Vorlesung 1+2) 1 - 28 Einführung, Bakterien

• Bakterien

• Eukaryonten

  • Protozoen (einzellige Parasiten)

  • Pilze

    • Schimmelpilze

    • Hefen

• MO, die in der zugeführten Menge für den Menschen unbedenklich sind

• weisen keine pathogenen Risiken auf

• erzielen gewünschte Wirkung in LM

  • Reifeprozesse

  • Haltbarkeit

LM-Infektion:

• durch invasive MO

• MO dringen in menschliches Gewebe ein und lösen Abwehrreaktion aus

  • Krankheitserscheinungen

LM-Intoxikation:

• durch toxinbildende MO (vermehren sich im LM)

• produzieren bereits im LM Exotoxine

• lebende Erreger werden durch Erhitzen abgetötet und sich nicht mehr nachweisbar, aber die Toxine sind noch da und können krank machen (hitzestabil)

• Nährstoff-Angebot

  • Wasser

  • Stickstoffquellen wie z.B. Nitrate, Proteine

  • Kohlenstoffquellen wie z.B. Stärke, Glykogen, Cellulose

  • Mineralstoffbedarf

• Wassergehalt (aw-Wert)

  • frei verfügbares Wasser

• Temperatur

  • opt. Temperaturbedingungen für die Vermehrung

• pH-Wert des Mediums

  • saures oder basisches Millieu

• molekularer Sauerstoff

  • Sauerstoffreiche oder -arme Atmosphäre

  • aerob, mikroaerophil, anaerob, fakultativ anaerob

• Zusammenleben von Lebewesen versch. Arten zum gegenseitigen Nutzen

• profitieren von gemeinsamem Lebensraum

• z. B. Mensch und seine Darmbakterien oder Rhizobien und Leguminosen

• Rhizobien sind Knöllchenbakterien, die sich an die Wurzeln der Leguminosen heften

• Rhizobien können atmosphärischen Stickstoff aufnehmen

  • machen ihn verfügbar für die Leguminosen

• Leguminosen bilden Glucose bei der Fotosynthese, die Rhizobien für eigenen Stoffwechsel verwenden

-> Biologisch: Beide profitieren von einander und können besser wachsen

-> Wirtschaftlich: höherer Ernteertrag, weniger Kunstdünger nötig

• Fisch hat höheren Anteil an niermolekularen NPN-Verbindungen (Nicht Stickstoff Proteinanteil) sorgt für schnelleren Verderb

  • Fisch ca 18%, Schwein ca 13%

  • diese sind leichter für MO zugänglich

• MO bauen organische Substanzen ab

• Bildung von Trimethylamin

  • aus Trimethilyminoxid durch bakterielle Reduktion

  • durch Salmonellen und Pseudonomas

• Bildung biogener Amine

autotroph:

• MO beziehen CO2 aus anorganischen Quellen

• zB aus der Luft

heterotroph:

• MO beziehen CO2 aus organischen Quellen

• zB Kohlenhydrate

• Nahrung wird unter Gärung von Bakterien gespalten

  • Wiederkäuer besitzen Bakterien im Pansen

  • für uns unverdauliche Zellulose wird aufgespalten

  • Stärke wird in Zucker umgewandelt

• MO geben Exoenzyme an LM ab

• Exoenzyme spalten die Bestandteile der LM in Makro- und Mikronährstoffe auf

• Diese sind gut resorbierbar und können so die Zellmembran passieren

Mikrobieller Abbau organischer Stogge zum Zweck der Energiegewinnung

• alkoholische Gärung (anaerob):

  • Kohlenhydrate -> Ethanol + CO2

• alkoholische Gärung (aerob):

  • Kohlenhydrate -> CO2

• Milchsäuregärung:

  • Glucose -> Milchsäure

• Der aw-Wert steht für den Anteil an freiem Wasser in dem LM

• je höher der Wert, desto geringer die Haltbarkeit

  • erleichtert Zugriff auf Wasser für Wachstum der MO

halophile MO: (griech. halos=Salz)

• MO, die umgebung mit erhöhter Salzkonzentration leben

xerophile MO:

• wachsen besser bei geringerem Wassergehalt

• aw bis zu 0,6

• zB zuckerliebende Hefen und extrem halophile Hefen

• Temperatur ist ein wichtiger Einflussfaktor

• MO haben eine gewisse Temperaturbandbreite, auf denen sie gut leben und sich vermehren können

  • maximale Aktivität bei optimaler Temperatur

  • dadrunter /drüber nimmt Aktivität ab

• viele sind mesophil, das heißt, sie bevorzugen mittlere Temperaturen

  • Optimum ca 40°C

• pH-Wert hat Einfluss auf MO- und Enzymaktivität

• Anpassung der LM um geringe Aktivität zu erreichen und so Haltbarkeit zu steigern

Aerobier:

