sind bei Streptococcus pneumoniae ein wichtiger Pathogenitätsfaktor.
Ü 1.6
Geben Sie an, welche der folgenden Aussagen zur Genetik von Escherichia coli richtig oder falsch sind!
| Aussage | richtig | falsch |
| Escherichia coli kann Gene horizontal auf Konjugationspartner übertragen, die ein F-Plasmid enthalten. | ||
| Escherichia coli kann Gene parasexuell auf andere Bakterienspezies übertragen. | ||
| Escherichia coli kann mithilfe transduzierender Phagen Gene in der Population verbreiten. | ||
| Escherichia coli wehrt Bakteriophagen mithilfe von Restriktionsendonucleasen ab. | ||
| Das Wort Restriktion beschreibt die Unfähigkeit der Vermehrung von Phagen beim Wechsel des Wirtsstamms von Escherichia coli. | ||
| Viele Escherichia coli-Stämme enthalten Episomen. | ||
| Hfr-Stämme von Escherichia coli enthalten Episomen, die definierte Genabschnitte auf Partner-Bakterien übertragen. | ||
| Nach der Kontaktaufnahme zwischen konjugierenden Bakterien mithilfe von Pili werden diese abgebaut und durch eine Plasmabrücke ersetzt. | ||
| Das Wort Transfektion beschreibt die Aufnahme von Phagen-DNA, gefolgt von der Synthese infektiöser Phagenpartikel. | ||
| RTF steht für Resistenztransferfaktor und meint konjugative Plasmide, die für die horizontale Verbreitung von Antibiotikumresistenzgenen in Populationen verantwortlich sind. |
Ü 1.7
Skizzieren Sie die grundlegenden experimentellen Schritte zur Isolation und Identifikation eines Enterobakteriums. Welche Eigenschaften haben Enterobakterien? Nennen Sie außerdem drei Gattungen coliformer Bakterien!
Ü 1.8
Recherchieren Sie die Lebensweisen und die Morphologie der in der Tabelle genannten Bakterien! Welche Hypothesen zu Zusammenhängen mit der Genomgröße können Sie ableiten? Diskutieren Sie die Mechanismen, die zu derart großen Unterschieden in der Genomgröße führen können!
| Bakterium | Escherichia coli | Streptomyces sp., Stigmatella sp. | Synechocystis sp. | Helicobacter pylori | Mycoplasma genitalium |
| Genomgröße | 4,6 Mbp | 8–12 Mbp | 3,2 Mbp | 1,7 Mbp | 0,6 Mbp |
Ü 1.9
Die bakterielle Welt verfügt über eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Energiegewinnung. Definieren Sie bitte die folgenden Beschreibungen des Energiestoffwechels im Hinblick auf die Art der Kohlenstoffquelle und des Elektronendonors für die energieliefernden Reaktionen. Finden Sie Beispiele für die unterschiedlichen Lebensweisen:
Chemolithoautotrophie – Chemoorganoheterotrophie – Chemo-lithoheterotrophie – Photoautotrophie – Photoheterotrophie
Ü 1.10
Ergänzen Sie die Lücken im folgenden Text zum Thema Transkription in Bakterien!
Die Transkription der mRNA in Bakterien hängt von der Anwesenheit definierter Sequenzelemente auf der DNA, den _____________________, ab. An solchen Stellen bindet das Enzym ____________________, das aus _____ Untereinheiten zusammengesetzt ist. Eine dieser Komponenten, der sogenannte ________________, ist für die Erkennung der Startstellen zuständig. Die Bindungsstellen haben in Escherichia coli einen typischen Aufbau mit zwei charakteristischen Bindungsstellen, der ________- und der ________-Region. Die Bezeichnungen dieser Bindungsstellen sind von deren Abstand zum eigentlichen _____________________ abgeleitet.
Ü 1.11
Ergänzen Sie die Lücken im folgenden Text zum Thema Translation in Bakterien!
Zur Translation müssen die Ribosomen an der sogenannten _________________________ an die mRNA binden. Die Bindung ist spezifisch, weil diese Region der mRNA über ____________________-Bindungen an die ________ ribosomale RNA bindet. Die eigentliche Translation beginnt am __________-Codon, das immer die Sequenz _______ hat und für die Aminosäure ______________ kodiert. Während der Elongation der Translation binden mit Aminosäuren beladene ________ an das komplementäre Codon. Die wachsende Peptidkette wird auf die jeweils ankommende neue Aminosäure übertragen. Das Ende des wachsenden Proteins wird durch eines von drei möglichen ______________ definiert. Diese tragen die Sequenz ____________, ____________ oder ____________. Diese Signale werden nicht wie die vorherigen Codons von _________ gelesen, sondern von den sogenannten ______________________.
