Mikrobiologie (1) PDF

Mikrobio Rinke 1) Wie Mikroben die Welt beherrschen Was zählt zu MO: ○ Bakterien ○ Archaeen ○ Protozoa ○ Fungi ○ Algen ○ Viren 1.1 Bedeutung von MO …im täglichen Leben: Atmung: ○ GOE (Great Oxidation Event):...

Mikrobio Rinke 1) Wie Mikroben die Welt beherrschen Was zählt zu MO: ○ Bakterien ○ Archaeen ○ Protozoa ○ Fungi ○ Algen ○ Viren 1.1 Bedeutung von MO …im täglichen Leben: Atmung: ○ GOE (Great Oxidation Event): enormer Anstieg der Sauerstoffkonzentration in flachen Gewässern & der Atmosphäre vor ca. 2,4 Milliarden Jahren ○ → Wir haben Sauerstoff, seit Mikroben es produzieren ○ Mikroben erzeugen auf der Erde über 50% des Sauerstoffs ○ Artikel: Das Meer, das wir zum Atmen brauchen Hälfte des Sauerstoff in Atmosphäre aus Meer -> mikroskopisch kleine Algen und photosynthetische Bakterien → weil: ○ Ozean 70% der Erdoberfläche ○ ganz viele MO weiß man seit de 90er wie?: ○ mit Hilfe von Satelliten wurde Chlorophyllgehalt am Land und im Meer gemessen  → kombiniert mit Feldmessungen -> O-produktion und O-stoffverbrauch gemessen und Chlorophyllgehalt miteinbezogen Körperpflege: ○ wir haben bis zu 30 Billionen Mikroben in & auf uns ○ Die meisten sind gut → Symbiose: finden Nahrung & haben Schutzfunktion für uns Nahrung: ○ Lactobacillus: erzeugen durch Gärung Milchsäure → Joghurt, Sauerkraut, Käse ○ Hefe → Brot, Alkohol Verdauung: ○ Mikroben im Darm ○ Ballaststoffe (fibers): schwer verdauliche Pflanzenstoffe Nahrung für Mikroben Mikroben helfen beim Verdauen Viele Balaststoffe machen länger satt, weil sie länger verdaut werden müssen Klima: ○ CO2 ○ Mikroben können Photosynthese betreiben ○ Produzieren Methan ○ Artikel: Taut der Permafrost, bekommt das die Welt zu spüren ⅙ der gesamten Erdoberfläche -> Permafrostgebiet → Böden müssen mind. 2 Jahre lang dauerhaft gefroren sein -> oft schon seit Jahrtausenden -> dadurch mehrere hunderte Meter tief (Extremfall ½ km) Permafrost besteht aus: Gestein Sedimenten Erde- und unterschiedliche Eismengen in kalten Klimazonen /hohe Breitengrade) und Hochgebirgen  Folgen vom auftauen des Permafrostes: wirkt aufs weltweite Klima (Treibhausgase werden freigesetzt -> beschleunigen Erderwärmung) und ganze Ökosystem wirkt auf Landschaft, Infrastruktur, Wirtschaft, Bevölkerung vor Ort ist eig. wasserdurchlässig -> wenn taut, kann darüber liegende Wasser versickern -> Seen und Feuchtgebiete vertrocknen Boden wird instabil und verschiebt sich -> Küsten stürzen weg; Häuser, Brücken, Leitungen brechen zsm Erdrutsche und Steinschläge Permafrost-Kohlenstoff-Rückkopplung: mir Erderwärmung steigen Temperaturen im Untergrund -> organisches, kohlenstoffhaltiges Material und Steinböden taut im Boden auf -> wird von MO zersetzt → CO2 und Methan (=> Treibhausgase) werden freigesetzt -> verstärken Treibhauseffekt -> treiben Erderwärmung an -> Permafrost taucht noch mehr auf -> noch mehr Methan und CO2 wird freigesetzt => Permafrost-Kohlenstoff-Rückkopplung Methan treibt Erderwärmung 25-mal so stark an als CO2 (bis zu 1500 Gigatonnen im Permafrost) in allen Gebieten mit Permafrostböden -> weltweite Temperatur in mehr als 10 m Tiefe (von 2007 bis 2016) durchschnitt. 0,3 Grad stieg -> bis 2100 um 0,13 - 0,27 ° Krankheiten: ○ Pest: ausgelöst vom Bakterium Yersinia pestis (natürliches Erregerreservoir sind Nagetiere: Ratten, Mäuse, Wiesel, Hasen, etc. & ihre Flöhe) ○ Salmonellenvergiftung ○ Tuberkulose ○ HIV  ○ Corona-Virus ○ Helicobacter (muss nicht unbedingt negative Folgen haben) ○ Meningokokken Recycling von Rohstoffen: ○ Manche können Plastik abbauen (aber sehr langsam) ○ Bioabfälle ○ Holz ○ Tote Organismen (z.B. Menschen) Zusammenfassung: in großen Mengen fast überall zu finden klein -> meisten sieht ma none Mikroskop nicht meistens harmlos; viele nützlich und überlebenswichtig (-> Haut- und Darmbakterien); mache können Krankheiten auslösen und sind manchmal sogar tödlich spielen auf der Erde eine grundlegende Rolle im Ökosystem und bilden Rückgrat vieler Nahrungsnetze beeinflussen Klima werden zur Herstellung von Lebensmitteln, Biokraftstoffen, Medikamente genutzt zum größten Teil unerforscht Beispiele von MO: Größe: Artikel:Größte Mikrobe der Welt - Ein Goliath unter den Bakterien Thiomargarita magnifica -> Form und Größe von Wimpern → wurden in den Mangrovensümpfen Guadeloupes gefunden durchschnitt. 