Mikrobiologie

- Aerobe und anaerobe Bakterien

- Mit Haut und Darm von Warmblütern assoziiert

- Wichtige human- und tierpathogene Vertreter

• fakultative anaerob
• weitverbreitete Kommensalen und Pathogene von Mensch und Tier
• Staphylococcus aureus (Koagulase-positive Staph.) bilden hitzestabile Enterotoxine, welche die typische Lebensmittelvergiftungen verursachen

• obligate Anaerobe
• charakteristische Morphologie mit Unterteilung in drei senkrecht zueinander stehende Ebenen

> bildet Pakete von acht oder mehr Zellen

Verursacher der Listeriose (lebensmittelassoziierte Infektion)

- Häufigkeit CH: etwa 50-70 Fälle / Jahr (gemeldet)

- Hohe Mortalitätsrate von 20-30% in gefährdeten Individuen
> YOPI’s (Young, Old, Pregnant, Immunocompromised)

> Produzieren hitzeresistente Endosporen

Primär saprophytische Bodenorganismen

• aerob oder fakultativ anaerob
• produzieren Antibiotika (z.B. Bacitracin)
• produzieren Insektenlarvizide (B. thuringiensis)
• produzieren Enterotoxine (B. cereus)

• obligat anaerob
• verschiedene Human und Tier-Pathogene

• Kokken anstatt Stäbchen
• Tetraden oder Pakete aus acht oder mehr Zellen
• Wachstum bis zu pH 10 (Anreicherung)

> Bakterien ohne Zellwände

• sehr pleomorph (vielgestaltig)
• wahrscheinlich kleinster selbstständig wachsender Organismus
• 0,2 – 0,3 μm Grösse
• kleine Genomgrösse 600-1300 kb
• häufig Kontaminanten von Zellkulturen

> Extrem adaptiert an intrazellulären Lebensstil:

keine Zellwand, Genomreduktion, z.T. fehlende Sterolsynthese

benötigen Sterole: Mycoplasma, Anaeroplasma, Spiroplasma, Ureaplasma, Entomoplasma
benötigen keine Sterole: Acholeplasma, Asteroplasma, Mesoplasma

-> unregelmässige Stäbchen (griechisch coryne = Keule)
- V-förmige Zellanordnung aufgrund der sogenannten schnappenden Zellteilung
- weitverbreitet in Böden und Pflanzen

- bilden eine extrem diverse Gruppe von Tieroder Pflanzenpathogenen und Saprophyten

• isoliert aus Emmentaler Käse 
• verantwortlich für die Löcher (CO2) und den Geschmack (Propionsäure) -> Propionibacterium freudenreichii

> charakteristische säurefeste Bakterien

zwei Gruppen: langsam und schnell wachsende Mykobakterien
- eher pleomorph: von dünnen Stäbchen hin zu verzweigten, filamentösen oder kokkoiden Zellen
- langsam wachsende Spezies (Kultur dauert Wochen - Monate)
- Mykolsäuren als einzigartige Lipide in der Zellwand (bedingen die Säurefestigkeit)
- wichtige humanpathogene Erreger z.B. M. tuberculosis complex und M. leprae

• Streptomyces 
• Actinomyces

- verzweigte Filamente mit mycelartigemWachstum (Morphologie ähnlich filamentöser Pilze)
- Bildung von Konidien (Sporen) (nicht mit Endosporen verwandt)
- primär Bodenorganismen (erdiger Geruch = Geosmin)
- Antibiotikabildung (> 500 verschiedene bekannt)

• Umfasst Mehrheit der bislang bekannten gramnegativen Bakterien
• Grosse Vielfalt an Mechanismen zur Energiegewinnung: phototroph, chemolithotroph, chemoorganotroph
• Viele Keime von Bedeutung für Medizin, Industrie oder Landwirtschaft

> Kleinste und “neuste“ Untergruppe

• Campylobacter - häufigster durch Lebensmittel übertragener Infektionserreger
• Helicobacter (1983) Spiral-förmiges Bakterium, das im Magen und Zwölffingerdarm lebt
• Sulfurospirillum frei lebende mikroaerophile Bakterien, anaerobe Atmung mit S0
• Wolinella aus dem Pansen der Kuh isoliert

> Extrem Halophile (Salzliebende)

• hypersaline Habitate NaCl 1.5 – 5.5 M (9 – 32% Limit)
• Bacteriorhodopsin z.B. Halobacterium halobium

> Methanogene (produzieren Methan)

• in anoxischen Sedimenten, im Verdauungstrakt des Pansen, im Dickdarm, im Hinterdarm (Termiten)
• z.B. Methanobacterium sp.

> Thermoplasmatales

• acidophil, thermophil
• Wachstum unter pH 1, z.B. Picrophilus

> Hyperthermophile Euryarchaeota

• Wachstum zwischen 70 und 110°C

z.B. Pyrococcus furiosus 106°C, Methanopyrus 110°C

> Hyperthermophile Organismen Temp.

