Zusammenfassung Mikrobiologie und Virologie PDF

Einführung in die Mikrobiologie Mikrobiologie beschäftigt sich mit Organismen, die nur mit dem Lich...

Einführung in die Mikrobiologie Mikrobiologie beschäftigt sich mit Organismen, die nur mit dem Lichtmikroskop erkennbar sind. 1. 1. MIKROORGANISMEN → Bedienen Arcnaea , Pilze , (Hefe) Mikroalgen Protonen , Viren , , - geringe Größe , dennoch kommen sie in allen erdenklichen Lebensformen vor - Gewässer auch Trinkwasser (- 4°C bis 113°C) - Boden extrem halophile Arktische Gebiete - Salzgehalt → - trockenes Brot ( z.B Pilze liefen). , extrem thermopniie ph Bereiche → basische und Salzsäuren (z.B Magen) → hohe Temperaturen - -. - D r u c kbereiche - radioaktive Bereiche - Weltraum & extreme Bereiche der Erde 1. 2 ENTSTEHUNG MIKROORGANISMEN 1. Lebewesen au f der Welt → vor etwa 3,8 Mrd Jahren ! Vielzeller Tiere) → vor etwa 600 Mio Jahren Homo sapiens → vor etwa 130.000 Jahren Knoten = Vor fahren Kanten längen = Zeitliche Entwicklung 1. 3 MERKMALE Einzellig f- überleben ohne andere Zellen ) - Phylogenese f- Stammesgeschichte) - → Aufteilung in 3 Domänen (Bakterien , Archaeen , Eukaryoten) → So werden alle Lebewesen eingeteilt → Kategorie , Domäne ,Stamm , klasse ,Ordnung , Familie , Gattung , Art f- Ar tname immer kursiv) der Domänen Einleitung durch rRNA Gen Sequenzvergleichen - Charles Darwin skizzierte den ersten Stammbaum → unbekannte Ar ten erkennbar. des Lebens → Überlegungen wie sich die Arien aufspalten → revolutionär Wegbereiter der modernen , Evolutionsbiologie Drogend- Urzelle = - Bakterien und Archaeen / Mikroben) zählen zu Prokaryoten 1. 4. UNTERSCHIEDE BAKTERIEN / ARCHAEA → besitzen Nukleosid , keinen Zellkern Eukaryoten ( Protozoen , Mikroalgen Pilze / Helen) - , - → besitzen einen Zellkern ( Genin Formationen) Unterschiede in → Zellwand Membranen Lipiden Stoffwechsel , , , , Viren DNA / RNA Sequenzen echte Organismen da Stoffwechsel für. → , sie keinen Krankheitserregende Prokaryoten sind Bakterien eigenständiges Leben besitzen - Bakterien sind sensitiv gegenüber Antibiotika. , Archaeen nicht Archaea sind Eukaryoten ähnlicher Zellkern ( durch viele Protein und Nukleinsäure / - - synthetisierende Enzyme). Parallel entwicklung vo n Bakterien und Archaeen - Archaea tolerieren extreme Umweltbedingungen Typische Bakterien: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus Keim d e r häufig vorkommt subtilis Typische Archaea sind extreme Thermophile und Methanproduzenten: Picrophilus torridus, Methanocaldococcus jannaschii 1. 5 DIE MAßEINHEITEN. ↳ ARTEN DER MIKROORGANISMEN  Beginn der Mikrobiologie ENTWICKLUNG *⑧¢# $④HENN POSTULATE " 1676 Anthony van Leeuwenhoek: baute das erste Mikroskop, untersuchte seinen eigenen Zahnbelag und entdeckte erste sichtbare Bilder die man von Bakterien (kleine, sich fortbewegende Tiere) gesehen hat 1828 Otto Friedrich Müller: etablierte den Begriff “Bakterien” Keim als Verursacher 1847 Ignaz Phillip Semmelweis: Ärzte können Überträger von Krankheiten sein einer Krankheit durch schmutzige Hände (z.b Kindbettfieber). Er spielte eine entscheidende Rolle in Hygiene in Krankenhäusern. 1822-1895 Louis Pasteur: entwickelte erste Impfstoffe (gegen Geflügelcholerea, Milzbrand, Tollwut). Er entdeckte auch, dass durch das kurzzeitige Erhitzen von Lebensmitteln auf 60–70°C ein Großteil der darin enthaltenen Keime abgetötet wird (Pasteurisierung). 