1 cm lang, manchmal 2 bestehen aus einer einzigen Bakterienzelle Lebensgrundlage => Schwefelwasserstoff (im Wasser zwischen den Baumwurzeln sammeln sich große Mengen an Blätter an -> zersetzen -> es entstehen fluffige Sedimente mit Schwefelwasserstoff)  Energie erzeugt sie in einem Netzwerk von Membranen überall im Inneren Genom -> 12 Millionen Basenpaare lang hunderttausende Kopien des Genoms über ganze Zelle verstreut - > kann damit lokal reagieren DNA in “Säckchen” aus Membranen -> membranenverpackte DNA Mikrobiome des Menschen: Artikel: Wie viele Bakterien überträgt ein Kuss? bei 10s Kuss werden 80 Mio. Bakterien ausgetauscht → orale Mikroflora gleicht sich beim häufig Küssen an Mensch besitzt ca. 100 Milliarden MO unterschiedlicher Art -> im Mund ca. 700 Arten wichtig bei Verdauung; beeinflussen Stoffwechsel und Immunsystem MO schützen -> halten Krankheitserreger vom Darm, Haut und Schleimhäuten Zusammensetzung der Bakterien abhängig von Alter, Verlagerung, Ernährung und von Menschen, mit denen man zusammen lebt Für Studie wurde Mundflora von 21 niederländische Paare untersucht -> wurden nach ihrem Kussvehalten und Kusshäufigkeit am Tag gefragt → Speichelprobe und Proben von der Zungenoberfläche wurden entnommen → gaben einem Partner probiotisches Getränk (mit Bakterien, die durch Laboruntersuchungen leicht nachzuweisen sind) -> gaben sich dann einen Kuss → Speichelprobe vom anderen Partner wurde entnommen und untersuchtn Zusammensetzung der Speichel-MO stimmen stark überein -> wenn man min 9-mal am Tag sich einen 10s Kuss gibt 1.2 Geschichte der Mikrobiologie Beispiele:  ○ prähistorische Menschen nutzten Gärung: Töpfergefäße aus (neolithischen Dorf) in China -> 7000 v. Chr. -> fermentiertes Getränk aus Reis, Honig, Früchten Israel -> ältester menschengemachter Alk -> 13000 Jahre -> Bier Mikrobielle Gärung: ○ Bakterien, Schimmelpilze,Hefe -> wandeln Zucker in Alk, Gase, org. Säuren um Hefegärung: Hefe => Sacchamocyes cerevisiae ○ vertsoffwechseln Kohlenhydrate im Mehl -> produzieren Kohlenstoffdioxid (-> Gasblasen in Brot) -> lässt Brot aufgehen Ötzi: infiziert mit Eiern des Parasiten Trichuris trichiura Hinweise auf Borrelia burgdorferi -> verursacht Lyme-Borreliose (kriegt man von Zeckenbissen) im Magen mit Helicobacter pylori infiziert Antikes Griechenland und Römer: glaubte Krankheiten kommen aus schlechter Luft (=> miasmatische Gerüche) Römer glaubten daran -> schufen komplexe sanitäre Infrastrukturen -> um Abwässer umzugehen Cloaca Maxima -> größte Kanalisation => leitete Abfälle aus Rom in Tiber; Latrinen entleerten in Cloaca Maxima Geburt der Mikrobiologie niederländische Tuchhändler Antonie van Leeuwenhoek -> entwickelte erste Linse -> war stark genug um MO zu sehen → beobachtete Einzeller -> nannte sie "animalcules"  Heute verwendet man: ○ Lichtmikroskop ○ Elektronenmikroskop ○ “Confocal” -> konfokale Laser-Scanning-Mikroskop Louis Pasteur: erfinder der Pasteurisierung -> durch kurzes Erhitzen werden verderbliche Lebensmittel haltbar gemacht Erkenntnis: ○ MO sind für Zersetzungsprozess verantwortlich stellte erste Labor-Impfstoffe her: ○ injizierte Hühner mit hochvirulenten Erreger der Hühnercholera -> starben innerhalb 24h ○ gab Hühnern abgeschwächten KE -> waren offenbar immun Robert Koch: entdeckte Erreger der Tuberkulose (Mycobacterium tuberculosis) isolierte Cholera Erreger: Vibrio cholerae -> sieht aus wie Komma Kochs Postulate: -> 4 Kriterien zur Identifikation von KE ○ 1. Erreger muss in allen Fällen nachweisbar sein -> Beobachtung von Blut/Gewebe unter Mikroskop ○ 2. muss in Reinkultur gezüchtet werden können -> Probe von kranken Tieren auf Agarplatten ausgestrichen ○ 3. Infektion mit Reinkultur muss gleiche Krankheit hervorrufen -> gesundes Tier wird mit mutmaßlichen Erreger infiziert -> Blut-/Gewebeprobe wird entnommen und analysiert ○ 4. Erreger muss wieder aus kranken Organismus isoliert werden können Systematischer Ansatz Klassifikation -> Unterteilung von Organismen in verschiedene Gruppen -> anhand gemeinsamer Merkmale  Taxonomie -> klassifizierung, Benennung Beschreibung von Organismen → Carolus Linnaeus: woasch eh Baum des Lebens im Laufe der Jahrhunderte: Carolus LInnaeus 1758: ○ 3 Reiche: Tiere Pflanzen Mineralien Ernst Haeckel 1866: ○ schlug 4 Reiche vor: Protisten -> für einzellige Organismen Monera -> heute Bakterien Tiere Pflanzen Robert Whittaker 1969: ○ schlug weiteres Reich vor: Pilze 2) Mikrobielle Evolution und Zellstruktur 2.1 Domäne des Lebens Robert Whittaker (1969): ○ Führte ein Fünf-Reiche-System ein: Monera (Prokaryoten), Protista, Fungi, Plantae und Animalia. Dieses System basierte auf makroskopischen Beobachtungen und grundlegenden Unterschieden in Zellstrukturen und Ernährung ○ Schwachpunkt: Keine molekularen Daten zur Unterscheidung der Mikroorganismen. moderner Baum des Lebens: von Carl Woese, USA ○ basierend auf DNA 16S(bei Prokaryoten)/18S (bei Eukaryoten) rRNA Gene -> 3 Domäne