Gram

Prof. Dr. KÁROLY NAGY, PhD
Direktor
Institut für Medizinische
Mikrobiologie
Semmelweis Universität
Budapest
Einführung
12 September 2011
Dr. Zsuzsa Bános
Mikrobiologie 1.
„Mikrobiologie ist die
Lehre von Lebewesen,
die als Individuen nur
mikroskopisch
sichtbar sind”
(Pasteur)
Mikrobiologie 2.
Bedeutung von Mikroorganismen
Prokaryonten auf der Erde - 2,5 x 1030
Festland
Erdboden 4%
Tiefengestein 60%
Ozeane
Bis 200m Tiefe 2%
Reste 34%
Mikrobiologie 3.
Bedeutung von Mikroorganismen
Umwandlungscyklen auf der Erde
- C, N, S, P, CO2, usw. (Bodenmikroben)
- LEBEN auf der Erde!
„An ihrem
natürlichen Standort
leben die Bakterien
in harmonischer
Mischkultur…”
Mikrobiologie 4.
Bedeutung von Mikroorganismen
Technische Mikrobiologie:
- Fermentation: Wein, Bier, Brot; Pharmaindustrie –
Antibiotika!, Biotechnologie
Beziehung zwischen Gast und Mikroorganismen:
☺ Harmlos, gut: Normalflora
Harmvoll, schlecht: Pflanze-, Tier-, und
Menschenpathogene Keime
Mikrobiologie 5.
Keim ist eine diffuse, aber praktische Bezeichnung von Medizinern
für so verschiedene Dinge wie einen Embryo oder ein Bakterium.
Haut- und Darmkeime sind in der Regel völlig harmlose Bakterien.
Krankheitskeime können Bakterien, Viren oder Pilze sein.
Hospitalkeime sind nicht etwa kranke Mikroben sondern bakterielle
Krankheitserreger, die durch einen langen Krankenhausaufenthalt
gegen viele Antibiotika unempfindlich geworden sind.
Grössenordnung der Mikroorganismen
ElektronenMikroskop
(100 000x)
Lichtmikroskop (1000x)
Parasiten
200 μm +
Viren 10-300nm
Bakterien
0.3-30 μm
5 -100 μm
PROTOZONEN, FUNGI
Medizinische Mikrobiologie 1.
Prokaryonten
Bakterien*
Cyanobakterien
Archebakterien
*Krankheitserreger
Eukaryonten
Algen*
Protozoen*
Schleimpilze
Pilze*
Viren*
Pflanzen
Tiere*
Pilze
Viroide*
Prionen*
Medizinische Mikrobiologie 2.
Viren
Virologie
Prokaryonten
Bakterien
Bakteriologie
Mykologie
Protisten
Pilze
Protozoen
Parasitologie
Eukaryonten
Helminthen
Kaiser’s Tab. 1.1. Kap. 1.2
Medizinische Mikrobiologie 3.
Erreger der Infektionskrankheiten
Morphologische und biologische Eigenschaften
(Diagnostik)
Gast-Wirt Beziehungen
Prophylaxe
Expositionprophylaxe
Immunisierungprophylaxe
Chemoprophylaxe
Therapie
www.royalsoc.ac.uk
www.aeberhardt.ch
Geschichte
www.bbc.co.uk
www.zeiss.com
www.imp.ethz.ch
www.paul-ehrlichsymposium2004.de
Geschichte
Poliomyelitis - Paralyse
1500 B.C. (18th Dynastie Egypt)
Aristoteles (384-322 B.C.)
„Spontan generation Theorie”
„contagium vivum” - „lebenden Antsteckungsstoff”
Theorie
Girolamo Fracastoro – Epidemiologie, XVI. Jh.
Kontagiöse Verbreitung
Syphilis – erste Dokumente
Leeuwenhoek
1674 Untersuchungsverfahren
Jenner
Semmelweis
1796 Empirische Beobachtungen
PRÄVENTION
1847
Pasteur
1885
Koch
1876
Ivanovsky
1892
Ehrlich
1910
Fleming
1928
Entdeckung die
PATHOGENE, die Erreger von
Infektionskrankheiten
THERAPIE
Geschichte von Mikrobiologie I.
