Mikrobiologie Vorlesung - Definition, Dimensionen, Urväter, Holobiont (PDF)

MIKROBIOLOGIE VORLESUNG TEIL 1 MIKROBIOLOGIE & HOLOBIONT Hochschule Geisenheim University Institut für Mikrobiologie und Biochemie Prof. Dr. Jürgen Wendland 1 GYBC: Geisenheimer Hefe-Reinzuchtstation...

MIKROBIOLOGIE VORLESUNG TEIL 1 MIKROBIOLOGIE & HOLOBIONT Hochschule Geisenheim University Institut für Mikrobiologie und Biochemie Prof. Dr. Jürgen Wendland 1 GYBC: Geisenheimer Hefe-Reinzuchtstation Geisenheim Yeast Breeding Center Julius Wortmann Karl Kroemer Hugo Schanderl Helmut Hans Dittrich Manfred Grossmann Jürgen Wendland 1856 – 1925 1871 – 1956 1901 – 1975 1928 – 1952 – 1966 – 1894 - 1924 1924 - 1935 1937 - 1966 1966 - 1993 1994 - 2018 2019 - Die Leiter der Hefe-Reinzuchtstation. Julius Wortmann übernahm die Leitung der Pflanzenphysiologischen Versuchsstation von Hermann Müller-Thurgau und gründete 1894 die Geisenheimer Hefe-Reinzucht-Station (zweite Zeile unter den Namen: Geburts-/Todesjahr; dritte Zeile: Zeitraum als Leiter) 2 Modulhandbuch 3 Modulhandbuch 4 Modulhandbuch 5  Inhalt Allgemeine Mikrobiologie ▪ Holobiont ▪ Bausteine des Lebens, Polymere ▪ Die Zelle, Aufbau, Zytoskelett, Organelle, Transport ▪ Taxonomie, Phylogenie ▪ Wachstum ▪ Metabolismus ▪ Glykolyse, Gärung Hefe Mikrobiologie ▪ Hefe als System, Lebenszyklus, Genom, Genetik ▪ Mikroben als Helfer oder Schaderreger in Fermentierungen ▪ Aromabildung ▪ Züchtung und Genetic engineering 6 https://www.pinterest.de/pin/4362930861037934/ Klausur 7 Klausur ▪ Klausur bezieht sich auf Fragen aus dem Fragenkatalog. ▪ Fragenkatalog jeweils am Ende einer Foliensammlung ▪ Maximal 100 Punkte, bestanden bei 50 Punkten 8 Folien und Fragenkatalog 9 Wesentliche Lernziele ▪ Wissen um die tagesaktuelle Bedeutung von Mikroorganismen ▪ Wissen um die grundsätzliche Einteilung und den Aufbau von Mikroorganismen ▪ Verständnis von Stoffwechselprozessen, insbesondere Glykolyse und Gärungen – Biochemie ▪ Anwenden von mikrobiologischem Wissen im alltäglichen Leben und in der Praxis ▪ Umfangreiches Wissen über Hefen; einteilen in konventionelle und nicht- konventionelle Hefen, Crabtree positiv und negativ, Evolution und Ökologie ▪ Entwickeln von Strategien für die Gärführung ▪ Kritische Beurteilung von Prozessen im Weinberg und Weinkeller 10  Quote of the day Breakouts Joke of the day Microbe of the day Topic of the day Fun fact News of the day Current Science Life hack 11  Joke of day 12 https://www.google.com/imgres?q=joke%20microbiologist&imgurl=https%3A%2F%2Fpictures.abebooks.com%2Fisbn%2F9781654473792-us.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fwww.abebooks.com%2F9781654473792%2FEat-Sleep-Microbiology-Repeat-Microbiologist-1654473790%2Fplp&docid=BwHPoI71BaRC8M&tbnid=4SSeUJBN9GIaWM&vet=12ahUKEwiP8tHX7I2JAxV88wIHHeG2M0gQM3oECC4QAA..i&w=333&h=500&hcb=2&ved=2ahUKEwiP8tHX7I2JAxV88wIHHeG2M0gQM3oECC4QAA Quote of the day 13 Topic of day Mikrobiologie: Definitionen, Dimensionen Wer waren die Urväter? Mikroben >>> Holobiont Verhältnis Mensch und Mikroben Der Mensch als Ökosystem 14  Definition der Mikrobiologie Mikrobiologie beinhaltet das Studium von und die Arbeit mit Organismen, die so klein sind, dass wir sie nicht mit bloßem Auge sehen können. Mikrobiologie ist die Wissenschaft, die sich mit der Erforschung von Mikroorganismen befasst, einschließlich ihrer Struktur, Funktion, Ökologie und Wechselwirkungen mit anderen Organismen. 15 Dimensionen 16 https://lehrerfortbildung-bw.de/u_matnatech/physik/gym/bp2004/fb3/modul4/1_vortrag/3_training/07_abc/ Dimensionen 17  Dimensionen: Oberfläche zu Volumen Das Verhältnis zwischen A 6 mm2 24 mm2 Oberfläche und Volumen ist der A/V-Quotient V 1 mm3 8 mm3 ▪ Bei weitem die größte biologische Oberfläche auf der Erde wird durch Mikroorganismen repräsentiert. ▪ Die metabolische Aktivität dieser Mikroorganismen übersteigt die aller Pflanzen und Tiere bei weitem. ▪ Daher werden die meisten biologischen und chemischen Reaktionen auf der Erde von Mikroben durchgeführt. 