Kurs: Übungen zur Zellbiologie, Bau und Funktion der Tiere WiSe24/25 4. Kurstag - Einführung in die Protozoologie II Vorbesprechung Stefan Wiese FAKULTÄT FÜR BIOLOGIE UND BIOTECHNOLOGIE AG Molekulare Zellbiologie 1 Einführung in die Protozoologie/Protistologie Quelle: M. Lorenz Quelle: Bert Bospad Quelle: Michele Bahr, D.J. Patterson Quelle: Carolyn Robbins 2 Quelle: Ferry Siemensma Einführung in die Protozoologie/Protistologie Bitte beachten Sie für Ihre Vorbereitungen zu den Kursthemen 3 und 4 die Vorlesungen „Protisten I“ und „Protisten II“ aus der Vorlesungsreihe „Grundlagen der Zoologie und Zellbiologie“ Diese Vorlesungen finden Sie bei Moodle unter „Vorlesung: Grundlagen der Zoologie und Zellbiologie, Teil Zellbiologie (190001-WiSe24/25)“ 3 Literatur • Mehlhorn/Ruthmann – „Allgemeine Protozoologie“, Gustav Fischer Verlag, Jena Stuttgart, 1999 • Hausmann/Hülsmann/Radek – „Protistology“, 3rd edition, E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 2003 • Storch/Welsch – Kükenthal „Zoologisches Praktikum“ Spektrum Akademischer Verlag; 27. Auflage München, 2014 4 der fett gedruckten Klassen werden im Kurs behandelt. Stamm Unterstamm Überklasse Klasse Phytomastigophorea Mastigophora Zoomastigophorea Opalinata Opalinatea Lobosea Sarcomastigophora Rhizopoda Sarcodina Acarpomyxea Acrasea Eumycetozoea Plasmodiophorea Filosea Granuloreticulosea Xenophyophorea Actinopoda Acantharea Polycystinea Phaeodarea (= Tripylea) Heliozoea Labyrinthomorpha Labyrinthulea Perkinsea Apicomplexa Sporozoea Microspora Rudimicrosporea Microsporea Ascetospora Stellatosporea Paramyxea 5 Lehrstuhl für Zellmorphologie & molekulare Neurobiologie Ectinosphaerium eichhornii mit einer fast exakt mittig phagozytierten Grünalge Xanthidium 6 Heliozoea: Axopodien Echinosphaerium eichhorni (bis 400 µm) Endoplasma (Markschicht) Ektoplasma (Rindenschicht): gekammert • Axopodien durch Mikrotubuli gestützt • Schwebfortsätze und Beutefang 2 kontraktile Vakuolen 7 Granuloreticulosea Xenophyophorea Acantharea Actinopoda Polycystinea Systematik der Protisten nach Levine et al., 1980 (J.Phaeodarea Protozool.(=27: 37-58). Tripylea) Stamm: Apicomplexa Vertreter der fett gedruckten Klassen werden im Kurs behandelt. Heliozoea Stamm Unterstamm Überklasse Labyrinthomorpha Apicomplexa • • • • • • Klasse Labyrinthulea Phytomastigophorea Mastigophora Zoomastigophorea Perkinsea Opalinata Sporozoea Opalinatea Rudimicrosporea Lobosea „Sporentierchen“ Microspora Microsporea Sarcomastigophora Acarpomyxea Acrasea durchweg parasitisch lebend Stellatosporea Rhizopoda Eumycetozoea komplizierter Lebenszyklus Ascetospora Paramyxea Plasmodiophorea Sarcodina Filosea durchlaufen ein Sporenstadium bei der Übertragung Myxosporea Granuloreticulosea Myxozoa Actinosporea Apikalkomplex am vorderen Zellpol Xenophyophorea Bekannte Vertreter: Kinetofragminophorea Acantharea Oligohymenophorea Polycystinea Polyhymenophorea Toxoplasmose-Erreger: Toxoplasma gondii Phaeodarea (= Tripylea) Ciliophora – Malaria-Erreger: Gattung Plasmodium Actinopoda – • Heliozoea Systematik der Ciliaten nach Honigberg et al., 1964 (J. Protozool. 