Mikrobiologie und Antibiotika
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Questions and Answers

Was beschreibt die Mindesthemmenkonzentration (MIC) in Bezug auf Antibiotika?

  • Die höchste Dosis eines Antibiotikums, die Wirksamkeit zeigt.
  • Die Menge an Antibiotikum, die eine bakterizide Wirkung erzielt.
  • Die niedrigste Konzentration, die das Wachstum von Bakterien unterdrückt. (correct)
  • Die maximale Resistenz eines Bakterienstamms gegen eine bestimmte Antibiotikagruppe.
  • Welche der folgenden Verbindungen zählt nicht zu den Hauptnährstoffen für Mikroorganismen?

  • Kohlenstoff
  • Kalium
  • Vitamin C (correct)
  • Stickstoff
  • Wie viel Prozent des Trockenmassegewichts eines Mikroorganismus entfallen auf Proteine?

  • 3,4%
  • 9,1%
  • 20,5%
  • 55% (correct)
  • Was ist der Hauptunterschied zwischen definierten und komplexen Nährmedien?

    <p>Definierte Medien bestehen aus genau festgelegten Inhaltsstoffen. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Antibiotika-Resistenz ist korrekt?

    <p>Die Resistenz kann durch Übernutzung von Antibiotika gefördert werden. (C)</p> Signup and view all the answers

    Worin besteht die Hauptfunktion von ATP in Zellen?

    <p>Es dient als Energiequelle für biochemische Reaktionen. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Verbindungen ist ein Makronährstoff?

    <p>Stickstoff (B)</p> Signup and view all the answers

    Welches Molekül ist nicht Teil der Makromoleküle, aus denen die Zellstruktur besteht?

    <p>Glukose (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Struktur ermöglicht Gram-positiven Bakterien die Haftung an Epithelzellen?

    <p>Fimbrien (D)</p> Signup and view all the answers

    Welches Enzym wird als Virulenzfaktor bei Staphylococcus aureus gefunden?

    <p>Streptokinase (C)</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt den Prozess, bei dem freischwimmende Bakterien an Epithelzellen anhaften?

    <p>Adhärenz (A)</p> Signup and view all the answers

    Was wird während der oxidativen Phosphorylierung aus ADP und anorganischem Phosphat (Pi) gebildet?

    <p>ATP (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Struktur schützt bakterielle Zellen in der Biofilmmatrix?

    <p>Extrazelluläre Polysaccharide (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie geht die Glykolyse im Embden-Meyerhof-Parnas-Weg vor sich?

    <p>Von Glucose zu Glucose-6-phosphat (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Substanzen sind Siderophore bekannt dafür, zu binden?

    <p>Eisen (A)</p> Signup and view all the answers

    Was ist typisch für homofermentative Fermentation?

    <p>Es wird nur Lactat als Endprodukt gebildet. (A)</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion von Antiphagocytose-Proteinen bei Salmonella-Arten?

    <p>Verhinderung der Phagocytose (D)</p> Signup and view all the answers

    Welches Gencluster wird mit der Virulenz von Salmonella in Verbindung gebracht?

    <p>Pathogenitätsinseln (SPI) (C)</p> Signup and view all the answers

    Was wird im TCA-Zyklus gebildet, wenn Acetyl-CoA mit Oxalacetat reagiert?

    <p>Citratsäure (D)</p> Signup and view all the answers

    Welches Enzymkomplex ist entscheidend für die ATP-Synthese während der oxidativen Phosphorylierung?

    <p>ATP-Synthase (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie dick ist eine Zelle von Salmonella enterica ungefähr?

    <p>1 µm (D)</p> Signup and view all the answers

    Was sind heterofermentative Organismen in der Fermentation bekannt dafür?

    <p>Bildung von Lactat und Ethanol (B)</p> Signup and view all the answers

    Welcher Fermentationsweg führt zur Erzeugung von Buttersäure?

    <p>Buttersäure-Fermentation (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Struktur ist der erste Schritt im Citratzyklus?

    <p>Citratsäure (C)</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit dem phosphorylierten Histidin in der Reaktion des Antwortregulators?

    <p>Es reagiert mit dem Antwortregulator. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion hat der LuxR im Quorum Sensing von Bakterien?

