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In welche Gruppen können Mikroorganismen eingeteilt werden?
Pilze, Bakterien, Viren, Prionen
Pilze
ein- oder mehrzellig, gehören zu den Eukaryoten
Bakterien
einzellige Lebewesen, gehören zu den Prokaryoten
Viren
einzellige Organismen, keine Lebewesen
Prionen
infektiöse Proteine, die neurodegenerative Erkrankungen auslösen
Eukaryoten und Prokaryoten Zellkern
Eukaryoten: ja
Prokaryoten: nein
Eukaryoten und Prokaryoten DNA
Eukaryoten: lineare DNA Moleküle mit Nukleosomem (Chromosomen)
Prokaryoten: zirkuläres Chromosom ohne Nukleosom, ringförmige DNA (Plasmide)
Eukaryoten und Prokaryoten Ribosomen:
Eukaryoten: 60S und 40S Untereinheiten (80S)
Prokaryoten: 50S und 30S Untereinheiten (70S)
Eukaryoten und Prokaryoten Organellen:
Eukaryoten: ja
Prokaryoten: nein
Eukaryoten und Prokaryoten Atmungskette:
Eukaryoten: in der inneren Mitochondrienmembran
Prokaryoten: in der Zytoplasmamembran
Eukaryoten und Prokaryoten Zellwand:
Eukaryoten: tierische Zellen: nein, Zellen von Pilzen und Pflanzen: ja
Prokaryoten: ja (mit Ausnahme von Mykoplasmen)
Bakterien
einzellige Organismen
kommen physiologischer Weise in und auf dem menschlichen Körper vor (Mikrobiom)
-> Darmbakterien sind essenziell (Herstellung Vitamine z.B. Vit. K durch Escherichia coli und Lactobacillus acidophilus)
unphysiologische Vermehrung von oder Besiedlung mit Bakterien kann Erkrankungen hervorrufen
wichtige Bakterien
Escherichia coli
Bacillus (B. subtilis, B. anthracis)
Stathylokokken (Staphylococcus aureus)
Streptokokken (Streptococcus sp.)
Chlostridien (Chl. tetani, Chl. botulinum)
Mykobakterien
Mycoplasmen
Bakterien Unterteilung: Sauerstoffbedarf
Aerobier: benötigen O2 zum Wachsen und Überleben
Anaerobier: können nur schwer bei Kontakt mit O2 wachsen oder überleben
Fakultative Bakterien: können sowohl mit als auch ohne O2 wachsen und überleben
Bakterien Unterteilung: Zellform
Kokken: kugelförmige Einzeller, Zusammenlagerung spezifisch für Unterarten
Stäbchen: ovale bis deutlich längliche Form, meist einzeln liegend
Schrauben
Kokken Unterformen
haufenförmig (z.B. Staphylokokken)
in Ketten gelagert (z.B. Streptokokken)
Zweierkokken (Diplokokken) (z.B. Neisseria)
Diplokokken mit Kapsel (z.B. Pneumokokken)
Stäbchen Unterformen
gerade Stäbchen mit abgerundeten Enden (z.B. Kolibakterien)
zugespitzte Stäbchenbakterien (z.B. Fusobakterien)
keulenförmige Stäbchen (z.B. Korynebakterien)
einfach gekrümmte Bakterien (z.B. Vibrionen)
Schrauben Unterformen
spiralförmige Bakterien (Spirochäten)
große Bögen, ungleichmäßig (z.B. Borrelien)
Bakterien Unterteilung nach Geißeln
Geißeln/Flagellen zur Fortbewegung
Monotrich: eine Geißel
Lophotrich: mehrere Geißeln aber nur an einem Ende
Peritrich: Geißeln an allen Seiten
Bakterien Unterteilung nach Zellmembran
gram-positive und gram-negative Bakterien
gram-positive Bakterien:
Zytoplasmamembran, DICKE Zellwand mit Murein!!! (Peptidoglykan), in der Zellwand außerdem Lipoteichonsäure, Zellwand-Teichonsäure, Polysaccharide, Zellwand-Protein
gram-negative Bakterien:
oberhalb Zytoplasmamembran dünne Mureinschicht, enthält keine Lipptalchonsäure, überhakb Mureinschicht weitere Membran -> äußere Membran dadrin sind Porine und Lipidpolysaccharide!!!
Bakterien mit atypischen Gramverhalten:
nur Zellmembran
Diagnostik: Nachweis von Bakterien:
Mikroskopie: Gestalt & Form der Bakterien
Agrarkulturen: Gestalt & Form der Kolonien, Wachstumseigenschaften
Färbeeigenschaften: z.B. Gramfärbung
Diagnostik Bestimmung von Bakterien Agrarkulturen Praktikum:
Nährmedien werden mit Bakterienkulturen beimpft: Bakterien wachsen auf bestimmten Nährmedien und unter anaeroben oder aeroben Bedingungen, Jeder Bakterienstamm bildet Kolonien von bestimmter Form und Farbe
Diagnostik Bestimmumg von Bakterien Gramfärbung
grampositive Zellen: Mureinschicht speichert Farbstoff, werden blau angefärbt
