Vl4: Bakteriengenetik

• Nukleoid = Bereich innerhalb der bakteriellen Zelle, der das genetische Material enthält

• • extrachromosomale DNA

• Replikation unabhängig vom Chromosom, eigener ori

• meist zirkulär

• stark unterschiedliche Größe (Kb bis Mb)

• unterschiedliche Kopienzahl

• Mobilisierbarkeit

• eigene Übertragung

• Resistenz gegen:

  • Chloramphenicol (cat)

  • Sulfonamide (sul) • Streptomycin (str)

  • Tetracyclin (tet)

  • Quecksilberionen (mer)

  • kodiert eigenen Transfer (tra)

• Tranformation

• Tranduktion

• Konjugation

• Aufbahme von freier DNA = Prozess, bei dem Bakterien genetisches Material aus ihrer Umgebung aufnehmen und in ihre eigene DNA integrieren.

  • Kompetenz der Rezipienten zur Aufnahme von DNA

  • Mechanismus zur DNA-Aufnahme

  • Integration von Fremd-DNA in das Genom

• Übertragung von genetischer Information durch Bakteriophagen

  • Phagen infizieren Bakterien und nutzen die Zelle zur Replikation

  • bakterielle DNA (chromosomale Fragmente, Plasmide) werden gelegentlich in Phagenpartikel verpackt

  • infektiöse Phagenpartikel mit bakterieller DNA können DNA auf andere Bakterien übertragen

  • Bedeutung für Resistenzausbreitung noch unklar

• Donor

  • trägt Gene für Konjugaktionfunkitonen (Sex-Pili)

• Rezipient

• Ausbildung von Zellkontakten zwischen individuuen einer Bakterien-Spezies oder Indiividuen vershciedener Spezies

• Bildugn von Verbindungen zwischen den zellen

• Übertragung von genetischer Infromation

• Rezipient wird ebenfalls Donor

• Der Ames-Test ist ein biochemischer Test, der verwendet wird, um die mutagene Wirkung von chemischen Substanzen zu bewerten.

• basiert auf der Fähigkeit von mutagenen Substanzen, Mutationen in Bakterien zu verursachen

• Kontamination

  • Verunreinigugn mit Mikroorganismen

• Sterilisation

  • Beferieung eines Materilas von lebenden MO´s und deren Ruhestadien

• Desinfektion

  • Reduktion der Zahl an MO´s in/auf einem Material (pathogene)

    -> Veringerung der infektionsrisikos

• D10-Wert

  • notwendige Zeit, um Keimzahl um den Faktor 10 zu reduzieren

• Ausglphen, Abflammen

• Heißluft Steriisation

• Autoklavieren

• Filtrieren

• UV-Strahlung (ca 260nm)

• Rönten-/radioaktive Strahlung

• Ausglühen, Abflammen

  - Impfösen werden in einer Flamme ausgeglüht

  - Metall- und Glasgeräte kann man durch Abflammen (nicht Glühen!) oberflächlich sterilisieren

• Heißluft-Sterilisation

  • Hitzeunempfindliche Gegenstände / Gefäße

    aus Glas, Pipetten, Metall

  • zwei stunden lang mindestens bei 180 Grad

• Sterilisation von hitzestabielen Kulturmedien, Läsungen und Gegenstönden, die eine Temperatur über 130 Grad nocht vertragen

• in der Regel 20 min bei 121 Grad mit überhitztem Wasserdampf

• Filtrieren

  • Filtration von Kulturmedien und anderen Lösungen, die nicht erhitzt werden dürfen

  • Membranfilter mit geringem Porendurchmesser (0,45-0,2 μm)

  • Viren werden durch solche Filter nicht zurückgehalten

• UV-Strahlung (ca. 260 nm)

  • im Laboralltag

  • Raumluft mit Hg-Niederdrucklampen über Nacht ausgestrahlt

• Röntgen- / radioaktive Strahlung

- temperaturempfindliche Gegenstände

• Pasteurisieren

• Tryndallisation

• oxidierende Gase

• Lipid-lösende/Protein-denaturierende Reagenzien

  
  

• Pasteurisieren

  • Verfahren bie de die Keimzajl unter Anwndugn von feuchter hitze selektiv vermindert wird, das Produkt jedoch durch das Erhitzen keinen Schaden nimmt

  • Niederpasteurisierung: 30min bei 61,5 Grad und 15sec 71 Grad

  • Hochpastuerisierung: 80-85 Grad

• Tryndallisation

  • mehrmals kochen bis zu 100Grad, zwischendruch inkubieren (Sporen!)

