Medizinische Mikrobiologie

Themenbereiche

• Bakteriologie
• Immunologie
• Mykologie
• Parasitologie
• Virologie

• Größenordnung von Mikroorganismen
• Hygiene und Seuchenlehre
• Interferone
• Lokale Infektionskrankheit
• Mukoviszidose
• Unterschiede zwischen Prokaryonten und Eukaryonten
• Wichtige Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen
• Zyklische Infektionskrankheit

Lebewesen 

• Mehrzeller
  • Pflanzenreich
  • Tierreich
• Einzeller (Protisten) 
  • Prokaryonten
  • Eukaryonten

Protozoon

• Tierischer Protist mit echtem Kern

• Protisten:
  • einzellige, mikroskopisch kleine Lebewesen (Pflanzen und Tiere)
  • Bakterien, Blaualgen, Algen, Pilze und Protozoen

Mehrzeller

• Pflanzen, Moose, Farne, Samenpflanzen
• Metazoon, -a : mehrzelliges Tier
  • Schwämme, Polypen,...
  • Vertebrata (Wirbeltiere) 
    • Fische, Amphibien, Säuger, Vögel, Reptilien
  • (Wirbellose Tiere): 
    • Würmer, Schnecken, Insekten, Scherentiere (Milben, Zecken)

Membran

• Biomembran, Einheitsmembran (bei allen Lebewesen gleich gebaut)
• Abschluss einer Zelle nach außen
• steuert Stoffwechsel von innen nach außen und umgekehrt
• Osmose und aktive Transportsysteme
• besteht aus Phospholipid-Doppelschicht, durchsetzt mit integralen Proteinen, zur Regulierung
• des Stoffaustauschs
• nahezu impermeabel für Stoffe (= undurchlässig)
• Stoffe mit amphiphielem Charakter können hindurchtreten
• Spezifität der Membran durch „Tunnelproteine"
• Die polaren Kopfgruppen zeigen nach außen, die unpolaren Fettsäureketten nach innen.
• „Tunnelprotein"; es ist Energieaufwand nötig, um die Membran zu durchqueren

Endoplasmatisches Retikulum

• Ort der Proteinbiosynthese/ Aminosäurenbiosynthes -> "Übersetzung des genetischen Codes"

Mitochondrien

• "Kraftwerke der Zelle" ; Gewinnung der chemischen Energie für den Zellstoffwechsel
• Eukaryonten besitzen Mitochondrien mit 70 S-Ribosomen, d.h. sie besitzen eine eigene DNA
• -> Mitochondrien waren wahrscheinlich einmal eigenständige Bakterien: Beispiel für Symbiose zwischen Mitochondrien und Eukaryonten

Zellwand

• Glyco-Protein-Schicht aus Zuckermolekülen, vernetzt mit Aminosäuren (= Murein)
• -> Stützwand innerhalb der Bakterienzellwand
• Bakterien besitzen einen hohen osmotischen Druck (ca. 20 bar). 
• Das Murein in der Zellwand dient als Stützgerüst, damit die Bakterien durch die Osmose nicht platzen. Es ist keine Diffusionssperre.

Infektiöser Hospitalismus

• krankenhauserworbene Infektionen

• Durch ein geschwächtes Immunsystem können Infektionskrankheiten entstehen, die mit Antibiotika behandelt werden. Antibiotikaresistente Bakterien lösen eine neue Infektion aus, die durch Antibiotika nicht mehr abgetötet werden können.

