Grundlagen der Hygiene und Mikrobiologie
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Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 1 ©Trolly Grundlagen der Hygiene und Mikrobiologie Einführung Mikroorganismen, Übersicht Bakterienzelle, Strukturelemente und Funktion Wachstum und Wachstumsbedingungen Energiestoffwechsel Stoffkreisläufe Nachweisverfahren für Mikroorganismen Lufthygiene Umweltmutagenität, Epidemiologie Krankheitserreger Sterilisation, Desinfektion Impfungen Wasserhygiene Einführung Mikrobiologie Pflanzliche Zelle Bakterium 100 m 10 m 1m Virus, Ribosom 100 nm 10 nm Gemeinsame Merkmale: Geringe Grösse Viren 0,017 - 0,3 m Bakterien 0,1 - 0,25 0,4 - 0,7 * 1,0 - 3,0 (Durchmesser) 5,0 * 100 m Pilze 10 - 60 * ... m Algen 70 - 100 * ... m Protozoen 100 - 300 m Hohe Stoffwechselraten (durch vergrößerte Oberfläche im Vergleich zu anderen Zellen gleicher Biomasse) Grosse Anpassungsfähigkeit Hohe Individuenzahl Ubiquitäre Verbreitung (in jedem Lebensraum zu finden) Nahrungsaufnahme: Licht (Photosynthese, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel,...) Teilweise resistent gegen Säuren Mikroorganismen Viren Pseudo Organismen (erfüllen nicht alle Kriterien um Organismen zu sein; Fortpflanzung +, Stoffwechsel - (EnergieStoffe, Baustoffe), Reaktion auf Umwelt ((+)), Mutation +) Bakterien Pilze Algen Protozoen Prokaryonten (ohne Zellkern; wenig innere Struktur) Organismen Karyon (gr.) = Kern Eukaryonten (mit Zellkern) Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 2 ©Trolly Organisationsformen Nicht zellulär Viren zellulär mehrzellig einzellig (eine Zelle erfüllt alle Lebensfunktionen) Geweborg. Zellverbände Bakterien (Spezialisierung, Arbeitsteilung) Pilze Algen Protozoen Die Stellung der Mikroorganismen in der Natur Pflanzen Tiere Eukaryonten (Eucyte) Euglena Pilze Mikroalgen Protozoen Mirkoorganismen Eubakterien Archaebakterien Prokaryonten (Protocyte) Viren Bestehen aus einem hohlen Eiweißkörper Im Innern befindet sich eine Nukleinsäure (DNS) oder Ribonukleinsäure mit Erbinformationen Viren benötigen einen Wirt zum Überleben Injizieren die Erbinformationen in eine Zelle, die dann dazu geführt wird, nur noch Kopien des Virus zu bauen Oncoviren (Krebsviren) - setzen sich im erbgut fest und bringen das Gleichgewicht durcheinander Bakterien Coccus Kugel Rod Stäbchen (Bazillus; lat.) Spiral Spiral helix Spirocheten Stalk Hypha (zum festhalten) Strahlenpilze Actinomyceten Pilze Sind chemotroph, daher keine Pflanzen (phototroph) Besitzen starre Zellwände, daher keine Tiere Substrat wird von Hyphen durchdrungen, ein Geflecht von Hyphen (Fäden) = Mycel Fruchtkörper trägt Sporen zur Vermehrung Vermehrung durch Knospen = Sprosspilze, Hefepilze (Abschnürung von Tochterzellen) Vermehrung geschlechtlich über Zygoten Von der Grundstruktur einzellig organisiert Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 3 ©Trolly Algen Sind pflanzliche Lebewesen (phototroph) Wenig spezialisierte Zellen, daher einfache einzellige Grundstruktur Organellen = Organe in Einzellerformat Chloroplasten = Umwandlung von CO2 in org. Verbindungen mit Licht, z.B. Euglena (einzellige Grünalge), kann auch chemotroph leben (heterotroph) Protisten = Gruppe der Einzeller Protozoen (Urtierchen) Leben chemotroph Höchst entwickelte Einzeller, da sie höhere Lebewesen nachahmen Sind Eukaryonten (besitzen Zellkern) Z.B. Pantoffeltierchen (gehört zu den Ciliaten = Härchen dienen der Fortbewegung) besitzen eine Arte eines Verdauungssystems (Zellöffnung, Empfangsvakuole, Nahrungsvakuole), Ausscheidungssystem (Kontraktionsvakuolen, kontraktile Vakuole), einfache Nervenfäden Können bis zu einem Pfennig groß werden (trotzdem nur eine Zelle) Amöben gehören auch zu den Protozoen Einige besitzen Abwehrsysteme Gewebsorganismen Gewebsorganismen = Zellstaaten, -Verbände Pflanzliche Zellen besitzen eine starre Form, starre Zellwand (aus Zellulose) Tierische