Mikrobiologie und Zellbiologie Quiz

Mikrobiologie - Einleitung

• Mikroorganismen existierten vor ca. 3,8 Milliarden Jahren, Vielzeller erst vor ca. 600 Millionen Jahren, und Homo sapiens vor etwa 130.000 Jahren.
• Die Urform (Progenot) teilt sich in drei Domänen: Bakterien, Archaea und Eukaryoten. Diese Einteilung basiert auf RNA-Sequenzvergleichen.
• Mikroorganismen beinhalten Bakterien, Archaea, Pilze, Mikroalgen, Protozoen und Viren.
• Phylogenetische Stammbäume zeigen die stammesgeschichtliche Verwandtschaft von Lebewesen, wobei Knoten gemeinsame Vorfahren und die Kantenlängen zeitliche Verhältnisse darstellen.
• Systematische Kategorien in der Bakteriologie umfassen Domäne, Abteilung/Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art.

Unterschiede zwischen Bakterien und Archaea

• Bakterien und Archaea unterscheiden sich in Zellwand, Membran, Lipiden und Stoffwechsel.
• Archaea sind gegenüber Antibiotika unempfindlicher als Bakterien.
• Archaea weisen mehr Ähnlichkeiten zu Eukaryoten auf als zu Bakterien.
• Beispielhafte Bakterienarten: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis.
• Beispielhafte Archaea-Arten: extrem thermophile und methanproduzierende Arten wie Picrophilus torridus und Methanocaldococcus jannaschii.

Größenvergleich von Bakterien und Hefezellen

• Bakterien haben einen Durchmesser von etwa 1 µm.
• Hefezellen haben einen Durchmesser von etwa 10 µm.
• Zellen von Menschen variieren im Durchmesser, typischerweise 10-20 µm.
• Generationszeiten von Bakterien liegen bei 0,3 bis 1 Stunde.
• Generationszeiten von Hefezellen sind deutlich länger.

Entwicklung der Mikrobiologie

• Bereits 1676 entwickelte Anthony van Leeuwenhoek das erste Mikroskop und beschrieb Bakterien.
• 1828 prägte Otto Friedrich Müller den Begriff „Bakterium" in Anlehnung an die stäbchenförmige Gestalt.
• Louis Pasteur entwickelte Impfstoffe und die Pasteurisierung (Erhitzung auf 60-70°C zum Abtöten von Bakterien) im 19. Jahrhundert.
• Robert Koch isolierte und kultivierte den Milzbranderreger Mycobacterium tuberculosis in den Jahren 1843-1910.

Koch'sche Postulate

• Die Koch'schen Postulate beschreiben Kriterien zur Beschreibung einer Krankheit durch Mikroorganismen.
• Diese Postulate werden aber nicht für alle Krankheitserreger erfüllt und gelten v.a. bei Bakterien.

Bedeutung von Mikroorganismen

• Mikroorganismen stellen einen großen Teil der Biomasse (ca. 70%) dar.
• Sie sind essentiell für geochemische Stoffkreisläufe, globale Klimaprozesse und die Funktionsweise von Ökosystemen.
• Mikroorganismen spielen in der Verdauung (Darmflora) und weiteren physiologischen Vorgängen eine wichtige Rolle.
• Gesundheitsbeeinträchtigung ist jedoch auch durch Mikroorganismen (z.B. Karies, Sepsis) möglich

Biotechnologische Bedeutung

• Mikroorganismen spielen eine wichtige Rolle in der Produktion von Antibiotika, Enzymen und anderen wichtigen Stoffen.
• Sie werden bei der Abfallbeseitigung (z.B. Abwasserreinigung) und in der Landwirtschaft eingesetzt.
• Biotechnologische Verfahren werden auch zur Veränderung der genetischen Eigenschaften von Lebewesen eingesetzt (Gentechnik).
• Mikroorganismen sind oft günstiges Objekt für gentechnische Veränderungen, da man diese leicht kultivieren kann.

Gentechnologische Bedeutung

• Mikroorganismen sind Objekte der modernen Molekularbiologie, da man die genetischen Eigenschaften dieser Lebewesen gezielt verändern und bearbeiten kann.
• Die genetischen Eigenschaften können veränderte Eigenschaften bei genetisch veränderten Organismen bewirken.
• Herstellung von rekombinanten Stoffen (z.B. Insulin)

Molekularbiologische und Makroskopische Methoden

• In der Mikrobiologie werden verschiedene molekularbiologische Methoden benutzt.
• Makroskopisch lassen sich Bakterienkolonien anhand von Farbe, Geruch, Form, Konsistenz des Randes etc. unterscheiden.

Bakterienformen

• Bakterien präsentieren drei Hauptformen: Kokken (kugelförmig), Stäbchen (zylinderförmig) und Spiralen (aufgewunden).
• Es existieren zahlreiche Variationen dieser Grundformen im Detail wie z.B. Diplokokken (2 Kokken).

Biofilm

• Biofilme sind Gemeinschaften von Mikroorganismen, die an Oberflächen anhaften.
• Sie bilden extrazellulär-polymere Substanz (EPS) und sind meist geschlossene Verbände aus lebenden und toten Mikroorganismen.
• Biofilme vermindern die Löslichkeit von Substanzen, die Abwehr und den Einfluss durch mechanische Kräfte (z.B. Strömungen)

Quorum Sensing

• Die Signalübertragung von Zelle zu Zelle im Biofilm heißt Quorum Sensing.
• Es steuert die Genexpression in Abhängigkeit von der Populationsdichte der Bakterien.
• Kleine diffusionsfähige Signalmoleküle signalisieren die Populationsdichte.
• Genetisches Material kann über horizontalen Gentransfer mit benachbarten Zellen ausgetauscht werden

Ernährungsgewohnheiten

• Bakterien können heterotroph sein (organische Stoffe als Nahrung) oder autotroph (CO2 als Kohlenstoffquelle).
• Ein wichtiger Unterschied sind die Elektronendonatoren für Reaktionen i.d.R. organisch in der chemotrophen oder anorganisch in der lithotrophen Gärung.
• Auxotrophe Bakterien benötigen spezifische Nährstoffe, die nicht selbst synthetisiert werden können.

Stoffwechselvielfalt

• Mikroorganismen weisen eine große Vielfalt an Stoffwechselprozessen auf.
• Sie unterscheiden sich in ihren Energiequellen (Licht, chemische Verbindungen) und Elektronendonatoren (organische, anorganische Verbindungen).
• Die Stoffwechselvielfalt ermöglicht Mikroorganismen sich an verschiedene Umweltbedingungen anzupassen.