Prokaryonten-Zelle

• Kernäquivalent

• keine Membranen innerhalb der Zelle

• Mesosom ist cytoplasmatische Membran, die sich „aufgewickelt" hat (existiert eigentlich gar nicht)

• Ribosomen schwimmen frei im Cytoplasma herum

• Bakterien unterscheiden sich in der Dicke der Zellwand: gram-positive und gram-negative Bakterien werden durchs Anfärben unterschieden

gram-negative Bakterien

• Die Mureinschicht ist von zwei Membranen eingeschlossen -> Antibiotika können nur schwer in die Zelle eindringen

Wirkort

gram-positive Bakterien

• Die Mureinschicht ist dicker, aber nicht durch eine äußere Membran abgeschlossen

Virushülle

• Funktion der Hülle : chemische Ähnlichkeit mit der Wirtszellenmembran ; dadurch wird das Einschleusen der
• Viruszelle in die Wirtszelle ermöglicht (-> Adsorption, Penetration)
• Unbehüllte Viruszellen werden von der Wirtsmembran umschlossen und nach innen geschleust (-> Penetration)
• In der Wirtszelle liegt das Virus unbehüllt vor, weil die Hülle an der Membran zurückbleibt. Das Kapsomer wird zurückgelassen, die Nukleinsäure wird freigesetzt ("Uncoating")

Transkription

DNS Translation an den Ribosomen

· latentes Virus / Provirus = es kommt nicht zur Ausbildung eines Krankheitsbildes;

die Virus-DNS wird in die Wirts-DNS eingebaut

Þ es entsteht erst ein Krankheitsbild, wenn sich der Virus vermehrt

Bsp. Herpes-Virus

Transformation: 1. Übertragung genetischer Information mittels isolierter DNA.

durch den Einbau von freier, löslicher DNA einer Spenderzelle in eine Empfängerzelle

(Übertragung gereinigter, auch rekombinanter DNA auf Bakterien- oder auch höhere Zellen).

Transkription: Umschreibung der genetischen Information der DNA in RNA, v.a. in mRNA, Bildung eines

RNA-Moleküls aus einer doppelsträngigen DNA als Matrix. Die Basensequenz der DNA wird in eine komplementäre Basenfolge der RNA übertragen. Die wachsende RNA-Kette wird von der Matrize freigesetzt, so daß sich der Prozeß sofort wiederholen kann. Die Reaktion wird durch das Enzym RNA-Polymerase katalysiert. Sie verknüpft in Gegenwart von DNA die Nucleosidtriphosphate unter Pyrophosphatabspaltung zu einem Polynucleotid. Die Transkription in der Zelle ist ein regulierter Prozeß, d.h. die Information einzelner Gene wird nicht ständig, sondern in Abhängigkeit von den Erfordernissen der Zelle unter dem Einfluß unterschiedlicher Signale abgerufen.

Reverse Transkriptase: syn. RNA-abhängige DNA-Polymerase, reverse DNA-Polymerase;

Enzym der Retroviren für die reverse Transkription viraler RNA in eine komplementäre DNA-Sequenz (sog. DNA-Provirus), die in die DNA der Wirtszelle integriert wird.

Translation: Übersetzung der durch Transkription in mRNA umgeschriebenen genetischen Information der DNA in die Aminosäuresequenz des Proteins; das ist also die Synthese eines Proteinmoleküls mit einer mRNA als Matrize; dabei erfolgt an den Polyribosomen eine Übersetzung der aus 4 Basen bestehenden Schrift der RNA in die aus 20 Aminosäuren bestehenden Schrift der Proteine.

VORLESUNG:

Wachstum von Bakterien

Darstellung einer statischen Zellkultur

A = Bakterien brauchen "Eingewöhnungszeit", um sich an das Nährmedium zu gewöhnen

Anpassungsphase

Enyme zur Verwertung der Nährstoffe müssen in den Bakterienzellen vorhanden sein.

Die Zahl der lebenden Zellen ist konstant.

B = einige Bakterien sind bereits am Teilen

C = alle Bakterienzellen befinden sich in Teilung

D = einige Zellen teilen sich nicht mehr; die Nährstoffe werden unvollständig abgebaut und es werden Abbauprodukte wie Aldehyde und Säuren gebildet. Das Bakterienwachstum benötigt ein pH-Optimum. Durch die Säurenbildung kommt es zur Übersäuerung der Bakterienkultur. Das Bakteriensterben ist auf die Übersäuerung oder auf Nährstoffmangel zurückzuführen

E = Teilungsrate = Sterberate

Einstellung eines dynamischen Gleichgewichts

10⁷ Bakterien können pro ml Nährboden wachsen. Wird diese Zahl überschritten kommt es zur gegenseitigen Behinderung der Zellen.