18 https://www.spreadshirt.de/shop/design/maus+und+elefant+freundschaft+kinder+t-shirt-D5d811b1fb264a16d3ec0ce04?sellable=QzE1pyDvN0HVAzzrEVVo-724-9  Dimensionen: Oberfläche zu Volumen ▪ Bei konstantem Volumen hat die Kugel die geringste Oberfläche. ▪ Mit steigendem Volumen wird der A/V Quotient kleiner – eine Fläche wächst mit x2, das Volumen mit x3. ▪ Die Abkühlrate von Massen ist proportional ihrer Oberfläche. ▪ Es folgt, dass große Körper langsamer auskühlen als kleine Körper. 19 http://www.pinguine.net/pinguinlexikon/thermoregulation/kaelteschutz/koerperlicheanpassungen https://pixabay.com/de/photos/afrikanischer-elefant-gro%C3%9Fe-ohren-4878168/ Dimensionen: Oberfläche zu Volumen 20  Urväter der Mikrobiologie Antonie van Leeuwenhoek Vater der Mikrobiologie - Er beobachtete und untersuchte Mikroben ab 1676 mit selbst gebauten Mikroskopen. ▪ Mikroskope aus Einzellinsen. ▪ van Leeuwenhoek der Erste, der mit Mikroben experimentierte. ▪ Er nannte sie Animalcula (Lat. animalculum = “Tierchen"). ▪ Er war der Erste, der ihre relative Grösse bestimmen konnte. https://pro-physik.de/nachrichten/der-entdecker-der-mikrowelt 24.10.1632- 26.08.1723 Wikimedia 21 Read: https://en.wikipedia.org/wiki/Antonie_van_Leeuwenhoek Watch: https://www.youtube.com/watch?v=KT1CGWmxLV8 Modulhandbuch Er entdeckte sie erstmals im abgeschabter Plaque seiner eigenen Zähne (1683). 22  Joke of day 23 https://www.google.com/imgres?q=joke%20microbiologist&imgurl=https%3A%2F%2Fpictures.abebooks.com%2Fisbn%2F9781654473792-us.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fwww.abebooks.com%2F9781654473792%2FEat-Sleep-Microbiology-Repeat-Microbiologist-1654473790%2Fplp&docid=BwHPoI71BaRC8M&tbnid=4SSeUJBN9GIaWM&vet=12ahUKEwiP8tHX7I2JAxV88wIHHeG2M0gQM3oECC4QAA..i&w=333&h=500&hcb=2&ved=2ahUKEwiP8tHX7I2JAxV88wIHHeG2M0gQM3oECC4QAA Mikrobiologie des Weines, Schanderl 1950 Kammerung = Septierung 24  Microbe of the day Botrytis cinerea ▪ Ascomycet ▪ Filamentöser Pilz ▪ Verbreitet sich über Konidiosporen ▪ Generalist als Parasit auf Beeren, befällt Hunderte verschiedene Arten ▪ Verursacher der Grauschimmelfäule, aber auch der Edelfäule ▪ Botrytis erzeugt enzymatisch Löcher in der Beerenhaut, dadurch verdunstet Wasser, so dass die Konzentrationen von Zucker und aromatischen Inhaltsstoffen in den Beeren ansteigt. ▪ Durch den Pilzstoffwechsel nimmt der Glyceringehalt zu. ▪ Pilz-Laccasen spalten Anthocyane: negativ im Rotwein (rot >> bräunlich) ▪ Auf unreifen Weinbeeren ruft er Rohfäule hervor. Die befallenen Trauben werden dann nicht mehr reif und sind für die Weinherstellung unbrauchbar. ▪ Edelfäule bei Riesling und Traminer 25 https://www.oekolandbau.de/landwirtschaft/pflanze/grundlagen-pflanzenbau/pflanzenschutz/schaderreger/schadorganismen-im-obst-und- weinbau/pilzkrankheiten/grauschimmel-graufaeule-an-beerenobst-botrytis-cinerea/  Urväter der Mikrobiologie ▪ Am 1. April 1663 erhielt Hooke von der Royal Society die Aufforderung, zu jedem ihrer wöchentlichen Treffen eine mit seinem zusammengesetzten Auflichtmikroskop angefertigte Beobachtung beizusteuern. ▪ Eine Nadelspitze, die Schneide einer Klinge, Robert Hooke venezianisches Papier, versteinertes Holz, ein 28.07.1635 – 03.03.1703 Schimmelpilz und die Eier des Seidenspinners, das Facettenauges einer Fliege, einer Spinne und einer Milbe. ▪ Kork: Für die von ihm unter dem Mikroskop in Kork beobachteten Hohlräume prägte er den Begriff cell für „Zelle“. https://de.wikipedia.org/wiki/Robert_Hooke#cite_note-61 26 https://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Hooke#Science https://facts.net/history/people/15-astonishing-facts-about-robert-hooke/ Modulhandbuch “Micrographia” 1665 https://www.youtube.co m/watch?v=5PTE_-9x_-o 27 Mikrobiologie Lichtmikroskop Saccharomyces cerevisiae 28 Mikrobiologie Mikroorganismen: Hefewachstum Einzeller Zelltrennung Vesikel Organelle 29 Saccharomyces cerevisiae Mikrobiologie Fluoreszenz Mikroskopie: Hefezellen, die mit Calcofluor angefärbt wurden. Damit werden chitinreiche Septen besonders gefärbt 30 Saccharomyces cerevisiae Candida albicans  Mann & Frau im Universum P i o n e e r 1 0 31 https://en.wikipedia.org/wiki/Pioneer_plaque https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/hrSAQPtJV8S5BseAh8XohV.jpg  Der Mensch - ein Holobiont = - Menschliche Zellen + - Mikroben 32 A Mosaic of Microbes, Illustration: Charis Tsevis Der Mensch – ein Holobiont; Wieviele Zellen? 