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V404A

Grundlagen der Mikrobiologie

Grundlagen der Mikrobiologie

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L. D.
Lernen
L. D.
Diese Lernkarten decken grundlegende und fortgeschrittene Konzepte der Genetik und Molekularbiologie auf Universitätsniveau ab. Sie behandeln Themen wie Genstruktur, DNA-Sequenzierung, Genexpression und -regulation, einschließlich der Rolle von Phagen, Operons und Mutationen. Die Karteikarten erklären auch Techniken wie PCR, RT-PCR, CRISPR-CAS-Systeme und verschiedene Sequenzierungstechnologien. Sie sind besonders nützlich für Studierende und Forscher, die ihr Verständnis der molekularen Mechanismen und genetischen Techniken vertiefen möchten.
Karten
109
Lernende
5
Sprache
Deutsch
Kategorie
Biologie
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
21.04.2021 / 24.01.2026
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Lernkarten

Supressormutation

  • eine weitere Mutation hebt die erste Mutation wieder auf
  • Passiert bei Stress -> Absterben oder langsames Wachstum
  • Rückmutation oder Mutation in Suppressor-tRNA (andere Base wird eingebaut)

Komplementation nach Kreuzung: Einordnen der Mutanten 

  • Wildtyp: Leucin kann hergestellt werden
  • Komplementation: DNA-Austausch/-Übertragung 
    • In unterschiedlichen Genen mutiert: Leucin kann hergestellt werden
    • In gleichen Genen mutiert: Leucin kann nicht hergestellt werden
  • Erstellung einer Matrix von Mutanten, die gekreuzt wurden
    • Nicht gleiche Gene betroffen = Wachstum
    • Gleiche Gene betroffen = kein Wachstum

DNA-Transformation

  • Transformation: Rezipient wird durch die DNA des Donors transformiert (verändert)
  • DNA läuft nach Lyse aus und fragmentiert -> ca. 10 kb Fragmente, durchschnittlich 10 Gene

Griffiths-Experimente mit Streptococcus pneumoniae

  • Polysaccharidkapsel ist wichtig für das Eindringen in den Körper
  • S-Zellen mit Kapsel sind pathogen (auf der Agarplatte glatte Kolonien = smooth)
    • Polysaccharidkapsel, die die Zellen vor dem Immunsystem schützen
    • Bei Behandlung mit Hitze werden die Zellen abgetötet und sind nicht mehr pathogen
  • R-Zellen ohne Kapsel sind nicht pathogen (raue Kolonien = rough)
  • R-Zellen werden von toten S-Zellen zu Zellen des S-Typs transformiert

Natürliche Kompetenz, z.B. in Bacillus subtilis oder Streptococcus

  • Spezialisiert zur Aufnahme von Fremd-DNA
  • DNA-bindende Proteine in der Membran, die mit der freien DNA interagieren können
  • DNA wird von einer Nuklease zerspalten -> Einzelstrang-DNA wird aufgenommen
  • Einzelstrang-DNA hat eine gewisse Sequenzähnlichkeit mit dem Genom -> wird an entsprechenden Stellen eingebaut
  • RecA fördert die Rekombination -> erkennt die Sequenzen
  • Bei Säugetier-DNA ist die Aufnahme der DNA weniger wahrscheinlich, da weniger ähnliche Sequenzen vorhanden sind
  • oft reguliert durch Quorum sensing

Künstliche Kompetenz in E. coli

  • Behandlung mit CaCl2, Kühlen auf Eis
  • Elektroporation
  • Lipofektion (DNA in Liposomen)

Plasmide

Plasmide sind genetische Elemente, die unabhängig vom Wirts-Chromosom replizieren; keine extrazelluläre Form, meist zirkuläre doppelsträngige DNA

Konjugation 

ein replikativer Vorgang nach dessen Abschluss beide Zellen Kopien des Plasmids besitzen

Mechanismus des DNA-Transfers

  • Kodiert auf dem F-Plasmid (F = Fruchtbarkeit)
  • Sexpilus zieht sich zusammen
    • Plasmamembranbrücke wird ausgelöst
    • Einfädeln der DNA
    • Synthese des Komplementärstranges
  • Tra1-Enzym: spaltet DNA-Strang in der Donorzelle und funktioniert als Helikase, entspiralisiert den Strang

