Kapitel 1

• bloß Bloßen Auge nicht zu sehen

• unterschiedliche Gestalt und Funktion

• Besiedeln, jeden Bereich der Erde

• Und differenzierte einzellige Organismen, komplexe Strukturen möglich, multizellulär auch möglich

• Leben in komplexen Mikrobiellen Lebensgemeinschaften

Vielzahl von zählen, die in oder auf Wachstumsmedium an gezüchtet wurde

Ist ein Gemisch aus flüssigen oder festen Bestandteilen, dass alle Nährstoffe enthält, die Mikroorganismus zum Leben braucht

Zunahme der Zellzahl durch Zellteilung

Eine einzige Mikroben Zelle kann auf einem Fest Medium wachsen und sich durch dich Teilung zu Million von Zellen vermehren ,die sichtbare Kolonien bilden

Sind lebende kommpartimente, die mit ihrer Umgebung und anderen Zellen dynamisch Interagieren

• Cytoplasmamembran: permeabilitätsbarriere, innere vom äußeren abgrenzt

• Cytoplasma: wässriges Gemisch verschiedener Makromoleküle, kleinerer organischer Moleküle, anorganischer Ionen und ribosome

• Riobosome: protobiosynthese

• Genom: DNA, Gesamtheit aller Gene in einer Zelle

• ( Zellwand: strukturelle Festigkeit, permeable Struktur, außerhalb der Zellmembran lokalisiert meiste Pflanzenzellen und Mikroorganismen haben sie - Tiere nicht )

Domänen Bacteria und Archaea

• wenige interne Strukturen, kein Kern oder Organellen

Pflanzen, Tiere, mikrobielle Eukaryoten (Algen, Protozoen, Pilze)

• verschiedene membranumhüllte cytoplasmatische Strukturen: Organellen (Kern, Mitochondrien und choloroplasten)

DNA aus mehreren linearen Molekülen innerhalb des membranumhüllten Nucleus

Ringförmigen “Chromosomen” (auch linerae Genome) Aggregieren innerhalb der Zelle zu einem Nucleoid.

Meisten ein einziges Chromosom aber dennoch ein oder mehrere DNA-Ringe: Plasmide

Codieren für Gene, die nicht essenziell sind, aber der Zelle spezielle Eigenschaften verleihen (spezifischen Stoffwechsel oder Resistenz gegen Antibiotika)

prokaryotisch: klein, 500-10000 Gene, 0,5-10 Million Basenpaare

Eukaryotisch: größer, weniger dicht, menschlich, 3 Milliarden basenpaare 20.000-25000 Gene codieren

• Wachstum: Replikation des Genoms (durch DNA Replikation) -> Zellteilung, chemische Substanz aus der Umgebung werde. Unter genetischen Steuerung bereits Vorhandener Zellen in neue Zellen umgewandelt

• Kompartimentierung und Metabolismus( Stoffwechselaktivitäten): Nahrungsaufnahme Umgebung und transformieren diese in zellmaterial und Abfallprodukt, offenes System

• Evolution: Zellen enthalten Gene und entwickeln sich, wobei, sie neue biologische Eigenschaften aufweisen.

• Beweglichkeit: Zellen fähig, sich selbst vorwärts zu bewegen

• Differenzierung: einige Zellen können im Laufe des Zellzyklus neue Strukturen wie zum Bsp. Sporen bilden

• Kommunikation: viele Zellen kommunizieren oder treten miteinander über chemische Substanzen die freigesetzt oder aufgenommen werden in Wechselwirkung

Proteine, katalytische Aktivität

Benötigt Reaktionen auszuführen , Die zu Energieversorgung dienen, sowie Vorläufer für die Bio Synthese aller nötigen Zellbestandteile zu erzeugen

Im Rahmen der Genexpression in aufeinanderfolgenden Vorgängen der Transkriptionen und der Translation erzeugt

Vorgang, bei dem die Informationen der DNA in eine RNA molekül überschrieben werden

Vorgang, bei dem die Informationen eines RNA Moleküls vom Ribosomen benutzt wird, um ein Protein zu synthetisieren