    <p>Er bindet an Promotoren, um die Transkription zu starten. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle spielen kleine offene Leserahmen bei der Transkription von Aminosäuren?

    <p>Sie terminieren die Transkription unter bestimmten Bedingungen. (B)</p> Signup and view all the answers

    Wann können Bakterien ihre kollektiven Aktionen erfolgreich umsetzen?

    <p>Wenn eine bestimmte Konzentration von Signalmolekülen erreicht ist. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion des luxICDABE-Operons?

    <p>Es bewirkt die Biofluoreszenz. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft hat der Antwortregulator in Bezug auf die Phosphorylierung?

    <p>Er hat Autophosphatase-Aktivität und kann sich selbst dephosphorylieren. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was passiert, wenn die Tryptophan-Konzentration im Zusammenhang mit der Transkription hoch ist?

    <p>Die Transkription wird gestoppt. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Bakterien ist mit der Biofluoreszenz des Zwergsquids verbunden?

    <p>Vibrio fischeri. (D)</p> Signup and view all the answers

    Warum sind Prionen als infektiöse Proteine besonders gefährlich?

    <p>Sie führen zu der Zerstörung von Nervengewebe. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Funktion von intestinalen Mikroorganismen im menschlichen Körper?

    <p>Sie helfen bei der Verdauung und Synthese von Molekülen. (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie schützt sich Helicobacter vor Magensäure?

    <p>Durch Bildung von Ammoniak aus Harnstoff. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Mechanismen der Prionenkrankheit ist korrekt?

    <p>Sie katalysieren die Fehlfaltung normaler Prionproteine. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was bewirkt das Tetanustoxin in den motorischen Neuronen?

    <p>Es verhindert die Freisetzung von Glycin. (A)</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine charakteristische Eigenschaft von Prionen?

    <p>Sie sind immun gegen proteolytische Enzyme. (B)</p> Signup and view all the answers

    Wie beeinflusst das Cholera-Toxin den Natriumionenfluss in den Zellen?

    <p>Es verhindert den Natriumionenfluss in die Zelle. (A)</p> Signup and view all the answers

    Was bewirken intestinale Bakterien in Bezug auf Vitamine?

    <p>Sie synthetisieren einige essentielle Vitamine wie B12. (D)</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Cholera-Krankheit behandelt?

    <p>Durch die Kompensation von Flüssigkeits- und Elektrolytverlust. (B)</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Funktion des α-Toxins von Staphylokokken?

    <p>Es bildet Poren in Zellmembranen. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Einfluss von Mikroorganismen im menschlichen Körper korrekt?

    <p>Mikroorganismen schützen vor der Kolonisierung durch pathogene Bakterien. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welches Element ist für die Wechselwirkung von Prionen mit Nervenzellen entscheidend?

    <p>Die Fähigkeit, Proteine fehlzuschlagen und zu aggregieren. (C)</p> Signup and view all the answers

    Wie wird das A-B-Toxin von Vibrio cholerae in die Zelle transportiert?

    <p>Durch Endozytose. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle spielt die GM1-Ganglioside im Zusammenhang mit dem Cholera-Toxin?

    <p>Sie sind der Bindepunkt für das Toxin. (A)</p> Signup and view all the answers

    Warum ist die Verwendung von Antibiotika bei Cholera nicht immer effektiv?

    <p>Sie haben keine Wirkung auf die bereits freigesetzten Toxine. (B)</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine mögliche Folge der Hemolyse bei Erythrozyten durch das α-Toxin?

    <p>Eine Reduktion der Blutzellzahl. (A)</p> Signup and view all the answers

    Flashcards

    Antibiotika-Resistenz

    Antibiotika-Resistenz ist die Fähigkeit von Bakterien, der Wirkung von Antibiotika zu widerstehen und zu überleben.

    Problem: Antibiotika-Resistenz

    Antibiotika, die früher wirksam waren, wirken nicht mehr gegen bestimmte Bakterienstämme.

    Mechanismen der Antibiotika-Resistenz

    Bakterien entwickeln Mechanismen, die es ihnen ermöglichen, die Wirkung von Antibiotika zu umgehen.

    Metabolismus

    Die Gesamtheit aller chemischen Reaktionen, die in einem Organismus ablaufen.

