Klausur-Themen

• Neurotoxisches Exotoxin

• Exotoxine = Proteine, die in umgebendes Medium freigesetzt & von Körperzellen aufgenommen werden

• Tetanus-Toxin: Clostridium tetani

  • Gr- Bodenbakterium; sporenbildend; obligat anaerob

  • Infektion von anaeroben Wunden mit Sporen (Gartenerde, Straßenstaub, etc.)

  • keine Mensch-Mensch-Übertragung; Impfschutz möglich

  • Bildung von Tetanus-Toxin („Tetanospasmin“): neurotox. Protein

    • zweitstärkstes bakterielles Toxin

    • Wirkung auf muskelsteuernde Nervenzellen

      • verhindert normale Muskelentspannung -> dauerhafte Kontraktion

      • Symptome: Muskelkrämpfe (Gesichtsmuskulatur: „Teufelsgrinsen“), spastische Lähmung, Überstreckung, Erstickung

  • Wirkung:

    • blockiert Freisetzung des inhibitor. Neurotransmitters Glycin aus sekretor. Vesikeln in Synapsen von hemmenden Neuronen im Rückenmark

• Neurotoxisches Exotoxin

• Botulismus-Toxin: Clostridium botulinum -> Erreger der Lebensmittelvergiftung (Botulismus)

• Sporenbildner: Vermehrung in ungesäuerten Gemüse-Konserven, Rohschinken, Fischkonserven, Räucherfisch

• Botulinum-Toxin (“Botulin“, „Botox“): neurotox. Protein

  -> hitzestabil (< 80 °C)

  • Wirkung: meist nur über aufgenommenes Toxin; keine Invasion/Infektion durch Bakterien

    • Ausnahme: Säuglingsbotulismus (Honig), Wundbotulismus (verunreinigtes Heroin)

    • dauerhafte Muskelentspannung: Lähmung (Augen, Gesicht + Kopf, innere Organe), Ersticken oder Herzstillstand

    • auch bei Säugetieren (Rinder), Wildvögeln (z.B. in Flachwasser-zonen, Aufnahme von Insektenlarven aus Kadavern)

• Wirkung:

  • Hemmung der Ausschüttung des Neurotransmitters Acetylcholin -> dauerhafte Muskelentspannung

  • stärkstes bekanntes Toxin (LD50 Maus 30 pg – 4 ng)

    • Mensch: 400 g könnten Weltbevölkerung vernichten

      -> biol. Waffe

• Anwendung (Botox):

  • Behandlung von Bewegungsstörungen (Krämpfe) & Schielen

  • Kosmetik: Faltenbehandlung

• Anheftung an Rezeptorstrukturen & Injektion der Nukleinsäure -> Biosynthese neuer Phagenpartikel

  ->Lyse der Zelle & Freisetzung

• bakterielle Viren

• Bakterielle Abwehrmechanismen gegen Phagen-Infektionen:

  • genet. Variation der Rezeptorstrukturen auf Zelloberfläche

  • adaptives Immunsystem: CRISPR/CAS

• Bedeutung:

  • Ökologie: Begrenzung bakterieller Populationen in Ökosystemen

  • Biotechnologie: ökonom. Schäden durch Befall von Produktionsstämmen (z.B. Milchwirtschaft*, Pharmaproduktion)

    * Käse- & Joghurtproduktion, ca. 10% aller Fermentationen infiziert

  • Grundlagenforschung: Modellsysteme & Werkzeuge der Molekularbiologie & Gentechnologie

  • Humanmedizin: Phagentherapie

    • therapeut. Anwendungen

    • Lebensmittelkonservierung

    • Tiermedizin

    • Pflanzenschutz

    -> spezifisch + relativ billig + geringe Nebenwirkungen

= Ethanol-Gärung

• Energieausbeute: 2 ATP/Glucose

=> Elektonenmikroskop -> Elektronen haben viel kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht -> laut Abbe’schen Auflösungsgesetz gilt:

→ Je kleiner die Wellenlänge λ, desto besser das Auflösungsvermögen d

-> Lichtmikroskop -> Beobachtung lebender MO (bei EM nicht mögl.)

