und deren Funktionen Übungen 3 zur Grundvorlesung Mikrobiologie R. Wirth

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Gerhardt Sommer
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1 Zelloberflächen Zellanhänge von Mikroorganismen und deren Funktionen Übungen 3 zur Grundvorlesung Mikrobiologie R. Wirth

2 Zelloberflächen und deren Funktionen Äußerste Zell-Schicht bei Gram-positiven Bakterien Teichonsäure Lipoteichonsäure S-Layer Äußerste Zell-Schicht bei Gram-negativen Bakterien Lipopolysaccharid (S-Layer) Äußerste Zell-Schicht bei Archaeen Pseudo-Murein Polysaccharide Glycoproteine Proteine

3 Zelloberflächen und deren Funktionen Schleime Zusammensetzung z.b. Polysaccharide (Dextran) > 95% H 2 O 2 Darstellung insb. Tusche- Färbung Funktion Schutz vor Austrocknung immunogene Maskierung O 2 -Schutz

4 Ergebnisse von Kapsel-Färbungen Kapseldarstellung im EM Azotobacter Flüssigpräparat Azotobacter fixiert Ergebnisse aus Grundkurs Februar 2002

5 LPS Zelloberflächen und deren Funktionen Zusammensetzung Lipid A Kernzone O-antigene Seitenkette Funktion Extrem potentes Toxin - Immunogene Varianz Größe Bis zu 200 nm dick n n bis zu 50 meist 12-20

8 Zelloberflächen und deren Funktionen TA - LTA Zusammensetzung (Polyalkohol~P) n modifiziert Größe Göß bis über das Murein hinaus Funktion Adhäsion, aber auch Entzündungsmediator di t stark negativ geladen

11 Zelloberflächen und deren Funktionen surface layer Zusammensetzung Proteinkristall Größe Göß Porendurchmesser: 2 8 nm Funktion Sieb? Barriere für hochmolekulare Substanzen (Enzyme; Viren)??? Häufig in Wildisolaten, nicht aber Laborstämmen

13 Adhäsion Warum Aufenthalt in günstiger Umgebung Strömung widerstehen Womit Proteine Kohlenhydrate andere? Woran organisch Anheften an Zellen anorganisch Anheften an Substrat

15 Pyrococcus furiosus Dieses hyperthermophile Archaeum (T opt = 100 C) wurde vor der Küste von Porto Levante (Italien) isoliert. Es wächst heterotroph in 1/2 Meerwasser ; die rasende Feuerkugel kann (ab ca. 80 C) sehr schnell schwimmen. 10 cm Strömung pro sec 1000 sec schwimmen mit 100 µm pro sec

16 D. Näther et al. (2006) Flagella of Pyrococcus furiosus: Multifunctional Organelles, Made for Swimming, Adhesion to Various Surfaces, and Cell-Cell Contacts. J. Bacteriol. 188:

17 Fimbriae of Methanothermobacter thermoautotrophicus can be stained using AlexaFluor TM dyes 5 µm

18 M. thermoautotrophicus cells growing on metal grids (as used for TEM) can be analysed by light microscopy after DAPI-staining or by SEM

19 Verschiedene Pili von E. coli Adhäsion an Oberflächen Funktionen von Pili Spezifisch für verschiedene Oberflächen Sex-Pili Ek Erkennung von Partnern für Gentransfer eigene Art andere Arten, z.t. auch Eukaryonten Typ IV-Pili Zuck-Bewegung Adhäsion Einziehen Polymerisation Adhäsion

24 Flagellen Funktion Zellanhänge und deren Funktionen Fortbewegung Abmessungen 20 nm x 10 µm Bakterien nm x 10 µm Archaeen Fimbrien Funktion Adhäsion Abmessungen < 10 nm x < 300 nm ( 3 µm) Bakterien??? sehr variabel Archaeen

27 2000: Darstellung rotierender Flagellen (von E coli) 2000: Darstellung rotierender Flagellen (von E. coli) durch Fluoreszenzfarbstoff (H. Berg s Labor)

28 Ergebnisse von Geißel-Färbungen Rrubrumx R. x Beize E. coli mit Fluoreszenz-FarbstoffFarbstoff Ergebnisse aus Grundkurs Februar 2002

