Kapitel 6: Grundlagen der Medizinischen Mikrobiologie 1 von Dr. rer. nat. Peter Engel

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Über den Vortrag

Der Vortrag „Kapitel 6: Grundlagen der Medizinischen Mikrobiologie 1“ von Dr. rer. nat. Peter Engel ist Bestandteil des Kurses „Biologie für Mediziner“. Der Vortrag ist dabei in folgende Kapitel unterteilt:

  • Thematische Einführung / Lebensweisen
  • Bakterien (Eigenschaften prokaryontischer Organismen) / Plasmide / Bakterienzellwand
  • Lipopolysaccharid (LPS) / Pili / Kapseln / Gramfärbung
  • Klassifikation von Bakterien
  • Bakterien-Wachstum
  • Bakterientoxine / ADP-Ribosylierung
  • Ausgewählte Chemotherapeutika

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Dozent des Vortrages Kapitel 6: Grundlagen der Medizinischen Mikrobiologie 1

Dr. rer. nat. Peter Engel

Dr. rer. nat. Peter Engel

Seit 2011 ist er Ass. Prof. an der DPU in Krems an der Donau und ist dort für die vorklinische Ausbildung der Studenten der Zahnmedizin in den naturwissenschaftlich geprägten Fächern (Biochemie, Chemie, biologie) verantwortlich.
Er ist Mitbegründer (2001) und geschäftsführender Mitgesellschafter der NawiKom GbR (nawikom.de) sowie Mitgesellschafter der PhysiKurs GmbH (physikurs.de). In beiden Unternehmungen ist er hauptverantwortlich für die konzeptionelle Entwicklung und Umsetzung der Lehr- und Lernkonzepte.Im Zentrum steht die mittlerweile über mehr als 25jährige professionelle Lehrtätigkeit in den vorklinischen Fächern Biologie, Chemie und Biochemie sowie den klinischen Fächern Pharmakologie und Immunologie. Hierdurch verfügt er über eine weitreichende interdisziplinäre Kernkompetenz sowie über Erfahrungen bezüglich der Anforderungen des Medizinstudiums, den entsprechenden Prüfungsinhalten und der entsprechenden Umsetzung in Zielgruppen-gerichtete Lehr- und Trainingsveranstaltungen (Semesterabschlussprüfungen, Physikum, beruflich verwendbares fächerübergreifendes vorklinisches Wissen).

Vor Beginn seiner Selbständigkeit war er von 1991-1998 in der Arbeitsgruppe für biochemische Pharmakologie an der Ruhr-Universität Bochum als Laborleiter und Dozent in Forschung und Lehre tätig. Sein Diplom- und Dissertation erfolgten am Max-Planck-Institut für experimentelle Endokrinologie Hannover (Schwerpunkt: Molekulare Wirkungen der Estrogene) ; sein Studium der Biochemie (Abschluss: Dipl.-Biochemiker) absolvierte er an der Medizinischen Hochschule Hannover.


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Auszüge aus dem Begleitmaterial

... Ärztliche Prüfung: PhysiKurs 2 - Medizinische Mikrobiologie ...

... Reaktion Chemo-Elektronendonor, organische Verbindung, organo-, anorganischer Stoff ...

... Prüfung: PhysiKurs 4 - Einteilung nach Art der Energiequelle (Chemotroph) ...

... Anorganische Verbindungen als Elektronendonoren zu verwenden, diese also zu oxidieren, werden als lithotroph bezeichnet. Hierzu zählen einige Bakterien. ...

... Prüfung: PhysiKurs 6 - Einteilung nach der Kohlenstoffquelle (Heterotroph) ...

... Protozoen bzw. Protista und Wurminfektionen: Kommensalismus - Ein Organismus (Kommensale, Mitesser) ernährt sich von dem Nahrungsrückstand eines anderen Organismus. ...

... 2. Ordnung - Konsumenten sind durch eine heterotrophe Lebensweise gekennzeichnet. Konsumenten bauen aus organischem Material andere artspezifische organische Verbindungen auf. ...

