Hauptlinien der Bacteria Proteobakterien

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1 Hauptlinien der Bacteria Proteobakterien phylogenetische Einteilung in Verwandtschaftsgruppen: -, -, -, -, - Proteobakterien Taxonomische Einteilung nach Phänotyp: Phototrophe Enterobakterien Nitrifikanten Vibrio und Photobacterium S- und Fe-Oxidanten Rickettsien H 2 -oxidierende Bakterien Spirillen Methanotrophe und methylotrophe Proteobakterien mit Scheiden Pseudomonaden Bakterien mit Stielen Essigsäurebakterien Mxyobakterien Freilebende N 2 -Fixierer Sulfat- und S-reduzierende Proteobakterien Neisseria, Chromobakterien und Verwandte Proteobakterien Phototrophe Purpurbakterien: anoxygene Photosynthese -> keine O 2 -Bildung manche fakultativ aerob (dann keine Photosynthese) Bakteriochlorophylle und Carotinoide Intracytoplasmatische Membransysteme Proteobakterien: Magnetospirillum magnetotacticum Magnetit

2 Proteobakterien: Caulobacter - Isolierung aus Gewässern - oft oligotroph - Stiele zur Anheftung an Oberflächen - Komplexer Lebenszyklus Modellorganismus: Caulobacter crescentus Caulobacter: Modellsystem der gestielten Bakterien Proteobacteria Einzelner, polarer Stiel Dimorpher Lebenzyklus Schwärmerzelle Stielzelle Lebenszyklus: Schwärmerzelle: - einzelnes polares Flagellum - vor Zellteilung wird Flagellum abgeworfen - an Stelle des Flagellums tritt der Stiel Stielzelle: - durch den Stiel haftet die Zelle an den Untergrund - Zelle wird an der dem Stiel entgegengesetzten Seite verlängert - Flagellum wird ausgebildet, Tochterzelle trennt sich von Mutterzelle Zyklus wiederholt sich

3 Proteobakterien: Zymomonas Proteobakterien: Essigsäurebakterien - Zymomonas mobilis - strikt fermentativ - isoliert aus Agavenschnapps (Pulque) - Ethanolfermentation - biotechnologisch bedeutend in Mittel- und Südamerika - Vergärung von Rohrzucker - keine Pyruvat-DC, Vergärung über ED! - Unvollständige Oxidation org. Verbindungen zu Acetat - Acetobacter - Gluconobacter Oxidation von: - Zucker zu Zuckersäuren Alkohol zu Säuren (Ethanol zu Acetat) - rel. Säureresistent Acetobacter aceti auf Calciumcarbonat-Agar -Anwendung: Herstellung ungewöhnlicher Zuckersäuren Essig Biokonversion (Vitamin C-Synthese) Proteobakterien: Gallionella ferruginea Proteobakterien: Spirillum volutans Fe 2+ als Elektronendonator chemolithoautotroph Stiel ist extrazellulär Org. Polymer mit Eisenhydroxid Oft vergesellschaftet mit Sphaerotilus natans Volatin: Polyphosphate-Granula

4 Proteobakterien: Spirillum volutans Polare Flagellen Spiralförmiger Körper Proteos : Neisseria, Chromobacterium - phylogenetisch und morphologisch ähnlich, Kokken/Kurzstäbchen - unbeweglich, aerob, Oxidase-positiv oder negativ Acinetobacter - häufig im Boden und Wasser Neisseria meningitidis - pathogen: Hirnhautentzündung Neisseria gonorrhoeae - pathogen: Gonorrhoe/Tripper Chromobacterium violaceum - häufig im Boden und Wasser - Pigmentproduktion: Violacein Proteos: Pseudomonaden Generelle Charakteristika: - Gerade Stäbchen, μm lang, keine Sporen, Gram-negativ, unipolar mono-/oder polytrich - metabolisch außerordentlich versatil (Abbau, Chemolithotrophie etc.) - kein Polymerabbau - respiratorisch (anaerob wenig Säure aus Glukose) - Oxidase und Katalase-positiv - Sammelgruppe: phylogenetisch -, -, und -Proteobakterien - Gattungen: Pseudomonas, Burkholderia, Hydrogenomonas Commamonas, Ralstonia

5 Proteobakterien: Pseudomonaden Proteobakterien: Pseudomonaden Pseudomonas putida Typische Kolonie von Burkholderia cepacia auf einer Agar-Platte Pseudomonaden: KDPG-Weg Glucose ATP Glucose-6-phosphat NADPH 2 6-Phosphogluconat 2-Keto-3-deoxygluconat-6-phosphat (KDPG) Pseudomonaden: Vertreter Pathogene Pseudomonaden: Pseudomonas aeruginosa - Lungenentzündungen, Pigmente Ralstonia solanacearum - phytopathogen Pseudomonas syringae - phytopathogen Ökologische Relevanz: Pseudonomas fluorescens - Biokontrolle, Pigmente Burkholderia cepacia - extrem versatil (100 Substrate) Pyruvat TCA Glycerinaldehyd- 3-Phosphat Pyruvat + 2 ATP Biotechnologische Relevanz Xanthomonas campestris - Xanthan-produktion Pseudomonas putida - Bioremediation (PCBs etc.)