Zellen sind zellwandlos, plastisch verformbar Bakterienzelle (Prokaryonten) Besitzt: Cytoplasma, wird begrenzt durch Cytoplasmamembran (Zellmembran) Zellwand Kann EPS (Extrazelluläre Polysacharide) = Schleime besitzen oder Kapseln Kernregion (DNS- Ansammlung) Lagergrannullen Ribosomen Geißel (Fortbewegung) Pili (Eiweißröhrchen, Anker, Kommunikation) cellwall ribosomes storage granule flagellum capsule (slime layer) nuclear region chromosome (DNA fibris) cytoplasmic membran pili Höhere Zelle (Eukaryonten) Sind unterteilt in funktionale Kompartimente Mitochondrien (Energiestoffwechsel, oxidative Reaktion) Endoplasmatisches Retikulum (ER) innen Plasma Netzwerk Zellkern Golgiapparat (zur Fortbewegung von Stoffen durch Blasen) Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester Archaebakterien 4 andere Eubakterien photosynthetisierende Nichtschwefel-PurpurBakterien und ihre nicht photosynthetisierenden Verwandten ©Trolly Cyanobakterien Pflanzen Tiere Pilze Ureukaryonten Unbekannter anaerober Prokaryontischer Vorfahr der Eukaryonten Ur-Prokaryont Cytoplasma- Membran Besteht immer aus Fettfäden = Lipidmoleküle : Alkohol =O =O =O Fett O| O=P-O| O | =O =O Kopf: Hydrophyl Schwanz: Hydrophob Triacylglycerin (Triglycerid) in wässriger Lösung begeben sich die Moleküle in energieärmste Stellungen lipidphasen, Lipiddoppelschicht Micellen der Transport wird durch Membranproteine ermöglicht Fluid- Mosaik- Modell hydrophober polarer Bereich Hydrophobe Stoffe O2, N2, Benzol Kleine ungeladene polare Stoffe Große ungeladene polare Stoffe Ionen H+, Ma+, HCO3-, K+, Ca²+, Cl-, Mg Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 5 ©Trolly Membran Proteine Passiv: Antrieb durch vorgegebene Gradienten Osmotisch (Konzentration) Elektrisch (Ladungen) elektrochemisch Aktiv: Antrieb durch ATP-Verbrauch Kanalproteine einfache erleichterte Diffusion ATP ADP + P Energieproduktion an der Membran durch Ausschleusen von Protonen durch die Membranproteine an die Zellaußenwand, wo sie sich sammeln Atmungskette Beim Wiedereintritt von Protonen wird durch ein Enzym aus ADP + P- (Phosphor) + Proton ATP gebildet, was gespeicherter chemischer Energie entspricht Durch den Eintritt von Wasserstoff Protonen (H+) wird die Geißel bewegt (pro Umdrehung 256 Protonen) Bakterien, die sich mit Kontakt von Oberflächen fortbewegen, gleiten Vorwärts = Schubgeißel Rückwärts = Zuggeißel Taxis = zielgerichtete Bewegung, bei Bakterien = Chemotaxis Bewegung von Bakterien = run run tumble Unbewegliche Momente von Bakterien = tumble Der run in Richtung günstigerer Gebiete z.B. des Nährmediums dauert länger, als andere runs. Zellwand Murein-Sacculus = Zellwand Dick, mehrschichtig = Gram-positiv (Gram+) Zellmembran Dünn, wenige Schichten = Gram-negativ (Gram-) Murein besteht aus Kohlehydraten, (Polymeren) und Aminosäureverkettungen Glyco-Peptid/ Peptidoglycan Keine Transportbeschränkung durch die Murein-Schicht Äußere Membran/ Lipopolysaccachrid-Membran ist aufgebaut wie Cytoplasmamembran Sporen Dienen den Bakterien als Überdauerungslager Wird von der Zelle innerhalb abgeschnürt Endospore Endosporen treten nur bei Gram+, Bacillacea (Bazillen) auf Sporen sind resistent gegen: Strahlung Lösungsmittel (org.) Desinfektionssubstanzen Temperaturen (121°C, mind. 20min Autoklavieren) Sporen entstehen gegen Ende der Bakteriumswachstumsphase Sporen keimen aus zu vegetativen Bakterien Steril = Abwesenheit von vermehrungsfähigen Bakterien Desinfektion = Verringerung der Bakterienanzahl Teilungsformen Diplococcen : 2 Zellen bleiben zusammen Streptococcen : Viele Zellen bleiben zusammen Tetrade : Vierergruppen Staphylococcen : Traubenförmige Gebilde Sacrinacoccen : Achtergruppen Membran Mesosomen größere Reaktionsoberfläche Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 6 ©Trolly Wachstum und Vermehrung Wachstum: Zunahme der Biomasse Vermehrung: Zunahme der Zellzahl Formen der Vermehrung 1. (Quer)- Teilung: Ergebnis: Einzellen oder Zellketten, beide Teilungsprodukte sind identisch, Dichte konstant, Länge variabel Fast alle Bakterien 2. Knospung: Ergebnis: Einzellen, Mutterzellen und Tochterzelle sind verschieden Hefepilze, sehr wenige Bakterien 3. Mycelwachstum: Ergebnis: Verlängerung der Hyphe Wachstumskurve Bakterien-Kultur: In 0,9% NaCL-Lösung, wegen der Osmose Trübungsmessung: Nephelomatrie Licht => Inokulum = Startmenge einer Kultur Fortkaufende Teilung 1=> 2=> 4=> 8=> 16=> 32 2° 2¹ 2² 2³ ... Zellzahl LgZZ ZZ C D A B Ideal Real Zeit A: lag-Phase B: log-Phase (exponentielle Phase) C: Stationäre Phase (GGW) D: Absterbephase Zeit Generationszeiten: t= 10-15min t= 2-10 Tage Wachstumsfaktoren 1. 2. 3. 4. 5. Nährstoffe a) Baustoffe ( Kohlenstoff-Quelle) b) Brennstoffe ( Energie-Quelle) Sauerstoff (Elektronen Akzeptohr) Temperatur pH-Wert Wasser Baustoff Zusammensetzung der Zelle (sehr grob) 20% Trockenmasse 50% Protein 80% Wasser 20% Kohlenhydrate 10% Lipide 20% Nukleinsäuren C Kohlenhydrate, Aminosäure, (CO2) H Kohlenhydrate, Aminosäure, (H2O) O Sauerstoff, H2O N Aminosäure, Nukleinsäure, NH4+,NO3Struktur S Aminosäure, SO4²-, S²-, S P Nukleinsäure, PO4³Konz: g/l Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 7 ©Trolly Elementbedarf (Makroelemente) K Ca Mg Fe Salze: K2HPO4, KCL Salze: CaSO4 Salze: MgSO4 Salze: FeSO4, Fe2CL3 Struktur und Funktion Konz: g/l und mg/l Elementbedarf (Mikro-, Spurenelemente) Mg, Molybdän, Zn, Cu, Co, Ni, vanadium, Bor, CL, Na, Si Funktion Konz: g/l Nährmedien Synthetische: Bestehen aus definierten Bestandteilen Komplexe: Bestehen aus undefinierten Bestandteilen z.B.: Synthetisch Komplex Kh3PO4 Pepton NH4CL Hefeextrakt MgSO4 Würze FeSO4 Glucose CaCl2 KH2PO4 Glucose K2HPO4 H2O H2O Bakterien wachsen besser auf komplexen Nährböden. Organismentyp Photolitotroph Kohlenstoff-Quelle CO2 Energie-Quelle Licht Elektronendonator Anorg. Verbindungen (H2O, H2S, S) Photoorganotroph Org. Verbindungen Licht Org. Verbindungen Chemolitotroph CO2 Redoxreaktionen Chemoorganotroph Org. Verbindungen Redoxreaktionen Anorg. Verbindungen (H2S, M2S, Fe(B), NH3) Org. Verbindungen Aerobe chemoautolitotrophe Baterien Amoniakoxidanten Nitritoxidanten Nitrifizierer/Nitrifikanten Schwefeloxidanten Sulfurizierer Eisenbakterien Knallgasbakterien Carboxidobakterien z.B. Nitrosomona europae Nitrobakter Thiobacillus Thiooxidans Thiobacillus Ferrooxidahns, Gallionella Alcaligenes eutrophus, Hydrogenomonas Pseudomonas carboxidovorans Energiearme anorganische Substanz NO3-/NO2E'o = +420mV Fe³+/Fe²+ E'o = +770mV (NAD/NADH2 E'o = -320mV) Reduktionskraft durch umgekehrten Elektronentransport Beispiel Grüne Zellen höherer Pflanzen (im Licht) Blaualgen= Canobak. Photosynth. Algen Schwefelfreie Purpurbakterien Knallgas-, Schwefel-, Eisen- und nitrifizierende Bakterien Alle höheren Tiere, die meisten Mikroorganismen, photosynth. Nicht tätige Pflanzenzellen, photosynth. Tätige im Dunkeln Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 8 ©Trolly Anorganische Elektronendonatoren CO S²- S SO3²- NO2- NH3 Fe²+ H2 NAD Elektronentransportkette eEnergieverbrauchender, rückläufiger Transport O2 eVorwärtstransport zur Energiegewinnung CO2, H2O, SO4²-, NO3-, NO2-, FE³+ Sauerstoff Aerob (obligat): O2 wird benötigt (Atmung) PO2 (Sauerstoffpartialdruck) von 0,2 bar wird toleriert (=20%) Mikroaerophil: O2 wird benötigt, aber nur pO2 0,01...0,03 bar toleriert Anaerob (obligat): O2 kann nicht verwertet werden (Gärung) Strikt anaerob. O2 zusätzlich toxisch Fakultativ anaerob: Wachstum mit oder ohne O2 möglich (Atmung vor Gärung) Aerotolerant: O2 wird nicht verwertet, aber toleriert Sauerstoff als Zellgift O2 Flavinenzyme O2- (Superoxid Radikal) Superoxiddismutase 2O2- + 2H+ H2O2 + O2 Zellgift Katalase 2H2O2 2H2O + O2 Kulturmethoden O2- Absorption; O2-Verdrängung; O2-Ausschluß; Hilfanaerobier; reduzierende Verbindungen Kahm Haut = oberste aerobier-Schicht Anorganische