Molekularbiologie und Bakterien

Mikrobiologie - Einführung

• Mikroorganismen existierten vor ca. 3,8 Milliarden Jahren, Vielzeller erst vor ca. 600 Millionen Jahren, und Homo sapiens vor ca. 130.000 Jahren.
• Prokaryoten (Bakterien, Archaea) und Eukaryoten (Pilze, Mikroalgen, Protozoen, Viren) bilden die Domänen für die Mikroorganismen.
• Systematik der Bakteriologie (Domäne, Abteilung/Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Art) wird verwendet, um die Organismen zu klassifizieren.
• Mikroorganismen umfassen 70% der Biomasse.
• Sie spielen eine kritische Rolle in Ökologie, Medizin, Biotechnologie, Gentechnologie und Agrarbiologie.

Unterschiede zwischen Bakterien und Archaea

• Zellwände, Membranen, Lipide und Stoffwechsel weisen Unterschiede auf.
• Archaea sind weniger empfindlich gegenüber Antibiotika als Bakterien.
• Archaea ähneln Eukaryoten mehr als Bakterien.
• Beispiele für Bakterien sind Escherichia coli, Staphylococcus aureus und Bacillus subtilis, während extrem thermophile und Methan produzierende Archaea typisch sind.
• Bakterien und Hefezellen haben unterschiedliche Größen und Volumina.

Bedeutung von Mikroorganismen

• Mikroorganismen machen einen großen Teil der Biomasse aus.
• Sie sind für die geochemischen Stoffkreisläufe, das globale Klima, den Darm-, und die Hautflora unerlässlich.
• Pathogene Bakterien können Krankheitsverläufe verursachen.
• Biotechnologische Anwendungen spielen eine Schlüsselrolle in der Herstellung von Nahrungsmitteln und anderen wichtigen Stoffen.

Koch'sche Postulate

• Um die Krankheitserreger für die Entwicklung von Impfstoffen zu bestätigen.
• Die Erreger müssen im kranken Tier nachgewiesen werden.
• Die Erreger müssen in der Kultur gezüchtet werden
• Die Erreger müssen in einem gesunden Tier dieselbe Krankheit verursachen
• Die Erreger müssen im neuen gesunden Tier wiederisolierbar gemacht werden.

Molekulare biologische Methoden

• Methoden zur DNA- und RNA-Sequenzierung und Genexpression.
• Biochemische Techniken helfen die Proteine nach ihrer Größe zu sortieren.

Makroskopische Unterscheidung von Bakterienkolonien

• Kolonienmerkmale (Form, Farbe, Konsistenz) sind wichtig zur Unterscheidung verschiedenen Bakterien.

Bakterienformen

• Kokken (rund) , Stäbchen (zylindrisch) , und andere Formen (spiralförmig, kommaförmig)

Biofilme

• Biofilme sind an Grenzflächen angesiedelte Mikroorganismengemeinschaften.
• Sie schützen die Mikroorganismen vor verschiedenen Umweltstressoren (z.B. Antibiotika, pH-Wert, etc.).
• Biofilme sind häufig in chronischen Infektionen des Menschen involviert

Quorum Sensing

• Kommunikation zwischen Bakterien durch Signalmoleküle, die von der Populationsdichte abhängen.

Bakterienwachstum

• Wachstumskurve von Bakterien, inklusive Lag-Phase, Log-Phase, Stationäre Phase und Tot-Phase.
• Heterotrophe Mikroorganismen benötigen organische Stoffe als Energiequelle.
• Autotrophe Organismen können ihre Nahrung aus CO2 herstellen.
• Nährstoffanforderungen von Bakterien (Kohlenstoff, Stickstoff, Spurenelemente).

Stoffwechselvielfalt

• Chemo= chemische Energie, Photo= Lichtenergie
• Organo=organische Energiequelle, Litho= anorganische Energiequelle
• Heterotrophe= brauchen organische Ressourcen, Autotrophe= brauchen anorganische Ressourcen

Anlegen von Bakterienkulturen

• Methoden zur Herstellung von Bakterienkulturen (Abstrich, Wattestäbchen, etc.).

Medien für Mikroorganismen

• Vollmedium, Minimalmedium, Selektivmedium, Differentialmedium.

Drei Ösenausstrich

• Verfahren zur Rein-Kulturgewinnung bei komplexen Mischungen.

Gußplattenverfahren

• Verfahren zur Keimzahlbestimmung.

Aufbau von Bakteriellen Zellen

• Zellwand, Zellmembran, Zytoplasma, Plasmid, Pili, Ribosomen, Kapseln.

Transport über die Membran

• Diffusion, erleichterte Diffusion, selektiver Transport (Carrier, Pumpen).

Gram-Färbung

• Unterscheidung von Bakterien basierend auf Zellwandstruktur (Gram-positive und Gram-negative Bakterien).

