Vorkommen und Bau der Bakterien
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Genetik der Bakterien und Viren 70 S-Ribosomen Zellmembran MureinZellwand Geißeln Bakterienchromosom Plasmid 86 Genetik der Bakterien und Viren Pili (oder Fimbrien) A Gram– Gram+ Mureinschicht Dicke: 2nm Mureinschicht Dicke: 15 nm Membran B Lipolysaccharide und Protein Membran 87.1 Gramtest. A Färbung E. coli: rosa und B. subtilis: violett-schwarz; B Zellwandaufbau (Schema) im Vergleich Escherichia coli Name: abgeleitet von ESCHERICH (Entdecker), gr. colon, Darm Größe: 0,5 µm breit, 1,5 µm lang Sporen: keine Geißeln: allseitig (peritrich) Färbung: GRAM-negativ Die kurze Generationszeit (20 Minuten), die Möglichkeit, auf Minimalmedien zu wachsen, und die leichte Manipulierbarkeit haben einen Stamm dieses Darmbakteriums zum wichtigsten Objekt der Molekularbiologen werden lassen. Dieser wird mit K-12 bezeichnet und ist harmlos. E. coli braucht als Gärer keinen Sauerstoff und ist daher fakultativ anaerob. Abkömmlinge von E. coli K-12 werden auch zur Produktion von Humaninsulin eingesetzt. Sicherheitshinweise zum Umgang mit Bakterien • Schulgeeignete Bakterienstämme werden von autorisierten Instituten bezogen. Diese Reinkulturen dürfen offen überimpft werden. • Unbekannte Kulturen aus der Umwelt werden noch vor der Bebrütung mit Klebeband versiegelt und keinesfalls berührt. • Frische Nährmedien werden zur Abtötung von Sporen im Autoklav oder Schnellkochtopf bei 121°C in feuchter Hitze sterilisiert. • Trockene Glasgeräte werden bei 180 °C im Backofen sterilisiert. • Arbeitsflächen werden mit 70%igem Ethanol sterilisiert. Für die Handdesinfektion muss zur Hautpflege Glycerin zugesetzt sein. • Alte Kulturen werden im hitzefesten Kunststoffbeutel (z. B. im Bratenbeutel) gesammelt, im Schnellkochtopf abgetötet und im Hausmüll entsorgt. • Im Zweifelsfall ist die Lehrerin oder der Lehrer zu fragen. Gasbrenner Impföse DrigalskiSpatel Impfblock SICHERHEIT 86.1 Bakterienzelle (Schema) Heute ist bekannt, dass Archäen mit den EuBakterien (gr. eu, echt) kaum verwandt sind und neben Bakterien sowie Einzellern, Pflanzen, Pilzen und Tieren eine eigenständige systematische Gruppe bilden. Dass auch der menschliche Körper mit Bakterien zusammenlebt, wird oft erst bei einer Infektion wahrgenommen. Ein Mensch besitzt am und im Körper jedoch zehnmal weniger eigene Zellen als Bakterien, die für seine Existenz sogar unabdingbar sind. So erschwert zum Beispiel eine natürliche Bakterienflora eine Infektion mit Hautpilzen. Man schätzt, dass bis zu vier Millionen Bakterienarten auf unserem Planeten existieren, zehntausende sind für den Menschen ausgesprochen nützlich, einige hundert nur sind Krankheitserreger. Von wenigen geht Gefahr für das Leben aus. Diese lässt sich aber durch Schutzimpfungen oder Einhaltung von Hygienevorschriften auf ein Minimum reduzieren. Im Vergleich zu Zellen anderer Organismen ist eine Bakterienzelle kleiner und einfacher aufgebaut. Sie ist etwa 1 µm lang. Viele Arten besitzen Geißeln. In diesem Fall zeigen die Zellen rotierende oder gerichtete Bewegungen, je nachdem, ob sie allseits oder nur an einer Seite begeißelt sind. Aufgrund des Fehlens eines membranumhüllten Zellkerns werden Bakterien in Abgrenzung zu den Eukaryoten (Einzellern, Pilzen, Pflanzen, Tieren) auch als Prokaryoten (lat. pro, vor; gr. karyon, Kern) bezeichnet. Bakterien besitzen eine Zellwand. Diese enthält Murein, eine Substanz, die bei Eukaryoten nicht vorkommt. Murein besteht aus langen Kohlenhydratketten, die durch kurze