Molekular-& Mikrobiologie, BIO132

O2-> Elektronenakzeptor (aerober Organismen-> mehr E. aus Oxidation org. Verbindungen als Anaerobe)

-> Evolutionsgeschw. erhöhte sich -> Enstehung eukaryotischer Mikroorganismen

-O2 ->Uv-> O3 (Bildung des Ozons)

ein aerobes Bakterium fügt sich im Cytoplasma eines ursprüngliches Eukaryoten ein & versorgt diese mit Energie im Tausch gegen ein geschützter Lebensraum sowie eine gesicherte Nährstoffversorgung. -> Vorläufer des modernen Mitochondrium

1) die doppelte Membranhülle der Zellorganellen: innere M.->charakteristika der Prokaryoten; äussereM.-> Eukaryotische Eigenschaften.

2)eigene circuläre DNA & eigene Ribosomen

3)phylogenetische Ähnlichkeit zu Genen der Probakteria bzw. Cyanobakteria.

4)RNA-Polymerase & Proteinbiosynthese der Organellen wird durch Bakterien Inhibitoren gehemmt.

5)rRNA Sequenzvergleiche zeigen grosse Ähnlichkeiten zw. Organellen & Probakterien.

Die Entwicklung besserer Mikroskope führte zur Entdeckung der Bakterien ("animalcules") durch Antonie van Leeuwenhoek(1632-1723). "Animalcules" wurden als eine Art betrachtet, die jedoch verschiedene Morphologien einehmen kann.

Nachweiss, dass ein spezifischer Mikroorganismus eine spezifische Krankheit verursacht.

1.Krankheitserreger muss mit der Krankheit assoziiert sein & in gesunde Organismen nicht nachgewiesen werden.

2.Erreger muss in Reinkultur gezüchtet werden.

3.Eine Reinkultur des Erregers muss in einem gesunden Organismus dieselbe Krankheit auslösen.

4.Krankheitserreger muss reisoliert werden & identisch wie den ursprüngliche Erreger sein.

das gesamte Inventar von Genen, die in einer gegebenen Umwelt vorhanden sind.

um mikrobielle Ökosysteme zu erforschen muss man Mikroorganismen isolieren & ihre Eigenschaften in Laborkulturen erforschen.

->Anreicherung: Medium & geeignete Bebrütungsbedingungen sollten selektiv für gewältes Organismus sein und am besten gegenselektiv gegenüber anderen.

Säule wird von gedämpftem Sonnenlicht beschienen. Chemoorganotrophe Bakterien wachsen überall in der Säule, aerobe & mikroaerophile in den oberen Bereichen, anaerobe in den schwefelwasserstoffhaltigen Zonen. Der anoxische Abbau, der zur Sulfatreduktion führt, schafft einen Schwefelwasserstoffgradienten.

-DNA liegt als kovalent geschlossener Ring in Bakteria & Archaea vor.

-Histonproteine kommen in Archaea&Eukaryoten vor

-Der Zellkern ist nur in Eukaryoten durch eine Membran umschlossen.

-Introns kommen nur in Eukaryoten vor

-in Bakteria&Archaea kommt eine Polymerase & in Eukaryoten 3 vor.

-Stickstofffixierung kommt nur in Bakteria&Archaea vor

-Photosynthese auf CHloroplastenbasis gibt es bei den Archaea nicht

-in Archaea gibt es Wachstum noch ü. 100°C, bei den Eukaryoten hört es schon vor 80°C auf.

1.Isolierung der DNA

2.Erhitzen zur Strangtrennung; Zusatz spezifischer Primer

3.Primerverlängerung mit DNA-Polymerase

4.Wiederholung der genannten Schritte, um viele Kopien des 16S RNA-Gens zu erhalten

5.Analyse der korrekten Grösse der Produkte auf Agarosegel

6.Reiningung & Sequenzierung der PCR-Produkts.

Versch. Färbungsmethoden, um in der Mikrobiologie die Quantifizierung von Mikroorganismen in natürlichen Proben zu ermöglichen.-> Gewinnung quantitativer Informationen über Gesamtzahl von Zellen in einem Habitat.

DAPI(4',6-Diamido-2-phenylindol).

Zellen, welche mit DAPI gefärbt werden , fluoreszieren leuchtend blau. DAPI färbt Nucleinsäuren und ist meistens nicht reaktiv in Bezug auf inerte Materie.

VORTEIL: nicht spezifisch-> färb alle Mikroorganismen

NACHTEIL: unterscheidet nicht zw. tote & lebende Zellen; nicht spezifisch

Fluoreszenzfärbemethoden für Unterschiedung zw. lebende&tote Zellen. überprüft ob Plasmamembran noch intakt ist.

2 Farbstoffe:

grün->alle Zellen

rot->tote Zellen

spezifischer dank Antikörper.

Methode erfordert Präparation spezifischer Antikörper gegen den Organismus-> zeitraubend & arbeitsintensiv.

Bakterienzellen können durch Gentechnik verändert werden, um sie fluoreszieren zu lassen.

