Mikrobiologie

Wenn manche Substanzen im Überschuss vorkommen, werden sie aufkonzentriert und in der Zelle aufbewahrt.

• Fettgranula --> fetthaltige Substanzen
• Poly-ß-Hydroxybuttersäure (PHB) --> Polyester
  • in fakultativ und strikt aeroben Bakterien (bis zu 80% der TM)
  • in Bakterien wird PHB angehäuft, wenn die Zellen unter O2-Mangel leiden
  • Unter aeroben Bedingungen kann PHB als Energie- und Kohlenstoffquelle genutzt werden
• Polysaccharide
  • Glykogen
  • kleiner als PHB-Granula

• innen PHB (=PHA)
• Grösse ~350nm
• bedeckt mit PHB-Oberflächenproteinen
• mit Phospholipid-Monolayer

• Polyphosphatgranula (metachromatische Granula) in Bakterien und Grünalgen
• langkettige Polyphosphatketten ---> dienen als Phosphatspeicher (nicht als Energiequelle)

• in Kugeln gespeichert
• stark lichtbrechend
• wenn kein Schwefelwasserstoff vorhanden ist, wird der Schwefel zu Sulfat oxidiert
• Energiequelle für aerobe schwefelwasserstoffoxidierende Bakterien
• Wasserstoff-Donator für anaerobe phototrophe Schwefel-Purpurbakterien (Chromatium)
• Entgiftungsprodukt (Cyanobakterien)

• Intrazelluläre Fe₃O₄-Kristalle (Magnetit) in Wasserbakterien und Algen
• Einschlüsse sind von einer Zellmembran umgeben
• Morphologie der Magntosomen ist artspefizisch
• Dipol in der Zelle führt zu Bewegung und Orientierung in Magnetfeldern --> "Magnetotaxis" --> physische Eigenschaft (keine Sensoren wie bei Chemo- oder Phototaxis)
• Glykoproteine in der Magnetosomenmembran spielen eine Rolle in der Umwandlung von löslichen Fe₃O₄ in eine unlösliche Form

• häufig in Wasserbakterien
• verändern die spezifische Masse der Zelle --> Bakterien schweben dadurch in einer bestimmten Wasserschicht ---> dadurch optimale Wachstumsbedingungen (Licht, Sauerstoff, Temperatur, Mineralien...)
• Jede Gasvakuole besteht aus mehreren bis vielen Gasvesikeln
• Gasvesikel sind:
  • spindelförmig
  • 300-700 nm
  • Durchmesser 60-110 nm
  • haben starre Membran aus reinem Protein (keine Phospholipide)
  • 2 Proteine, die Helices und ß-Faltblätter bilden

• Teilentkeimung
• ursprünglich zur Entfernung von pathogenen Bakterien
• Entfernung alles Bakterien --> Milch ist länger haltbar
• "Bulk Pasteurisierung": Behandlung 30 min bei 63-66°C, auch Pilzsporen sterben ab
• "Flash Pasteurisierung": Behandlung 15 sek bei 71°C
  • effizienter für hitzeresistente Bakterien
  • weniger Einfluss auf den Geschmack der Milch

• Konservierung von Beeren und Steinobst
• "Einwecken":
  • Behandlung 20 min bei 80°C
  • tötet vegetative Zellen und viele Pilzsporen
  • Bakteriensporen bleiben lebensfahig --> daher nur Teilentkeimung

• Dauerformen bestimmter Bakterien
• fast alle endosporenbildende Bakterien sind stäbchenförmig, Gram+ und peritrich begeisselt
• Sporen sind erkennbar an hohem Lichtbrechungsindex --> ungefärbte Region in der Mutterzelle
• spezifische Färbung mit Carbolfuchsin

• Sporenbildung ist nicht obligativ
• unter normalen/günstigen Bedingungen vermehren sich die Bakterien vegetativ
• in Stresssituation wird Sporenbildung induziert
• Austrocknen genügt nicht

• weniger Wasser in reifen Sporen (10-30%)
• fast die gesamte TM der Zelle ist in einem Zehntel des Volumens
• verminderter Wassergehalt -->Sporen sind resistenter gegen Chemikalien, Strahlung und Oxidation (H₂O₂)
• pH 5.5-6.0 im Zytplasma gegenüber 7.0 in vegetativen Zellen --> enthält sporenspezifische saure Proteine

• insgesamt 7 Stadien
  • 1. DNS wird kompakter
  • 2. ungleiche Zellteilung (innerhalb der Mutterzelle)
  • 3. Einschnürung der zytoplasmatischen Membran --> Sporenprotoplast --> dieser wird von der zytoplasmatischen Membran der Mutterzelle eingehüllt
  • 4.-6. Bildung der Sporenhüllen und Sporenrinde
  • 7. Mutterzelle platzt - Spore wird freigesetzt

• Aktivierung
• Keimung
• Austreten des Keimschlauchs

• geht sehr schnell
• in manchen Fällen werden bestimmte Nährstoffe gebraucht, z.B. Glukose
• Dipicolinsäure, Peptide und AS werden ausgeschieden
• Veränderung des Lichtbrechungsindexes
• Verlust der Hitzeresistenz

• Wasseraufnahme, Quellung, Aufreissen der Sporenhülle
• Atmung und Enzymaktivität nehmen schnell zu
• Neusynthese von Makromolekülen