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    Anabolismus

    Prozesse, die komplexe Moleküle aus einfachen Bausteinen aufbauen.

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    Katabolismus

    Prozesse, die komplexe Moleküle abbauen, um Energie zu gewinnen.

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    Makronährstoffe

    Nährstoffe, die in großen Mengen benötigt werden.

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    Mikronährstoffe

    Nährstoffe, die in geringen Mengen benötigt werden.

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    Oxidative Phosphorylierung

    Die Energiegewinnung, die während der Atmung stattfindet, indem die Protonenmotorische Kraft die Herstellung von ATP aus ADP und anorganischem Phosphat (Pi) ermöglicht. Dieser Vorgang findet an der Zellmembran statt und wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet.

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    ATP-Synthase (ATPase)

    Ein membranständiger Protein-Enzym-Komplex, der die Kopplung der Protonenmotorischen Kraft an die ATP-Synthese ermöglicht. Dieser Prozess findet in allen Lebewesen statt und ist essenziell für die Energiegewinnung.

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    Glykolyse

    Ein Stoffwechselweg, der die anaerobe Zersetzung von Glucose zu Pyruvat beinhaltet. Dieser Prozess liefert ATP und findet im Cytoplasma statt. Die Glykolyse ist die Grundlage für die Energiegewinnung in vielen Lebewesen, auch in Abwesenheit von Sauerstoff.

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    Homofermentative Gärung

    Ein Vergärungsprozess, bei dem Glucose zu Lactat als einziges Endprodukt umgewandelt wird. Dieser Prozess findet in einigen Bakterien statt und ist ein wichtiger Bestandteil der Lebensmittelproduktion.

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    Heterofermentative Gärung

    Ein Vergärungsprozess, bei dem Glucose zu Lactat und einem weiteren Stoffwechselprodukt, wie z.B. Ethanol, umgewandelt wird. Dieser Prozess findet in einigen Bakterien statt und führt zur Bildung einer Vielzahl von Nebenprodukten.

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    Citratzyklus (TCA-Zyklus)

    Ein Stoffwechselweg, der die aerobe Verbrennung von Glucose zu CO2 und Wasser beinhaltet. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien statt und liefert die meiste Energie für die Zelle. Der TCA-Zyklus ist ein wichtiger Bestandteil des Energiestoffwechsels.

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    Acetyl Coenzym A (Acetyl-CoA)

    Ein 2-Kohlenstoff-Verbindung, die aus Pyruvat entsteht und ein wichtiger Ausgangsstoff für den Citratzyklus ist. Acetyl-CoA spielt eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel aller Lebewesen.

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    Oxalacetat

    Eine 4-Kohlenstoff-Verbindung, die als Startmolekül im Citratzyklus dient. Oxalacetat ist essenziell für die Funktion des TCA-Zyklus und die Energiegewinnung.

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    Signaltransduktionssystem in Bakterien

    Dieser Mechanismus beinhaltet zwei Domänen: eine Histidin-Domäne, die phosphoryliert wird, und eine aktive Domäne, die die Phosphorylierung durchführt. Das freigesetzte Phosphatrest reagiert dann mit dem Antwortregulator. Nur unter diesen Bedingungen kann der Antwortregulator an den Operator binden. Dieser Prozess beschreibt einen allosterischen Effekt.

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    Selbst-Dephosphorylierung des Antwortregulators

    Der Antwortregulator besitzt eine Autophosphatase-Aktivität, die es ihm ermöglicht, sich selbst zu dephosphorylieren. Dadurch wird das Signal ausgeschaltet und die Transkription des Gens gestoppt.

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    Quorum Sensing

    Ein System, bei dem Bakterien miteinander kommunizieren, indem sie bestimmte Moleküle freisetzen, die nur aktiv werden, wenn eine bestimmte Konzentration erreicht wird.

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    Beispiel für Quorum Sensing: Leuchtender Zwergkalmar

    Das Leuchten des Zwergkalmars wird durch die Bakterien Vibrio fischeri verursacht, die in einem Organ des Kalmars leben. Die Bakterien produzieren nur Licht, wenn sie eine bestimmte Konzentration erreichen.