1843-1910 Robert Koch: kultivierte den Milzbranderreger, entdeckte u.a. den Erreger Mycobacterium tuberculosis → vor der Entdeckung waren Krankheiten , GottesStrafen ( Krieg Plagen Hungersnoeten) hervorgerufen , , , durchs das Unbekannte (kontagiös) → Die Postulate treffen nicht auf alle Erreger zu (z.B. Viren / Protozoen) BEDEUTUNG VON ☒☒☒☒GGAANNIISSMMENN Anzahl der Mikroorganismen übertreffen alle anderen Spezies - - mit 70%größter Anteil an Biomasse f- gesamte organische Substanz) wichtige Bedeutung für die Ökologie , Medizin , Biotechnologie , Gentechnologie ökologisch - geochemische Stoff Kreisläufe → Bodenbakterien wirken als Destruenlen für Pflanzen Beeinflussung des globalen Klimas - Verstoffwechselung wie [Oz Stickstoff Sauerstoff → biotechnologisch , , Cyan back rien betreiben Photosynthese unabhängig organischer Nahrung - , von → Erzeugen Sauerstoff → Nahrungsgrundlage durch Bildung des Phytoplankton - Symbionten. Einsatz technischer Prozesse und industrieller Produktionen → Verdauung und weitere physiologische Vorgänge Produktion von Antibiotika , Enzyme , Gentherapie Antikörper Reinigung von Abwasser / Abfallstoffe , - Nahrungsmittelproduktion (z.B Brot Bier, Wein MilchProdukt ). , , Beseitigung von Abfällen ( Abwasser , giftige Substanzen) - - Industrie (2. B.Enzym Zusätze in Waschmitteln) medizinisch - Mensch besteht aus 10 Mio Zellen , aber etwa 10-100 mal so viele Bakterien ( Oß -1kg) = - 10^0 Bakterien im Mund - 10^2 Bakterien auf menschlicher Haut → ernähren sich durch Haut schleppen , Mineralstoffen Lipiden etc ,. 99 % Mikroorganismen (Min 400) leben im Verdauungstrakt. → Darmflora. Es gibt Bakterien , die noch nicht entdeckt wurden gentechnologisch Bakterien sterben ab wenn sie mit Sauerstoff in - , Verbindung kommen moderne molekularbiologische Methode zur Änderung ARTICEL der genetischen Eigenschaften Transplantation von Mikrobiota Isolierung Charakterisierung und Neukombination -. , → Maus exponiert Lipid nicht mehr = ob /ob Maus von Erbmaterial → ob / ob Mäuse haben immer Hunger → veränderte Nahrungsaufnahme / Darmflora. wichtig für Biotechnologie in der (Untersuchung einzelner Proteine ) wichtig Forschung. strenge , gesetzliche Regelungen → nur somalische Zellen keine Gen barren , - Bakterien in der Darmflora → Verdauung (z.B Cellulose). → Immunsystem produzierte Vitamine (Biotin , Folsäure, Vitamin K ) → vermindern die Ansiedlung von Pathogenen → - Bakterien in der Hautflora → wichtig für die Schutzbarriere Bakterien als Krankheitserreger - Entzündungen Karies Sepsis (30% sterben → , , ! wichtig Hygiene ( Sterilisation Desinfektion : → , , Antibiotika , Säuberung des Eitern erds )  Hilfsmittel MIKROXPI.tt KREUTH AGS Zellen erstes Mikroskop Stereomikroskop Vergrößerung humane gastrolle bis ca 40. - fache Epithelzellen Kokken Stäbchen → Kugelförmige → langgezogene schraubenförmig Bakterien Bakterien Lichtmikroskop f- zusammengesetztes Mikroskop) → 2 Vergrößerungs schrille - 2 Linsen system (Objektiv und Okular ) - Objektivbildet ein reelles vergrößertes Zwischenbild ab. Zwischenbild wird durch das Okular analog zur Lupe vergrößert (z.B 10 fache) -. Objektive für versch Vergrößerungen -. → 10 fache - 100 fache + Okular 1000 fache Elektro Mikroskop E- sehr kleine Präparate vergrößern) Raster elektronenmikroskopie _ → Präparate werden mit Schwermetallen bedampft und ein Elektronenstrahl tastet das Objekt ab ⇐ räumliche Darstellung) Transmissionselektronenmikroskopie Ultradünne Schnitte → innere Kompartimente von Zellen darstellen Bakterien reifen Bakterien werden über kleinste Partikel einst Methoden Molekularbiologische → Biofilm entwickelt Einzelne Bakterien sich weiter atmet heißen sich an der können im Grenzfläche an Biofilm reiten → Entzündungen Sequenzierung von RNA / DNA Vorkommen von Bakterien RNA (Organismen BEE → phylogenetisch einstufen) → Produkte von Genen Proteine =. freilebend (Planktonisch) Oder Analyse der Genexpression in Biofilmen f- Schleimschichten) Biochemische Technik mehr als 99,9% Bakterien - gehören zu heterogenen Biofilmen → mehrere Spezies zusammen Proteine mit Extrakt aus einer zeile Proteingemischt Strom nach versch Größe aufgeteilt - + Farben Bildung von Biofilm ✓. Schicht von angesiedelten lebenden und abgestorbenen Kleinstlebewesen: Bakterien, Algen, Protozoen, etc. E. Biofilme entstehen, wenn sich Mikroorganismen an Grenzflächen ansiedeln Bildung einer dünnen, meist geschlossenen Schleimschicht auf der Grenzfläche Mikroorganismen hüllen sich in eine schleimige, extrazelluläre Grundsubstanz aus Polymeren (EPS) ein, die viele Nährstoffe enthalten Ergebnis : Schutz vor mechanischen Einflüssen, Hunger, chemische Einflüssen, Strahlung, etc. < Ob Proteine in Bakterien durch Umweltbedingungen erhöht werden Oder Expression verhindern Quorum Sensing Makroskopische Unterschiede von Bakterien Kolonien Aufbau und Ausarbeitung strukturierte Lebensgemeinschaften. Farbe: Pigmentbildung? Häufig abhängig von der Temperatur, Sauerstoff, Die Mikroorganismen scheiden kleine Signalmoleküle aus - Licht, Nährmedium (gelblich cremefarbig rötlich schwarz) , , , → lokale Konzentration Nähe zu anderen Mikroorganismen : Größe: Durchmesser ( Schnelligkeit des Wachstums, Genetisches Material kann über horizontalen Gentransfer mit Geruch: z.B. erdig, fischig, muffig Nachbarzelten ausgetauscht werden (bitte nie an unbekannten, möglicherweise pathogenen Bakterienkulturen - verändern die abgegebenen Signale je nach Umweltbedingungen riechen!) → Kommunikation unterschiedlich , auch über Arten grenzen Konsistenz: z.B. schmierig, bröckelig hinweg Oberfläche: z.B. Transparenz, glatt, granuliert, wellig Kolonienrand: z.B. glatt, gekerbt, wellenförmig, gelappt, wimpernförmig, gefranzt Profil: z.B. flach, konvex, erhaben, knopfförmig, halbkugelig morphologische Eigenschaften Biofilm und chronische Infektion → sehr unterschiedlich Mittelohr infektion : bakterielle BioFilme auf dem Trommelfell (Kinder) → chronische Oinrinrektion Mukoviszidose : Pseudomonas aeruginosa bilden einen Biofilm (80% Erwachsene ) → Schädigung der Lunge - Parodontalerkankunsen Zahnkaries Ging ivitis und Parodontitis : , Herz Kreislauf und Atemwegserkransunsen Diabetes mellitus → - , -  Wachstumsbedingungen Exponentielles Wachstum Lag-Phase: Verzögerungsphase : steriles Medium + Bakterien kein Wachstum sondern → noch , Gewöhnung Log-Phase: exponentielles Wachstum → Bakterien teilen sich unter optimalen Bedingungen Bakterien ver mehren