Pektine
- viele mit kompliziertem Sex-Leben: Hauptfrucht- und Nebenfruchtformen
- Sporen überall verbreitet
Algen
- Photosynthetische, eukaryontische Mikroorganismen
- lichtabhängig, empfindlich gegen Austrocknung
- terrestische Eroberung zusammen mit Pilzen ...
...als Flechten
Flechten - Symbiosen zw. Algen und Pilzen
- Pilze: Thallus, schützt vor Austrocknung
- Algen bzw. Cyanobakterien: CO2- Bindung oder Bindung von molekularem Stickstoff aus Atmosphäre
- typische Primärbesiedler
Protozoen - heterotrophe, einzellige Eukaryonten
- Amöben, Ciliaten, Flagellaten
- fressen Bakterien oder kleine org. Partikel
- stark wasserabhängig - Möglichkeit zur Cystenbildung
- viele pathogene Protozoen (z.B. in Trinkwasser)