Mikrobiologie

Deletion, Insertion und Punktmutation

Die zunehmende Antibiotikaresistenz zwingt uns dazu, alternative Technologien voranzutreiben. Die Phagentherapie ist eine mögliche Ergänzung zu der herkömmlichen Antibiotikabehandlung.

+ Das Reservoir an Phagen ist riesig, wenn ein Pathogener Organismus resistent gegen eine wird, kann relativ einfach eine andere gefunden werden.
+ Phagen sind sehr spezifisch, sie bekämpfen nur bestimmte Organismen, für uns nützliche Mikroorganismen können so geschont werden.

- Phagen sind sehr spezifisch, für fast jede Infektion müssen andere Phagen gefunden werden.
- Immunisierung der Patienten gegen die Phagen führt dazu, dass die Phagen schnell aus dem System entfernt werden und so den Infektionsherd nicht erreichen. Phagen müssen ausgetauscht wer-
den.

• Hitze Denaturierung der Makromoleküle, Reduktion der Lebendzellzahl
• Strahlung Veränderungen/Zerstörung der Makromoleküle (Lipide, Proteine) und Brüche in der DNA welche zum Zelltod (Apoptosis) führen
• Filtration Kontaminanten bleiben auf der Filtermembran zurück (Porengrösse variieren)
• Antibiotika Wirken auf verschiedene Weise Zellstrukturen (z.B Proteinsynthese, Zellwandsynthese, Nucleinsynthese), welche die Vermehrung stoppen oder verlangsamen können (bakteriostatisch, bakterizid, bakteriolytisch)
• Desinfektionsmittel Abtötung oder Inaktivierung von pathogenen Organismen, so dass keine Gefährdung mehr von ihnen ausgeht (keine weiteren Infektionen möglich)

Organellen wie Mitochondrien und Plastide (Chloroplasten) wurden durch eine dauerhafte Inkorporation eines frühen Bacterium (α-Proteobacteria und Cyanobacteria) in eukaryotischen Zellen aufgenommen. Beweise:

a. Mitochondrien und Chlorplasten enthalten ringförmige DNA
b. Der eukaryotische Zellkern enthält Gene die von den Bacteria abstammen
c. Mitochondrien und Chloroplasten enthalten ihre eigenen Ribosomen (70S+16S rRNA)
d. Antibiotika wirken auch auf diese Organellen e. Molekulare Phylogenie (Vergleich rRNA-Sequenzen der Organellen)
f. Entdeckung der Hydrogenosomen/Mitosome bei vermuteten «amitochondriale» Eukaryoten

Protisten, Pilze, Tiere, Pflanzen

Zuerst musste eine eukaryotische Vorläuferzelle entstehen (Bildung der Organellen wie Kern, ER, Mitochondrium). Dann entstanden durch Endosymbiose von Cyanobakterien in die eukaryoti-
schen Vorläuferzelle Chloroplasten.

Chitin, ein Polysaccharid welches aus dem Glucosederivat N-Acetylglucosamin aufgebaut ist.

Symbiontisch (Mutualismus), saprobiontisch und parasitisch (in jedem fall immer heterotroph)

Die Gesamtheit der Hyphen nennt man Mycelium. Dank einer grossen Oberfläche ist das Mycelium fähig zur Absorption. Pilzmycelien sind unbeweglich und gleichen fehlende Beweglichkeit durch die schnelle Ausbreitung der Hyphen in neue Lebensräume aus. Es kann pro Tag bei ausreichendem Nahrungsangebot bis
zu einem Kilometer Hyphe bilden!!

Saprobionten sind Zersetzer, sie bauen totes Material ab und bringen es so zurück in den Kreislauf (saprobiontische Pilze sind zum Beispiel wichtig für den Abbau von Totholz).

