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Questions and Answers
Was ist die Rolle der extrazellulären polymere Substanz (EPS) in der Bakterienadhäsion?
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Welche Aussage beschreibt das Quorum Sensing am besten?
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Welches Beispiel beschreibt einen Zusammenhang zwischen Biofilmen und chronischen Infektionen?
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In welcher Phase des bakteriellen Wachstums wird die Zellteilung gestoppt?
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Was beschreibt die autotrophe Ernährung von Bakterien?
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Welches dieser Merkmale ist charakteristisch für die Lag-Phase im bakteriellen Wachstum?
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Welche der folgenden Aussagen über auxotrophe Bakterien ist korrekt?
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Was ist die Funktion kleiner diffusionsfähiger Signalmoleküle im Quorum Sensing?
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Welche Aussage über die DNA-Polymerase ist korrekt?
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Was ist die Funktion der RNA-Polymerase während der Transkription?
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Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Mutationsrate während der DNA-Replikation?
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Was ist die Hauptfunktion der Helicase während der DNA-Replikation?
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Welche Art von Replikation findet bei ringförmiger DNA statt?
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Welche Bausteine werden für die RNA-Synthese verwendet?
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Was ist die Rolle des RNA-Primers während der DNA-Replikation?
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Was unterscheidet die 3‘ → 5‘ Exonuklease-Aktivität von DNA-Polymerasen?
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Welche Aussage zu den Transkriptionsprodukten ist richtig?
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Welche der folgenden Eigenschaften sind typisch für pathogene Stämme von Escherichia coli?
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Welche Abwehrstrategie kommt dem Magen zur Infektionsabwehr zugute?
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Was beschreibt das Schlüssel-Schloss-Prinzip in Bezug auf Mikroorganismen und ihre Adhärenz?
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Welche Funktion haben Fimbrien in der Pathogenität von Mikroorganismen?
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Was ist ein Kennzeichen eines gram-negativen Bakteriums wie Escherichia coli?
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Was geschieht beim horizontalen Gentransfer?
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Welches der folgenden Merkmale ist einer angeborenen, unspezifischen Immunantwort zugeordnet?
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Was ist die Hauptaufgabe des Citratzyklus?
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Welche Verbindung entsteht während der Glykolyse aus Glucose?
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Welche Funktion haben Milchsäurebakterien während der Milchsäuregärung?
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Was ist eine Charakteristik der alkoholischen Gärung?
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Welche Rolle spielt die ATP-Synthase in der aeroben Atmung?
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Welche Aussage beschreibt korrekt die anaerobe Atmung?
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Welche der folgenden Aussagen über Mikroorganismen und ihre Stoffwechselwege ist falsch?
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Was ist eine Folge der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat?
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Wie werden Reduktionsäquivalente im Citratzyklus generiert?
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Welche Aussage beschreibt den Hauptunterschied zwischen grampositiven und gramnegativen Bakterien?
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Was ist die Hauptfunktion von Pili bei prokaryotischen Zellen?
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Wie wird die allgemeine Struktur der DNA in Prokaryoten beschrieben?
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Welcher Bestandteil der prokaryotischen Ribosomen ist für die Proteinbiosynthese verantwortlich?
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Was sind Endosporen, und weshalb werden sie gebildet?
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Wie ist die Struktur von Geißeln in prokaryotischen Zellen charakterisiert?
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Welches der folgenden Merkmale ist typisch für prokaryotische Zellen?
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Was sind die Hauptbestandteile der Schleimhülle von Bakterien?
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Was beschreibt Chemotaxis im Zusammenhang mit Bakterien?
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Wie lange ist die Generationszeit von E.coli?
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Study Notes
Mikrobiologie - Einführung
- Mikroorganismen existierten vor etwa 3,8 Milliarden Jahren, Vielzeller erst vor ca. 600 Millionen Jahren.
- Homo Sapiens gibt es seit etwa 130.000 Jahren.
- Progenot ist die Urform.
- Domänen: Bakterien, Archaea, Eukaryoten (Einteilung aufgrund RNA-Sequenzvergleich).
- Mikroorganismen umfassen: Bakterien, Archaea, Pilze, Mikroalgen, Protozoen, Viren.
- 1873 Stammbaum des Lebens skizziert von Darwin.
- Phylogenese: Stammesgeschichte.
- Phylogenetischer Stammbaum: zeigt evolutionäre Beziehungen.
