arbeitsauftrag zum thema bakterien5ak

ARBEITSAUFTRAG zum Thema Bakterien
Bakterien können aufgrund ihrer
Lebensräume der Erde besiedeln.

hohen
Anpassungsfähigkeit
5BK
nahezu
alle
Besprechen Sie den Bau, die Lebensweisen und Lebensformen von
Bakterien.
Lebensweise
Lebensweise und Stoffwechsel der Bakterien sind sehr unterschiedlich ausgeprägt.
So gibt es Bakterien, die Sauerstoff benötigen (aerobe Bakterien oder Aerobier),
Bakterien, für die Sauerstoff Gift ist (obligat anaerobe Bakterien oder obligate
Anaerobier), und Bakterien, die tolerant gegenüber Sauerstoff sind (fakultative
Anaerobier). Einige Bakterien sind zur Photosynthese fähig, also phototroph, zum
Beispiel die früher auch Blaualgen genannten Cyanobakterien, die meisten sind
dagegen chemotroph. Von den Chemotrophen sind die meisten heterotroph, einige
jedoch chemoautotroph, und zwar lithoautotroph.
Manche Bakterien (z.B. Bacillus) bilden Dauerstadien (Sporen) aus, in denen der
komplette Stoffwechsel zum Erliegen kommt. In diesem Zustand können die
Bakterien für sie ungünstige – auch extreme – Umweltbedingungen überstehen und
mehrere tausend Jahre überdauern. Andere Bakteriengattungen haben eine andere
Strategie entwickelt und ihren Stoffwechsel direkt an extreme Umweltbedingungen
angepasst. Sie werden als Extremophile bezeichnet.
Die meisten Bakterien leben in der Natur in Form von Biofilmen zusammen.
Vermehrung
Die Vermehrung der Bakterien erfolgt asexuell durch Zellteilung. Das kann durch
Querteilung (besonders bei zylindrischen Bakterien), durch Knospung, durch
Sporenbildung oder auf andere Weise geschehen. Alle Nachkommen weisen ein
identisches Genom auf und bilden daher einen Klon.
Gentransfer
Bei einer Konjugation können Bakterien mit Hilfe sogenannter Sexpili (Proteinröhren)
DNA untereinander austauschen (horizontaler und vertikaler Gentransfer). Mittels der
Sexpili können sich die Zellen annähern und dann über eine Plasmabrücke DNA
(das Bakterien-„Chromosom“ ganz oder teilweise sowie Plasmide) von einer Zelle zur
anderen übertragen. Da die Pili nicht direkt an der DNA-Übertragung beteiligt sind,
kann diese auch ohne Pili erfolgen, wenn sich zwei Bakterienzellen eng aneinander
legen. Dieser Gentransfer wird vor allem von Gram-negativen Bakterien praktiziert.
Bei Gram-positiven Bakterien herrscht vor allem der Mechanismus der Transduktion
vor. Hierbei werden Bakteriophagen als Vektor benutzt. Transformation, die
Aufnahme von nackter DNA, ist dagegen kaum verbreitet.
Bewegung
Bakterien bewegen sich meist frei im Flüssigmedium schwimmend durch Flagellen,
auch als Geißeln bezeichnet, die anders als die Geißeln der Eukaryoten (z. B.
Protisten) nicht nach dem „9+2-Muster“ aufgebaut sind, sondern aus einem langen,
wendelförmigen, etwa 15 bis 20 nm dicken Proteinfaden bestehen. Zudem wirken die
Flagellen der Bakterien nicht antreibend durch Formveränderung wie die Geißeln der
Eukaryoten, sondern sie werden wie ein Propeller gedreht. Die Drehbewegung wird
an einer komplizierten Basalstruktur durch einen Protonenstrom erzeugt, ähnlich wie
bei einer Turbine, die durch einen Flüssigkeits- oder Gasstrom angetrieben wird.
Dazu ist ein Protonenkonzentrationsgefälle erforderlich. Spirochaeten bewegen sich
dadurch, dass sie sich um sich selbst drehen und dank ihrer wendelförmigen Körper
sich gewissermaßen durch das umgebende Medium schrauben. Einige Bakterien
bewegen sich nicht freischwimmend, sondern durch Kriechen, zum Beispiel
Myxobakterien und einige Cyanobakterien.
Verschiedene Umweltfaktoren können die Bewegungsrichtung der Bakterien
beeinflussen. Diese Reaktionen werden als Phototaxis, Chemotaxis (Chemotaxis
gegenüber Sauerstoff: Aerotaxis), Mechanotaxis und Magnetotaxis bezeichnet.

