Mikrobiologie Vorlesung PDF

MIKROBIOLOGIE VORLESUNG TEIL 10 WACHSTUM VON MIKROORGANISMEN I Hochschule Geisenheim University Institut für Mikrobiologie und Biochemie Prof. Dr. Jürgen Wendland 1 Topic of the day Herstellen von Reinkulture...

MIKROBIOLOGIE VORLESUNG TEIL 10 WACHSTUM VON MIKROORGANISMEN I Hochschule Geisenheim University Institut für Mikrobiologie und Biochemie Prof. Dr. Jürgen Wendland 1 Topic of the day Herstellen von Reinkulturen, Wachstum von Pilzen Pilze gegen Endotherme 2 Wachstum von Mikroorganismen ▪ Hefen : sind einzellige Organismen ▪ Filamentöse Pilze (Hyphe/Hyphen, Myzel) ▪ Hyphen sind multizelluläre filamentöse Strukturen aus tubulären Zellen ▪ Dimorphismus: Wechsel zwischen beiden Wuchsformen, z.B. Candida albicans ▪ Hefe : z.B. Wachstum bei 30° ▪ Filamentös : z.B.Wachstum bei 37°+ einem Stimulus 3 Wachstum von Mikroorganismen ▪ Microorganismen sind lebende Maschinen. Wir können sie studieren – verstehen – neue Maschinen bauen – bessere Maschinen bauen.... ▪ Lebende Zellen haben spezifische Eigenschaften, die sie von nicht-lebenden Objekten unterscheiden: ▪ Metabolismus: eine Zelle nimmt Nährstoffe auf, wandelt sie in zelluläre Stoffwechselprodukte um und generiert Abfallstoffe. Gewisse Reparaturfunktionen. ▪ Wachstum und Proliferation: eine Zelle wächst und verdoppelt sich dann, um Nachkommen zu erzeugen. ▪ Differenzierung: eine Zelle bildet neue Strukturen, z.B. Sporen als Teil des Lebenszyklus. ▪ Kommunikation: Zellen interagieren untereinander und mit ihrer Umgebung. ▪ Bewegung: manche Zellen sind beweglich. Andere Zellen zeigen intrazellulären Transport. ▪ Evolution: Zellen können neue Eigenschaften entwickeln, was letztlich zur Bildung neuer Arten führt. 4 ▪ Tod Maschinen... 5 Metabolismus bei Saccharomyces cerevisiae shmoo a a a a a a fusion to form zygote Metabolism Growth pheromone Proliferation Differentiation Communication a a a/a Movement a Evolution a a 1n a 1n a/a a/a a 2n a a-mating a a-mating a a/a diploid type type meiosis a/a a a a/a vegetative growth of haploid cells a ascus with four a ascospores a a Saccharomyces cerevisiae 6 Transportprozesse in Ashbya gossypii: 7  Wachstum von Mikroorganismen ▪ Hefe, Yeast: Koloniemorphologie 8 https://doi.org/10.1038/s41597-022-01340-3  Wachstum von Mikroorganismen Koloniemorphologie als Funktion von Zeit und Glucosekonzentration. Kolonien von S. cerevisiae wurden auf YEPD mit Glucosekonzentrationen von 2 % bis 1/16 % in zweifachen Schritten gezüchtet und sechs Tage lang täglich abgebildet. Niedrigere Dextrosekonzentrationen induzieren die Reaktion der Koloniemorphologie stärker. Maßstab ist 1 mm. 9 https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1000823 Methode zur Isolierung von Einzelkolonien Reinkulturen: ▪ Ausstrichverfahren mit Impföse ▪ Verdünnung herstellen und Verdünnungsstufen ausplattieren ▪ Fallende Reihe mit Drigalski-Spatel ausplattieren 10 Methode zur Isolierung von Einzelkolonien: Ausstrichverfahren 11 Methode zur Isolierung von Einzelkolonien: Ausstrichverfahren 12 https://www.phdnest.com/streak-plate-methods/ Methode zur Isolierung von Einzelkolonien: Ausstrichverfahren 13 https://www.youtube.com/watch?v=_1KP9zOtjXk Methode zur Isolierung von Einzelkolonien: Verdünnungsreihe Verdünnung 14 Methode zur Isolierung von Einzelkolonien Der Drigalskispatel, benannt nach seinem Erfinder Wilhelm von Drigalski, wird zur Ausplattierung von Mikroorganismen auf Petrischalen verwendet. Der Spatel besteht aus Glas oder Metall. Wilhelm von Drigalski (21. 