Im Vergleich zu nichts ist wenig viel.

Einführung in die
Mikrobielle Ökologie
Größenverhältnisse,
Gesamtzellzahl,
Lebendzellzahl
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Im Vergleich zu nichts
ist wenig viel.
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Milliarden-Quiz
≈1080
Wieviele Atome enthält das Weltall?
107 bis 109
Wieviele Bakterien enthält ein Liter Meerwasser?
Wieviele Bakterien gibt es im Meer (361 Mio km2, 4 km tief)?
>1028
(im Sediment ≈1030)
Wieviele Zellen hat ein Mensch (die meisten im Gehirn)?
≈1013
Wieviele Bakterien hat ein Mensch (die meisten im Darm)?
≈1014
Merke: 1 ml Wasser → 1 Mio. Bakterien
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Größenverhältnisse
Was hat die geringe
Größe von
Mikroorganismen
für Folgen?
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1m
107 m
1m
10-7 m
Größenvergleich mit dem Menschen (eine Dimension!)
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Welt der Mikroben: Größenvergleich mit der des Menschen (3D)
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Diffusion
Ein in Wasser gelöstes Gasteilchen bewegt sich in 1 sec im
Durchschnitt 100 µm von seinem Ursprungsort weg.
Wieviel entspräche das auf die Größe des Menschen
übertragen?
100 µm * 107 = 1 km
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Brownsche Molekularbewegung von Tusche-Partikeln
- je kleiner desto schneller
- je heißer desto schneller
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Oberflächen-Volumen-Verhältnis
Kantenlänge
1 cm
1 mm
100 µm
10 µm
1 µm
Fläche
→
→
→
→
→
6 cm2
60 cm2
600 cm2
6000 cm2
6 m2
1 cm3 voller Bakterien
hat eine Oberfläche
von ≈10 m2
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Oberfläche und biologische Aktivität
Die biologische Aktivität ist bestimmt durch
Oberflächen (Membranen)
Biovolumenverhältnis Bakterien (im M.) : Mensch?
≈10-4
Oberflächenverhältnis Bakterien (F = 4 r2 π) : Haut d. M.?
>100
Die meisten chemischen Reaktionen auf der Erde
werden durch Mikroorganismen katalysiert
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Who is there?
How many?
What are they doing?
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Graben vor dem ICBM, 2011-04-19
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Bakterien im Wasser unter dem Mikroskop
1000 000 pro ml
= 20 000 pro 20 µl unter einem Deckglas
von 20 x 20 mm oder 400 000 000 µm2
= 2 pro Gesichtsfeld von 200 x 200 µm
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Abstand der Bakterien im Wasser voneinander
1 mm
106 Bakterien cm-3 = 103 Bakerien mm-3
1 mm
m
1m
bei gleichmäßiger Verteilung >0.1 mm
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Bestimmung der Zellzahl
Gesamtzellzahl (total count): Alle Zellen
Problem: Prokaryoten-Zellen erkennen
Lebendzellzahl (live count): Zellen, die auf Agar oder in einer
Flüssigkultur wachsen
Problem: Wachstumsbedingungen
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Bestimmung der Gesamtzellzahl
Wikipedia
Zählkammer geeignet für
Reinkultur, Blutkörperchen
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Gesamtzellzahl in einer Wasserprobe
2-5 ml einer Wasserprobe mit Bakterien werden in einem
Reagenzglas mit ca. 200 µl einer partikelfreien 0.1%
Acridinorange-Lösung 2 min lang gefärbt und dann durch ein mit
Irgalanschwarzlösung (0.1%) vorgefärbtes 0.2 µm NucleporeFilter abfiltriert. Als Unterlage kommt auf den Filteruntersatz ein
Cellulosemembranfilter. Das Nucleporefilter wird dann auf einem
Objektträger getrocknet, mit einem fluoreszenzfreien Immersionsöl
(z.B. Siliconöl) versehen und mit einem Deckglas bedeckt. Die
Probe wird bei fluoreszenzfreier Ölimmersion unter dem
Epifluoreszenzmikroskop bei Blaulichtanregung betrachtet. Es
werden pro Filter 10 Zählquadrate ausgezählt. Die Probenmenge
sollte so gewählt sein, dass pro Zählquadrat ca. 30-50 Bakterien
sichtbar sind.