• MO benötigen Sauerstoff zur Atmung (Energiegewinnung) und zum Wachstum

Mikroaerophile MO:

• benötigen Sauerstoff, aber nur in geringer Konzentration

Anaerobier:

• leben unter Ausschluss von Sauerstoff

• Sauerstoff ist toxisch

• Energiegewinnung durch Gärung

Fakultativ anaerobe MO:

• wachsen bevorzugt aerob, können aber auch ohne Sauerstoff leben

• können Stoffwechsel auf Gärung umstellen

psychrophil:

• kälteliebend

• -5 - 20°C

• Opt: 12-15°C

psychrotroph:

• kältetolerant

• -5 - 35°C

• Opt: 25-30°C

mesophil:

• vertragen keine extremen Umweltbedingungen, bevorzugen mittlere Temperaturen

• 5-47°C

• Opt: 30-40°C

• Geruch

• Aussehen

• Konsistenz

• Geschmack

• physikalische Eigenschaften

  • zB Eier schwimmen

fakultativ humanpathogene MO:

• machen nur unter bestimmten Umständen krank

• zB. E.Coli ist im Darm harmlos, erzeugt in Harnröhre aber Harnwegsentzündung

obligat humanpathogene MO:

• machen garantiert krank

• zB Erreger von Infektionskrankheiten

Prokaryoten:

• Haben keinen Zellkern

  • Bakterienchromosomen und Plasmide frei im Cytoplasma

• Wenig bis gar nicht kompartimentiert

• zB Bakterien und Arracheen

Eukaryoten:

• Besitzen einen Zellkern

  • enthält die Chromosomen

• stärker Kompartimentierung der Reaktionsräume

  • zB Golgi-Apparat

1. Fixierung: (und Trocknung) der MO einer Probe auf dem Objektträger

2. Violett-Färbung: Zugabe des Färbemittels. Nach kurzer Zeit sind alle MO gefärbt.

3. Beizung u. Entfärbung: Zugabe Alkohollösung, um Farbe herauszuwaschen

   • Farbe bleibt bei einer Sorte enthalten (gram-positiv)

4. Gegenfärbung: Zur quantitativen Feststellung der gram-negativen MO wird mit einem (i.d.R.) roten Farbstoff gegengefärbt

-> g.pos. Bakterien behalten Färbung aufgrund der dicken Zellwand.

• Haftorgane

  • Fimbrien: dienen zum anheften an Oberflächen

  • Pili: können genetischen Material (Plasmide) übertragen

• Kapselbildung

  • Schutz vor Austrocknung

  • Tarnmantel: Körper kann Erreger nicht erkennen

• Toxinbildung

  • Exotoxine: Werden in Zelle gebildet und gelangen durch Zellwand nach außen

  • Endotoxine: Zellwandbestandteil des Bakteriums, werden frei wenn Zelle abstirbt

• Intrazelluläre Vermehrung

  • Phagozytose

  • Endocytose

• Sporenbildung

  • nur eine Spore pro Zelle möglich. Sind hitzebeständig

  • können eingeatmet werden und sich vermehren

Exotoxine:

• werden in lebender Zelle gebildet

• gelangen durch zellwand nach außen

• Enterotoxine (befallen Darmzellen)

• Neurotoxine ( gegen Nervenzellen)

Endotoxine:

• Zellwandbestandteile

• werden erst frei, wenn Erreger zerfällt

• Zunahme der lebenden Substanz

• Vergrößerung der Zelle (Massenzunahme)

• Teilung der Zelle (Zunahme der Zellzahl)

Lag Phase:

• Anpassungsphase

• Bakterium orientiert sich im Medium

• Anzahl nimmt noch nicht zu

Log Phase:

• exponentielle Vermehrung (aus einer Zelle werden zwei)

Stationary Phase:

• Stillstand der Zellteilung (optisch)

• Es werden so viele Zellen neu gebildet, wie absterben

Death Phase:

• Bakterien sterben und verhungern

Transformation:

• Übertragung genetischer Informationen durch Aufnahme in kompetente Bakterienzelle

Konjugation:

• Verbindung von Empfänger- und Spenderzelle durch den Pili

  • Übertragung von Genen

Transduktion:

• Transfer neuer Bakteriengene durch Viren (Bakteriophagen)

  1. Phage befällt Bakterienzelle und gibt DNA ab

  2. Viren DNA zwingt Bakterium zur Vermehrung der Viren DNA

  3. DNA des Bakteriums wird zerstört und durch Viren DNA ersetzt

  4. Viren werden freigegeben von Bakterienzelle

  5. Bakterienzelle kann neue Eigenschaften erhalten haben

• Erwerb neuer Eigenschaften, die Überleben stärken können

  • resistenter gegenüber Umwelteinflüssen

  • Antibiotikaresistenz

• Spontanmutation

  • hilfreich für neue Eigenschaften

• Anpassung der Übertragungsmöglichkeiten an andere Lebewesen