Mikroorganismen: Protisten & Bakterien

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2.4Mikroorganismen
  2.4.1Allgemeines
  2.4.2Protisten
  2.4.3Bakterien,
Allgemeines
2.4.3.2
Einteilung der Bakterien;
2.4.3.3 Taxonomie; 2.4.3.4
Stoffwechsel, 2.4.3.5 Antibiotikaproduktion
2.4.3.6
Wachstum
und Kultivierung, 2.4.3.7 Sterilisation;
2.4.3.8 Bemerkenswerte pathogene
Bakterien
2.4.4Viren
2.5Biotechnologie
  2.5.1Apfelwein und seine Herstellung
  2.5.21Käseherstellung
Glossar Dissimilation und Mikroorganismen

 

2.4 Mikroorganismen
(Teil1)
2.4.1 Allgemeines

 

Die Mikrobiologie ist die Lehre von den Mikroorganismen.
Darunter versteht man entweder


1
Protisten
( manchmal auch Protoctista genannt) als einzellige, eukaryontische
Organismen
Algen, Pilze und Protozoen

2
Prokaryonten
Bakterien, Archäbakterien

3
nicht zelluläre
Partikel
Viren

Die ersten Mikroorganismen wurden zusammen mit der Entwicklung
der Mikroskope im 17. Jahrhundert entdeckt. R.
Hooke
und A. Leeuvenhoek
haben die ersten Bakterien und Protisten beschrieben, E.
Jenner
beschäftigte sich mit Pocken.
L. Pasteur ( Hefe, Bakterien,
Viren) und R. Koch (Tuberkulose,
Cholera) legten in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts den Grundstein
für die moderne Mikrobiologie.

Genaueres zur Geschichte findet man in den weiterführenden
Quellen.

Man kann alle Organismen in 5 Reiche einteilen:

Reich

Organismen


1

Monera

Bakterien und Cyanobakterien (= Blaualgen)

2

Protista

einzellige Eukaryonten

3

Plantae

Pflanzen

4

Fungi

Pilze

5

Animalia

Tiere


Wir wollen uns hier nur die Protisten,
Bakterien
und
Viren
genauer ansehen. Viren wurden kurz im
Biokurs Klasse 11 vorgestellt und werden auch
im Biokurs Klasse 13 näher behandelt.

Bezüglich ihres Zelltyps kann man die Organismen
in Prokaryonten und Eukaryonten einteilen. Der Aufbau der beiden Zelltypen
wurde hier vorgestellt. Nachfolgend sind Besonderheiten
der Prokaryonten (Bakterien) und eukaryontischen Einzellern (Protisten)
gegenübergestellt:


Prokaryonten

Einzellige Eukaryonten (Protisten)

ringförmige DNA

mehrere DNA-Fäden als Chromosomen

keine Mitose und Meiose

Mitose und Meiose

die Variabilität (Formenvielfalt) basiert hauptsächlich
auf Mutation

Variabilität basiert auf Mutation und Rekombination

extreme Stoffwechselvielfalt

uniformer Stoffwechsel

einige fixieren N2

keine N-Fixierung

wenig Zellorganelle

viele Zellorganelle

Zellgröße < 1-5 mm

Zellgröße oft 10 -100 mm

 

Erklärung einiger Begriffe:
(siehe Biologiekurs Klasse
13
)

Mitoseungeschlechtliche
Zellteilung mit Kernteilung bei Eukaryonten; Produkte: 2 genetisch
identische Zellen; z. B. bei Verletzung der Haut oder Wachstum
MeioseZellteilung
in den Geschlechtsorganen der Vielzeller; Produkte: Geschlechtszellen
Eizelle und Sammenzellen
Mutationsprunghafte
Erbänderung; z. B. Erbkrankheiten beim Menschen
Rekombinationgenetisch
unterschiedliche Individuen produzieren Gameten, es kommt zur Verschmelzung
der Erbinformation und Neukombination des Erbgutes, genetisch andersartige
Nachkommen entstehen

2.4.2 Protisten

Die Protisten umfassen mehr als 60 000 Arten. Man kann
sie in

1

Pflanzenähnlich Algen( Phycophyta) (autotroph)

2

Tierähnlich Protozoen (heterotroph)

3

Pilzähnlich Pilze (heterotroph)

einteilen.