• Motilität: Bewegung durch Eigenantrieb

• Differenzierung: Ausbildung modifizierter Zellen, welche sich auf das Wachstum, die Verbreitung oder das Überleben spezialisiert haben

• Infrazelluläre Kommunikation: Zum einen Über chemische Signale oder über horizontalen Gentransfer ( Gene mit Nachbarzellen austauschen)

Tritt auf, wenn Gene einer Population sich in ihrer Sequenz oder Häufigkeit ändern

Die mikrobielle Evolution weist eine hohe Geschwindigkeit auf, dies liegt daran, dass die Zellen sehr schnell wachsen können und neue Gene über horizontal Gentransfer aufnehmen können

1. die Erde ist circa 4,6 Milliarden Jahre alt

2. Vor 3,8-4,3 Milliarden Jahre entstanden die ersten Mikrobiellenzellen

3. Die ersten 2 Milliarden Jahre der Erde war ihre Atmosphäre anoxisch ( O2 fehlte) -> zur Verfügung standen nur Stickstoff Kohlendioxid und einige wenige andere Gase -> Also gab es nur Mikroorganismen, die ein anaeroben Stoffwechsel betreiben konnten

4. Ersten Milliarden Jahren: phototrophen Mikroorganismen (Energie aus Sonnenlicht beziehen) anoxygen ( keinen Sauerstoff, purpurschwefelbakterien, grünen schwefelbakterien)

5. Cyanobatkterien entwickeltet sich fast eine Milliarde Jahre später-> sauerstoffanreicherung

6. Oxygenierte Atmosphäre: weitere Lebensformen haben sich entwickelt

7. Pflanzen und Tiere existieren erst seit halben Milliarden Jahren

1. Bakteria

2. Archaea

3. Eukarya

Alle bekannten zellulären Organismen gehören zu dieses drei Domänen

Drei Domänen aus einem gemeinsamen Vorfahren dem “last universal common ancestor” (LUCA)

• sie sind überall auf der Erde zu finden, wo leben existieren kann

• Wesentliche Speicher der Nährstoffe

• 2x10^30 Mikrobenzellen

• Beträchtliche Anteil der Biomasse der Erde

• Gesamtgehalt an Stickstoff und Phosphor im mikrobiellenzellen ungefähr vier mal so groß wie in allen Pflanzen und Tieren zusammen

• 31 % Der gesamten DNA der Biosphäre da

• Hohe diversität

Wo ? Vulkanisch heißen Quellen , Gletschern und eisbedeckten Regionen Hochsalz Umgebung, extrem sauren oder basischen Habitat zu finden, hoher Druck (Tiefsee, tief in der Erde)

Definieren die Physikochemischen Grenzen des Lebens, wie wir sie heute kennen

• alle Ökosysteme werden massiv durch mikrobielle Aktivität beeinflusst

• Stoffwechselaktivitäten von Mikroorganismen können das Habitat, in dem sie leben, chemisch oder physikalisch verändern und so auch andere Organismen beeinflussen ( bsp. Zu viel Nährstoffe = Wachstum aeroben Mikroorganismen stark anregen -> Sauerstoffverbrauch -> anoxisch Habitat. Gewässer )

Die Beeinflussung von Mikroben auf Organismen wie Tiere, Pflanzen und unsere gesamten Ökosysteme

• Infektionskrankheiten konnten dadurch besser behandelt werden und sind dadurch weniger sterblich( Antibiotika Verständnis für die Mikroorganismen Impfkampagne)

• Landwirtschaftliche Bedeutung (Legominosen, Pansen )

• Nahrung ( Krankheiten auslösen, Vergärung, Hefe,

• Industrie ( Problem Biofilm, Biotechnologie, Biokraftstoffen, biologische Sanierung

Fabcaecen

• leben in Gemeinschaft mit Bakterien, die an ihren Wurzeln so genannten Wurzel Knöllchen bilden

• in den Wurzel Knöllchen wandeln diese Bakterien Stickstoff aus der Atmosphäre in Ammonium, durch den der Vorgang der Stickstofffixierung

• Stickstoff ist der wesentliche Nährstoff im Dünger. Pflanzen stellen also ihren eigenen Dünger her.

