Mikrobiologie und Koch'sche Postulate

Mikrobiologie - Einführung

• Mikroorganismen existierten vor ca. 3,8 Milliarden Jahren, Vielzeller vor ca. 600 Millionen Jahren und Homo Sapiens vor ca. 130.000 Jahren.
• Progenot ist die Urvorstufe. Es gibt drei Domänen: Bakterien, Archaea und Eucaryoten.
• Mikroorganismen umfassen Bakterien, Archaea, Pilze, Mikroalgen, Protozoen und Viren.
• 1837 skizzierte Darwin einen Stammbaum des Lebens.
• Phylogenese beschreibt die Stammesgeschichte von Arten.
• Phylogenetische Stammbäume zeigen die evolutionäre Verwandtschaft zwischen Arten.

Bakteriologie - Systematik

• Die Domäne Bacteria umfasst verschiedene Kategorien: Abteilung/Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art.
• Beispielhafte Familien sind Actinomycetales und Campylobacteaceae.
• Beispiele für Gattungen sind Mycobacterium und Helicobacter.
• Wichtige Arten sind z.B. M. tuberculosis und H. pylori.

Unterschiede zwischen Bakterien und Archaea

• Bakterien und Archaea unterscheiden sich in Zellwänden, Membranen, Lipiden und Stoffwechsel.
• Archaea sind gegenüber Antibiotika resistent.
• Archaea sind eukaryotischer als Bakterien.
• Beispiele für typische Bakterien sind Escherichia coli, Staphylococcus aureus und Bacillus subtilis.
• Beispiele für Archaea sind extremophile und methanbildende Mikroorganismen.

Bakterielle Größen und Zellvolumen

• Durchmesser und Volumen von Bakterien, Hefezellen und menschlichen Zellen.

Entwicklung der Mikrobiologie

• 1676: Anthony van Leeuwenhoek konstruierte das erste Mikroskop.
• 1828: Otto Friedrich Müller prägte den Begriff "Bakterium"
• 1847: Ignaz Philipp Semmelweis betonte die Bedeutung von Hygiene in Krankenhäusern.
• 1822-1895: Louis Pasteur entwickelte Impfstoffe und entdeckte die Pasteurisierung.
• 1843-1910: Robert Koch kultivierte den Milzbranderreger und entdeckte Mycobacterium tuberculosis.

Koch'sche Postulate

• Die Koch'schen Postulate beschreiben die Kriterien für den Nachweis von Krankheitserregern.

Bedeutung von Mikroorganismen

• Mikroorganismen sind zahlenmäßig dominant und betreiben wichtige geochemische Stoffkreisläufe und beeinflussen die Biomasse
• Sie spielen eine Rolle bei der Photosynthese und der Verdauung und können in der Medizin (Gentechnologie/Biotechnologie) oder in der Ökologie eingesetzt werden.
• Mikroorganismen finden Anwendung in der Lebensmittelproduktion, im Abwasser- oder Abfallmanagement und in der Pharmaindustrie.

Molekulare und makroskopische Methoden zur Unterscheidung von Bakterien

• Makroskopische Methoden zur Identifizierung wie Farbe, Größe, Konsistenz und Kolonierand.
• Molekulare Methoden wie Sequenzierung von DNA und RNA und Analyse der Genexpression für eine genauere Klassifizierung.

Bakterienformen

• Bakterien kommen in drei Hauptformen vor: Kokken (kugelförmig), Stäbchen (stäbchenförmig) und andere Formen (z. B. spiralförmig).

Biofilme

• Biofilme sind Gemeinschaften von Mikroorganismen in einer gelierten Matrix.
• Biofilme sind an Oberflächen befestigt.
• Biofilme sind bei Infektionen durch resistente mikroorganismmen oft schwer zu zerstören.

Quorum Sensing

• Kommunikation zwischen Bakterien in Biofilmen.
• Kleine diffusionsfähige Signalmoleküle (Hormone analog).
• Kommunikationsmittel, um genetische Informationen auszutauschen.

Wachstum von Bakterien

• Bakterielles Wachstum verläuft in verschiedenen Phasen (Lag-Phase, exponentielles Wachstum, stationäre Phase, Zelltod).
• Wachstum ist abhängig von Nährstoffen, Temperatur, pH-Wert und Sauerstoff.

Stoffwechsel-Vielfalt der Bakterien

• Erörterung der Energiequelle (z.B. organisch oder anorganisch) und der C-Quelle (z.B. organisch oder anorgansich)

Anlegen von Bakterienkultur

• Methoden wie Abstrich, Wattestäbchen-Anfeuchten usw.

Medien für Mikroorganismen

• Vollmedium und Minimalmedium zur Vermehrung von Mikroorganismen.
• Selektivmedium zur Selektion bestimmter Mikroorganismen.
• Differentialmedium zur Unterscheidung verschiedener Mikroorganismen.

Drei-Ösenausstrich

• Methode zur Anreicherung der Bakterienkultur.

Gußplattenverfahren

• Methode zur Bestimmung der Keimzahl je Volumen in getestetem Material (Abwasser, Wasserprobe usw.).

Aufbau von Bakterienzellen

• Zellwand, Zellmembran, Zytoplasma, Chromosom und Ribosomen.
• Darstellung und Aufbau von Bakterienzelle-Komponenten: Kapsel, Chromosom, Plasmid, Pili, Zellwand, Zellmembran, Zytoplasma, Protein, Ribosomen, Geißel, andere Zellkomponenten

Transport über die Membran

• verschiedene Formen des Transports durch die Membran:
• Spontaner Prozess, Konzentration, erleichterte Diffusion
• Carrier-vermittelt (z.B. Kalium-Uniporter, Laktose-Protonen Symporter, Natrium- Protonen Antiporter).

