Wie stabilisieren die extrem acidophilen, zellwandlosen Euryarchaeota der Gattung Thermoplasma ihre Cytoplasmamembran?
Die Stabilisierung der Cytoplasmamembran bei Thermoplasma erfolgt mithilfe spezieller Lipopolysaccharide, den Lipoglykanen, die anders als die Lipopolysaccharide gramnegativer Bacteria kein Lipid A und auch keine Phosphatgruppe enthalten.
Was können nur methanogene Euryarchaeota? Welche Spurenelemente benötigen sie dafür?
Methanogene Euryarchaeota sind die einzigen Lebewesen, die verschiedene Energiesubstrate, z.B. CO2, Methanoloder Acetat, zu Methan reduzieren können. Dieser Prozess ist strikt anaerob und erfordert als essentielle Spurenelemente Eisen, Kobalt und Nickel.
Wodurch sind Haloarchaea gekennzeichnet?
Haloarchaea benötigen NaCl-Konzentrationen von mindestens 9%, viele auch deutlich höhere. Ihre Zellwände tragen besonders viele saure Aspartat- und Glutamatreste, an die sich Na+-Ionen zur Stabilisierung anlagern. Zum Schutz vor Dehydrierung reichern sie mithilfe von kompatiblen Soluten K+-Ionen im Zellinneren an, die auch die Cytoplasmamembran stabilisieren. Bei Sauerstofflimitierung konservieren sie lichtabhängig Energie mithilfe des Pigmentes Bakteriorhodopsin.
Welche Besonderheiten findet man bei hyperthermophilen Crenarchaeota als Anpassung an die extremen Temperaturen ihres Lebensraums?
Zur besseren Stabilisierung der Cytoplasmamembran sind die Seitenketten der Etherlipide bei vielen hyperthermophilen Crenarchaeota kovalent verbunden, sodass sie eine hitzestabilere Lipidmonoschicht bilden. Essentielle Proteine werden durch eine spezielle Faltung stabilisiert, die durch ein spezielles Chaperon, das Hitzeschockprotein Thermosom, aufrechterhalten wird. Die DNA wird durch Solute, spezielle DNA-Bindeproteine oder eine positive Überspiralisierung durch die Reverse Gyrase stabilisiert.
Wo leben viele hyperthermophile Crenarchaeota und in welchem Bereich liegt die optimale Wachstumstemperatur?
Viele hyperthermophile Crenarchaeota leben in den Schwarzen und Weißen Rauchern in der Tiefsee oder in Solfataren bei Temperaturen von optimal 75 bis 105°C.
Viele Archaea sind hyperthermophil. In welchen Entwicklungslinien der Archaea wurden auch psychrophile Mitglieder gefunden?
In den Entwicklungslinien Crenarchaeota und Euryarchaeota wurden durch Metagenomanalysen entsprechender Habitate auch (bisher nicht kultivierte) marine psychrophile Mitglieder gefunden.
Was haben Rickettsien mit Chlamydien gemeinsam?
Beide sind obligate Zellparasiten (Ausnahme bei den Rickettsien nur Rochlimaea).
Wie wächst die Hülle, von der Scheidenbakterien umgeben sind? Hat sie bei allen Scheidenbakterien ausschließlich die Funktion, die Zellen zu schützen und zusammen zu halten?
Die Umhüllung (Scheide) von Scheidenbakterien wächst nur jeweils an den Enden. Bei Leptothrix enthält die Hülle ein Mn2+ oxidierendes Enzym.
Wie reagieren Myxobakterien auf Nährstoffmangel?
Bei Nährstoffmangel aggregieren zahlreiche Zellen von Myxobakterien unter Mitwirkung von Typ-IV-Pili und bilden einen gestielten Fruchtkörper aus. Die Zellen des Fruchtkörpers differenzieren sich zu Myxosporen, die unter geeigneten Bedingungen wieder zu vegetativen Zellen auskeimen.
