Zahl der Viren Nach eintägiger Bebrütung konnten folgende Beobachtungen gemacht werden: Petrischale 1: dichter Bakterienrasen der Art A Petrischale 2: kein Wachstum erkennbar Petrischale 3: dichter Bakterienrasen der Art A, wenige Kolonien der Art B 5 4 3 6 7 8 2 1 Zeit 1 B B A 2 . . ........ .. A .. . ..... . a) Beschreiben Sie den jeweiligen Kurvenverlauf. b) Erklären Sie den Unterschied der beiden Wachstumskurven. ........ Zahl der Bakterien Zeit A 3 Die beiden Bakterienstämme zweier Arten A und B wurden auf drei Petrischalen ausplattiert, die anschließend dicht verschlossen wurden: Petrischale 1: nur mit der Art A Petrischale 2: nur mit der Art B Petrischale 3: eine Hälfte mit der Art A, die andere Hälfte mit der Art B; die beiden Hälften sind durch einen agarfreien Bereich voneinander getrennt. B ....... AUFGABEN 1 Eine unbehandelte bakterielle Infektion nimmt vielfach einen völlig anderen Verlauf als eine Ansteckung mit Viren. Die Abbildung zeigt jeweils die Zahl der Bakterien bzw. Viren in der Blutprobe eines infizierten Patienten. 5 Benennen Sie die Zellstrukturen der Schemazeichnungen einer Bakterienzelle (oben) und einer eukaryotischen Zelle (unten). 3 .. .. .. ......... . . . .. .. .. . . . .. . . . ...... .. ........ ...... . . .. .. .. ... .. . .. . . . . . . .. . ... ... .. ... ... .. .. . . ... . . .... . . . .......... . .. .. . . .... . .... .. .. .. . .. .. a) Formulieren Sie eine Hypothese, die diese Beobachtungen schlüssig erklärt. b) Erklären Sie die Bedeutung des agarfreien Bereichs für Ihre Hypothese. c) Beschreiben Sie ein Experiment, das Ihre Hypothese stützt. .. 2 Puromycin ist ein Antibiotikum, dessen chemische Struktur dem Ende einer tRNA ähnelt, die die Aminosäure Tyrosin trägt. 7 Wissenschaftler haben entdeckt, wie man einen Bakteriophagen aus dem Hüllprotein des Phagen T2 und der DNA des Phagen Lambda zusammensetzt. Wenn man mit diesem künstlich erzeugten Phagen eine Wirtszelle infiziert, so werden in der Wirtszelle neue Phagen produziert. Die mögliche Zusammensetzung dieser Phagen ist aufgelistet: • Die Phagen enthalten das Protein von T2 und die DNA vom Phagen Lamdba. • Die Phagen enthalten das Protein von Lambda und die DNA vom Phagen T2. • Proteine und DNA beider Phagen sind in den neu produzierten Phagen gemischt. • Die Phagen besitzen Protein und DNA nur vom Phagen T2. • Die Phagen besitzen Protein und DNA nur vom Phagen Lambda. a) Wählen Sie die richtige Möglichkeit aus und geben Sie eine exakte Begründung an. b) Vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Ergebnissen der Arbeit von HERSHEY und CHASE. AUFGABEN Genetik der Bakterien und Viren 4 5 . 6 7 8 9 . . ........ .. ........ . .. ..... . 10 ..... .. 4 Drei Bakterienstämme wurden nach Beimpfung mit einer Impfnadel in drei verschiedenen Reagenzgläsern in Agar kultiviert. Die Bereiche des bakteriellen Wachstums sind in der Abbildung gezeigt. 8 Eine große Gefahr in Milch verarbeitenden Betrieben sind Ausfälle ganzer Tagesproduktionen von Jogurt- und Dickmilcherzeugnissen, wenn die Ausgangsmilch mit Bakteriophagen für Milchsäurebakterien verunreinigt ist. a) Erläutern Sie dieses Problem aus mikrobiologischer Sicht. b) Erklären Sie, welche Maßnahmen in Betrieben gegen Phagenbefall unternommen werden können. 11 9 Das Diagramm zeigt die Abfolge spezifischer enzymatischer Reaktionen in einem Bakterium, bei dem, ausgehend von einer Aminosäure als Vorstufe, fünf weitere Aminosäuren gebildet werden. Baumwollstopfen bakterielles Wachstum bakterielles Wachstum bakterielles Wachstum a) Worauf beruht die Bakterien hemmende Wirkung des Puromycins? b) Vergleichen Sie die Wirkung des Puromycins mit der des Penicillins. c) Welcher Umstand spricht gegen einen Einsatz des Puromycins in der medizinischen Praxis? 104 Genetik der Bakterien und Viren I II III a) Beschreiben Sie die Orte des Wachstums in Bezug auf den Stichkanal. b) Wie lässt sich das Wachstum der drei Stämme hinsichtlich des Sauerstoffbedarfs klassifizieren? 6 Bakteriophagen wurden in Bakterienzellen gezüchtet, die die Gene A+ und B– enthalten. Diese Bakteriophagen wurden nach der Lyse der Zellen erneut mit Bakterienzellen zusammengebracht, die jedoch die Gene A– und B+ enthielten. Nach der Infektion und dem Ausplattieren der Kultur traten Bakterienkolonien mit den folgenden Genen auf: A–B+, A–B–, A+B+, jedoch keine mit A+B–. a) Beschreiben Sie den Vorgang einer Bakteriophageninfektion. b) Wie lassen sich Phagen in Bakterien züchten, ohne dass die Bakterien lysiert werden? c) Welcher Vorgang führt hier zur Entstehung neuer Kombinanten? Beschreiben Sie den Vorgang kurz mithilfe einer Skizze. d) Erklären Sie, wie es zur Bildung der neuen Kombinationen kommt und warum die Kombination A+B– fehlt. V 1 W 2 Y 4 X 3 6 Z 5 Die Zahlen 1 bis 6 bezeichnen sechs Aminosäuren und die Buchstaben V bis Z fünf verschiedene Enzyme. Alle sechs Aminosäuren sind für das Überleben der Zelle notwendig. Der Wildtyp benötigt zum Wachstum nur Aminosäure 1. Eine bestimmte Mutante hingegen kann nur überleben, wenn das Kulturmedium zusätzlich die Aminosäuren 2 und 5 enthält. Welche Enzyme fehlen der Mutante? Begründen Sie Ihre Antwort. Genetik der Bakterien und Viren 105