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 (Chlorophyta) bilden die größte Gruppe innerhalb der Algen. Sie leben autotroph und zum Teil parasitär auf Landpflanzen. Sie nutzen Stärke als Speicherstoff und besitzen Zellwände aus Zellulose und Pektin. Sie können einzellig, koloniebildend oder mehrzellig sein und kommen in Süß- und Salzwasser sowie auf Land vor.

Nutzung von Grünalgen:

Grünalgen werden in der Lebensmittelindustrie (Nahrungsmittel, Beta-Carotin), als Biotreibstoffe, in der Bioremediation (Umweltreinigung) und der Medizin (Krebstherapie) verwendet.

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

Bedeutung für Menschen: Sie werden in der Lebensmittelherstellung (z. B. Hefe, Edelschimmel), Landwirtschaft, Biotechnologie und Medizin (Antibiotika) 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, gram-negativ, einzellig - können aber auch koloniebildend sein.

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

• Thermodesulfobacteria: Hyperthermophil (Topt 70 °C), Strikt anaerobe Sulfatreduzierer.

Alle drei haben eine große Hitzetoleranz und leben in extremen Habitaten.

Firmicutes sind grampositive Bakterien von ökologischer, technischer und medizinischer Bedeutung.

• 33 Familien mit über 232 Gattungen

• Nicht sporulierend oder Bildung von Endosporen

• Teilweise keine Zellwand (Mycoplasmen)

• Humanpathogen (Bacillus, Clostridium, Staphylococcus, Listeria)

Gemeinsame Eigenschaften:

• Bakterien und Archaea zählen zu den drei großen Domänen der Mikroorganismen (Bakterien, Archaea, Eukaryoten)

• Beide Gruppen sind Einzeller

• Beide haben einen prokaryotischen Zellaufbau

Unterschiede:

• ihre Zellmembranstruktur (Bakterien komplexer als Archaea)

• Stoffwechselwege (z. B. Methanogenese bei Archaea)

• genetische Mechanismen (Archaea stehen Eukaryoten näher)

• Pathogenität (keine pathogenen Archaea bekannt, Bakterien schon)

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) - Hohes Risiko für Beschäftigte, geringes Risiko für Bevölkerung erforderlich .

Sicherheitsvorschriften: Zusätzlch zu den Regeln für S2, gelten Maßnahmen wie

• Zutritt nur über Schleusen, eigene Autolkaven

• persönlicher Schutzausrüstung

• filternde Lüftungsanlagen, Notstromversorgung

• Sterilisation von Abfällen und Abwässern

• Außerhalb der Zelle liegen Viren als Virionen vor.

• Viren bestehen aus einem viralen Genom (DNA oder RNA), das von einer Proteinkapsel (Capsid) umgeben ist, und manchmal einer zusätzlichen lipidbasierten Membranhülle (behüllte Viren).

• 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. Pararetroviren (dsDNA-Viren mit RNA-Zwischenschritt, z. B. Hepatitis-B-Virus).

Yield (Y) oder Ausbeutekoeffizient: Gibt die Menge an Biomasse (g) an, die pro verbrauchter Substratmenge (g) produziert wird.

Aussage:

• Er beschreibt die Effizienz, mit der Mikroorganismen ein Substrat in Biomasse umwandeln

• dient zur Bewertung von Wachstumsprozessen und Stoffwechselwegen.