29 REM-Darstellung - Rhodospirillum

32 Zellanhänge und deren Funktionen Weitere Zellanhänge Cannulae Röhren verbinden Zellen des Archaeums Pyrodictium occultum Hami Stacheldraht-Anhänge des SM1-Archaeums Injektosom Kanüle für Injektion von Effektoren in andere Zellen Sporen-Bänder Bänder??? Typ IV-Pili Zuckbewegung

Pyrodictium occultum PL-19 Dieses hyperthermophile Archaeum (T opt = 100 C) wurde aus marinen Bereichen (Sediment Vulcano; Black Smoker Mittelatlantik und Ostpazifik)

33 Pyrodictium occultum PL-19 Dieses hyperthermophile Archaeum (T opt = 100 C) wurde aus marinen Bereichen (Sediment Vulcano; Black Smoker Mittelatlantik und Ostpazifik) isoliert. Es wächst chemolithotroph in Meerwasser (H +S 2 0 H 2 S). Unregelmäßig geformte Zellen sind in eine Matrix aus Cannulae eingebettet Wachstum in Flocken. 20 mm

34 Das SM 1 Archaeum Das SM1 Archaeum wurde erstmals im Naturschutzgebiet Sippenauer Moor in sulfidischen Quellen gefunden.

35 Das SM 1 Archaeum Das SM1 Archaeum wächst in Form von Perlenketten in Bereichen spezifischer Sulfid- Konzentrationen.

36 Das SM 1 Archaeum In den Perlen sind die SM1 Kokken stark vernetzt.

37 Das SM 1 Archaeum Ultrastruktur 2 Die Hami haben einen einzigartigen Aufbau.

38 Das SM 1 Archaeum Ultrastruktur 3

39 Injektosom für: Transfer von Virulenz- Faktoren in Eukaryonten Transfer von T-DNA in Agrobacterium tumefaciens oder in Pflanzenzellen

40 Mechanismen der Bewegung Flagellen von Escherichia coli run - tumble rotierendes Flagellenbüschel Einzelflagellen rotierendes Flagellenbüschel Flagellen ll von Rhizobium meliloti nur 1 Drehrichtung rotierendes Flagellenbüschel keine Drehung rotierendes Flagellenbüschel

43 Mechanismen der Bewegung Gleiten von Proteus mirabilis Riesenzellen bis zu 1000 Flagellen ermöglichen Kriechen Zerfall in Normalzellen Auswachsen se in Riesenzellen e e mit bis zu 1000 Flagellen e Gleiten von Oscillatoria i Schleimausstoßung Rückstoßprinzip mit Düsenapparat und Rillenoberfläche Gleiten von Myxococcus xanthus Typ IV-Pili plus Schleimausstoßung langsame, koordinierte Bewegung kombiniert 2 Prinzipien

55 Mechanismen der Bewegung Zuckbewegung mit Typ IV-Pili Anker-Werfen Adhäsion an der Spitze > 1000 UE in 1 2 sec in die CM depolymerisiert i Schwimmen ohne Flagellen ll Bei Oscillatoria spec. Ruderhaare? > 50 µm / sec

57 Mechanismen der Bewegung Periplasmatische Flagellen von Spirochaeten Flagellen drehen im Periplasma Besonders effektiv bei hoher Viskosität Kriechbewegung von Flavobacterium johnsoniae Ratschenproteine auf der Zelloberfläche Kettenprinzip Linear-Motor von Spiroplasma melifferum Fibrillen längs zur Zelle Verkürzung Helizität der Zelle geändert Terminal-Organell von Mycoplasma mobile (M. pneumoniae) Spikes ermöglichen Kriechen???; (terminal organelle e kann alleine e kriechen!) e

60 Chemotaxis gerichtete Bewegung von Escherichia coli Grundprinzip Zeitliche Messung von Konzentrationen Lockstoff verlängert run Meßgrößen < 10 Moleküle Unterschied; über 10 4 Größenordnungen (< 1 µm bis > 1 mm) Rezeptoren 5 für Chemikalien + 1 für O 2 an 1 Pol geklustert Nase Nase (ca Rezeptoren)

64 Movies unter: Howard BERG movies

65 Geschwindigkeiten Bakterium E. coli: 50 µm / s 50 bps Mensch: 10 m / s 5 bps Gepard: 120 km / h = 30 m / s 30 bps Jagdfalke (Sturzflug): 300 km / h = 83 m / s 400 bps Archaeum M. villosus: 600 µm / s 600 bps

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