• helikal gewundene Fäden
• besteht aus Flagellin --> zwischen den Stämmen hochkonserviert
• Untereinheiten sind helikal um Hohlraum angeordnet
• Geissel wächst an der Spitze
• beschädigte Geisseln können sich reparieren --> neusynthetisierte Flagellinuntereinheiten wandern durch den hohlen Raum an die Spitze

• Bakterien sind zu klein, um Gradienten entlang ihres Körpers zu spüren
• Chemorezeptoren funktionieren daher zeitlich und nicht räumlich

• phototrophe Bakterien
• Photorezeptoren: Ansammlung der Bakterien bei bestimmten Wellenlängen

• Wahrnehmen von Sauerstoff
• Beijerinckschen Atmungsfiguren:
  • aerobe Bakterien sammeln sich am Deckglasrand und eingeschlossene Luftblasen an
  • Mikroaerophile Bakterien halten einen bestimmten Abstand zum Deckglasrand
  • streng anaerobe Bakterien sammeln sich im Zentrum des Deckglases

• Krankheitserreger
• Darm-, Wasser- und Bodenbakterien
• aerob und anaerob
• manchmal phototrophisch

• Extremisten
• hohe (bis 113°C) und tiefe (-13°C) Temperaturen
• pH (<1 - >10)
• ungewöhnliche biochemische Eigenschaften

• Algen -> Phytoplankton
• Pilze -> Abbau organischer Substanzen
• Protozoen -> Krankheitserreger

• Gemeinsamkeiten mit höheren Organismen
• benutzerfreundlich (z.B. hohe Dichte, schnelle Generationszeit)
• Genetik (kleine Genome, Isolation von Mutanten)
• Gentechnik (Bakterien und Bakteriophagen sind Kernstück der Molekularbiologie)

• zeigte 1864, dass es keine spontane Entstehung von Leben gibt mit Hilfe der Schwanenhalsfalsche, in der gekochte Flüssigkeit steril blieb
• wurde der lange Hals abgebrochen oder die Flasche gekippt, konnten Mikroorganismen eindringen

Die Henle-Koch-Postulate sind im 19. Jahrhundert aufgestellte Postulate, die den Zusammenhang zwischen einem Mikroorganismus als Krankheitserreger und einer Infektionskrankheit herstellen.

• 1. Postulat: Damit ein Erreger als Ursache einer Erkrankung gelten kann, sollte er im Rahmen eíner Infektion mikroskopisch nachweisbar sein.
• 2. Postulat: Die von einem Erkrankten isolierten Mikroorganismen sollten außerhalb des erkrankten Organismus anzüchtbar sein, beispielsweise in einer Bakterienkultur.
• 3. Postulat: Die angezüchteten Organismen müssen bei Übertragung auf ein geeignetes Versuchstier zur Ausbildung einer typischen Erkrankung führen. Die Erreger müssen dabei wiederum mikroskopisch und kulturell nachweisbar sein.

• DIC, Nomarski-Kontrast
• polarisiertes Licht wird durch ein Prisma geleitet
• --> 2 verschieden Strahlen
• --->geringfügig Unterschiede im Brechungsindex
• --> Objektivlinse
• Interferenz --> nicht in Phase
• verstärkte Unterschiede in Zellstruktur --> keine Färbung nötig

• Elektronenstrahl anstelle von Licht
• Elektromagnet anstelle von Linsen
• Auflösung bis zu 0.2 nm
• nicht möglich mit lebenden Zellen (Vorbehandlung/Vakuum)

• Vergrösserung: Bis zu 1000x (100x10) mit Öl-Immersion
• Auflösung: ~200 nm
• Hellfeld:
  • Kontrastunterschiede
  • Viele Bakterien schlecht sichtbar (ausser pigmentierte)
  • Färbung mit Kontrastmittel (Farbstoff).
  • Häufig Kationen z.B. Methylenblau, Kristallviolett, Safranin
• Phasenkontrast:
  • Verstärkt Kontrastierung
  • Funktioniert mit lebenden Zellen
• Dunkelfeld:
  • Seitenbelichtung Zellen streuen Licht
  • Verbesserte Auflösung verglichen mit Hellfeld und Phasenkontrast

• Fluoreszenzmikroskopie mit Laserlicht
• Scharfe Fokussierung in einer Ebene

• Vergrösserung 15x - 10⁵x
• Beschichtung mit Gold
• nur Oberflächenstrukturen sichtbar

Behandlung mit Kontrastmitteln (Negativkontrastierung) z.B. Osmiumtetraoxid, Uran, Lanthan, Permangat)

Kokken, Stäbchen, Spirillen, Spirochäten, Knospende, Fadenförmige

kokkenförmig, Ketten, Zellteilung in einer Dimension

Schichten, Aggregate, Zellteilung in 2 oder 3 Dimensionen

stäbchenförmig, Ketten, Zellteilung in einer Dimension

• Durchmesser = 0.1um - 50um, Durchschnitt etwa 1 um, grösstes Bakterium 750um
• kleine Zellen = grössere Oberfläche
• effizienter Austausch mit den Umgebung
• schnelleres Wachstum

Besteht aus Phosphat, Glycerin und Fettsäuren

• Permeabilitätsbarriere
• Proteinanker
• Energiekonservierung