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    Biolumineszenz-Operon in Vibrio fischeri

    Das luxICDABE Operon ist für die Biolumineszenz in Vibrio fischeri verantwortlich. Das LuxI Gen codiert für die LuxI-Synthetase, die das Acyl-Homoserin-Lakton synthetisiert. Dieses Molekül diffundiert in die Umgebung und aktiviert die LuxR-Proteine.

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    PaO1 Quorum Sensing in Pseudomonas aeruginosa

    PaO1 Quorum Sensing Systeme steuern die Expression von Virulenzgenen in Pseudomonas aeruginosa. Diese Systeme sind wichtig für die Pathogenese von Pseudomonas aeruginosa.

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    Transkriptionelle Abschwächung

    Transkriptionelle Attenuation ist ein Mechanismus, bei dem die Transkription eines Gens durch die Bildung eines Haarnadel-Motivs im mRNA-Molekül vorzeitig beendet wird. Dieser Mechanismus ist besonders wichtig in der Biosynthese von Aminosäuren.

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    Transkriptionelle Abschwächung in der Tryptophan-Synthese

    Wenn die Konzentration von Tryptophan hoch ist, wird die Transkription des Tryptophan-Operons durch die Bildung einer Haarnadel-Struktur in der mRNA vorzeitig beendet. Dies führt dazu, dass weniger Tryptophan synthetisiert wird.

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    Anhaftung von Bakterien

    Das Anhaften von Bakterien an Zellen (z.B. Epithelzellen) ist der erste Schritt zur Infektion. Diese Bindung kann lose oder fester sein.

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    Kolonisierung von Bakterien

    Bakterien bilden Kolonien auf der Oberfläche von Zellen. Diese Kolonien können sich dann zu Biofilmen entwickeln.

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    Biofilm

    Ein Biofilm ist eine schützende Schicht aus extrazellulären Polysacchariden, die von Bakterien produziert wird.

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    Adhäsionsproteine

    Diese Proteine helfen Bakterien, an Zellen zu binden. Sie sind wichtig für die Anhaftung und somit für die Infektion.

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    Lipoteichonsäure

    Lipoteichonsäure (LTA) ist ein Bestandteil der Zellwand grampositiver Bakterien. Es trägt zur Anhaftung an Epithelzellen bei.

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    Fimbriae

    Fimbriae sind kleine, haarähnliche Strukturen auf der Oberfläche von Bakterien. Sie helfen Bakterien, an Zellen zu binden.

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    Hyaluronidase

    Hyaluronidase ist ein Enzym, das Hyaluronsäure abbaut. Dies schwächt das Bindegewebe und ermöglicht den Bakterien, tiefer ins Gewebe einzudringen.

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    Coagulase

    Coagulase ist ein Enzym, das die Blutgerinnung auslöst. Dies führt zur Bildung eines Schutzschildes um die Bakterien und zum Ausweichen des Immunsystems.

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    Viren die Pflanzen befallen

    Sie codieren nicht für Proteine und sind daher auf Pflanzenwirtenzyme für ihre Replikation und andere Funktionen angewiesen. Sie verursachen Pflanzenkrankheiten durch direkte Interaktion mit Wirtsfaktoren, aber der Mechanismus der Pathogenität ist noch unbekannt. Sie können die Expression ausgewählter Pflanzengene beeinflussen, die für Wachstum und Entwicklung wichtig sind.

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    Prionen

    Infektionsfähige Proteinaggregate

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    Prionkrankheiten

    Schnell fortschreitende, unheilbare neurodegenerative Erkrankungen, die durch fehlgefaltete, aggregierte Proteine ​​verursacht werden, die als Prionen bezeichnet werden und einzigartig infektiös sind.

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    Mechanismus der Prion-Wirkung

    Die Nervenzellen produzieren das Prion-Protein (PrPc), das eine normale Funktion in der Zelle erfüllt. Abnormal gefaltetes Prion-Protein (PrPsc) kann die Umfaltung von PrPc zu PrPsc katalysieren. Die PrPsc-Form ist proteaseresistent, unlöslich und bildet Aggregate in neuronalen Zellen. Dies führt letztendlich zur Zerstörung von Nervengewebe und neurologischen Symptomen.

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    Das Mikrobiom

    Die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die einen mehrzelligen Organismus auf natürliche Weise besiedeln (d. h. ohne Krankheitssymptome auszulösen).