Protophyta (einzellige Algen)

Die einzelligen Algen werden in 7
(-10) Stämme eingeteilt (siehe hier).
Hier ein Beispiel aus dem Stamm der Chlorophyta, Klasse der Gamophyceae,
Ordnung der Zygnematales:

Chlorophyta (Grünalgen)

Staurastrum lebt
als Plankton in Süßwasserseen. Diese einzelligen Algen haben
unterschiedlich sternförmige Zellen mit entsprechend geformten Chloroplasten.
Es gibt über 800 Arten rund um den Globus.

Cryptophyta (Flagellaten)

Rhodomonas ist eine meist rot gefärbte, begeißelte,
einzellige Alge in Süß- und Salzwasser. Sie besitzt Phycoerythrin
in den Chloroplasten.

Neben den Grünalgen, Rotalgen und Cryptophyta gibt
es:

Dinoflagellaten

Dinoflagellaten haben
Zellulosewände und besitzen interessante Formen. In der Nahrungskette
der Ozeane spielen Sie als Phytoplankton eine wichtige Rolle. Einige sind
an der Enstehung von roten Algenteppichen im Zusammenhang mit der Meereverschmutzung
an Küsten beteiligt und können Neurotoxine bilden. Andere Arten
haben die Fähigkeiten der Photosynthese verloren, sind Endosymbionten
oder spielen in der Nahrungskette der Korallenriffe eine Rolle.

Diatomeen

Diatomeen (Gold-braune
Algen, Abteilung Bacillariophyta) besitzen glasähnliche Zellwände
aus Silikat und produzieren Öltröpfchen, um in der Schwebe zu
bleiben. Als Phytoplankton sind sie Bestandteil der Nahrungketten in Meeren
und Seen. Sie pflanzen sich meist asexuell fort. Diatomeenerde wird für
Filter- und Chromartographiezwecke verwendet.

Protozooen (einzellige Tiere)

Die Protozooen
sind eine sehr heterogene Gruppe mit über 35 Stämmen u. a. die

Rhizopoda
(Wurzelfüßler)

wie z. B. die Amoeben (Wechseltierchen)

Bewegung mit Pseudopoden (Scheinfüßchen),
und kontraktiler Vakuole; Nahrungsaufnahme durch Phagozytose; keine Meiose.

Ciliophora

Ciliata (Wimpertierchen)
wie z. B. Paramecium (Pantoffeltierchen) mit vielen Geißeln
(Wimpern), Makro-und Mikronukleus. Paramecien besitzen im gegensatz zu
den Amöben eine feste, jedoch elastische Gestalt. Der Großkern
reguliert den Zellstoffwechsel, der Kleinkern trägt die genetische
Information. Die Wimpern des Mundfelds strudeln die Nahrung herbei. Sie
wird durch den Zellmund in die Nahrungsvakuole aufgenommen.

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Foraminifera

Foraminifera sind
Einzeller mit porösen Kalkschalen durch die, Cytoplasmastränge
gehen. Aus den Kalkgehäusen ist der Kalkstein entstanden. Da sie
eine jahrmillionen Jahre alte Organismengruppe sind, werden die fossilen
Kalkschalen zur Altersbestimmung von Sedimenten und Rekonstruktion von
Klimadaten benutzt.

Foramin

Apicomplexa

Apicomplexa wie
z. B. Plasmodium spec. (Malariaerreger) sind sporenbildene, parasitische
Einzeller mit kompliziertem Lebenszyklus in mehreren Wirten:

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Zoomastigophora
(= Zooflagellaten)

wie z. B. Trypanosoma
gambiense (Erreger der afrikanischen Schlafkrankheit) mit ein oder mehrern
Geißeln. Einige leben parasitisch mit kompliziertem Lebenszyklus.