06.1871 - 12.05.1950 in Wiesbaden) Julius Richard Petri (31.05.1852 - 20.12.1921), deutscher Bakteriologe. Petri erfand 1887 während seiner Arbeit mit Robert Koch die nach ihm benannte Petrischale. https://covetrus.de/a/drigalski-spatel/01.0401.10337 http://www.mlv-gmbh.de/Drigalski-Spatel-aus-Glas 15 Methode zur Isolierung von Einzelkolonien: Fallende Reihe erste Platte zweite Platte dritte Platte vierte Platte Von Platte zu Platte ist eine deutliche Vereinzelung der Hefe-Kolonien zu sehen 16 Wachstum von Schimmelpilzen ▪ Moulds/Molds - Schimmelpilze Hyphe (Plural Hyphen) tubuläre fadenförmige Erscheinung. Besteht aus linear aneinandergereihten Pilzzellen, die sich verzweigen können. Hyphen stellen die Hauptform des vegetativen Wachstums von filamentösen Pilzen dar. Myzel: Die Masse an Hyphen einer Kolonie. Kann 3D-Strukturen bilden, die Hyphen eines Myzels sind miteinander in engem Kontakt. Konidie / Spore: Asexualle Sporen, die direct von Hyphen gebildet werden oder von Konidiophoren ▪ Beispiele: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus 17  Wachstum von Schimmelpilzen 18 https://www.shutterstock.com/de/image-photo/petri-dishes-mold-isolated-on-white-126065768?irgwc=1&utm_medium=Affiliate&utm_campaign=TinEye&utm_source=77643&utm_term=  Wachstum von Schimmelpilzen 19 https://www.google.com/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fhgtvhome.sndimg.com%2Fcontent%2Fdam%2Fimages%2Fhgrm%2Ffullset%2F2012%2F11%2F15%2F0%2FHGRM_mold-infested- room_s4x3.jpg.rend.hgtvcom.616.462.suffix%2F1405496043281.jpeg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fwww.hgtv.com%2Fremodel%2Finterior-remodel%2Fblack-mold-symptoms-and-health- effects&docid=NoscQMxqtHNT0M&tbnid=d9JLa0- MaIcasM%3A&vet=10ahUKEwim97P0t9ThAhVFyKQKHYwNBJ4QMwhXKAYwBg..i&w=616&h=462&bih=561&biw=1155&q=moldy%20rooms&ved=0ahUKEwim97P0t9ThAhVFyKQKHYwNBJ4QMwhXKAYwBg&iact=mrc&uact= 8 https://www.google.com/search?q=moldy+rooms&tbm=isch&tbs=rimg:CXfSS2tPjGiHIjhKSxUL9xa0ITZa8CynCoGWBeKfvCVV_1L_1EGUhex0DJETnWzZNLKc6T6ljz18JQvTgKquimtZkrCSo SCUpLFQv3FrQhETyudYLEmaJtKhIJNlrwLKcKgZYRpWcVYDAS-u8qEgkF4p- 8JVX8vxF3DCMXwWhLayoSCcQZSF7HQMkREca2fAAD5HA9KhIJOdbNk0spzpMRmRFjbgUqbdwqEgnqWPPXwlC9OBGv8U8QQVsYkSoSCQqq6Ka1mSsJEV52V3_1Eqj5o&tbo=u&sa=X&ved =2ahUKEwiG-Kr5t9ThAhUR3aQKHcpCDzsQ9C96BAgBEBs&biw=1155&bih=561&dpr=1.5#imgrc=QeW6eUKcQAX4BM:  Microbe of the day Zasmidium cellare, Kellerschimel, Kellertuch, Kellerkatze (Schwarze Katze in Österreich) ▪ Mycel bildet tuchartige, weiche, 1–2 cm dicke Matten ▪ Wächst ab 85% Luftfeuchte ▪ Kein sexueller Zyklus bekannt ▪ Dothideomyceten leben oft in extremen Nischen ▪ Kann volatile organsiche Substanzen verstoffwechseln ▪ Wenig Sporen – der Haupteil der Sporenlast in Weinkellern stammt von Penicillium und Aspergillus 20 Kellertuch, Kellerschimmel, Kellerkatze: Zasmidium/Cladosporium cellare ▪ Zasmidium cellare, der Kellerschimel, kommt in dunklen, Ethanol-angereicherten Umgebungen – bevorzugt in Wein- und Brandykellern Mittel- und Südeuropas – vor. Die Mycelfarbe reicht von braun bis schwarz. ▪ Zum erstenmal dokumentiert in 1696. ▪ Das Vorkommen von Z. cellare ist vollständig abhängig von der Aktivität des Menschen. ▪ Es gibt keine Berichte von pathologischen Effekten bei gesunden Menschen. ▪ Der Pilz wurde von europäischen Winzern als förderlich beschrieben da in Gegenwart des Pilzes im Keller andere Schimmel und deren Gerüche verdrängt werden. 