Bakterienformen

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Gemeinsamkeiten aller Zellen[Bearbeiten]

Die Zelle stellt eine Funktionseinheit aller Lebewesen dar. So ist es nicht ungewöhnlich, dass alle Zellen, egal ob pro- oder eukaryontisch, gewisse Gemeinsamkeiten aufweisen:

  • DNA = genetische Information (Unterschied Pro- und Eukaryont: Eukaryo heißt soviel wie echter Kern. Die Prokaryonten haben einen Zellkern, der durch eine Kernhülle vom Rest der Zelle abgegrenzt ist. Prokaryonten haben eine ringförmige offene DNA-Struktur).
  • Ribosomen = Proteinsynthese
  • Plasmamembran = Eingrenzung des Cytoplasmas
  • geringe Größe und Faltung zur erleichterten Diffusion von Nähr- und Abfallstoffen.

Eigenschaften prokaryontischer Zellen[Bearbeiten]

Größe: relativ klein 1 - 10 µm.
Die DNA liegt als Ring mit Nichthistonproteinen assoziiert vor. Das Genom wird nicht von einer Membranhülle umschlossen. Es kommt häufig zur Ablesung des kompletten Genoms und nicht nur von Teilstücken.
Die Zellteilung erfolgt häufig durch Knospung bzw. Zweiteilung.
Die Prokaryontenzellen besitzen zudem keine als gesonderte Einheiten abgegrenzte Organellen, wie Mitochondrien z.B. Nährstoffe werden oft einfach absorbiert, aber manche besitzen auch die Fähigkeit, ihre Nahrung selbst zu synthetisieren (Photosynthese bei Cyanobakterien).Da es bei Prokaryonten keine Kompartimentierung gibt sind die Oxidationsenzyme an die Plasmamembran gebunden. Prokaryonten weisen meist relativ vielseitige Stoffwechselmöglichkeiten auf.
Weiterin gibt es keine Bewegung innerhalb der Prokaryonten. Auch ein Cytoskelett fehlt.

Aufbau einer Bakterienzelle[Bearbeiten]

Bakterienzelle.png

Zellwand[Bearbeiten]

Eine Zellwand ist eine aus Polymeren aufgebaute Hülle, die in der Regel die Bakterienzelle nach außen abschließt. Sie liegt stets außerhalb der Plasmamembran der Zelle.

Man unterscheidet zwischen Gram-positiven- (G+) und Gram-negativen (G-) Bakterien. Der Hauptunterschied dieser 2 Bakterienarten besteht in dem Aufbau der Zellwand.

Gram positive Zellwand - schematisch

Die Zellwand der G+en besteht aus bis zu 50 Mureinnetzen und mehreren ein- bzw. aufgelagerten Komponenten.

S = S-Schicht: parakristaline Schicht aus Proteinen und Glycoproteinen. Sie kommt sehr häufig bei Archaebakterien vor. Die S-Schicht ist häufig hexa- oder tetragonal geordnet und über repetitive modulare Elemente in der Peptidoglykanschicht verankert.

T = Lipoteichoic acid = Teichonsäure, sind saure Polysaccharide, die Glycerophosphate oder Ribitphosphatester enthalten. Sie machen ca. die Hälfte der Zellwandmasse aus. Über Lipidanker sind sie an der Bakterienmembran verankert. Die Aufgaben der Teichonsäure sind vielfältig: a) Adhäsion (sie erhöhen die Hydrophilie); b) Phosphatquelle (in Mangelzeiten); c) wirken immunogen

L = neutrale Polysaccharide, wahrscheinlich als Erkennungsstrukturen.

M = Mureinschicht (bis zu 50 Stück, in der Abbildung sind's nur 3)
Murein, auch Peptidoglykan genannt, ist ein komplexes Netz aus 2 verschiedenen Zuckern (N-Acetylglucosoamin(G) und N-Acetylmuraminsäure(M)) und mehreren Aminosäuren (AS: L-Alanin, D-Glutaminsäure, D-Alanin, Serin und Asparaginsäure).