des Lebens  2 Domäne des Lebens: -> basierend auf DNA -> Phylogenese: Entstehung des Lebens:  ○ Erde entstand vor 4,6 Mill. Jahren → Atmosphäre und Wasser entstehen ○ → simple Moleküle bildeten sich ○ vor 3 Mill. Jahren -> prokaryotische Zellen ○ ca. 2,5 Mill Jahren -> photosynthetische Zellen entstanden, die O2 als Nebenprodukt erstellten ○ → aerobe Zellen bildeten sich ○ → später lebten kleinere prokaryotische Zellen in größeren => Endosymbiontentheorie ○ vor 2 Mill. Jahren => erste eukaryotische Zelle ○ vor 1 Mill. Jahren => mehrzellige Organismen Prokaryoten vs. Eukaryoten ○ Prokaryoten: Kein Zellkern: DNA liegt frei im Zytoplasma (Nukleoid). Fehlen von membranumhüllten Organellen. Meist kleinere Zellgröße (1–10 μm). ○ Eukaryoten: Zellkern: DNA ist von einer Kernmembran umhüllt. Besitzen komplexe Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten. Zellgröße oft größer als Prokaryoten (10–100 μm). Endosymbionten Theorie: ○ kleinerer Prokaryot (Vorfahren der Mitochondrien (Alphaproteobacteria) und Chloroplasten (Cyanobakterie)) wurde von einem größeren Prokaryot “verschluckt” -> überlebte -> wurde Teil der Zellorganellen Fossile Beweise ○ Stromatolithen: Fossile Schichten aus Cyanobakterien, ~3,4 Milliarden Jahre alt. ○ Acritarchen: Älteste bekannte Eukaryotenfossilien, ~1,6 Milliarden Jahre alt. Phylogenie:  ○ beschäftigt sich mit der evolutionären Beziehung und Stammbaumgeschichte zwischen verschiedenen Organismen ○ Methoden: auswertung von strukturellen (morphologischen) und anatomischen Merkmalen vergleich der Ontogenese (Entwicklung einzelner Organismen) von Lebewesen (-> Kiemenbögen bei allen Wirbeltieren, inkl. Mensch) molekulargenetische Analyse des Genoms -> z.B. DNA-Sequenzanalyse Wir sind alle Asgardianer (Artikel): ○ Asgardarchaeota: Verbindung zwischen Prokaryoten und Eukaryoten ○ Eine Gruppe von Archaeen, die genetische Merkmale teilen, die typisch für Eukaryoten sind. ○ Enthalten „Eukaryotic Signature Proteins“ (ESPs), die auf eine Verbindung zur Evolution der Eukaryoten hinweisen. ○ Morphologie: Asgardarchaeota zeigen Membranprotrusionen, die physikalische Interaktionen mit anderen Mikroben fördern könnten – ○ möglicherweise der Ursprung der Endosymbiose Mikrobiologie 6, Seite 4. ○ Beispiel: „Lokiarchaeota“ entdeckt in hydrothermalen Quellen wie „Loki’s Castle“. 2.2 Mikrobielle Zellstrukturen Unterschiede zwischen bakterien, Archaeen und Eukaryoten Zellkern: ○ Eukaryoten => von einem Membran umgebenden Nucleus ○ Prokaryoten => Nucleoid (Nucleus ähnlich) -> beinhaltet das ganze bzw. fast das ganze Erbmaterial Histone: (-> Proteine, die DNA verpacken und ordnen) ○ Eukaryoten => DNA wickelt sich um Histone (hohe Organisation)  ○ Archaeen => YESS ○ Bakterien => histonähnliche Proteine(haben aber kleine einfache Proteine, die DNA-Struktur instandhalten (German ?!?)) Größe des Genoms: ○ EUK => größe Amöbe hat ca. 670 Gbp -> haben also größeres Genom als PRO ○ Archaeen => 0.5 bis 6 Mbp ○ Bakterien => 0.6 bis 16 Mbp _> haben also größeres genom als Archaeen Morphologie (Bakterien und Archaeen) Bakterien: ○ Kokkus ○ Stäbchen ○ Spirillum ○ Spirochät ○ knospend ○ filamentös Archaeen: (kennt man bis jetzt) häufig ○ Kokken ○ Stäbchen ○ Spirillen Zellmembran Funktionen:  ○ Permeabilitätsbarriere => verhindert Auslaufen und als Einlass für Nährstoff- und Abfalltransport ○ Proteinanker => Zellmembran besitzt viele Proteine -> sind an Transport bei Energiegewinnung und Chemotaxis beteiligt ○ Energiegewinnung => Ort der Energieerzeugung und Energiekonservierung und zuständig für protonenmotorische Kraft Phospholipide bei Archaeen: ○ Isoprenketten (Standhafter für extreme Habitate) ○ Etherbindungen ○ L-Glycerol ○ Phosphatgruppe Phospholipide bei Bakterien und EUK: ○ Fettsäureketten ○ Esterbindungen ○ D-Glycerol ○ Phosphatgruppe Zellwand: ○ Bietet Schutz, Stabilität, Struktur, ○ bei Bakterien => aus Peptidoglykan → Murein ○ bei Archaeen => NO Peptidoglykan, ABER Pseudopeptidoglykan -> hat andere chemische Struktur, von der Funktion her aber gleich → Pseudomurein ○ bei EUK => (bei Pflanzen und Pilze) aus Polysacchariden Transkription und Translation ○ PRO: gleichzeitig im gleichen Ort I guess (Jesus Christ, sogt de nicht-Gläubige) 70S Ribosome 1 Typ von RNA-Polymerase ○ EUK: passieren an 2 verschiedenen Orten  80S Ribosome 3 Typen von RNA-Polymerasen Zellorganellen: ○ PRO: nope ○ EUK: yess Stoffwechsel: ○ Bakterien: können kein Methan produzieren können Stickstoff fixieren können Photosynthese betreiben sind Chemolithotroph ○ Archaeen: manche (?) können Methan produzieren können N fixieren können keine Photosynthese betreiben