=> Hämolyse = Auflösung der Erythrozyten (roten Blutkörperchen) mit nachfolgendem Abbau des Hämoglobins

• α-Hämolyse: unvollständig -> nur zu Biliverdin abgebaut

  • keine Hämolysine gebildet -> noch intakte Erythrozyten

  • Streptococcus salivarius => Vergrünung

• β-Hämolyse: vollständig -> Hämoglobin vollst. abgebaut

  • Hämolysin zerstört Erythrozyten

  • Staphylococcus sp. => Aufklarung

• γ-Hämolyse: keine Veränderung

  • Staphylococcus epidermidis => kein Hemmhof

• Penicillin (β-Lactam): hemmt Zellwandsynthese

• Kanamycin (Aminoglykosid): hemmt bakt. Proteinbiosynthese (bindet an 30S ribosomale Untereinheit)

• Pseudomonas putida => Gr -: äußere Membran -> Antibiotika kommen nur schwer in Zelle => kleinerer Hemmhof (P) [15 mm]

  + Resistenz oder eingeschr. Permeabilität gegenüber K => kein / sehr kleiner Hemmhof

• Micrococcus luteus => Gr +: keine äußere Membran -> Antibiotika können leicht in Zelle eindringen => größerer Hemmhof (P) [30 mm]

  + keine natürl. Aminoglykosid-Resistenz => Hemmhof [20 mm]

• Gr+ => keine äußere Membran -> Antibiotika können leicht in Zelle eindringen

• Kokken

• bildet Tetraden bzw. Pakete oder Trauben

• aerob

• Gr+ => keine äußere Membran -> Antibiotika können leicht in Zelle eindringen

• stäbchenförmig

• peritrich begeißelt -> beweglich

• aerob

• Endosporen

je kleiner der Organismus, desto größer das Oberfläche-Volumen-Verhältnis

-> hoher Stoffwechselumsatz

• 1. exponentiellen Wachstumsphase

  • rasche Zellzahl-Zunahme in nicht-kontinuierlichen ("batch") Kultur

    -> weiteres Wachstum limitierende Bedingungen: abnehmende Substratkonz., Sauerstoffmangel, pH-Änderungen, hemmende Stoffwechselprodukte

• 2. Phase retardierten Wachstums

• 3. stationäre Phase

(??)

Fragen zu oxygenen Phototrophen:

• Tetrapyrole/Porphyrin: Zentralatome einzeichnen

• Bei welchen mikrob. Prozessen?

  • Kohlenstoffkreislauf

  • Sauerstoffkreislauf

  • (??)

• erste ökol. Mikrobiologie

• komplexe Anreicherungskulturen („Winogradskisäule“)

  • Säule: Stratifikation von Phototrophen, Heterotrophen & Chemolitoautotrophen

  • Diffusionsgradienten: Sauerstoff; Sulfid & Methan; Lichtenergie vs. chem. Energie

• Entdeckung der Chemolithoautotrophie (=anorg. Verbindungen als Energiequelle [e-Donor])

  -> Oxidation anorg. Verbindungen (bsp. NH4, S) zur Energiegewinnung

• starre & feste Struktur -> bestimmt Morphologie der Zelle

• vermittelt Druckfestigkeit gegenüber Zellturgor

• mechan. Stabilität der Zelle

• nicht semipermeabel -> durchlässig für Moleküle

• Hauptbestandteil: Peptidoglycan (=Murein)

• Murein = Heteropolymer: Polysaccharid(=Glykan)-Ketten quervernetzt über Peptidbrücken

  • Glykan-Ketten aus 2 alternierenden Monosacchariden -> N- Acetylglucosamin (G) + N-Acetylmuraminsäure (M)