Welche Besonderheit findet man im Entwicklungszyklus von Caulobacter crescentis?
Durch asymmetrische Zellteilung entstehen im Entwicklungszyklus von Caulobacter crescentis zwei unterschiedliche Tochterzellen: eine sessile Stielzelle und eine begeißelte Schwärmerzelle, die nach einiger Zeit ebenfalls zu einer sessilen Stielzelle wird.
Was sind Coccobacilli?
Als Coccobacilli werden einige gramnegative Kokken bezeichnet, deren Form bei jungen Zellen eher stäbchenförmig ist und erst später kokkoid wird.
Beschreiben Sie den Entwicklungszyklus von Bdellovibrio bacteriovorus!
Bdellovibrio bacteriovorus ist ein Bakterienparasit von Pseudomonaden und Enterobakterien. Nach dem Eindringen des begeißelten Parasiten in den periplasmatischen Spalt wächst er auf Kosten der Wirtszelle zu einem langen Filament heran, das immer größeren Raum innerhalb der Wirtszelle beansprucht. Anschließend schnüren sich wirtsabhängig bis zu 30 Tochterparasiten ab, die jeweils eine Geißel ausbilden und durch Lyse der Wirtszelle freigesetzt werden.
Welche beiden pathogenen Gattungen der Enterobakterien sind phylogenetisch sehr eng mit E. coli verwandt?
Die Gattungen Shigella und Salmonella sind nach phylogenetischen Kriterien (Hybridisierungsrate) so eng mit E. coli verwandt, dass sie eigentlich derselben Gattung (Shigella) bzw. Spezies (Salmonella) zugeordnet werden müssten, worauf wegen der erforderlichen eindeutigen medizinischen Diagnostik verzichtet wird.
Die Enterobakterien bilden eine sehr große Gruppe innerhalb der Proteobacteria. Welche beiden Fermentationstypen lassen sich bei Enterobakterien unterscheiden?
Bei Enterobakterien unterscheidet man die "Gemischte Säuregärung", z.B. von E. coli, und die "Butandiol-Gärung", z.B. bei Enterobacter.
Pseudomonaden können wie die grampositiven Clostridien zahlreiche Zucker und Aminosäuren als Energiesubstrate nutzen. Wodurch unterscheidet sich ihr Energiestoffwechsel jedoch grundsätzlich von dem der Clostridien?
Während Clostridien keine Elektronentransportkette besitzen und ihre Energiesubstrate stets fermentieren, bauen Pseudomonaden die Energiesubstrate über aerobe oder anaerobe Atmung ab, niemals fermentativ.
Wonach werden freilebende und symbiontische Stickstofffixierer unterschieden?
Nach der Lebenssituation, in der sie den Nitrogenase-Komplex ausbilden und Stickstoff fixieren: Symbiontische fixieren nur dann molekularen Stickstoff, wenn sie in Symbiose oder assoziiert mit bestimmten Pflanzen leben, die dann häufig auch für den Schutz der sauerstoffempfindlichen Nitrogenase sorgen.
Welche beiden Gruppen werden innerhalb der Essigsäurebakterien unterschieden?
Man unterscheidet Überoxidierer, die einen vollständigen Citratzyklus besitzen und Ethanol vollständig zu CO2 oxidieren können, und Unteroxidierer, deren Citratzyklus unvollständig ist, sodass sie diese vollständige Oxidation nicht durchführen können.
Ist die „Essigsäuregärung“ eine Gärung wie die Milchsäure- oder die alkoholische Gärung?
Im Unterschied zu wirklichen Gärungen ist die "Essigsäuregärung" ein aerober Prozess, bei dem Alkohol zu Essigsäure oxidiert wird.
Inwiefern kann der Energiestoffwechsel von Sufat- und Schwefel reduzieren Schäden verursachen?
Sulfat- bzw. Schwefelreduzierer erzeugen in ihrem Energiestoffwechsel große Mengen an toxischem H2S, was zu unmittelbaren Vergiftungen führen kann und korrodierend auf Metallteile, z.B. in Stützbauwerken, wirkt.
