Merkblatt zur Einführung in die Taxonomie der Bakterien

Merkblatt zur Einführung in die
Taxonomie der Bakterien
Archaebakterien
(Archaeobactaeria, Archaea)
früher als Abt. 4 der Bakterien: „Mendosicutes“ (mendosus lat: Fehler besitzend, abartig)
Das Urreich der Archaebakterien gliedert sich in 15 bis 20 Phyla bzw. Zweige.
Physiologisch/morphologisch können 5 Gruppen unterschieden werden:
I.
Methanogene
anaerobe Atmung mit CO 2 als H-Akzeptor, CO 2 + H 2  CH 4
anstelle von H 2 können auch niedermolekulare organische Substanzen (Formiat, Acetat
u. a.) als H-Donatoren dienen.
Vorkommen: Sümpfe, Sedimente, Pansen, Biogasanlagen
Beispiel: Methanobacterium
II. Sulfatreduzierer
zu den Archaebakterien gehören hyperthermophile Sulfatreduzierer, die z.T. bei 140 °C
lebensfähig sind; alle anderen Gruppen von Sulfatreduzierern gehören zu den
Eubakterien
Beispiel: Archaeoglobus
III. Extrem Halophile
extrem halophile Archaebakterien; Optimum: 12 – 23 % NaCl, Maximum: 32 % (= gesätt.
Salzlösung); z. T. Lichtnutzung und phototrophe ATP-Bildung mittels Bacteriorhodopsin,
das in der sogen. „Purpurmembran“ lokalisiert ist.
Beispiel: Halobacterium
IV. Zellwandlose
Beispiel: Thermoplasma (nur CM vorh.)
V. Extrem thermophile Schwefel-Verwerter
a) extrem thermophil (85 – 105 °C); Nutzung von CO 2 (od. CO) und H 2
z. T. S°  H 2 S (S°-Reduktion)
b) acidophil in sauren Wässern
S°  SO 4 2- (Schwefelsäureproduktion, S°-Oxidation)
Beispiel: Sulfolobus, Desulfurococcus, Thermoproteus
Die Gruppe I bis IV stellen den 1. Hauptzweig der Archaebakterien dar (= Euryarchaeota).
Gruppe V stellt den 2. Hauptzweig der Archaebakterien (= Crenarchaeota) dar.
1
Eubakterien
(Eubacteria, Bacteria)
Das Urreich der Eubakterien gliedert sich in ca. 20 Phyla bzw. Zweige. Die meisten Zweige
der Eubakterien sind gramnegativ, nur 2 Zweige sind grampositiv (letztere umfassen aber
sehr viele Gattungen bzw. Arten).
•
Aquifex/Hydrogenobacter-Zweig
tiefster Abzweig der Eubakterien, hyperthermophile MO, anaerob bis microaerophil,
obligat chemolithotroph (H 2 -Oxidation).
H 2 , S° oder S 2 O 3 - als H-Donator
NO 3 - als H-Akzeptor
•
Aquifex pyrophilus
Thermotoga-Zweig
extrem thermophil (ursprüngliches Merkmal), weitverbreitet in heißen Quellen
besitzen zusätzliche Hülle um Zellwand („Toga“); keine DAP in Murein; in Lipiden:
langkettige Dicarbonsäuren als Besonderheit.
•
Cyanobacteria-Zweig
= Oxyphotobakterien (ältere Bez.: Blaualgen)
-
Photosynthese ähnlich der der Pflanzen (aber kein Zellkern und Murein-haltige
Zellwand = typ. Bakterienmerkmal); Besitz von Chlorophyll a und Phycobilinen
(als Hilfspigmenten). Einige Cyanobakterien enthalten (wie die Pflanzen) sowohl
Chlorophyll a als auch Chlorophyll b (z.B. Gattung Prochloron).
-
Vorkommen im Wasser oder in feuchten, warmen Böden (oder auf Gesteinen)
-
einzellig (z. T. als durch Schleim verbundene Zellverbände) oder mehrzellig
(Fäden, Trichome)
-
keine Geißeln, mobil durch gleitende Bewegung oder Schweben in lichtintensive
Wasserbereiche mittels Gasvakuolen
-
oft N 2 -Fixierung; bei fädigen Typen durch spezielle Zellen, den dickwandigen
Hererocysten (enthalten Nitrogenase; keine photosynth. O 2 -Produktion in diesen
Zellen)
-
durch Phosphateinträge in Gewässer ( Eutrophierung) oft Massenentwicklung
dieser Bakterien an der Oberfläche von Gewässern (N-Mangel kann durch N 2 Fix. ausgeglichen werden)
-
z. T. symbiontisches Vorkommen mit Pilzen als Flechten
-
Beispiele: Anabaena, Nostoc, Chlorococcus
2
•
Anoxyphotobacteria
-
-
-
auch diese Bakterien betreiben Photosynthese, aber eine anaerobe
Photosynthese (d. h. eine typ. bakterielle Photosynthese, die sich von der
pflanzlichen oder der der Oxyphotobacteria unterscheidet).