PilzähnlicheProtisten

Neben Hefen (siehe hier) als
echte Pilze aus dem Stamm der Ascomycetes
gibt es die

Myxomycota

Myxomycota sind plasmodiale
Schleimpilze wie z. B. Physarum
Sie bestehen grundsätzlich aus einer großen Zelle mit tausenden
von Kernen (Plasmodium). Sie entstehen, wenn viele begeißelte Zellen
zusammenschwärmen und verschmelzen.

Acrasiomycota

Acrasiomycota
(zelluläre Schleimpilze) z.B. Dictyostelium
spec.
bleiben die meiste Zeit ihres Lebens eine Zelle; auf ein
chemisches Signal hin schwärmen sie zusammen und bilden ein Aggregat.

dictyos

Zum Stamm der Monera gehören auch die Bakterien.

2.4.3 Bakterien

2.4.3.1 Allgemeine Bemerkungen

Bakterien sind Prokaryonten. Diesen Zelltyp haben wir
schon in der Klasse 11 kennengelernt. Die Zusammenstellung oben
gibt nochmals über einige Eigenschaften Auskunft.

Zellaufbau
Fast alle Prokaryonten besitzen eine Zellwand,
jedoch nicht aus Zellulose und Holz. sondern aus Murein
( Peptidoglycan = Polysaccharidderivat) oder anderen Stoffen. Einige
besitzen außen um die Zellwand eine Schleimkapsel. Man unterscheidet
gram + (positive) und gram – (negative) Bakterien. Diese unterscheiden
sich durch den Aufbau der Zellwand. Bei den gram + Bakterien liegt außen
auf der Membran ein mehrschichtige Mureinschicht, in die sich der GRAM-Farbstoff
einlagert.

bakt3

Außer der Plasmamembran gibt es
keine anderen membranumhüllten Zellorganelle. Die einzigen sind
die Ribosomen, jedoch kleiner wie
in Eukaryonten. Bakterien besitzen neben einem DNA-Ring
als Erbinformation und noch einige kleinere DNA-Ringe, Plasmide genannt.
Viele Bakterien können Sporen
bilden, das sind Überdauerungsorgane im Cytoplasma, die bei ungünstigen
Außenbedingungen gebildet werden und Millionen von Jahren überdauern
können. Bewegung Bakterien
bewegen sich durch Geißeln (= Flagellen)
aus Protein.

Bezüglich ihrer Bedeutung für den Menschen
sind ca. 90% nützlich für den Menschen, 10% pathogen.

Nützlichkeit:

  • N2-Fixierung
    aus der Atmosphäre (78%) —->Pflanze —–> Tier
  • Destruenten in der
    Biosphäre
    , Recycling der Stoffe toter Organismen
  • Symbiose im Verdauungstrakt, liefern Vitamine
  • Verwendung in der Lebensmittelherstellung (Yoghurt,
    Sauerkraut, Gärung)
  • genetisch manupulierte Bakterien produzieren Insulin,
    Interferon und andere Stoffe
  • Agrobacterium dient als Überträger von
    Genen in Pflanzen

Pathogenität:
Bakterien rufen u.a. Lungenentzündung,
Typhus, Geschlechtskrankheiten, Hirnhautentzündung und Fleischvergiftung
beim Menschen und pflanzliche Krankheiten hervor.

Vermehrung:
Bakterien vermehren sich asexuell durch Zweiteilung.
Bei E.Coli (

Abb. 50) dauert
diese 20 Minuten, bei
Mycobacterium
tuberculosis
20 Stunden.

Verbreitung:
Man findet sie praktisch in allen Bereichen: Boden,
Meer, Eis, Tiefsee, Salz, Vulkane, im Verdauungstrakt der Tiere, auf der
Haut, in Köperöffnungen. Sie sind neben den Insekten die eigentlichen
Herrscher dieser Erde. Sie existieren seit ca. 3,5 x 109 Jahren.
Ihre Individuenzahl übersteigt jede Vorstellung:

2.4.3.2 Einteilung der Bakterien

a) nach Morphologie (Gestalt):

Man findet runde, stäbchenförmige
und geschraubte Zellformen. Rundliche
Bakterien bezeichnet man als Coccen.
Sie können in linearen Kolonien vorkommen (Streptococcen Abb.
50
) oder haufenförmig (Staphylococcen).

