Zoologie (Subject) / Bakteriologie Prokaryote 2 (Lesson)

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• 001 Mikrobieller Stoffwechsel Energiequelle - Gärung chemotrophchemolithotroph - Oxidation anorganischer Verbdg.chemoorganotroph - chemoorganotrophGärung:Redoxreaktion ohne terminalen Elektronenakzeptor. Die Oxidation ist an die anschließendeReduktion einer org. Verbdg. gekoppelt. 2M ATPNADH-->NAD Piruvat wird zu kurzkettige Alkohole und Fettsäuren.Gärungstypen, z. B. bei ClostridienGärungsprodukte, z. B. Milchsäure, EtOH  
• 002 Mikrobieller Stoffwechsel Energiequelle -Atmung AtmungO2 oder anderes Oxidans als terminalen Elektronenakzeptor. Elektronentransportsystem(ETS) Citratcyklus NAD-->NADH Piruvat wird zu 3 Kohlenstoffdioxid. Oxidative Phosphorilierung, NADH-->NAD 38M ATP
• 003 Elektronentransportsystem, Redoxpotential Die protonenmotorische Kraft, ATPaseTransport von Protonen quer durch die Membran:MembranpotenzialTransport von Elektronen längs durch die Membran:O2 als terminaler Elektronenakzeptor
• 004 Grundmechanismen des Stoffwechsels: aerober Abbau von Hexosen/anaerobe Atmung - Oxidation von Glucose zu CO2 + H2O + Energie- Elektronen- bzw. Wasserstofftransfer im ETS- Aufbau eines Membranpotenzials- ATP-RegenerationErfolgt oxidative Phosphorylierung oder (exakter) chemiosmotische Phospohrylierung (Kopplung an Entladung eines elektrochemischen Gradienten)Deshalb anaerobe Atmung (Verarbeitung organische Verbindungen) möglich, S, NO3-, SO42- als Elektronakzeptoren. Beispiel anaerobe Atmung: Nitratreduktion
• 005 Bedeutung des Stoffwechsels in der medizinischen Mikrobiologie • kulturelle Anzucht: Wachstumsbedingungen• Identifizierung und Unterscheidung• Anpassung an Bedingungen im Wirt• Regulation von Faktoren des Bakteriums, die für die Infektion bedeutungsvoll sind (Virulenzfaktoren)• Bedingungen für Impfstoffherstellung• LebensmittelmikrobiologieBeispiel aus der medizinischen Mikrobiologie:Mycobacterium tuberculosis(Erreger der Tuberkulose des Menschen)• chronische Entzündungen aufgrund persistierender Infektionen• in vivo persistierende Mykobakterien: z.T. anoxischer Hungerstoffwechsel• Problem: Konventionelle Tuberkulostatika sind gegenüber diesem metabolischen Zustand wirkungslos
• 006 Transportmechanismen durch die bakterielle Zytoplasmamembran Passiver Transport:Ein Transport von großem auf kleines elektrochemischesPotentialAktiver Transport:Transport entgegen dem Gefälle des elektrochemischen Potentials. - Primärer aktiver Transport ist ein Transport, der durch eine primäre Energiequelle wie ATP-Hydrolyse, Licht oder Redoxenergie, getrieben wird.- Sekundärer aktiver Transport liegt vor, wenn der energetisch „bergauf“ gerichtete Transport eines Substrates thermodynamisch ermöglicht wird durch Kopplung an einen „bergab“  gerichteten Transport eines zweiten Substrates.Einfache TransporterMembranproteineGruppentranslokationmehrere Proteine - Phosphotransferasesystem. Chemische Modifikation des SubstratsBeispiele: Glucose, Mannose, Fructose.ABC-Transporter (A(TP)B(inding)C(assette)-Transporter)Membranprotein + periplasmatische Proteine
• 007 Organellen der Bakterien zur Adhäsion und Fortbewegung Fimbrien, PiliFimbrien: F-Antigen, Adhäsin, ImpfantigenPili: Konjugation, Rezeptor für Bakteriophagen, MotilitätGeißeln = FlagellenH-Antigen, Fortbewegung (Chemotaxis)EndoflagellenAufbau: rotierende flagellinFlagellen-unabhängige Fortbewegung:Type 4-Pili – vermittelte Twitching Motility
• 008 Regulation der bakteriellen Genexpression Ebenen der RegulationTranslation, Transkription durch Repressoren un Aktivatoren Aktivität. Enzyminduktion.Beispiel: Lactos Operon (repressor wird weg geschoben, wenn da (Allo)Laktose in Umgebung gibt. Induktor) Maltose-Regulon - Aktivator bindet und aktiviert Gene transkription wenn da Maltose zu Verfuegung steht. Induktor