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    Helicobacter

    Bakterien besiedeln den menschlichen Darm und unterstützen die Gesundheit.

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    Biochemische/metabolische Beiträge von Darmmikroorganismen

    Sie tragen dazu bei, dass unser Körper nicht von pathogenen Bakterien besiedelt wird. Sie helfen uns, Nahrung aufzuschließen und andere Moleküle zu synthetisieren. Intestinale Bakterien können zum Beispiel Vitamine wie B12 synthetisieren.

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    Essentielle Aminosäuren

    Der Körper kann 8 Aminosäuren nicht selbst synthetisieren; der Körper ist darauf angewiesen, diese entweder mit der Nahrung aufzunehmen oder von Bakterien zu erhalten.

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    Wie wirkt Tetanustoxin?

    Tetanustoxin blockiert die Freisetzung von Glycin in Interneuronen, wodurch die Acetylcholin-Freisetzung an der motorischen Endplatte kontinuierlich stimuliert wird. Dies führt zu einer anhaltenden Muskelkontraktion und spastischer Lähmung.

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    Wie verursacht Cholera-Bakterien Durchfall?

    Cholera-Bakterien (Vibrio cholerae) heften sich an die Darmschleimhaut und produzieren ein Toxin, das die Aktivität der Adenylatcyclase steigert. Dies führt zu einem Wasserverlust in den Darm und verursacht starkes Durchfall.

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    Wie wirken alpha-Toxine von Staphylokokken?

    Die alpha-Toxine von Staphylokokken sind Poren-bildende Toxine. Sie setzen sich in der Zellmembran ihrer Zielzellen zusammen und bilden Poren, wodurch die Zellhülle durchlässig wird und Zellinhalte entweichen können.

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    Was sind alpha-Toxine?

    Sie werden von Staphylokokken produziert und bilden Poren in Zellen, was zu Zellschädigung und -tod führen kann.

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    Welche Eigenschaften haben Vibrio cholerae?

    Diese Zellen sind gramnegativ, fakultativ anaerob und kommaförmig. Sie kommen in Brack- oder Salzwasser vor und befestigen sich an Krabben, Garnelen und andere Schalentiere.

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    Wodurch kann Cholera ausgelöst werden?

    Diese Erkrankung kann durch den Verzehr von ungekochten oder rohen Meeresfrüchten verursacht werden.

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    Wie wird Cholera behandelt?

    Eine Behandlung beinhaltet die Kompensation von Flüssigkeits- und Elektrolytverlusten mit großvolumiger Flüssigkeitszufuhr.

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    Wie wirken Antibiotika bei Cholera?

    Antibiotika können die Dauer der Krankheit möglicherweise verkürzen, indem sie die Vermehrung von V. cholerae verhindern. Sie haben jedoch keinen Einfluss auf die Wirkung des bereits produzierten und freigesetzten Toxins.

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    Study Notes

    Microbiology Study Notes

    • Microbiology is the scientific study of microorganisms, including their structure, function, diversity, and distribution. It encompasses sub-disciplines like virology, bacteriology, protistology, mycology, immunology, and parasitology.
    • Microbes are ubiquitous, essential for life on Earth, and hugely diverse, encompassing forms that are unicellular, multicellular, or acellular.
    • They significantly impact human life, both beneficially and pathologically. Infectious diseases were a major cause of death in the past, though in modern times, their impact is less significant in developed nations but still substantial in developing countries.
    • Microorganisms are essential for various industrial processes, for example, in the production of wine and many modern agricultural practices.
    • Key figures within the history of microbiology include Antoni van Leeuwenhoek, Louis Pasteur, and Robert Koch. Their discoveries and methods were groundbreaking to human understanding of microorganisms.
    • Understanding microbial diversity is crucial for many purposes, including diagnosing disease, developing effective therapies, and appreciating the critical role microbes play throughout natural systems.

    Milestones of Microbiology

    • Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), a natural philosopher, is credited with early observations of microorganisms, including bacteria. He made his own microscopes.
    • Louis Pasteur (1822-1895), a cornerstone of understanding infectious diseases, disproved spontaneous generation and developed pasteurization and vaccines (anthrax, rabies.)
    • Robert Koch (1843-1910), pivotal in understanding bacterial diseases, established postulates to determine causation of disease by a microorganism, and is known for his work with the discovery of the bacteria associated with anthrax, tuberculosis, and cholera.

