Welche Bakterien kann man aus der Luft isolieren?
Micrococcus luteus
Streptomyces sp
Mycobacterium sp
Rhodococcus sp
Bacillus sp
Corynebacterium sp.
—> Vor allem Gram-positive Bakterien bzw. deren Sporen
Welche Pilze werden durch die Luft verbreitet?
Rhodotorula sp. (Rote Hefen)
Penicillium sp. (Pinselschimmel)
Mucor mucedo (Köpfchenschimmel)
Aspergillus niger (Gießkannenschimmel)
Cladosporium sp
Rhizopus sp
Alternaria sp.
—> Pilzsporen sind allgegenwärtig
Was sind Merkmale von Micrococcus luteus?
Gram-positiv
obligat aerob
Kolonien gelb, rund, glänzend
Zellen kugel- oder kegelförmig (Kokken)
0,5-3,5 µm Durchmesser
bildet Tetraden und Pakete (Sarcinen)
ubiquitär in Boden, Wasser, Luft
Was sind Merkmale von Corynebakterium?
keulenförmige Zellen („coryneform“)
unbeweglich 3 - 5 µm
groß C. glutamicum: biotechnologisch bedeutsam
Was sind Merkmale von Mycobacterium?
Kolonien mit faltiger Oberfläche
z.T. gelbe Carotinoid-Pigmente
pleomorph
ubiquitär in Boden und Wasser
wichtiges Pathogen: M. tuberculosis
Was sind Merkmale von Nocardia?
aerob
stäbchenförmig
Zellen filamentös und verzweigt
Sporenbildner
häufig in Boden und Wasser
Was sind Merkmale von Serratia marcescens?
Gram-negativ
fakultativ anaerob
beweglich (peritrich begeißelt)
ubiquitär verbreitet, oft vergesellschaftet mit Säugern (gelegentlich Darmbewohner)
auffallend pigmentiert: rotes Pyrrol-Pigment (Prodigiosin) färbt Zellen und Kolonien rot
Was sind Luftkeime und deren Merkmale?
• …leben nicht in der Luft, werden aber durch die Luft bzw. Staubpartikel besonders gut verbreitet und können hier längere Zeit überleben.
• Häufig isolierte Luftkeime stellen außerdem wenig Ansprüche an ihren Lebensraum und können daher leicht auf Universalmedium kultiviert werden.
Viele Luftkeime sind Gram-positiv, aerob und pigmentiert. Warum?
Gram-positiv: Dicke ZW —> ertragen Trockenheit besser, viele bilden außerdem Sporen
aerob: O2 immer verfügbar
pigmentiert: Schutz vor UV-Strahlen
Wie ist Sauerstoff im Grundzustand und wie im angeregten?
O2 im Grundzustand - Triplett-Sauerstoff
1^O2 im angeregten Zustand - Singulett-Sauerstoff
Beobachtung: In Gegenwart von Luft-(Triplett-)O2 und sichtbarem Licht (nicht UV!) werden viele Mikroorganismen abgetötet (Photodynamischer Effekt).
Warum?
Wie entsteht toxischer Sauerstoff?
Neben Schutzpigmenten besitzen viele Bakterien deshalb spezielle Enzyme für die Vernichtung reaktiver Sauerstoff-Spezies, die da wären?
Wie kommt es zur Übertragung von Krankheitserregern?
• Auch potentiell pathogene Mikroorganismen können kurzzeitig in der Luft überleben und ohne direkten Kontakt von Mensch zu Mensch oder zwischen Tieren und Menschen übertragen werden.
• Je mehr Menschen und je geringer deren Distanz, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung.
• Besonders beim Husten oder Niesen können durch Tröpfcheninfektion Krankheiten übertragen werden.
Wie sieht das Mikrobiom des Menschen aus?
„Normalflora“: Zum humanen Mikrobiom gehören Bakterien, Archaeen, Pilze, Protozoen, (Viren/Bakteriophagen)
Auch opportunistische oder potentiell pathogene Mikroorganismen, dehören dazu, völlig apathogen sind nur wenige (z.B. Lactobacillus-Arten)
Haben sich an den Wirt angepasst, halten sich lebenslang, sind normalerweise unschädlich (effiziente Barrieren oder Kontrolle durch das Immunsystem)
Schwächung des Wirtes kann zu Infektionen durch die Normalflora führen
Beim Gesunden stets besiedelt sind die äußere Haut sowie die Schleimhäute des Oro- und Nasopharynx, des Intestinaltraktes und des äußeren Urogenitaltraktes
Residente Flora und transiente Flora
Frühere Sichtweise: Bakterien besiedeln den Menschen und sind mehr oder weniger schädlich
Heutige Sichtweise:
„Mensch“ = Superorganismus
besteht aus hunderten Spezies
gegenseitige Anpassung und Co-Evolution
Bis heute ist nur ein geringer Bruchteil des humanen Mikrobioms kultivierbar & charakterisiert
Die größte Dichte und Vielfalt an Bakterien befindet sich im Verdauungstrakt
Wie sieht die bakterielle Besiedlung des Verdauungstraktes aus?