21 Wikipedia  Kellertuch, Kellerschimmel, Weinkellerschimmel Kellerkatze: Zasmidium/Cladosporium cellare 22 https://www.feierabend.de/Frankfurt-City/25-Berichte-ab-2016/01-Veranstaltungen- 2016/09-Kloster-Eberbach-und-Eltville-773897.htm http://www.zoonar.de/photo/kellertuch_2667328.html Jokus des Tages Zwei Knaben machten sich den Jokus und tranken Most im Keller. Da mußten beide auf den Lokus, jedoch der Most war schneller. Karl Valentin und Wilhelm Lutz Lieber Ratten im Keller als Verwandte im Haus. Martin Luther (1483 - 1546) 23  24 https://fineartamerica.com/shop/iphone+6+cases/spoilage Filamentöse Pilze: Sporenbildung Konidium, Konidien/conidiospores: asexuelle Sporen; Bildung von Sporenträgern, Konidiophoren 25 https://fac.ksu.edu.sa/sites/default/files/lab_6_10.pdf Sporulation bei Aspergillus nidulans Im Wildtyp entsteht zuerst eine Lufthyphe (Stiel, stalk). (A) Am Ende der Lufthyphe schwillt diese an und formt ein kugelförmiges Vesikel. (B) Metulae – die erste Zellgeneration – werden durch Knospung erzeugt. Metulae sind einkernig. (C) Aus den Metulae entsteht eine zweite Zellgeneration, die Phialiden. (D) Von den Phialiden werden Sporenketten abgesondert mit den Konidien. 26 J Cell Biol. 1995 Feb;128(4):485-98. Fischer R, Timberlake WE.  Sporulation bei Aspergillus nidulans 27 http://www.medical-labs.net/wp-content/uploads/2014/04/Aspergillus-flavus-under-microscope-150x120.jpg https://www.microbiologyinfo.com/wp-content/uploads/2015/07/Colony-Characteristics-on-Potato-Dextrose-Agar-PDA.jpg Sporulation bei Penicillium http://www.mycolog.com/CHAP4a.htm 28 Sporulation bei Penicillium Sterigmata=Phialiden http://www.madsci.org/posts/archives/1998- 02/886786455.Mi.r.html http://textbookofbacteriology.net/penicillium_colonies.jpg 29 Pilze und von ihnen verursachte Krankheiten ▪ Aspergillosis ist eine durch Aspergillus Arten verursachte Infektion. ▪ Die meisten Menschen atmen täglich Aspergillus Sporen ein, ohne zu erkranken. ▪ Menschen mit geschwächtem Immunsystem oder einer Lungenkrankheit haben ein erhöhtes Risiko, wegen Aspergillus Gesundheitsprobleme zu entwickeln. ▪ Dabei können allergische Reaktionen auftreten, aber auch Lungeninfekte oder Infektionen anderer innerer Organe. ▪ Bekannte Arten: A. fumigatus, A. flavus, A. niger, A. terreus 30 https://www.cdc.gov/fungal/diseases/aspergillosis/index.html Pilze und von ihnen verursachte Krankheiten ▪ Humane Pilzkrankheiten wurden erst im 20. Jahrhundert zu einem ernsten Problem. ▪ Gründe sind die ▪ Gestiegene Effizienz, bakterielle Infektionen zu behandeln ▪ Die gestiegene Zahl von immunodefizienten Patienten ▪ Die wachsende Zahl von in den Körper eingebrachter medizinischer Geräte ▪ Fungal infections take more than 1.3 million lives each year worldwide ▪ Die häufigsten humanpathogenen Pilze sind: ▪ Candida albicans ▪ Cryptococcus neoformans ▪ Aspergillus fumigatus 31  Rbb online 31.12.2021 32 https://www.krebsgesellschaft.de/onko-internetportal/basis-informationen-krebs/bewusst-leben/rauchen-zahlen-und-fakten.html https://www.rbb-online.de/supermarkt/zusatzmaterial/2021/aktuell-12-2021/zigaretten-deutschland-mehr-raucher-steuer-teurer-liquids- tabak.html#:~:text=Rauchen%20f%C3%BChrt%20zu%20vielen%20Todesf%C3%A4llen&text=J%C3%A4hrlich%20sterben%20in%20Deutschland%20ungef%C3%A4hr,Coronavirus%20nach%20fast%20zwei%20Jahren. Pilze und von ihnen verursachte Krankheiten ▪ Pilze können folgende Krankheiten verursachen: ▪ Oberflächliche