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Molekulare Ökologie der Mikroorganismen

3.735 / ~11 sternsternsternsternstern_0.5 Samantha S. . 2012
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Prüfungstipps
Biowissenschaften

Karl-Franzens-Universität Graz - KFU

2012 Landl

Samantha S. ©
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sternsternsternsternstern_0.5
ID# 14639







Molekulare Ökologie der Mikroorganismen


1)    Biofilme, Beschreibung, Gründe für ihre Entstehung.
Biofilme sind Zusammenschlüsse von Bakterien, die eine Gemeinschaft bilden und durch Ausscheidung von Polysachariden einen Lebensraum bilden, der sie vor äußeren Einflüssen (Phagozytose, Antibiotika und allgemeinen Hemmstoffen) schützt.

Keine Ausnahmeerscheinung: kommen überall vor, auch in heißen Quellen, Gletschern. Beschreibung:
Verhindern eines Ablösens von der Oberfläche
Schutz vor Strömung
Interne Kommunikation zwischen Bakterien
Resistenz gegen Umweltstress
Schutz gegen Angriff von Hemmstoffen (Antibiotika)
Zersetzung von untergetauchten Objekten (Bohrinsel)
Probleme:
In Biofilmen in Wasserleitungen kann sich die Wasserqualität durch die hohe Keimzahl stark verschlechtern
Verlangsamen den Fluss in Wasserleitungen und Ölpipelines
Korrosion in Leitungen beschleunigt
Infektion- Beteiligung von Biofilmen für Krankheitszustände Bsp.: Plaque, Mukoviszidose, Tuberkulose )
Befall von Medizinischen Implantaten (Katheder, künstliche Gelenke)
Verwendung:
Biologische Wasseraufbereitung („Biofilmreaktoren“) Abbau von Chlorophenol
Biologische Abluftreinigung in der Industrie (Formaldehyd), Pseudomonas pudita J3.


2)    Warum bilden Bakterien Biofilme? 4 Gründe!
Sie sind Verteidigungsanlagen à Phagocytose, allgemeine äußere Kräfte

Schutz vor Hemmstoffen (Antibiotika, Antikörper)

Erlaubt den Zellen in einer für sie günstigen Nische zu verharren

Erlaubt es den Bakterien in enger Nachbarschaft zu anderen Bakterien zu leben

Können sich als die typische Organisationsform von MO in der Natur erweisen


3)    Was ist quorum sensing?

MO können über chemische Kommunikation die Zelldichte der Population ermitteln. Quorum sensing wird von Bakterien benutzt, um Prozesse zu koordinieren, die ineffizient wären, wenn sie nur von einzelnen Zellen durchgeführt würden. zB Biolumineszenz, die Bildung von Biofilmen, die Sekretion von Antibiotika oder Pathogenitätsfaktoren.

Hier werden bestimmte Gene werden nur bei der Über- oder Unterschreitung einer bestimmten Dichte aktiviert oder deaktiviert.


4)    Warum wirken herkömmliche Antibiotika nicht auf Biofilme?

§  MO in Biofilmen wachsen sehr sehr langsam und die meisten AB wirken nur auf sich teilende Zellen

§  "adaptive response" MO können sich einstellen auf AB, Entgiftungsfaktoren können gebildet werden

§  Es könnte einen MO mit einer genetischen Resistenz gegen das AB geben. Durch die enge Nachbarschaft der MO wird sie verteilt und vervielfältigt.

§  Persister -> Es bleiben immer Restkolonien, die zu einer Reinfektion führen, wenn das AB abgesetzt wird


5)    Welche Antibiotika wirken auf Biofilme?
Furanone weil sie das quorum sensing blockieren.