Mechanismus der Antibiotika-Resistenz

  • Inaktivierung des AB
    • Spaltung von Ampicillin (wirkt gegen die Zellwand von Bakterien) durch ß-Lactamase -> Spaltung des Lactamrings
    • Modifikation: Phosphorylierung von Kanamycin (inhibiert die Translation) durch Phosphotransferase
  • Auspumpen des AB
    • Auspumpen von Tetracyclin durch Exportprotein -> multi drug resistence-Pumpen

Pathogen

  • Anheften und Kolonisierung von spezifischem Wirtsgewebe
  • Substanzen, die den Wirt schädigen = Toxin, Enzyme usw.

Transponierbare Elemente

  • Insertionssequenzen und Transposons = springende Gene
  • Transposition selten -> 10-5 bis 10-7 pro Generation
  • Tragen Transposase und sind flankiert von umgekehrten Wiederholungssequenzen (inverted repeats)

Klonierung in Plasmiden, Bsp. Fremd-DNA

  • Fremd-DNA mit Restriktionsenzymen schneiden
  • Vektor hinzufügen, der mit den gleichen Restriktionsenzymen geschnitten wurde
  • DNA-Ligase hinzufügen, um ein rekombinantes Molekül zu erhalten
  • Einfügen des rekombinanten Vektors in einen Host

Blau-Weiss-Selektion

  • Farbstoff wird der ß-Galaktosidase angeboten
    • Gespalten = Kolonien blau
    • Nicht gespalten = Kolonien weiß
  • lacZ‘ wird ein kleines Peptid angeboten -> α-Peptid
    • Erst dann ist die ß-Galaktosidase aktiv
  • Bei Einfügen eines Plasmids wird das α-Peptid zerstört

Cosmide

  • Vermischung von Plasmid und λ-Phage
  • Verpackung ca. 45 kb DNA
  • für 3 Gene (Nachahmung eines Stoffwechselweges)

BACs

  • Bakterial Arteficial Chromosome
  • Ca. 300 kb DNA können eingebracht werden
  • Basiert auf dem F-Plasmid (99 kb groß)
  • Klonierungsbereich, in dem große DNA-Abschnitte eingefügt werden können

YACs

  • Yeast Artificial Chromosome
  • DNA inseriert und Chromosom imitiert (wenn TEL, ARS und CEN vorhanden sind)

Viren

Pathogene

Besonderheit von Viren

Reverse Transkriptase

Virion

infektiöse Nukleinsäuren mit Proteinhülle

Merkmale von Viren

  • RNA oder DNA als Erbträger
  • Obligat zellparasitisch
  • Kein eigener Stoffwechsel

Aufbau von Viren 

  • Nakter Virus: Nukleinsäure und Capsid (bestehend aus Capsomeren)
  • Umschlagender Virus: viruskodierte Glykoproteine, die das nackte Virus umgeben
  • Viren können Enzyme enthalten wie Lysozym (Angriff der Bakterienzellwand) und Reverse Transkriptase

Helikale Symmetrie 

  • Reißverschluss 
  • Selbstzusammenbau durch das Aneinanderlagern der Proteine

Icosaedrale Symmetrie

  • 20 Flächen, 12 Ecken
  • Effektivste Form der Anordnung
  • Geringste Anzahl an UE 

Infektionszyklen (lytischer Weg)

  • Anheftung
  • Eclipse: Penetration und Einbringen der viralen Nukleinsäure
  • Synthese von viraler Nukleinsäure und Proteinen
  • Verpackung der neuen Viren
  • Zelllyse: Freilassung der neuen Virionen

Wirtsspezifität

  • Phagen können an verschiedenen Stellen an der Wirtsoberfläche andocken
    • T4: Zucker
    • M13: Pilus
    • Auch am Flagellum möglich