Infektionen: Haut & Nagel ▪ Allergische Reaktionen ▪ Invasive Infektionen, systemischen Befall innerer Organe ▪ Die wenigsten Pilze sind humanpathogen ▪ Um beim Menschen Mycosen verursachen zu können, müssen Pilze: ▪ thermotolerant sein ▪ die Fähigkeit mitbringen, auf und in Geweben zu überleben und zu wachsen ▪ die Fähigkeit besitzen, der wirtsspezifischen Abwehr zu widerstehen 33 Candida albicans: Flucht vor Makrophagen 34 https://www.youtube.com/watch?v=WDShCWKQ4F8  Pilze und Krankheiten 35 https://www.sciencenewsforstudents.org/article/dinosaurs-extinction-asteroid-eruptions-doom https://www.google.com/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fwww.paleontologyworld.com%2Fsites%2Fdefault%2Ffiles%2FThe%2520Asteroid%2520That%2520Killed%2520the%2520Dinosaurs%2520Caused%2520Catastrophic%2520Climate%2520Change.png&imgrefurl=http%3A%2F %2Fr18worker.info%2Fsimilar%2Fthe-asteroid-that-killed-the-dinosaurs-caused-a-milehigh-746865.htm&docid=uE4THm8NTv- LoM&tbnid=fUfhSGRhEdTouM%3A&vet=10ahUKEwiSz_3cvtThAhWHGuwKHcfuD9wQMwhAKAAwAA..i&w=768&h=453&itg=1&bih=561&biw=1155&q=impact%20killed%20%20triceratops&ved=0ahUKEwiSz_3cvtThAhWHGuwKHcfuD9wQMwhAKAAwAA&iact=mrc&uact=8 The Day After ▪ Während einer sehr kurzen Zeitspanne – zwischen einigen Monaten und einigen Jahren – müssen die Pilze und andere Saprophyten, die auf toten Organismen leben, die dominierende Lebensform auf der Erde gewesen sein. ▪ Atmosphärischer Staub blockierte das Sonnenlicht und führte zum Absterben von Pflanzen, die auf Photosynthese angewiesen sind. ▪ Auf die Schicht aus fossilen Pilzen folgt ein 60 cm dicker Abschnitt mit Spuren der Erholungsflora, die sich relativ schnell wieder etablierte, zunächst Bodenfarne, auf die nach Jahrzehnten bis Hunderten von Jahren eine vielfältigere Gehölzvegetation folgte. ▪ Eine ähnliche Pilz- und Algenschicht ist von einer früheren Katastrophe bekannt, die sich vor 251 Millionen Jahren an der Grenze zwischen Perm und Trias ereignete. Dies war ein noch größeres Massensterben: Etwa 90 % der vorhandenen Arten verschwanden. 36 37 The Day After ▪ Die Autoren spekulieren, dass es nach dem Einschlag noch einige Jahre lang eine von Pilzen dominierte Welt gegeben hätte. ▪ Diese Zeit dürfte eine Zeit intensiven Pilzwachstums und einer intensiven Anpassung gewesen sein. ▪ Mikrobielle Abbauprozesse setzten dabei große Mengen Kohlendioxid frei – mit ungefähr dem gleichen Effekt, den wir jetzt erleben, d. h. der globalen Erwärmung >>> Global warming. ▪ Die Zeit des intensiven Pilzwachstums könnte den großen Raubtieren die Nahrung weggenommen haben und zusammen mit der Verringerung des Pflanzenlebens für das Verschwinden der großen Dinosaurier verantwortlich sein. ▪ Es wird auch spekuliert, dass zu dieser Zeit pilzliche Pflanzenpathogene entstanden sind, die die Entwicklung vieler unserer modernen Pflanzen vorangetrieben haben. ▪ Denken Sie auch daran, dass Säugetiere eine hohe Körpertemperatur haben, die für das Wachstum von Pilzen ungünstig ist – bis heute können relativ wenige Pilze Säugetiere infizieren. Es ist wahrscheinlich, dass diese frühen Säugetiere im Gegensatz zu ihren kaltblütigen Reptiliennachbarn äußerst resistent gegen Pilzbefall waren. 38 Klausurfragen: ▪ Anhand welcher sieben Eigenschaften kann man Leben definieren. Erklären Sie diese Eigenschaften (kurz = ein Satz) anhand von Saccharomyces cerevisiae. ▪ Beschreiben Sie drei Methoden zur Erzeugung von Reinkulturen von Mikroorganimsen. 39