Systematik der Bakteriologie
- Domäne: Bacteria, Abteilung/Stamm: Actinobacteria, Klasse: Actinobacteria, Ordnung: Actinomycetales, Familie: Mycobacteriaceae, Gattung: Mycobacterium, Art: M.tuberculosis.
- (ceae = häufige Endung der Familie)
- Mikroorganismen machen etwa 70% der gesamten organischen Substanz aus.
- Wichtig für Ökologie, Medizin, Biotechnologie, Gentechnologie und Evolution.
Unterschiede zwischen Bakterien und Archaeen
- Unterschiede in Zellwand, Membran, Lipiden und Stoffwechsel.
- Archaea sind unempfindlich gegenüber Antibiotika.
- Archaea sind Eukaryoten ähnlicher als Bakterien.
- Typische Bakterien: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis,
- Typische Archaeen: extrem thermophile und methanproduzierende Organismen.
Bakterienmessungen
- Durchmesser (µm): 1
- Volumen (µm³): 1
- Oberfläch/Volumen-Verhältnis: 1
- Hefen: 10 µm
- Humane Zelle: 10.000 µm³
- Generationszeit: 0,3-1 Stunde (je nach Art)
Entwicklung der Mikrobiologie
- Früher wurden Krankheiten oft als göttliche Strafe betrachtet.
- 1676: Anthony van Leeuwenhoek baute das erste Mikroskop.
- 1828: Otto Friedrich Müller prägte den Begriff "Bakterium".
- 1847: Ignaz Philipp Semmelweis forcierte Hygienevorschriften in Krankenhäusern
- 1822-1895: Louis Pasteur entwickelte Impfstoffe und die Pasteurisierung.
- 1843-1910: Robert Koch kultivierte Milzbranderreger und entdeckte Mycobacterium tuberculosis.
Koch'sche Postulate
- Erreger im kranken Tier nachweisen
- Erreger in Reinkultur anreichern
- Erreger in gesundem Tier dieselbe Erkrankung verursachen
- Erreger erneut isolierbar sein.
- Nicht auf alle Erreger anwendbar (z.B. Viren, Protozoen)
Bedeutung von Mikroorganismen
- Anzahl übertrifft die aller anderen Spezies
- Machen 70 % der Biomasse aus.
- Geochemische Stoffkreisläufe (z.B. Bodenbakterien)
- Globale Klimabeeinflussung (C & N Kreislauf)
- Symbiontische Beziehungen im Verdauungssystem
- Hautflora
- Darmflora (wichtig für Verdauung, Immunsystem): ca. 10 Milliarden Bakterien im menschlichen Mund
- Hautflora: ca. 10^12 Bakterien, wichtige Schutzbarriere.
Molekularbiologische Methoden
- Sequenzierung von DNA und RNA
- Analyse der Genexpression
- Biochemische Techniken; z.B. Western-Blot (Proteine Trennung)
Makroskopische Unterscheidung von Bakterienkolonien
- Farbe (abhängig von Temperatur und Nährmedium)
- Größe
- Geruch
- Oberfläche
- Konsistenz
- Kolonierand (z.B. glatt, gekerbt, wellenförmig, gelappt)
- Profil - zB flach, erhaben, kugelig
Bakterienformen
- Kokken (kugelförmig),
- Stäbchen (stabförmig),
- andere Formen (zB Spirillen, Schraubenbakterien)
- Streptokokken (Ketten)
- Diplokokken (paarige Kokken)
- Sarcinen (Würfel)
- Staphylokokken (Trauben)
- Kokkobazillen (oval)
Biofilm
- Schicht von an Grenzflächen angesiedelten Mikroorganismen
- extrazelluläre Grundsubstanz (EPS): Polymerschicht
- Schutz vor mechanischen Einflüssen, Strahlung, etc
Quorum Sensing
- Signalübertragung zwischen Zellen im Biofilm
- Genexpression abhängig von Zellanzahl
- Kleine Signalmoleküle
- Kommunikation zwischen Organismen
- Genetischer Austausch über horizontalen Gentransfer
- Anpassung an Umweltbedingungen
- Beziehungen zu chronischen Infektionen.
Ernährungsgewohnheiten von Bakterien
- Heterotrophe Bakterien: benötigen organische Stoffe
- Autotrophe Bakterien: erzeugen Nahrung aus CO2
- Auxotrophie: bestimmte Nährstoffe müssen von außen zugeführt werden, nicht selbst produzieren. Prototrophie hingegen kann alle benötigten Nährstoffe herstellen.