Anton von Leeuwenhoek
(1632-1723)
MIKROSKOP,
KOMPOSIT LINSEN-SYSTEM
247 types Mikroskope, max. Vergrössungsgrenze.: 270 x
Berkel – See: Neue Welt
1673 Erste Beschreibung und Illustration von Mikroben
Royal Society, London, 300 Briefe
1675 Human Erithrozyten
1677 Human Spermatozoa
1683 Zahnbelag
1698 Besuch von Tzar Peter der Grosse
Anton von Leeuwenhoek (1632-1723)
Ca. 500 verschiedene Mikroskope
Delft
Leinenhändler
Edward Jenner 1749-1823
Kuhpocken - Bläschen
1796
Vaccination
Edward Jenner 1749-1823
Kuhpocken
Pockenschutzimpfung 1796
Pocken
Semmelweis Ignác Fülöp 1818-1865
„Retter der Mütter”
ENTDECKUNG VON ÄTIOLOGIE
Pathogen ist nicht bekannt
Prävention
1847 Kindbettfieber (Sepsis)
HÄNDE WASCHEN!
Chlorkalkwasserwaschung!
Semmelweis Ignác Fülöp 1818-1865
Semmelweis Museum
Semmelweis’s Grab
Geburtsort von Semmelweis
Semmelweis Ignác Fülöp 1818-1865
Semmelweis Universität Budapest
Louis Pasteur 1822 - 1895
Tollwutschutzimpfung (1885)
RABIES
Louis Pasteur 1822 - 1895
ÄTIOLOGIE
Pathogen unbekannt
Prävention
VACCINATION!
Louis Pasteur 1822 - 1895
•Fermentation
•Pasteurisierung
1876 KOCHSCHE POSTULATEN:
Robert Koch 1843-1910
KRANKHEIT - PATHOGEN
Feste Nährmedien - Reinkultur
1876 KOCHSCHE POSTULATEN
Der Krankheitserreger
1)muss regelmässig im infizierten Körper zu
finden sein;
2)muss sich isolieren, in Reinkultur züchten
und untersuchen lassen
3)Mit der Reinkultur muss sich das gleiche
Krankheitsbild wieder erzeugen lassen
(Tierversuch)
1876 KOCHSCHE POSTULATEN:
KRANK
microbiology.okstate.edu
GESUND
1876 KOCHSCHE POSTULATEN:
KRANK
microbiology.okstate.edu
GESUND
1876 KOCHSCHE POSTULATEN:
microbiology.okstate.edu
1876 KOCHSCHE POSTULATEN:
microbiology.okstate.edu
Angst der Mikrobiologe…
„Reinkulturen sind langweilig, aber notwendig!”
„Der Mikrobiologe
lebt in ständiger
Angst vor
Verunreinigungen,
die ihn bzw. seine
Reinkultur
bedrohen.”
Robert Koch 1843-1910
ANTHRAX – Milzbrandkrankheit 1876
Robert Koch 1843-1910
„Koch bacillus”
Tuberkelbakterium
Nobel-Preis 1905
Robert Koch 1843-1910
portrait.kaar.at
Vibrio cholerae - 1884
www.microbes-edu.org
www.designthatmatters.org
Dmitri Ivanovsky 1864-1920
1892 ENTDECKUNG DER VIREN
Tabakmosaikkrankheit
Filtrierbarkeit des Erregers
Paul Ehrlich 1854-1915
Diphtheria antitoxin (side-chain theory)
Theoretische Grundlagen von
MODERNE IMMUNOLOGIE
1908
Salvarsan,
Salvarsan organische Arsen, erste effektiv Therapie
von SYPHILIS
1910
„DER VATER VON CHEMOTHERAPIE”
Alexander Fleming 1870-1955
Penicillium notatum
Entdeckung von Penicillin 1928
1945
ANTIBIOTIKUMÄRA
Geschichte von Mikrobiologie II.
Jetzt:
neue Antibiotika
Genetische Methode, usw.