Besprechen Sie die Chemie dieses Zellwandbaustoffes Murein und
versuchen Sie eine Querverbindung zur Wirkungsweise von Antibiotika
herzustellen.
Man unterscheidet folgende Wirkmechanismen:
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

bakteriostatisch (Bakterien werden an der Vermehrung gehindert, aber nicht
abgetötet)
bakterizid (Bakterien werden abgetötet)
bakteriolytisch (Bakterien werden unter Auflösung ihrer Zellwand abgetötet)
Ansatzpunkt für die gewünschte Wirkung sind Strukturen oder Mechanismen der
Bakterienzellen, die in tierischen bzw. menschlichen Zellen nicht vorkommen. So
kann die Wirkung beispielsweise durch eine Hemmung der bakteriellen
Zellwandsynthese, der Proteinsynthese am Ribosom, der DNA-Replikation oder der
Folsäuresynthese erfolgen. Bakterien sind die einzigen bekannten Organismen,
deren Zellwand aus Murein besteht. Dieser Zucker kommt ausschließlich in Bakterien
vor – kein anderes bekanntes Lebewesen kann Murein produzieren. Ferner besitzen
Bakterien andere Ribosomen zur Proteinbiosynthese und andere Enzyme zur DNAReplikation als der Mensch. Menschliche Zellen bilden auch keine Folsäure wie
Bakterien, sondern nehmen sie mit der Nahrung auf. Nur so ist es möglich, dass
Antibiotika für den Menschen vergleichsweise gut verträglich sind.
Man unterscheidet verschiedene Antibiotikagruppen, welche unterschiedliche
Angriffsorte und Wirkungsweisen aufweisen.
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Erklären Sie Bau und Funktionsweise eines Mikroskops und sprechen Sie
auch über die unterschiedlichen Arten der Mikroskopie.
Klassische Lichtmikroskop-Typen beruhen auf einem abbildenden Prinzip: Ähnlich
wie bei der Fotografie wird im Gerät durch eine Reihe von Linsen hindurch ein Bild
erzeugt, das in einem Stück gesehen oder aufgenommen wird.
Manche lichtmikroskopische Verfahren und besonders Mikroskope, die auf anderen
physikalischen Prinzipien beruhen, setzen dagegen auf ein Abrastern (englisch:
scanning) des Objektes, bei dem die einzelnen Bildpunkte des vergrößerten Bildes
Zeile für Zeile erzeugt werden. Hierzu zählen beispielsweise Laser-ScanningMikroskope, Elektronenmikroskope und Rasterkraftmikroskope.
Mikroskop-Typen
Lichtmikroskope, Elektronenmikroskope und Rastersondenmikroskope werden in
zahlreichen Varianten gebaut und verwendet, die in den jeweiligen Übersichtsartikeln
vorgestellt werden. Neben diesen gibt es aber auch Mikroskope, die auf anderen
physikalischen Prinzipien beruhen:
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Röntgenmikroskopie
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Ultraschallmikroskopie oder akustische Mikroskopie
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Helium-Ionen-Mikroskopie
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Focused-Ion-Beam-Mikroskop (FIB)
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Photonisches Kraftmikroskop
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Magnetresonanzmikroskop
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Raster-SQUID-Mikroskop
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Neutronenmikroskop
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Nennen Sie einige krankheitserregende Bakteriengruppen und sprechen Sie die
von ihnen ausgelösten Symptome kurz an.
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Die Meningokokken-Infektion
Sie besiedeln beim Menschen den Nasen-Rachen-Raum und können schwere
Krankheiten auslösen. Etwa zehn Prozent der europäischen Bevölkerung tragen
diese Bakterien im Nasenrachenraum, ohne dabei Krankheitsanzeichen zu
entwickeln.

Welche Meningokokken-Stämme gibt es?
bestimmte Serotypen, Typ A, B, C, W135 und Y