Was versteht man unter Typ-I-Methanotrophen und Typ-II-Methanotrophen und wie unterscheiden sie sich in ihrem Stoffwechsel?
Die Unterscheidung erfolgt anhand der Form der internen Membranen (Typ I: flache Scheiben in der Zelle verteilt; Typ II: Anordnung in peripheren Schichten). Typ-I-Methanotrophe sind obligat methylotroph, haben einen unvollständigen Citratzyklus und assimilieren C1-Komponenten über den Ribulosemonophosphatweg, Typ-II-Methanotrophe haben einen vollständigen Citratzyklus und assimilieren C1-Komponenten über den Serinweg.
Was besitzen viele nitrifizierende und methanotrophe Proteobacteria?
Interne Membranen, in denen bei nitrifizierenden Proteobacteria (z.B. Nitrosomonas u. Nitrobacter) die Ammoniak-Monooxygenase und die Nitrit-Oxidase lokalisiert sind, bei methanotrophen die Methan-Monooxygenase.
Wie wird der acidophile Schwefeloxidierer Acidithiobacillus ferrooxidans biotechnologisch genutzt?
Acidithiobacillus ferrooxidans wird im Metallerzabbau zur Umsetzung unlöslicher Metallsulfide wie Kupfersulfid zu löslichen Sulfaten genutzt.
Was haben chemolithotrophe Proteobacteria gemeinsam?
Chemolithotrophe Proteobacteria verwenden einen anorganischen Elektronendonor wie H2, H2S, S0, NH4+,NO2- oder Fe2+ und stammen aus den Ordnungen Alpha-, Beta-, Gamma- und Epsilon-Proteobacteria. Viele sind auch autotroph.
Welche Gruppe der Proteobacteria ist phototroph?
Purpurbakterien sind phototrophe Proteobacteria, sie gehören zu den Alpha-, Beta- oder Gamma-Proteobacteria. Ihre Photosynthese ist anoxygen, sie besitzen die Bakteriochlorophylle a und b sowie Carotinoide als Photosynthesepigmente.
Bifidobakterien dominieren die Darmflora gestillter Säuglinge. Welche Besonderheit weist ihr Energiestoffwechsel auf?
Bifidobakterien bauen Glucose im Verhältnis 3:2 zu Lactat und Acetat ab und synthetisieren dabei 2,5 ATP pro Glucose. Schlüsselenzym dieser Bifidobacterium-Gärungist eine Phosphoketolase.
Welche wichtigen Vertreter der Gattung Corynebacterium kennen Sie?
. diphtheriae ist der Erreger der Diphtherie, C. glutamicum wird als Produktionsstamm für Glutamat und andere Aminosäuren genutzt.
Welche Besonderheiten findet man bei Streptomyceten?
Streptomyceten wachsen ähnlich wie Pilze als Mycel, sie haben lineare, sehr große Genome und sind häufig Produzenten von in der Humanmedizin genutzten Antibiotika.
Wo leben die zu den Actinobacteria gehörenden Propionsäurebakterien und welche Rolle spielen sie bei der Käseherstellung?
Propionsäurebakterien leben im Pansen (Labmagen) von Wiederkäuern. Bei der Labzugabe zur Käseherstellunggelangen die Bakterien in den Käse und sorgen durch die Umsetzung von Milchsäure zu Propionsäure und CO2 für den typischen Geschmack und die Löcher des Schweizer Emmentalers.
Welche Besonderheit kennzeichnet innerhalb der Entwicklungslinie Firmicutes die Ordnung Mollicutes, zu der beispielsweise die Mycoplasmen gehören?
Mollicutes besitzen keine Zellwand aus Peptidoglykan. Bei einigen Mitgliedern enthält die Cytoplasmamembran Sterole, die aus der Umgebung aufgenommen werden.
Aufgrund welcher Eigenschaft unterscheidet man homofermentative und heterofermentative Milchsäurebakterien?
