Mikrobiologie VL. 5 - 6

Was ist besonders an der grampositiven Zellwand?

• Eine sehr dicke Peptidoglykan-Schicht direkt über der Cytoplasmamembran —> mechanische Stabilität und Schutz vor osmotischem Platzen

• Eine dünne S-Layer über der Peptidoglykan-Schicht

• Teichensäuren durch die Peptidoglycan-Schicht

• —> Das Rückgrat der Teichonsäuren besteht aus Phosphat- und Ribitol-Einheiten. Diese Polymerketten sind spezifisch modifiziert, unter anderem mit D-Alanin und D-Glucose.

—> Durch ihre negative Ladung (verursacht durch die Phosphatgruppen) tragen sie maßgeblich zur Oberflächenladung der Zelle und zur Regulation des Kationentransports bei.

Was ist besonders an der gramnegativen Zellwand?

Doppelte Membran aus einer inneren Membran(Zellmembran) und einer äußeren Membran, die aus einer Lipiddoppelschicht und einer Lipopolysaccharidschicht.

• Dazwischen befindet sich eine dünnere Peptidoglykan-Schicht (Murein), die über das Braun’sche Lipoprotein (Murein-Lipoprotein) kovalent mit der äußeren Membran verbunden ist.

• LPS besteht aus

• × Lipid A (verankert in der Membran) —> wirkt als Endotoxin. Im Körper kann dies schwerwiegende Symptome und Reaktionen wie Fieber, Schock, Diarrhö und Darmruhr auslösen.

• × Core-Polysaccharid (Kernpolysaccharid)

• × ​O-Seitenkette —> ist strukturgebend und fungiert als Antigen, weshalb sie eine wichtige Rolle in der Labordiagnostik spielt.

Was ist besonders an Porinen in der äußeren Membran?

1. Porine sind funktionell und aktiv als Trimere (bestehend aus drei Untereinheiten) angeordnet.

2. Poren regulieren Durchlässigkeit und wirken als Permeabilitätsbarriere, die als z.B. Schutz vor Antibiotika gegen gramnegative Bakterien dient.

Was ist besonders an S-Layer?

S-Layer ist eine kristalline Proteinschicht, die als Verstärkung der Hülle dient.

• Grampositive Bakterien haben S-Layer, aber auch Archaeen. Das heißt nicht, dass Archaeen eine Grampositive Zellwand (also keine echte Peptidoglykan-Schicht) haben.

Welche biologische Funktion haben bakterielle Kapseln und Schleife (Polysaccharid-Hüllen), und mit welchen mikroskopischen Methoden können sie sichtbar gemacht werden?

Zusätzlich: Was ist Laevansucrase und ihre Wirkung und die Nutzung?

• Polysaccharid-Hüllen dienen primär der Abschirmung gegen das Immunsystem des Wirts (z. B. Schutz vor Phagozytose durch Fresszellen).

• Tuschefärbung und Negativkontrast im Elektronenmikroskop

—> Die Laevansucrase katalysiert die Umsetzung von Saccharose (Sucrose)

—> Wenn dieses Enzym in Bakterien wie E. coli in Anwesenheit von Saccharose aktiv ist, führt das Produktzu einer starken Toxizität und damit zum Tod der Zellen.

—> Laevansucrase als negativer Selektionsmarker:

Möchte man oft wissen, welche Bakterien ein bestimmtes Plasmid oder Gen losgeworden sind.

​Man gibt Saccharose in das Nährmedium. Alle Zellen, die das Gen für die Laevansucrase noch in sich tragen, sterben ab.

​Überleben tun nur die Zellen, bei denen das Gen durch Rekombination entfernt wurde. Das ermöglicht eine sehr einfache und effiziente Selektion (Negative Selektion) gegen das Vorhandensein dieses Gens.

Was ist besonders an Nucleoid?

• Bereich in Bakterien und Archaeen, wo sich die stark aufgewickelte DNA mit Bindeproteinen befindet.

Da es keinen geschützten Zellkern gibt, können Translation und Transkription gekoppelt (gleichzeitig) bei Bakterien und Archaeen stattfinden.

Speichergranula ( Einschlusskörper)

• Einschlusskörper werden bei Substrat-Überschuss oder Limitierung des Wachstums gebildet.

• Aber wenn gespeicherte Stoffe gebraucht, wieder metabolierbar.

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• Einschlusskörper mit speziellen Funktionen

• • Carboxysomen —> Rubisco —> CO2-Fixierung

• — capsid-artige Proteinhüllen mit Ähnlichkeit zu viralen Capsiden.

• • Gasvakuolen —> Positionierung in aquatischen Habitaten — Ihre Wand besteht aus Proteinen GvpA und GvpC. --Ihre Anzahl und Größe werden durch Genexpression und Wasserdruck reguliert.

• • Magnetosomen —> Orientierung am Erdmagnetfeld— membranumschlossene magnetische Mineralkristalle aus Magnetit Fe3O4 und Greigit Fe3 S4.

Fimbrien und Pili: Flagellum-artige Strukturen

Was ist F-Pilus?

1. FIMBRIEN nicht für die Mobilität, sondern für die Bindung an andere Zellen und Oberflächen.

2. F-Pilus : lange Struktur zur Übertragung von DNA durch direkten Zell-Zell-Kontakt.

• Unterart von Pili —> Typ-IV Pili zur Infektion/Kolonisierung, Adhesion, DNA-Bindung/-Transport, “Twitching motility “

Nennen Sie drei biologische Funktionen der bakteriellen Motilität.

1. Erreichen neuer Bereiche im jeweiligen Habitat.

2. Verbreitung der Art / Erschließung neuer Nischen (z. B. bei Caulobacter).

3. Chemotaxis —> die gerichtete Bewegung von Bakterien entlang eines chemischen Konzentrationsgefälles. — Attraktanten: Aktive Bewegung hin zu Nährstoffen / Lockstoffen. — Repellentien: Aktive Bewegung fort von Schadstoffen / Schreckstoffen.

Bekannte Stimuli und Taxien in Bakterien

Der Flagellenschlag beruht auf der Arbeit eines komplizierten Drehmotors. Wie ist er aufgebaut und wie wird das Wachstum der Flagellen gestoppt?

Was ist Schwärmen (Swarming) und Biosurfactants / Biotenside?

Unter Schwärmen versteht man die koordinierte, flagellengetriebene Fortbewegung von Bakterien in Gruppen auf festen oder halbfesten Oberflächen. Im Gegensatz zum individuellen Schwimmen (Planktonic swimming) bewegen sich hier viele Zellen gemeinsam als multizelluläre Gemeinschaft fort und langsamer.

Schwärmende Bakterien produzieren Biosurfactants, um die Oberflächenspannung des Wassersfilms und die Reibung auf der Oberfläche herabzusetzen. Dadurch wird das gemeinsame „Gleiten“ und Ausbreiten des Schwärms überhaupt erst ermöglicht.

Was ist Gleiten (Gliding) und welche Arten gibt es?

1. Schleimsekretion: Das Auspressen von Polysacchariden durch Poren erzeugt einen mechanischen Schub.

2. Zytoskelett- & Rotationsmechanismus: Innere Strukturen und rotierende Motoren schieben den Zellkörper über das Substrat.

3. ​Gli-Proteinsystem: Spezifische Gli-Proteine steuern die Gleitbewegung und Adhäsionskomplexe.

4. Gld/Spr-Proteinsystem: Membrangebundene Adhäsine bewegen die Zelle mithilfe von Proteinkomplex-Motoren vorwärts.

Zusammenfassende Übersicht zur bakteriellen Motilität