sich ↳ Stationäre Phase: Konzentration der Substrate nehmen stetig ab, Zellen teilen sich nicht mehr, Nährmedium ist aufgebraucht → Nährstoffe werden knapp Wachstum , wird eingestellt Zelltod: Absterbephase mit abnehmender Lebendzellzahl Ernährungsgewohnheiten Auxotrophie: (Mutierte) Zellen, die die Fähigkeit zur Herstellung einer oder mehrerer Substanzen verloren haben. Diese muss/müssen für das Wachstum in das Minimalmedium zugesetzt werden Prototrophie: Bakterienzellen benötigen nur C- Quelle und Salze zum Wachstum, können Aminosäuren, Vitamine, etc. selbst synthetisieren; wachsen in Minimalmedium Heterotroph: benötigen organisches Material als Nahrung und für Energie aus → organisches → Energiegewinnung chemischen Material Reaktionen mit Autotroph: erzeugen ihre Nahrung aus CO2 organischen Photoautotroph: benutzen Licht / Photosynthese) Elementen z.B. Cyanobakterien, Purpurbakterien Chemoautotroph: benutzen chemische Energie z.B. Eisenbakterium Wachstum Nährstoffe für heterotrophe Mikroorganismen: 1. Kohlenstoffquelle: Zucker, Alkohole, Fettsäuren 4. 2. Stickstoffquelle: Pepton (Proteine, freie Aminosäuren), WACHSTUM OHNE PHOSPHOR ? anorg. Salze (NO3-, NO2-, NH4+), N2 (Luftstickstoff) 3. anorganische Salze: meist in Leitungswasser oder → 6 Baustoffe nötig : & - nein ! Kohlenstoff legendlich große Mengen - Zusätzen enthalten PO43-, Mg2+, Fe2+, Ca2+, S-, K - Wasserstoff Arsen tolerieren 4. Spurenelemente: Mn, Co, Zn, Cu, Ni, Na, Se, Si, Wo - Sauerstoff → für verschiedene Stoffwechsel - Stickstoff 5. Evt. Stoffe für auxotrophe Mikroorganismen - Phosphor Schwefel 6. Optimaler pH-Wert - → basisch , angesteuert , neutral 7. Optimale Temperatur → 37°C für Krankheitserreger , andere 30°C bis 35C Sauerstoffbedarf Stoffwechselvielfalt 1: Obligat aerobe: brauchen Sauerstoff unbedingt zum wachsen 2: Obligat anaerobe: Sauerstoff ist toxisch, wachsen nur da wo er nicht vorkommt 3: Fakultativ anaerobe: Wachstum überall, aber Präferenz für Sauerstoff 4: Mikroaerophile: Sauerstoffkonzentration muss optimal sein (z.B. 6%-10%) 5: Aerotolerante: brauchen keinen Sauerstoff, gleichgültig  Anlegen von Bakterienkulturen MY GGLUKCHH #ENTEN A. AARB#☒☒# 1. Abstrich mit einem sterilen Wattetupfer, Zellen von der Haut, Schleimhaut oder Wunden: 2. Aussparten von Bakteriensupsensionen 1. Wattestäbchen anfeuchten → Triaskispatel 2. Abstrich (z.B. Mundhöhle, Nase, etc.) 3 Drei - Ösen anstrich. 3. Wattestäbchen auf Nährmedium 4. GUBplattenverfahren ausrollen (Nähragar) → Bakterien in einem Medium 4. mit Impföse ausdünnen 44 ☒UUIßPKAAFFENNVVEERREAA#KENN. IENNA-USSS.FR#Ht NEEE 33 ☒☒ET. - gut durc mischen 22 AAUUSSSSIPAAITEELLNN VVOONN. Material auf neue → maenäwiraaussesnianen mit lmpföse Agar Platte wieviele Bakterien sind ☒A-☒ITERRHENNSSUUPSSENN#NENN f- sterilisieren) in 1mi Probe entnaen ? Von A zu B von B ZU C = Kultur → bestimmtes Volumen au f Agar Platte Brut Schrank : → Reinkultur A-☒6k #ENNETNNERRIMMPFOÖSSE ☒☒☒FERIEN MMAANNGGELLMMUUFAANNFENN bio : benötigt Biotin arg benötigt Arginin - : Met benötigt Methionin - : ausbrennen am nächsten Punkt 19C kann Lactose nicht verwerten - : der Temperatur kann Galactose nicht verwerten - ga, : r resistent Str : gegen Streptomycin → aersau.ie rien s Str sensitiv wachsen gegen Streptomycin : Stempel au f