Geißeln und Pili

• Strukturen für Bewegung und Anheftung.

Chemotaxis

• Orientierung von Bakterien in chemischen Konzentrationsgradienten.

Speicherstoffe

• Substanzen wie Glykogen, Reservepolysaccharide, Fett, etc. dienen zur Energiespeicherung.

Sporen von Bakterien

• Zur Überlebensfähigkeit unter extremen Bedingungen (z.B. Hitze, Trockenheit).

Endosymbiontentheorie

• Hypothese, wonach Mitochondrien und Plastiden aus prokaryotischen Zellen entstanden.

Genetische Informationen

• DNA-Aufbau (Nukleotide, Basen).
• Rolle von DNA-Polymerasen in der DNA-Replikation.

DNA Replikation

• Semikonservative Replikation von Bakterien-DNA.
• DNA Polymerasen (Funktionen).

Transkription

• Synthese von mRNA aus dem DNA-Matrizen.
• RNA-Polymerase (Funktionen).

Schritte der RNA Synthese

• Der Prozess der Transkription beinhaltet Initiation, Elongation und Termination.

Mikrobiologie - Gentechnik

• Methoden zur Veränderung der genetischen Eigenschaften von Organismen (DNA-Rekombination).
• Genetischer Austausch (Transformation, Konjugation, Transduktion).
• Verfahren zur Klonierung von DNA-Fragmenten.
• Methoden zur Vermehrung rekombinanter DNA (Klonierung).

Restriktionsenzyme

• Enzyme zur Spaltung von DNA an bestimmten Sequenzmotiven.

PCR (Polymerasekettenreaktion)

• Verfahren zur Amplifizierung von DNA-Sequenzen.

Plasmide

• Kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die in Bakterien vorkommen und wichtige Gene tragen.

Ligation

• Verfahren der Zusammenfügung von DNA-Fragmenten durch Enzyme.

Klonierungskulturen

• Durchführung.

Genischer Austausch

• Austausch von DNA durch horizontale Gentransfer (Transformation, Konjugation und Transduktion)

Genetischer Austausch

• Methoden zur Veränderung der genetischen Informationen.

Mikrobiologischer Energiespeicher

• ATP-Aufbau und -funktion.
• Biophysikalischer Energiespeicher.
• Konzentrationsgradienten und Membranpotenzial.

Chemoorganotrophie

• Energiegewinnung aus organischen Verbindungen.

Polysaccharid Stärke/Glykogen

• Rolle von Kohlenhydraten als Energie- und Speicherung.

Glykolyse

• Abbau von Glucose zu Pyruvat.
• Energiegewinnung durch Substratkettenphosphorylierung.

Oxidation des Pyruvats

• Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat.
• Citratzyklus

Vollständige Oxidation von Glucose

• Energiegewinnungsprozesse.

Atmung

• Chemoorganotrophe Mikroorganismen verwenden Elektronentransportketten.
• Aufbau der Protonenmotorischen Kraft (PMF) und ATP-Synthese.

ATP-Synthetase

• Komplex für ATP-Produktion.

Gärung

• Anaerobe Energieproduktion.
• Milchsäuregärung, Alkoholische Gärung.

Mikrobiologie - Keimreduktion und Antibiotika

• Definition von Sterilisation, Keimmunisierung, Desinfektion.
• Definition von Keimreduktion und Desinfektion.
• Verfahren für Keimreduktion (Hitze, Strahlung, chemische Mittel).

Antibiotika

• Mechanismen bakterieller Resistenz.

Isolierung und Identifizierung von Pathogenen

• Verfahren zur Isolierung und Identifizierung von Krankheitserregern (z.B. Kulturmethoden).

Spezifische Tests für Krankheitserreger

• Verfahren zur Identifizierung von Krankheitserregern (z.B. ELISA, Western Blot).

Pathogene Verdauungs- und Atemwege

• Übersicht verschiedener Pathogene in den Verdauungs- und Atemwegen.

Angeborene Immunantwort

• Beschreibung, Mechanismen und Zellen der angeborenen Immunreaktion.

Adaptive Immunantwort

• Beschreibung, Mechanismen und Zellen der adaptiven Immunreaktion.

Pathogenität

• Faktoren, Strategie und Prinzipien.

Nosokomiale Infektion

• Ursachen, Präventionsmaßnahmen.

Kochs Postulate

• Kriterien zur Bestimmung von Krankheitserregern.

In diesem Quiz testen wir dein Wissen über Genom, DNA-Replikation und die verschiedenen Typen von Bakterien. Du wirst Fragen zu prokaryontischen Organismen, Nukleotiden und den Funktionalitäten von RNA erhalten. Bereite dich darauf vor, die grundlegenden Konzepte der Molekularbiologie zu überprüfen.