sind Chemolithotroph ○ EUK: können kein Methan produzieren können kein N fixieren können Photosynthese betreiben sind nicht Chemolithotroph Gramfärbung bei Bakterien: ○ Grampositiv: Dicke Mureinschicht. ○ Gramnegativ: Dünne Mureinschicht zusätzliche äußere Membran. Taxonomie vs. Nomenklatur ○ Taxonomie: Systematische Einteilung von Organismen basierend auf evolutionären und morphologischen Merkmalen. Beispiel: Hierarchien wie Reich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art. ○ Nomenklatur:  Wissenschaftliche Benennung der Organismen nach binärer Systematik (Carl von Linné). Beispiel: Homo sapiens (Gattung „Homo“, Art „sapiens“) 3) Molekulare Information und Bakterien 3.1 Fluss der Molekularen Information Zentrales Dogma der Biologie => Proteinbiosynthese DNA: Deoxyribonucleic acid ○ deutsch: DNS -> Desoxyribonukleinsäure ○ hat Info zur Proteinsynthese ○ besteht aus Nukleotiden -> bilden Basenpaare ○ Doppelhelix -> wird mit H-brückenbindungen zwischen Basen zsmgehalten ○ Länge der DNA = Anzahl der Basenpaare ○ DNA Sequenzierung = Nukleotid (besteht aus einem Phosphatgruppe, Desoxyribose Zucker und Base) ○ Position in der Zelle: EUK => Zellkern PRO => als Plasmide (ringförmige DNA), Chromosome (im Nucleoid) RNA: Ribonucleic acid ○ deutsch: RNS -> Ribonukleinsäure ○ Nukleotid -> besteht aus Phosphatgruppe, Ribose zucker (also mit Hydroxylgruppe [-OH], Base ○ statt Thymin -> Uracil ○ Einzelstrang -> somit nicht so stabil bei EUK: ○ Transkription im Zellkern ○ Translation bei Ribosomen, also im Cytoplasma (entweder bei rauen ER oder freie) ○ machen Splicing bei PRO:  ○ beides im Cytoplasma ○ passiert gleichzeitig ○ kein Splicing Proteinbiosynthese: ○ Transkription: im Zellkern RNA-Polymerase bindet sich an einem bestimmten Bereich der DNA (passiert mit Hilfe eines Promotor) → dafür muss Doppelhelix aufgelöst werden RNA-Polymerase bewegt sich entlang DNA (codogener Strang) -> fügt komplementäre Base (bzw. Nukleotid) hinzu -> bildet somit mRNA mRNA löst sich dann von DNA und steuert Richtung Cytoplasma bzw. zu den Ribosomen ○ mRNA führt vor Translation Splicing durch -> Introns werden herausgeschnitten und Extrons bleiben übrig => reife mRNA ○ Translation: bei Ribosomen mRNA bindet sich an Ribosom Translation beginnt dann am Startcodon tRNA´s besitzen komplementären Codon (Anticodon) - > dockt an Codon bei mRNA -> synthetisiert dann das jeweilige AS Kette wird solange gebildet bis Stoppcodon erreicht wird (Poly)Peptidkette wird freigesetzt Gramfärbung: ○ 3.2 Diversität der Bakterien Taxonomische Ränge => GTDB: Genome Taxonomy Database ○ Genome basierte Klassifizierung für Bakterien und Archaeen Deinococcus radiodurans: ○ Phyla: Deinococcota ○ Artikel: Superbakterien gegen radioaktive Verseuchung: Es gibt Mikroben die freiwillig Uran “fressen”  →Deinococcus radiodurans: fan man in 50ern in Fleischkonserven (waren mit hohen Dosen radioaktiver Strahlung sterilisiert) der US- Armee -> MO vermehrte sich hier MO übersteht Strahlendosen von mehr als 10.000 Gray -> Zellen sterben nicht ab Problem: MO findet radioaktive Giftstoffe nicht “lecker” [picky eater 💀] -> wandelt sie daher nicht um musste deswegen genmanipuliert werden → brachten MO dazu Phosphat zu erzeugen und in Umwelt anzugeben => Uran reagiert mit Phosphat -> bildet unlösliche Verbindung man weiß nicht wie MO sich mit anderen Radionuklide außer Uran verhält ○ Deinococcota: sind extremophil haben dicke Zellwand -> sind grampositiv haben aber einen 2. Membran -> haben daher eine ähnliche Struktur zu gramnegativen einzigartiges Mechanismus, um DNA zu reparieren → isolieren beschädigtes Segment in einer kontrollierten Umgebung und reparieren es Magnetospirillum: ○ Phyla: Pseudomonadota ○ Klasse: Alphaproteobacteria ○ Artikel: Magnetische Bakterien gegen Krebs: Bakterien aus Gattung Magnetospirillum leben in =O2-armen gewässern -> nehmen gelöstes Eisen aus Umgebaut auf => sind dadurch magnetisch -> orientieren sich am Magnetfeld der Erde → können aber auch mit Hilfe eines Magnetfeldes sich bewegen möchte dies für Krebstherapie nutzen -> da das Innere von Tumoren O2-arm ist  rotierendes Magnetfeld erfasst alle Bakterien (die im Bereich des Magnetfeldes kommen) -> lenkt sie dann in Richtung Tumor/e → Magnetfeld versetzt Bakterien in Rotation um eigene Achse und hält sie ständig in Bewegung => dadurch fällt es Bakterien leichter sich in die temporär entstehenden Gefäßwand-Lücken zu zwängen -> können sich dann autonom tief in Tumor eindringen (wegen niedriger O2-konzentration [duh]) den Bakterien werden Nanobläslchen aus fettartigen Stoffen (-> Liposomen) angehängt -> sind mit