Bakterien (Einführung in die Bakteriologie)
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DAS LABOR wege-der-wissenschaft.com Bakterien (Einführung in die Bakteriologie) Bakterien sind kleine Mikroorganismen bei dehnen das Erbgut (Die DNA) frei im Cytoplasma liegt. Die DNA liegt in einem engen Raum, dem Nucleoid. Bakterien kommen in unterschiedlichen Formen vor. Kokken sind runde Bakterien, man unterscheidet Kokken (einzeln vorliegende runde Bakterien), Diplokokken (paarweise vorkommende runde Bakterien), Pneumokokken (paarweise vorkommende runde Bakterien, die sich aber in einer Kapsel befinden), Staphylokokken (runde Bakterien die Haufenweise vorliegen), Streptokokken (runde Bakterien die an einander gereiht sind) sowie Tetraden und Sarcinen. Stäbchenförmige Bakterien sind Bazillen, auch bei ihnen unterscheidet man unterschiedliche Arten. Zudem gibt es noch weitere Formen (siehe Abbildung). Bakterien haben meist einen Durchmesser von 0,6 µm bis 1,0 µm. Mykoplasmen sind nur 0,3 µm groß. Bakterien können vom menschlichen Auge nicht gesehen werden, da es maximal 50 µm sehen kann. Mit dem Durchmesser von 300 µm bis 700 µm ist das Schwefelbakterium Thiomargarita namibiensis das größte bekannte Bakterium. Es kann mit dem bloßen Auge gesehen werden. Bakterien haben eine Länge von durchschnittlich 1 µm bis 5 µm. Das Volumen der meisten Bakterien beträgt 1 µm³. Aufbau Diem meisten Bakterien haben eine Zellwand, alle besitzen Cytoplasma mit Cytoplasmamembran und Ribosomen. Die DNA ist ein geschlossenes Molekül und liegt als Bakterienchromosom frei in der Zelle. Bakterien besitzen eine RNAPolymerase mit 5 Untereinheiten © DAS LABOR. Bakterienchromosom Cytoplasma Im Bakterienchromosom liegt der meiste Teil der Erbinformation (DNA) verdichtet vor. Das Chromosom ist geschlossen und die DNA liegt in einer endlosen Schleife vor. Das Chromosom liegt einzeln oder in mehreren Kopien vor. Es liegt frei im Cytoplasma, aber nimmt nur einen kleinen Bereich der Bakterien Zelle ein. Neben dem Chromosom liegen noch einzelne Teilstücke der DNA frei in der Zelle, die so genannten Plasmide. Cytoplasma füllt die Zelle aus und besteht aus flüssigem Cytosol. Cytosol ist ein Gemisch aus Wasser, gelösten Ionen und Proteinen. Genau besteht das Cytoplasma aus: • • • • • • • • Wasser 80,5 – 85 % Proteine 10 – 15 % Lipide 2 – 4 % Polysaccharide 0,1 – 1,5 % DNA 0,4 % RNA 0,7 % kleine organische Moleküle 0,4 % anorganische Moleküle und Ionen 1,5 % Cytoplasmamembran Zellwand Geisel (auch Flagellum genannt) Pilus Ribosomen Plasmid Innerhalb des Cytoplasmas laufen viele wichtige Stoffwechselprozesse der Zelle ab. Zudem hilft das Cytoplasma beim Wachstum und bau der Zelle und transportiert wichtige Moleküle. Die Cytoplasmamembran ist eine Lipiddoppelschicht von 6 nm bis 10 nm, deren Aufgabe es ist die Zelle zu Schützen und das innere Milieu aufrecht zu erhalten. Sie hat die Aufgabe die Zellgeometrie aufrecht zu erhalten und schützt vor äußeren Umwelteinflüssen. Man unterscheidet gram-positive und gramnegative Bakterien, die sich durch ihre Zellwand unterscheiden. (unter mehr dazu) Mit der Geißel kann dich das Bakterium fort bewegen. Es ist ein Protein Faden. Der Pili ist typisch für viele gram-negative Bakterien. Mit ihm können sie Nährstoffe aus der Umgebung (z.B. Nährlösung) entnehmen. Es gibt darüber hinaus noch den so genannten F-Pilus, mit dem können Bakterien Gen Informationen austauschen (Gentransfer). Einer der Ursachen warum manchen Bakterien Stämme sehr schnell Resistenzen gegenüber Antibiotika entwickeln ist, dass sie eine neu erworbene Resistenz schnell untereinander austauschen, bevor sie sich vermehren. An ihnen werden Proteine hergestellt, entsprechend der Basensequenz der DNA. Siehe Bakterienchromosom Lebensweise Der Stoffwechsel der Bakterien ist sehr unterschiedlich. Bakterien produzieren selbst Proteine und Energie, dafür brauchen sie bestimmte Nährstoffe wie Zucker, anorganische Salze, organische Material (z.B. Pepton, Trypton). Einige brauchen Sauerstoff zum Leben, die so genannten aerobe Bakterien. Andere brauchen kein Sauerstoff bzw. der Sauerstoff ist giftig für sie, die so genannten anaerobe Bakterien. Cyanobakterien (auch Blaualgen genannt) betreiben