als Pigmente kommen Bacteriochlorophylle vor, die andere Lichtanteile
absorbieren als Chlorophyll (Anoxyphotobakt. Leben auch in tieferen Schichten,
wo anaerobe Verhältnisse und gerade noch Licht)
Erscheinungsbild der Biomasse: rot-braun-oliv (selten grün)
verschiedene Zellformen (Stäbchen, Kokken, Spirillen, sprossende Formen); oft
begeißelt
Vorkommen in Süß- und Meerwasser (anaerobe Bereiche)
z. T. N 2 -Fixierung, z. T. Massenentwicklung (rote „Platten“ über
Schlammschichten der Gewässer)
phylogenetisch sehr verschiedene Linien unterscheidbar (obwohl physiolog. ähnl.
Eigenschaften):
1. Gruppe: Grüne Schwefelbakterien (eigenes Phylum Chlorobi)
(früher: Chlorobiaceae, Chlorobacteriaceen); oliv bis grün,
S° als Zwischenprodukt der anaeroben Photosynthese abgelagert;
i. d. R. extern, d. h. außerhalb der Zellen
Beispiel: Chlorobium
2. Gruppe: Schwefelfreie grüne Bakterien (eigenes Phylum Chloroflexi)
grün, i. d. R. als Filamente, oft in heißen Quellen
Beispiele: Chloroflexus, Heliothrix (lebt symbiontisch)
3. Gruppe: Schwefelfreie Purpurbakterien (im Phylum Proteobacteria, i. d. R.
.
innerhalb der Klasse Alphaproteobacteria, früher auch als Athiorhodaceae, oder
.
Rhodospirillaceae); rot/braun, keine S-Ablagerung bei H 2 S-Nutzung
.
Beispiele: Rhodospirillum, Rhodobacter, Rhodocyclus (zu Betaproteobacteria),
Rhodomicrobium .
4. Gruppe: Schwefelhaltige Purpurbakterien (im Phylum Proteobacteria, innerhalb der
.
Klasse Gammaproteobacteria, früher auch als Thiorhodaceae oder Chromatiaceae);
.
rot/braun; S als Zwischenprodukt abgelagert,
i. d. R. intern (in den Zellen)
Beispiele: Chromatium, Thiospirillum
Massenentwicklung in oberer Schicht v. H 2 S-haltigem Tiefenwasser.
5. Gruppe: Heliobakterien (im Phylum Firmicutes, Klasse Clostridia)
Beispiel: Heliobacterium (im Gegensatz zu übrigen Anoxyphotobacteria: grampositiv)
3
•
Deinococci-Zweig
Deinococcus: strahlungsresistente Zellen (hocheffiziente Rep.-systeme)
Thermus:
•
thermophile Bakterien (z. T. techn. Enzymproduzenten)
Planctomycetes-Zweig
Sprossende Bakterien, ohne Peptidoglykan
•
Gleitende Bakterien
besondere Art der Fortbewegung: gleiten auf Oberflächen (ohne Geißeln);
Vorkommen in Boden, Dung, auf verrottenden Pflanzen, Rinde, selten auch im
Wasser; gehören zu verschiedenen Phyla:
1. Gruppe: Cytophaga/Flavobacterium/Bacteroides-Zweig: Bacteroidetes
keine Photosynthese, davon nur bestimmte Gattungen gleitend:
Cytophaga:
Abbau vieler Stoffe (Zellulose, Lignin, Chitin, Agar)
Flexibacter:
fischpathogene Bakt.
