Hauptlinien der Bacteria Proteobakterien Proteobakterien

Hauptlinien der Bacteria
Proteobakterien
phylogenetische Einteilung in Verwandtschaftsgruppen:
-, -, -, -, - Proteobakterien
Taxonomische Einteilung nach Phänotyp:
Phototrophe
Enterobakterien
Nitrifikanten
Vibrio und Photobacterium
S- und Fe-Oxidanten
Rickettsien
H2-oxidierende Bakterien
Spirillen
Methanotrophe und methylotrophe Proteobakterien mit Scheiden
Pseudomonaden
Bakterien mit Stielen
Essigsäurebakterien
Mxyobakterien
Freilebende N2-Fixierer
Sulfat- und S-reduzierende Proteobakterien
Neisseria, Chromobakterien und Verwandte
Proteobakterien
Phototrophe Purpurbakterien:
Proteobakterien:
Magnetospirillum magnetotacticum
anoxygene Photosynthese -> keine O2-Bildung
manche fakultativ aerob (dann keine Photosynthese)
Bakteriochlorophylle und Carotinoide
Intracytoplasmatische Membransysteme
Magnetit
Proteobakterien: Caulobacter
- Isolierung aus Gewässern
- oft oligotroph
- Stiele zur Anheftung an Oberflächen
- Komplexer Lebenszyklus
Modellorganismus:
Caulobacter crescentus
Caulobacter:
• Modellsystem der gestielten Bakterien
• Proteobacteria
• Einzelner, polarer Stiel
• Dimorpher Lebenzyklus
Schwärmerzelle
Stielzelle
Lebenszyklus:
Schwärmerzelle:
- einzelnes polares Flagellum
- vor Zellteilung wird Flagellum abgeworfen
- an Stelle des Flagellums tritt der Stiel
Stielzelle:
- durch den Stiel haftet die Zelle an den
Untergrund
- Zelle wird an der dem Stiel entgegengesetzten
Seite verlängert
- Flagellum wird ausgebildet, Tochterzelle trennt
sich von Mutterzelle
Zyklus wiederholt sich
Proteobakterien:
Essigsäurebakterien
Proteobakterien: Zymomonas
- Zymomonas mobilis
- strikt fermentativ
- isoliert aus Agavenschnapps (Pulque)
- Ethanolfermentation
- biotechnologisch bedeutend in Mittel- und Südamerika
- Vergärung von Rohrzucker
- keine Pyruvat-DC, Vergärung über ED!
- Unvollständige Oxidation org.
Verbindungen
zu Acetat
- Acetobacter
- Gluconobacter
Oxidation von:
- Zucker zu Zuckersäuren
Alkohol zu Säuren (Ethanol zu Acetat)
- rel. Säureresistent
Acetobacter aceti auf Calciumcarbonat-Agar
-Anwendung: Herstellung ungewöhnlicher Zuckersäuren
Essig
Biokonversion (Vitamin C-Synthese)
Proteobakterien:
Gallionella ferruginea
Proteobakterien:
Spirillum volutans
Fe 2+ als Elektronendonator
chemolithoautotroph
Stiel ist extrazellulär
Org. Polymer mit Eisenhydroxid
Oft vergesellschaftet mit Sphaerotilus natans
Volatin: Polyphosphate-Granula
Proteos : Neisseria, Chromobacterium
Proteobakterien:
Spirillum volutans
- phylogenetisch und morphologisch ähnlich, Kokken/Kurzstäbchen
- unbeweglich, aerob, Oxidase-positiv oder negativ
Acinetobacter - häufig im Boden und Wasser
Polare Flagellen
Spiralförmiger Körper
Neisseria meningitidis - pathogen: Hirnhautentzündung
Neisseria gonorrhoeae - pathogen: Gonorrhoe/Tripper
Chromobacterium violaceum - häufig im Boden und Wasser
- Pigmentproduktion: Violacein
Proteos: Pseudomonaden
Generelle Charakteristika:
- Gerade Stäbchen, 0.5 - 1 μM lang, keine Sporen, Gram-negativ, unipolar
mono-/oder polytrich
- metabolisch außerordentlich versatil (Abbau, Chemolithotrophie etc.)
- kein Polymerabbau
- respiratorisch (anaerob wenig Säure aus Glukose)
- Oxidase und Katalase-positiv
- Sammelgruppe: phylogenetisch -, -, und -Proteobakterien
- Gattungen: Pseudomonas, Burkholderia, Hydrogenomonas
Commamonas, Ralstonia
Proteobakterien:
Pseudomonaden
Proteobakterien:
Pseudomonaden
Pseudomonas putida
Typische Kolonie von Burkholderia cepacia auf einer Agar-Platte
Pseudomonaden: KDPG-Weg
Glucose
ATP
Glucose-6-phosphat
NADPH2
6-Phosphogluconat
2-Keto-3-deoxygluconat-6-phosphat
(KDPG)
Pyruvat
Glycerinaldehyd3-Phosphat
Pyruvat + 2 ATP
TCA
Pseudomonaden: Vertreter
Pathogene Pseudomonaden:
Pseudomonas aeruginosa - Lungenentzündungen, Pigmente
Ralstonia solanacearum - phytopathogen
Pseudomonas syringae - phytopathogen
Ökologische Relevanz:
Pseudonomas fluorescens - Biokontrolle, Pigmente
Burkholderia cepacia - extrem versatil (100 Substrate)
Biotechnologische Relevanz
Xanthomonas campestris - Xanthan-produktion
Pseudomonas putida - Bioremediation (PCBs etc.)