Milchsäurebakterien gehören zu den Firmicutes und vergären Zucker zu Milchsäure. Homofermentative bauen Zucker über die Glykolyse ab und bilden als Vergärungsprodukt ausschließlich Milchsäure, heterofermentative bauen Zucker über den Phosphoketolaseweg ab und bilden zu gleichen Teilen auch Ethanol und CO2.
Wodurch sind Clostridien gekennzeichnet?
Clostridien sind anaerobe Sporenbildner, sie besitzen keine Atmungskette, sondern fermentieren Kohlenhydrate oder Amonisäuren pH-abhängig zu Säuren oder Alkoholen. Manche Arten fermentieren Aminosäuren als Paar, wobei die eine als Elektronendonor und die andere als Elektronenakzeptor dient. Einige Clostridien sind Stickstofffixierer, einige sind pathogen.
Aufgrund welcher Eigenschaft werden grampositive Bacteria den Entwicklungslinien „Firmicutes“ oder „Acinobacteria“ zugeordnet?
Die Entwicklungslinie Firmicutes umfasst grampositive Bacteria mit niedrigem GC-Gehalt, die der Acinobacteria grampositive Bacteria mit hohem GC-Gehalt.
Was ist charakteristisch für die Photosynthese der Cyanobacteria? Wie heißt der Speicherstoff der Cyanobacteria und woraus besteht er?
Cyanobacteria betreiben oxygene Photosynthese mit zwei Photosystemen und (mit einer Ausnahme) Chlorophyll a als photosynthetisch aktivem Pigment. Damit unterscheiden sie sich von allen anderen phototrophen Prokaryoten, die keine Chlorophylle, sondern Bakteriochlorophylle besitzen und deren Photosynthese anoxygen ist. Cyanobacteria synthetisieren als Speicherstoff Cyanophycin, ein Copolymer aus Arginin und Aspartat.
Warum wurden Chlamydiae früher fälschlich für große Viren gehalten und warum gehören sie zu den Bacteria?
Chlamydiae sind obligate Zellparasiten, besitzen kein Peptidoglykan (jedoch die Gene dafür) und nur geringe physiologische Fähigkeiten. Anders als Viren besitzen sie jedoch DNA und RNA. Ihre Proteinsynthese erfolgt wie bei anderen Prokaryoten an 70S Ribosomen, sie sind daher im Unterschied zu Viren empfindlich gegenüber Antibiotika, deren Ziel prokaryotische Ribosomen sind. Aufgrund dieser Eigenschaften sind sie eindeutig Prokaryoten und bilden eine eigene Entwicklungslinie der Bacteria.
Welche Gattung war Namensgeber für die Entwicklungslinie Bacteroidetes und welche Bedeutung hat diese Gattung in der menschlichen Darmflora?
Namensgeber für die Entwicklungslinie Bacteroidetes war die Gattung Bacteroides, die mit 1011 Zellen pro Gramm Stuhl die größte Gruppe der menschlichen Darmflora ist.
Wie bewegen sich Spirochaeten? Gibt es humanpathogene Arten?
Spirochaetes bewegen sich mithilfe von Endoflagellen, die ein Axialfilament bilden. Ihre Rotation bewirkt die charakteristische Schraubenbewegung. Humanpathogene Spirochaetes sind Treponema pallidum (Syphilis), Borrelia burgdorferi (Borreliose) und verschiedene Leptospiren. Spirochaetes bewegen sich mithilfe von Endoflagellen, die ein Axialfilament bilden. Ihre Rotation bewirkt die charakteristische Schraubenbewegung. Humanpathogene Spirochaetes sind Treponema pallidum(Syphilis), Borrelia burgdorferi (Borreliose) und verschiedene Leptospiren. Spirochaetes bewegen sich mithilfe von Endoflagellen, die ein Axialfilament bilden. Ihre Rotation bewirkt die charakteristische Schraubenbewegung. Humanpathogene Spirochaetes sind Treponema pallidum (Syphilis), Borrelia burgdorferi(Borreliose) und verschiedene Leptospiren. Spirochaetesbewegen sich mithilfe von Endoflagellen, die ein Axialfilament bilden. Ihre Rotation bewirkt die charakteristische Schraubenbewegung. Humanpathogene Spirochaetes sind Treponema pallidum (Syphilis), Borrelia burgdorferi (Borreliose) und verschiedene Leptospiren.