Flavobacterium:
gelbe Farbstoffe bildend, kaum gleitend, aber verwandt mit
vorherigen Gattungen
Bacteroides:
nicht gleitend, anaerob (Gärung), Darmbewohner
2. Gruppe: Cyanobacteria (bereits behandelt, s. o.)
3. Gruppe: Vertreter des Phylums Proteobacteria (s. u.)
Myxobacterium:
bilden als einzige Bakterien Fruchtkörper:
0,1 – 0,5 mm groß (makroskop. sichtbar, oft lebhaft gefärbt),
entstehen
durch
Zusammenkriechen
der
Zellen;
bilden
Ruhezellen: Myxosporen,
oft bakteriolytische Wirkung: Überfließen und zersetzen andere
Bakterienkolonien
Beggiatoa:
blaualgenähnliche
filamentöse
Formen
(aber
ohne
Photosynthese), keine Fruchtkörper
4
•
Spirochaetes-Zweig
schraubige, flexible und stark bewegliche Bakterien mit periplasmatischen Geißeln
(Endogeißeln, die unterhalb der äußeren Hüllmembran verlaufen); dadurch
korkenzieherartige Bewegungen in hoch viskösen Medien (Serum) und auf
Oberflächen möglich; sehr geringe Durchmesser – dadurch schlecht sichtbar im
Hellfeld-Mikroskop, saprophyt. od. parasit. Lebensweise.
Die Gesamtheit aller periplasmat. Geißeln wird Achsialfilament (od. Axostyle)
.
benannt.
Beispiele:
Spirochaeta plicatilis: Sedimente u. Gewässer (saprophyt.)
Treponema pallidum: Syphilis (parasit.)
Borrelia recurrentis: Rückfallfieber (Vektoren: Läuse)
Borrelia burgdorferi: Lyme-Krankheit (Vektoren: Zecken)
Leptospira interrogans:
Leptospirosen
der
Haustiere,
z.
T.
Übertragung auf Mensch (Badeanstalten mit
wenig Chlor i. Wasser); Fieber, Nieren- und
Leberentzündungen
(z.
T.
latent
mehrere
Monate)
•
Chlamydiae-Zweig
obligate
intrazelluläre
Parasiten,
kein
Peptidoglykan,
keine
Cytochrome
u.
Atmungskettenenzyme, eigener Baustoffwechsel aber ATP-Schmarotzer, sehr kleines
Genom (1/5 bis 1/8 v. E. coli), versch. menschl. u. tier. Erkrankungen.
Beispiel:
Chlamydia trachomatis:
Trachom
Chlamydia psittaci:
Papageienkrankheit
Eine ähnliche Lebensweise wie Chlamydien (als obligate intrazelluläre Parasiten)
haben Rickettsien; letztere sind aber nicht verwandt mit dem Phylum der Chlamydien,
sondern gehören zu den Proteobakterien (α, s. u.).
•
Proteobacteria-Zweig
große Bakteriengruppe mit ca. 300 Gattungen; gliedern sich in Alpha-, Beta-,
Gamma-, Delta- und Epsilon-Subgruppe.
1. Gruppe: Anoxyphotobakterien
Innerhalb der Proteobakterien gibt es 2 Gruppierungen von Anoxyphotobakterien, die
bereits bei den übrigen Anoxyphotobakterien (s. Seite 3) abgehandelt wurden (α bzw.
γ-Zweig).
Daneben
existieren
heterotrophe
Bakterien,
die
noch
Photosynthesepigmente (z.T. ohne Funktion) besitzen, z.B. Roseobacter (α).
5
2. Gruppe: Scheidenumhüllte Bakterien (sheated bacteria)
bilden lange Scheiden, in denen die stäbchenförmigen Bakterien wie in einer Röhre
leben, Scheiden können bei Wachstum sehr lang werden (bis cm-Bereich) und bilden
fellartige Beläge in Abwasser in Röhren und Gräben (bes. bei Nährstoffüberschuss),
z. T. Schäden in der Wasserwirtschaft (Verstopfungen, Aufwuchs auf Wassertieren u.
Pflanzen, z. T. sogar Fischaugen; O 2 -Mangel bei Fischeiern verursachend).
Beispiel:
Sphaerotilus natans (Trivialname: „Abwasserpilz“), β
3. Gruppe: Sprossende Bakterien/Bakterien mit Anhängern (prosthekate Bakterien)
Hyphomicrobium:
sprossend, Tochterzellen an lebenden Stielchen
bilden z. T. Häutchen auf Wasserbädern, α
Caulobacter:
bohnenförmige Zellen mit Stielen, die sich am Ende mit
Anheftungsstellen an feste Oberflächen anlegen können, α
Gallionella:
stäbchen- bis bohnenförmige Zellen bilden an Breitseite
Exkretstiele (kein lebendes Material), nicht festsitzend, Stiele
aus Schleimfibrillen und Eiseninkrustierungen, β
4. Gruppe: Spirillen/gebogene Stäbchen
schraubenförmige unflexible Zellen mit starrer Zellwand, z. T. lophotrich begeißelt;
z. T. microaerophil
Beispiele:
Azospirillum:
spiralförmig., N 2 -Fixierer(bei Graswurzeln u. a.), α
Spirillum:
spiralf., saprophyt, ß
Aquaspirillum:
spiralf., saprophyt., in Wasser, ß
Bdellovibrio:
kleine
gebogene
Stäbchen,
parasitieren
an
anderen
gramnegativen Bakterien, ganze Zelle dringt in Periplasma v.