Wie sehen die Krankheitssymptome aus?
Das Spektrum der Erkrankung reicht von leichten Verläufen mit spontaner
Abheilung bis hin zu einem hochakuten Ausbruch, der trotz Behandlung in
wenigen Stunden zum Tod führt. Die Meningitis beginnt mit starkem
Krankheitsgefühl wie Abgeschlagenheit, hohem Fieber, Erbrechen, Schüttelfrost,
Gelenk- und Muskelschmerzen, Krämpfen oder Bewusstseinsstörungen.
Bewusstseinstrübung, punktförmige Hautblutungen und Kreislaufkollaps sind
Hinweise auf einen lebensbedrohenden Krankheitsverlauf (WaterhouseFriderichsen-Syndrom). In schweren Fällen tritt der Tod schon innerhalb weniger
Stunden ein. Treten die Bakterien in die Blutbahn über und überschwemmen den
Körper mit ihren Giftstoffen, spricht der Arzt von einer Sepsis. Sie ist
lebensbedrohlich.
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Welche Altersgruppe ist besonders betroffen? Stellen Sie Überlegungen dazu an,
warum das so sein könnte.
40 Prozent aller Patienten sind Kinder unter vier Jahren, mit Abstand am
häufigsten sind Säuglinge im ersten Lebensjahr betroffen. Auch heute noch
sterben etwa zehn Prozent der Patienten.
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Erörtern Sie die Gründe der relativ hohen Todesrate dieser Infektion.
Schnelle Symptomausbreitung und Krankheitsverlauf ähnlich wie Grippe, ich
denke sie wird nicht erkannt oder unterschätzt, deswegen verzichtet man auf
einen Arztbesuch oder geht erst zu spät zum Arzt. Der Krankheitsverlauf kann
schnell tödlich enden.
Gäbe es ausreichend Schutzmaßnahmen gegen diese Krankheit?
zur Zeit noch keinen Impfstoff. Impfstoffe gibt es nur gegen den Typ C, der
beispielsweise in England, Spanien oder auch in einigen Regionen Deutschlands
gehäuft auftritt, und gegen die Typen A, Y und W135.

Die Legionärskrankheit
o Wie äußert sich eine Infektion mit diesem Bakterium?
Bei einer Legionellose handelt es sich um eine Infektionskrankheit, die durch
Bakterien der Gattung Legionella (Legionellen) hervorgerufen wird. Der mit Abstand
häufigste Erreger (90 % bis 95 % der Fälle) ist Legionella pneumophila.
Es können mehrere Formen der Legionellose unterschieden werden. Die beiden
wichtigsten Formen sind die Legionärskrankheit, die durch eine Lungenentzündung
(Pneumonie) gekennzeichnet ist und einen lebensgefährlichen Verlauf annehmen
kann, sowie das seltenere, ohne Lungenentzündung und meist mild verlaufende
Pontiac-Fieber. Darüber hinaus können Legionellen in seltenen Fällen auch
Infektionen außerhalb der Atemwege wie Wund-, Herzinnenhaut- (Endokarditiden)
und Nierenbeckenentzündungen (Pyelonephritiden) verursachen.
o Warum enden so viele Fälle tödlich?
Die Legionärskrankheit befällt als schwere Form der Lungenentzündung vor allem
starke Raucher sowie Menschen, die an Niereninsuffizienz oder Immunsuppression
leiden. Obwohl die Infektion in jedem Alter erfolgen kann, tritt die Erkrankung
bevorzugt im mittleren Lebensalter auf. Männer erkranken zwei- bis dreimal so häufig
wie Frauen.
Die Übertragung geschieht dabei nicht über Kontaktpersonen, sondern durch
Einatmung der Legionellen. Da sich die Legionellen bevorzugt in warmem Wasser
(28-30 °C) vermehren, bergen insbesondere Schwimmbecken, Whirlpools,
Klimaanlagen und Duschen ein hohes Infektionsrisiko. Bei der Infektion werden
zerstäubte Wassertröpfchen zusammen mit den Legionellen eingeatmet (aerogener
Übertragungsweg); auch eine unabsichtliche Einatmung von geschlucktem Wasser
(Aspiration) ist möglich. In der Folge ist vor allem im Sommer epidemisches Auftreten
möglich, aber auch in der restlichen Zeit sind Infektionen wie jene 1999 in Stede
Broec (Holland) nicht ausgeschlossen.
In Deutschland werden ca. 400 Fälle der Legionärskrankheit pro Jahr gemeldet. Von
den bekannt gewordenen Krankheitsfällen mit Legionella-Pneumonie endete die
Erkrankung bei vorher gesunden Menschen in etwa 15 % der Fälle tödlich, bei
Menschen mit Immunschwäche und vorbestehenden Herz-/Lungenerkrankungen in
bis zu 70 %. Bei der milden Verlaufsform des Pontiac-Fiebers ohne
Lungenentzündung sind bisher keine Todesfälle bekannt.
o Stellen Sie Überlegungen zur Vermeidung einer Legionellen-Verseuchung
im eigenen Haushalt an.
Warmwasserheizung über 80 Grad im Puffer halten.
o Wie könnte man sich in Hotels oder anderen touristischen Einrichtungen
vor einer Ansteckung schützen?
Ausreichende Desinfition, Warmwasserheizung über 80 Grad im Puffer halten.