Oxidationsmittel anstelle von Sauerstoff unter anaeroben Bedingungen (anaerobe Atmung) H2 NO3CO NO3H2 SO4²H2 S H2 CO2 H2 CO2 CO SO4²- N2 Nitrat-Atmer, Denitrifikation N2 Nitrat-Atmer, Denitrifikation H2S Sulfat-Atmer, Sulfidogene H2S Schwefel-Atmer, Sulfidogene CH3-COOH Carbonat-Atmer, Ecetogene CH4 Carbonat-Atmer, Methanogene H2S Sulfat-Atmer, Sulfidogene Temperatur Q10-Wert: Beschleunigung chemischer Reaktionen Beschleunigung des Stoffwechsels Verringerung der Aktivierungsenergie Wachstumsgeschwindigkeit Reaktionsgeschwindigkeit (t + 10°C) ≈ 2 (verdoppeln) Reaktionsgeschwindigkeit (t) Zu hohe Temperatur: Hitzelabile Strukturen inaktiviert oder denaturiert (Enzyme, Membran) Min Opt Max Temperatur Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 9 Min und Max -5 - 20 15 - 45 - 50 40 - 70 - 99 - 180 Psychrophil Mesophil Thermo tolerant Thermophil Extrem thermophil Hyper thermophil ©Trolly Optimum Um 15 (<20) Um 37 (20-42) Um 65 Um 65 Resistenzstufe 1a 1b 2 3 4 80° 100° 121° 134° 1-5min (veg.Bakterien, Hefen, Pilze, Wiren) 1-10min (Pilzsporen, Hepatitis-Viren) 1-60min (Endosporen geringer Resistenz: Bazillus anthrasis) 60min-60h 8-12 1-2 (Endosporen: Bacillus steare thermophilus) bis 6h (Endosporen höchster Resistenz) Desinfektion: Kochen (100°) 3* Frankt. Kochen (100°) Tyndallisieren Erhitzen (75°, 5min) Pasteurisieren (72° für 20sec; 85° für 2sec Milch) Heißer Dampf (105° für 5min) Sterilisation: Feuchte Hitze (121°, 15min) 1 bar (135°, 5min) 2 bar Trockene Hitze (160°, 3h) (180°, 3min) Ph-Wert Beeinflusst die Dissoziation von Ionen Dissoziation: A + H+ AH Medium AB+ AH;BOH Zelle PH-Wert-Veränderung durch: Kohlenhydratabbau durch Gärung Säuren (z.B. Milch-, Essigsäure) Eiweißabbaue NH3, basische Amine Übliche Bereiche (Optimal): Bakterien pH 7-8 (leicht alkalisch) Pilze pH 5-6 (schwach sauer) Spezialisten (acidophil, alkaliphil, acidotolerant, alkalitolerant) Neutrophil Lactobacillus pH 3,0 (Milchsäure) Thiobacillus pH 1,0 (Schwefelsäure) Bacillus pasteurii pH> 8,5 (NH3 aus Harnstoff) (Bakterien im Soda See pH 10-11) Praktische Anwendung: Konservierung Milchsäure: Sauerkraut, Silage Essigsäure, Propionsäure, Zitronensäure,... Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 10 ©Trolly Wassergehalt/ Osmotischer Druck Dest. Wasser Lösung X A B Gas phase Wasserphase PH2O aw = pH2O B pH2O A Wasseraktivität (verfügbares Wasser) [100* aw = R.H.] (relative humidity) aw NaCL (mol/l) 0,150 0,607 1,20 2,83 0,995 0,980 0,960 0,900 (g/l) Sacharose (mol/l) 0,272 1,03 1,92 4,11 8,77 35,47 70,13 165,39 (g/l) 93,02 352 656 1405 Übliche Werte (optimal-minimal) Bakterien aw 0,99 (-0,93) Hefen aw 0,91 (-0,88) Spezialisten (osmophil, xerophil) Aspergillus spec. (Schimmelpilz) Sacharomyces spec. Halophile Bakterien aw 0,64 aw 0,62 aw 0,75 Sirup, konz. Salzlake, Schokolade Praktische Anwendung: Konservierung Trocknen (Obst, Fleisch), Pökeln, Zuckern, Eindicken) Stoffwechsel Polymere, Makromoleküle (z.B. Proteine, Stärke) Energie Redukt. äquiv. Katabolismus Energie (ATP) Redukt. äquiv. (NaDPH2) Anabolismus I Intermediärer Stoffwechsel Monomere, kleine Moleküle (z.B. Aminosäuren, Zucker) I: Intermediärer Stoffwechsel Katabolismus: Abbau und Energie-Produktion Glycolyse Gärung Atmung Photosynthese Gärung - Verbrauch 2 ATP + Gewinn 4 ATP 2 ATP/l Glucose Glucose 2 Pyrovat 2 NAD 2 NADH 1 2 CO2 2 2 EtOH 2 Acetaldehyd , ATP nicht gezeigt Krebs-Zyklus/ TCC-Zyklus/ Zitronensäure Zyklus/ Citrat Zyklus C4 C2 C6 H2C-COOH HOC-COOH H2C-COOH Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 11 2 ATP 2 NADH 2 NADH 2 6 6 2 AcCoA 2*3 NADH 2 CH3-C=O 2 FADH2 \ 2 GtP S (COA) TCC (Trocarbonsäure) 18 4 2 Glucose Pyruvat ©Trolly Atmung Glucose 38 ATP 38 O2 H2O Gärung Glukol 2 ATP 2Pyrat 2 CO2 + 2 Acetaldehyd 2 Ethanol Gärung: 2 ATP (± 2 NADH) 2 ATP GATP Atmung: Pyruvat ACCoA: 1 NADH2 Citrat-Zyklus : 3 NADH2 1 FMNH2 1 GTP 2*3 2*4 2*2 2*1 38 ATP Pasteur-Effekt (Bierhefe): Gegenwart von O2 blockiert die Gärung (AP-Konkurrenz) (fakultative atmen erst, dann Gärung) Energieproduktion: Immer Oxidation dE + Reduzierter Stoff (Elektronen-Überschuß. Neg. Potential, Energiereich) Potenzialgefälle Oxidierter Stoff (Elektronen-Defizit, pos. Potential, Energiearm) Elektronen-Übertragung: Direkt (Valenzwechsel Fe²+ Fe³+) Indirekt (H) H e- + H+ Transportform: NADP (Nicotinamid-adenin-dinucleotid-phosphat (Coenzym)) Redox-Reaktion Donator Akzeptor Ard + Box Aox + Brd Enzymatisch: AH2 + NAD A + NADH2 NADH2 + B BH2 + NAD AH2 + B A + BH2 Gärung: Akzeptor für Elektronen (NADH2) ist ein organisches Abbauprodukt Energie im NADH2 nicht genutzt NAD Ared B CD DH2 NADH2 NAD Atmung: Akzeptor für Elektronen (NADH2) ist anorganisch (O2, NO3-, SO4²-) Energie im NADH2 voll genutzt NAD Ared NAD B C D ... CO2, NADH2 O2 H2O Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 12 ©Trolly Biomoleküle Makromoleküle: C, H, O, N, S, P Verbindungsklassen (Mono-, Polymere) Aminosäuren Proteine (Katalyse, Struktur) Fettsäuren Lipide (Struktur, Membranen) Nukleotide Nukleinsäuren (Information, Struktur Kohlenhydrate Polysaccharide (Struktur) Fette Polysaccharide Fettsäuren und Glycerin ATP O2 Proteine Glucose und andere Zucker Aminosäuren Acetyl-CoA ADP Oxidative Phosphorylierung Stufe 1 Stufe 2 eStufe 3 2 CO2 Nukleinsäure aus Nukleotiden Sie bestehen aus: Base + Zucker (Ribose, Desoxy-R.) + Phosphatgruppe DNS DNS, DNA Phosphat-Zucker-Rückrat Verbindungen zwischen zwei Strängen durch Wasserstoffbrückenbindungen (nicht kovalente Bindungen) Die Paare sind festgelegt Helix-(Schrauben-)Struktur DNS besitzt Doppelstruktur Ribonukleinsäure hat keine Doppelstruktur DNS: Informationsspeicher; Aufgaben: - Replikation - Transkription Replikation Die Wasserstoffbrückenbindungen trennen sich auf (Reißverschluß) An die Elternstränge passen sich neue Stränge an Ergebnis: Zwei gleiche Stränge (Moleküle) DNS liegt beio höheren Zellen in Chromosomen vor Bakterielle DNS liegt in geschlossener Ringform vor Proteinsynthese 1. 2. Transkription (gibt primäres Genprodukt) Synthese von mRNA an DANN-Matrize (bei Eukaryonten: mRNA-Reifung, Spleißen (Processing von Exons und Introns) Translation (gibt sekündäres Genprodukt) Verknüpfung von Amionosären zu Protein entsprechend der mRNS-Matrize DNS: Ribonukleinsäure (RNS): Unterteilt in: mRNS (messenger) t-RNS (transfer) r-RNS (ribosomal) Transkription Enzym (RNS-Polymerase) dockt am Startsignal am DNS-Strang an Öffnet die DNS-Stränge Synthetisiert einen DNS-Strang; Codogener Strang = Abgelesener Strang Stopsignal = Enzym stoppt das Ablesen freies, arbeitsfähiges Enzym + mRNS-Strang Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 13 ©Trolly Gen Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt auf einem DNS-Strang und es liefert ein bestimmtes Eiweißmolekül Gen Strukturgene, für Enzymproteine verantwortlich Regulatorgene (Operator), Steuerung der Transkription (des Ablesens) durch Enzyme Operator entscheidend, ob die Transkription erfolgen soll, oder nicht Nein: Reprimierter Operator (durch Molekül (Repressor) aus Repressorgen) Promoter Operator DNS DNS Repressor Repressortetraeder Repressor Induktor Induktor Operon: Operator + Strukturgen Ablesung erfolgt Wird von einer mRNA abgelesen entsteht ein Protein mRNS Protein RNA H3N+ \ / CH │ R¹ O ║ C R² │ CH \ / \ N COOH t-RNS GAA mRNS - H2O CUU + H2O H3N+ COO\ / CH R² │ + CH / \ H3N COO- Umweltmutagene/ Umweltkanzerogene 1. 2. 3. 4. Einleitung Prinzip der Mutagenität Resorption von Substanzen Mutagenität Exogene Krebsnoxen (Schadstoffe von außen) z.B. Alkohol, Tabak, Schimmelpilzgifte (sehr potentes Kanzerogen aus der Natur), inhalierbare Mineralfasern (z.B. Asbest) Krebs: Lunge 16,6% der Fälle Kolon und Rektum 14,2% Magen 8,2% Weibl. Brustdrüsen 8,7% Lymphknoten und hamatop. Gewebe 6,8% Blase, Niere 6,0 % weibl. Genitalorg. 