33 Rote Blutkörperchen: Bei Säugetieren sind sie kernlos Fun fact Vorteile kernloser Erythrozyten beim Menschen 1.Erhöhte Sauerstoffkapazität: Ohne Zellkern haben menschliche Erythrozyten mehr Platz für Hämoglobin. Dies ermöglicht eine effizientere Sauerstoffaufnahme und -transport. 2.Verbesserte Verformbarkeit: Kernlose Erythrozyten sind flexibler und können sich leichter verformen. Dies erleichtert die Passage durch enge Kapillaren. 3.Längere Lebensdauer: Menschliche Erythrozyten leben etwa 120 Tage. Dies ist länger als die Lebensdauer kernhaltiger Erythrozyten bei Vögeln. 4.Energieeffizienz: Ohne Zellkern benötigen menschliche Erythrozyten weniger Energie für ihren Stoffwechsel. Dies spart Ressourcen für andere Körperfunktionen. 34  Der Holobiont 35 https://www.thisiscolossal.com/2015/06/germ-handprint/  Der Holobiont Nach dem Händewaschen Vor dem Händewaschen mit Wasser = Kein Effekt! ▪ 11% der Männer (3% der Frauen) waschen sich ihre Hände nach einem Gang aufs Klo gar nicht. ▪ Die Hälfte der Männer (18% der Frauen) benutzen KEINE Seife. Aus einer großen dt Universitätsstadt 36 https://www.youtube.com/watch?v=1xuEowtB7qg Wie wasche ich meine Hände denn richtig? Life hack ▪ Am besten machen Sie Ihre Hände nass, ▪ nehmen Seife dazu und kneten 20 Sekunden lang Ihre Finger richtig schön durch. ▪ Um das tatsächlich 20 Sekunden durchzuhalten, hilft folgender Trick: Wenn Sie im Stillen, aber mit voller Inbrunst, 2x „Happy birthday to you“ singen, haben Sie es geschafft. ▪ Welche Seife Sie verwenden, ist übrigens egal, Hauptsache, Sie nehmen eine. 37 Wie wasche ich meine Hände denn richtig? 38 Hyclean Deutscher Gründerpreises 2021 in Berlin Preisträger in den Kategorien StartUp, Aufsteiger und Schülerinnen und Schüler Schule Schloss Hansenberg. Hysoap Das Produkt „ “ passt genau in die herausfordernde Zeit, die aber, wie man sieht, für Gründerinnen und Gründer auch Chancen mit sich bringt.“ Das Siegerteam beim Deutschen Gründerpreis für Schülerinnen und Schüler entwickelte ein Geschäftskonzept für eine färbende Seife, die die Haut mit abwaschbarer Lebensmittelfarbe einfärbt und so zum gründlichen Händewaschen gerade während der Corona Pandemie motiviert. 39 https://www.dgp-schueler.de/portal/news/nach-dem-dgps-wirkt-Gruenden-nicht-mehr-abwegig/ GEO-Mikrobiologie Cell Systems 1, 72–87, July 29, 2015 DOI: 10.1016/j.cels.2015.07.006 Highlights ▪ Fast die Hälfte aller DNA-Proben von U-Bahn Oberflächen passten zu keinem bekannten Organismus. ▪ Hunderte von Arten, zumeist harmlose, kommen in der U-Bahn vor. ▪ Mehr Passagiere bringen auch mehr Mikroben ein. ▪ Eine U-Bahn-Station, die während des Hurrikans Sandy überflutet wurde, ähnelt immer noch einer marinen Umgebung. ▪ Menschliche Allelfrequenzen – also DNA-Unterschiede – auf den Oberflächen spiegeln die Daten des US 40 Census (einer Volkszählung) wider. Modulhandbuch Sie fanden heraus, dass Dutzende mikrobieller Spezies in jedem Bereich des Zuges einzigartig waren und dass es in den verschiedenen U-Bahn-Linien eine beträchtliche Bandbreite an mikrobieller Vielfalt gibt. Die Bronx war die Stadt mit der größten Artenvielfalt, gefolgt von Brooklyn, Manhattan und Queens. Staten Island war die Stadt mit der geringsten Vielfalt. 41 https://www.quora.com/Where-is-the-most-bacteria-found-in-the-human-body Definition von Mikrobiologie 42 Der Holobiont Mikroben bewohnen verschiedene Nischen unseres Körpers 43 https://www.pinterest.com/pin/324822191856047322/?lp=true  Modulhandbuch 44 https://whyfiles.org/2015/eight-ways-microbes-keep-you-healthy/index.html https://www.google.com/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fwww.efficientmicrobes.co.za%2Fwp-content%2Fuploads%2F2017%2F09%2FCover_image4.