Neue Krankheiten
Legionellosis
Lyme
AIDS
USA
1976
1979
1981
Neue Pathogene
Prione, SARS
Neue Probleme
Nosokomiale Infektion
Immunschwäche Patienten
Ungarn
1980
1981
1986
ANTIBIOTIKA
NEUE PATHOGENE - NEUE KRANKHEITEN
Bakterien
LEGIONELLOSE – 1976/77
Legionella pneumophila
Hahn: Kap. I. Tab. 1.2
MAGENGESCHWÜR
Helicobacter pylori - 1983
ARTERIOSCLEROSE
Chlamydia pneumoniae
LYME
Borrelia
burgdorferi - 1982
NEUE PATHOGENE - NEUE KRANKHEITEN
Viren
AIDS
HIV (retrovirus) - 1983
HEMORRHAGISCHES
FIEBER
Ebola virus
(filovirus) - 1977
KAPOSI’S SARCOMA
HHV-8 (herpesvirus)
- 1994
NEUE PATHOGENE - NEUE KRANKHEITEN
Viren
SARS
Coronavirus - 2003
Avian Influenza
Influenza virus
NEUE PATHOGENE - NEUE KRANKHEITEN
P R I O N ( p r o t e i n o n l y ) - 1996
Infektiöse Proteine, kein Nukleinsäure, lebende Zell für Vermehrung
Scrapie im Schaf
Bovine Spongiform Encephalitis (BSE)
Creutzfeld – Jacob Krankheit
Laufend 100 Jahre, mehr als 50 medizinische /
physiologische Nobel Preise…
Von Koch (1905) bis Marschall (2005)
Helicobacter pylori
Bestimmungschlüssel für die
wichtigsten Bakteriengruppen
A. Freilebende
I. Eubakterien (rigide, dickwandige, Geisseln)
-Myzelartige
-Einfache unizelluläre
Gram +
KOKKEN
Gram –
STÄBE
II. Spirochaeten (flexible, dünnwandige, helicale,
axiales Filament)
B. Obligat intrazelluläre
C. Zellwandfreie formen
Morphologie der Bakterien
Kokken
1 μm
Stäbe
• Haufen- oder Trauben-
2-10 μm
Spirochaeten
• Borrelia
• Paarförmig (Diplo-)
• Fusiform Stäbe
• Ketten
• Treponema
• Vibrio
• Tetrakokken
• Leptospira
• Spirillen
• coccobacilli
10-30 μm
Morphologie der Bakterien
„Man findet längliche,
kugelige und gekrümmte
Exemplare…”
„Es gibt grosse und kleine
Mikrobiologen…”
Struktur von Bakteriumzellen
Essential components
Accessory components
Cilia - Geissel
Zellwand
Membrane
Cytoplasma
kein Golgi
Nukleinsäure
circular
Double stranded DNA
(haploid)
Fimbriae
Sexfimbriae (pilus)
(Adhesion)
Kapsel
Antigen spezifisch
Antiphagozytär
Bildung von
Endosporen
Flagellum - Geissel
Bakterielle Zellwand Struktur
Geissel
Geissel
fimbriae
Peptidoglykan
Kapsel
Kapsel
LPS
Gram +
Gram -
Peptidoglykan
Gram +
www.med.sc.edu:85
Peptidoglykan
Gram -
www.med.sc.edu:85
Äussere Membran LPS Endotoxin Gram –
www.med.sc.edu:85
Sporenbildung – Gram +
www.med.sc.edu:85
Geisseln
„Mikrobiologen sind
in der Regel
monopolar –
diffusotrich
begeisselt…”
www.uccs.edu
www.uccs.edu
Kapsel
Antiphagozytär
Antigen
Adherenz
Schützt
Polysaccharid
Hyaluronsäure
D-Glutaminsäure
textbookofbacteriology.net
Spirochaeten – Endoflagellum
www.uccs.edu
Stoffwechsel der Bakterien
Chemische Reaktionen
Katabolen
Anabolen
Photosynthetische
Bakterien
Chemosynthetische
Bakterien
Hahn: Kap. V. 2.2.
Kaiser’s: Abb. 4.15
Nährstoffe
Organische
Anorganische
Organotrophe
Bakterien
(syn. Heterotrophe)
Lithotrophe
Bakterien
(syn. Autotrophe)
Stoffwechsel der Bakterien
Bakterien sind:
1) Obligat Aerobier: O2 (Respiration)
2) Fakultativ Anaerobier: O2 (Respiration); O2 (Fermentation)
3) Obligat Anaerobier: O2 (Fermentation)
4) Mikroaerophile
Stoffwechsel der Bakterien
Energie – Oxidation, Respiration
O2
„Seine Lebensweise ist im
allgemein strikt aerob!”
O2 und CO2
„Es gibt jedoch auch
mikroaerophile Species”
Anaerob – ohne O2
Energie - Fermentation
Fakultativ anaerob
…erhalten endlich einen Namen.
Vielzellige Tiere
Krankheitserreger: Helminthen / Würmer
Vektoren: Arthropoden
(Entomologie)
Entomologie
Fliege
• Trypanosoma gambiense (Tsetse)
• Trypanosoma rhodesiense (Tsetse)
• Bunyaviruses (sandfly Phlebotomus)
• Loa loa (filariae)
Mücke
• Togaviruses
• Flaviviruses (Aedes, Culex)
• Bunyaviruses (Aedes)
•Plasmodium (Anopheles)
• Leishmania (Phlebotomus, und andere)
• Wuchereria (filariae)
• Oncocerca (filariae)
Raubwanzen • Trypanosoma cruzi
Zecken • Flaviviruses
• Reo/Coltiviruses
• Babesia
• Borrelia burgdorferi
• Francisella tularensis
• Rickettsia rickettsii
Lause
• Rickettsia prowazekii
• Borrelia recurrentis
Flöhe
• Yersinia pestis
• Rickettsia typhi
• Rickettsia akari
Milben
• Rickettsia/Orientia
tsutsugamushi
• (Allergie, Scabies)