gramnegative Bakterien: Farbstoff wird in dünner Mureinschicht nicht gut gespeichert und ausgewaschen. Gegenfärbung mit Fuchsin/Eosin, um Strukturen besser sichtbar zu machen (rosa)
Pathogenität von Bakterien: Endotoxine
(existieren schon mit Bakterium selbst, müssen nicht gebildet werden)
Zerfallsprodukte von Bakterien (z.B. Lipopolysaccharide (LPS) der gramnegativen Bakterien)
-> erzeugen inflammatorische Antwort des Immunsystems, Freisetzung von Zytokinen - Fieber, Sepsis, Nekrose (kann tödlich sein)
Pathogenität von Bakterien: Exotoxine
(von Bakterien selbst produzierte und sezenierte Toxine)
4 Arten:
1 Enterotoxine: entfalten Wirkung im Dünndarm, verändern Permeabilität der Darmzellem, führen zu Diarrhöe
2 Zytolytische Toxine (Hämolysine): lysieren Zellmembran des Wirts und führen so zum Zelltod (Alpha-Hämolysin, Beta-Hämolysin)
3 Neurotoxine: hemmen z.B. Transmitterfreisetzung an Synapsen
4 weitere Toxine: können u.a. zu Zytokinausschüttung, Hautausschlägen, Nekrosen oder Pneumonien führen
Pathogenität von Bakterien: Sporenbildung
einige Bakterien bilden Dauerformen (Sporen): wasserarme Dauerform, bilden sich bei ungünstigen Umweltbedingungen, sind sehr widerstandsfähig, können zurück in die vegetative Form z.B. grampositive Stäbchenbakterien wie Bacillus anthracis (Anthrax, Milzbrand), wird als Biowaffe verwendet
Pathogenität von Bakterien: Schleimkapsel
Polysaccharidkapsel um Bakterien (Glykokalyx)
schützt vor Phagozytose durch Immunsystem
dient verbessertem Anheften und Schutz vor dem Austrocknen z.B. Pneumokokken
Therapiemöglichkeiten Bakterieninfektion
Antibiotika
-> Substanzen, die Bakterien abtöten oder ihr Wachstum hemmen
Bakteriophagen
-> Viren, die Bakterien infizieren und lysieren (s. auch Abschnitt „Viren“), derzeit in DE nicht zugelassen
CRISPR/Cas
-> Genschere, bakterielles Immunsystem, wird experimentell derzeit für Anwendung gegen Infektion getestet
Was war das erste beschriebene Antibiotikum und wer hat es entdeckt?
Penicillin, Alexander Flemming
2 Klassen von Antibiotika Bakteriozide:
töten Bakterien ab
2 Klassen von Antibiotika Bakteriostatisch:
verhindern Wachstum der Bakterien
töten bereits gewachsene Bakterien aber nicht ab
Antibiotika Wirkungsweisen
Hemmung des Zellwandaufbaus
Zerstören der Zellwand
Hemmung der Proteinbiosynthese
Wirkungsweisen Antibiotika: Hemmung des Zellwandaufbaus
→ wirken bakteriostatisch
(wirken eher auf gram-positive Bakterien)
Beta-Lactame (z.B. Penicillin, !Ampicillin!, !Cefazolin!) → verhindern Entstehen der Peptidbindung in der Mureinschicht
Glykopeptide (z.B. !Vancomycin!) → hemmen Transglycosylase und verhindern Quervernetzung in Peptidoglykanen der Mureinschicht
→ löchrige Zellwand erzeugt verstärkten osmotischen Druck, Zellen platzen
Wirkungsweisen Antibiotika: Zerstörung der Zellwand
→ wirken bakteriozid
(wirken auf gram-negative Bakterien)
zyklische Polypeptide (z.B. !Colistin!)
interagieren mit LPS und zerstören Membranstruktur
→ löchrige Zellwand erzeugt verstärkten osmotischen Druck, Zellen platzen
Wirkungsweisen Antibiotika: Hemmung der Proteinbiosynthese
→ wirkt bakteriostatisch
Hemmung der Proteinbiosynthese
(Breitbandantibiotika, wirken auf gram-positive und -negative Bakterien)
Verhinderung der Translation: Amphenicole (Chloramphanicol) → lagern sich an 50S - Untereinheit der Ribosomen
Tetracycline (Doxycyclin) → lagern sich an 30S - Untereinheit der Ribosomen
Verhinderung der Transkription: Rifamycin, Fluorochinoline (Ciprofloxacin) → hemmen bakterielle RNA-Polymerase, stärkerer Einfluss auf wachsende, wirkt aber auch auf ruhende Bakterien
→ wirkt bakteriostatisch (sekundär bakteriozid)
Verhinderung der Replikation: Sulfonamide (Sulfamethoxazol) → hemmen Folsäuremechanismus → Folsäure essenziell für Purinsynthese → keine DNA-Synthese möglich
→ wirkt bakteriostatisch
Bestimmung der wirksamen Antibiotika