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fwww.efficientmicrobes.co.za%2Fbodys-microbes-link-to-health-disease%2F&docid=RLeWaL8-AU9trM&tbnid=6g- KasNeyjFoCM%3A&vet=10ahUKEwj2yMHNn8TjAhVHPBoKHdNbCoUQMwhCKAAwAA..i&w=770&h=372&bih=561&biw=1265&q=microbes%20of%20the%20human%20body&ved=0ahUKEwj2yMHNn8TjAhVHPBoKHdNbCoUQMwhCKAAwAA&iact=mrc&uact=8  Alles ist überall ▪ Lourens G. M. Baas Becking (1895-1963) exclaimed: „alles is overal: maar het milieu selecteert“ (Baas Becking, 1934). Mikroben gibt es zwar überall, aber nicht jede Mikrobe kommt überall vor. Für bestimmte Mikroben gibt es Nischen – dort sind sie zu finden, anderswo nicht... 45 Alles ist überall?? ▪ Mikroben SIND überall, aber nicht jeder Mikroorganismus kommt auch überall vor. ▪ Es gibt Nischen, die von bestimmten Mikroorganismen bewohnt werden. Dort kann man sie finden – aber nicht an anderen Stellen... ▪ Auf Lourens G. M. Baas Becking (1895-1963) geht die Aussage zurück: „alles is overal: maar het milieu selecteert“ (Baas Becking, 1934). ▪ Damit soll ausgedrückt werden, dass Mikroorganismen Cosmopoliten sind und sich passiv z. B. als ‚Luftplankton‘ weltweit verbreitet werden können, aber, dass man an einem bestimmten Ort nur die Mikroben vorfindet, die unter den dort gegebenen Umweltbedingungen proliferieren und bestehen können, während andere nur in sehr kleiner Zahl oder eben gar nicht zu finden sind (de Wit und Bouvier, 2006; O’Malley, 2007). ▪ Unterschiede in der mikrobiellen Geographie werden auch dadurch verursacht, dass bestimmte Mikroben z. B. mit Tieren assoziiert sind und somit die Verbreitung der Mikroorganismen an die Verbreitung des Wirtes geknüpft ist (Martiny et al., 2006). 46 WHO fungal priority list © World Health Organization 2022 47  Microbe of the day Candida albicans ▪ ist ein Hefepilz. ▪ Bei rund drei Viertel aller Menschen besiedelt er dauerhaft Schleimhäute in Mund und Darm sowie die Haut. ▪ Beim gesunden Menschen hat das Immunsystem den Pilz unter Kontrolle. ▪ Sind die Abwehrkräfte geschwächt, wird Candida albicans zum Problem. ▪ Die Hefe kann dann in die Blutbahn in den Körper gelangen. ▪ Aufgrund zunehmender Resistenzen gegen bewährte Pilzmedikamente wird eine wirksame Behandlung immer schwieriger. Wie wird C. albicans übertragen? Candida albicans wird durch direkten oder indirekten Kontakt mit kontaminierten Personen oder Gegenständen übertragen. 48  Microbe of the day Candida albicans ▪ Jedes Jahr erkranken weltweit mehr als eine Milliarde Menschen an Pilzinfektionen. ▪ Größtenteils sind das oberflächliche Infektionen, dennoch sterben jährlich rund 1,7 Millionen Betroffene an den Folgen einer invasiven Pilzinfektion – ungefähr genauso viele wie an Malaria oder Tuberkulose. ▪ Häufiger Auslöser dieser lebensgefährlichen Infektionen ist der C. albicans. ▪ Die vulvovaginale Candidiasis (Soor, Soorkolpitis, Soorvulvitis) ist eine der häufigsten Infektionen des weiblichen Genitaltraktes. ▪ Auslöser ist meist Candida albicans (85 bis 90 Prozent), gefolgt von Candida glabrata, Candida tropicalis und anderen Pilzen. ▪ Eine Pilzinfektion machen die meisten Frauen zumindest einmal während ihres Lebens durch – Schätzungen zufolge sind es etwa 70 bis 75 Prozent der Frauen. ▪ Fast jede zweite Frau hat sogar häufigere Pilzinfektionen. 49 Candida albicans 37°+ serum 30° 50 Source: Wendland lab  Wichtige Fakten ▪ Candida albicans ist ein Pilzpathogen, der Teil des gesunden menschlichen Mikrobioms sein kann, aber auch Infektionen der Schleimhäute oder invasive Candidiasis hervorrufen kann. ▪ Invasive Candidiasis ist eine lebensbedrohliche Krankheit mit hoher Sterblichkeit. ▪ Eine Behandlung ist möglich und eine antimykotische Resistenz ist selten (gering). Überblick ▪ Candida albicans ist ein weltweit verbreiteter pathogener Hefepilz. ▪ Er ist ein weit verbreitetes Mitglied der menschlichen Mikrobiota (Mund, Rachen, Darm, Vagina und Haut) und verursacht unter gesunden Bedingungen keinen Schaden. ▪ Er kann sich jedoch