MiBi: Zellwand, Toxine, Sporenbildung

• Trennung

• Schutz vor abiotischen & biotischen Faktroren

• robust, flexibel

• Kompensation osmotischer Druck

• (Klassifizierung durch Gramfärbng)

Aufbau (außen nach innen):

• dicke Peptidoglykanschicht aus Murein (40 Lagen Murein) -> dicke Zellwand

• Teichonsäuren (saure Polysaccharide) kovalent an Peptidoglykane der Zellwand gebunden, durchziehen Zellwand -> für Adhärenz + Aktivierung mensch. Immunsystem

• periplasmatischer Raum

• Lipoteichonsäuren über ein Glykolipid an der Zellmembran verankert, reichen bis durch die Mureinschicht

• Phospholipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteine -> zB Virulenzfaktoren

• zusätzliche äußere Lipidmembran (Phospholipiddoppelschicht), außen Lipopolysaccharide (für Virulenz)

• Lipoprotein: Verbindung äußere Membran mit Mureinschicht

• dünne Peptidoglykanschicht aus Murein -> dünne Zellwand (sehr dünne Mureinschicht)

• periplasmatischer Raum: hohe Konzentration an Enzymen, Binde- und transportproteinen

• innere Lipidmembran (Phospholipiddoppelschicht) mit eingelagerten Membran- und Transsportproteinen

• Lipid A: Anker über den andere LPS mit äußeren Membran verbunden ist

• Kernregion/Core: an Lipid A gebunden, bildet mittleren Teil

• O-Kette: an Kern gebundenes Oligo- oder Polysaccharid, äußerer Bereich

  
  

  
  

Lipid A:

• inneren Bereich der LPS mit äußeren Membran verankert (Anker über den andere LPS in äußeren Membran befestigt sind)

• wirkt als Endotoxin-> Freisetzung nach Zelltod (Virulenzfaktor)

• kein Phospholipid, denn durch Esterbindungen an Disaccharid gebunden

Kernregion/Core:

• an Lipid A gebunden, bildet mittleren Teil

• besteht aus inneren und äußeren Kernregion

• aus 2-Keto-3-desoxy-octonat (KDO)

• wichtige Funktion für die Struktur der äußeren Membran

• kann Bildung von AK anregen

O-Kette:

• sind strukturspezifisch für Bakterienart (-> Differenzierung Bakterien, O-Antigen)

• an Kern gebundenes Oligo- oder Polysaccharid, äußeren Bereich

• bildet Kette aus einer oder mehreren Hexosen, sowie einem oder mehreren Didesoxyzuckern (verzweigt und wiederholt)

  -> langes Polysaccharid = O-Saccharid -> O-Antigen

• zwei Formtypen:

  • S-Form: Kolonien mit glatter, glänzender Oberfläche (Bakterienstämme mit O-Antigenen)

  • R-Form: Kolonien mit rauer, matter Oberfläche (Bakterien nach verlust der O-Antigene)

  
  

• Kapsel oder Schleimhülle (wobei Unterschied bei Kapsel und Schleimhülle, Kapsel mit Zellwand fest verbunden, Schleimhülle nicht)

• Hüllschicht an Außenseite

• aus Glycoproteinen und -lipiden

• Virulenzfaktor

1. Bakterienmaterial auf Objektträger aufbringen

2. Hitzefixierung

3. Färbung mit Kristall-/Gentianaviolett (1 min) nach Einwirkzeit abkippen

4. spülen mit dH2O

5. Färben mit Lugolscher Lösung + spülen mit dH2O (alle Bakterien dunkelblau)

6. Entfärben mit EtOH Lsg. (gramnegativ entfärbt, grampositive noch dunkelblau)

7. Spülen mit dH2O

8. Gegenfärbung mit Fuchsin/Safraninrotlsg. (gramnegative rosa)

9. Spülen mit dH2O

10. Lufttrocknung

11. Auswertung unter Mikroskop

    
    

    Resultat:

    • gramnegative= rot

    • grampositive= blau

• Proteine oder Polypeptide -> hitzelabil (-60°C)

• von grampositiven und gramnegativen lebenden Bakterien abgesondert (nach Anheftung)

• Bindung an spez. Rezeptoren/Strukturen bestimmter Zellen

• Cytotoxine: Wirkung auf verschiedene/mehrere Zellen -zytozid

• Enterotoxine: Wirkung auf Darmtrakt

• Neurotoxine: Wirkung auf Neuronen

• Toxizität: stark toxisch, oft letal

• Immunogenität: stark immunogen, stimulieren die Bildung von neutralisierenden AK (Antitoxinen)

• Fieberpotenzial: hoch

• Genlocus: häufig plasmid- oder phagencodiert

Cytotoxine:

• Wirkung auf verschiedene/mehrere Zellen -insgesamt toxisch ggü Zellen (zytozid)

Enterotoxine:

• Wirkung auf Darmtrakt

• Gifte, welche Darm angreifen

zB:

grampositiv: Staphylococcus aureus, Clostridium perfrines

gramnegativ: Shigella, E. coli (pathogen), Vibrio (Choleratoxin)

= Enterotoxin durch Vibrio cholarae

• Aktivierung der Ionentransportsysteme: Cl-, Na+ und andere verlassen Zelle

• Zelle versucht Osmolaritätsgleichgewicht aufrecht zu halten, indem Wasser ausströmt