Ein Gen, welches ein Protein kodiert, das grün fluoreszierende Protein(GFP) genannt wird, kann in praktisch jedes Genom eines Bakterium insertiert werden. grün unter UV

-kleine Zellen->in nat. Proben können kleine Zellen übersehen werden

-schwer lebende von toten Zellen zu unterscheiden

-Färbemethoden können Diversität von nat. Probe nicht wiedergeben

-> Mikroskop muss durch kulturelle & molekulare Werkzeuge ergänzt werden

phylogenetische Färbungen-> fluoreszierende Oligonucleotide, die in der Basensequenz komplementär zu Signatursequenzen in der 16S rRNA sind.

phylogenetische Sonden können für individuelle mikrobielle Arten sowie für ganze Domänen von Organismen entworfen werden.

mit Radioisotope, Mikroelektroden & stabili Isotope.

Aktivitätsmessungen in natürlichen Proben sind kollektive Abschätzungen der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft.

häufig: direkte chem. Messungen mikrobieller Umsetzungen ausreichend für Erfassung der Aktivität.(Bsp: Oxidation von Milchsäure durch sulfatreduzierende Bakterien).

Wenn aber eine hohe Empfindlichkeit erforderlich ist, sind radioaktive Isotope geeignet.

FISH-MAR:

Identifizierung, welcher der Organismen in einer natürlichen Probe eine bestimmte radioaktiv makierte Substanz verstoffwechselt(MAR), wie auch die Natur des Organismus(FISH).

Zellen werden einen Radioisotop ausgesetzt, z.B. in Form einer org. Verbindung bei Chemoorganotropen. Nach Exposition-> Objektträger-> photographische Emulsion. Nach einiger Zeit im Dunkel, führt die Strahlung des radioaktiven Zerfalls zur Aktivierung der Silberkörnchen in der Emulsion. ->schwarze Pkt. innerhalb & ausserhalb der Zelle.

Messung der Aktivität. ->Messung von pH-Wert, Sauerstoff, Stickstoffmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff & Schwefelwasserstoff.

Spitze: 2mikrometer-100mikrometer

Massenunterschiede bei Atomkerne aufgrund unterschiedl. Neutronenzahlen. stabili Isotope lassen sich nutzen, um versch. mikrobielle Umwandlungen in der Natur zu untersuchen.

geeignete Isotope: Kohlenstoff(aus CO2); Schwefel(aus Sulfat & Schwefelwasserstoff)

Biochemische Systeme(Enzyme) unterscheiden zwischen den Isotopen! (zB wird ^12C bevorzugt!)

Eine Population metabolisch verwandter Mikroorganismen.

ein Organismus, der Licht benutzt, um neue organische Substanzen aus Kohlendioxid zu synthetisieren.

ein Stoffwechselvorgang, bei dem 2 oder mehr Mikroorganismen zusammenarbeiten, um einen Prozess auszuführen, zu dem keiner der beteiligten von sich aus befähigt wäre.

eine vollsynthetische chemische Verbindung, die in der Natur nicht natürlicherweise vorkommt.

-Energiegewinn aus chem. Umsetzung organischer Stoffe. (Aerobe Atmung, Gärung, anaerobe Atmung)

-Verwendung org. Verbindungen (z.B. Glucose, Acetat) als Kohlenstoffquelle.

-Verwendung von Licht als Energiequelle durch die Erzeugung von protonenmotorischer Kraft, die zur Phosphorylierung von ADP verwendet werden kann.

-Photoheterotrophie: org. Verbindung ->Kohlenstoff-> Biosynthese

-Photoautotrophie: CO2 ->Kohlenstoff-> Biosynthese

-chemolithotrophe Organismen wachsen normalerweise unter aeroben Bedingungen & verwenden CO2 als Kohlenstoff-Quelle (autotrophe Organismen!)

1.Erkennung vom Wurzelhaar & Anheftung von Rhizobien

2.Ausscheidung von Nodfaktoren durch das Bakterium führen zur Krümmung von Wurzelhaare.

3.Invasion: Rhizobien dringen in Wurzelhaare ein & vermehren sich im "Infektionsfaden"

4.Bakterien im Infektionsfaden wachsen auf die Wurzelzelle zu.

5.Bildung des Bakteroidstadiums innerhalb der Pflanzenzelle.

6.Fortlaufende Pflanzen- & Bakterienzellteilung

Nitrat wird vom Mikroorganismen als Stickstoffquelle für Synthese Stickstoffhaltiger Zellbestandteile & als alternativer Elektronenakzeptor für Nitratatmung genutzt.

Denitrifikation: gebundener Stickstoff wird in gasférmigen umgeführt.

Nitrosobakterien: 2NH4^+ +3O2 -> 2NO2^- + 4H^+ +H2O

Nitrobakterien: 2NO2^- + O2 -> 2NO3^-

Ein regulatorisches Protein, das an spezifische Stellen auf der DNA bindet und die Transkription einleitet; wirkt an der positiven Kontrolle mit.