in diesen Schleimhäuten vermehren oder in andere Gewebe eindringen und Krankheiten verursachen. ▪ In Schleimhäuten verursacht er Krankheiten wie oropharyngeale Candidose, Speiseröhren-Candidose, Vulvovaginal-Candidose und kutane Candidose. ▪ Schwerwiegender ist, dass C. albicans invasive Infektionen (invasive Candidose) des Blutes (Candidämie), des Herzens, des zentralen Nervensystems, der Augen, Knochen und inneren Organe mit hoher Sterblichkeit verursachen kann. ▪ Besonders betroffen sind schwerkranke und immungeschwächte Patienten. ▪ Die Gesamtmortalität bei invasiver Candidose liegt trotz der Verfügbarkeit aktiver antimykotischer Behandlungen zwischen 20 % und 50 %. Die Dauer des Krankenhausaufenthalts beträgt etwa 2–4 ​Wochen und bis zu 2 Monate und wird von den zugrunde liegenden Erkrankungen beeinflusst. 51 https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/363682/9789240060241-eng.pdf?sequence= Candida albicans 52 Behandlung von Pilzinfektionen 53 Candida auris 54 https://www.npr.org/2023/03/21/1164912425/candida-auris-yeast-fungus-cdc-spread  Resistenzen – Landwirtschaft News of the day 17.10.2022 55 Azole in der Landwirtschaft ▪ Azole sind die am häufigsten verwendeten Fungizide. ▪ Sie werden in der Landwirtschaft regelmässig eingesetzt, um den Pilzbefall von verschiedenen Nahrungsmitteln zu verhindern: ▪ So finden sie im Getreide- sowie im Obst- und Weinbau ihre Anwendung gegen Mehltau oder Schorf. Revysol® (Mefentrifluconazol): 56 Mefentrifluconazole in der Landwirtschaft ▪ Zugelassen in China für Reis, auch zugelassen in der EU ▪ Geringe Wasserlöslichkeit >>> gut fürs Grundwasser (?) ▪ Geringe Toxizität ggü Bienen ▪ Belanty® zeichnet sich als neues Produkt durch ein breites Wirkungsspektrum gegen die wichtigsten pilzlichen Schaderreger in Apfel und Birne sowie Steinobst, Weinrebe, Kartoffel und Mais aus. ▪ Durch die einzigartig bewegliche Molekülstruktur ist Mefentrifluconazol (Revysol®) auch bei mutierten Pilz- Stämmen hochwirksam. ▪ In Kombination mit einer optimal auf den Wirkstoff abgestimmten Formulierung bietet Belanty® eine hervorragende kurative Wirkung bei bereits erfolgten Infektionen. ▪ Die schnelle Aufnahme ins Blattinnere gewährleistet eine sofortige Wirkung und schützt zudem sicher vor Verlusten durch Witterungseinflüsse wie Regen und Sonneneinstrahlung. ▪ Im Blatt wird Revysol® aus einem Wirkstoff-Reservoir langsam in den Saftstrom der Pflanzen nach oben abgegeben und schützt somit über einen langen Zeitraum auch die Bereiche, die bei der Anwendung nicht erfasst wurden. 57 https://www.agrar.basf.de/de/Produkte/Produktdetails/Fungizid/Belanty.html Schutzkulturen des Holobionten Lactobazillenarten, z.B. Lactobacillus crispatus, Lactobacillus jensenii und Lactobacillus gasseri begünstigen ein gesundes Vaginalmikrobiom, indem sie das Milieu durch ihre Milchsäuregärung ansäuern und durch die Produktion von Wasserstoffperoxid (H2O2) die Candida-Invasion hemmen. Hertzberger et al., 2014; doi: 10.1128/AEM.04272-13 Aber: Einige H2O2-Bildner sind opportunistische Pathogene, z.B. Streptococcus pyogenes, Streptococcus mutans, oder Streptococcus pneumoniae. Scharlach ist eine Streptokokken-Infektion, verursacht durch Streptococcus pyogenes 58  Microbe of the day Lactobacillus ▪ Gattung Gram-positiver, meist stäbchenförmiger Bakterien. ▪ Lactobacillus gehört zu den Milchsäurebakterien; sie alle erzeugen durch Gärung Milchsäure, d.h. aus Pyruvat bilden sie durch Gärung Laktat. ▪ Lactobacillus-Arten sind wichtig für die Lebensmittelindustrie. Sie werden für die Herstellung von Milchprodukten und Bierspezialitäten wie Berliner Weiße und Leipziger Gose genutzt. ▪ bilden keine Endosporen und sind in den meisten Fällen nicht zur aktiven Bewegung fähig (d.h. sie haben keine Flagellen). ▪ Lactobacillen sind für den Menschen probiotische Mikroorganismen 59 Lactobacillus ▪ Die Größe der Genome variierte zwischen 1,8 und 3,3 MB ▪ Der G+C-Gehalt liegt zwischen 33 % und 51 %. ▪ Es wurde festgestellt, dass das Lactobacillus pan-Genom aus