Agarüberschichtungstechnik

  • Ablauf
    • Erst untere Phase mit festem Nährmedium
    • Darauf eine Suspension aus Agar, Bakterien und Phagen
    • Infektion = Löcher im Rasen -> Plaques
  • Pfu = Plaque forming units
  • Klare Plaques = lytischer Weg
  • trübe Plaques = lysogener Weg

Lysogener Infektionszyklus

  • Phagen-DNA wird in das Genom integriert 
  • Entstehung eines Prophagen 
  • Nach Induktion schlägt der Prophage den lytischen Weg ein
  • Bakterien mit Prophagen sind resistent

Sehr frühe Gene der Genexpression

  • N = Anti-Terminator
    • Protein, dass der RNA-Polymerase sagt, dass die Transkription weiter durchgeführt wird
  • Cro = Control of repressor and other genes

Frühe Gene der Genexpression

  • N benötigt: Gene nach N (cIII, xis, int) und cro (cII, O, P, Q) werden transkribiert
    • PL aktiviert die Transkription -> konstitutiv angeschaltet
    • cII und cIII: Helferproteine von cI
    • xis und int: für Integration wichtig
    • O, P und Q: für Replikation wichtig

Der molekulare Schalter

  • PR: für cro -> -10 und -35 Sequenz
  • PRM: für cI -> -35 und -10 Sequenz
  • 3 Operatorsequenzen, die mit den Promotoren überlagern
  • Wenn cI an den ersten Operator bindet, wird der PR-Promotor deaktiviert
  • Cro hat zu Beginn einen Vorteil, jedoch kann cI aufholen
    • Kann eine stärkere Bindung herstellen, da sich ein Komplex bildet
  • Wenn cro alle 3 Operatoren besetzt, dann ist der PRM Promotor ausgeschaltet -> Aktivierung der Gene von Kopf und Schwanz
  • Wenn cI gewinnt, dann wird die Phagen-DNA in das bakterielle Genom eingebaut

Späte Lyse-Gene

  • Q = Anti-Terminator -> Transkription von Kopf und Schwanz
  • cI nicht mehr oder nur wenig gemacht

Späte Lysogenie-Gene

  • PRE stellt cI her
  • Pint aktiviert die Integrase
  • cII aktiviert PRE und Pint

Die SOS-Antwort der Zelle

  • Beruht auf dem Regulator LexA 
  • Stressantwort = Reperatur von DNA-Schäden -> LexA bindet an die Operatoren der Gene
  • Bei Schäden wird RecA aktiviert und bekommt eine Protease-Aktivität
    • Spaltet LexA, sodass es nicht mehr an Promotoren binden kann
    • RNA-Polymerase kann die Gene transkribieren
    • Proteine reparieren die DNA
  • Aktiviertes RecA spaltet CI-Repressor

Transduktion

Übertragung von bakterieller DNA durch Phagen

Allgemeine Transduktion

  • Bsp. P1
  • Fehler beim Zusammenbau der Phage -> Phage kann Wirts-DNA enthalten
  • Mit Hilfe eines Phagen wird die genetische Information einer Wirts-Zelle in eine andere Zelle transduziert

Spezielle Transduktion

  • Bsp. lambda
  • Taucht auf, wenn ein Prophage gebildet wird
  • Nach der Induktion ein Fehler: zusätzliche Information wird eingepackt

Phagen-Konversion

Phänotyp einer Bakterienzelle wird durch einen Prophagen verändert

Verindern der Adsorption

  • Blockieren von Phagenrezeptoren
  • Produktion von kompetitiven Inhibitoren
    • Maskierung des Rezeptors durch weitere Proteine
  • Produktion einer extrazellulären Matrix
    • Phage kann nicht mehr an die Oberfläche binden

Verhindern des DNA-Eintritts

  • Superinfection exclusion (Sie) System: Proteine verhindern das Eintreten der Phagen DNA-in den Wirt
    • Überinfektion wird verhindert
  • Gram-positiv = Peptidoklycan: B. subtilis
  • In Gram-negativen Bakterien: E. coli
    • T4-Phage hat Imm- und Sp-Systeme, die die Infektion mit einem weiteren T-Phagen verhindern

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