• oxidierende Gase

  • meiste Ethylenoxid

  • Gegenstönde aus Kunsstoff, Papier, o.ä, die keine höheren Temperaturen vertragen

• Lipid-lösende/protein-denaturierende Reagenzien

  • klassische Desinfektionsmittel

  • Chloroform, Toluol, ...

  • Ethanol, Isopropanol, Phenol, ..

  • Detergentien: Tween, Triton X, ...

    
    

    → greifen die Zellmembran an und zerstören ihre Semipermeabilität

    
    

• Konservierung

  Schutz vor mikrobiellem Abbau von Nahrungs- und Genussmitteln sowie vor der Bildung von Toxinen

• teilweise wie bei Sterilisation

  - einkochen / „einwecken“ (Pasteurisierung, Zusatzstoffe) - Lagerung bei tiefen Temperaturen (kein Abtöten, Toxine!)

  - ansäuern (Sauerkraut, saure Gurken, Salami)

  - räuchern (vermindert Wassergehalt, antimikrobielle Substanzen)

  - salzen (Wasserentzug)

  - trocknen (Wasserentzug)

  - zuckern (Wasserentzug)

  - chemische Konservierungsstoffe (Benzoe-/Zitronensäure, u. a.)

• Virostatika (gegen Viren)

• Antibiotika (gegen Bakterien)

• Antimykotika (gegen Pilze)

• Antiparasitäre Mittel (gegen Protozoen)

• Antihelminthika (gegen Würmer)

• Antibiotika

  • natürliche vorkommende Substanzen mit Wirkung gegen Mikroorganismen

  • Produktion durch Pilze oder Bakterien

    z.B. Penicillin, Tetrazyklin

  • antimikrobielle Chemotherapeutika

  - synthetische Substanzen mit Wirkung gegen Mikroorganismen

  z.B. Sulfonamide, Chinolone

• Produzenten

  - natürlich: 90% aus Streptomyceten, 5% andere Bakterien, 5% Pilze

  - synthetisch: Chloramphenicol, Sulfonamide (1935)

• Isolieren von Antibiotikaproudzenten über aufwensigen Screening

• Abtötung oder Hemmung der Vermehrung des Mikroorganismus möglichst ohne Schädigung des Makroorganismus

= Priunzip der selektiven Toxizität (breitband-Antibiotika entsprehcen diesem Prinzip nicht)

• Zellwandsynthese, DNA-Gyrase (=enzym, welhes röumliche Anordnung der DNA reguliert), RNA-Elongation, DNA-abhngige RNA-Polymerase, PBS, Cytoplasmatische Membranstrukturen, Folsäurestoffwechsel

• Breitspektrum-AB (z.B.: Tetracyclin)

  • gegen dieverse Gruppen von Bakterien

• Schmalspektrum-AB

  • gegen wenige Keime

• Reserve-AB

  • für ausgewählte Situationen

• bakteriostatische Wirkung

  – Bakterien werden nicht abgetötet

  – Wirkung nur bei Anwesenheit des A.

  – Wirkung ist reversibel

• bakterizide Wirkung

  • Bakterien werden abgetötet

  • Wirkung ist irreversibel

  • primär bakterizide A.

    • Abtötung auch von ruhenden Keimen

  • sekundär bakterizide A.

    • nur Abtötung wachsender Keime

  • bakteriolytische Wirkung

• • ß-Laktame

  • Aminoglykoside

  • Tetrazykline • Makrolide

  • Chinolone

  • Sulfonamide

• Inhibierung der Quervernetzung des Murein-Sacculus

• Antibiotikum inhibiert Transpeptidase

  • -Lactam-Antibiotika binden an die Transpeptidase-Enzyme, die für die Quervernetzung der Peptidoglykanstränge in der bakteriellen Zellwand verantwortlich sind.