etwa 14.000 proteinkodierenden Genen besteht, während 20 untersuchte Genome insgesamt 383 orthologer Gene gemeinsam hatten, die das Lactobacillus-Kerngenom (core genome) definierten. ▪ Lactobazillen sind Gram-positiv ▪ Lactobazillen kommen auf natürliche Weise auf Schleimhäuten vor, insbesondere im Magen- Darm-Trakt, in der Vagina und in der Mundhöhle ▪ LAB – Milchsäurebakterien – sind auxotroph für zahlreiche Aminosäuren ▪ In LAB-Hefe-Cokulturen wurde beispielsweise gezeigt, dass von Saccharomyces cerevisiae bereitgestellte Aminosäuren für die wechselseitigen oder kommensalen Wechselwirkungen mit L. lactis verantwortlich sind. 60  Fun fact Kumys – ▪ Wein der Steppenvölker ▪ Bei uns nur wenigen bekannt, ist der mit 1,2 bis 2 % leicht alkoholhaltige Kumys (auch Kimis, Kumyss, Kumiss, Kumis oder Kumiss). Kumys ist ein seit Jahrtausenden bei den Nomaden- und Steppenvölkern Asiens beheimatetes milchsaures und alkoholisch vergorenes Getränk aus Stutenmilch und gehört zu deren Volksnahrung. ▪ Kumys wird auch als „Milchwein“ bezeichnet. 61 https://de.wikipedia.org/wiki/Kumys Milchsäuregärung und Biologischer Säureabbau Milchsäuregärung ≠ Malo-Laktische Fermentation, MLF oder Biologischer Säureabbau, BSA 62 Milchsäuregärung und Biologischer Säureabbau Milchsäuregärung: aus Pyruvat wird Laktat gebildet ≠ Malo-Laktische Fermentation, MLF oder Biologischer Säureabbau, BSA: Hier wird aus Malat /Äpfelsäure Laktat gebildet 63 Joghurt-Kulturen ▪ Streptococcus thermophilus (45°C) ▪ Lactobacillus delbrückii subsp. Bulgaricus ▪ Lactobacillus acidophilus ▪ Bifidobacterium lactis Probiotisch: aktiv als lebende Kultur. Bifidobakterien sind einer der Hauptbestandteile unserer Darmflora (ca. 25 %). Bifidobakterien haben in der Darmflora eine kontrollierende Rolle, sie bilden das Toxin “Bifidin” womit sie die Vermehrung von gesundheitsschädigenden Darmbakterien verhindern können. Den größten Teil unserer Bifidobakterien erhalten wir bereits mit der Muttermilch. Denn etwa 95 Prozent der Darmflora eines Säuglings besteht aus Bifidobakterien. 64 Lactobacillus in der Weinbereitung ▪ Oenococcus oeni ist ein Gram-positives Bakterium aus der Ordnung der Milchsäurebakterien (Lactobacillaceae). ▪ Kennzeichnend für diese Bakterien ist die Milchsäuregärung, ein fermentativer Stoffwechsel, bei dem Milchsäure als Endprodukt auftritt. ▪ Wie alle Gattungen der Familie Leuconostocaceae, ist O. oeni obligat heterofermentativ. ▪ O. oeni ist der bevorzugte Organismus in der Weinherstellung für die MLF. ▪ O. oeni ist acidophil, zeigt also gutes Wachstum bei niedrigen pH-Werten. ▪ O. oeni toleriert große Mengen von Alkohol und kann daher in Medien mit 10 % Ethanolanteil kultiviert werden. 65 Das Microbiome und die Langlebigkeit First published online January 8, 2019 Lactobacillen gehören zum Stamm Firmicutes, heute als Bacillota bezeichnet. 66 https://www.demogr.mpg.de/en/news_events_6123/news_press_releases_4630/press/the_oldest_old_substantially_fewer_centenarians_in_brazil_8149  News of the day 67 doi: https://doi.org/10.1038/d41586-019-02807-x  Lactobacillus ▪ Neugeborenen, die per Kaiserschnitt zur Welt kamen, fehlten der Studie zufolge oft die Darmbakterien, die bei gesunden Kindern und Erwachsenen vorkommen. ▪ Stattdessen beherbergt ihr Darm schädliche Mikroben, die in Krankenhäusern häufig vorkommen. ▪ Lawleys Team arbeitete mit Hebammen und Ärzten in drei Krankenhäusern in London und Leicester zusammen und entnahm Proben und analysierte die DNA von Mikroben, die im Stuhl von 596 Babys gefunden wurden – 314 davon wurden vaginal und 282 per Kaiserschnitt geboren – am 4., 7. und 21. Tag nach der Geburt. ▪ Die Unterschiede zwischen ihren Darmmikrobiomen waren eindeutig: ▪ Babys, die per Kaiserschnitt zur Welt kamen, fehlten Stämme von Kommensalbakterien – die normalerweise bei gesunden Menschen vorkommen –, während diese Bakterien den Großteil der Darmgemeinschaft von vaginal geborenen Säuglingen ausmachten. ▪ Stattdessen dominierten im Darm von Kaiserschnittkindern opportunistische Bakterien