Wöstemeyer / Siegmund Prüfungen erfolgreich bestehen im Fach Mikrobiologie

1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-8463-4680-8
Verlag: UTB
Format: EPUB
Kopierschutz: 6 - ePub Watermark

E-Book, Deutsch, 201 Seiten

Das Wissen rund um mikrobiologische Disziplinen aus integrativer Sicht: Mithilfe kommentierter Übungsaufgaben und Fragen zu den wichtigsten thematischen Bereichen der Mikrobiologie verhilft der Ratgeber, schriftliche und mündliche Prüfungen souverän zu meistern. Die Übungsaufgaben sind ideal zur Ermittlung des Wissenstands.

Autoren/Hrsg.

Wöstemeyer, Johannes

Siegmund, Lisa

Inhaltsverzeichnis

Vorwort 8
1 Bakterien 11
Übungen zu Kapitel 1 16
2 Archäen 22
Übungen zu Kapitel 2 24
3 Bakteriophagen 26
3.1 Genome 26
3.2 Formen 27
3.3 Phagen bilden Plaques 27
3.4 Lebenszyklen 28
3.5 Restriktion 28
3.6 Anwendung im Labor 29
Übungen zu Kapitel 3 30
4 Pilze 34
4.1 Allgemeines 34
4.2 Organismische Vielfalt 36
4.2.1 Chytridiomycota und Nachbargruppen 36
4.2.2 Zygomycota und Nachbargruppen 37
4.2.3 Ascomycota 39
4.2.4 Basidiomycota 42
4.3 Pilzähnliche Organismen 43
4.3.1 Oophyten 43
4.3.2 Mycetozoa 44
Übungen zu Kapitel 4 46
5 Protozoen 55
Übungen zu Kapitel 5 61
6 Lebensentstehung 63
6.1 Ursuppe 63
6.2 Urpizza 64
6.3 Hydrothermale Quellen der Tiefsee 64
6.4 Bildung von Kompartimenten 65
Übungen zu Kapitel 6 67
7 Grundlegende Arbeitstechniken 71
7.1 Organismische Vielfalt – fast gleiche Arbeitstechniken 71
7.2 Das Medium 72
7.3 Sterilisation 72
7.4 Herstellung von Reinkulturen 74
7.5 Arbeiten mit Stammlösungen 75
7.6 Photometrie 75
7.7 Dünnschichtchromatographie 76
7.8 Gelelektrophorese 77
7.9 Mikroskopie 78
7.10 Umgang mit Messwerten 79
Übungen zu Kapitel 7 81
8 Wachstum von Mikroorganismen 87
8.1 Petrischalen und andere Kulturgefäße 87
8.2 Medium 88
8.3 Wachstumskinetik 88
8.4 Bestimmung des Titers 91
Übungen zu Kapitel 8 93
9 Energiestoffwechsel: Gärung, Atmung, Photosynthese 98
9.1 Woher kommt die Energie zum Leben? 98
9.2 Atmung liefert viel ATP 99
9.3 Kopplung von Katabolismus und Synthesestoffwechsel 100
9.4 Gärung – die Alternative zur Atmung 101
9.5 Photosynthese 101
9.6 Elektrolithoautotrophie 102
Übungen zu Kapitel 9 103
10 Bakteriengenetik 106
10.1 Genstruktur 106
10.2 Genomstruktur 107
10.3 Mutationen und Mutanten 107
10.4 Parasexualität 109
10.5 Entwicklungsgenetik 110
Übungen zu Kapitel 10 112
11 Krankheitserreger 117
Übungen zu Kapitel 11 120
12 Hygiene 123
Übungen zu Kapitel 12 127
13 Antibiotika 128
Übungen zu Kapitel 13 131
14 Biotechnik 134
Übungen zu Kapitel 14 137
Antworten 139
Kapitel 1: Bakterien 140
Kapitel 2: Archäen 146
Kapitel 3: Bakteriophagen 148
Kapitel 4: Pilze 152
Kapitel 5: Protozoen 161
Kapitel 6: Lebensentstehung 163
Kapitel 7: Grundlegende Arbeitstechniken 167
Kapitel 8: Wachstum von Mikroorganismen 172
Kapitel : Energiestoffwechsel: Gärung Atmung, Photosynthese 176
Kapitel 10: Bakteriengenetik 180
Kapitel 11: Krankheitserreger 186
Kapitel 12: Hygiene 189
Kapitel 13: Antibiotika 192
Kapitel 14: Biotechnik 195
Literatur 198
Register 199
Quellennachweis 201