• Effekte

  • Zellwand wird instabild

  • osmotische Labilität

• spontanes Auftraten von resistenten Bakterien

• Auftreten von Resistenzfaktoren kurz nach Einführung von Antibiotika

• Verbreitung der Resistenzen in verschiednen Errfeern

• Entwicklung von multiplen Resistenzen

• Entwikclung von antibiotidh nicht therapierbaren Erregern

• Slektion durch irrationaen AB-Einsatz

• Irrationale AB-Prophylaxe

• Mangelnde Patienten- Compliance

• Langzeitkontamination bei Immunsuppression (=Schwächung des Immunsystems u.a. durch zu häufigen einsatz von AB))

• Verwendung von AB zur Tiermast

• mikrobiologischer Supergau:

  • Auftreten von Errgeren mit multiplen Resistenzen

  • Errger, dgegen die keine Therapuetika zur Verfügung stehen

  • Mycovateriuem tubercolosis mit multiiplne Resietnezn

  • Vankomycin-resistene Enterokokken

  • MRSA

Veränderung der Zielstruktur - z. B. Veränderung der Ribosomen

• Veränderung des Antibiotika-Rezeptors

- z. B. Mutation im Zielprotein

• Produktion inaktivierender Enzyme

- z. B. b-Lactamasen können AB aufspalten und inaktivieren

• gesteigerter, aktiver Efflux (=aktiver Transport von Substanzen) des Antibiotikums

- z. B. durch Membranpumpen, oft Mehrfachresistenz

• verminderte Permeabilität

- z. B. Kapseln, Biofilme

• Stoffwechselumstellung zur Umgehung des

metabolischen Blocks

• durch:

  • Phosphorylierung

  • Adenylierung

  • Acetylierung

• aktiver Export des Antibiotikums

  • resiestene Bakteruen verfpgen über Membranproteine die aufgenommenen AB aus der Zelle transportieren

  • aktiver Transport unter Energierverbrauch

  • oft multiple Resistenzen, Transportenzym kann vershciedene A. einer Stoffklasse exportieren

• Verhinderung der Aufnahme

  • Veränderung der Struktur der Zellhülle

  • Ausbildung von Kapseln

  • Produktion von Schleim

  • Biofilmbildung

Beobachtungen:

– Resistenzgene in nicht-pathogenen Bodenbakterien

- Anwesenheit von Resistenzgenen, bevor A. therapeutisch

eingesetzt werden

– Ausbreitung von Resistenzen zwischen unterschiedlichen

Bakterien-Gattungen

– Kombinationen von mehreren Resistenzen

• Natürliche Resistenz:

  • z.B: VAncomycin gegen gram negative Bakterien

• Chromosomale Resitenz:

  • durch Punktmutationen oder Rearrangements großer DNA-Segmente

  • keien gezielte Abwehrreaktion auf AB

• Plasmidkodierte Resistenz

  • auf eyxtrachromosomaler DNA, oft Enzyme

• Weitergabe der Reiszenzen von Bakterium zu Balkterium:

  • durch Konjugation, Tranformation und Transduktin

    
    

• hoher Energieaufwand

• zahlreiche zusätzliche Gene -> Wachstumhemmemn

• Inferenz mit anderen metabolischen Vorgängen

• schnelle rVerlzst von Resistenfaktoren in Abwesenheit des Selektionsdruckes

• sorgfältige Wahl der AB:

  • Verzciht auf BreitbandAB

  • Antibiogramm

  • Dosierung, Dauer

• • vorsichtiger Umgang mit Reserve-A.

  • Verbot von A. - Einsatz als Masthilfsmittel

  • Hygiene-Maßnahmen

• Einsatz von KOmninations-Therapien

• 
  

• die geringste Konzentration, bei der noch ein inhibierender Effekt eines Antibiotikums festgestellt werden kann

• für eine Kombination von Keim und Antibiotikum spezifischer

Wert

• zur Bewertung der Sensitivität oder Resistenz eines Keims