Gram-Färbung

• Unterscheidung von Gram-positiven und Gram-negativen Bakterien durch die unterschiedliche Zellwandstruktur.

Geißeln und Pili

• Funktion bei Fortbewegung & Kommunikation bei Bakterien.

Begeißelung

• Arten von Begeißelungen bei Bakterien (monotrich, lophotrich, amphitrich, peritrich).

Chemotaxis

• Orientierung von Bakterien in chemischen Gradienten

Sporen von Bakterien

• Bakterielle Sporen (Endosporen): hitzeresistente Dauerformen.
• Entstehung unter ungünstigen Bedingungen.

Endosymbiontentheorie

• Hypothese, dass Mitochondrien und Plastiden aus endosymbiotischen Bakterien entstanden sind.

Genetische Informationen – DNA-Aufbau

• Gene, Chromosomen, Genom und ihre Rolle in der Zelle.
• Bausteine der DNA (Nukleotide): Desoxyribose, Phosphat und Basen (Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin).
• Struktur der DNA-Doppelhelix.

DNA-Replikation

• Beschreibung des Mechanismus der DNA-Replikation.

DNA-Polymerase

• verschiedene DNA-Polymerasen, ihr Aufbau, deren Rolle in der Zellteilung und deren Funktion.

Mutationen

• Fehler bei der DNA-Replikation.
• Fehlertypen (z.B. Punktmutationen).

Transkription

• Synthese von RNA über eine DNA-Vorlage.

Schritte der RNA-Synthese

• Schritte und die Komponenten beteiligt an der Proteinsynthese.

Mikrobiologie-Gentechnik

• Methoden zur Veränderung der genetischen Eigenschaften von Organismen.
• Werkzeuge wie Restriktionsenzyme und Ligasen, DNA-Vektoren (Plasmide) und Methoden zur Umsetzen von DNA-in Mikroorganismen usw.

Klonierung

• Verfahren, um DNA-Fragmente zu vervielfältigen.

Genetischer Austausch

• Methoden der Genübertragung

Restriktionsenzyme

• Beschreiben von Restriktionsenzymen: Art, Vorkommen, Wirkungsspektrum

PCR

• Beschreibung von PCR; Funktion und Anwendung

Genetische Modifikationen

• Modifizierung von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren für verschiedene Zwecke.

Rote Biotechnologie

• Anwendung in der Medizin (Produktion von Medikamenten, Impfstoffe, Gentherapien usw.).

Grüne Biotechnologie

• Anwendung in der Pflanzenbiotechnologie (Anti-Pilz-Tomaten usw.).

Braune Biotechnologie

• Anwendung in der Umweltbiotechnologie (Verschmutzungssanierung, z.B. Kläranlagen usw.)

Blaue Biotechnologie

• Anwendungstechnologie in der Meeresbiologie.

Starterkulturen

• Mikroorganismen in der Lebensmittelproduktion (z.B. Käse, Alkoholische Gärung).

Mikrobiologische Fermenter

• Verfahren und Methoden zur Kultivierung von Mikroorganismen.

Mikrobiologie - Infektionskrankheiten

• verschiedene Infektionserkrankungen, Pathogenitätsstrategien, Ursachen, und Behandlungsstrategien

Nosokomiale Infektionen

• Krankheitserreger, der im Krankenhaus erworben wird.
• Pathogenese und Übertragungswege von nosokomialen Infektionen

Koch'sche Postulate

• Kriterien zum Nachweis der Krankheitserreger (Organismus-Kriterien).

Pathogene Verdauungswege und Atemwege

• verschiedene Eindringungsplätze, Anteile an Krankheitserregern (Pathogene), und deren Weg und Effekt in der Infektion

Angeborene Immunantwort

• Typische angeborene Reaktion des Immunsystems auf Krankheitserreger (Fresszellen, Cytokins, etc.)

Adaptive Immunantwort

• Reaktion des Immunsystems, um spezifische Antikörper gegen Krankheitserreger zu produzieren.

Was passiert nach einer Wunde?

• verschiedene Reaktionen des Immunsystems während des Heilungsprozesses.

Keimreduktion und Antibiotika

• Methoden zur Bekämpfung von Mikroorganismen (z.B. Temperatur, Desinfektionen, Antibiotika).

Antibiotika. (Wirkungsspektrum, und Resistenzmechanismen usw.)

• verschiedene Antibiotika (Wirkungsmechanismen, Anwendungen usw.) und Antibiotikaresistenzen.

Isolierung und Identifizierung von Pathogenen

• Verfahren zur Isolierung und Identifizierung von Krankheitserregern (Mikrobiologische Tests; Seriologische Tests).

EIA- (Enzyme Immunoassay) - TESTPRINZIP

• Beschreibung des Enzyme Immunoassay – Tests.

Bakterielle Serologische Diagnostik

• Bedeutung und Methoden (z.B. Westernblot) bei der Diagnose von bakteriellen Infektionen

Testen Sie Ihr Wissen über die Grundlagen der Mikrobiologie, einschließlich der Koch'schen Postulate, der Rolle von Mikroorganismen und wichtige historische Entdeckungen. Beantworten Sie Fragen zu Bakterien, deren Eigenschaften und zur Hygiene in der Medizin. Ideal für Studierende der Biologie und Gesundheit.