wie Staphylococcus, Propionibacterium und Corynebacterium oder Enterococcus und Klebsiella, die in Krankenhäusern zirkulieren. ▪ Aber wahrscheinlich tragen auch Faktoren jenseits der Entbindungsmethode zu den Unterschieden in der Mikrobiota bei. ▪ Mütter, die Kaiserschnittgeburten haben, erhalten Antibiotika, die die Plazenta passieren können. ▪ Ihre Babys verbringen außerdem tendenziell länger im Krankenhaus und erhalten erst viel später Mikroben mit der Muttermilch als vaginal geborene Säuglinge. ▪ In Zukunft könnte es möglich sein, Kaiserschnittkindern bei der Geburt einen Cocktail aus guten Bakterien zu verabreichen, sodass ihre Beziehung zur mikrobiellen Welt auf dem richtigen Weg beginnt. 68 Wege, um an Lactobacillen zu kommen Statt auf das Vaginal Seeding könnten Eltern sonst auch auf altbewährte Methoden zurückgreifen: Stillen wirkt sich positiv auf die Bakterienflora im Darm aus. 69 Der Mensch – Nischenspezifische Mikrobiome ▪ Die Mundhöhle umfasst mehrere unterschiedliche mikrobielle Lebensräume wie Zähne, Gingiva (=Zahnfleisch), Zunge, Wange, Lippe. ▪ Die in der menschlichen Mundhöhle vorkommenden Mikroorganismen bilden das orale Mikrobiom. ▪ Dieses Mikrobiom umfasst über 600 Arten. 70 https://www.shutterstock.com/de/image-illustration/mouth-disease-oral-germs-bacteria-viruses-253926229 https://www.shutterstock.com/de/image-vector/concept-epidemic-disease-loving-guy-girl-1673620012 Der Mensch – geteilte Mikrobiome 71  Life hack Gurgeln mit Salzwasser? Salz auf die Schleimhäute in Mund und Rachen: ▪ antibakteriell ▪ abschwellend ▪ desinfizierend ▪ schmerzlindernd ▪ entzündungshemmend Bei Halsschmerzen befeuchtet es außerdem die zu trockenen Schleimhäute und wirkt so Reizungen entgegen. Dosis: 1 Teelöffel (= 5 g, gestrichen; 8 g, gehäuft) Salz pro 250 ml Leitungswasser 72  Life hack Wirkstoff: Chlorhexidin ▪ ist ein Antiseptikum, das vor allem in der Zahnmedizin verwendet wird. ▪ Chlorhexidin wird aufgrund seiner unspezifischen antibakteriellen Wirkung sowohl als Mundspüllösung verwendet als auch als ein auf die Zähne aufgetragener Lack, der den Wirkstoff über einen längeren Zeitraum abgibt. ▪ Es kann auch zur Wundbehandlung als Desinfektionsmittel auf Pflastern, Wundheilsalben und in Pudern, beispielsweise in der Bauchnabelpflege von Neugeborenen eingesetzt werden. 73 Der Mensch – Nischenspezifische Mikrobiome ▪ Mikroben sind fast überall... Auf unserer Haut, in unseren Därmen, unter unseren Nägeln, in Nase und Ohren und in unserem Haar... 2016 74 https://courses.lumenlearning.com/microbiology/chapter/types-of-microorganisms/ Hautmikroben 75  Schädliche Bakterien - Borreliose News of the day 76 https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/F/FSME/Karte_Tab.htm Schädliche Bakterien - Borreliose FSME ist die Abkürzung für „Frühsommer-Meningoenzephalitis“. Hierbei handelt es sich um eine Gehirn-, Hirnhaut- oder Rückenmarkentzündung, die durch Viren verursacht wird. Diese Viren werden durch Zeckenstiche übertragen. FSME und Borreliose sind zwei verschiedene Krankheiten 77  Zecken übertragen Borrellien 78 https://www.deutsche-apotheker-zeitung.de/news/artikel/2017/04/13/doxycyclin-bei-borreliose/chapter:2 https://www.zecken-radar.de/borreliose-nach-zeckenstich/  Microbe of the day Borrelia ▪ Borreliose wird durch Borrelien verursacht. ▪ Die häufigste in Deutschland/Europa vorkommende Art ist Borrelia burgdorferi. ▪ Borrelia sind meist recht grosse Bakterien. ▪ Die meisten Arten sind pathogen für Menschen oder Tiere (Pferde, Hunde). ▪ Eine weitere Eigenheit der Gattung ist, dass sie ganz ohne Eisen auskommt und als Cofaktor für wichtige Enzyme stattdessen Mangan verwendet. 