(1. Antibiotikaklassen wirksam gegen bestimmte Bakterienstämme, 2. Resistenzen der konkreten Krankheitserreger bestimmen)
Agardiffusionstest
Baterienrasen ausplattieren
antibiotikagetränkte Plättchen auflegen
Höfe um die Plättchen weisen auf Wirksamkeit des Antibiotikum gegen Bakterium hin
bei Resistenzen/Unwirksamkeit entsteht kein Hof
Antibiotikaresistenzen
Resistenzmechanismen gegen Antibiotika:
Bildung alternativer Proteine, die nicht durch Antibiotikum inhibiert wird
Expression von Proteinen, die Antibiotikum inaktivieren (z.B. Beta-Lactamasen)
Zielproteine der Antibiotika werden mutiert oder durch post-translationale Modifikation verändert
Veränderung der Zellwände verhindert Aufnahme der Antibiotika
Efflux-Pumpen (Transportproteine) transportieren Antibiotika aus Zellen heraus
Antibiotikaresistenzen Mechanismen
Resistenzen werden auf dem Bakteriengenom (Plasmide) kodiert
Bakterien können DNA zwischen Arten und innerhalb einer Generation übertragen (horizontaler Gentransfer)
Konjugation (Übertragung von DNA zwischen Bakterien)
Transduktion (Übertragung von bakterieller DNA durch Viren (Bakteriophagen))
Transformation (Aufnahme von freier DNA aus Umgebungsmedium)
dadurch sind im laufe der Zeit Bakterienstämme entstanden, die resistent gegen verschiedene Antibiotika sind (multiresistente Keime, z.B. MRSA)
Pilze
Eukaryoten
Einzellig (Hefen) oder vielzellig
Aerob und anaerob
Bilden eine Zellwand
Zellmembran enthält !!Ergosterol!!
Nutzen Glykogen als
Energiespeicher
Pilze sind Teil des Mikrobioms, kommen physiologischerweise auf/im humanen Organimus vor
Pilze als Krankheitserreger: Pilzinfektionen
(z.B. Candida albians)
im Mundraum vorkommend, fakultativ pathogen (z.B. bei Immunsuffizienz, lokale Faktoren, Antibiotika oder Kortikosteroidgabe)
Soor, vaginale Candidose, Windelausschlag
Pilze als Krankheitserreger: Toxine (Mykotoxine) Knollenblätterpilz
→ führen bei Aufname (z.B. Nahrung) zu akuten Vergiftungen
aus dem Knollenblätterpilz
Amanitin: hemmt die Transkription (RNA-Pol 2)
Phallaloidin: verhindert Depolymerisierung d. filamentären Aktins (Zytoskelett)
→ beide Toxine führen zu Leberversagen bzw. Nekrose der Leberzellen
Pilze als Krankheitserreger: Toxine (Mykotoxine) Fliegenpilz, Risspilz, Trichterpilz
Muskarin: bindet muskarinerge Azetylcholinrezeptoren (irreversibel)
aktiviert dauerhaft den Parasympatikus (parasympatikomimetisch)
→ Sehstörung, Durchfall, Erbrechen
→ Kreislaufversagen (Vasodilation)
→ Atemnot (Bronchienengstellung)
Pilze als Krankheitserreger: Toxine (Mykotoxine) aus dem Schimmelpilz
Aflatoxin: wird in Leber zu Epoxiden umgewandelt (Biotransformation)
→ nephrotoxisch
→ neurotoxisch
→ kanzerogen (Epoxide gelangen in Nukleus, mutagen)
Pilze als Krankheitserreger: Toxine (Mykotoxine) aus dem Schlauchpilz
Ciclosporin A
→ wirkt immunsuppressiv
→ wird therapeutisch eingesetzt (z.B. nach Organtransplantationen)
Pilze als Krankheitserreger: Toxine (Mykotoxine) aus dem Mutterkorn
Ergotamin
→ Alkaloid
→ stimuliert Adrenorezeptoren (symphatomimetisch)
→ periphere Vasokonstriktion, Schwindel, Halluzinationen
Therapiemöglichkeiten Pilzvergiftung
Gabe von Antidot gegen Toxine
Muskarin → Atropin (hemmt muskarinische Rezeptoren)
Amanitin Silibinin (hemmt Aufnahme von Amanitin in Leber)
Antimykotika
Pilze sind Eukaryoten
Antibiotika gegen Bakterienstoffwechsel wirken nicht
Stoffwechsel des Wirts darf nicht mit angegriffen werden
Therapiemöglichkeiten Pilzinfenktionen Antimykotika
! 5-Fluocystosin ! → wird nur von Pilzen über Cytosinpermease aufgenommen
! Griseofulvin ! → wird zusammen mit Keratin, das durch Pilze auf der Haut verstoffwechselt wird in dir Pilzzelle aufgenommen
! Echinocandine ! → hemmen Glucansynthase und damit den Zellwandaufbau
! Azole ! hemmen die Ergosterolsynthese und damit Aufbau der Zellmembran
! Polyene (Amphoteeicin B) binden hydrophob an Ergosterol und führen zu Poren in Membran