Wirtsbakterien ein und löst Wirtsbakterienzellen auf (PlaqueBildung wie bei Phagen), δ
Campylobacter:
gebogen, parasit.; Durchfälle bei Mensch und Tieren, Abort bei
Schafen
und
Rindern,
Übertragung
z. B.
durch
nicht-
„Knöllchenbakterien“
der
pasteurisierte Milch, ε
5. Gruppe: Aerobe Stäbchen und Kokken
Rhizobium:
symbiontische
N 2 -Fixierer,
Leguminosen, zu „Rhizobakterien“, α
6
Agrobacterium:
Erreger
des
Pflanzenkrebses,
besitzt
das
T i -Plasmid
(T i = Tumoren induzierend), α
Acetobacter:
Gluconobacter:
Essigsäurebakterien:
Ethanol  Essigsäure
Brucella:
Brucellosen der Haustiere; seuchenhaftes Verwerfen, α
CO2 + H2O, α
Neisseria gonorrhoeae: Erreger des Trippers, β
Pseudomonas:
monopolar begeißelte Stäbchen, Abbau vieler Stoffe (Cellulose,
Lignin, Kohlenwasserstoffe; Aromaten, Detergentien, Herbizide
u. a. Umweltchemikalien, bilden z. T. grün fluoreszierende
Farbstoffe wie Fluorescein (= Pyoverdin), oder blaue nichtfluoresz. Farbstoffe wie Pyocyanin, selten pflanzenpathogen, γ
Xanthomonas:
gelbe Pigmente, generell pflanzenpathogen, γ
Azotobacter:
freilebende N 2 -Fixierer, Ca++-Bedarf, können dickwandige
Zysten bilden, γ
Methylococcus:
methylotrophe Bakterien (Methan/Methanol-Ox.), γ
6. Gruppe: fakultativ anaerobe Stäbchen (γ)
Gärung unter Luftabschluss (versch. Formen v. Gärungen), oft im Darm (= Enteron)
vorkommend, daher als Enterobacteriaceae bezeichnet.
Escherichia coli:
Modellobjekt
der
Mikrobiologie,
untersuchten
Organismen
der
einer
Welt,
der
am
besten
Fäkalanzeiger
im
Trinkwasser,
selten pathogen: bestimmte Stämme verursachen Durchfälle
bei Kindern oder Reise-Diarrhoe
Shigella:
Salmonella:
Ruhr-Erreger
Erreger v. Typhus (Mensch), Paratyphus (bes. Tiere)
oder Enteritis (daher: TPE-Erreger)
Salmonella typhi
Salmonella paratyphi
Salmonella typhimurium
Salmonella enteritidis
sowie 2 000 weitere Sarovare
wichtige
Keime
für
Hygienekontrollen,
Verbreitung
über
verschmutztes Wasser oder Lebensmittel
Serratia marcescens: bildet rotes zellgebundenes Pigment: Prodigiosin
Yersinia pestis:
Pesterreger, Übertragung z. T. durch Flöhe
Beulenpest: Ratten  Mensch (Rattenflöhe)
Lungenpest: Mensch  Mensch (Tröpfcheninfektion)
7
Proteus:
typ. saprophyt. Bakterien, H 2 S-Produzent
7. Gruppe: Vibrionen und Verwandte (γ)
Vibrio cholerae:
Cholera-Erreger
Photobacterium:
sendet Licht aus, marine Biotope
8. Gruppe: Chemolithotrophe Bakterien
Nutzung von anorganischen H-Donatoren
Beispiele:
Nitrosomonas:
NH 4  NO 2 - , β
Nitrobacter:
NO 2 -  NO 3 - , α
Thiobacillus:
H 2 S/S°  SO 4 2-, z. T. acidophil
techn. Nutzung zur Laugung v. Armerzen („Leaching“), β
9. Gruppe: Sulfat- und Schwefelreduzierer (Desulfurikanten)
Anaerobe Atmung mit Sulfat oder Schwefel als e-Akzeptor, obligate Anaerobier
(Sedimente v. Gewässern)
Beispiel:
Desulfovibrio:
SO 4 2-  H 2 S (NAD-Regeneration), δ
H 2 S reagiert mit Metallen unter Sulfidbildung (schwarze
Färbung v. Sedimenten)
•
Firmicutes-Zweig (erste Hauptgruppe der grampositiven Bakterien)