    The Diversity of Microorganisms

    • Three main domains of life: Bacteria, Archaea, and Eukarya.
    • Organisms within each domain only include a few groups.
    • Hyperthermophiles are a subset of prokaryotes that thrive at very high temperatures.

    Ribosomal RNA Gene Sequencing and Phylogeny

    • Ribosomal RNA (rRNA) gene sequencing is a powerful method for determining phylogenetic relationships among microorganisms.
    • rRNA sequences across different organisms are compared & analyzed, determining evolutionary differences.
    • The approach aids in understanding how related organisms are.
    • The relationships inform how to group organisms based on evolutionary history.

    The Size of Microorganisms

    • Microorganism size ranges typically from 0.2 μm to 50 μm, with some extreme cases bigger.
    • Surface area-to-volume ratio becomes increasingly significant with microbial size.

    Properties of Microorganisms and Eukaryotic versus Prokaryotic Cells

    • Every cell has a cell membrane, cytoplasm, a genome of DNA, and ribosomes; Some cells have other structures such as cell walls, spores, or flagella.
    • Prokaryotic cells lack a membrane-bound nucleus and membrane-bound organelles while eukaryotic cells have both.
    • Prokaryotic cells have different ribosome and DNA structure from eukaryotic cells.

    Gram Staining

    • Gram staining is used to distinguish between Gram-positive and Gram-negative bacteria.
    • Gram positives retain crystal violet staining and appear purple. Gram-negative bacteria lose crystal violet and appear pink after the decolorization step.
    • This is a key technique in bacterial identification & classification and also offers clues about cell structure.

    Gram-positive and Gram-negative Cell Wall Structures

    • Gram-positive bacteria have a thick peptidoglycan layer in their cell walls, while gram-negative bacteria have a thin layer with an outer membrane composed of lipopolysaccharides.
    • The wall is responsible for maintaining cellular structure and protects from hypotonic environments.
    • The differences between Gram-positive and Gram-negative cells play a crucial role in their susceptibility to antibiotics like penicillin, whose action is different for each cell structure.

    Outer membrane of Gram-negative Bacteria

    • The outer membrane of Gram-negative bacteria contains lipopolysaccharides, which are components of the outer membrane.
    • These molecules aid in maintaining stability and asymmetry of the membrane.
    • The outer membrane serves as protection from certain substances.

    Microbial Growth (Binary Fission) and Growth Conditions

    • Bacteria reproduce through binary fission.
    • Growth phases follow a pattern- lag, log, stationary, and death phases.
    • Various factors, including temperature, osmolarity, pH, oxygen, and water activity heavily influence microbial growth.
    • All of these factors influence enzyme and protein function and the ability of the organism to survive.

    Microbial Nutrition and Metabolism

    • Macronutrients such as carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, phosphorus, sulfur, potassium, magnesium, sodium, calcium, and iron are essential for microbial growth.
    • Micronutrients like trace elements (e.g., iron, manganese) and vitamins form part of the enzymatic machinery of the microbial structure.
    • There are many different types of metabolic pathways, each differing in the substrates needed.

    Microbial Respiration & Fermentation

    • Glycolysis, the citric acid cycle, and the electron transport system are part of cellular respiration.
    • The citric acid cycle is part of aerobic respiration.
    • Fermentation pathways generate energy anaerobically.
    • Organisms differ in the metabolites they produce as part of these pathways—some are beneficial, some harmful.

    Bacterial Growth Regulation and Communication

    • Various mechanisms regulate bacterial gene expression, including quorum sensing, transcriptional attenuation, and two-component regulatory systems.
    • The T7 system and Riboswitches are other methods of gene expression in bacteria.
    • These systems allow bacteria to respond to the presence of other bacteria and to their surroundings, especially when nutrients are present (or absent)
    • Different forms of bacterial metabolism include chemolithotrophy, chemoorganotrophy, and phototrophy, and these forms influence what substrates organisms need to grow.

    Molecular Assays (Techniques)

    • Methods like Polymerase Chain Reaction (PCR) and various blotting techniques (Southern, Northern, Western) aid in detecting specific DNA sequences and proteins.