Prionen
→ proteinöse infektiöse Partikel
Prionprotein ist ein endogenes Protein, Expression hauptsächlich im Hirn
Protein-only Hypothese
Infektion mit fehlgefalteten Prionproteinen führt zu Fehlfaltung der endogenen Proteine
Lagern sich im Hirn als Plaques ab → Neurodegeneration
Sehr langsamer Krankheitsverlauf zu Beginn mit schneller Progression
Prionenerkrankungen
Creutzfeldt-Jakob Erkrankung (CJD, neurodegenerative Erkrankung im hohen Alter)
Scrapie bei Schafen
Bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE, Rinderwahnsinn)
Wurde hervorgerufen durch Verfütterung von Tiermehl aus scrapieinfizierten Schafen
an Rinder
Über Nahrungsmittel mit Rinderhirn und -mark auf den Menschen übertragen
(variante Creutzfeldt-Jakob-Erkrankung (VCJD) bei jungen Erwachsenen!
(nicht so wichtig für Klausur)
Viren
KEINE Lebewesen
Haben keinen eigenen Stoffwechsel
Können sich nicht selbständig vermehren (brauchen Wirtszellen)
Als Wirte können Pflanzen, Tiere und Bakterien dienen
Bestehen immer aus einer !Nukleinsäure! (DNA oder RNA) und einer !Proteinhülle! (Kapsid)
→ Nukleokapsid
Können weitere Hülle (Lipidschicht) besitzen → umhüllte Viren
Klassifizierung von Viren: Nach Nukleinsäure
DNA-Viren:
dsDNA (I)
ssDNA (II)
RNA-Viren
dsRNA (III)
SSRNA+ (IV)
ssRNA- (V)
Retroviren (VI)
Zellzyklus von Viren
Anlagerung → wirtsspezifisch
Eindringen durch Endozytose
Uncoating → Freisetzung der Nukleinsäure
Vermehrung des Genoms → im Zellkern und Golgiapparat
Zusammenbau im Zytoplasma
Freisetzung durch Exozytose
Warum sind Viren so erfolgreich?
Unterschiedliche Strategien der Anpassung an Immunabwehr des Wirts
Schneller Replikationszyklus mit starker Vermehrung
!Escape-Mutationen! (werden vom Immunsystem des Wirts nicht erkannt)
Rekombination der Nukleinsäuren → !Reassortment!
Einige Viren haben !Latenzphasen!
Umgehung des Immunsystems des Wirts
!Retroviren! (z.B. HIV)
Herpesviren (z.B. Herpes simplex Virus 1 (HSV-1), Varizella Zoster)
Retroviren - Humanes Immundefizienzvirus (HIV) → wichtig
Retroviren sind RNA-Viren
RNA wird über Reverse Transkriptase in cDNA umgeschrieben → wird in Wirdsgenom integriert (!Provirus!)
Virusgenom bleibt dauerhaft in Wirt
Für die Virusvermehrung
→ Transkription der Virus-RNA
→ Proteinexpression
→ Zusammenbau
→ Freisetzung

