Mikrobiologie und Immunologie Quiz

Mikrobiologie - Einführung

• Mikroorganismen existierten vor ca. 3,8 Milliarden Jahren, Vielzeller erst ca. 600 Millionen Jahre.
• Homo Sapiens existierte vor ca. 130.000 Jahren.
• Progenot = Urvorstufe, 3 Domänen: Bakterien, Archaea, Eucaryoten (Einteilung aufgrund RNA-Sequenzvergleich).
• Mikroorganismen umfassen Bakterien, Archaeen, Pilze, Mikroalgen, Protozoen und Viren.
• 1837 skizzierte Darwin einen Stammbaum des Lebens (Evolution).
• Phylogenese = Stammesgeschichte, zeigt evolutionäre Beziehungen zwischen Arten.
• Phylogenetische Bäume: Knoten = gemeinsame Vorfahren, Kantenlänge zeigt zeitliche Beziehungen.

Bakteriologie - Systematik

• Domäne: Bacteria
• Abteilung/Stamm: Actinobacteria
• Klasse: Actinobacteria
• Ordnung: Actinomycetales
• Familie: Mycobacteriaceae
• Gattung: Mycobacterium
• Art: M. tuberculosis
• (Diese Kategorien werden hierarchisch in absteigender Reihenfolge aufgeführt)

Unterschiede Bakterien und Archaea

• Zellwände, Membranen, Lipide und Stoffwechsel unterscheiden sich.
• Archaea sind gegenüber Antibiotika resistenter als Bakterien.
• Archaea ähneln Eukaryoten stärker als Bakterien.

Bakterien - Morphologie und Maße

• Größenordnung der Durchmesser von Bakterien ist 1 µm.
• Größenordnung der Volumina von Bakterien sind 1 µm³.
• Generelle Größenordnung der Generationszeiten von Bakterien ist 0,3-1 Stunden.
• Größenordnung der Generationszeit von Hefen ist 100-1000 Minuten.
• Größenordnung der Generationszeiten von menschlichen Zellen hängt von den Zelltypen ab und ist erheblich länger.

Mikrobiologie - Entwicklung

• Früher galten Krankheiten als Gottesstrafen.
• 1676: Anthony van Leeuwenhoek baute das erste Mikroskop, beobachtete kleine Lebewesen.
• 1828: Otto Friedrich Müller führte den Begriff "Bakterium" ein.
• 1847: Ignaz Philipp Semmelweis forderte Hygienemaßnahmen in Krankenhäusern.
• 1822-1895: Louis Pasteur entwickelte Impfungen und entdeckte die Pasteurisierung.
• 1843-1910: Robert Koch kultivierte Milzbrand-Erreger und entdeckte Mycobacterium tuberculosis.

Koch'sche Postulate

• Erreger muss im kranken Tier nachgewiesen werden (Mikroskopie).
• Erreger muss in Reinkultur gebracht werden.
• "Reiner" Erreger muss in einem gesunden Tier die gleiche Krankheit hervorrufen.
• Erreger muss wieder isolierbar sein.

Bedeutung von Mikroorganismen

• Mikroorganismen stellen mit 70% einen großen Teil der Biomasse dar.
• Sie sind essentiell im Stoffwechselkreislauf.
• Sie beeinflussen das globale Klima.
• Sie haben diverse Funktionen in der Medizin und Ökologie (z. B. Darmflora).

Biotechnologische Bedeutung

• Produktion wichtiger Stoffe (Antibiotika, Enzyme).
• Nahrungsmittelherstellung (z. B. Joghurt, Käse).
• Abwasserreinigung.
• Beseitigung giftiger organischer Substanzen.
• Verbesserung von industriellen Prozessen (z. B. Waschmittel).

Gentechnik

• Moderne molekularbiologische Methode zur Modifizierung genetischer Eigenschaften von Organismen.
• Isolierung, Charakterisierung und Neukombination von Erbmaterial.
• Wichtige Anwendung in der medizinischen Forschung (z.B. Insulinproduktion) und in der Agrarindustrie.

Molekularbiologische Methoden

• Sequenzierung von DNA und RNA.
• Analyse der Genexpression.
• Biochemische Techniken (z. B. Western Blotting): Proteine können nach Größe und Ladung getrennt werden.

Makroskopische Unterscheidung von Bakterienkolonien

• Farbe (abhängig von Temperatur, Sauerstoff, Licht, Nährmedium).
• Größe (Durchmesser).
• Geruch (z. B. erdig, fischig, muffig).
• Oberfläche (z. B. glatt, granuliert, wellig).
• Konsistenz (z. B. schmierig, bröckelig).
• Kolonieform (z. B. glatt, gekerbt, wellenförmig).

Bakterienformen

• Kokken (kugelförmig)
• Stäbchen
• Spiralen
• Andere (z.B. vibrioid)

Biofilm

• Schicht von Mikroorganismen
• An Grenzflächen
• extrazelluläre Grundsubstanz aus Polymeren
• Schutz vor Umweltfaktoren (z. B. chemische Einflüsse, Ablagerungen/Reinigung).

Quorum Sensing

• Signalübertragung zwischen Bakterienzellen.
• Abhängig von der Populationsdichte.
• Regulation der Genexpression.

Wachstumsanalyse von Bakterien

• Lag-Phase: Verzögerungsphase
• Log-Phase: exponentielles Wachstum
• Stationäre Phase: Zellen teilen sich nicht mehr
• Zelltodphase: Absterbephase

Ernährungsgewohnheiten von Bakterien

• Heterotroph (organische Stoffe als Energiequelle).
• Autotroph (anorganische Stoffe als Energiequelle).
• Licht- oder chemotroph.

