Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie

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Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie Als physikalischer Reiz ist das Licht recht weit verbreitet; die Reaktion darauf nennen wir Phototaxis. Bakterien bewegen sich meist durch Rotation der Flagellen im Uhrzeigersinn fort. Die Geißeln eines Endes werden bei dieser Bewegung zu einem Schopf zusammengewunden. Dadurch werden die Bewegungen der Geißeln in gewisser Weise koordiniert, und das Ergebnis ist eine gerichtete Bewegung. Gelegentlich wird diese gerichtete Bewegung durch Schlagen der Geißeln im Gegenuhrzeigersinn unterbrochen. Die Drehrichtung hat sich umgekehrt, und die Bakterien geraten in eine taumelnde Bewegung, die es den Bakterien erlaubt, ihre Fortbewegungsrichtung zu wechseln. Wenig später wird dann die Bewegung der Geißeln im Uhrzeigersinn wieder aufgenommen, so daß wieder eine längere Strecke gerichtet zurückgelegt wird. Der Trick mit der Chemotaxis liegt darin, daß die Bakterien den koordinierten Geißelschlag in der gewünschten Richtung länger aufrecht erhalten als in allen anderen Richtungen. Netto resultiert aus dieser Art von Intervalltraining mit einer zufälligen Taumelbewegung nach jeder Sprint−Einlage eine Bewegung in Richtung auf das gewünschte Ziel. Bakterien können auf vielfältige chemische Reize reagieren. Die zugehörigen Substanzen nennen wir Chemo−Effektoren. Solche Effektoren binden an spezifische Rezeptoren im periplasmatischen Raum oder an der Cytoplasmamembran. Unabhängig von den Geißeln, die der Fortbewegung dienen, gibt es noch weitere Anhängsel, die ganz ähnlich aufgebaut sind, die aber unbeweglich sind. Diese Strukturen nennen wir Pili (Einzahl: der Pilus). Die Pili dienen zum Anheften von Bakterien an Partner mit denen sie genetisches Material austauschen. Da dies ein prinzipiell sexueller Vorgang ist, werden solche Anhängsel auch Sex−Pili genannt. Auch zum Anheften der Bakterien an Oberflächen, die besiedelt werden sollen, sind Pili nützlich. Zusätzlich dienen sie noch als Anheftungsstellen für manche Bakteriophagen. Bakteriophagen sind die Viren der Bakterien: Auch Bakterien können krank werden. Endosporenbildung: das Notfallprogramm zum Überleben Manche Bakterien können auch unter extrem ungünstigen Umweltbedingungen das Überleben garantieren, indem sie Dauerformen, die sogenannten Sporen bilden. Ungünstige Umweltbedingungen sind sicherlich große Hitze und besonders das Austrocknen. Bakterielle Sporen gehören zu den Trocken− und Hitze−resistentesten Lebensformen, die wir kennen. Sie werden innerhalb der Mutterzellen gebildet und werden daher Endosporen genannt. Die Sporenmutterzelle, die wir in diesem Zusammenhang auch die vegetative Zelle nennen, fängt an zu sporulieren, sobald sie das Signal 'schlechte Bedingungen' bekommen hat. Im Lichtmikroskop erkennen Sie die Sporulation daran, daß sich ein helles, also stark Licht−brechendes Körperchen bildet. Diese Endosporen sind ziemlich komplizierte Gebilde. Eine Kopie der DNA wird an einen Pol der Zelle gebracht. Die Plasmamembran stülpt sich dann an dieser Stelle ein. Im Gegensatz zur normalen Zellteilung, die immer in der Mitte der Zelle angelegt wird, wird diese Membran unsymmetrisch eingezogen. Schließlich wird die Region der zukünftigen Spore ganz von einer Doppelmembran umgeben. Zwischen innerer und äußerer Membran wird dann die Wand der zukünftigen Spore, das Exosporium angelegt. Die äußere Membran bleibt nicht erhalten. Innerhalb des Exosporiums liegt die Sporenwand, deren äußere Schicht aus Proteinen aufgebaut ist. Diese Schicht umgibt den Cortex der Spore, der aus einem speziellen Peptidoglycan aufgebaut ist. Während dieser Wandbildung wird das Cytoplasma im Innern immer weiter kondensiert und entwässert. Von irgendeinem Zeitpunkt an wird die Spore refraktil. Dieser Zeitpunkt koinzidiert mit der Fähigkeit zur Hitzeresistenz. Begleitet wird dieser Vorgang von der Einlagerung von Dipicolinsäure und von Calcium−Ionen im Innern der Spore. Schließlich löst sich die Sporenmutterzelle auf (Autolysis) und die Spore wird in die Umgebung entlassen. Beachten Sie bitte, daß die Endosporenbildung nichts mit Vermehrung zu tun hat, wohl aber in sehr effizienter Weise mit der Verbreitung der Sporen. Die fertigen Endosporen enthalten nur noch 15% Wasser, haben keinen nachweisbaren Stoffwechsel mehr und können viele Jahre überleben. Endosporenbildung: das Notfallprogramm zum Überleben 20
Grundvorlesung Allgemeine Mikrobiologie Sporen können zum Leben erweckt werden, indem man sie aktiviert. Dazu gehören günstige Umweltbedingungen und oft auch ein Hitzeschock in Form einer Erwärmung für etwa 10 Minuten auf 65°C. Bei der Keimung werden die Sporen−spezifischen Strukturen aufgelöst und der Protoplast der Spore bildet eine neue vegetative Zelle. Die wenigen bakteriellen Gattungen, die Endosporen bilden können, müssen Sie kennen: Anaerobe Sporenbildner:Clostridium, Desulfotomaculum Aerobe Sporenbildner:Bacillus, Sporolactobacillus, Sporosarcina, Thermoactinomyces Endosporenbildung: das Notfallprogramm zum Überleben 21
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