Bakteriophagen
Viren, die Bakterien infizieren
Bakteriophagen Zyklus
Lysogener Zyklus:
Bakteriophagengenom wird in Wirtsgenom integriert
→ Phage vermehrt sich bei jeder Bakterienreplikation
Lytischer Zyklus:
Phagengenom wird abgelesen
→ Genom wird repliziert, Proteine werden produziert, Phagen zusammengebaut
→ Phagen werde durch Zelllyse freigesetzt
Virostatika
Wirkstoffe zur Bekämpfung von Viren
greifen an die Anheftung, Replikation oder Freisetzung des jeweiligen Vieus ein
Wirkspektrum oft auf eine oder wenige Virusfamiliek beschränkt
Virostatika Beispiele
Enfuvirid (hemmt Fusion des HIV mit Zielzelle)
Amandatin (hemmt Freisetzung der Influenza A-RNA)
Aciclovir (Nukleosidanalogen gegen Herpesviren)
Foscarnet (hemmt Herpesvirus DNA-Pol)
Zidovudin (hemmt RT von HIV)
Saquinavir (hemmt Protease von HIV)
Oseltamivir (hemmt Neuroamindase von Influenza A)
Desinfektionsmittel
zerstören Viruspartikel
wirken als Detergenzien (denaturieren Proteine und Lipide)
Virus Arten
Virus: kleine infektiöse Partikel bestehend aus Genom, Proteinhülle und evtl. Lipidmembran
Virionen: Viruspartikel, der sich außerhalb einer Zelle befindet
Viroide: Pflanzenpathogene (infektiöse kurze Nukleinsäuren, die Krankheiten in Gefäßpflanzen auslösen können)
Provirus: Virus-DNA, die in Wirtsgenom integriert ist (auch Endogenes Virus)