Bakterienkultur G- Voll Medium) → Bakterien bleiben hängen → Bakterien lösen sich a u f weiteren Platten = neue Kolonien Bakterien können Substanzen AANNLLEGGENN EIINNE- ☒ ☒ETNNKKUULLTTUURR → zu - gerüst werden In der Mikrobiologie soll grundsätzlich mit Reinkulturen oder mit definierten Mischkulturen gearbeitet werden. Eine Reinkultur wird definiert als eine Kultur von Organismen, ☒☒☒EENN → Medien können flüssig / fest sein die alle genetisch identisch sind, d.h. alle Zellen in dieser Kultur müssen ursprünglich von einer Zelle abstammen = Klon. Vollmedium: enthält mehr Nährstoffe als erforderlich, fördert hohe Populationsdichte, Zellausbeute, schnelles Wachstum ( präparieren) DNA Minimalmedium: Mindestansprüche an Nährstoffen: z.B. nur eine Kohlenstoffquelle, mineralische Nährstoffe ( Glukose / Laktose) Selektivmedium: Wachstum von bestimmten Mikroorganismen, die besondere Eigenschaften aufweisen. z.B. Antibiotika Medien ( ) nur einzelne können wachsen Differentialmedium: Zur Unterscheidung von Mikroorganismen, die sich durch den Besitz von bestimmten Eigenschaften auszeichnen. z.B. Hämolyse ( auflösen können Blutplättchen Koloniebildende Einheit (KBE oder CFU, colony forming unit): vermehrungsfähige Mikroorganismen, die bei der Kultivierung zur Bildung einer einzelnen Kolonie führen. h­  Aufbau einer Bakterienzelle Bakterienzelle Zytoplasma-Membran Transport über die Membran Spezifischer Transport von Stoffen, ist semipermeabel (da sie manche Stoffe unkontrolliert (z.B unpolare kleine Moleküle) hohe "" doppelsträngige/ > ringförmiges durchlässt und Sichert die Kontrolle über ihr Inneres Konzentration Konzentration DNA - Molekül Zytoplasma Aufbau von Gradienten (Energiespeicher) naploid Energiestoffwechsel ¥ passiver (ohne Energiezufuhr ) Transport speichern DNA - → Molekül von Stoffen Phospholipid-Doppelschicht mit eingelagerten und angelagerten - o Zytoplasma membran Komma Proteinen (können Stoffe transportieren, Tunnel und Phoren passiver Transport (Transportproteine) ( → → überleben - → katalysieren " Kation hohe ausbilden, Proteine anlagern) f- is befördern Bewegung öo ein kleine Moleküle Eier nur Geschwindigkeit ¥ Molekül Transportproteine peptide / zweite Zytoplasma membran - Verankerung für Geißeln, Proteine (Aufnahme von Signalen, one a Energieumwandlung durch Atmung oder Photosynthese) INE ' ö e SchleimKapsel {§ 9 0 Transport i uaeuüiein → Schutz vor gleiche Richtung Umwelt ein - § „ „„ „ Zellwand Druckfestigkeit gegen den osmotisch bedingten Überdruck Notpufer Zelle der Form der Zelle energielierernd Schutz vor mechanischen Verletzungen und Immunsystem Stofftransport und Ernährung Besteht aus Murein in Eubacaterien (N-Acetyl- frei liegend Glucosamin) Protein, Polysacchariden oder Pseudomurein (Festigkeit- extreme Bedingungen) (Archaea) Gram-positive Bakterien Zellwand Gram positiver Bakterien Phospholipid (Lipid-Doppelschicht) AUßEN } Antigene Zucker /Aminosäuren Die Zellwand ist dick und umfasst bis zu 40 Lagen Peptidoglykan Die Peptide der Glykanketten sind bei vielen Gram-positiven Bakterien nicht direkt miteinander verknüpft, sondern über zusätzliche Peptidbrücken. Bei Staphylococcus aureus bestehen diese jeweils aus fünf Glycinresten. Die / Kopfteil Zusammensetzung der Brücken ist bei den verschiedenen