-Proteos: Vibrio und Photobacterium
fakultativ aerob, fermentativ, Oxidase-positiv, aquatisch
Stäbchen und gekrümmte Stäbchen, polare Flagellen
Humanpathogener Erreger der Cholera: Vibrio cholerae
Vibrio fischeri lebt in Assoziation mit Fischen
Biolumineszenz durch Aktivität der Luciferase
FMNH2 + O2 + RCHO -> FMN + RCOOH + H2O + Licht
Regulation der Biolumineszenz: Autoinduktion / quorum sensing
-> dichte-regulierte Genregulation
durch Produktion und Sensierung
der Konzentration von Autoinduktoren
Vibrio harveyi
Quorum sensing
Examples of autoinducers
Structures of the N-acylhomoserine lactone family of molecules. The figure illustrates
the structural features of AHL molecules that have been purified from bacterial culture
supernatants. AHL molecules differ in substitutions of groups at the C-3 position of the
acyl chain (R1) and also in the composition of the acyl chain itself (R2).
Biolumineszenz in Bakterien als
Paradebeispiel für “Quorum sensing”
Quorum Sensing
•
Freilebende biolumineszente Bakterien:
Vibrio harveyi (marin)
Symbiotische Biolumineszente Bakterien:
Vibrio fischeri (marin)
Photoharbdus spp.
Wirt
Fisch
Nematode
In V. fisheri, bioluminescence only occurs when V. fischeri is at high cell
density
N-3-oxo-hexanoyl-L-homoserine
lactone
Other Bacteria that use Quorum Sensing
‘a siege mentality - waiting for a full scale assault’
Bacteria
A. tumefaciens
Physiological Function
Virulence plasmid transfer
(plant pathogen)
Rhizobium spp.
Rhizosphere competence
(plant symbiont)
P. aeruginosa
Virulence factors
(human pathogen)
R. solanacearum
Virulence factors
(plant pathogen)
Quorum sensing control of the agr locus in Staphylococcus aureus. The agr locus consists of t
wo divergent operons (P2 and P3) encoding two proteins (AgrB and AgrD) involved in the production
of the agr peptide signal, two proteins that detect the signal (AgrA and AgrC) and an RNA molecule
(RNAIII) that acts as the effector, modulating virulence gene expression. Only when the concentration
of the signalling peptide (group I peptide shown) surpasses a threshold concentration does a
ctivation of the sensory cascade take place. Once activated, AgrC is thought to trans-activate AgrA
, which in turn activates the bidirectional transcription of the agr P2 and P3 operons.
Proteobakterien
Proteobakterien
Methylococcus capsulatus
Methylosinus
CH4
CH3OH
HCHO
HCOOH
Methanotrophe Bakterien
Intrazelluläre Membranen: Typ-II-Membransystem
Sitz des Enzyms Methanmonooxygenase
Methanotrophe Bakterien
Intrazelluläre Membranen: Typ-II-Membransystem
Sitz des Enzyms Methanmonooxygenase
CO2
CH4
CH3OH
HCHO
HCOOH
CO2
Proteobakterien: Enterobakterien
Proteos: Enterobakterien
Escherichia: Intestinaltrakt, fakultative anaerob, anspruchslos,
Lactose-Vergärung: Coliform, gem. Säuregärung
Pathogene: EHEC, EPEC, ETEC
Salmonella: meistens pathogen, Typhus, Gastroenterititis,
Nahrungsmittelverderber
Shigella: meistens pathogen, sehr eng verwandt mit Escherichia,
zusätzliche Pathogenitätsfaktoren
Proteus: starke Beweglichkeit auf festen Oberflächen, Infektionen
des Urogenitalsystems
Enterobacter: Boden, Butandiol-Gärung, nicht pathogen
Klebsiella: Boden, Wasser, Butandiol-Gärung, nicht pathogen, aber:
K. pneumoniea
Serratia: Boden, Wasser, Butandiol-Gärung, nicht pathogen,
Prodigiosin, Schwärmen
Proteos: Myxobakterien
Leben auf Pflanzen/Dung, -Proteobakterien
Abbau von Bakterien und Pilzen mit Exoenzymen -> bakterielle Jäger
Produktion von Pigmenten und anderen Sekundärmetaboliten
komplexer Lebenszyklus - große Genome
E. coli 4,6 MB
Saccharomyces cerevisiae (Hefe) 12 MB
Myxococcus xanthus 9 MB
Nahrungsmangel -> Bildung von austrocknungs/UV-resistenten
Zysten
www.uni-frankfurt.de
Der Entwicklungszyklus von Myxococcus xanthus
Proteos: Bdellovibrio
Bdellovibrio
obligat aerob,
Aminosäuren, Proteine
Weit verbreitet
Genomsequenz bekannt
Entwicklungszyklus von Bdellovibrio,
einem bakteriellen Räuber
Anheftung und Eindringen von Bdellovibrio
Proteobakterien
Scheiden
Sphaerotilus natans
Scheidenbildung
obligat aerob,
Viele org. Verb.
Weit verbreitet
Verstopft Drainage-Rohre
„Abwasser-Pilz“
Scheiden
Schwärmerzelle