Escherichia coli Steckbrief
Darmbakterien, fakultativ anaerob
gram-negativ
Stäbchen mit abgerundeten Enden
Peritrich begeißelt
„Haustier“ der Mikrobiologen
Pathogenität durch Endotoxine und bei Expression bestimmter Enterotoxine (z.B. EHEC)

Bacillus (z.B. B. subtilis) Steckbrief
Bodenbakterium, fakultativ anaerob
gram-positiv
Stäbchen, auch in Ketten
Peritrich begeißelt
Sporenbildner
Pathogenität: Bildung verschiedener Toxine. insbesondere Exotoxine (z.B. anthracis)

Streptokokken Steckbrief
Kommensalen des Menschen (Mikrobiom), auf Pflanzen, fakultativ anaerob
gram-positiv
zu Kettenschnur angeordneten Kokken ohne Begeißlung
teilweise umhüllt mit Schleimkapsel
Pathogenität: Alpha, Beta und Gamma Hämolysin, bei Übertragung ins Blut: Sepsis
S.pyogenes: Eitererreger
S.mutans: Karies

Staphylococcus aureus Steckbrief
fakultativ anaerob
gram-positiv
Kokken, traubenförmig angeordnet, gelb pigmentiert
Pathogenität. bildet verschiedene Entero- und Exotoxine, Hautinfektionen, Pneumonien, hämolytisch
Krankenhauskeim
MRSA (oder MRE): Methicilin-resistent Staph. aureus

Chlostridien: Chlostridium tetani, C. botulinum Steckbrief
Bodenbakterien (C. botulinum auch in Lebensmitteln), obligat anaerob
gram-positiv
Sporenbildner
keulenförmige Stäbchen
Pathogenität: starke Exotoxine (Neurotoxine)
C.tetani: inhibiert Transmitterfreisetzung an inhibitorischen Synapsen
C. botulinum: inhibiert Transmitterfreisetzung an erregenden Synapsen

Mykobakterien (z.B. Mycobacterium tuberculosis und Mycobacterium leprae) Steckbrief
ubiquitär, obligat aerob
gram-positiv, aber schlecht anfärbbar
Zellwand mit Mykolsäuren vermittelt hohe Stabilität gegen Säuren (Ziehl-Neelsen-Färbung)
kurze Stäbchen
Pathogenität: M. tuberculosis ist obligat pathogen, Bakterien über Aerosole übertragbar
obligat intrazelluläre Parasiten in Makrophagen
Zellwand wirkt stark immunogen

Mycoplasmen Steckbrief
parasitär, teilweise auch kommensalisch, aerob bis fakultativ anaerob
abweichendes Gramverhalten
nur eine Zellwand, kein Peptidoglucan → nicht anfärbbar
vielgestaltig (pleomorph), veränderlich bläschenförmig, 0,2 - 0,3 mikrometer
Pathogenität: parasitär, verursachen chronische Infektionen
z.B. M. pneumoniae (Lungenentzündungen, aber auch Meningitis, Mittelohrentzündung,…) M. hominis (Pyelonephritis, Endometritis und postpartales Fieber)

Viren Kurzstrckbriefe Herpesviren
Herpesviren: dsDNA-Viren, breites Wirtspektrum, bilden Latenzstadium im Wirt
bekannte Vertreter: Herpes simplex Virus 1 (HSV-1): Lippenherpes, 90% der Weltbevölkerung infiziert, Varziella Zoster: Windpocken, nach Latenzphase: Gürtelrose, Epstein-Barr Virus (EBV): Cytomegalie

Viren Kurzsteckbriefe Influenzaviren
(Familie der Orthomyxoviren):
behalte ssRNA-Viren
segmentiertes Genom (s. Reassortment)
Hüllproteine Hämaglutinin und Neuramindase bestimmen Pathogenität (z.B. H5N1)
bekannte Vertreter: Influenza A: spanische Grippe (H1N1), Vogelgrippe (H5N1), Influenza B-D

Viren Kurzsteckbriefe Adenoviren
unbehüllte dsDNA-Viren
Kapsel ist ikosaedrisch aufgebaut
bekannte Vertreter:
humane Adenoviren: z.B. Erreger der grippalen Infektionen
humanes Adenovirus (Typ 19): Erreger der Bindehautentzündung (Konjunktivitis)

Viren Kurzsteckbriefe Coronaviren
behüllte ssRNA-Viren
Hülle enthält Spikeproteine
breites Wirtsspetrum
bekannte Vertreter: SARS (SARS-CoV-2, COVID-19): respiratorische Erkrankungen

Viren Kurzsteckbriefe Retroviren!!!
Retroviren: ssRNA-Viren
integrieren Genom in Genom des Wirtes
bekannte Vertreter: humanes Immundefizienzvirus (HIV): AIDS, befällt T-Zellen
Humanes T-Zell-Leukämie-Virus Typ 1 (HTLV-1): Tumorauslösendes Retrovirus
Endogene Retroviren

Viren Kurzsteckbriefe Pockenviren (Poxviridae):
Pockenviren (Poxviridae):
dsRNA-Viren
größte Viren
Weißpockenviren wurden durch weltweite Impfkampagne ausgerottet
Vacciniavirus heute Basis für viele Impfstoffe
bekannte Vertreter:
Variola major (Weißpocken): Hautaussläge, Fieber, Letalität von 30%
Monkeypox (Affenpocken): Ähnliches Krankheitsbild, geringere Übertragungsrate