Kapseln und Schleime

Anfängerübungen Mikrobiologie
Kapseln und Schleime
Kapseln und Schleime sind bei Bakterien eine zusätzliche geleeartige Schutzschicht
außerhalb der Zellwand. Sie bestehen aus einem mehr oder weniger wasserhaltigen
Material, dass außerhalb der Zellwand gebildet wird:
- meist Polysaccharide (Exopolysaccharide)  enthalten außer Glucose häufig
Aminozucker und organische Säuren
o in einer Saccharoselösung kommt es deshalb häufig zu besonders
starker Schleim-/Kapselbildung (vgl. Leuconostoc mesenteroides, siehe
unten)
- auch Kapseln aus Polypeptiden (i.d.R. Polyglutaminsäure) z.B. Bacillus
anthracis – Milzbranderreger (Anthrax)
- oder Hyaluronsäure
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Kapseldicke ist variabel
Kapsel/Schleimschicht sind nicht immer vorhanden, da sie nicht essentiell für
die Existenz der Bakterienzelle sind und ihr Aufbau sehr energieaufwendig ist
o Auch Prokaryotenzellen, die eigentlich Kapseln ausbilden, können
somit ohne diese Überleben
o Häufig beobachtet man gerade bei im Labor gezüchteten
Bakterienkulturen ein Fehlen von Kapsel oder Schleimschicht
Bildung sowohl bei gram-positiven als auch bei gram-negativen Bakterien
möglich
Kapsel kann das Volumen des Bakteriums stark vergrößern
Kapseln und Schleime sind sehr resistent gegen Enzyme und bleiben sehr lange
erhalten. Sie haben daher unter anderem eine Schutzfunktion gegenüber externen
Einflüssen.
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Kapseln:
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Dichte Polysaccharid oder Proteinschicht wohl definierter Zusammensetzung,
die der Zelloberfläche dich anliegt
Zusammensetzung von Organismus zu Organismus verschieden (dick oder
dünn, starr oder flexibel – je nach chemischer Zusammensetzung)
Kapsel = dicht gepackte recht fest angebundene Matrix, die kleine Partikel
ausschließt
 Tuschenachweis „ Kapsel erscheint hell auf schwarzem Hintergrund“
Schleime:
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Schicht leichter deformierbar, schließt kleine Partikel nicht aus, eher locker
angebunden
Schlechter zu erkennen
Viskose kolloidale Lösung von Glykoproteinen, die von Epithelzellen
ausgeschieden wird
Wenig strukturierte, diffuse Schicht aus Polymerfasern
Wirkung/Funktion:
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Schutz vor Immunabwehr durch Leukozyten bei Bakterien die Tiere infizieren
o Kapsel kann von Phagozyten nur schlecht bzw. gar nicht als
Fremdkörper erkannt werden  keine Phagozytose möglich
o Wirkung als Virulenz Faktor, da auch pathogene Bakterien so Schutz
vor dem Immunsystem haben, z.B. Pneumokokken (Streptococcus
pneumoniae)
Schutz vor Austrocknung (z.B. Cyanobakterium Microcoleus chthonoplastes –
Bewohner der obersten Wattschicht)
Möglichkeit zur Fortbewegung durch gerichtete Schleimausscheidung
(z.B. Myxococcus xanthus)
Bindeglied beim Anlagern an andere Zellen, ermöglicht also ein Anheften an
das Substrat
Bindeglied beim Anheften an feste Oberflächen, z.B. Zahnschmelz
o Beispiel: Karies verursachende Streptokokken scheiden einen
Polysaccharidschleim aus, indem sich die sauren Produkte der
Streptokokkengärung (vor allem Milchsäure) anhäufen können.
Gelatinöse Kapseln halten einzelne Zellen vieler Prokaryoten zusammen, die
in Kolonien leben
Schutz vor Diffusion von schädlichen Substanzen durch die Zellwand (vgl.
Azotobacter vinelandii, siehe unten)
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Beispiel Dextranbildung:
Das mikrobielle Polysaccharid Dextran (Biopolysaccharid auf der Basis von GlucoseMonomeren) wird von manchen Bakterien mit Hilfe des Enzyms Dextransaccharase
aus Saccharose als Ausgangsmaterial gebildet:
n Saccharose  Dextran (=Glucose)n + n Fructose
Dextran wird auf diesem Weg von dem Bakterium Leuconostoc mesenteroides und
einigen weiteren gebildet. Das Polymer sammelt sich als massive Schleimschicht
oder Kapsel im Bereich um die Zellen. Da Rohrzucker für die Dextranbildung
erforderlich ist, kommt es nicht zur Dextranbildung, wenn die Bakterien in einem
Medium kultiviert werden, dass nur Glucose oder Fructose enthält.
Beispiel Stickstofffixierung:
Nur einige wenige bestimmte Prokaryoten können elementaren Stickstoff fixieren.
Soweit bekannt ist kein eukaryotisches Lebewesen zu dieser biochemischen
Leistung befähigt.
Im Verlauf der Stickstofffixierung wird elementarerer Stickstoff (N2) zu Ammoniak
(NH3) reduziert, und das Ammoniak in organische Stickstoffverbindungen überführt.
Dabei wird der Reduktionsprozess durch einen Enzymkomplex namens Nitrogenase
katalysiert, welche sich aus den beiden separaten Polypeptiden Dinitrogenase und
Dinitrogenasereduktase zusammensetzt.
Die Stickstofffixierung wird durch Sauerstoff gehemmt, da die Dinitrogenase rasch
und irreversibel inaktiviert wird. Deshalb wird das Enzym in der lebenden Zelle auf
vielfache Weise vor dem Sauerstoff geschützt.
So bildet Azotobacter vinelandii unter sauerstoffarmen Bedingungen nahezu keine
Schleimschicht, bei hoher Sauerstoffkonzentration allerdings eine deutliche
Schleimschicht/Kapsel (überwiegend aus dem Polysaccharit Alginat bestehend). Die
Schleimbildung lässt sich somit induzieren oder unterdrücken.
Beispiel Kläranlage:
Einige Schleimbildende Bakterien werden auch in Kläranlagen verwendet. Mit dem
Schmutz bilden Bakterien Schleime, welche in Form von Flocken ausfallen und vom
Wasser abgetrennt werden können.
Anwendungsbeispiel aus der Forschung:
Kapsel-Polysaccharide werden in der Serologie (Wissenschaft und Lehre von den
Antigen-Antikörper-Reaktionen, Teilgebiet der Immunologie.) zur Typisierung von
Enterobakterien der Gattungen Escherichia, Klebsiella und Shigella mit Hilfe
spezifischer Antikörper herangezogen.
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