Wodurch ist Deinococcus radiodurans, ein Mitglied der Entwicklungslinie Deinococcus-Thermus, gekennzeichnet?
Deinococcus radiodurans ist ungewöhnlich resistent gegenüber radioaktiver Strahlung. Ursache sind einige Besonderheiten der Zellen: Die komplexe, mehrschichtige Zellwand ist zusätzlich von einer äußeren Membran umgeben. Die DNA-Reparatur arbeitet besonders effizient. In nicht teilungsaktiven Zellen liegt das Genom besonders stabil organisiert in vierfacher Ausfertigung vor, was die Reparatur geschädigter DNA durch Rekombination zwischen benachbarten Strängen begünstigt.
Worauf geht der deutsche Name der Chlorobi „Grüne Schwefelbakterien“ zurück? Beschreiben Sie die Lebensweise der Mitglieder dieser Entwicklungslinie!
Chlorobi tolerieren relativ hohe Konzentrationen an H2S, das ihnen als Elektronendonor dient, darauf bezieht sich ihr deutscher Name. Alle bisher kultivierten Mitglieder der Chlorobi sind obligat phototroph und strikt anaerob, sie fixieren CO2 über den reduktiven Citratzyklus. Sie besitzen Gasvakuolen und Chlorosomen und lagern elementaren Schwefel als Zwischenprodukt extrazellulär. Einige bilden Konsortien mit chemoorganotrophen Bakterien.
Wie heißt die älteste phototrophe Entwicklungslinie? Welchen besonderen Weg der CO2-Fixierung besitzt diese Linie?
Die älteste phototrophe Entwicklungslinie sind die Chloroflexi (Schwefelfreie Grüne Bakterien). Sie betreiben anoxygene Photosynthese, besitzen die Bakteriochlorophylle a und (meist) c und fixieren CO2 über den Hydroxypropionatweg.
Welche sind die drei ältesten phylogenetischen Entwicklungslinien der Bacteria und was kennzeichnet sie?
Die ältesten phylogenetischen Entwicklungslinien der Bacteria sind Aquificae, Thermodesulfobacteria und Thermotogae. Ihre Mitglieder sind hyperthermophil und wachsen chemolithotroph oder chemoorganotroph.
Welche der drei Domänen besitzt nur eine einzige RNA-Polymerase und wie macht man sich diese Tatsache zunutze?
Die Bacteria besitzen nur eine RNA-Polymerase, bei Archaea und Eukarya existieren mehrere. In der Medizin macht man sich die Einzigartigkeit der Bacteria-RNA-Polymerase diagnostisch und therapeutisch zunutze, z.B. bei der Therapie von bakteriellen Krankheiten mit RNA-Polymerase-Hemmern (Rifampicin bei Tuberkulose).
Was versteht man unter „evolutionärer Distanz“?
Die "evolutionäre Distanz" ist ein Maß für den Zeitraum, in dem sich zwei von einem gemeinsamen Vorfahren abstammende Organismen voneinander getrennt entwickelt haben. Sie wird aus dem Prozentsatz der Sequenzunterschiede ihrer 16S (18S)rRNA berechnet und grafisch als Länge der Verzweigungen zwischen zwei Organismen dargestellt.
Inwiefern bestätigt der aus den 16S-(18S)rRNA-Analyse-Daten erstellte Stammbaum der drei Urreiche die Endosymbiontentheorie?
Inwiefern bestätigt der aus den 16S-(18S)rRNA-Analyse-Daten erstellte Stammbaum der drei Urreiche die Endosymbiontentheorie?