Gram negative Zellwand - schematisch

Die Zellwand der G-en besteht aus 2 - 10 Mureinnetzen und daraufaufgelagerten Lipopolysacchariden (LPS). Das ist praktisch gesehen eine zweite Phospholipidmembran, die aber nicht nur aus Phospholipiden, sondern zusätzlich aus Lipid A und Polysacchariden besteht. Ein Lipoproteinkomplex verankert die Peptidoglycanschicht mit dieser "2. Membran".
Lipid A welches nur in G-en Zellen vorkommt ist ein Endotoxin, dass beim Absterben der Zelle freigesetzt wird und einen Schock auslösen kann. An den Lipid A Molekülen sind dann die Polysaccharide verandert, welche nochmal in Kernpolysaccharide und O-spezifische Saccharide unterteilt werden können.
Die Kernpolysaccharide sind u.a. Ketodesoxyoctanoat, Heptosen, Glucose, Galactose und N-Acetylglucosamin. Die O-Polysaccharide sind vorwiegend aus Galactose, Glucose, Rhamnose und Mannose aufgebaut.

Lipid A ist kein gewöhnliches Glycerinlipid wie der Name es einem glauben machen möchte. Die Fettsäuren sind hier durch Esteraminbindung an ein N-Acetylglucosaminphosphat-Disaccharid gebunden. Und dieses Disaccharid hängt wie schon erwähnt am Kernpolysaccharid.

Vor allem bei den pathogenen Mikrosorganismen wird häufiger erwähnt, dass es unterschiedliche Serovare gibt. Sie werden mit O oder H und einer Nummer gekennzeichnet. Damit sind die O-spezifischen Polysaccharide der Zellwand und die H-spezifischen Strukturen der Geißel gemeint. Je nachdem wie diese Zucker aufgebaut sind, können sie eine Krankheit auslösen oder nicht. es handelt sind sozusagen um Oberflächen"markierungen" die das Immunsystem "lesen" kann. Jede Zelle (auch menschliche) besitzt spezifische Oberflächenstrukturen, die dem Immunsystem signalisieren "Wir gehören zum Körper dazu" oder "Wir sind fremde Zellen und haben hier eigentlich nichts zu suchen".
Die Strukturen wirken also als Antigene.

Gram positive und negative Zellen können mithilfe zweier einfacher Tests unterschieden werden: Gram-Färbung und KOH-Test

Zellmembran[Bearbeiten]

Das Plasmalemma oder auch einfach Plasmamembran genannt, begrenzt den Protoplasten. Es handelt sich hier bei um eine Doppelschicht aus Phospholipiden, die sich jeweils mit dem hydrophilen Kopf nach außen ansortieren. Es gilt hier das fluid-mosaik-Modell, wonach die Membran sehr beweglich ist (ähnlich wie dichtgedrängte Tischtennisbälle an der Wasseroberfläche in einem Eimer). Die Membran ist semi-permeabel, d. h. sie ist für bestimmte Stoffe (z.B. Wasser) ungehindert durchlässig, für andere (z.B. Ca2+-Ionen) nur bedingt.

Starke Laugen, starke Säuren und Hitze verursachen Schäden. Der "fette" Anteil (=der Schwanz der Lipide schmilzt. Oberflächenaktive Stoffe (Tenside) lösen die Anziehungskräfte zwischen den Membranbausteinen.

Cytoplasma[Bearbeiten]

Das Cytoplasma ist die viskose Grundmasse des Protoplasten. Ca. 10 - 30% der Masse sind Proteine und Enzyme. Der pH-Wert ist leicht > 7. Viel K+, Wenig Ca2+ und Na+. Hier findet die Glycolye, die Bildung von Speicherlipiden, die Alkaloidsynthese und die Synthese von Nukleotiden, Saccharose und Aminosäuren statt.


Erbgut[Bearbeiten]

Die genetische Information der Bakterien liegt ringförmig im Cytoplasma. Bakteriengenome sind einfacher aufgebaut als die der Eukaryonten. Die komplexe Faltung und Abschirmung der eukaryontischen DNA im Zellkern, erlaubt der Zelle nur Teilbereiche der DNA abzulesen und wesentlich mehr Informationen auf wesentlich weniger Platz zu bündeln.

Plasmid[Bearbeiten]

Ein Plasmid ist ein kleines ringförmiges Stück DNA, welches die ganzen schönen Upgrades trägt. Bakterien können über die Pili genetische Informationen austauschen. So können z.B. Antibiotikarestitente Keime, über ein Plasmid, die wesentlichen Resistenzmerkmale weitergeben.


Ribosomen[Bearbeiten]

Die Ribosomen bestehen aus rRNA und Proteinen. Die in den freien Ribosomen gebildeten Proteine verbleiben meist im Cytoplasma.

Sporen[Bearbeiten]

Stellt eine Überlebensform von G+ Keimen dar. Sie ist kochfest und kann auch nach langanhaltender Dürre bei neuem Nahrungsangebot wieder auskeimen.