Medikament zur Bekämpfung des Tumors bepackt -> setzen es dan im Tumor frei ○ Pseudomonadota: eine der größeren Phyla im Domän der Bakterien → dazu gehören viele wichtige stickstofffixierende Bakterien und KE: Salmonella Typhimurium (gramnegativ) → eines der hauptverursachenden Bakterien für menschlicher Gastroenteritis ○ Neisseria gonorrhoeae: Gonorrhoe -> einer der häufigsten sexuell übertragbaren Infektionen weltweit (2020 gab es weltweit über 83 Mio. Infektionen kann durch Schleimhautkontakt beim ungeschützten oralen, vaginalen und analen GV oder bei Geburt von Mutter auf Kind übertragen werden Krankheitsbild: ca. 1-14 Tage von Ansteckung bis erste Symptome erste Symptome beim Mann: -> Rötungen und Schwellungen an Harnröhrenmündung mit Schmerzen beím Urinieren und eitriger Fluss erste Symptome bei Frauen: -> vermehrter Ausfluss, Schmerzen beim Urinieren, Zwischenblutungen  Oft verläuft Infektion ohne Symptome oder mit milden Symptomen -> kann daher unbemerkt sich weiterverbreiten Infektion auch im Mund- und Rachenbereich und Analbereich auftreten Heilung durch Antibiotikatherapie -> Bakterium hat resistenz gegen übliche Antiobiotika aufgebaut OPA-Proteine des Bakteriums ändern (bzw. tauschen) die immunogenen Oberflächenmerkmale der Wirtszelle (gegen neuartige Varianten aus) → dies erschwert den Immunsystem das Bakterium anzugreifen Die Kohlenhydratstruktur von LOS ahmt Wirtsmoleküle und menschliche Oberflächenantigenen nach -> macht es so schwer einen Impfstoff herzustellen Bakterium kann ihr Genom durch Mutation und horizontale Gentransfer verändern (entweder ganzes Gen oder einen Teil) Seitdem man das Bakterium in den 30ern mit Sulfonamiden behandelte -> Bakterium entwickelte genetische Resistenz zu allen großen Antibiotikaklassen (die man bei der Erstbehandlung nutzt) aufgebaut Bakterie kann sich dann so weiterentwickeln, dass es für weitere Antibiotika resistenz aufbaut ⇒ wird deswegen von WHO als “superbug” bezeichnet ○ Klasse: Gammaproteobacteria ○ → Pseudomonas aeruginosa In Biofilmen (in Schleim eingebettete, langsam wachsende Bakterien) schadet den Erregern Antibiotikatherapie kaum bis gar nicht Pseudomonas aeruginosa bildet Biofilme -> sorgt so für chronische Infektionen in Lunge man fand Enzym -> zerstört Biofilm vom Bakterium und Bakterie kann dann mit anschließender Antiobiotikatherapie behandelt werden ⇒ Pyocyanin-Demethylase (PodA)  → Enzym oxidiert Methylgruppe in Pyocyanin (Methylgruppe in dieser von Bakterium produzierten Substanz) zu Formaldehyd → Substanz ist chemisch betrachtet ein Phenazin (blaues Pigment) -> wird schon länger zur Identifikation von Pseudomonas aeruginosa und zur Zustandekommen der Biofilme dieses Bakteriums wichtig ist → Biofilme können sich dann in Gegenwart von PodA nicht bilden Verbreitung: -> feuchtes Milieu ⇒ feuchte Böden, Oberflächengewässer, Leitungswasser, Waschbecken, Duschen, Schwimmbecken, Toiletten, Spülmaschinen, Dialysegerät, Medikamenten, Desinfektionsmittel == sind Stäbchenbakterien mit ein oder mehrere polare Geißeln Bakterium ist gramnegativ Bacillota: (Synonym -> Firmicutes) ○ Lactobacillus (grampositiv) stäbchenförmiges Bakterium in Milch typische Gattung der Milchsäurebakterien -> Glucose und andere Monosaccharide zu Milchsäure abgebaut (Soja)Joghurt, Sauerkraut, Kimchi, Apfelessig ○ Staphylococcus: (grampositiv) kommt in vielen Habitaten vor meist harmlos gehört beim Menschen zur normalen Besiedlungsflora der Haut und Schleimhaut hat Wirt aber schwaches Immunsystem -> Bakterium breitet sich aus ⇒ Hautentzündungen, Muskelerkrankungen, Lungenentzündung, Herzinnenhautentzündung Bacteriodota: (gramnegativ)  ○ in Umwelt weitverbreitet -> Boden, Sediment, Meerwasser, im Darm, auf Haut ○ Darm: mehrere Arten der Bacteriodota dominierend nützlichen Bakterien im Darm ⇒ verstoffwechseln Poly- und Oligosaccharide → versorgt so Wirt und andere MO´s im Darm mit Nährstoffen und Vitaminen Patescibacteriota (CPR): ○ kleine Genome ○ Fehlen von wichtigen Biosynthesen: Nukleotid Biosynthese AS Biosynthese Pentosephosphatweg (PPP) ○ vermutlich obligate Symbionten oder Parasiten ○ Vampirococcus lugosii: (grampositiv) ernährt sich an anoxygenen photosynthetischen Gammaproteobacteria -> absorbiert ganzes Cytoplasma (mit Organellen) Cyanobacteria: ○ => “Blaualgen” ○ betreiben Photosynthese ? ○ bilden Filamente 4) Archaeen Halobacteriota: ○ leben in hohen Salzkonzentrationen (20-30 %!) ○ Große „Blüten“ von Haloarchaea erscheinen rosa bis rot, vom ○ Pigment Bakteriorhodopsin: zur Etablierung eines Protonengradienten ○ halten gelöste Stoffe wie Kaliumchlorid (KCl) im Zellplasma zurück, um den osmotischen Druck ausgleichen können ○ osmotischer Druck = der Druck, der zwischen zwei Flüssigkeiten herrscht, die durch einen sogenannte semipermeable Membran getrennt sind.  ○ Spezielle Proteine und Enzyme: Ihre Proteine und Enzyme sind so strukturiert, dass sie unter hohen Salzkonzentrationen stabil und funktional bleiben. ○ Phototrophe Energiegewinnung: Viele Halobacteriota besitzen das Protein Bakteriorhodopsin, mit dem sie Licht nutzen, um ATP zu erzeugen (lichtgetriebene Protonenpumpen). ○ Schutz vor UV-Strahlung: Sie enthalten Carotinoide, die als UV-Schutz fungieren und ihnen eine rote oder orange Farbe verleihen. ○ Haloquadratum walsbyi: wurde 1980 in einem hybersalinen Küstenbecken auf der Sinai-Halbinsel in Ägypten entdeckt Zellen enthalten Polyhydroxyalkanoat (PHA)-Granulat sowie eine große Anzahl lichtbrechender, gasgefüllter Vakuolen, die in einer wässrigen Umgebung für Auftrieb sorgen und die Zellen Richtung Oberfläche = Licht zu positionieren. Es gedeiht bei sättigenden Salzkonzentrationen, wo es bis zu 80% der Mikroben Population ausmachen kann Thermoplasmatota: Poseidonales: ○ die am häufigsten vorkommende planktonische Archaeengruppe in Meeresoberflächengewässern ○ bisher nicht kultiviert! ○ Sind heterotroph ○ Nutzen organische Moleküle als Energiequellen ○ Keine Zellwand sondern flexible Membran aus Etherlipiden ○ Abbau von organischem Material ○ Genetisch an lichtreiche, oligotrophe Lebensräume angepasst ○ Thermoplasma acidophilum: Thermoplasma acidophilum ist eine Art von thermophilen (wärmeliebenden) Archaeen, einer Gruppe von Mikroorganismen, die sich von Bakterien und Eukaryoten unterscheidet. Sie wurde in heißen Quellen und anderen extremen Umgebungen entdeckt. Aus einer selbst entzündenden Kohlehalde bei pH 2 und 59 °C isoliert.  Thermoplasma Arten sind stark begeißelt > Thermoplasma acidophilum: - wächst optimal bei 56 °C (133 °F) und einem pH-Wert von 1,8. - hat keine Zellwand und die Zellmembran ist exponiert. Methanobacteriota: Methanobacteriota ist eine Gruppe von Archaeen, die Methan produzieren. Diese Mikroorganismen gehören zur Ordnung der Methanobacteriales, die als wichtige Methanbildner in natürlichen und künstlichen Umgebungen bekannt sind. ○ Substrate für die Methanerzeugung werden in 3 Gruppen eingeteilt: 1) Kohlenstoffdioxid-Typ (Hydrogenotropher oder CO2 Reduktionsweg) 2) Methyl- oder andere C1-Kohlenstoffe (Methylotropher Weg) 3) Acetoklastischer Weg Methanogene wurden in 3 Haupttypen von Ökosystemen gefunden: Süßwassersedimente, Sümpfe, Torfmoore, Reisfelder und Abwasserkläranlagen, z.B. Methanobacterium ○ Bakterien bauen Biopolymere zu Alkoholen und Fettsäuren, und die Fettsäuren zu Acetat und Kohlendioxid ab. M. nutzt diese Produkte zur Methanerzeugung. ○ In Organismen (d. h. Pansenflüssigkeit und Verdauungstrakt), zB. Methanobacterium und Methanobrevibacter – meist hydrogenotroph ○ Umgebungen mit geothermischen Gase (z. B. Kohlendioxid und Wasserstof) die von Methanogenen verwendeten werden. Diese Plätze sind oft auch heiß (z. B. Geysire, Solfataren und heiße Quellen): z.B. Methanothermus fervidus ○ Methan in Kühen: Methanobakterien spielen eine wichtige Rolle im Verdauungstrakt von Kühen und anderen Wiederkäuern. Diese Mikroben, die zu den Methanogenen (Methan-produzierenden Mikroorganismen) gehören, sind verantwortlich für die Produktion von Methan (CH₄) im Magen der Kühe. Diese Mikroorganismen sind ein zentraler  Bestandteil der mikrobiellen Gemeinschaft, die an der Verdauung von Pflanzenmaterial in den Wiederkäuern beteiligt ist. Methan wird im Pansen der Kühe produziert Methan ist ein starkes Treibhausgas, welches erheblich zur Treibhausgas-Emission beiträgt und somit auch den Klimawandel beeinflusst Thermoproteota: Thermoproteota ist eine Gruppe von Archaeen, die in extrem heißen Umgebungen gedeihen. Diese Mikroorganismen gehören zu den Extremophilen, da sie hohe Temperaturen (thermophil) und teilweise auch hohe Säuregrade oder andere extreme Bedingungen überstehen können. Der Begriff Thermoproteota bezieht sich auf eine bestimmte taxonomische Gruppe innerhalb der Domäne der Archaeen. ○ Bis 2005 waren alle kultivierten Thermoproteota thermophile oder hyperthermophile Organismen: wachsen bis zu 113 °C ○ Die hyperthermophile Lebensweise beschreibt Organismen, die in extrem heißen Umgebungen leben und gedeihen, meist bei Temperaturen von über 80 °C. Solche Umgebungen umfassen hydrothermale Quellen, Tiefsee- Schlote, vulkanische Böden und heiße Quellen. Asgardarchaeota: Asgard-Archaeen sind eine Gruppe von Archaeen, die genetisch eng mit Eukaryoten verwandt sind. Sie leben in extremen