Bakteriologie
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Bakteriologie Erarbeitet und vorgestellt von Leopold Böhm, Sebastian Hanswille, Gianluca Nowoczyn, Rolf Rempel Inhalt • Feinstruktur der Bakterien • Morphologie der Bakterien • Genetische Variabilität der Bakterien – Interzelluläre Mechanismen – Molekulare Mechanismen • • • • • Hygiene Nährbodenherstellung + Inhaltsstoffe Mikroskopie Eigene Ergebnisse Quellen Feinstruktur der Bakterien Nukleoid (Kernäquivalenz) und Plasmide • „Zellkern“ kein wirklich Zellkern, sondern stark verknäulter DNA-Strang • Bei E. coli: 6,34 ∙ 106 Basenpaare • Plasmide: - autonom vermehrend - Phänotyp bestimmen Zytoplasma • Enthällt nieder- und hochmolekularer Stoffe, RNA, Reservestoffe und ungefähr 20000 Ribosomen pro Zelle • Wichtig: Permeasen, Biosynthese-Enzyme, Efflux-Plumen, Proteine der Sekretionssysteme, Sensorproteine und Enzyme der Atmungskette bei Bakteriem mit aeroben Stoffwechsel • Allgemeine Sekretionsweg: Proteinzylinder in der Zytoplasmamembran Sensorproteine übertragen Informationen aus der Umgebung der Zelle ins innere Zytoplasmamembran • typische biologische Elementarmembran, die aus einer Phospholipidschicht besteht Kapsel • Polymer, das mit Hilfe von extrazellulärer Enzyme sich um die Zelle anordnet • schützt Bakterien vor der Phagozytose • Bei den meisten Bakterien Kapsel aus Polysaccharid Geißeln • Dient zur Fortbewegung • sind monotrich, lophotrich oder peritrich angeordnet sein • Sind über einen Halteapparat in der Zellwand und in der Zytoplasmamembran verankert • Können mit Hilfe von aus Proteinen bestehenden „Motoren“ wie ein Propeller um ihre Achse rotieren Biofilm • strukturierte Gemeinschaft von Bakterienzellen in selbst produzierter Polymermatrix • In der Tiefe dieser Beläge befindliche Bakterien sind weitgehend vor dem Immunsystem und vor Antibiotika geschützt Zellwand • Sehr komplex • Schützt die Zelle vor Noxen, osmotischem Druck und ermöglicht Kommunikation mit der Außenwelt Zusammenfassung Eigenschaft Kernstruktur Prokaryont nicht von Proteinen bedecktes, zirkuläres DNA Molekül dichtes DNA-Knäuel im Zytoplasma ohne Kernmembran: Nukleoid Eukaryont Komplex aus DNA und Proteinen DNA Nukleoid und Plasmide im Kern, Mitochondriend und Plasmide Zytoplasma 70S-Ribosomen, keine Mitochondrien, keine Zellorganellen 80S-Ribosomen, Mitochondrien und Zellorganellen Zellwand meist: starre Zellwand mit oft: Glucane, Mannane, Murein Chitin, Chitosin, Cellulose Reproduktion Ungeschlechtlich durch einfache Querteilung Lokalisation der Kernstruktur in einer von einem von einer Kernmembran umgebenen Nukleus meist: geschlechtlich E.Coli – Jeder kennt sie, aber was ist das eigentlich genau? Aufbau von Escherischia coli • Fakultativ anaerobes, gramnegatives, stäbchenförmiges, nichtsporenbildendes und peritrisch begeißeltes Bakterium aus der Familie der Enterobacteriaceae • Medizinische Mikrobiologie unterscheidet kommensale, nichtpathogene und pathogene Stämme • Diagnostische Differenzierung beruht auf der serologischen Einteilung von Kauffmann nach O-, H- und K-Antigen Aufbau von Escherischia coli Wachstum von E. coli • Heterotrophe Mikroorganismen → Energie und Kohlenstoff durch Verbrauch energiereicher Verbindungen (Kohlenhydrate, organische Säuren oder Aminosäuren) • Ammoniumverbindungen oder Aminosäuren als Stickstoffquelle • Makroelemente wie Magnesium, Kalium, Eisen und Phosphor essentiell wichtig E. Coli unter Stress • Allgemeine Stressantwort geregelt durch alternativen s-Faktor S → veränderte RNA-Synthese • Säurestressantwort durch