Sporenbildung

Die Sporenbildung ist ein einmaiger Prozess der Evolution. Nur Gram positive haben diesen komplizierten Prozess geschafft. Die Sporen werden in Dürreperioden gebildet. Bei zu schlechten Bedingungen stirbt die vegetative Zelle ab und die Spore bleibt übrig. Sollten sich die Bedingungen verbessern kann die Spore wieder auskeimen und eine vegetative Zelle entsteht. Die Sporen sind UV- und hitzestabiler als die vegetative Zelle.

Hier ein schematischer Überblick:

Sporenbildung.jpg
Sporen-Sporangium.png

Fimbrien[Bearbeiten]

Über Fimbrien die dicht auf den Mikroorgansimen verteilt sind, können sich diverse Mikroorganismengruppen an glatten Oberflächen anhaftet. Sie können so zum Beispiel bei ungenügender Reinigung eine Rückkontamination verursachen, da vor allem die unteren Schichten vor Reinigungs- und Desifektionsmittel mehr geschützt sind. Wenn nun erneut ein Produkt durch dieses Rohr gepumpt wird können sich Teile der Kolonien ablösen und in späteren Stellen des Rohres erneut anhaften.

Pili[Bearbeiten]

Über die Pili können Bakterienzelle "miteinander" komunizieren. Die Tauschen genetische Material in Form eines Plasmids aus. Die Pili bilden sozusagen die Brücke zwischen den Bakterien.

Geißeln[Bearbeiten]

Die Geißeln, auch Flagellum genannt, dienen den Bakterien zur Fortbewegung. Es gibt unterschiedliche Arten der Begeißelung:

  • monotrich: d.h. eine Geißel; also sind sie monopolar, den mit einem Antrieb kann man sich nur in eine Richtung bewegen. (Beispiel: Aeromonaden)
  • polytrich: d.h. mehrere Geißeln, die a) monopolar (Beispiel: Pseudomonaden) oder b) bipolar (Beispiel: Spirillum) oder c) peritrich, d.h. über das gesamte Bakterium verteilt, angeordnet sein können.


Begeisselungstypen.png

Die Proteine der Geißel werden auch als H-Antigene bezeichnet. Dies wird bei der Bezeichnung unterschiedlicher Serovare als Unterscheidungskriterium eingesetzt. Unterschiedliche H-Antigene reagieren mit unterschiedlichen Antikörpern.

Schleimhülle[Bearbeiten]

Sie bildet ein poröses Netz in dem die Zellen geschützt sitzen. Auch Biofilm genannt. Kefir-Kulturen haben zum Beispiel eine Schleimhülle.


Kapsel[Bearbeiten]

Manche Bakterien, v.a. Krankheitserreger, bilden Kapsel aus. Diese schützen sie vor dem Immunsystem des Wirts. Häufig bestehen diese Kapseln aus Zucker und Aminosäure-Verbindungen. Pathogene Keime mit Kapsel wären beispielsweise Pneumokokken oder A-Streptokokken.

Bakterienformen[Bearbeiten]

Bakterien können unterschiedliche Formen aufweisen:

  • Kokken: also klein und rund

und

  • Stäbchen: meistens lang, und dünn
Bakterienform.jpg


Aktive Beweglichkeit beurteilen[Bearbeiten]

Ob sich die untersuchten Keime aktiv bewegen kann man mit einem Deckglaspräparat überprüfen. Bewegt sich alles in eine Richtung, so wie ein Rudel Lemminge, dann handelt es sich nicht um aktive Bewegung. Unterhalb des Deckgläschens wirken Kapillarkräfte, die für eine Strömung sorgen.
Aktive Bewegung zeigt sich durch viele verschiedene Bewegungsrichtungen.
Bewegt sich eine beobachtete Bakterienzelle in eine Richtung, kann man von einer Geißel ausgehen. Zeigen sich jedoch trudelnde und rotierende Bewegungen, so sinds min. 2 Geißeln.
Pseudomonaden und Aeromonaden zeigen im Deckglaspräparat die sog. Mückenschwarmbewegung. Und es sieht tatsächlich unter dem Mikroskop so aus als hätte man sich einen Schwarm Mücken an einem Sommerabend vom See geklaut.
Coliforme Keime purzeln eher durchs Bild, wie eine umkippende Kartoffelkiste.

Weiterführende Literatur[Bearbeiten]

Weber, Herbert (2010)
Mikrobiologie der Lebensmittel : Grundlagen
Verlag: Behr, 9. Aufl.
Gebundene Ausgabe: 756 S.
ISBN-13: 978-3899474473