Peptidketten netzartig miteinander verknüpft sind. Früher fand man in Bakterienzellen Einfaltungen der Zellmembran, die man als „Mesosomen“ bezeichnete. Heute weiß man, dass dies Artefakte sind, die in lebenden Zellen nicht vorkommen. Auch fehlen typische Organellen wie bei eukaryotischen Zellen. Das frei im Cytoplasma liegende Bakterienchromosom besteht aus einem histonfreien, ringförmigen DNA-Doppelstrang. Name: abgeleitet von lat. bacillum, Stäbchen; lat. subtilis, schlicht Größe: 0,8 µm breit, 3 µm lang Sporen: ellipsoid, 0,6 µm Geißeln: allseitig (peritrich) Färbung: GRAM-positiv Das Bakterium ist unter anderem in der Lage, Stärke abzubauen. Dieser Prozess ist mit starker Hitzeentwicklung verbunden. Wird Heu zu feucht eingefahren, kann es durch bakterielle Abbauvorgänge sogar zur Selbstentzündung des Heus kommen. B. subtilis ist als strikter Aerobier auf Sauerstoff angewiesen. Bei Hitzestress bildet sich jede Zelle unter Abgabe von Cytoplasma zu einer Spore um. Man nennt diese auch Endosporen. STECKBRIEF Im Gegensatz zu den meisten anderen Lebewesen sind Bakterien für das bloße Auge nicht sichtbar. Ihre Bedeutung als Grundlage alles Lebendigen wird daher oft unterschätzt oder nicht wahrgenommen. Dabei leben schon in einer Handvoll Erde mehr Bakterien, als es Menschen auf unserem Planeten gibt. Die allgegenwärtigen Bakterien sind der Motor fast aller globalen Stoffkreisläufe. Würden alle Bakterien sterben, kämen diese Stoffkreisläufe zum Erliegen. Damit würde auch die Basis aller anderen Lebensformen zugrunde gehen. Von Bakterien gehen die ältesten Lebensspuren aus. Erste Formen existierten auf der Erde unter extremen Bedingungen vor mehr als drei Milliarden Jahren. Damals gab es noch keinen freien Sauerstoff im Meer oder in der Atmosphäre, folglich auch keine atmenden Organismen. Sauerstoff entstand erst 500 Millionen Jahre später – als erstes „Umweltgift“ – durch fotosynthetisch aktive Bakterien. Auch heute noch existiert eine große Gruppe von Bakterien, die in ihren Lebensgewohnheiten an die Verhältnisse der jungen Erde erinnern: Archaebakterien oder Archäen (gr. archaios, ursprünglich). Sie besiedeln scheinbar lebensfeindliche Räume wie Salzseen, heiße Quellen in der Tiefsee oder Tiefengestein in der Antarktis. Sie sind häufig chemoautotroph (gr. autos, selbst; trophein, ernähren), das heißt sie gewinnen Energie durch Chemosynthese und benötigen nur anorganische Stoffe zum Leben. Bacillus subtilis STECKBRIEF 1 Vorkommen und Bau der Bakterien Mit rund 4,6 Millionen Basenpaaren trägt das Chromosom von Escherichia coli die genetische Information für etwa 4300 Genprodukte. Extrachromosomal kann DNA zusätzlich in Form kleinerer Ringe auftreten. Diese Plasmide können bis zu 300 000 Basenpaare enthalten. Sie tragen weitere Gene. Nach ihrer Anfärbbarkeit werden zwei Gruppen von Bakterien unterschieden: Behandelt man verschiedene Bakterienarten mit einem nach dem Mikrobiologen GRAM benannten Farbgemisch, so behalten einige von ihnen – die GRAM-positiven – nach Spülung mit Alkohol den violett-schwarzen Farbstoff. Diese Arten, zum Beispiel Bacillus subtilis, besitzen eine Zellwand mit dicker Mureinschicht. Escherichia coli dagegen ist GRAM-negativ, seine Zellwand ist relativ dünn; der Farbstoff wird mit Alkohol ausgewaschen. Durch zusätzliche Färbung mit einem hellroten Farbstoff erscheinen GRAM-negative Zellen rosa. Glasröhrchen mit Alukappen Petrischale Schnellkochtopf Erlenmeyerkolben mit Stopfen 87.2 Mikrobiologische Arbeitsgeräte Genetik der Bakterien und Viren 87