11: 7-20). Klasse: Sporozoea Stamm Unterstamm Klasse Unterklasse Labyrinthomorpha Labyrinthulea – Ordnung: Eugregarinida Holotrichia Protozoa Ciliophora Ciliatea Peritrichia – Ordnung: Coccidia Perkinsea Apicomplexa Suctoria Sporozoea Spirotrichia 8 Klasse: Sporozea; Ordnung: Eugregarinida • Endoparasiten in Körperhöhlen (Darmtrakt, Fortpflanzungssystem) von Evertebraten und niederen Chordaten • wenig pathogen • Gliederung in drei Körperabschnitte (trophische, junge Stadien) • – Epimerit (Verankerung) – Protomerit – Deutomerit Kurs: Untersuchung von Gregarinida aus dem Darm der Larve des Mehlkäfers Tenebrio molitor 9 Klasse: Sporozea; Ordnung: Eugregarinida Mikropore Apex • Gregarina cuneata: sehr groß (~ 300 µm) • Gregarina polymorpha: groß (150 bis 300 µm) • Gregarina steinii: sehr selten und klein (75-100 µm) Ord. Gregarinida. a Infektionsstadium mit Penetrationsapparat b-d Gregarinen aus dem Mehlwurmdarm, b Gregarina (G.) cuneata, c G. steini (selten), d G. polymorpha, e junges Individuum G. polymorpha (Kükenthal) 10 Eugregarinida: Protomerit, Deutomerit und Epimerit Epimerit Protomerit a: Cephalont b: Epimerit in der Wirtszelle verankert c: freiwerdender Sporozoit Deutomerit Protomerit und Deutomerit durch ektoplasmatische Scheidewand getrennt (Septum) verschiedene Epimeritformen der Eugregarinida 11 Bewegung (Gleiten) der Gregarinida • • • • A: Syzygie der Trophozoiten von Gregarina cuneata B: Längsfalten in Körperoberfläche (Mikrotubuli) Schleimabsonderung in Falten Gleitende Vorwärtsbewegung http://www.youtube.com/watch?v=OXg9YrQRCsQ&f eature=BFa&list=PL4104ED8BDB857284 12 Generationswechsel der Apicomplexa • haplohomophasischer Generationswechsel – nur die Zygote ist diploid – Meiose unmittelbar nach Fusion der Gameten – alle weiteren Stadien sind haploid R! = Reduktionsteilung (= Meiose) 13 Wirtswechsel Parasitische Protozoa - Stamm Apicomplexa • • • • • eine geschlechtliche Generation (Gamogonie) wechselt sich mit mind. einer ungeschlechtlichen, cystenbildenden Generation (Agamogonie/Sporogonie) ab bei vielen Arten kann dieser Zyklus durch weitere ungeschlechtliche Teilungen (Schizogonien, Merogonien) erweitert sein Infektionsstadien (Sporozoit, Merozoit) Vegetative Formen: Trophozoiten; Generative Formen: Gamonten Übergang von Agamogonie zu Gamogonie häufig mit Wirtswechsel 14 Myxosporea Actinosporea Myxozoa Kinetofragminophorea Oligohymenophorea Polyhymenophorea Ciliophora Ciliophora Systematik der Ciliaten nach Honigberg et al., 1964 ( J. Protozool. 11: 7-20) . Stamm Unterstamm Klasse Unterklasse Holotrichia Protozoa Ciliophora Ciliatea Peritrichia Suctoria Spirotrichia • • • • • Höchst differenzierte Gruppe der Protisten Bewimperung (Ciliatur) Zellcortex mit Infraciliatur, einer besonderen Form der Pellicula Kerndimorphismus: Differenzierung von Mikro- und Makronucleus sexuelle Fortpflanzung durch Konjugation (= temporäre Zellfusion mit Kernaustausch) • Querteilung bei der Cytokinese 15 Morphologie der Ciliaten Paramecium caudatum Stentor sp. 16 Aufbau von Flagellen und Cilien I. Axonem + II. Basalkörper (Verankerung) 9 Duplett-Mikrotubuli Brücke, mit der die beiden zentralen Einzel-Mikrotubuli verbunden sind innerer Dyneinarm äußerer Dyneinarm Plasmamembran 9 Triplett-Mikrotubuli Zentralpaar von EinzelMikrotubuli Speichenkopf zentrale Hülle Radialspeiche A-Tubulus B-Tubulus Dublett-Mikrotubulus Axonem: 9 x 2 + 2 Basalkörper: 9 x 3 17 Die Anordnung der Cilien • Cilien – in Reihen angeordnet = Kineten – in Büscheln angeordnet = Cirren (> „Laufen“) • Anordnung – gleichmäßige Körperbewimperung = Holotrichia – zwei Cilienreihen führen in linksgewundener Spirale zum Cytostom = Peritrichia – adorales Membranellenband zieht in rechtsgewundener Spirale zum Cytostom = Spirotrichia – adulte, sessile Organismen sind cilienlos; Schwärmerstadien sind bewimpert = Suctoria (im Kurs: Demo Heliophrya erhardi) Pseudomicrothorax dubius Stylonychia mytilus 18 Die Anordnung der Cilien - Stylonychia http://www.youtube.com/watch?v=FwdNUcGV5tA& feature=player_detailpage 