    The Diversity of Viruses

    • Viruses are obligate intracellular parasites. They differ widely in structure and genome types.
    • Viral genomes can be DNA or RNA, single-stranded or double-stranded.
    • The structure and size of the viral genome varies greatly by species.
    • Viral diversity is essential to understanding the spread of diseases.

    Phage Therapy

    • Phages are viruses that specifically infect bacteria, and phage therapy may offer a way to precisely target bacterial infections.
    • Phage-derived proteins are also being studied as potential therapeutic agents for the treatment of a wide variety of maladies.

    Bacterial Defense (CRISPR)

    • CRISPR technology provides bacterial immunity from viral infection by integrating short viral sequences into their genome.
    • This allows the bacteria to remember the virus and to destroy it upon subsequent infection.

    Antigenic Drift and Shift

    • Antigenic drift occurs due to point mutations in viral RNA, causing a slow but constant change in antigens (such as influenza).
    • Antigenic shift occurs when two different strains of virus infect a single host and the genomes reassort to make a new recombinant virus.

    Active vs. Passive Immunity

    • Active immunity involves the body's response to an antigen (via infection or vaccination and generating memory cells), whereas passive immunity involves receiving pre-formed antibodies or immune cells from another source.

    Antibodies (Immunoglobulins)

    • Antibodies (immunoglobulins), including IgG, IgM, IgA, IgD, and IgE, play essential roles in the immune system.
    • They come in different structures and have differing serum concentrations among the five classes.
    • These different properties dictate their function in the body.

    The Blood and Lymphatic Systems

    • Overview of the blood and lymphatic systems and their relationship, illustrating how cells move between the circulatory system and lymphatic system.
    • The major types of cells circulating in blood (erythrocytes, lymphocytes, granulocytes, and monocytes) are discussed, and their roles in immune responses are illustrated.

    Microbial Invasion and the Innate Immune Response

    • Microorganisms often enter the body in broken skin, or other such openings.
    • The innate immune response triggers an inflammatory reaction (fever, swelling), destroying pathogens by phagocytosis, producing cytokines to recruit WBCs and activating other cellular responses.
    • This overall response works to prevent and limit infection.
    • Patterns on pathogens (PAMPs) activate the innate immune response in the body.

    PAMPs and Signal Transduction in Innate Immunity

    • The presence of pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) on pathogens triggers the innate immune response. The PAMPs interact with pattern recognition receptor (PRR) resulting in signaling cascades of cellular events, leading to increased phagocytosis, and the production of toxic molecules to eliminate the pathogen.

    Inflammation, Fever, and Adaptive Immunity

    • Cytokines trigger the inflammatory response, leading to fever, increased blood flow, and recruitment of immune cells to the site of infection.
    • Adaptive immunity is a more specific response that involves various cells (B cells, T cells).

    Antigen Presentation

    • The major histocompatibility complex (MHC) plays a crucial role in antigen presentation and activation of T cells.

    T-Helper Cells and Subsets

    • T helper cells (Th cells) are important for coordinating the immune response; different Th subsets (Th1, Th2, Th17, Treg) produce different cytokines, activating different immune cells.

    Antibodies (Immunoglobulins) and Antibody Structure

    • The five immunoglobulin classes (IgG, IgM, IgA, IgD, and IgE) have different structural features dictating their function.
    • They have distinct characteristics, resulting in different locations, half-lives, distribution, and functionality in the body.

    Vaccines and Novel Vaccine Concepts

    • Vaccines provide immunological memory, which prevents further infection by similar pathogens. New methods for vaccines (such as DNA vaccines and RNA vaccines) are discussed.

    Antibiotic-associated Resistance and Phage Therapy

    • Antimicrobial resistance to commonly used medications is widespread and necessitates novel therapies.
    • Phage therapy is gaining attention as an area where viruses may attack specific bacterial infections without the issue of harming the gut microbiota.
    • Many bacteria create their own mechanisms to destroy pathogens.

    Epidemiology and Herd Immunity

    • Epidemiology focuses on the distribution and determinants of diseases. Basic Reproduction Number (R0) and herd immunity are discussed in terms of how they influence disease spread and the need for public health interventions.

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