Mykorrhiza bedeutet «Pilzwurzel», Der Pilz umwächst die Wurzel (Ectomykorrhiza) oder dringt in sie ein (Endomykorrhiza) um Nährstoffe mit der Pflanze austauschen zu können. Die Pilze liefern Phosphat, Mineralien und Wasser, im Gegenzug erhalten sie wertvolle Nährstoffe wie Zucker von
der Pflanzenwurzel.

Die Pflanzen.

Flechten sind symbiontische Assoziationen aus photosynthetisch aktiven Mikroorganismen, wie Algen oder Cyanobakterien (Primärproduzent), die in einem Netz aus Pilzhyphen eingelagert sind
(Verankerung, Schutz und Nährstoffaufnahme).

Gut: Abbau von Totholz (Zersetzer/Destruenten organischer Substanzen (auch toter Lebewesen) zu Humus) und Bildung von Mykorrhiza (Symbiosen) Probleme: Mykosen (Pilzkrankheiten, z.B. Fusspilz) und Ernteausfälle, welche durch Pilzkrankhei-
ten verursacht werden.

Metabolismus: Aufnahme von Zellfremden Stoffen aus der Umgebung und umwandlrung dieser zu zelleigenen Stoffe, Zellmaterial, Energiespeicher oder andere Metaboliten.

Wachstum: Zunahme der Anzahl Zellen durch Zellwachstum

Bewegung: Je nach Spezies um Nahrung zu finden oder um ungünstigen Umweltbedingungen zu entfliehen.

Evolution: Anpassung und Entwicklung neuer Eigenschaften, die selektive Vorteile bringen (Phylogenetische Stammbäume zeigen die evolutionären BEziehungen zwischen den Zellen) 

Kommunikation: zwischen Zellen um die Überlebensfähigkeit als Gruppe zu stärken (z.B. Quorum Sensing)

Differenzierung: als Reaktion auf die Umweltreize können neue Zellaktivitäten ausgelöst werden (zB. Endosporenbildung)

Sie sind praktisch in allen Aspekten des Lebens von grosser Bedeutung:

- Sie sind wichtig für die Fruchtbarkeit von Böden (Stickstoffoxoidierung, Sulfat) und die Gesundheit der Nutztiere (Verdauung).

- Viele Verfahren der Grossindustrie, wie die Herstellung von Antibiotika, Zusatzstoffe und menschlicher Proteine, beruhen überwiegend auf Mikroorganismen. 

- MO helfen auch Umweltschäden zu bereinigen die durch Menschen verursacht werden (biologische Sanierung) und bei der Produktion von Biomasse und BIokraftstoffen.

- Sind ebenfalls in der Lebensmittelindustrie wichtige Arbeiter (Konservierung und Fermentation von Käse, Joghurt, Sauerkraut, Wurstwaren, Alkohol und Backwaren)

- Sie sind hervorragende Modellorganismen um Lebensprozesse bei höheren Organismen zu studieren und zu verstehen.

- Das Mikrobiom des Menschen (Hautflora, Darmflora und Schleimhäute) bildet eine natürliche Barriere gegen eindringende Pathogene, Zusätzlich werden neben der Verwertung der aufenommenen Nahrung, lebenswichtige Vitamine und kurzkettige Fettsäuren synthetisiert, die für ein gesundes und gunktionsähiges Darmmikrobiom und Immunsystem von grosser Bedeutung sind.

Frühere Annahme: Leben aus unbelebter Materie entsteht.

Beobachtung das Nahrungsmittel verderben können. Pasteur nahm an, dass dies bedeuten würde, dass Mikrobielles Leben in der Luft herumfliegt.

Experiment: Schwanenhalsexperiment, damit bewies er, dass sich Leben nicht spontan aus unbelebtem bildet. Und seine Annahme der Wahrheit entsprach. 

Mit den Koch'schen Postulaten:

1) Der krankheitsverursachende Organismus muss immer in den Tieren auftreten, die an deiser Krankheit leiden, aber nicht in gesunden Tieren.