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• 010 Globale Regulation: Quorum Sensing, gruppen Fluorescence Low cell density = low AHL (autoinducer), no transcription of target geneHigh cell density = high AHL (autoinducer), transcription of target gene
• 009 Globale Regulationsnetzwerke: Katabolitrepression Diauxie bei Anwesenheit von zwei Energiequellen (Glukose, Laktose)Glukose: Transport in ZelleGlukose hemmt Adenylatcyclase (cAMP)Aktivatorprotein CAP/CRP kann nicht bindenKeine Transkription des LaktoseoperonsGlobale Kontrolle nicht verwandter Regulatorsystemedurch CCR + spezifische Kontrolle, z. B. durch Laktose
• 011 Anpassung von Bakterien an sich verändernde Umweltbedingungen In Kontakt mit: Umwelt stressfaktoren: Hitze, Hunger, Sauerstoffradikale, Osmolaritaet, Alcohol, Saeure,Stationaere Phasen, Ionen.Durch: Globale Regulatorsystemealternative SigmafaktorenQuorum sensing SystemeGenom Plastizitaet.Passiert:Bildung von Dauerformen (Sporen, SCV-small colony variant)Aenderung des MetabolismusVariation der Zelloberflaeche.Aenderung der VirulenzBiofilmbildung, Aenderung der Populationsdichte
• 012 Definition eines Biofilms, Ausbildung von Biofilmen Biofilme -Oberflächen-assoziierte Gemeinschaften von Mikroorganismen,die in eine extrazelluläre polymere Substanz (EPS) Matrixeingeschlossen sindAusbildung von BiofilmenQuorum snsing.
• 013 Signaltransduktion bei Bakterien Zweikomponentensystem - Sensor + ResponsregulatorUmweltsignal trifft Sensorkinase, Phosphorilierung von Response regulator (ATP geschpendet zu ADP) der dabei aktiv den Gene Ausdruck beeinflusst.Zweikomponentensysteme und PathogeneseBeispiel: Überleben von Salmonella enterica im Phagosom. PhoP reguliert Transkription mehrerVirulenzgene. Enhanced survival in host  and non-host environments.Zweikomponentensystem: Beispiel Geißelsteuerung
• 014 Beweglichkeit, Chemotaxis CW Bewegung von Gleisse, CCW Bewegung von Bakterie
• 015 Kulturelle Anzucht von Bakterien Kultur von MikroorganismenKultur = Ein mit Mikroorganismen bewachsenes flüssiges (Bouillonkultur) oder festes Nährmedium (Plattenkultur)Kulturelle Anzucht: Nährmedien• definierte Medien oder komplexe MedienZusammensetzung von Nährmedien:• Wasser• Nährstoffe          - Proteine, Peptone, Aminosäuren, Hefe- und Fleischextrakte• Energiequellen          - Kohlenhydrate• Mineralien          - Ca, Mg, P, S u. a.• Wachstumsfördernde Substanzen          - Blut, Serum, Vitamine, Hämin, NAD u.a.• Selektive Substanzen Selektivnährböden          - Farbstoffe, NaCl, Antibiotika• Puffer, pH-Indikatorengelierende Substanzen (feste Nährböden)       - Agar-Agar, schmilzt bei 95 °C, geliert bei 55°C• für die Mikrobiologie entdeckt von Angelina Hesse (Frau eines Mitarbeiters von Robert Koch)• vorher: Gelatine (schmilzt bei 37°C und wird von einigen Bakterien zersetzt)
• 016 Kulturelle Anzucht von Bakterien: Zusammenhang mit der Adaptation an das Leben auf den Schleimhäuten (bzw. der Haut) Viele wichtige bakterielle Krankheitserreger sind für die Vermehrung auf einen Wirt angewiesen. Im Verlauf der Evolution haben sie gewisse Eigenschaften verloren, die sie für das Leben auf den Schleimhäuten des Wirtes nicht mehr benötigen. So kann beispielsweise Haemophilus parasuis, ein Erreger beim Schwein, kein NAD mehr synthetisieren. Auf der Schleimhaut des Atemtraktes nutzt er das NAD des Wirtes Schwein. Zum kulturellen Nachweis von Haemophilus parasuis muss daher dem Nährboden NAD zugesetzt werden
• 017 Kulturelle Anzucht: Herstellung von Nährmedien Basis-Nahrungsbouillon wird zum Serumbouillon wenn man Serum dazu gibt. Der selbe Basis Nahrungsbouillon wird unterschiedlich mit Zusatz von wachstumhemmende Substanzen fuer unerwunschte Bakterienarten, selektiv wirksame Anreicherungsmedia.Zusatz von Agar macht Naehragar (einfacher feste Naehrboden). Dazu koennen genauso Serum und Selektionsfaktoren zugegeben werden.

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