Stoffwechselvielfalt
- Energiequelle (chemotroph, phototroph): chemische Reaktionen vs. Licht
- Reduktionsmittel (organotroph, lithotroph): organische Verbindungen vs. anorganische Verbindungen
- Temperaturbereiche (psychrophil, mesophil, thermophil, hyperthermophil)
- pH-Werte (acidophil, neutrophil, alkalophil)
Bakterienkulturen
- Abstrich (z.B. Wattestäbchen vom Mund/Rachen)
- Verdünnung mit Impföse
- Nährmedien (Festmedium, Flüssigmedium)
Medien für Mikroorganismen
- Vollmedium (ermöglicht schnelles Wachstum, hohe Populationsdichte)
- Minimalmedium (erforderlichste Nährstoffe)
- Selektivmedium (führt zum Wachstum der gewünschten Organismen, Filterung)
- Differentialmedium (Unterschiede in Form, Farbe oder sonstigem sichtbar machen)
Gentechnologie
- Herstellung von Proteinen
- Entwicklung von transgenen Pflanzen & Tieren
- Gendiagnostik
- Gentherapien
Klonierung
- DNA-Fragment in ein Plasmid einfügen
- Das rekombinante Plasmid in eine Wirtzelle einschleusen
- Klonen der Zellen
Molekularbiologische Methoden
- Sequenzierung von DNA und RNA
- Analyse der Genexpression
- Herstellung von Proteinen
- Untersuchung einzelner Proteine
Drei Ösenausstrich
- Methode zur Herstellung von Reinkulturen.
- Probeschritte: Probe, Impföse, Ausstreichen, Sterilisierung.
Gußplattenverfahren (Keimzahlbestimmung)
- Einzelkolonien ermöglichen die Zählung
- Probenverdünnung und Aussaat auf Agarplatten.
Biofilm
- Schutz vor Umwelteinflüssen
- Intra- und Interzelluläre Kommunikation
- Genetische Informationen werden ausgetauscht
Bakterielle Strukturen (Fortsetzung)
- Zellwände
- Zellmembranen
- Ribosomen
- Plasmide
- Pili
- Geißeln
Gram Färbung
- Methodischer Farbstoff-Versuch, Trennung der Gram positiven Bakterien von den Gram negativen Bakterien
DNA-Replikation
- Semikonservative Replikation
- Replikationsrichtung: 5'→ 3'
DNA-Polymerasen
- Vervielfältigung der DNA, wichtige Enzymaktivitäten
Mutationen
- Fehler im DNA-Replikationsprozess führen zu Mutationen.
- DNA-Polymerasen besitzen eine Korrekturlesefunktion (3' → 5' Exonuclease).
Transkription (RNA-Synthese)
- Synthese von RNA aus DNA-Vorlage.
- RNA-Polymerase ist das Enzym, baut RNA-Kette aus Nukleotiden.
- Richtung: 5' → 3'
Schritte der RNA-Synthese
- Initiationsstelle (Promotorsequenz)
- RNA-Polymerase bindet an Initiationssequenz
- Start der RNA-Synthese
- RNA-Polymerase bewegt sich an der DNA-Kette abwärts
- Erreichen einer Terminationsstelle
- RNA-Polymerase- und mRNA-Freisetzung
Bioenergetik
- Fähigkeit von Organismen, Arbeit zu verrichten (in Joule).
- Gibbs-Helmholtz-Gleichung (AG = freier Energiegehalt, ΔH = Enthalpie, T = Temperatur, AS = Entropie)
- Exergone Reaktionen (Energie freisetzenend, AG < 0), Endergone Reaktionen Energie benötigend (AG > 0)
- Enzyme; biologische Katalysatoren, senken Aktivierungsenergie
Enzyme
- Proteine, die biochemische Reaktionen katalysieren.
- Spezifität im aktiven Zentrum
Oxidations-Reduktionsreaktionen
- Energietransfer durch Elektronentransfer
- Coenzym (FAD+/FADH2, NAD+/NADH, NADP+/NADPH)
Biochemischer Energiespeicher
- ATP (Adenosintriphosphat): wichtigste Form, Energie in Phosphatgruppen gespeichert.
Energiegewinnung
- Chemische Reaktionen (ATP)
- Lichtenergie (Photosynthese)
- Elektronendonatoren (aus organischen oder anorganischen Stoffen)
- Elektronentransportkette
Chemoorganotrophie
- Abbau organischer Verbindungen zur Energiegewinnung.