2Archäen
Gelegentlich fällt es schwer, den Domänencharakter der Archäen zu verstehen. Neben der nicht sonderlich glücklichen, doch leider noch immer verbreiteten Bezeichnung Archaebakterien liegt das an den morphologischen Ähnlichkeiten mit der Domäne der Bakterien. Die phylogenetische Eigenständigkeit der Archäen wird allerdings sofort deutlich, wenn man die molekularen Besonderheiten dieser Domäne betrachtet. Die DNA etlicher dieser Organismen ist in Histone verpackt, die zwar deutlich kürzer sind als bei Eukaryonten, jedoch durchaus Homologie erkennen lassen. Die DNA bildet auch tatsächlich nucleosomenartige Strukturen, die große Ähnlichkeit mit der Nucleosomenstruktur des Genoms bei Eukaryonten aufweisen. Auch lassen die Archäen, ganz anders als die Bakterien, eine deutliche Tendenz zu mehr als einem Replikationsursprung ihrer DNA erkennen. Insbesondere auf Transkriptionsebene wird die Ähnlichkeit der Archäen mit den Eukarya deutlich. Die RNA-Polymerase hat keine Ähnlichkeit mit der recht einfachen RNA-Polymerase der Bakterien, wohl aber mit den Polymerasen der Eukaryonten. In der Konsequenz erinnern auch die Promotoren eher an Eukaryonten. Viele Komponenten der Translationsmaschinerie sind allen drei Domänen gemeinsam, andere sind typisch für die jeweilige Domäne. Insgesamt jedoch sind die Ähnlichkeiten der Ribosomen und Translationsfaktoren zwischen Eukaryonten und Archäen deutlich größer als die der beiden prokaryontischen Domänen untereinander.
Die Zellwände der Archäen weisen im Gegensatz zu denen der Bakterien kein durchgehendes Prinzip auf. Neben zellwandlosen Formen gibt es viele Organismen, die lediglich durch parakristallin angeordnete Proteine nach außen abgegrenzt werden. Archäen, die von Polysaccharid-Wänden umgeben sind, weisen erhebliche Unterschiede zum Murein der Bakterien auf. Auch die Membranen unterscheiden sich von denen der Eukaryonten und auch von dem – immerhin auch nicht ganz einheitlichen – Bild bei Bakterien. Charakteristisch für Archäen ist der Verzicht auf Fettsäuren in den lipophilen Seitenketten der Phospholipide. Stattdessen verwenden sie die C20-Seitenkette des Phytanylrests, der über eine Etherbindung an das Glycerin gekoppelt ist. Der Vorteil solcher Etherbindungen ist die erheblich verbesserte Thermostabilität im Vergleich zu den bekannteren Fettsäure-Estern. Um auch die physikalische Thermostabilität der Membran zu erhöhen, zeichnen sich viele Archäen durch kovalente Verknüpfung der Phytanylreste beider Membranhälften aus. Auch die Flagellen der Archäen unterscheiden sich sehr deutlich in Dicke und Aufbau von denen der Bakterien.
Systematik und Phylogenie der Archäen sind Gegenstand der Debatte. Momentan gelten zwei große Phyla als gesichert, die Euryarch-aeota und die Crenarchaeota. An der Basis der Entwicklungsgeschichte stehen die hyperthermophilen Crenarchaeoten. Bei Pyrolobus fumarii hat man noch Wachstum bei 113 °C gemessen. Derzeit die höchste Temperatur, bei der Archäen noch wachsen, beträgt 122 °C für einen speziellen Stamm von Methanopyrus kandleri. Die Euryarchaeota sind phylogenetisch jünger; hierhin gehören die extrem halophilen Gattungen Halobacterium und Natronococus, die extrem acidophilen Gattungen, etwa die zellwandlosen Thermoplasmen, sowie die methanogenen Archäen, beipielsweise Methanococcus und Methanosarcina.
Zusammengenommen setzen Archäen pro Jahr etwa 109 Tonnen Methan frei. Angesichts der extremophilen Archäen darf man nicht vergessen, dass Archäen in nahezu allen Lebensräumen vorkommen. Auch Menschen werden von ihnen besiedelt, etwa in anaeroben Bereichen des Mundes und