Wie sieht die Wechselwirkung von Bakterien mit Schleimhäuten aus?
Potentielle pathogene Darmbewohner werden leicht durch Nahrungsmittel ider kontaminiertes Wasser übertragen, wie wird Trinkwasser danach routinemäßig untersucht?
Werden leicht durch Nahrungsmittel oder kontaminiertes Wasser übertragen (z.B. Verunreinigung von Trinkwasser mit Abwasser), sind aber schwer nachweisbar.Daher dient E. coli (meist harmlos) stellvertretend als guter Indikator einer Verunreinigung mit Fäkalien/Darmbakterien.
Routinemäßige mikrobiologische Trinkwasseranalyse: Regel: in 100 ml Trinkwasser darf E. coli nicht nachweisbar sein
Außerdem muss die Gesamtkeimzahl des Trinkwassers unter 100 lebende Zellen (colony forming units, cfu) pro ml liegen (—> sonst keine mikrobiologische Trinkwasserqualität)
Wie sieht die Bakterionflora der Haut allg. aus?
Die Haut ist sehr unregelmäßig mit Mikroorganismen besiedelt, Bakterien befinden sich vor allem in Schweißdrüsen und Haarfollikeln.
Die normale Bakterienflora der Haut (viele Milchsäurebakterien) produziert Säuren und bietet dadurch Schutz vor Pathogenen (pHHaut: 4-6).
Außerdem: Hoher Salzgehalt verringert Wasseraktivität —> begünstigt Gram-positive (Milchsäure-)Bakterien
Wie ist die Haut aufgebaut?
Was sind Merkmale der Milchsäurebakterien?
Familie Lactobacteriaceae
Gram-positive Stäbchen oder Kokken
Natürliches Vorkommen: Schleimhäute von Mensch und Säugern, Darm, Milch und Milchprodukte, Früchte, Pflanzen
Biosynthetische Fähigkeiten stark eingeschränkt („verkümmert“, = Anpassung an ihre Habitate, in denen viele komplexe Nährstoffe vorhanden sind)
Daher: Anreicherung nur in komplexen Nährmedien (Kohlenhydrate, Aminosäuren, Vitamine, Purine/Pyrimidine, pH 5,0)
Auch der Katabolismus ist eingeschränkt:
VieIe können nur Kohlenhydrate als C-Quelle nutzen (v.a. Lactose - Name!)
Besitzen keine Atmungskette: aerotolerante Anaerobier (obligate Gärer)
Milchsäuregärung: hetero- oder homofermentativ (= als Produkt wird stets Lactat gebildet, aber zu unterschiedlichem Anteil)
Große Bedeutung in der Lebensmittelindustrie, z.T. medizinisch relevant
In welchen Lebensmittel findet man alles Milchsäurebakterien?
Käse Joghurt Sauermilchprodukte Kefir Kimchi „probiotische“ Lebensmittel Sauerkraut Sauerteig Rohwurst Silage u.a.
Was haben diese Produkte gemeinsam?
—> Haltbarkeit! Wieso?
—> Absenkung des pH-Wertes hemmt potentiell schädliche Bakterien (z.B. viele Enterobakterien, Listerien, Clostridien)
Was ist der Unterschied zwischen der Homo- und heterofermentativen Milchsäuregärung?
Homofermentative Milchsäuregärung —> es entsteht ein Produkt (Lactat)
Heterofermentative Milchsäuregärung —> Lactat + weitere(s) Produkt(e)
Viele Bakterien haben kugelförmige Zellen —> Kokken. Die Anordnung der Kokken ist meist charakteristisch für eine Bakterienart. Welche Anordnungsmuster gibt es?
Was sind Merkmale von Streptococcus salivarius
Kokken in Ketten (Streptokokken) angeordnet
Streptokokken Größe 0,5 – 1 µm
homofermentative Milchsäuregärung (bildet nahezu reines Laktat, baut Glucose durch Fructosebisphosphatweg ab)
Typischer Bewohner der Schleimhäute des Menschen, vor allem der Mundhöhle (saliva = Speichel)
einer der Erreger von Karies
Ausbildung einer Schleimhülle aus Polysacchariden
—> gutes Beispiel für die Bildung von Biofilmen
Was sind Biofilme?