Umgebungen (z. B. Tiefseesedimente) und besitzen Gene, die typisch für eukaryotische Funktionen sind, wie Zytoskelett- und Membranaufbau. Sie gelten als mögliche Vorfahren der Eukaryoten und spielen eine Schlüsselrolle in der Evolution komplexen Lebens. ○ Morphologie: Kleine, einfache Zellstruktur: Typisch für Archaeen, ohne komplexe Organellen. Irreguläre Zellformen: Manche zeigen unregelmäßige, verzweigte oder kugelige Formen, ähnlich wie Amöben.Größe: Ihre Zellen sind mikroskopisch klein, oft im Bereich von 0,2 bis 1 Mikrometer  Nanoarchaeota: ○ Wächst bei etwa 80 °C = thermophil. - Zellen haben nur einen Durchmesser von 400 nm (= einer der kleinsten lebenden Organismen). ○ Es fehlen die meisten Gene für die Synthese von Aminosäuren, Nukleotiden, Cofaktoren und Lipiden ○ Obligater Symbiont auf Ignicoccus (Archaea) – muss zum Überleben mit dem Wirtsorganismus in Kontakt sein, z.B. erhält Lipide von Wirt. ○ Alitarchaeota: Die Alitarchaeota sind eine Gruppe von Archaeen, die sich durch ihre Anpassung an extreme Umgebungen auszeichnen, insbesondere an anoxische (sauerstofffreie) Lebensräume. Sie besitzen eine schützende Zellmatrix, filamentartige Anhängsel und sind chemolithotroph, nutzen also anorganische Substanzen wie Wasserstoff oder Schwefel zur Energiegewinnung. Häufig leben sie in biofilmartigen Gemeinschaften und beeinflussen den Eisen- und Schwefelkreislauf. Entdeckt in einem Sumpfgebiet in Deutschland. „String-of-pearls community“ = „Perlenkettengemeinschaft“ – gebildet von Altiarchaeota zusammen mit fadenförmigen Bakterien; gedeihen im Oberflächenwasser sulfidischer, kalter Quellen. Fadenförmige, stacheldrahtartige Zelloberflächenfortsätze („hami“ = Haken) Mögliche Funktionen des Hami neben der Bindung bleiben unklar.  5) Pilze und Schleimpilze meisten Pilze bestehen aus Protisten (Einzelzeller) Opisthokonta: ○ griechisch für “Hinterpolige” - Geißeln sind auf der Hinterseite ○ Tiere, Pilze & mehrere Protisten ○ 2 Hauptliniern - Holozoa (Menschen & Tiere) & Holomycota (Pilze) Amoebozoa: ○ oft Teil der ‘supergroup’ Amorphea ○ beinhaltet Amoeba & Schleimpilze Schleimpilze (slime molds) ○ = informeller Name für polyphyletische Ansammlung nicht verwandter eukaryotischer Organismen “the blob” = Protist mit vielfältigen Zellformen & weltweiter Verbreitung ○ bildet ein Plasmodium (= leuchtend gelber mehrkerniger Organismus) ○ besitzt kein Gehirn & keine Nervenzellen ○ bildet Netzwerk aus einzelnen Zellen -> verbindet sich zu “Superzelle” (kann Stofftransporte durchführen & sogar Informationen speichern und weitergeben) ○ “erinnern” sich z.B. an Futterquellen & finden effizientesten Weg zwischen 2 Punkten -> Projekt: Schienensystem von Tokio: - Schienensystem wurde mit Haferflocken nachgebaut (Futter des Schleimpilzes) - Schleimpilz kann bei optimalen Bedinungen 1cm pro Stunde wachsen --> erstaunlich ähnliche Ergebnisse, wie der bereits vorhandene Schienenplan  - Physarium meidet Licht -> Karte wurde mit dunklen Bereichen versehrt & das Meer wurde hell beleuchtet, um Ergebnisse zu verbessern - Ergebnis: Kosteneffizient war etwas besser & Fehlerqupte war ziemlich gleich, Physarium war aber deutlich schneller ○ Fortpflanzung: - kann als Einzeller gut überleben & sich vermehren - bei viel Feuchtigkeit bilden sie Geißeln & verbinden sich miteinander -> Organismus entsteht - Zellen teilen sich und es entsteht das Plasmodium mit vielen Zellkernen Dictyostelium discoideum ○ kein Plasmodium (kein mehrkerniger Organismus) ○ vegetative Phase = eine haploide, einzellige & einkernige Amöbe ○ alle Amöben in der Umgebung werden angezogen ○ bewegen sich dann wie ein Organismus fort ○ bis zu 100.000 Amöben finden sich zur Aggregation zusammen & formieren sich zu einem Pseudoplasmodium ○ aber Zellen fusionieren nicht, sondern bilden einen multizellulären Verband ○ Wachstumsphase (Amöbe): Zellen existieren als einzelne Amöben und ernähren sich von Bakterien, dauert an, bis Nahrung knapp wird. Streaming: Bei Nahrungsmangel beginnen die Amöben, sich zu gruppieren und bilden einen Aggregationsstrom Mound: aggregierten Amöben formen “Mound” (Hügel), indem sie sich in Haufen zusammenfinden. Finger: Der Mound entwickelt sich zu einer säulenartigen Struktur, dem sogenannten “Finger”. Wandernder Slug: Der Finger kippt und bildet den “Slug” (Schnecke), der sich aktiv bewegen kann, um günstigere Umgebung für Entwicklung zu finden. Im Slug gibt es bereits eine Differenzierung in Prä-Spore- und Prä-Stielzellen.  