5,7% Prostata 5,2% Bauchspeicheldrüse 5,0% Leber, Gallenblase, Gallenwege 4,7% Übrige 18,9% Mutagenität Mutation: Veränderung eines Gens Mutante: Träger einer Mutation Karzinogenität Entstehung maligner Tumore unter Beteiligung verschiedener Faktoren 1. Initiierung: Auslösung einer Mutation Irreversible molekulare Transformation 2. Latenzperiode: Bildung von Tumorzellen (10-20 Jahre) Beschleunigung durch Kokerzinogene 3. Klinische Manifestation des Tumors: Infiltrierendes Wachstum Metastasiehrung Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 14 ©Trolly Teratogenität 1. Auslösung einer grobstrukturellen Abnormität (Entstehung von Fehlbildungen) 2. Embryotoxizität Mutation: Veränderung eines Gens ( Mutante) Spontan Induziert Gen-Mutation: Basenpaarsubstitution Rasterschubmutation Chromosomen-Mutation Genom-Mutation Schadstoffe: Aufnahme: Hautresorption, Verschlucken, Injektion, Inhalation Lungenreinigung: Primärreinigung durch das Flimmerepithel Nasen- und Rachenraum, kleine und große Bronchien Transport der Partikel mit ca. 15mm/h in Richtung Nase Sekundärreinigung in den Alveolen Teilchen <3m werden in den Alveolen abgeschieden Aufnahme durch Alveolarphagozyten Transport zu den kleinen Bronchien Ab Bronchien Flimmerepithel Eingeatmete und mittels Flimmerepithel transportierte Schadstoffe können auch verschluckt werden. Krebsnoxen: Chem PAH's, Azoverbindungen, Nietrosamine, Chlorierte CH's Physikalisch UV-Strahlung: Äußere Strahlung γ Innere Strahlung α,β Anorganische Kanzerogene: As, NiS, Cr, Ni, Asbest gesichert Mg, Be, Cd, Pb kanzerogen verdächtigt Man kann Schädigungen in der DNS nicht sichtbar machen, nur in Chromosomen. Bakterientest (Ames-Test): Schnelle (3 Tage), billig, Säugermetabolismus Nachteil: Übertragbarkeit ? Zelltest (Schwesterchromatid-Austausch-Test): Rel. Schnell (1 Woche), rel. Billig, gut auswertbar Nachteil: Aussage ? Übertragbar ? Zelltest (Chromosomenaberration): Mit allen Zellen möglich Nachteil: Schwer auswertbar Tierversuche: rel.Gut übertragbar Nachteil: Ethik ? Freiwilligentests, klinische Tests: Epidemiologie (Statistik): "Wahrheit" Nachteil: Ergebnis filtrierbar ? Zu Spät Reizung der Atemwege und Augenbindehäute Austrocknungserscheinungen Ermüdung Kopfschmerzen Zentrale Lüftungsanlage Energiesparmaßnahmen (geringe Luftwechselraten durch Isolation) Raumklima (hohe Temperatur, ...) Textile Wand- und Bodenbeläge Leichtbauweise (z.B. Pressspanplatten) Formaldehyd Emissionsquellen : Spanplatten (Harnstoff-Formaldehydharz), Verleimte Holzbalken, Anstrichfarben, Teppiche, Textilien, Isoschwämme BGA-Richtwert: 0,1 ppm == 0,12 mg/m³ Diskussion: 0,05 ppm BGA-Innenraumrichtwert = 5* max. Arbeitsplatzkonzentration Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 15 ©Trolly Lösemittel Aufnahme: Lunge Verteilung: Nerven, Körperfett,... Symptome: Schleimhautreizung, Tränen, (Husten, Lungenödem) Emissionsquellen: Teppichreiniger, Fleckenentferner, Farben, Lacke, Lasuren (Topfkonservierer), "Biolacke" (z.B. aus Terpentinöl), Klebstoffe (Teppichkleber), Pflege- und Reinigungsmittel Aromaten, chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKWs), Alkane, Alkohole Ester, Ketone, Terpen-KWs, Glykol, Glykolether und Glykolester Holzschutzmittel Wirkstoffe: Pentanchlorphenol (Fungizid, PCP), Lindan (Insektizid), Chlorthalomil, Dichlorfluamid, α- und β-Endosulfan, Permethrin, Furmecyclox, DDT nicht in Innenräumen Einflussgrößen: Wirkstoffmenge, Größe der behandelten Fläche, Temperatur (Dampfdruck), Luftfeuchte (viele Stoffe wasserdampfflüchtig), Luftwechsel Konstruktiver Holzschutz ! PCP: Stark fungizid Lindan: Stark insektizid Diclofluamid: Gegen Bläuepilze Anwendung von PCP in Innenräumen ist seit 1989 verboten; PCP ist immer verunreinigt mit Dioxinen DDT: Insektizid (schädigt das Immunsystem) PCP "wandert": Migration Insektizide 1. bis 3. Generation Chlorierte CH's (in der Anwendung stark beschränkt und verboten) Organische Phosphorsäureester (z.B. E605) Carbonate 4. Generation Pyrethroide Krankheitserreger 1. 