Was versteht man unter „Signatursequenzen“ und wozu dienen sie?
Signatursequenzen sind kurze Oligonucleotidsequenzen oder einzelne Basen an definierten Positionen der 16SrRNA bzw. der 18S rRNA, die allen Mitgliedern einer Domäne oder eines Taxons innerhalb einer Domänegemeinsam sind. Anhand dieser Signatursequenzen können unbekannte Mikroorganismen mithilfe vongeeigneten rRNA-Sonden eingeordnet bzw. identifiziert werden. Mit der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) kann sehr schnell die Identifizierung an ganzen Zellen durchgeführt werden, was z.B. für die medizinische Diagnostik wichtig ist.
Wie hoch ist die Rate der Sequenzunterschiede der 16S (18S) rRNA bei Organismen derselben Art bzw. derselben Gattung?
Die Rate der Sequenzunterschiede der 16 (18)S rRNA liegt bei Organismen derselben Art unter 3%, bei solchen derselben Gattung unter 5%.
Warum eignet sich die 16S-rRNA-Analyse (bzw. 18S rRNA bei Eukaryoten) für die phylogenetische Einordnung von Organismen?
Die 16S rRNA bzw. 18S rRNA ist Bestandteil der Ribosomen von Prokaryoten bzw. Eukaryoten, die entwicklungsgeschichtlich sehr alt und in allen fraglichen Organismen vorhanden sind. Die Sequenz der 16S rRNA (18S rRNA) hat sich im Verlauf der Evolution durch Mutationen verändert, deren Anzahl sich proportional zu der Zeitspanne erhöht, in der sich, ausgehend von einem gemeinsamen Vorfahren, zwei Organismen unabhängig voneinander entwickelt haben. Auf der anderen Seite gibt es in der 16S rRNA bzw. der 18S rRNA eine große Anzahl von konservierten Sequenzen, die bei Vergleichsanalysen als Orientierungshilfe genutzt werden können. Diese konservierten Bereiche werden auch für Metagenomanalysen verwendet. Von allen rRNAs ist die Größe der 16S rRNA bzw. der 18S rRNA mit rund 1500 Nucleotiden am günstigsten für Sequenzanalysen.
Welche Hybridisierungsrate weisen zwei Organismen derselben Art bzw. derselben Gattung auf?
DNA-Stränge von Organismen derselben Art hybridisieren zu mindestens 70%, solche derselben Gattung zu mindestens 25%.
Welche molekularen Identifizierungsverfahren kennen Sie?
Molekulare Identifizierungsverfahren: Bestimmung des GC-Gehalts einer DNA mithilfe einer Schmelzkurve, Bestimmung der Hybridisierungsrate der DNA zweier Bakterien, Ribotypisierung.
Nennen Sie konventionelle Methoden der Bakterientaxonomie!
Konventionelle Methoden sind mikroskopische Untersuchungen an lebenden (Form, Beweglichkeit, Sporen) oder an fixierten und gefärbten Zellen (Gramfärbung, Geißelfärbung, Kapseldarstellung) und die Untersuchung von physiologischen Fähigkeiten mithilfe von Differentialnährböden.
Welches Ziel verfolgt die Phylogenie?
Die Phylogenie versucht mithilfe vergleichender Untersuchungen genotypischer Merkmale Verwandtschaft und Abstammung von Organismen zu ermitteln. Die erhaltenen Daten werden als Stammbäume grafisch dargestellt.
Was ist Aufgabe der Systematik?
Die Systematik ordnet alle Lebewesen anhand phänotypischer Merkmale in ein hierarchisch gestaffeltes, taxonomisches Ordnungssystem ein. Für Prokaryoten werden dabei für die konventionelle Taxonomie wegen der unzureichenden morphologischen Unterscheidungskriterien vorwiegend physiologische Merkmale betrachtet, für die molekulare Taxonomie zusätzlich immunologische und genotypische.