Arten unterschiedlich. Schwanzteil Zusätzlich zum Peptidoglykan enthält die Zellwand Teichonsäuren. Unter diesen " """" "" barriere Begriff fallen alle Polymere aus Ribitol-Phosphat-Einheiten und Glycerin-Phosphat- Biiayer Einheiten. An diese Grundgerüste sind weitere Zucker und Aminosäuren gebunden. Glycerin - rückgrat Die Teichonsäuren tragen mit ihren Phosphaten zur negativen Ladung der Zellwand bei. Lipoteichonsäuren sind kovalent mit Lipiden der Plasmamembran verbunden. Sowohl Teichonsäuren als auch Lipoteichonsäuren können mit der N- integrale Proteine Acetylmuraminsäure des Peptidoglykans verknüpft sein. → Transport Teichonsäuren und Lipoteichonsäuren wirken bei Menschen als Antigene und rufen Fieber und Entzündungen hervor. INNEN Aufbau Zellwand Gram negativer Bakterien Innere Membran Sie ist mit nur ein bis drei Peptidoglykanschichten vergleichsweise dünn. Außerhalb der Zellwand sind Gram-negative Bakterien spezifisch für noch von einer äußeren Membran umgeben, die über → gram - Fieberschiibe Lipoproteine mit der Diaminopimelinsäure des Molekül Peptidoglykans verbunden ist. ' Eure Zwischen der Plasmamembran und der äußeren Membran befindet sich der periplasmatische Raum, auch als Periplasma bezeichnet. Er enthält neben der zweite Membran Zellwand zahlreiche Proteine und weist dadurch er eine gelartige Konsistenz auf. Zu den Proteinen zählen Bin- deproteine des ABC-Systems, Enzyme zur Vorverdauung Ancker - Proteine von Nährstoffen und Sensoren zur Chemotaxis. Äußere Membran Die äußere Membran enthält neben Phospholipiden auf Phospholipids sind Glycerin, Fettsäuren und Phosphat, an das verschiedene Reste gebunden sein können. Ein Phospholipid entsteht dadurch, dass unter ihrer Außenseite einen hohen Wasserabspaltung von den OH-Gruppen der Alkohol- und Säurereste (Veresterung) Anteil an Lipopolysacchariden (LPS). Sie besitzen nach ein Molekül mit einem hydrophilen Kopf (Phosphat- Ende) und einem hydrophoben außen ragende Polysaccharidketten, die das Schwanz (aus den Fettsäure-Enden) gebildet wird. Die Phospholipide lagern sich zu Erscheinungsbild des Bakteriums prägen. LPS sind einer Doppelschicht von etwa 8nm Dicke zusammen, deren Innenbereich stark medizinisch als Endotoxine aktiv. hydrophob ist. Aufgelagert und teilweise die Lipidschicht ganz durchspannend sind Die Innenseite der äußeren Membran ähnelt der Membranproteine, deren Anteil bis zu 50% der Trockenmasse ausmachen kann. Sie Plasmamembran. Zusätzlich zu den Phospholipiden sind sind aus Aminosäureketten aufgebaut, wobei die Bereiche innerhalb der Membran hier auch Lipoproteine zu finden, die den Kontakt zur typischerweise einen hohen Anteil an hydrophoben Aminosäuren enthalten, die oft Zellwand herstellen. in Form einer Spirale (Helix) die Membran durchspannen. Porine bilden als transmembrane Proteine eine Pore durch die äußere Membran. Sie lassen kleinere Moleküle hindurch und halten größere Moleküle – vor allem Proteine aus dem periplasmatischen Raum zwischen den beiden Membranen zurück. Aufbau Peptidoglycan (Murein) besteht aus Polysaccharid-Strängen, die abwechselnd aus dem Glucose- Derivat N-Acetyl- Glucosamin und dessen Milchsäureether N-Acetyl- Muraminsäure gebildet werden und über kurze Fluid-Mosaik Membran Peptidketten miteinander vernetzt sind.