Notizen zur Vorlesung über Stressadaptation und Extremophilie

Allgemeine & Spezielle Mikrobiologie

• Vorlesung XVII: Stressadaptation zur Extremophilie
• Relevante Vorlesungen für Umweltwissenschaftler und Humanbiologen bis zur Weihnachtspause sind nur Teil 1.

Stress vs. Extremophilie

• Definition Stress:
  • Für Menschen: Zustand der Sorge oder psychischen Anspannung durch schwierige Situationen, der uns hilft, Herausforderungen zu begegnen.
  • Für Mikroben: Reize, die Mikroben in nicht optimale Wachstumsbedingungen versetzen. Erfordert physiologische Anpassungen zur Überlebensfähigkeit.
• Definition Extremophilie:
  • Fähigkeit von Mikroben, unter extremen Bedingungen zu wachsen (hohe/niedrige Temperaturen, extreme pH-Werte, hoher Salzgehalt).

Fragen zur Stressadaptation und Extremophilie

• Sind alle Archaeen extremophil?
• Sind alle Extremophilen Archaeen?
• Wie passen sich Mikroben an sehr hohe/niedrige Temperaturen an?

Beispiel Mikroben

• Thermophile:
  • Optimales Wachstum bei hohen Temperaturen (z.B. > 80 °C).
  • Archaeen wie Pyrolobus fumarii leben und wachsen bei extremen Temperaturen (u.a. 121 °C).
• Psychrophile:
  • Wachsen bei niedrigen Temperaturen (z.B. < 15 °C) und können bis -45 °C überleben.

Umweltparameter und Stress

• Temperaturalterung:
  • Hyperthermophile, extremophile, thermophile, psychrophile Organismen mit spezifischen Temperaturinteressen (z.B. Pyrolobus fumarii, Streptococcus thermophilus).
• Strahlung:
  • Radio-resistente Organismen wie Deinococcus radiodurans.
• Druck:
  • Piezophile, die unter hohem Druck leben (z.B. Morixella profunda).
• Salzgehalt:
  • Halophile leben bei hohen NaCl-Werten (z.B. Halobacteriaceae).
• pH-Werte:
  • Alkaliphile (z.B. Natronobacterium) und Acidophile (z.B. Ferroplasma).
• Sauerstoffverhältnisse:
  • Anaerobe und mikroaerophile Organismen.

Stressadaption durch spezifische Mechanismen

• Proteine:
  • Anpassungen durch spezifische Aminosäurezusammensetzungen und Chaperone, die die Stabilität erhöhen.
• DNA:
  • Hoher G-C-Gehalt, Verwendung von extremolyten für Stabilität.
• Membranstruktur:
  • Verwendung von gesättigten Lipiden zur Erhöhung der Schmelztemperatur und von spezifischen Lipidstrukturen (z.B. Monolayer in Thermophilen).

Extremozyme

• Enzyme, die hitzestabil sind und in der Biokatalyse verwendet werden, z. B. Taq-Polymerase für PCR-Techniken.

Strategien der Kälteanpassung

• Psychrophile Mikroben zeigen spezifische Anpassungen wie
  • Erhöhung der Membranfluidität durch ungesättigte Lipide,
  • Synthese von Kryoprotektantien, um Eiskristallbildung zu verhindern.

Abschließende Gedanken

• Stressadaptation und Extremophilie sind eng miteinander verwoben, jedoch nicht identisch. Mikroben beschäftigen verschiedene Strategien zur Anpassung an ihre Umgebung und Stress.
• Notizen zur nächsten Vorlesung:
  • Weiterführende Fragen zur Anpassung von Mikroben an extreme Bedingungen.