Mikroskopisch, davor nicht möglich, kein Sichtbarkeit

Hooke 1665, erste Beschreibung

Vergößerung ( wie stark ein Mikroskop ein Bild vergrößern kann )nicht der limitierende Faktor sondern Auflösung ( zwei nah beieinander liegende Objekte als getrennt zu erkennen)

Limit: 0.2 Mikrometer

Basische Farbstoffe ( positiv geladen)

Bsp. Methylenblau, kristallviolett, Safranin

Binden gut an negative Bestandteile ( nucleindäuren, polysaccaride)

Zell oberflächlich negativ also gefärbt , allzweckfärbemittel

Getrocknet Zell Suspension, färben, waschen, abtupfen

Verschiedene Zellen verschiedene färben -> differenzielle Farbstoffe

Grampositive Bakterien= dunkel violett

Gramnegative Bakterien= rosa

Unterschied in der Zellwandstruktur

Ablauf: basischem Farbstoff Kristallviolett gefärbt, Ethanol entfärben, grampositiven nicht entfärbt, gegenfärbung Safranen

Kontrastunterschid ohne färben, kein abtöten der Bakterien

Phasenkontrastmirkiokospie= brechungsindex Umgebung unterscheiden ( Licht durch Zelle andere Phase als Umgebung ) , phasenring vergößert, dunkelen Bild vor hellem Hintergrund

Dunkelfeldmikroskopie= Licht trifft die Probe von der Seite, Licht von Objekt gestreut, Objekt hell und dunklere Hintergrund (bewegungstudien)

Objekte sichtbar machen die fluoreszieren ( Licht einer bestimmten Farbe emittieren, nachdem sie Licht einer anderen Farbe absorbiert haben )

• natürlich fluoreszierend (chlorophyll)

• Fluoreszierenden Farbstoff behandelt (DAPI-DNA)

  natürliche Umgebung Proben sehen können

Ist ein Lichtmikroskop, das mit einem Polarisator in der Kondensatorlinse polarisiertes Licht erzeugt (Licht, das nur in einer Ebene schwingt)

Polarisiertes Licht durch prisma geleitet -> zwei strahle erzeugt -> durchleuchten das Objekt -> objektivlinsen gebündelt

Diese beiden Strahlen durch unterschiedliche Substanzen laufen mit leicht unterschiedlichen Brechungsindex sind die kombinierten Strahlen nicht vollkommen in Phase, sondern Interferferieren miteinander

Dreidemonsinal darstellen, nicht gefärbte Zelle

Computergestütztes Mikroskop, laserquelle an fluoreszierendesmikroskop gekoppelt

Dreidimensionale Bilder, Ebene des Objekt anschauen

Laser nur bestimmt Ebene des Objekts gerichtet -> getroffene Stellen fluoreszieren (gefärbt vorab)-> Bild von jeder Ebene erstellt

Relativ dicke Objekte

Verwendet Elektronen statt sichtbaren Licht

Elektromagneten als Linsen

Vakuum

Kameras

Zellen bei sehr hoher Auflösung und Vergrößerung aufzunehmen

Wellenlänge von Elektronen kürzer -> bestimmt die Auflösung

0,2 Nanometer (1000 mal besser als Licht )

Einzelne Proteine, nucleinsäuremoleküle sichtbar gemacht werden

Elektronen dringen nicht gut durch Zellen also dünnschnitte verwendet ( stabilisiert und durch Chemikalien gefärbt )

Negativfärbung ( intakte Zellen, zellkomponenten)

Optimale dreidimensionale Darstellung

Das Präparat wird mit einer dünnen Film eine Schwermetall wie zum Beispiel Gold überzogen. Dann tastet ein Elektronenstrahl das Präparat zeilenförmig ab. Die vom Metall gestreuten Elektronen werden von einem Detektoren gesammelt, die auf einem Bildschirm eine Aufnahme erzeugen.