Mexican Hat: Der Slug beginnt mit der Umstrukturierung —> Oberseite wölbt sich und nimmt Form eines mexikanischen Huts an Kulmination: Die Differenzierung setzt sich fort, und die Struktur formt sich weiter zu einem Fruchtkörper mit einem Stiel. Fruchtkörper: Der reife Fruchtkörper besteht aus Stiel und Sporen an der Spitze. Sporen werden freigesetzt und können in neuer Umgebung keimen, wenn die Bedingungen günstig sind, wodurch der Zyklus von vorne beginnt. Der gesamte Entwicklungsprozess dauert etwa 24 Stunden und zeigt die Anpassungsfähigkeit von Dictyostelium an Nahrungsmangel, indem es von einer einzelligen zu einer mehrzelligen Lebensform übergeht. Pilze ○ sesshaft (wie Pflanzen, aber keine Photosynthese) ○ näher mit Tieren als mit Pflanzen verwandt (Opisthokonten) ○ Ernährung durch organische Substanzen (meist inflexible Zellwände - keine Phagocytose) ○ scheiden Verdauungsenzyme aus & nehmen zersetzte Stoffe dann aus Umgebung auf ○ wachsen indem sie Hyphen bilden -> eigentliche Pilz befindet sich unter der Erde ○ Zellwände enthalten Chitin: acetyliertes Aminopolysaccherid mit enormer Zugfestigkeit (stärker als Stahl) -> kann Zellwände von Tieren & Pflanzen, einschließlich Holz, durchdringen 5 Haupt-Stämme: ○ Chytridiomycota ○ Zygomycota ○ Glomeromycota ○ Ascomycota ○ Basidiomycota Schimmelpilze ○ heterogene Gruppe von filamentösen Pilzen (meist Ascomyceten oder Zygomyceten)  ○ feine Fäden = Myzelien = der eigentliche Schimmelpilz (weißlich, grünlich, grau oder andersfarbig) ○ Vermehrung durch Sporen (Sporenträger = Unterscheidungsmerkmale zwischen Arten) ○ Hyphen: - fadenförmige Strukturen, die das Myzel des Schimmelpilzes bilden; wachsen sowohl unter als auch an der Oberfläche ○ Lufthyphen & Konidiophoren: - Lufthyphen wachsen über Oberfläche hinaus & an deren Enden bilden sich Konidiophoren ○ Konidien (Sporen): - Sporen, die von Konidiophoren freigesetzt werden, dienen zur Vermehrung; wenn sie auf geeigneten Untergrund treffen, keimen sie & bilden neue Hyphen - > neuer Pilz entsteht Ascomycota (Schlauchpilze) ○ benannt nach ihren Fortpflanzungsstrukturen = schlauchförmige Asci (Singular Ascus) - gibt es nur bei Ascomycota! ○ Viele Schimmelpilze, Hefepilze, und Speisepilze (Morcheln und Trüffeln) ○ Schwestergruppe der Ständerpilze (Basidiomycota) zusammengefasst als Dikarya. ○ Ascus= schlauchförmiges Meiosporangium in dem geschlechtliche Sporen (hoploid, nach Meiose) gebildet werden Glomeromycota (Knäuelpilze) ○ arbuskuläre Mykorrhizapilze = AM-Pilze (verbreitesten und ältesten Mykorrhiza-Pilze) ○ Mykorrhiza: symbiotische Verbindung zwischen einer Pflanze & einem Pilz Pflanze stellt durch Photosynthese organische Moleküle (Zuckern oder Lipide) her und liefert sie dem Pilz  Pilz versorgt Pflanze mit Wasser & mineralischen Nährstoffen wie Phosphor aus dem Boden ○ Involviert sind zwei vorherrschende funktionelle Typen von Pilzen: ○ 1) Ektomykorrhizapilze: Hyphen umschließen die Pflanzenwurzeln, dringen aber nicht in die Wurzelzellen ein. ○ 2) Arbuskuläre Mykorrhizapilze: Hyphen dringen in die Wurzelzellen der Pflanzen ein. Gehen Mykorrhiza-Gemeinschaften mit >70% aller bekannten Pflanzenarten (hauptsächlich Gräsern) ein. Pilze bilden ein lockeres Hyphennetz in den Pflanzenzellen: fein verzweigte Strukturen in Form von Bäumchen („Arbuskeln“, lat. arbusculum = Bäumchen) Basidiomycota (Ständerpilze) ○ bilden Meiosporen auf Sporenständer (Basidien) ○ beinhalten Mykorrhizapilze und die meisten Speisepilze ○ Honiggelber Hallimasch: (Armillaria mellea) größte bekannte Organismus bedeckt 8,8km^2 in Malheur National Forest in Oregon & wird auf 2.500 Jahre geschätzt Biotechnologie ○ Schwarzschimmel (Aspergillus niger) - Ascomycota ○ entdeckt von James Curie -> produziert Zitronensäure wenn es in Zucker wächst p_Actinomycetota = soil ○ Entdeckung neuer mikrobieller NAturstoffe -> vielversprechender Ansatz für Entwicklung neuer Anti- Infektionsmitteln ○ meisten relevanten Antibiotikaklassen werden aus Actinomycetes hergestellt ○ Actinomycetes sind Bakterien, die im Boden vorkommen Zombie-Pilze ○ Zombie-ant fungus (Ascomycota) parasitäre Pilz-Art wächst auf Ameisen  Ameise wird infiziert - Pilz übernimmt Ameise und übernimmt die Kontrolle über den Körper des Wirtes -> Ameise begibt sich auf Waldboden (geeignete Temperatur und Luftfeuchtigkeit für Pilzwachstum), dann heftet sich diese an die Unterseite eines Blattes und stirbt schließlich ab (death bite) -> Nach 3 Wochen wachsen Fruchtkörper aus dem Kopf der toten Ameise, platzen auf und setzen neue Sporen frei, die wiederum neue Ameisen befallen ○ Candida auris = sehr bedrohliche Krankheit und resistent gegenüber sehr vielen Medikamenten; 2009 in Japan im Ohr einer Patientin entdeckt befällt das zentrale Nervensystem, Organe, Knochen & Augen