2) Der ORganismus muss in Reinkultur kultiviert werden

3) Wenn der Organismus in ein gesundes Tier re-injiziert wird, muss er die charakteristischen Krankheitssymptome auslösen.

4) Der Organismus muss aus den neu infizierten Tieren re-isoliert und kultiviert werden und sollte immer noch der ursprüngliche Organismus sein.

Im Labor werden Reinkulturen verwendet, die aus nur einer einzigen Art eines MO bestehen. Diese wurden durch klonen vermehrt. Auf diese Weise ist es möglich, ihre Funktionen und ihr Verhalten einheitlich bestimmen zu können.

Die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Wellenlänge (Licht/Elektronen/Teilchenstrahlen)

Nukleotid: Ort in der Zelle wo sich die prokariotische Erbinformation befindet.

Cytoplasma: Das Zellinnere, wässrige Flüssigkeit in dem sich Proteine, Nukleinsäuren und diverse Metaboliten befinden und als Reaktionsmischung für metabolische Reaktionen dient.

Cytoplasmamembran: Eine premeabilitätsbarriere zwischen dem Zellinneren und dem Zelläusseren.

Zellwand: Umgibt die Cytoplasmamembran und gibt der Zelle Struktur und Halt und schützt sie vor der osmotischen Lyse.

Ribosome: Ein Protein/Nukleinsäurekomples, welcher für die Translation der mRNA verantwortlich ist.

Plasmid: Meist zirkuläre nicht chromosomale DNA Moleküle, welche Gene enthalten, die nicht essenziell sind unter "Normalbedingungen".

Es gibt 3, Die Bacteria, die Archaea und die Eukarya

Bacteria und Archaea sind beide Prokaryoten, haben keinen Zellkern. Sie unterscheiden sich in vielen Apsekten. z.B. im Aufbau der Cytoplasmamembran, die Zellwand und viele Aspekte der Molekularbiologie.  

Eukaryoten haben einen Zellkern, und mehrere membrangebundenen Organellen (ER, Mitochondrien, ...)

Vieles deutet daraug hin, dass die Aukarya aus dem Archaea hervorgegangen sind.

Morphologie (Koken, Stäbchen, Spirillen, Streptokoken, ...)

Metabolismus (phototroph, chemoorganotroph, chemolitotroph, autotroph, heterotroph, aerob, Anaerob)

Pathogenität (pathogen, nicht pathogen)

Zellgrösse (von weniger als einem Mikrometer bis zu fast einem Milimeter)

Zellwand (gram-positiv, gram- negativ)

Das Verhältniss von Oberfläche zum Volumen ist grösser bei kleineren Zellen, so ist es ihnen möglich schneller zu wachsen und sich schneller zu teilen und andere MO zu verdrängen, wärend frosse MO mehr Nahrung brauchen um zu wachsen und sich teilen zu können. Zu dem können sich kleinere MO durch ihre hohe Teilungsrate schneller an die Umgebung anpassen und evolvieren.

Lipide der Archaea enthalten Estherbindungen anstatt Esterbindungen.

Sie enthalten auch keine echten Fettsäuren sondern sogenannte Phytanylgruppen, eine aus Isopren-Einheiten aufgebaute verzweigte Verbindung, welche 20 Kohlenstoffatome enthält. Manche besitzen sogar eine Lipidmonoschicht aus 40 Kohlenstoffatome (Diglycerintetraether), statt eine Lipiddoppelschicht.

Permeabilitätspbarriere, die das Eindringen und Auslafen von Beastandteilen in die Zelle hinein oder aus der Zelle heraus kontrolliert. (Auslaufen der Zelle berhindert, selektiver Transport ermöglicht.)

ZUsätzlich dient sie als Anker für Proteine (z.B. Katalyse, transport, Rezeptoren) und zur Energiespeicherung. 

Er ist wichtig, um selektiv Moleküle (Nährstoffe) in der Zelle anzureichern und gleichzeitig toxische SUbstanzen oder Abfallprodukte aus der Zelle zu transportieren.