• terrestrische Solfataren (Erdoberfläche) 100°C
• tief in der Erdkruste (Untergrund)  > 100°C
• “Schwarze Raucher” (marine Oberfläche) < 400°C

z.B. Pyrolobus fumarii 113°C

> In der Kälte lebende Organismen

• planktonisch in Meeren weltweit
• tiefe antarktische Gewässer
• Symbionten von marinen Schwämmen

 sulfatreduzierende Bakterien enthalten Glycerinetherlipide wie Archaea

 phylogenetisch ältestes Phylum alle sind hyperthermophile H2-oxidierende Chemolithotrophe

Thermophile Bakterien mit Wachstumsoptima zwischen 70 und 85°C

 - phylogenetisch älteste anoxygen Phototrophe
 -“hybridphototrophe” Organismen mit Merkmalen von Purpurbakterien als auch grünen Schwefelbakterien
- CO2-Aufnahme durch einzigartigen Hydroxypropionatzyklus
- wächst in Dunkelheit mittels aerober Atmung gut auf vielfältigen C-Quellen
- filamentös, gleitende Fortbewegung

enthält ungewöhnliche Lipide --> 1,2-Dialkohole anstatt von Glycerin

- auch thermophile Arten!

- Aussenmembran ohne Lipid A spezielles Peptidoglykan: Ornithin anstatt Diaminopimelinsäure

Quelle der Taq DNA-Polymerase als Schlüsselenzym der Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR),
- >revolutionierte nahezu alle Felder der Biologie

Extrem resistent gegen UV & radioaktive Strahlung sowie Austrocknung dank hoch effizienter DNA-Reparatur Maschinerie und verdoppelter Chromosomen (doppelsträngig überkreuzt)

Deinococcus radiodurans

überlebt Strahlungsdosen bis zu 15.000 Gy ionisierender Strahlung
(1 Gy = 100 rd) < 10 Gy für Menschen tödlich

• Borrelia
• Christispira
• Leptospira
• Spirochaeta
• Treponema

Morphologisch einzigartige gramnegative Bakterien

• aktiv beweglich
• in aquatischen Lebensräumen und in Tieren verbreitet
• wichtige Pathogene

Chlorobium und andere grüne Schwefelbakterien

• Phylogenetisch deutlich abgegrenzte Gruppe nichtbeweglicher obligat anaerober und phototropher Bakterien (Photoheterotrophie auch möglich)
• Nutzen H2S als Elektronendonator - Schwefelglobuli werden extrazellulär abgelagert
• Photosynthetische Pigmente: Bacteriochlorophyll a (bchl a) zusammen mit bchl c, d, oder e
• Lichtsammelndes bchl c, d, oder e wird in einzigartigen Chlorosomen gespeichert umgeben von einer dünnen Nichteinheitsmembran
• -> hoch effiziente Lichtsammelstruktur

•  obligat anaerobe Kommensalen im Darmtrakt von Menschen und Tieren aber auch Pathogene (v.a. B. fragilis). Bis zu 75% der Masse menschlicher Fäzes (1010-1011/g Fäzes)

B. thetaiotaomicron

Eine der bedeutendsten Spezies im Dickdarm ist spezialisiert auf Abbau von komplexen Polysacchariden - häufigste anaerobe Bakterien assoziiert mit Bakteriämie

B. fragilis

Häufigstes Isolat von klinischen Proben
virulenteste Spezies

• lange, schlanke Stäbchen (oft mit spitzen Enden)
• gleitende Fortbewegung
• obligat aerob
• verdauen Polysaccharide (Agar, Cellulose, Chitin)

Manche Arten sind Fischpathogene (> Problemkeime in Fischfarmen)

• primär in aquatischen Lebensräumen (Süss- und Salzwasser)
• Fischpathogene (z.B. F. psychrophilum)
• auch in Nahrung und Lebensmittelverarbeitungsanlagen

• verbreitete Boden- und Süsswassersaprophyten
• benötigen i.d.R. komplexe Medien zum Wachstum
• pleomorph, d.h. vielfältige Zellmorphologie: von langen, gleitend beweglichen Zellfäden
• bis hin zu kurzen, unbeweglichen Stäbchen

• Kompartimentierung macht diese Bakterien morphologisch einzigartig
• Kein Peptidoglykan S-Layertyp vergleichbar mit Archaea

gestielte Bakterien

• ähnlich Caulobacter: knospende Bakterien mit typischen “Vermehrungszyklus”
• im Gegensatz zu Caulobacter besteht der Stiel aus Proteinen und enthält kein Cytoplasma oder Zellwandmaterial
• aquatische Lebensräume (Süss- und Salzwasser)

Nucleoid ist von einer Kernmembran umgeben

--> produzieren zwei bis mehrere cytoplasmatische Zellanhänge, als Prostheken bezeichnet

vergleiche prosthekate Bakterien z.B. Caulobacter

• aerob bis fakultativ anaerob
• weit verbreitet in Süsswasser und Meer, aber auch in Wäldern und Ackerböden
• Tubulin-ähnliche Gene in Prosthecobacter

> obligat intrazellulär parasitische Bakterien mit geringen metabolischen Fähigkeiten

• primitive/eingeschränkte Biochemie, (lange als Virus angesehen)
• typischer, komplexer “Lebenszyklus” mit verschiedenen Stadien
• wichtige Humanpathogene!
• häufige Symbionten von Amöben & Insekten

C. trachomatis

- Entzündungen von Bindehaut, Ohr, Harnröhre

- Gebärmutterhalsentzündung (Zervizitis) > häufigste sexuell übertragbare Erkrankung!

C. psittaci

- Vogel-Chlamydiose sowie Lungen-, Bindehautentzündung und Arthritis in Säugern
- Papageienkrankheit (Psittakose) in Menschen

C. pneumoniae

- Atemwegserkrankungen in Menschen z.B. atypische Lungenentzündung