Bakteriengenetik
1. Bauplan eines Bakteriums
2. Warum sind Bakterien besonders geeignet?
Geringer Aufwand (steril)
Einfache Ernährung (kohlenstoffhaltig, energiehaltig, Mineralien)
Wenig Platz (Petrischale)
Kurze Generationsdauer (ca. alle 20 Minuten Teilung)
Nur ein Chromosom (Wenig Merkmale)
Häufige Mutationen (sofort sichtbar da nur 1 Erbanlage)
Gut beobachtbar (wachsen oder wachsen nicht, Mikroskop)
Plasmide (Übertragung von genetischer Information möglich)
3. Hälterung von Bakterien im Biofermenter
Rührwerk
Zellwand aus Murein
Geißeln (Nicht immer vorhanden)
Nährstoffzufuhr
Heizung
Zellmembran
Zytoplasma
Bakterienchromosom
Plasmid
Luft
4. Experimente mit Bakterien (Lederberg und Tatum, 1946)
Bakterienmutante A
Bakterienmutante B
phe-, cys-, leu+, thr+
phe+, cys+, leu-, thr-
1:1
Auf Normalnährboden
kein Wachstum
Auf Normalnährboden
Wachstum
Auf Normalnährboden
kein Wachstum
?
Bei Zugabe von phe, cys: Wachstum
Bei Zugabe von leu, thr: Wachstum
Beobachtungen unter dem Mikroskop
B: Bakterien können untereinander über eine Plasmabrücke (Sexpilus) in Kontakt treten
Die Fähigkeit eine Plasmabrücke zu bilden besitzt nicht jedes Bakterium
Erklärung
F+
F - Faktor
F-
B: Zelle mit einem Fertilitätsfaktor (F) kann den Sexpilus ausbilden.
F-Faktor ist ein Plasmid.
Es gibt also Bakterien, die F+ als auch F- sein können
F-Faktor kann verdoppelt und übertragen werden.
Erklärung
F+
F - Faktor
F+-
B: Zelle mit einem Fertilitätsfaktor (F) kann einen Sexpilus ausbilden.
Der F-Faktor ist ein Plasmid.
Bakterien können mit F+ oder F- gekennzeichnet werden.
Der F-Faktor kann verdoppelt und weitergegeben werden.
Beide Bakterien haben nun die Fähigkeit einen Sexpilus auszubilden
Beobachtungen unter dem Mikroskop
Beobachtungen unter dem Mikroskop
Die Weitergabe des F-Faktor von einem Bakterium zum anderen kann die
experimentellen Befunde von Lederberg und Tatum nicht erklären.
Dazu muss eine weitere Verhaltensweisen dieses F-Plasmides betrachtet
werden.
Verhalten des F-Faktors
Verhalten des F-Faktors
F-Plasmid kann durch crossing over in das Bakterienchromosom eingebaut werden.
Bakterien bei denen dies geschieht, werden als hfr-Zellen bezeichnet.
(high frequency of recombination)
Verhalten des F-Faktors
phe
cys
thr leu
In räumlicher Nähe zur Einbaustelle befinden sich auch die genetischen Information zur Bildung
von phe, cys, thr und leu.
Verhalten des F-Faktors
phe
cys
thr leu
Verhalten des F-Faktors
phe
cys
thr leu
Verhalten des F-Faktors
phe
cys
thr leu
Durch ungenaues Ausschneiden zur Rückbildung
des F-Plasmids wir die Information zur Bildung
von phe und cys in den Plasmidring integriert
Verhalten des F-Faktors
phe
cys
thr leu
Verhalten des F-Faktors
Das Plasmid wird verdoppelt und in das
F- Bakterium eingeschleust
thr leu
Verhalten des F-Faktors
thr leu
Verhalten des F-Faktors
thr leu
Verhalten des F-Faktors
thr leu
Verhalten des F-Faktors
thr leu
Nach Einbau in das Bakterienchromosom
besitzt diese Bakterienmutante nun die
Information zur Herstellung von phe und cys.
Verhalten des F-Faktors
thr leu
Derselbe Vorgang könnte auch mit thr und leu ablaufen,
so dass die Mutante über dieselben Eigenschaften wie
die Normalform verfügt.
Zusammenfassung und Erklärung des Experimentes von Lederberg und Tatum
Durch Konjugation (Pilusausbildung) können Bakterien DNA austauschen.
Dabei findet dabei häufig eine Rekombination von Merkmalen statt.
Neue Eigenschaften werden auf vorhandene Mutanten oder Normalbakterien übertragen.
d.B. ein Gentransfer findet statt.
Damit können die Beobachtungen beim Experiment von Lederberg und Tatum
zweifelsfrei erklärt werden.
Über die Wechselwirkung zwischen F-Plasmid und Bakterienchromosom kommt es zum
Gentransfer, der ein Wachstum auf Normalnährmedium ermöglicht.
Der Fertilitätsfaktor kann frei vorliegen oder in das Bakterienchromosom
eingebunden sein ( F+ oder hfr-Bakterium)
Entscheidend dafür ist ein crossing over