Leseproben

1Bakterien
Die bakterielle Welt ist genetisch, physiologisch und sogar morphologisch außerordentlich vielfältig. Dennoch entdeckt man bei der Betrachtung grundlegender zellbiologischer Eigenschaften genügend Gemeinsamkeiten, um einen bakteriellen Typus definieren zu können. Die Größe der Zellen gehört durchaus nicht dazu. Die kleinsten bekannten Bakterien sind nicht länger als 0,3 µm (1 µm = 10–3 mm), die größten kann man mit etwa 1 mm Länge bequem mit bloßem Auge sehen. Charakteristischer ist der Blick auf die Kompartimentierung der Zellen mit Membranen. Eukaryontische Zellen haben mehr morphologisch abgegrenzte Reaktionsräume als Bakterien. Zellkern, Mito-chondrien und Plastiden sind gut erkennbar und anhand der dort stattfindenden Reaktionen sehr gut charakterisiert. Allerdings darf man sich die bakterielle Zelle durchaus nicht wie einen Sack vorstellen, in dem die Reaktionen unkoordiniert ablaufen. Auch hier sind sehr viele Reaktionen membrangebunden und es gibt sogar Bakterien, aus der Planctomyces/Gemmata-Gruppe, deren Genom zellkernartig von Membranen umschlossen ist (Abb. 1.1). Abb. 1.1 Bakterien der Planctomyces/Gemmata-Gruppe haben das Zellkernprinzip erfunden: Das Genom ist in eine Membranhülle verpackt. Das bakterielle Genom besteht im typischen Fall aus einem einzigen, ringförmigen DNA-Molekül. Diese Regel gilt jedoch nicht für alle Bakterien. Die Größe bakterieller Genome variiert zwischen 0,6 und etwa 14 Millionen bp (Basenpaare) (Tab. 1.1). Somit gibt es durchaus Genome in Prokaryonten, die größer sind als die Genome einfacher Eukaryonten (Bäckerhefe: ca. 12 Millionen bp). Tendenziell haben die Genome obligater Parasiten kleinere Genome, weil sie im Laufe der Evolution Gene verlieren. Typisch für viele bakterielle Gruppen sind Plasmide, meist kleine, ringförmige DNAs, die zusätzlich zum Genophor vorkommen und oft für zusätzliche Stoffwechselwege oder Antibiotikum-Resistenzen kodieren. Auch scheinbar kleine DNA-Moleküle sind ausgestreckt sehr lang. Eine DNA von 3 Millionen bp ist etwa 1 mm lang. Da bakterielle Zellen im typischen Fall nur wenige µm lang und 1 µm dick sind, wird die DNA in engen Schleifen um basische Proteine gewickelt, damit sie in der Zelle Platz findet. Der Transkriptionsapparat der Bakterien weist über alle Gruppen hinweg sehr große Ähnlichkeiten auf. Die Promotoren teilen funktionell vergleichbare Sequenzmotive, und die Zusammensetzung der Untereinheiten der RNA-Polymerase ist sehr ähnlich (Abb. 1.2). Für die Erkennung der Promotoren ist insbesondere die s-Untereinheit der Polymerase zuständig. Viele Bakterien benutzen mehrere verschiedene s-Faktoren und schaffen damit die Basis für eine zeit- oder entwicklungsabhängige Regulation der Transkription. Tab. 1.1 Genomgrößen ausgewählter Bakterien Bakterium Vorkommen pathogen? Genomgröße/Mbp
(Megabasenpaare) Mycoplasma genitalium Schleimhäute Mensch ja 0,58 Mycoplasma pneumoniae Lunge Mensch ja 0,82 Borrelia burgdorferi Zecke/Säugetiere ja 0,91 Treponema pallidum Mensch (Syphilis) ja 1,1 Helicobacter pylori Magenwand/Mensch ja 1,67 Synechocystis sp. Süßwasser (Photosynthese) nein 3,57 Escherichia coli Dickdarm Mensch nein 4,64 Bacillus subtilis Boden (Endosporenbildner) nein 4,21 Streptomyces coelicolor Boden (Exosporenbildner) nein 8,67 Ktedonobacter racemifer Boden (Chloroflexus-Gruppe) nein 13,66 Abb. 1.2 Schematischer Aufbau der bakteriellen RNA-Polymerase Bakterien haben charakteristische, biochemisch eindeutig erkennbare Ribosomen mit weitgehend konstanten Eigenschaften. Der grundsätzliche Aufbau aus zwei Untereinheiten mit definierten Sedimentationskonstanten, 30 S (Svedberg-Einheit) und 50 S, ist immer gleich, während das komplette Ribosom in der Ultrazentrifuge mit 70 S sedimentiert (Abb. 1.3). Auch Anzahl und Größe der ribosomalen RNAs und der ribosomalen Proteine sind sehr gut vergleichbar. Die Funktion bakterieller Ribosomen ist besonders bei den beiden großen Modellorganismen, dem Gram-negativen Enterobakterium Escherichia coli und dem Gram-positiven Sporenbildner Bacillus subtilis, im Detail studiert. Hier wurden die meisten Erkenntnisse über Ablauf und Regulation der Translation gewonnen. Abb. 1.3 Schematischer Aufbau bakterieller Ribosomen Die bakterielle Zelle ist von der Zellmembran umgeben, die wie in allen anderen Zellen die Reaktionsräume des Cyto-plasmas nach außen abschließt und mithilfe zahlreicher, biochemisch sehr verschiedener Transportkanäle und Transportmechanismen den Im- und Export benötigter bzw. nicht mehr benötigter Substanzen vermittelt. Für alle Substanzen, die durch die Membran transportiert werden müssen, gibt es sehr spezifisch arbeitende Transporter. Die Grundstruktur der Membranen, nämlich die Doppelschicht aus Fettsäure-
estern des Glycerins, ist für alle wasserlöslichen Substanzen und natürlich auch für Wasser selbst undurchlässig. Die Membraneigenschaften werden in erheblichem Maße von den Verhältnissen...

Über Autor(innen)

Wöstemeyer, Johannes
Prof. Dr. Johannes Wöstemeyer ist Inhaber des Lehrstuhls für Allgemeine Mikrobiologie und Mikrobengenetik am Institut für Mikrobiologie der Universität Jena.

Siegmund, Lisa
Dr. Lisa Siegmund. geboren am 17.04.1989 in Gera. Nach dem Abitur 2007 Studium an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, Abschluss 2012 als Diplombiologin mit den Schwerpunkten in Zoologie und Mikrobiologie. Seit 2012 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Allgemeine Mikrobiologie und Mikrobengenetik an der FSU Jena mit der Fokussierung auf endosymbiontische Interaktionen zwischen Protozoen und Bakterien. Zusätzlich Betreuung als Saalassistent jedes Semester einen Kurs im Grundpraktikum Mikrobiologie am Lehrstuhl.