Bildung biogener Amine aus korrespondierenden Aminosäuren → dadurch Verbrauch eines Wasserstoffprotons Morphologie der Bakterien: Bakterien lassen sich nach der äußeren Form differenzieren: • Kokken(kugelförmige) • Stäbchenförmige Bakterien • Fadenförmige Bakterien • Wendelförmige Bakterien nach Färbeverhalten bei der Gram-Färbung • Gram-positiv • Gram-negativ nach Sauerstoffverbrauch-toleranz • Aerob • Anaerob • Mikroaerophil • Aerotolerant • Mikroaerotolerant Genetische Variabilität von Bakterien Genetische Vielfalt 1: Mutation • Genetische Variabilität nicht durch Fortpflanzung Rätsel, da Prokaryoten ungeschlechtlich sind • Variabilität durch schnelle Vermehrung und Mutationen schnelles Evolutionsgeschehen und hohe Adaptivität • Insertionen, Deletionen, Punktmutationen Genetische Vielfalt 2: Neukombinationen 1. Transformation 2. Transduktion 3. Kunjugation Transformation Transduktion Konjugation Hygiene: • Hygiene ist sehr wichtig bei der Herstellung von Nährböden zum züchten von Bakterienkulturen • Schlechte Hygienebedingungen verfälschen das Endergebnis • Viele Materialien müssen vor dem Produktionsverfahren desinfiziert oder abgekocht werden • Von Vorteil: Vakuumverpackte Petrischalen • Arbeitsfläche und -umfeld sind möglichst steril Nährboden und Inhaltsstoffe: Herstellung des Nährmediums: • Erlenmeyerkolben zur Hälfe mit dest. Wasser füllen • Zugabe von Agar und Nährmedium • Rühren bis es sich löst • dest. Wasser nachfüllen und erneut rühren • Öffnung des Kolbens mit Alufolie schließen • 30 min in den Dampfkochtopf • Gießen der Agarplatten • Schalen ruhig stehen lassen bis es fest ist • Abstriche machen (z.B. mit Impfösen) • Ab in den Brutschrank Nährboden und Inhaltsstoffe: • Hauptanteil Wasser • Für Bakterien verwertbare Energiequellen • Organische, anorganische und schwefelhaltige Verbindungen • Kohlenstoff • Stickstoff • Zusätzliche Salze, die lebenswichtige Ionen liefern Mikroskopie • Nativpräparate mit oder ohne Vitalfärbung erlauben Betrachtung lebender Bakterien wenig kontrastreich • Kontrasterhöhung durch gefärbte Präparate • Aufbringen einer dünnen Materialschicht auf Objektträger, anschließendes Lufttrocknen • Fixierung durch Hitze oder Methylalkohol • Anschließende Färbung: Einfach- oder Differentialfärbung (Methylenblau oder Gram) Gram-positive und gram-negative Bakterien: Gram-negative Gram-positive Rote Färbung durch Fuchsin Blaue Färbung durch Murein Dünne Zellwand, einschichtiges Murein Dicke Zellwand, mehrschichtiges Murein Eine äußere und eine innere Membran nichts besonders permeabel Eine innere Membran stark permeabel Lipopolysaccharide Lipoteichonsäuren, Teichonsäuren Keine gramlabilität Gramlabilität vorhanden Prinzip der Gramfärbung • • • • Kristallviolettfärbung Beizung Entfärbung Gegenfärbung Eigene Ergebnisse Quellen • • • • • • • • • • Neil A. Campbell, Jane B. Reece; ‚Biologie‘ www2.bc.cc.ca.us M. Koops, „Bakterien“, http://biologielexikon.de/lexikon/bakterien.php,3.9.2012 F. Kayser, „Medizinische Mikrobiologie“, Thieme Verlag, 12. Auflage, 2012 S. A. Böse, „Gram-färbung“, http://flexikon.doccheck.com/de/GramF%C3%A4rbung, letzter Stand 27.1.2013 chermieberufe.net, „Durchführen mikrobiologischer Arbeiten I“, http://www.chemieberufe.net/media/BLMikrobiologie/BL_7fh_Mikrobiologie_Mikroorganismen_isolieren_faerbe n_morphologisch-differenzieren.pdf, letzter Stand 27.1.2013 scholle.oc.uni-kiel.de/lind/iteach/glycobiol/Glycobiologie crees.org/resources/files/forms/26 rzb.f2.fhtw-berlin.de/typo4/LSE_SoSe09_Stammkonstruktion bfr.bund.de/de/escherichia_coli-54352.html