2. 3. Belebt: Viren, Bakterien, Pilze Tote belebte Chemisch und physikalische Noxen (z.B. Strahlung, Schwermetalle) Eigenschaften eines Mikroorganismus der Krankheiten erregt: Mikroorganismus Pathogen können Krankheitssymptome auslösen Obligat pathogen immer Krankmachend betrifft gesunde Menschen Apathogen Keine Infektionskrankheiten auslösend beim Menschen >99,99% Fakultativ pathogen gelegentlich krankmachend betrifft disponierte Menschen (Abwehrsystem herabgesetzt) Sind aufgeführt im BSEUCHG (Bundesseuchengesetz) Pathogen Virulent Pathogen und Infektiosität Avirulent pathogen, aber keine Infektiosität 1.Anhaften,2.Eindringen,3.Vermehren KRANKHEIT Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 16 ©Trolly KRANKHEIT Anfällig Abh. Von Disposition Konstitution Resistent Abh. Von Disposition Konstitution Empfänglich Unempfänglich Makroorganismus Mensch Viren: Lebend Krankheit Pilze: Lebend Krankheit Bakterien: Lebend Krankheit Tot Krankheit Die Mikroorganismen bilden Toxine Krankheit Toxine toter Bakterien Exotoxine Von der lebenden Bakterienzelle z.B. Tetanus (Erreger Clostridium tetani) Überwiegend Gram-pos. Trocken-,oder Staub-LuftKeime Endotoxine tote Bakterienzelle (Zellwandbestandteile) rufen Fieber hervor Pyrogene betrifft nur die Gram-neg., nur sie können Endotoxine bilden Nass-, Pfützen-Keime Unterteilung von Bakterien Durch: A. Gramverhalten B. Aerob anaerob fakultativ anaerob z.B. Pseudomonas aeroginosa Clostridium tetani E. coli C. Sporenbildung: Gram-pos. Bakterien Zwei Gattungen: fak. Anaerob, Bacillus, z.B. Anthracis (Milzbrand), bildet Exotoxine Obligat anaerob, Clostridium, z.B. C. tetani Übertragung Infektions- Quelle Direkt indirekt (Vehikel/Vektor) Rel. Selten z.B. Wasser, Lebensmittel, Luft, Boden,... Infizierungs- Ziel (Mensch) Aerogene Übertragung, z.B. Pocken, Tuberkulose Kontakt/Schmier-Übertragung Begriffe, Bezeichnungen Epidemie: Zeitlich und örtlich begrenzt/gehäuftes Auftreten von Krankheiten, z.B. Typhus Endemie: Örtlich begrenzt (tritt immer auf, die ganze Zeit), z.B. Gelbfieber Pandemie: Tritt überall in der Welt auf, z.B. Influenza Infektion: Inapparent: Aufnahme von Erregern, aber es treten keine Krankheitssymptome auf (hängt vom Menschen ab) Latent: Die Erreger sind im Menschen vorhanden und warten auf ihre Chance, z.B. Tuberkulose Manifest: Die Erreger wirken sofort (in der Regel) und es treten Krankheitssymptome auf (z.B. Typhus) Dauerausscheider: Sie befinden sich meist in der Gallenblase z.B. Salmonellen (Typhuserreger, Paratyphus, Enteritis), Schigellen bakterielle Ruhr Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 17 ©Trolly Kontamination: Ein unbelebter Gegenstand ist mit einem Erreger besiedelt Kolonisation: Ein Erreger befindet sich im Körper, z.B. Staphilococcus aureus Infektion: Krankheitssymptome treten auf Morbidität: Zahl der Erkrankungen bezogen auf 100.000 der Bevölkerung Prävalenz Wie häufig ist die Zahl Der Fälle auf 100.000 Bev Insidenz alle neu aufgetretenen Fälle über einen best. Zeitraum auf 100.000 Bev Mortalität: Zahl der Todesfälle (z.B. Typhus) auf 100.000 Bev Letalität: Zahl der Todesfälle (z.B. Typhus) auf 1000 Typhuserkrankungsfälle Gram negativ Coccen Gram negativ Stäbchen Familie Fakultativ anaerob Neisseria ceae (Neisserieazen) Obligat anaerob Veillonellaceae Aerob Pseudomonadacae Gattung Neisseria Spezies (Art) - N. meningetidis - N. gonorrhoeae Übertragungsweg Tröpfchen Veillonella - V. parvula (fak. pathogen) - P. aeroginosa (grün/blauer Eiter; fak. Pathogen;darf in 100ml Badewasser nicht vorkommen [DIN 19643]) - P. fluoresans Trinkwasser - S. maltaphilia Wasser - E. coli im Darm vorhanden (obligat) Trinkwasser 1012-1014/g Stuhl, davon 5% fak.anaer. 