Bakterium auf NucleporeFilter, Raster-Elektronenmikroskopische Aufnahme
(Henrik Sass)
Hobbie, JE, Daley, RJ, Jasper, S. (1977) Use of Nuclepore filters for counting bacteria by
epifluorescence microscopy. Appl. Environ. Microbiol. 33: 1225-1229
Prinzip: Spezifische Anfärbung von Nukleinsäuren, heute mit
verschiedenen Farbstoffen, z.B. Acridinorange, DAPI, SybrGreen
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Strahlengang eines Epifluoreszenz-Mikroskops
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Fluoreszenzfarbstoffe für Nukleinsäuren
Sediment,
Phasenkontrast
Acridinorange
DAPI
SybrGreen
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Fluoreszenz-Farbstoffe: DAPI
www.zeiss.com
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Fluoreszenz-Farbstoffe: SYBRGreen I
SYBRGreen I,
Sedimentflocke aus
dem Schwarzen Meer
SYBR ‘Spam‘,
Differenz
Bildbearbeitung mit PICOLAY
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The most-boring job...
1/5
5/5
Stacked
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CountThem
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Bestimmung der Zellzahl
Lebendzellzahl
Problem: Oft wachsen nur 0.1 – 10 % der lebenden
Zellen zu zählbaren Kulturen heran
‘Der
Negativ-Befund hat keine Beweiskraft!‘
Für Krankheitserreger und Indikator-Organismen gibt
es erfolgreiche Verfahren
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Lebendzellzahl-Bestimmung
Sebastian Herrmann
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Lebendzellzahl-Bestimmung
Beimpfung einer Mikrotiter-Platte
unter Schutzgas-Atmosphäre
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Most Probable Number (MPN)
0 0 0
2 3 3
Tafel zur statistischen
Bestimmung der Lebendzellzahl
x 10
aus drei Parallelen mit drei
Verdünnungsstufen
(American Health Association)
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Where are they?
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Der Mensch und
seine Mikroben
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Bakterien auf unserer Haut
10 000 pro cm2
= 10 000 pro (10 000 x 10 000) µm2
= 1 pro 100 x 100 µm2
Biofilm auf
Heuaufguss
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Mensch
>500 Arten nachgewiesen, bekannte
Bakterien:
Zähne: Streptococcus salivarius, S. mutans
Magen: Lactobacilllus, Streptococcus
(acidophil), Helicobacter pylori (Entzündung)
Darm: Bacteroides, Bifidobacterium,
Eubacterium
Enddarm: Clostridium, Fusobacterium,
Escherichia coli
Bronchialtrakt: ----- !
Harnblase: ----- !
Eukaryoten
Pilze: Candida, Torulopsis
Protozoen: Trichomonas vaginalis
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Sediment depth (m)
Wo sind die Prokaryoten?
Prokaryoten
in PazifikSedimenten
(ODP Leg
201, Barry
Cragg)
Bis 1600 m
unter dem
Meeresboden
lebende Zellen
nachgewiesen
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Wo sind die Prokaryoten?
4 - 6 * 1030
Number of prokaryotes on Earth
1.2 * 1029
Cells in open ocean
in marine sediments
3.5 * 1030
in soil
2.6 * 1029
sub-terrestrial
0.5 – 2.5 * 1030
Annual production of cells
1.7 1030 a-1
Mean generation time in sediments
1 - 2 * 103 a
Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ (1998) Prokaryotes: The unseen
majority. Proc Natl Acad Sci USA 95:6578-6583
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Viele Zellen sind tot
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Courses... Ecophysiology of
Anaerobes… Methods Script
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