Stäbchenförmig
sind Pneudomonaden wie Mycobacterium tuberculosis oder alle Bacillen
und z.B. E.Coli, das Darmbakterium der Säugetiere.

Rechts ist der Endoparasit Campylobacter
jejuni
zu sehen, ein spiralförmiges
Bakterium, das Durchfall, Bauchschmerzen und Fieber hervorruft.


Abb. 38

Anton v. Leeuvenhoek
(1632 – 1723)

leuvenh
Einer der Erfinder des Mikroskops

 

 

 


Abb. 39
 

Robert Koch (1843 – 1910)

 

koch

Nobelpreis 1905


Abb. 40

Louis
Pasteur (1822 – 1895)

pasteur

 

 

 


Abb. 41

Grünalge

 

Staurast

Staurastrum spec.

 


Abb. 42

Flagellat

rhodom

Rhodomonas salina

 


Abb. 41

Dinoflagellat

Spinifer

Dinoflagellaten-Cyste von Spiniferites

 


Abb. 42

Diatomeen


cystelli
 

 

Cyclotella stelligera

 


Abb. 43

Amöben


_amoeba
 

 

Entamoeba histolytica ruft Montezumas Rache hervor

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 44

Pantoffeltierchen

 

 

Paramecium (Pantoffeltierchen)

 


Abb. 45

Malariaerreger

plasmod3

Eine Plasmodium-Infektion ruft beim
Mensch die lebensgefährliche Krankheit Malaria hervor. Diese
gehört zu den am häufigsten verbreitete Krankheiten.

Malaria ist in tropischen Gegenden der Erde weit
verbreitet. Weltweit erkanken jährlich nach Schätzungen
der Weltgesundheits-organisation (WHO) etwa 110 Millionen Menschen
und bis zu 2,7 Millionen sterben daran. Jährlich tretn in Europa
ca. 12.000 Fälle auf. Gegen Malaria gibt
es keine Impfung.

malarie

 

 


Abb. 46

Trypanosoma
gambiense

_sarco03

Trypanosomen im Blut

trypanos

 

 


Abb. 47

Physarum

Pilzplas

 


Abb. 48

Dictyostelium

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 49

Zellaufbau
von Bakterien

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 50

Escherichia
Coli

ecoli91

mycotu

strth

cmpje6

 

 

Weiterführende
Quellen:
Glossar der Mikrobiologiehttp://www.bio.umass.edu/micro/index.html
Protistenhttp://megasun.bch.umontreal.ca/protists/protists.html
Grundlagen der Mikrobiologiehttp://kufacts.cc.ukans.edu/~micro/

http://www.bact.wisc.edu/Bact330/330Lecturetopics
http://medic.med.uth.tmc.edu/path/00001450.htm
Diatomeenhttp://www.indiana.edu/~diatom/diatom.html
Pathogene Bakterienhttp://vm.cfsan.fda.gov/~mow/intro.html
Nützliche Bakterien:http://trishul.sci.gu.edu.au/courses/ss12bmi/micro_groups/
Cyanobakterienhttp://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/cyanolh.html
Dinoflagellatenhttp://fig.cox.miami.edu/~161hon3/temp6.htm
Foraminiferenhttp://www.nmnh.si.edu/paleo/foram/
Plasmodiumhttp://www.biosci.ohio-state.edu/~parasite/plasmodium.html
Schleimpilzehttp://www.ucmp.berkeley.edu/protista/slimemolds.html
Nobelpreis-Archiv http://www.almaz.com/nobel/nobel.html
Anton v. Leeuvenhoekhttp://www.microscopy.fsu.edu/optics/timeline/people/leeuwenhoek.html
Trypanosomen – Lebenszyklushttp://www.dpd.cdc.gov/dpdx/images/ParasiteImages/S-Z/TrypanosomiasisAfrican/AfrTryp_LifeCycle.gif
Malariahttp://www.cdc.gov/malaria/
Physarum../../../../www.bio.utexas.edu/faculty/laclaire/bot321/handouts/PHYSARLH.jpg
Dictyosteliumhttp://www.nature.com/nature/journal/v408/n6815/fig_tab/408917a0_F1.html
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