Wichtige Gruppen der Bakterien

Hyperthermophile Eubakterien

—> Thermotoga, Thermodesulfobacterium, Aquifex

Deinococci

Spirochäten

PVC-Superphylum

—> Planctomyces/Pirellula, Verrucomicrobiaceae, Chlamydia

Grampositive Bakterien: Firmicutes & Actinobacteria

Proteobacteria

• Wachstumsoptimum >80°C

• Einige biochemische

Eigenschaften ähneln Archäen

(Etherlipide!)

extrem resistent gegenüber ionisierender und UV-Strahlung

mittlere Letaldosis LD50: >15.000 Gy (Gray), H. sapiens: ca. 6 Gy: 90% Letalität

Ubiquitäres Vorkommen:

Gesteinsoberflächen, Fleischkonserven, Fisch, Tierkot, Kühlwasserkreislauf von Atomreaktoren (!)

Strahlenresistenz:

effiziente DNA-Reparatursysteme (Doppelstrangbrüche!)

Dicht gepackte Chromosomenstruktur, assoziiert mit großen

Mengen Mn2+ (Antioxidative Wirkung)

• Gr-, dünne (0,1 µm), schraubige und biegsame Gestalt,

Endoflagellen

• Viele nicht-pathogene Vertreter: freilebend im Schlamm von Gewässern, Zahnbelag, symbiontisch in marinen Muscheln

• Treponema saccharophila: Pansen der Wiederkäuer, Enddarm von

Termiten: Vergärung von pflanzlichen Polysacchariden

• pathogen: T. pallidum: Erreger der Syphilis (Geschlechtskrankheit, systemische Infektion m. chronischem Verlauf)

• Zellmorphologie: dünn (ca. 0,3 µm), biegsam, gewunden

• 2 (oder mehr) polare periplasmatische (!) Flagellen

• Rotation führt zur Torsion der Zellen: Fortbewegung

• lineares Chromosom

• Erreger der Borreliose: „Lyme-disease“:

• chronischer Verlauf mit neuropathischen Beschwerden

• Übertragung durch Zecken

• Freilebend in Süß- und Salzwasser

• moprhologische Besonderheiten

– z. T. gestielte Zellen, bilden „Rosetten“ (wie auch Caulobacter)

– Teilung durch Knospung

– intrazelluläre Kompartimentierung durch Membranen,

• z. B. Anammoxosom (metabolisches Kompartiment —> s. N-Kreislauf)

– Kernmembran (Vorläufer des euk. Nukleus)???: Aber: wahrscheinlich Invagination der inneren Membran

Sehr klein (0,5 µm), kein oder nur wenig Peptidoglycan

Intrazelluläre Parasiten in euk. Zelle („Retikularkörperchen“)

Reduzierter Stoffwechsel, einige Arten: ATP-Parasiten

Kleine Genome (1-1,4 Mbp)

Pathogene von Mensch und Tier:

• Chlamydia trachomatis: Augeninfektion („Trachom“: weltweit >500 Mio Erkrankungen, 6 Mio erblindet) oder sexuell übertragbare Urogenitalentzündungen (je nach Serotyp)

• C. pneumoniae: Lungenentzündungen, Arteriosklerose (?)

• Chlamydophila psittaci: „Papageienkrankheit“ (Ornithose)

Einige Arten in freilebenden Einzellern (Amöben)

Bacillus subtilis

Clostridium pasteurianum

Streptococcus salivarius

Streptomyces griseus

Firmicutes („low G+C“)

Bacillus subtilis

Bacillus mycoides

Mollicutes

Actinobacteria („high G+C“)

Streptomyceten

Mycobacterium

Wichtigster Gram-positiver Modellorganismus

Bildung von Endosporen

Biotechnologisch bedeutsam: Biosynthese von sekretierten Enzymen, Vitaminen und Antibiotika („GRAS: Generally recognized as safe“)

Fermentation von Nahrungsmitteln

„Natto“: fermentierte Sojabohnen (“Buddhistenkäse”)

aka Wulli Wuschel

Kolonien mit spiraliger, Mycel-ähnlicher Morphologie, in

Böden, oft auf Fangplatten

Bakterien ohne Zellwand: Mycoplasmen

• klein (ca. 0,2 µm), variable Zellform (Mollicutes=„die Weichhäutigen“)

keine Zellwandsynthese: Gram- (aber: ehemals Gram+?

—> evolutionäre Verwandschaft!)

• obligate Parasiten u. Krankheitserreger

• Häufige Kontaminanten in Zellkulturen

• Kleine Genomgrößen

• Gr+, hoher %G+C-Gehalt, obligat aerob

• Boden, Synthese von Geosmin: Erdgeruch

• filamentöses Wachstum: Mycel

• Lufthyphen (Sporophoren): Abschnürung von Konidien (Differenzierung!) = dormante Sporen

• Produktion von Antibiotika: Streptomycin, Tetracyclin

Streptomyces lebt in Böden und Sedimenten

Streptomyces kommt weltweit mit ca. 600 bisher benannten Artenund Unterarten in Böden, Sedimenten und in Gewässern vor.

Fast alle Streptomyceten (> 99%) sind nicht pathogen.