F = Die Bakterien sterben an Nährstoffmangel, schädlichen Abbauprodukten und Platzmangel.

Statische Kultur = Nach dem Ansatz der Kultur werden die Bakterien sich selbst überlassen.

Kontinuierliche Kultur = Schadstoffe werden aus der Kultur entfernt, neue Nährstoffe werden zur Verfügung gestellt, einige Bakterien werden entfernt ð Phase C wird dauerhaft erhalten.

Einsatz von Antibiotika

• Bakterien können durch b -Lactam-Antibiotika nur abgetötet werden, wenn sie sich in Teilung befinden
• -> müssen in Phase C eingesetzt weden; "ruhende Bakterien" können nicht abgetötet werden.
• Dosierung von b -Lactam Antibiotika
• ð Intervalltherapie
• einige Bakterien befinden
• sich nicht in der Teilungsphase;
• Antibiotikum kann nicht wirksam
• werden
• = wirksame Konzentration des Antibiotikums

MHK = Minimale Hemm-Konzentration; geringste Konzentration einer gegen Mikroorganismen und Viren wirkenden Substanz (Chemotherapeutikum, Antibiotikum, Antiseptikum, Desinfektionsmittel), die eine Vermehrung der Erreger hemmt.  Das Antibiotikum wird erst wirksam, wenn der MHK-Wert überschritten wird. Liegt die Konzentration des Antibiotikums unterhalb des MHK-Wertes, teilen sich die Bakterien wieder. Das Antibiotikum besitzt eine Halbwertszeit von ca. einer halben Stunde. Das bedeutet, dass die Antibiotikagabe alle 6-8 Stunden wiederholt werden muss. Auf diese Weise wird die Zahl der verbleibenden Bakterien immer weiter reduziert. Die restlichen Bakterien, die durch das Antibiotikum nicht mehr bekämpft werden können, müssen durch die körpereigene Abwehr bekämpft werden. Antibiotika haben somit eine heilungsunterstützende Wirkung.

Bakterien

• Eintritt durch kleinste Körperöffnungen
• Kurze Generationszeit
• Kleine Organismen haben einen vergleichsweise hohen Stoffwechsel:
• Der Energieumsatz ist abhängig von der Oberfläche.
  • -> Unterproportionaler Energieverbrauch zum Wachstum (je größer der Organismus, desto geringer der Energieverbrauch.
• Bakterien besitzen einen 60fach größeren Stoffwechsel als Körperzellen
  • -> Produktion von Toxinen,...

Topoisomerasen

• DNA-Topoisomerasen; Enzyme, die durch vorübergehendes Spalten und wieder zusammenfügen der doppelhelikalen Stränge ringförmiger Desoxyribonucleinsäure das Ausmaß der Superhelixbildung regulieren. Zu diesem Zweck schneidet (engl. Nicking) die Topoisomerase I einen und die Topoisomerase II (in Bakterien als Gyrase bezeichnet) beide der Einzelstränge der DNA-Doppelhelix auf. Die Topoisomerasen in Prokaryonten und Eukaryonten unterscheiden sich. Darauf beruht die selektive Wirkung der Gyrasehemmer.
• Gyrasehemmer
• Pharmaka, die das Enzym Gyrase hemmen und dadurch bakterizid wirken.
• Gyrasehemmer unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur stark von anderen antibakteriellen Wirkstoffen. Grundstruktur der meisten Gyrasehemmer ist das Chinolon.
• Anwendung v.a. bei bestimmten Infektionen der Niere, Harnwege, Geschlechtsorgane, Atemwege, des Bauchraums und der Haut.
• Nebenwirkungen: möglich sind z.B. Neurotoxizität (z.B. Krampfanfälle), Gelenkknorpelschäden (daher kontraindiziert bei Kindern und Schwangeren), allergische Reaktionen, Blutbildschäden,u.a.
• Beispiele: Ofloxacin, Ciprofloxacin