6)    Was sind GVOs? Wie beurteilen Sie den ökologischen Einfluss von GVOs?
=GMO= genetically modified organisms
Genetisch veränderte Organismen, die Gene von anderen Organismen über Arten- oder sogar über Hauptdomänengrenzen hinweg erhalten. Dies ist so in der Natur nicht möglich. (Bsp. Gene von Tieren werden Pflanzen oder MO eingesetzt.). Ziel ist es Gene ein-. oder auszuschalten und dem Organismus neue Eigenschaften zu geben. (Bsp.: golden Rice, Impfbanane, amylosefreie Kartoffel, lactosefreie Milch )
Probleme:

·                    Der Anbau von Herbizid / Pestizid / Virusresistenten Pflanzen könnte sich negativ auf die Artenvielfalt der Ökosysteme aus.....

13)  Was kann man vergleichend über die Diversität von MO in Marinen- und in Süßwasserhabitaten sagen?

Marine MO haben eine größere Diversität wegen den großen Unterschieden der Lebensräume
à Unterschiedlicher Druck, Salzgehalt, Temperatur

Im Süßwasser dominieren MO den Lebensraum (90% Bacteria, Archaea, Protisten, Viren, Pilze) mengenmäßig und funktionsmäßig.


14)  Womit kann der Grad der Verschmutzung eines Gewässers angegeben werden?

BOD= Biological Oxygen demand = biologischer Sauerstoffbedarf

Durch den Gehalt an Mikroorganismen und durch den Gehalt an organischem Material „


15)  Definieren Sie Kommensialismus + mikrobielles Beispiel
Kommensialismus ist eine einseitige Beziehung wobei der eine Partner profitiert und der andere nicht betroffen ist.
Bsp:

  • fakultative Aerobier schaffen durch Atmung Sauerstoff- freien Lebensraum für Anaerobier àE.coli schafft im Darm Lebensraum für Bacteroides sp.
  • Oberflächenalgen produzieren Vitamine und Aminosäuren, die später von marinen Bakterien genutzt werden



16)  Wie können sich MO an niedrige Temperaturen anpassen?

♣ Optimale Enzymaktivität bei tiefen Temperaturen

♣ Aktiver Transport bei niedrigen Temperaturen

♣ Cytoplasmamembran mit hohem Anteil an ungesättigten Fettsäuren


17)  Welche Möglichkeiten haben MO um unter extrem hohen Temperaturen zu überleben?
Nenne 2 thermophile MO.

Thermus thermophilus, Pyrolobus fumarii, Thermococcus celer

♣ stabile Enzyme (kleine Veränderungen der Aminosäuresequenz kann schon große Veränderung der Faltungseigenschaften von AS sein)

Besondere Klasse von Chaperonen (Thermosomen)

♣ stabile Cytoplasmamembran:

o   bei Bakterien: Cytoplasmamembran aus gesättigten Fettsäuren

o   bei Archaea: Cytoplasmamembran aus Isopreneinheiten,

♣ DNA Bindeproteine

Gelöste Stoffe im Cytoplasma (Phosphoglycerat, Diinositolphosphat, Mannosylglycerat)

DNA(gelöste Stoffe und reverse DNA Gyrase stabilisieren die DNA)


18)  Wie ist die Verteilung von Bacteria und Archaea im Ozean?
Es gibt zwischen 105 bis 106 Prokaryontenzellen pro ml Wasser.
Archaeen nehmen ca. 20% der prokaryontischen Besiedelung in den Ozeanen ein.
Die Ozeane enthalten die größte mikrobielle Biomasse.


19)  Was passiert in einem Wurzelknöllchenbakteroid? Interaktion mit Pflanze?
♣ Stickstofffixierun
♣ Wirkung der Nodulation auf das Pflanzenwachstum


Stadien de.....

Dort veranlassen die onc-Gene der T-DNA die Bildung von Phytohormoen welche zur Ausbildung eines Tumors führen. Die ops-Gene der T-DNA aktivieren die Umwandlung von gewöhnlichen AS in modifizierte AS (Opine) welche dem Bakterium als C- und N-Quelle dienen.