Streptomyces siedelt zwischen Erdpartikeln und an Pflanzenwurzeln und ist für den typischen Geruch frischer Erde verantwortlich (Geosmin).

Grabwespen (z.B. Weibchen des Bienenwolfs

Philanthus triangulum) kultivieren Streptomyces in

speziellen Antennendrüsen und übertragen sie in ihre

Bruthöhlen, um die Larven vor Pilzbefall zu bewahren.

Streptomyceten schützen Pilzgärten von Blattschneiderameisen

durch Antibiotika sollen die Streptomyceten Pathogene bekämpfen die Pilze von Ameisen angreifen

Aus Streptomyces griseus stammt Streptomycin, das 1944

als erstes bakterielles Antibiotikum mit medizinischer

Anwendung isoliert wurde, und das noch heute in der

Tuberkulose-Therapie eingesetzt wird.

Aus Streptomyceten stammen ca. 70% der Therapeutika bakteriellen Ursprungs

Sie verteilen sich über 10 der 16 bekannten Klassen therapierbarer Wirkstoffe. Bis heute sind mehrere tausend Sekundärmetabolite bekannt; man schätzt die Gesamtzahl auf etwa einhunderttausend.

Antibiotica

Antimycotica

antivirale Substanzen

Cytostatika (Tumorbehandlung)

Immunsuppressiva

Therapeutika (gegen Bluthochdruck)

(Enzyme für die Biotechnologie)

• „säurefest“ = Färbeeigenschaft durch einzigartige Lipide: Mykolsäuren: wachsartige, hydrophobe Zelloberfläche (—>Antibiotikaresistenz!)

• pleomorph mit verzweigten oder filamentösen Stadien

• Pathogene: z. B. M. tuberculosis (Tuberkulose), M. leprae (Lepra)

• artenreichstes Phylum der Bacteria

• grösste metabolische Vielfalt

• anaerob oder aerob

• morphologisch divers, alle Gr-neg.

• phylogenetisch distinkte Klassen:

– Alpha

– Beta

– Gamma

– Delta

– Epsilon

– (Zeta)

Caulobacter crescentus

Agrobacterium tumefaciens

Sinorhizobium meliloti (symbiontische N2-fixierende Knöllchenbakterien)

Rhodopseudomonas, Rhodomicrobium (phototrophe Purpurbakterien) —> z.B. Magnetospirillum gryphiswaldense

• oligotrophe Gewässer, strikt aerob

• Stiel-artige Zellanhänge: Anheftung, Oberflächenvergrösserung

• genetisch exakt regulierter Zellzyklus: Differenzierung in zwei unterschiedliche Zelltypen: Schwärmer und gestielte Zellen!

• Modellorganismus für prok. „Entwicklungsbiologie“ und Zellbiologie

• Alpha-Proteobakterium, isoliert aus Schlamm eines Fließgewässers (Ryck b. Greifswald, 1990)

• ca. 15-120 würfelförmige Magnetosomen aus Magnetit

• Mikroaerophile und anaerobe (Denitrifikation) Atmung

• Modellorganismus für Biomineralisation, Magnetfeldorientierung, bakterielle Organellen & Magnetnanopartikel

Burkholderiales

Hydrogenophilales

Neisseriales

Nitrosomonadales

Rhodocyclales

Neisseria gonorrhoeae: Erreger der Gonorrhoe („Tripper“), gramnegative diplo Kokken

Pseudomonaden

z. T. opportunistische Krankheitserreger

freilebende Vertreter: apathogen, Abbau v. Schadstoffen (Aromaten)! Biosynthesen!

Enterobakterien

—> Escherichia coli, Salmonella

• entdeckt durch Theodor Escherich (1857 -1911)

• universell + meist harmlos im Dickdarm von Tier & Mensch, aber <1% der

Gesamt-Flora

• pathogene Stämme: z. T. schwere Urogenital-Infektionen und Durchfallerkrankungen (Toxinbildung):

• EPEC enteropathogene E. coli

• EHEC enterohämorrhagische E. coli

• Übertragung durch kontaminierte Lebensmittel

• metabolisch vielseitig, aerob/obligat anaerob

• Indikator für fäkale Verunreinigungen

• E. coli K12: Verlust der LPS („O-Antigene): apathogen, bestuntersuchtester Modellorganismus!

Bdellovibrionales

Desulfobacterales

Myxococcales

• klein (0,3 µm), stark beweglich, Vibrio-förmig

• räuberisch, befallen andere Bakterien („bdello“ = Egel)

• Ernährung durch Cytoplasma der Wirtszellen

• Bodenoberflächen, Baumrinde, Dung

• Ernährung saprotroph

• Oder von anderen Bakterien: räuberisches Schwärmen

(Gleitbewegung)

• komplexer Lebenszyklus, Sozialverhalten und Kommunikation: Fruchtkörperbildung (Differenzierung!)

• Bildung von Antibiotika

viele sind chemolithoautotroph

• Häufig an hydrothermalen Quellen in der Tiefsee

• Sulfurimonas, Sulfurovum, Thiovulum, Hydrogenimonas

• HS-, S0, H2 als Elektronendonor

• Freilebend oder endosymbiontisch in Invertebraten