Recht große Präparate mit ausgezeichnet tiefen Schärfe

Verschiedene Praktiken betrifft, um mehr Medien und Lösungen steril herzustellen und aufzuheben

Das heißt ohne lebende Organismen zu enthalten

Enthält nur Zellen eines einzigen Typs von Mikroorganismen und sind von wesentlicher Bedeutung für die Untersuchung von Mikroorganismen

Mikroben aus der Natur zu isolieren die spezifischen Stoffwechseleigenschaften haben, sie erleichtern die Entdeckung und unterschiedlicher Mikroorganismen

Pasteur:

• betrachtetet weinsäurekristalle, erkannte zwei Typen (Spiegelbild) ->chemisch identische Moleküle isomere ausbilden können, Organismen können zwischen isomeren unterscheiden

• Alkohol - Hefe / stäbchen - Milchsäure

• Eintrag durch die Luft

Vor Pasteur war man der Meinung das Leben spontan aus nicht lebenden Material entstand also durch Spontanerzeugung.

Pasteur: Mikroorganismen in verdorbenem Material Nachkommen von Zellen sind die über die Luftzugang gefunden haben oder dass aus dem verdorbene Material bereits ursprüngliche Zellen vorhanden waren

Intensives erhitzen und völliger Luftabschluss ->steril

Erfindung schwanenhalskolben

Entwicklung von Impfstoffen gegen Milzbrand , Cholera und Tollwut

Mikroorganismen auf selektive Weise aus natürlichen Proben isoliert, wobei die Anforderungen, welche die Mikroorganismen an die Nährstoffe von Inkubation stellen, sehr genau berücksichtigt werden, um eine bestimmte metabolische Gruppe von Organismen zu begünstigen.

Martinus Beijerinck, Virologie Lehrsätze

Eine Form des Stoffwechsels, bei der Energie aus der Oxidation anorganischer Verbindung gewonnen wird

Ein Diagramm, dass die Evolutionsgeschichte aller Zellen angebt und klar drei Domänen aufzeigt

• prokaryotische zellstruktur

• Undifferenzierte Einzelzellen mit einer Länge zwischen 0,1 bis 10 mikrometer

• Aussehen Funktion extrem unterschiedlich: Größe, verschiedene zelltypen ausdifferenzieren, multizellulär

• 30 Hauptlinienen der Phylogenie (Phyla) heute 120 ?

• 90% actinobacteria, firmicutes, proteobacteria, bacteroidetes

• prokaryotische zellstrukturen

• Unterschiedliche physiologische Eigenschaften

• Geringer morphologische Diversität als bei Bacteria

• Undifferenzierte Zellen, 1- 10 mikrometer groß

• 5 Hauptphyla: Euryarchaeota, Crenarchaeote, thaumarchaeota, Nanoarchaeota, Korarchaeota

• Einige extremophile ( heiß, salzig, sauer) -> chemische physikalische Grenzen des Lebens zu definieren

• Aber auch in nassen, aneroben Bereichen oder verdauungssystem Tieren (Methan)

• Kein pathogen bekannt

Pflanzen, Tiere, Pilze

• ziemlich jung 600 Millionjahre alt

• Ersten einzellige Mikroben (Algen, protozoen 2 mrd. Jahre alt)

• Reiche statt Phyla

• Große Unterschiede in Größe, Gestalt, Physiologie

• nicht im Stammbaum des Lebens- > nicht eigenständig leben

• Obligate Parasiten, die nur im Cytoplasma einer wir Zelle repliziert werden

• Keine Zellen, fehlt Cytoplasmamembran , cytoplasma, Riobosomen

• Keine Energie speichern, kein Stoffwechsel

• Sie Parasitieren , viel mehr den Stoffwechsel der infizierten Zellen und wandeln diese zu Produzenten Neuer Viren um

• Genom aus RNA und DNA, einzelsträngig oder doppelstränig

• Klein, 3 Gene groß-> keine Gene bekannt die in alle Viren konserviert sind

• Alle drei Domänen infizieren können: bakteriophagen (Bakterien infizieren)