Viele Bakterien leben auf Grenzflächen in engen Assoziationen (auf festen Oberflächen: „Biofilm“, auf flüssigen: „Kahmhaut“)
Zellverbände sind in extrazelluläre, viskose Polysaccharidschicht eingehüllt („Schleim“, z.B. Laevan, Dextran, aber auch eDNA)
Zweck:
Festsetzung, Immobilisierung
Bildung eines geeigneten Mikrohabitats:
Nährstoffe werden besser absorbiert
Aufbau mikro- / anoxischer Zonen
Erleichterte Kommunikation (z.B. quorum sensing)
Schutz vor toxischen Umwelteinflüssen, Antibiotika, Prädation
Schutz vor Immunabwehr (Antikörper, Phagocytose)
Wie sieht der Biofilm in der Mundhöhle aus?
Wie entsteht Karies?
Plaque auf Zähnen = Biofilm
Hauptsächlich durch Milchsäurebakterien der Gattung Streptococcus (S. salivarius, S. mutans)
Entstehung von Baktus und Karies:
Mikroorganismen produzieren Polysaccharide aus Saccharose (n Glucose = Dextran) oder n-Fructose (= Laevan) der die Zellen umschließt —> Biofilm auf Zähnen.
Mit produzierten Säuren lösen die Mikroorganismen Mineralien aus den Zähnen (z. B. Ca2+).
Der Zahnschmelz wird durch Säuren und Proteasen abgebaut, Einbau von Fluoridionen erhöht dessen Widerstandsfähigkeit.
Was sind Merkmale der Gattung Staphylococcus?
fakultativ anaerobe Bakterien, die in Form von Haufen-Kokken wachsen
können entweder opportunistisch pathogen oder apathogen sein
apathogene Mitglieder werden in der Nahrungsmittelbereitung, z. B. in der Fermentation von Rohwurst eingesetzt (S. carnosus)
klassisches Habitat der Staphylokokken ist die Hautoberfläche von Warmblütern
Merkmale von Staph. aureus
Kann bei etwa 30% der Bevölkerung auf den Nasenschleimhäuten gefunden werden, aber auch andere Stellen werden besiedelt (z.B. Achselhöhle)
Pathogene Stämme:
verfügen über ausgefeilte Anpassungen, die die Immunabwehr ausschalten (z.B. Protein A: Bindung von IgG-Antikörpern; Abtötung von B-Lymphocyten à eitrige Infektionen)
Etwa 80% produzieren ß-Lactamase, d.h. Penicillin G ist unwirksam
kann durch zusätzlich erworbene multiple Antibiotika-Resistenzen zu einem ernsten medizinischen Problem werden („MRSA“: Methicillin-resistenter S. aureus
Was ist Hämolyse?
= Auflösung der roten Blutkörperchen (Erythrozyten)
Hämolysine: bakterielle Proteine (Exotoxine) die die Lyse der roten Blutzellen verursachen
ist ein Virulenzfaktor („verbessert“ die Pathogenität)
Häm-Gruppe dient als Fe-Quelle, Umgehen der „nutritional immunity“
Drei Hämolysetypen: alpha, beta, gamma, unterscheidung auf Blutagar
Was ist alpha Hämolyse?
es werden keine Hämolysine gebildet
unvollständiger Abbau des Hämoglobins zu Biliverdin (grün)
Vergrünung des Agars um die Bakterienkolonien
Was ist beta-Hämolyse?
=”echte” Hämolyse
Bildung von Hämolysinen (z.B. Streptolysin O)
vollständiger Abbau der Erythrozyten und des Hämoglobins
klarer Hämolysehof um die Bakterienkolonien
Was ist gamma-Hämolyse?
keine sichtbare Veränderung des Agars ( „gamma-Hämolyse“ = keine Hämolyse )
Welche weitere Tests zur Unterscheidung pathogener und apathogener Staphylokokken gibt es?
Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Bacillus megaterium und Clostridium pasteurianum
Was sind Merkmale von Azotobacter?
freilebende, Stickstoff-fixierende Gammaproteobakterien (Gram-negativ)
• Bedeutsam für Bodenfruchtbarkeit
• Dauerformen: Cysten (keine echten Sporen)
• Anreicherung aus getrockneter Erde mit Mannit als bevorzugter C-Quelle und ohne gebundenen Stickstoff:
• Mannit-Platten fein bestäuben und bei 30°C inkubieren
• Am nächsten Kurstag werden von diesen Platten Kolonien, die stark Schleim gebildet haben (Schleimbildung ist eine charakteristische Eigenschaft von Azotobacter) mit Hilfe einer Tuschefärbung auf Zellen untersucht, die elliptisch bis kokkoid sind, meist in Diplokokken-Assoziation vorliegen und eine starke Schleimkapsel um sich ausbilden
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