- Glycolyse → Citratzyklus (oxidative Decarboxylierung von Pyruvat) → Atmungskette
- ATP-synthese
- Energiegewinnung durch Verbrennung organischer Stoffe
Gärung
- Anaerobe Bedingungen
- Recycling von elektronenübertragenden Stoffen
- Bildung von Zwischenprodukten, z.B. Ethanol und Milchsäure
Polysaccharide
- Speicherstoffe in Zellen (Glykogen, Stärke).
- Monomere: Glucose, Glucose-Derivate, Ribose, Desoxyribose
Biosynthese der Pentosen
- Aufbau von Pentosen aus Hexosen
- Decarboxylierung (CO2-Abspaltung)
Aminosäuresynthese
- Aufbau von Aminosäuren aus Zwischenprodukten des Stoffwechsels
Nukleotid Biosynthese
- Schrittweises Aufbauen von Nukleotiden aus Kohlenstoff- und Stickstoffquellen
Mikrobiologie - Biotechnologie
- Geschichte: Unbewußte Herstellung vs. Bewusste Herstellung von Nahrungs/Getränken (Phase 1, Phase 2). - Fokus auf Antibiotika und DNA-Forschung - Methoden: Gentechnologie, Klonen.
- Anwendung: Herstellung von Proteinen, Gentechnik in Pflanzen und Tieren, Gendiagnostik, Gentherapien
- Vorteil von Mikroorganismen: Geringes Genom, Schnelles Wachstum, Einfache Selektion.
Restriktionsenzyme
- Erkennen und schneiden DNA-Sequenzen.
- Typ I, II, III.
- Isoschizomere: schneiden gleiche Sequenzen
- Vorteil: genaue Bearbeitung von DNA-Sequenzen.
PCR (Polymerase Kettenreaktion)
- Vervielfältigung von DNA-Abschnitten
- hohe Temperatur-toleranz der DNA-Polymerase
- Primer: kurzen Stückchen DNA, die komplementäre Basen zu dem zu vervielfältigenden DNA-Abschnitt sind.
- Benötigte Reagenzien: DNA-Vorlage, dNTPs (Nukleotide), Primer, Taq-Polymerase, Puffer.
Klonierung:
- DNA-Fragmente in ein Plasmid einfügen
- Rekombinantes Plasmid in eine Wirtzelle einschleusen
- Selektion der transformierten Zellen
- Klonierung der Zellen
Isolation und Identifizierung von Krankheitserregern
- Probenentnahme von Patienten
- Anreicherung, Selektion, und differentialmedien verwenden
- Isolierung/Anreicherungskultur
- Reinkultur von Mikroorganismen
- Identifizierung durch Serologische Methoden/ELISA Test, Mikrobiologische Methoden
Nosokomiale Infektionen
- Krankenhausinfektionen
- Faktoren: Verbreitung durch Patientenkontakt, Hygienemängel, Resistenzbildung
Pathogenitätsstrategien
- Adhärenz (Anhaftung an Wirtszellen)
- Invasion (Eindringen in Wirtszellen oder Gewebe)
- Spreading (Weiterverbreitung im Wirt)
Koch'sche Postulate
- Methode zur Bestimmung des Erregers einer Krankheit (Vorschrift für das Nachweisverfahren eines Krankheitserregers).
-
- Nachweis im Krankheittier; 2. Isolierung der krankheitsverursachenden Mikroorganismen; 3. Nachweis im Experimentalsubjekt; 4. Wiederholung des Nachweises im weiteren Untersuchungsgang
Antibiotika
- Inhibitoren des Bakteriellen Wachstums oder Abtötung von Bakterien
- Behandlung von bakteriellen Infektionen
- Resistenzentwicklung
- Nebenwirkungen
- Einsatzbereiche
EIA (Enzyme Immunoassay)
- Immunanalytik; Nachweis von Antikörper/Antigenen
Serologische Diagnostik
- Vorteile und Nachteile (schnelle Ergebnisse, komplexere Interpretationen)
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Dieses Quiz behandelt wichtige Konzepte des bakteriellen Wachstums, einschließlich der Rolle extrazellulärer polymere Substanzen (EPS), Quorum Sensing und DNA-Replikation. Teste dein Wissen über die verschiedenen Phasen des bakteriellen Wachstums und die Merkmale von auxotrophen Bakterien.