(Firmicutes; lat. firmus = fest, stark; bezogen auf Murein)
1. Gruppe: Endosporen bildende Stäbchen und Kokken
Bacillus :
Paenibacillus:
ovale oder runde Sporen, aerob oder fak. anaerob
B. subtilis:
Heubazillus
B. anthracis :
Milzbranderreger
B. cereus:
Lebensmittel-Kontaminante
B. thuringensis:
insektenpathogen
ovale Sporen, aerob oder fak. anaerob
P. polymyxa:
Saprophyt auf Pflanzenmaterial, N2-Fixierung,
Antibiotikabildner
P. larvae:
insektenpathogen
Geobacillus:
ovale Sporen, aerob, thermophil, z.T. Alkanabbau
Clostridium:
anaerob
8
C. botulinum:
Lebensmittel-Vergifter (Botulismus), bildet das
hochtoxische Botulinus-Toxin; 1 mg ist letale
Dosis für 18 0000 Menschen oder 20 Millionen
Mäuse
C. tetani:
Tetanus-Errger (Wundstarrkrampf)
2.Gruppe: Asporogene Kokken
Staphylococcus aureus:
oft als Eitererreger, gelblich, Kokken in unregelmäß.
Aggreg.
Streptococcus pyogenes:
oft Eitererreger, weißlich, bildet hydrolyt. Enzyme u.
Toxine; zu „humanpathogenen Streptokokken“. Kokken
in Ketten angeordnet
Streptococcus mutans:
Erreger der Karies; zu „oralen Streptococcen“
Lactococcus lactis:
Milchsäure-Bakterium; wichtig als Starterkultur der
Herstellung von Milchprodukten (Sauerrahm-Butter); zu
„Milch-Streptococcen“
Leuconostoc mesenteroides: Milchsäure-Bakterien, ebenfalls in Milchindustrie
Verwendet
3. Gruppe: Asporogene Stäbchen
Lactobacillus plantarum:
Sauerteig,
Silage,
Sauerkraut,
andere
Arten:
Listeriose,
versch.
Milchsäuerung (z. T. als Starter)
Listeria:
z.
T.
pathogene
Arten

Krankheitsbilder, bes. bei geschwächten Personen:
Grippe,
hohes
Fieber,
Gehirnhautentzündung,
Hautveränderungen, Fehl- und Frühgeburten
4. Gruppe: Mycoplasmen (Mollicutes)
keine echte Zellwand, nur CM (daher resistent gegen Penicillin), stark pleomorph,
erscheint in Gram-Färbung gramnegativ, nach rRNA-Daten aber verwandt mit
Clostridien, sehr kleine Zellen (0,2 µm) und kleines Genom, auf künstl. Medien;
spiegeleiartige Kolonien (Mitte erhaben), z. T. Steroidbedarf, saprophyt. oder parasit.
Lebensweise.
Beispiel: Mycoplasma pneumoniae: grippeähnl. Infekt/atyp. Pneumonie
9
Actinobacteria-Zweig (zweite Hauptgruppe der grampositiven Bakterien)
meist unregelmäßige Stäbchen, z. T. auch Filamente und Myzelien bildend
Micrococcus:
grampositive Kokken mit Sonderstellung (nicht verwandt mit
2. Gruppe der Firmicutes), saprophytisch
Actinomyces:
bilden z.T. verzweigte Filamente, später fragmentierend zu
unregelmäßigen, z.T. keulenförmigen Stäbchen; fakultativ
anaerob; z.T. pathogen
Clavibacter:
gerade bis unregelmäßige Stäbchen; aerob; pflanzenpathogen
Corynebacterium:
unregelmäß. Stäbchen, z.T. keulenförmig,
.
C. diphtheriae (Diphtherie)
Mycobacterium:
schlanke
gerade
Stäbchen,
M.
tuberculosis,
M.
bovis
(Tuberkulose)
Nocardia:
lange verzweigte Fäden, die wieder in Einzelzellen zerfallen
können,
Streptomyces:
Mycelien
bildend
Bodengeruch
von
(Substratmycel
Kulturen
+
(Geosmin),
Luftmyzel),
Bildung
typ.
vieler
Antibiotika.
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