12% E.coli - C. freundii fak. Darmbewohner fak. pathogen - K. Pneumoniae - E. cloacae - S. marcescens blutroter Pigmentbildner - P. mirabilis - S. eneritidis Eier - Salm. Typhi Wasser - Salm. paratyphi - Shig. Dypenteria Ruhr - L. pneumophila Pneumonie immer im Wasser Legionärskrankht. - V cholerae Cholera - B. fragilis Darm - Thetaiotaomikron Darm Kontakt Pseudomonas Stenotrophormonas Fakultativ anaerob Enterobacteriaceae Escherichia Citiobacter Klebsiella Enterobacter Serratia Proteus Salmonella oblig. pathog Shigella Legionellaceae Legionella Vibrionaceae Vibrio obl. Anaerob Bacteroideaceae Bacteroides Kontakt-/ Schmierinfektion Kontakt-/ Schmierinfektion Kontakt-/ Schmierinfektion Kontakt Fäkal- Oral Indikatorkeime für Verunreinigung coliforme Bakterien Wasser Fäkal- Oral Kontakt Wasser (muß nicht) Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 18 ©Trolly Desinfektion Ziel: Reduktion an pathogenen Erregern Vier Typen: A. Bakterien und Pilze B. Viren C. Bakteriensporen (Milzbrand) D. Bakeriensporen (Tetanus) chem + (+) - phys + + + - + physikalisch: Reduktion > logarithmischen -Stufen (99,9%) 1. Erhitzen > 75°C 2. Dampf 105°C , 1,2 bar Autoklav Abfall-Desinfektion 110°C , 1,5 bar 3. UV-Strahlen UVC- 254nm Wasser 4. Filtration 0,2m Porenweite 5. Chemo-thermisch 60°C plus Chemikalie Chemiekalisch: Alkohol 70% (96% nicht wässrig genug) - Isopropanol - n-Propanol - Ethanol Fläche (wischen!), Hände Aldehyde - Formaldehyd (potentiell Kanzerogen, allergisch, am besten umweltverträglich) - Glutaraldehyd Flächen, Instrumente/Gegenstände Desinfektion Alkohole Wirksam Bakterien, Pilze, (Viren) Aldehyde Bakterien, (Bakteriensporen), Pilze, Viren Phenol(-Derivate) Bakterien, Pilze, (Viren) Halogene (Cl, Br, Bakterien, Pilze, I) Viren (Schwer)Metalle Sn, Ag, Hg Bakterien, Pilze, Viren OAS (Oberfl. aktive Substanzen) Seifen, Tenside Nur auf MO 10-1 (Anionen akt. Verbindungen) Kationen akt. Verbindungen (Bakterien; nur GramAmphotere pos),(Pilze),(Viren) Verbindungen Bakterien, Pilze, Viren SauerstoffabBakterien, Pilze, spaltende Verb. Viren (z.B. Peressigsäure) Anwendung Haut, Fläche Fläche, Instrumente Verträglichkeit + Umweltverhalten (-) Eiweißfehler - Seifenf + potentiell kanzerogen (-) + + + - + + - - + + - (+) (+) - Waschen + + Fläche + - (+) - + + (Fläche), (Instrumente) Cl: Wasser, (Instrumente) Natriumhypochlorid Br: (Haut) I: Haut Sn: (Fläche) Ag: Wasser Hg: (Haut) Fläche, Instrumente Fläche, Instrumente + + + + + - + + Hygiene Skript Technischer Umweltschutz 3. Semester 19 ©Trolly Eiweißfehler: Desinfektion reagiert auch mit organischem Material ("Dreck") EF : + hat keinen EF - hat EF Seifenfehler: reagiert mit Seife SF: + kein SF - hat SF Gram-positive Coccen (ohne Sporenbildung) Familie Fak. anaerob Micococcaceae Gattung Micrococcus Staphylococcus Spezies Vorhanden M. luteus (Pigmentiert, gelb) S. aureus Luft (apathogen) Luft (fak. pathogen) Lebensmittel-Intox (Exotoxin) MRSA: Multiresistente S. aureus (Krankenhäuser, …) S. epidermis Streptococcaceae Streptococcus Enterococcus S.pyogenes E. faecium E. faecalis VRE: Vancomycin resistente Enterococcen Haut (fak. pathogen) Besiedelt Kunststoffe länger im Darm (fak. pathogen) H2O als E.coli Gram-positive Stäbchen (mit Sporenbildung) Fak. anaerob und obl. anaerob Bacillaceae Bacillus (Fak. Anaerob) Clostridium (obl. anaerob) B. anthracis Luft (obl. Path) B. subtilis B. stearothermophilus C. botulinum für Sterilisation bedeutend C. tetani C. perfringens (Gasbrand) Erde, (Botulismus) (Exotoxin) Erde Darm, Erde Gram-positive Stäbchen (ohne Sporenbildung) Aerob Mycobacteriaceae Anaerob Actinomycetaceae Mycobacterium M. tuberculosis Tuberkulose Actynomyces A. israelii Abwasser, Luft (obl. pathogen) Pilze Sprosspilze ( Hefen) Saccharomyces cer(e)visiae Schimmelpilze Penicillium notatum (Penicillin) Mucor (Krankheit: "Mucor-Mykose") Fadenpilze (Fuß- und Hautpilze) Aspergillus A. flavus (Aflavatoxinkanzerogen) (gelblich auf verschiedenen Lebensmitteln) A. niger (schwarzer Badezimmerschimmel) A. funnigatus (Blumentopferde) Lungenaspergillose
