Bakterien, Viren, Pilze

• Viren: 0,02 - 0,5 μm

  • Ausnahme: Pithovirus sibericum kann bis zu 1,5μm lang und 0,5 μm breit sein.

• Bakterien: 0,2 - 5 μm

  • Ausnahme: Thiomargarita namibiensis kann bis zu 750 μm erreichen.

• Pilze (Hefen): 4 - 8 μm

• Algen: ca. 10 - 15 μm

• Amöben: 100 μm-800 μm

Mikroorganismen werden hierarchisch anhand von Morphologie (z. B. Zellform, -größe, Beweglichkeit), Physiologie (z. B. Stoffwechsel, Wachstum), biochemischen Merkmalen (z. B. Enzymaktivität, Zellwandzusammensetzung) und genetischen Kriterien (z. B. DNA-Sequenzen, 16S-rRNA) klassifiziert. Diese Kriterien ermöglichen eine präzise Unterscheidung zwischen Arten und Stämmen, da sie stabile, spezifische Eigenschaften und evolutionäre Verwandtschaften widerspiegeln.

Vorkommen von Prokaryoten:

Prokaryoten (Bakterien und Archaea) besiedeln nahezu alle Lebensräume, einschließlich extremer Habitate wie heiße Quellen, Tiefsee, Gesteinsschichten und die Atmosphäre. Sie kommen im Boden, Wasser (z. B. Ozeane), Sedimenten, Luft und als Symbionten in/auf anderen Organismen vor.

Größenordnung des Gesamtvorkommens:

Die geschätzte Gesamtanzahl prokaryotischer Zellen auf der Erde beträgt ca. 10³⁰, sie dominieren die Biomasse und spielen eine Schlüsselrolle in globalen Stoffkreisläufen.

Charakteristika von Grünalgen:

Grünalgen (z. B. Chlorophyta) sind photosynthetische Eukaryoten, die Chlorophyll a und b enthalten, Stärke als Speicherstoff nutzen und oft Zellwände aus Zellulose besitzen. Sie können einzellig, koloniebildend oder mehrzellig sein und kommen in Süß- und Salzwasser sowie auf Land vor.

Nutzung von Grünalgen:

Grünalgen werden für die Produktion von Nahrungsergänzungsmitteln (z. B. Spirulina), als Biotreibstoffe, in der Bioremediation (Umweltreinigung) und für Forschungszwecke in der Molekularbiologie und Genetik verwendet.

Rolle im Ökosystem: Pilze sind entscheidend für den Abbau organischer Materie und den Nährstoffkreislauf, wobei sie als Destruenten und Symbionten (z. B. Mykorrhiza) agieren.

Bedeutung für Menschen: Sie werden in der Lebensmittelherstellung (z. B. Hefe, Edelschimmel), Biotechnologie (z. B. Antibiotika) und Medizin genutzt, können aber auch Krankheiten verursachen (z. B. Mykosen).

Die drei ältesten Bakteriengruppen sind Aquificae, Thermotogae und Thermodesulfobacteria.

• Aquificae: Hyperthermophile Bakterien (>80 °C), chemolithotroph und mikroaerophil, leben in extrem heißen Habitaten.

• Thermotogae: Anaerob, hyperthermophil (Topt 80 °C), besitzen eine charakteristische „Toga“-Hülle und enthalten ca. 20 % Archae-Gene.

• Thermodesulfobacteria: Strikt anaerobe Sulfatreduzierer, die ebenfalls in heißen Umgebungen vorkommen (Topt 70 °C).

Firmicutes sind grampositive Bakterien mit einer dicken Zellwand aus Peptidoglykan und können Endosporen bilden (z. B. Bacillus, Clostridium). Sie sind vielfältig in Stoffwechselwegen, kommen in Boden, Wasser und dem menschlichen Darm vor und sind bedeutend für die Fermentation sowie als Krankheitserreger.

Eigenschaften von Archaea:

Archaea sind prokaryotische Mikroorganismen mit einzigartigen Zellmembranlipiden (Etherbindungen), die an extreme Bedingungen angepasst sind (z. B. hohe Temperaturen, Salzkonzentrationen). Sie besitzen keine Peptidoglykan-Zellwand und ihre Genexpression ähnelt eher der von Eukaryoten.

Eigenschaften von Eubacteria:

Eubakterien sind ebenfalls prokaryotisch, mit Zellwänden aus Peptidoglykan, vielfältigen Stoffwechselwegen (aerob, anaerob, phototroph), und sie besiedeln zahlreiche Lebensräume.

Unterschiede:

Archaea unterscheiden sich von Eubakterien durch ihre Zellmembranstruktur, Stoffwechselwege (z. B. Methanogenese bei Archaea) und genetische Mechanismen, die denen von Eukaryoten näherstehen.

Viren vermehren sich, indem sie in Wirtszellen eindringen, deren zelluläre Mechanismen nutzen, um ihre genetische Information zu replizieren, und neue Viruspartikel synthetisieren, die freigesetzt werden.

• Lytische Infektion: Wirtszelle wird zerstört, neue Viren freigesetzt.

• Persistente Infektion: Virus verbleibt in der Zelle, produziert kontinuierlich Viren ohne Zelltod.

• Latente Infektion: Virus bleibt inaktiv, wird bei bestimmten Stimuli reaktiviert.

• Transformation: Virus verändert die Wirtszelle genetisch und kann unkontrolliertes Zellwachstum auslösen (z. B. Tumorbildung)

Sicherheitsstufe für HIV:

Für den Umgang mit HIV ist die Sicherheitsstufe 3 (S3) erforderlich .

Sicherheitsvorschriften: Zusätzich zu den Regeln für S2 gelten Maßnahmen wie Zutritt nur über Schleusen, Arbeiten in Sicherheitswerkbänken, Nutzung von persönlicher Schutzausrüstung, filternde Lüftungsanlagen und Sterilisation von Abfällen und Abwässern .

Viren bestehen aus einer Nukleinsäure (DNA oder RNA), die von einer Proteinhülle (Kapsid) umgeben ist, und manchmal einer zusätzlichen lipidbasierten Membranhülle.

• Sie haben keinen eigenen Stoffwechsel.

• Sie können sich nur in Wirtszellen replizieren.

• Sie bestehen nicht aus Zellen.

• Sie reagieren nicht eigenständig auf Umweltreize.

Die Baltimore-Klassifikation teilt Viren basierend auf ihrer Art des Genoms (DNA oder RNA), ihrer Polarität (positiv oder negativ) und ihrem Replikationsmechanismus in sieben Gruppen ein :

1. dsDNA-Viren (doppelsträngige DNA).

2. ssDNA-Viren (einzelsträngige DNA).

3. dsRNA-Viren (doppelsträngige RNA).

4. (+)-ssRNA-Viren (einzelsträngige RNA, positive Polarität).

5. (-)-ssRNA-Viren (einzelsträngige RNA, negative Polarität).

6. Retroviren (ssRNA mit DNA-Zwischenschritt, z. B. HIV).

7. dsDNA-Viren mit RNA-Zwischenschritt (z. B. Hepatitis-B-Virus).

Yield-Koeffizient: Der Yield-Koeffizient (Y) gibt die Menge an Zellmasse (z. B. in g Trockenmasse) an, die pro verbrauchter Substratmenge (z. B. in g Glucose) produziert wird.

Aussage: Er beschreibt die Effizienz, mit der Mikroorganismen ein Substrat in Biomasse umwandeln, und dient zur Bewertung von Wachstumsprozessen und Stoffwechselwegen.