  • 1,4-ß-glikosidisch verknüpft

  • M: über Lactyl-Rest verknüpft mit Pentapeptid aus ungewöhnl. AS

    • D-Glutamat, D-Alanin (in Proteinen: L-Glu + L-Ala)

    • meso-2,6-DAP (Diaminopimelinsäure)

  • Quervernetzung der Glykan-Stränge durch Peptidbindung zw. D-Ala & m-DAP

  • Synthese aus Pentapeptidvorstufen, Abspaltung des terminalen D-Ala von Pentapeptid bei Transpeptidierung (Quervernetzung über Peptidbindung) während PG-Synthese resultiert in Tetrapeptiden

• Mureinsacculus

  • zusammenhängendes Makromolekül (Mureinschicht)

  • Gr+ Bakterien: ca. 25 – 50 quervernetzte Schichten

    Gr- Bakterien: 1 oder wenige Schichten

• Murein = Angriffsort von Antibiotika & Enzymen

  • Lysozym spaltet 1,4-ß-glykosid. Bindungen (zw. G & M)

  • versch. Antibiotika (bsp. Penicilin) verhindern Quervernetzung (=Transpeptidierung) der PG-Stränge während Synthese

• in Speichel, Tränen, etc. -> Schutz vor Bakterien

• Abbau von Murein: spaltet 1,4-ß-glykosid. Bindungen zw. G & M -> Abbau der Zellwand -> Verlust der Zellform -> Lyse der Zelle

= bipolar polytrisch = an beiden Polen ihrer Zelle jeweils Geißeln => gerichtete Fortbewegung (in beide Richtungen)

• bakterielle Fortbewegung durch Flagellen (Geißeln)

• z.B. Spirillum

= unvollst. Oxidation: Essigsäurebakterien produzieren im Katabolismus aus Zuckern & Alkoholen neben CO2 auch einfache organ. Verbindungen

• Ausscheidung von Acetat

• aerobe Atmung (keine Gärung) -> erfordert Belüftung

  -> mikrobieller Prozess

• Reaktion wird katalysiert durch Alkoholdehydrogenase

• Essigsäurebakterien: Acetobacter -> Gr-

• säuretolerant

(??)

• „Kabelbakterien“ -> bilden bis zu 5 cm lange Ketten mit Stromleitenden Proteinfasern

• können Schadstoffabbau ankurbeln

• Systematik unbekannt (mit Kohlenwasserstoff belastete Gewässer)

• Erreger: Vibrio cholerae

  -> im Verdauungstrakt des Menschen

  • Gr- Stäbchen

  • begeißelt -> stark beweglich

  • fakultativ anaerob

  • keine Sproenbildung

  • Enterotoxin

• aerob = kein Wachstum ohne O2

  -> Pflanzen, Tiere, viele Bakterien

• anaerob = Wachstum ohne O2; durch Spuren von O2 abgetötet

  -> z.B. Methanobacterium

• aerobe Atmungskette:

  • anaerobe Gärung: nur Substraktkettenphosphorylierung (Glykolyse)

  • atmende Bakterien: zusätzl. membranständige e-Transportkette aus mehreren Enzymkomplexen (=oxidative Phosphorylierung)

  • schrittweise Übertragung der Reduktionsäquivalente (H) auf O2 oder andere terminale e-Akzeptoren

  • Energiekonservierung: 60% der freien Energie als verwertbare chem. Energie

  • Ladungstrennung: Aufbau eines Membranpotentials (pmf) zur ATP-Synthese

    
    

• anaerobe Atmung:

  • bei Abwesenheit von O2 als terminaler e-Akzeptor: Übertragung der e- auf alternative Akzeptoren durch einfacher gebaute Atmungsketten

    -> e-Transportketten meist einfacher als bei aerober Atmung: geringerer Energieertrag

  •  wegen geringeren Potentialdiff. liefern anaerobe Atmungen weniger Energie