Photosynthese. Manche Bakterien, wie z.B. Bacillus, kapseln sich in Sporen ein. Ihr Stoffwechsel kommt zum erliegen und so können sie in der Sporenform mehrere Tausendjahre überdauern bis sie wieder aktiv werden. Die Extremophilen Bakterien können unter lebensfeindlichen Bedingungen leben, z.B. in heißen Quellen, Vulkanen oder in der Antarktis. Fortpflanzung Bakterien vermehren sich durch Zellteilung (Querteilung). Das Darmbakterium Escherichia coli teilt sich z.B. alle 20 Minuten, andere brauchen für eine Teilung mehrere Stunden. Jedes neue Bakterium teilt sich wieder. Alle neuen Bakterien sind Klone der ersten Bakterie. Gram-Färbung Der dänische Biologe Hans Christian Gram, entwickelte eine Methode um Bakterien zu färben. Die Methode erlaubt es die Bakterien in 2 große Gruppen zu unterteilen, in gram-positive und gram-negative. Allerdings gibt es auch unbestimmte, die gramvariable und gram-unbestimmte Gruppen. Die Gram -Färbung ist eine wichtige diagnostische Methode in der allgemeinen und medizinischen Mikrobiologie. Allgemeine Baueinheit des Mureins © Wikipedia. Teichonsäure von Mikrococcus Arten © Wikipedia. Gram-positive Bakterien besitzen eine dicke mehrschichtige Mureinhülle (Murein auch Peptidoglycane ist ein aus Zucker und Aminosäuren aufgebautes Makromolekül welches in der Zellwand von Bakterien vorkommt.) Dies kann bis zu 50% Hüllentrockenmasse ausmachen, dazu enthält das Bakterium 20% bis 40% Teichonsäuren (polymere Bausteine der Zellwand von grampositiven Bakterien). Bei der Färbung sammelt sich die Lugolsche Lösung in den Zwischenräumen der Mureinhülle an. Hier wirkt der Alkohol dehydratisierend und verringert den Abstand zwischen den Molekülen, so dass die Farbstoff-Komplexe nicht vom Alkohol ausgewaschen werden können. Somit bleibt die dunkelblaue Färbung erhalten. Gram-negative Bakterien besitzen nur eine einschichtige Mureinhülle die 10% der Trockenmasse ausmacht. Zudem besitzen gram-negative Bakterien keine Teichonsäuren. Die Hülle ist so dünn das die Farbstoffkomplexe wieder ausgewaschen werden und so keine Färbung unterem Mikroskop zu sehen ist. Alternativ zur Gram-Färbung kann der KOH-Test oder der Aminopeptidasentest durchgeführt werden. Bedeutung von Bakterien Bakterien sind, wie Pilze, ökologisch unverzichtbar. Sie bauen altes Material ab, z.B. abgestorbene Pflanzen setzen sie zu Humus um, oder lassen tote Tiere verwesen. Ohne Bakterien würde die Natur in ihrem eignenden Abfall ersticken. Im menschlichen Körper bauen sie Nährstoffe und Schadstoffe ab und sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Darmflora. Auf der Haut bilden sie einen natürlichen Säureschutzschild der uns vor anderen fremden und krankheitserregenden Keimen schützt. Wir nutzen Bakterien in der Nahrungsmittelproduktion, ohne sie wäre die Herstellung von Käse, Jogurt oder Essig nicht möglich. Manche Bakterien produzieren niedermolekulare Verbindungen mit dehnen sie sich selber vor fremden Bakterien schützen, die so genannten Antibiotika. Die Wissenschaft forscht daran wie man durch Bakterien Chemikalien oder Energie gewinnen kann, oder sie als Träger für Genmaterial zu verwenden. (Mehr dazu im Artikel zur Biotechnologie.) Allerdings gibt es auch Bakterien, die Krankheiten auslösen können. Sie haben den menschlichen oder tierischen Körper als perfekte Brutstätte für sich erkannt. Durch die Vermehrung oder die Toxine die sie ausstoßen werden wir Krank. Viele übertragen sich durch Tröpfchen- oder Schmierinfektion. Sie können Lungenendzündungen, Blutvergiftungen (Sepsis) oder andere Erkrankungen auslösen. Zudem stellt die Resistenz gegenüber vielen Antibiotika eine immer höhere Gefahr da (Mehr dazu im Artikel zum Antibiotikum). Daher ist Hygiene in medizinischen Einrichtungen (Krankhäuser, Arztpraxen oder Rettungswagen unerlässlich). Zuhause sollte allerdings sparsam mit Desinfektionsmittel umgegangen werden. Die Keime zuhause sind meist ungefährlich und stimulieren unser Immunsystem. Hier gilt wirklich das Motto „Ein bisschen Dreck hat noch niemanden geschadet.“. Auch sind die Bakterien von der Straße relativ ungefährlich für uns, und ein perfektes Training für das Immunsystem. © 2011 DAS LABOR Deutschland www.wege-der-wisssenschaft.de