24)  Was versteht man unter dem Begriff Umwelt?
Summe aller Wechselwirkungen zwischen belebter und unbelebter Natur.


25)  Wie ist die ökologische Hierarchie aufgebaut?

  1. ♣ Individuum
  2. ♣ Population
  3. ♣ Gilde
  4. ♣ Lebensgemeinschaft
  5. ♣ Ökosystem



26)  Worauf beruht die Anreicherung von Mikroorganismen im Chemostat?
In ein Chemostat Kulturgefäß wird in einer kontinuierlichen Rate Nährmedium zugeführt und im gleichen Maße verbrauchtes Medium mit den darin suspendierten MO abgeführt. Dadurch entsteht ein Fließgleichgewicht, sodass die Anzahl der MO immer gleich bleibt. Mit dieser Kultur können dann Populationsentwicklungen mit verschiedenen Parametern untersucht werden.


27)  Sie sollen verschiedene MO- Stämme isolieren, welche MO mit welchen spezifischen Eigenschaften finden Sie in:

a)    Sümpfen:
anoxygene phototrophe Bakterien, methanogene MO


b)    in der Nähe von Tankstellen:
Methanotrophe MO: katabolisiert das Methan
Wasserstoffoxidierer: helfen anorganische Carbonate aufzulösen
Sulfatreduzierende MO: treiben Korrosion voran


c)    an der Meeresoberfläche:
oxygene Phototrophe MO: Proclorococcus, Erythrobacter, Roseobacter, Proteobakterien mit proteorhodopsin, Algen


d)    in der Tiefe des Meeres:
Archaeen, Schwefeloxidierende Bakte.....

32)  Was ist SSU- RNA profiling und was ist das Ergebnis?
(SSU = kleine ribosomale Untereinheit)
Eine Analyse der genetischen Diversität von unterschiedlichen Individuen ohne eine aufwendige Klonierung und Sequenzierung.zB durch Einsatz von PCR (polymerase chain reaktion)

a) Bestimmung der mikrobiellen Diversität in einer Probe ohne Sequenzierung und Klonierung.
Beschreibe 1 Methode.

o    FISH: durch eine gefärbte Nukleotidsäuresonde mit bekannter Abfolge kann geschaut werden, in welchen MOs diese Abfolgen vorkommen. Es können so MOs unterschieden werden.

o(ARDRA) amplified ribosomal DNA restriction analysis

o(T-RFLP) terminal fragment length polymorphism (untersch. DNA Sequ. Homologer Chromosomen)

oDGGE denaturing gradient gel electrophoresis

oTGGE temperature gradient gel electrophoresis (Aufschluss durch versch. Schmelzpunkte)

oSSCP single strand comformation polymorphism

o    PCR:
Die Polymerase-Kettenreaktion ist eine Methode, um die Erbsubstanz
DNA zu vervielfältigen. Dazu wird ein Enzym verwendet, die DNA-Polymerase. Der Begriff "Kettenreaktion" beschreibt in diesem Zusammenhang die Tatsache, dass die Produkte vorheriger Zyklen als Ausgangsstoffe für den nächsten Zyklus dienen und somit eine exponentielle Vervielfältigung ermöglichen.

Schritte:

1)    Auftrennung des DNA Doppelstranges

2)    Primerhybridisierung

3)    Elongation


33)  Stickstofffixierung – 6 Schritte!

♣ ATP wird im Zitratzyklus produziert

♣ Flavodoxin wird reduziert

♣ Dinitrogenasereduktase wird reduziert

♣ Dinitrogenase wird unter ATP Verbrauch reduziert

♣ Die reduzierte Dinitrogenase überträgt das Elektron auf den Stickstoff:

N2 + 8e- +8 H+ +16 ATP à 2 NH3 + H2 + 16 .....

o        Mit 15N: Nicht radioaktiv! Sondern stabiles Isotop, das von N-Fixierer in Ammoniak eingebaut wird, nachher kann es im Ammoniak nachgewiesen werden.