Stoffwechselvielfalt

• Energiequelle; Chemotroph vs. Phototroph.
• Reduktionsäquivalente; Organotroph vs. Lithotroph.
• C-Quelle; Heterotroph vs. Autotroph.
• Temperaturbereich; Psychrophile, Mesophile, Thermophile, Hyperthermophile.
• pH-Bereich; Acidophile, Neutralophile, Alkalophile.

Anlegen von Bakterienkulturen

• Abstrich.
• Ausdünnung.
• Ausstreichen auf Nährmedium.

Medien für Mikroorganismen

• Vollmedium: für schnelles Wachstum
• Minimalmedium: für spezifische Stoffwechselprozesse
• Selektivmedium: für bestimmte Bakterien
• Differentialmedium: Unterscheidung von Bakterien
• Flüssig- oder Festmedien.

Aufbau von Bakterienzellen

• Chromosom: Doppelsträngiges, ringförmiges DNA-Molekül.
• Ribosomen: Ort der Proteinbiosynthese.
• Plasmide: Ringförmige DNA-Moleküle.
• Pili: Adhäsion und Zellkommunikation.
• Geißeln: Beweglichkeit
• Zellmembran: Semipermeabel, Transport von Stoffen, Energieproduktion.
• Zellwand: Schutz und Struktur.
• Kapsel: Schutz vor Umwelteinflüssen
• Speicherstoffe

Transport über die Membran

• Diffusion.
• Erleichterte Diffusion.
• Primäre Aktivtransport.
• Sekundäre Aktivtransport.

Gram-positive und Gram-negative Bakterien

• Unterschiede in der Zellwandstruktur (Murein). Gram-positiv: dickere Murein-Schicht, gram negativ dünner.
• Zellspezifische Unterschiede in Bau.

Sporen von Bakterien

• hitzeresistente Dauerformen.
• Überleben ungünstiger Bedingungen.

Endosymbiontentheorie

• Plastiden und Mitochondrien stammen aus symbiotisch lebenden Bakterien.
• Zirkuläre DNA, Ribosomen, Ähnlichkeiten im Stoffwechsel.

Genetischer Aufbau von DNA

• Bausteine (Nukleotide): Desoxyribose, Phosphatgruppe, Basen (Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin).
• Doppelhelixstruktur.
• Chromosom Aufbau in Prokaryoten.
• DNA-Replikation: semi-konservativ (Einzelstrang wird Matrix für neuen Strang).
• DNA-Polymerase: Enzym, das DNA kopiert.

RNA-Synthese (Transkription)

• RNA-Polymerasen: Enzyme, die RNA synthetisieren
• RNA weniger stabil als DNA- leicht abbaubar.
• Synthese kann de novo beginnen (kein Primer nötig).
• Bausteine: ATP, GTP, CTP, UTP.
• Transkriptionsprodukte: mRNA, tRNA, rRNA.
• Transkriptionen von DNA zu RNA und die Freisetzung von mRNA und RNA-Polymerase.

Mikrobiologie - Biotechnologie

• Herstellung von Proteinen
• Herstellung von transgenen Pflanzen und Tieren
• Gendiagnostik
• Somatische Gentherapie
• CRISPR/Cas9 (seit 2018)

Restriktionsenzyme & PCR

• Restriktionsenzyme schneiden DNA an bestimmten Sequenzen (Sequenzspezifisch).
• PCR: vervielfältigt DNA-Sequenzen.
• PCR-Schritte (Denaturierung, Annealing, Elongation).
• Bedeutung der Primer bei PCR, Primer Länge + Funktion.

Genetischer Austausch

• Transformation: Aufnahme freier DNA.
• Konjugation: Genübertragung zwischen Zellen mithilfe von Pili.
• Transduktion: Genübertragung mit Viren.

Mikrobiologie - Stoffwechsel

• Metabolismus = Katabolismus + Anabolismus (Gesamtheit der chemischen Reaktionen).
• Nährstoffe für Mikroorganismen (C-, N-, P-Quelle).

Bioenergetik

• Gibbs-Helmholtz Gleichung, AG= ΔH-ΤxAS.
• Exergone und Endergone Reaktionen, AG<0 = exergonisch, AG>0 = endergone Reaktion.

Bioenergetik - Enzyme

• Enzyme als Katalysatoren (Reduktion der Aktivierungsenergie).
• Enzyme als Proteine.
• Redoxreaktionen; Elektronenüberträger wie NAD+/NADH, FAD+/FADH2.

Biochemischer Energiespeicher

• Aufbau, Funktion und Rolle von ATP.

Stoffwechselwege

• Glykolyse (Abbau von Glucose).
• Citratzyklus (Oxidative Decarboxylierung von Acetyl-CoA).
• Atmungskette (Oxidative Phosphorylierung).
• Gärung

Keimreduktion und Antibiotika

• Sterilisation, Desinfektion, Haltbarmachen von Lebensmitteln (auf physikalischer oder chemischer Basis).

Nosokomiale Infektionen

• Infektionskriterien und Definition.
• Koch'sche Postulate.
• Pathogenitätsstrategien (Adhäsion, Invasion, Spreading, Transcytose).

Pathogene Verdauungs- und Atemwege

• Bakterielle Infektion.
• Immunantwort (angeboren und erworben).

Mikrobiologie - weitere Spezialgebiete

• Weitere, spezialisierte Bereiche der Mikrobiologie wurden in diesen Notizen nicht behandelt.

Testen Sie Ihr Wissen über Mikroorganismen, insbesondere Archaea und Bakterien, sowie die adaptive Immunantwort und Phylogenese. Dieses Quiz stellt Fragen zu grundlegenden Konzepten, Merkmalen und Funktionen dieser biologischen Einheiten. Erfahren Sie, wie Mikroorganismen und das Immunsystem zusammenspielen.