19 Kontraktile Vakuolen Osmoregulation bei Paramecium • Diastole Ampullen werden in die Vakuole entleert Vakuole füllt sich • Systole Vakuole kontrahiert und entleert sich Ampullen werden gefüllt Sammelkanal Porus Ampulle kontraktile Vakuole 20 Kontraktile Vakuolen - Osmoregulation bei Paramecium http://www.youtube.com/watch?v=iG6Dd3COug4&feature=pl ayer_detailpage 21 Kerndualismus/Kerndimorphismus • Mikronucleus – generativer Kern – sexuelle Fortpflanzung durch Konjugation – gesamtes Genom – kondensiert und transkriptionsinaktiv • Makronucleus – somatischer Kern – Stoffwechsel – vegetatives Zentrum – enthält nur 10% des Genoms – polyploid – transkriptionsaktiv Paramecium caudatum (Kükenthal) 22 Konjugation und Zellteilung bei Ciliaten Konjugation und anschließende Teilung bei Paramecium caudatum Paramecium caudatum (Kükenthal) http://www2.huberlin.de/biologie/zoologi e/sammlung/I%20Protozoa/Pr%2027Konjugation%20Paramaecium.jpg 23 Nahrungscyclose in Paramecium: Membranfluss durch das phagosomisch-lysosomische System Hier: Die Paramecien wurden mit abgetöteten Hefezellen, die zuvor mit Kongorot gefärbt wurden, gefüttert. Wichtig! im Kurs: Ungiftiger Indikator Neutralrot (Gelb-Rot-Gelb-Umschlag) Wie Methylorange und Methylrot gehört Kongorot zur Gruppe der Azofarbstoffe (jedoch mit 2 Azogruppen: –N=N–) und wird als pH-Indikator verwendet. Es weist einen Umschlagspunkt im pH-Bereich zwischen 5,2 und 3,0 auf: bei einem pH-Wert > 5,2 zeigt Kongorot eine rotorange Färbung und im pHBereich darunter eine Blauviolettfärbung. 24 Extrusomen = exozytotische Vesikel • • • • • • Schleudern ihren Inhalt aus Vakuolen nach außen Spindeltrichocysten (Verteidigung, Beutefang), erreichen bis zu 8fache Länge (im Kurs: chemische Reizung mit Zitronensäure) Mucocysten (Schleimabsonderung) Toxicysten (Feinabwehr, Beutefang) Rhabdocysten (Feindabwehr) Ejektisomen (nur bei Flagellaten, Funktion unklar) Toxicysten bei Didinium nasutum Trichocysten bei Paramecium Ejectisomen bei Chilomonas 25 Unterklasse: Holotrichia; Ordnung: Hymenostomatida ! Reusenapparat ! Im Kurs: Fütterung mit Blaualge Pseudomicrothorax (Oscillatoria) dubius Paramecium caudatum („Pantoffeltierchen“) 26 Lehrstuhl für Zellmorphologie & molekulare Neurobiologie Holotrichia: Pseudomicrothorax dubius Pseudomicrothorax dubius ingestiert die Blaualge Oscillatoria formos 27 Holotrichia: Pseudomicrothorax dubius http://www.youtube.com/watch?v=Z5QO4yrY7w4&feature= player_detailpage 28 Myxosporea Actinosporea Myxozoa Kinetofragminophorea Oligohymenophorea Polyhymenophorea Ciliophora Ciliophora Systematik der Ciliaten nach Honigberg et al., 1964 ( J. Protozool. 11: 7-20) . Stamm Unterstamm Klasse Unterklasse Holotrichia Protozoa Ciliophora Ciliatea Peritrichia Suctoria Spirotrichia • • • • • Höchst differenzierte Gruppe der Protisten Bewimperung (Ciliatur) Zellcortex mit Infraciliatur, einer besonderen Form der Pellicula Kerndimorphismus: Differenzierung von Mikro- und Makronucleus sexuelle Fortpflanzung durch Konjugation (= temporäre Zellfusion mit Kernaustausch) • Querteilung bei der Cytokinese 29 Unterklasse: Suctoria: Heliophrya erhardi • Adulte Zellen sind sessil, cilienlos; viele Formen auf Stilen oder mit Fußscheibe auf Substrat • Cytostom als „Tentakel“ über die Zelloberfläche verteilt Beutefang mittels Lähmung durch Extrusomen (Haptocysten) • Vermehrungsstadien: bewimperte Schwärmer (ohne Cytostom) Metamorphose zum Adulten nach Absetzten Sessil und cilienlos, fangen andere Ciliaten mit Hilfe von Tentakeln Beispiel: Heliophrya erhardi 30 Viel Spaß im Kurs! 31