• Folge: Wasser gelangt in Darmlumen-> starker Durchfall mit Salz- und Wasserverlust

bereits in geringer Dosis Schädigung der Nervenzellen/-gewebe

Wirkung:

• Interaktion mit Rezeptoren der Nervenzellen, wirken als Agonisten (Stimulieren) oder Antagonisten (Hemmung)

• Öffnung/Blockieren der Ionenkanäle

• als Endopeptidasen zerstören Proteine, welche für Verschmelzung von synaptische Vesikeln mit Neuronenmembran zuständig sind, keine Abgabe von Neurotransmittern

• AB Toxine

• Membranschädigende Exotoxine

• Superantigene

• Auflösen der Zellmembran der Zielzelle durch Enzyme (Lipasen etc.) oder Polymer-Bildung

• zB: alpha-Toxin (Staphylococcus aureus: Polymer-Bildung), alpha-Toxin (Clostridium perfringens: Lipase)

• porenbildendes Toxin, Hämolysine

• Bildung eines Polymers auf Oberfläche der Zielzelle-> Perforation der Membran und Bildung durchgehende Pore

• Austritt von Zellbestandteilen, Einstrom von Flüssigkeit (Hämolyse der Zelle)

  
  

• bestehen aus A- und B-Untereinheit

• A-Teil: besitzt katalytische Aktivität

• B-Teil: vermittelt spezifische Bindung an Zielzelle

• Zielzelle: Aufnahme durch Endocytose, dann Ausschleusung des A-Teils aus Endosom ins Cytoplasma

• zB: Tetanustoxin, Botulinumtoxin

• Stimulation der körpereigenen antigenpräsentierenden Immunzellen (APZ) und T-Zellen (Kurzschluss zw. MHC und T-Zell-Rezeptor)

  -> Folge: übermäßige Abwehrreaktion (Hyperimmunreaktion) und toxischer Schock

• hitzestabile Lipopolysaccharide (LPS) auf äußeren Bakterienmembran gramnegativer Zellen

• unspezifische Wirkungsweise; Fieber, Durchfall, Gerinnungsprobleme, Schock

• Lipid A kann an Immunzellen binden und toxische Reaktionen auslösen

Toxizität: relativ schwach, selten letal

Immunogenität: immunogen, Immunantwort reicht aber nicht aus um AK zu bilden

Fieberpotential: kann Fieber auslösen, muss aber nicht

Genlocus: Chromosomal

• hitzeresistente Überdauerungsform von Bakterien

• wird innerhalb der vegetativen Zelle gebildet, am Ende der exponentiellen Phase (bei Nährstoffmangel)

• Sporen sind inaktiv-> keine Stoffwechsel

• absorbieren stärker Licht als vegetative Zellen

• zentral, terminal und subterminal Anordnung möglich

• enthalten Kopie des Genoms, Cytoplasmamembran und Zellwand

• Auflagerung weiterer Schichten aus Peptidoglykan und Protein

• hoher Gehalt von Dipicolinsäure (Bindung Ca2+ Ionen), kleinen säurelöslichen Proteinen (SASPs)

• geringer Wasseranteil (nur 10-30% iV zur vegetiven Zelle)

  
  

  -> hohe Resistenz ggü Hitze, UV-Strahlung und Chemikalien

durch ungünstige Wachstums- oder Umweltbedinungen:

• Mangel an Nährstoffen

• ungünstiger Umgebungstemperatur

• Trockenheit

• ungünstige Sauerstoffbedinungen

1. Replikation des Bakterienchromosoms, Kondensation der DNA

2. Einschnürung der Cytoplasmamembran

3. Mutterzelle und entstandender Sporenbereich enthalten DNA

4. Sporenbereich wird von der Zelle umwachsen (-> Endozytose, Doppelmembran von Mutterzelle)

5. äußere Membran und innere Membran stellen Sporenrinde (Cortex) her; liegt dazwischen; Dehydratisierung

6. weitere Dehydratisierung; Ca2+ Aufnahme; Bildung von SASPs und Dipicolinsäure; Mutterzelle bildet Sporenhülle

7. Selbstauflösung der Mutterzelle -> Freisetzung der reifen Spore

• Auskeimung der Sporen (lateral oder polar) -> Umwandlung in vegetative Zelle

• durch Wasseraufnahme und Quellung

• Verlust der starken Lichtbrechung

• Zerstörung der wasserundurchlässigen Hüllschicht

• Förderung der Rehydratisierung durch Alterung der Sporenhülle

• Ausscheidung von Ca2+-Dipicolinat und Kationen -> Austausch durch H2O (Einleitung Hydrolyse des Cortex)

• vollständiger Abbau des Cortex -> Ausdehnung der Zellwand

• Eisetzen des Metabolismuses, Abbau der kleinen säurelöslichen Proteine (SASPs)

• Neusynthese von RNA, Proteinen und DNA

• durch Auswachsen Anschwellung des Zellen-> tritt aus Sporenhülle hervor

• ab jetzt wieder vegetative Teilung

1. Ausstrich von Bakterienmaterial auf Objektträger

2. Hitzefixierung

3. mit Malachitgrünlsg. erhitzen

4. spülen mit dH2O

5. Gegenfärbung mit Safranin/Fuchsinrotlsg.

6. spülen mit dH2O

7. lufttrocken

8. Auswertung unter dem Mikroskop

Resultat: vegetative Zellen rot, Sporen grün