79 https://www.zecken-radar.de/borreliose-nach-zeckenstich/  Microbe of the day Staphylococcus aureus ▪ Staphylokokken besiedeln als Kommensalen unserer Haut. ▪ Sie können Hautinfektionen, wie zum Beispiel Haarbalg-Entzündungen, auslösen. ▪ Diese sind jedoch meist harmlos und selbstheilend. ▪ Problematisch wird es erst, wenn Staphylokokken in den Körper eindringen. Dort können sie zu Entzündungen von Wunden, schweren Eiterungen und zur Sepsis (Blutvergiftung) führen. ▪ Staphylokokken sind oft antibiotikaresistent, insbesondere multiresistente Staphylococcus aureus, der Krankenhauskeim MRSA. ▪ Siedeln sich die Staphylokokken in einer Wunde an, hemmt ein Adhäsin, Eap, dort ganz gezielt die Neubildung von Hautzellen und kleinsten Blutgefäßen. Diese sind für die Wundheilung entscheidend. 80  Der Mensch – Nischenspezifische Mikrobiome 81 https://www.pinterest.com/pin/324822191856047322/?lp=true  Microbe of the day Malassezia: Das sind Hefen, die speziell in den Talkdrüsen der Haare vorkommen. Malassezia ist auch ein Kommensale von anderen Säugetieren, z.B. auch bei Hunden. Malassezia furfur benötigt langkettige Fettsäuren von seinem Wirt und kommt daher bevorzugt in den Haarfollikeln vor. Malassezia furfur ist ein Hefepilz, der bei mehr als 90 % der Erwachsenen Bestandteil der normalen Hautflora ist. Malassezia gehört zu den Basidiomyceten, Unterabteilung Brandpilzen. 82 83 84  Urväter der Mikrobiologie Louis Pasteur: Bekannt für seine Entdeckungen über die Prinzipien der Impfung, sowie mikrobielle Fermentationen und die Pasteurisierung. Er wird als einer der 3 Begründer der Bakteriologie angesehen, neben Ferdinand Cohn and Robert Koch. Pasteur wird oft als der moderne “Vater der Mikrobiologie” bezeichnet 27.12.1822 – 28.09.1895 Zum Gucken: https://www.youtube.com/watch?v=oLKaJtv-QbU 85 https://www.youtube.com/watch?v=OXdbQ1JkX7c Miasma ▪ Miasma (Besudelung, Verunreinigung): „übler Dunst, Verunreinigung, Ansteckung“ ▪ Beschreibt eine krankheitsbedingende Ursache, die durch faulige Prozesse in Luft und Wasser entsteht. ▪ biologisch-medizinischen: Krankheitsübertragung/Infektion ▪ Geistig: im übertragenen Sinne auf eine geistig-emotionale Ebene. ▪ Dunst, der sich über Nacht ausbreitet. ▪ Malaria: mala aria >>> schlechte Luft im Gegensatz zu Buenos Aires. 86 Wikipedia Mikrobiologie: Die Keimtheorie Louis Pasteur: 87 Verschiedene Flaschen, um zu belegen, dass die Miasma Theorie falsch ist Pestarzt: der Schnabeldoktor „Schwarzer Tod“ = Pest Hat im 14. Jahrhundert mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung ausgerottet. Die Pest (englisch: plague) ist eine hochgradig ansteckende Infektionskrankheit, die durch das Bakterium Yersinia pestis hervorgerufen wird. Behandlung durch Antibiotika, z.B. Kanamyzin. 88 Hygiene Fun fact Eugene Poubelle ▪ Dekret vom 24.11.1883: verpflichtet Hauseigentümer, ihren Mietern verschließbare Behälter für ihren Hausmüll zur Verfügung zu stellen. ▪ Mülltrennung von Glas und Porzellanscherben getrennt vom Hausmüll. ▪ Stieß in der Pariser Bevölkerung zunächst auf Widerstand. ▪ Dekret vom 07.03.1884: zur Verbesserung der Hygiene müssen ▪ Gebäude an das öffentliche Abwassernetz angeschlossen werden. ▪ Mülleimer >>> frz. : Poubelle ▪ Max von Pettenkofer: München, erster Hygieniker Deutschlands; ‚Dicke Luft‘ = Pettenkofer Zahl = 1000 ppm CO2 89  Urväter der Mikrobiologie Ferdinand Cohn ▪ Sein Vater hat ihm ein grosses und teures Mikroskop gekauft, das an der Uni Breslau sonst keiner hatte. ▪ Damit studierte er Pflanzen und Bakterien. ▪ Cohn klassifizierte Algen richtig als Pflanzen. Und er klassifizierte Bakterien anhand morphologischer Kriterien in Kokken, Stäbchen, Fäden und Spirillen. ▪ Er fand auch heraus, dass Bacillus Bakterien sporulieren können. 24.01 1828 – 25.06 1898 90 Klausurfragen: ▪ Was verstehen wir unter einem Holobionten. Wie könnte man einen Weinstock als Holobiont beschreiben ▪ Beschreiben Sie drei Mikroben, die als ‚Microbe of the day‘ vorgestellt wurden. Welche Merkmale zeichnen diese Mikroorganismen aus? ▪ Erläutern Sie das Werk dreier Pioniere der Mikrobiologie. Nennen Sie die Person und die wesentlichen Errungenschaften, die mit ihrem Wirken einhergingen. ▪ Beschreiben und bewerten Sie drei der vorgestellten Life hacks. ▪ Nennen Sie drei Nischen des menschlichen Körpers und beschreiben Sie Mikroorganismen die hier siedelen (Kommensale, Nützling, Pathogen). 91