6 -Proteos: Vibrio und Photobacterium fakultativ aerob, fermentativ, Oxidase-positiv, aquatisch Stäbchen und gekrümmte Stäbchen, polare Flagellen Humanpathogener Erreger der Cholera: Vibrio cholerae Vibrio fischeri lebt in Assoziation mit Fischen Biolumineszenz durch Aktivität der Luciferase FMNH 2 + O 2 + RCHO -> FMN + RCOOH + H 2 O + Licht Quorum sensing Regulation der Biolumineszenz: Autoinduktion / quorum sensing -> dichte-regulierte Genregulation durch Produktion und Sensierung der Konzentration von Autoinduktoren Vibrio harveyi

7 Examples of autoinducers Structures of the N-acylhomoserine lactone family of molecules. The figure illustrates the structural features of AHL molecules that have been purified from bacterial culture supernatants. AHL molecules differ in substitutions of groups at the C-3 position of the acyl chain (R1) and also in the composition of the acyl chain itself (R2). Biolumineszenz in Bakterien als Paradebeispiel für Quorum sensing Freilebende biolumineszente Bakterien: Vibrio harveyi (marin) Symbiotische Biolumineszente Bakterien: Quorum Sensing In V. fisheri, bioluminescence only occurs when V. fischeri is at high cell density N-3-oxo-hexanoyl-L-homoserine lactone Vibrio fischeri (marin) Photoharbdus spp. Wirt Fisch Nematode

8 Other Bacteria that use Quorum Sensing a siege mentality - waiting for a full scale assault Bacteria Physiological Function A. tumefaciens Virulence plasmid transfer (plant pathogen) Rhizobium spp. (plant symbiont) Rhizosphere competence P. aeruginosa Virulence factors (human pathogen) R. solanacearum Virulence factors (plant pathogen) Quorum sensing control of the agr locus in Staphylococcus aureus. The agr locus consists of t wo divergent operons (P2 and P3) encoding two proteins (AgrB and AgrD) involved in the production of the agr peptide signal, two proteins that detect the signal (AgrA and AgrC) and an RNA molecule (RNAIII) that acts as the effector, modulating virulence gene expression. Only when the concentration of the signalling peptide (group I peptide shown) surpasses a threshold concentration does a ctivation of the sensory cascade take place. Once activated, AgrC is thought to trans-activate AgrA, which in turn activates the bidirectional transcription of the agr P2 and P3 operons.

9 Proteobakterien Methylosinus Methylococcus capsulatus Proteobakterien CH 4 CH 3 OH HCHO HCOOH CO 2 Methanotrophe Bakterien Intrazelluläre Membranen: Typ-II-Membransystem Sitz des Enzyms Methanmonooxygenase Methanotrophe Bakterien Intrazelluläre Membranen: Typ-II-Membransystem Sitz des Enzyms Methanmonooxygenase CH 4 CH 3 OH HCHO HCOOH CO 2

10 Proteobakterien: Enterobakterien Proteos: Enterobakterien Escherichia: Intestinaltrakt, fakultative anaerob, anspruchslos, Lactose-Vergärung: Coliform, gem. Säuregärung Pathogene: EHEC, EPEC, ETEC Salmonella: meistens pathogen, Typhus, Gastroenterititis, Nahrungsmittelverderber Shigella: meistens pathogen, sehr eng verwandt mit Escherichia, zusätzliche Pathogenitätsfaktoren Proteus: starke Beweglichkeit auf festen Oberflächen, Infektionen des Urogenitalsystems Enterobacter: Boden, Butandiol-Gärung, nicht pathogen Klebsiella: Boden, Wasser, Butandiol-Gärung, nicht pathogen, aber: K. pneumoniea Serratia: Boden, Wasser, Butandiol-Gärung, nicht pathogen, Prodigiosin, Schwärmen Proteos: Myxobakterien Leben auf Pflanzen/Dung, -Proteobakterien Abbau von Bakterien und Pilzen mit Exoenzymen -> bakterielle Jäger Produktion von Pigmenten und anderen Sekundärmetaboliten komplexer Lebenszyklus - große Genome E. coli 4,6 MB Saccharomyces cerevisiae (Hefe) 12 MB Myxococcus xanthus 9 MB Nahrungsmangel -> Bildung von austrocknungs/uv-resistenten Zysten

11 Der Entwicklungszyklus von Myxococcus xanthus Proteos: Bdellovibrio Anheftung und Eindringen von Bdellovibrio Bdellovibrio obligat aerob, Aminosäuren, Proteine Weit verbreitet Genomsequenz bekannt Entwicklungszyklus von Bdellovibrio, einem bakteriellen Räuber

12 Proteobakterien Scheiden Sphaerotilus natans Scheidenbildung obligat aerob, Viele org. Verb. Weit verbreitet Verstopft Drainage-Rohre Abwasser-Pilz Scheiden Schwärmerzelle