Unterscheidung:

Phototrophe Organismen kann man erhalten indem man unter Lichtzufuhr inkubiert, und alle Nährstoffe die nicht nötig sind für des Wachstum der erwünschten Spezies weglässt.



35)  Wie funktioniert Genomhybridisierung und wofür wird sie verwendet

Ein DNA Doppelstrang wird aufgetrennt, sodass Einzelstränge entstehen, nun kann man „fremde Stränge“ hinzugeben und die Stränge wieder einen Doppelstrang bilden lassen. Anwendung: Verwandtschaftsanalyse: Der Grad der Doppelstrangbildung zeigt die Übereinstimmung an. FISH, ….


36)  Anammox - was ist es, 1 Vertreter, wo im Stickstoffkreislauf ist es beheimatet?
Anammox ist ein Akronym, das sich aus den Wörtern Anaerobe Ammonium-Oxidation zusammensetzt. Es ist ein biologischer Vorgang aus dem Bereich des Stickstoffkreislaufes zwischen NO2- und N2. Dabei wird Ammonium (NH4+) mit Nitrit(NO2−) unter anaeroben Bedingungen zu molekularem Stickstoff (N2) umgesetzt:


NH4+ + NO2 → N2 + 2 H


Vertreter: Brocadia anammoxida.

37)  Welche Stoffwechselklasse von Bakterien findet sich in hydrothermalen Quellen
Chemolitotrophe,Chemolithautotroph MO: Schwefeloxidierende MO, nitrifizierende, sulfatreduzierende, metanogene, H-oxidierende, Eisenoxidiernde, Manganoxidierende, Methylotrophe, .



38)  Beschreiben Sie die symbiotische Interaktion am Beispiel des Regenwurms Riftia pachyptila.
Die Bakterien oxidieren H2S und fixieren CO2, versorgen den Wurm mit Glutamin.
Der Tiefseewurm sammelt CO2 und H2S und bringt sie (mit Transportmole.....

44)  Auf welcher Stoffwechsel-Gruppe von MO basiert die Primärproduktion im bereich von hydrothermalen Quellen am Meeresgrund?
Auf Chemolititrophe teilweise chemolitoautotrophe MO



45)  Welche Umweltparameter bestimmen die Dominanz der Sulfatreduzierer?
brauchen H2 , damit tritt Sulfatreduktion nur dort auf, wo genug organisches Material vorhanden ist (Gärung)
Boden+ Süßwasser: Aktivität eingeschränkt durch niedrige Sulfatkonzentration
Meer: im Sediment Sulfatreduktion nur durch C-Menge beschränkt


46)  Wie holt sich der kleine Squid seinen symbiotischen Partner aus dem Wasser? Welches Organ ist dabei betroffen und wie wird es dabei morphologisch verändert?
Der Squid besitzt ein Lichtorgan in der Mantelhöhle, das mit Cilien besetzt ist mit welchem er die Mikroorganismen, Vibrio fischeri durch Poren einsaugt.

Lebenslange Symbiose. Fisch ernährt MO. MO sorgen für Tarnung gegenüber Feinden. Helligkeit kann der Umgebung bzw. dem Mondlicht angepasst werden. Täglicher Ausstoß von überschüssigen MO.


47)  Was ist Konjugation? Nennen sie zwei Beispiele!

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Konjugation bezeichnet bei
Bakterien die Ausbildung von Plasmabrücken zwischen zwei Zellen und die darauf folgende Übertragung von Molekülen als Träger von Teilen der Erbinformation. Bakterien kommunizieren über Pili, kleine Proteinschläuche an der Oberfläche. Übertragung von Resistenzgenen.


48)  Was sind methanoxidierende Mikroorganismen? Wo kommen sie vor und welche Stellung haben sie .....


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