in anderen Fächern. Außerdem befasst sich kaum eine andere Disziplin mit allen drei Domänen der Lebewesen, den Bakterien, Archäen und Eukaryonten. Es liegt nahe, dass schon wegen dieser inhaltlichen Breite das Fach Mikrobiologie überall anders definiert und ausgefüllt wird. Dennoch gibt es Grundlagen, die an fast allen Orten in irgendeiner Form berücksichtigt werden. Darauf haben wir uns konzentriert.
In mancher Hinsicht kann man sich mit einem Übungsbuch eine Abkürzung zum Prüfungserfolg erarbeiten. Allein der Umgang mit Fragen, nämlich den damit verbundenen Recherchen und der Notwendigkeit, sich klar für eine Antwort entscheiden und diese auch in verständlicher Form formulieren zu müssen, hilft erheblich.
Unser Übungsbuch stellt Fragen an den Leser. In den Einführungen zu den Themengebieten wird der Rahmen aufgespannt, in den sich die Fragen einordnen. Da es jedoch kein Lehrbuch ist, kann man nicht erwarten, ausschließlich mit Hilfe des Buchs selbst alle Fragen beantworten zu können. Die Zusammenstellung soll den Leser trainieren, aus den Inhalten von Vorlesungen, Praktika und Seminaren und natürlich aus Lehrbüchern das benötigte Wissen zusammenzutragen. Wir haben zur Verdeutlichung oft Zeichnungen angefertigt. Diese sind stilistisch in etwa so gehalten, wie man sie von Ihnen als Skizzen in Prüfungen erwartet. Ganz sicher wird man Sie in Klausuren häufig bitten, einen Sachverhalt zeichnerisch darzustellen. In mündlichen Prüfungen ist so etwas ebenfalls die Regel. Die hier verwendete Form soll Ihnen als Orientierungshilfe dienen.
Die meisten Fragen haben eine Vorgeschichte und sind in unserem eigenen Umfeld vielfach gestellt und beantwortet worden, entweder als Vorbereitungsaufgaben für das Mikrobiologische Anfängerpraktikum, als Klausurfragen zur Mikrobiologischen Grundvorlesung oder zum Praktikum. Zusätzlich haben wir die Themen der Staatsexamensabschlussklausuren für das Lehramt aufgenommen, sofern sie in den Kontext passen.
Wir haben verschiedene Fragentypen aufgenommen – diese reichen von sehr einfach strukturierten Entscheidungen anhand richtiger oder falscher Aussagen, über Lückentexte, Rechnungen, experimentelle Auswertungen bis hin zur frei formulierten Antwort in Aufsatzform. Damit decken wir einen großen Bereich möglicher Prüfungsfragen ab.
Bei der Auswertung von Klausuren sehen wir eine ganze Reihe sich ständig wiederholender Schwächen. Dieses Übungsbuch gibt uns die Möglichkeit, Tipps für die Vermeidung gerade solcher Fehler zu geben und die wichtigsten Anforderungen der Trainingsaufgaben kurz zusammenzufassen:
Einfache Ankreuzfragen sind schwieriger als man denkt. Wenn man nicht nur zufällig richtig antworten will, muss man den wissenschaftlichen Hintergrund der Fragen wirklich verstehen. Die Strategie, Kreuzchen aus dem Bauch heraus zu setzen, trägt erfahrungsgemäß nicht weit. Zum Üben sind solche Fragen sehr gut geeignet, weil der Rechercheaufwand verhältnismäßig gering ist. Man macht folglich schnelle Fortschritte. Mehr Zeit erfordert der Transfer des so erworbenen Wissens in andere Bereiche hinein, um Problemlösungen zu entwickeln.
Lückentexte verlangen das richtige Wort an der richtigen Stelle. Sie erhalten bei diesem Fragentyp beträchtliche Hilfe durch die vorgegebene Grammatik. Immer, wenn Sie an der Grammatik etwas ändern wollen, sind Sie mit Sicherheit noch auf der falschen Fährte. Achten Sie auch darauf, am Ende einen in sich runden, sinnvollen Text zu erhalten.
Versuchen Sie beim Üben unbedingt, reflexartiges Ablehnen bestimmter Aufgaben zu überwinden. Erfahrungsgemäß fangen ziemlich viele Studierende Rechnungen oder chemische Fragen gar nicht erst an. Vertrauen Sie uns und Ihnen: Sie können das. Chemie und Rechnen sind immer viel einfacher als Biologie!
Achten Sie von Beginn an auf den sicheren, konsistenten Umgang mit der Fachsprache. Um Sie beim Üben zu unterstützen, haben wir solche Wörter, die man mit Sicherheit braucht, fett gedruckt. Bitte lesen Sie nie über solche Begriffe hinweg, sondern recherchieren Sie bei Unklarheiten deren genaue Bedeutung.
Benutzen Sie verlässliche Quellen für Ihre Recherchen. Das werden in aller Regel Lehrbücher sein. Weiterführende Literatur brauchen Sie zum derzeitigen Ausbildungsstand noch nicht.
Unser Dank geht besonders an die Mitarbeiter im Mikrobiologischen Praktikum, die in Gesprächen über Lehre in erheblichem Maße beigetragen haben, dieses Buch an den Anforderungen der Studierenden auszurichten. Zurzeit sind das gemeinsam mit uns Frau Sabrina Ellenberger, Frau Emilia Schulz und Frau PD Dr. Anke Burmester. Dank gebührt auch den Herausgebern der Buchreihe, Herrn Professor Dr. Michael Kühl und Frau Dr. Susanne Kühl, und besonders der hilfreichen Frau Sabine Mann vom Verlag, die auch dann noch geduldig ist, wenn alles länger dauert als gedacht.
Unseren Lesern wünschen wir viel Erfolg bei der Prüfungsvorbereitung und hoffen mit Ihnen auf gute Bewertungen.
| Jena, im November 2016 | Lisa Siegmund, Johannes Wöstemeyer |
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 σ-Untereinheit der Polymerase zuständig. Viele Bakterien benutzen mehrere verschiedene σ-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
| |||