... Vorteile: - Antibiotikaresistenz - Schwermetallresisitenz - Fertilitätsplasmide (Plasmide werden als Vektoren in der Gentechnologie verwendet) ...

... Bakterienzellwand: die Zellwand ist außen der Zellmembran aufgelagert. Hauptbestandteil ist das Murein (Peptidoglykan). ...

... Mit einer Komponente (Endotoxin) der äußeren Bakterienmembran bindet es sich an CD14 (Oberflächenmolekül) von Makrophagen und Monozyten und aktiviert diese zur Freisetzung von Interleukin-1, Tumor-Nekrose-Faktor-a. ...

... Geißeln sind kurze und starrre Gebilde und dürfen nicht mit Geißeln verwechselt werden. Pili finden sich sowohl bei geißeltragenden als auch bei geißellosen Bakterien. ...

... Virulenzfaktoren: Beispiele sind Pneumokokken und Milzbrandbazillen; die Kapsel ist bei diesen Erregern entscheidend für die Virulenz; die Kapsel schützt die Bakterien vor Phagozytose; kapsellose Pneumokokken sind avirulent. ...

... Ärztliche Prüfung: PhysiKurs 16 - Gramfärbung ...

... Büschelartig (monopolar) - nur an einem Pol; Bipolar - an zwei Polen; Geißeln als H-Antigene ...

... Klassifikation von Bakterien: nach der Gestalt (kugel-, stäbchen- oder schraubenförmig) ...

... Clostridien zählen z.B. zu den Anaerobiern (Cl. botulinum - Lebensmittelvergiftung, Cl. tetani - Tetanus) ...

... Mykoplasmen: Bei den Mykoplasmen handelt es sich um kleine, zellwandlose intrazelluläre Parasiten. ...

... Lag-, log- und stationäre Phase: Bakteriostase und Bakterizidie ...

... Ärztliche Prüfung: PhysiKurs 22 - Bakterientoxine (Endotoxine werden nicht abgegeben) ...

... Gs: Pertussis-Toxin (ADP-Ribosylierung von Gi); Botulinum-Toxin (Botox) -cholinerge Synapsen; Tetanus-Toxin (TeTx) ...

... PhysiKurs 24: ADP-Ribosylierung; G-Protein NAD+; Nikotinsäureamid (Niacinamid); G-Protein ADP-Ribose; Cholera-Pertussis-Diphteria-Toxin ...

... THF-Synthese: Gyrase-Inhibitoren (hemmen die Topoisomerase II der Bakterien); Ciprofloxacin ...

... Ausgewählte Chemotherapeutika: Rifampicin (Hemmung der prokaryontischen RNA-Polymerase); Hemmstoffe der Proteinbiosynthese (Chloramphenicol: Hemmung der Peptidyl-Transferase) ...

... zu den einzelligen Mikroorganismen; es sind entweder Bakterien, Pilze oder Protozoen (Vorsicht! Pilze und Protozoen sind Eukaryonten) - Ein anderer Teil gehört zu den subzellulären Partikeln; dies gilt für Viren und die Prionen. - Schließlich können auch vielzellige Organismen (Metazoen) als Krankheitserreger in Erscheinung treten; hierher gehören die parasitischen Würmer ...

... Parasitische Lebensweise Parasiten sind Organismen, die temporär oder dauerhaft auf Kosten anderer Lebewesen – sogenannter Wirte – zur Befriedigung von Bedürfnissen (Nahrung, Fortpflanzung, usw.) leben. Parasitäre Infektionen beim Menschen sind Infektionen durch Protozoen bzw. Protista und Wurminfektionen. 6.2.5 Kommensalismus Ein Organismus (Kommensale, Mitesser) ernährt sich ...

... zu anorganischem Material abbauen. Pilze und die meisten Bakterien gehören zu den Destruenten 6.3 Bakterien 6.3.1 Die prokaryontische Zelle Bakterien und Blaualgen (Cyanobakterien) werden meist unter dem Begriff Prokaryonten zusammengefasst. Wie im einleitenden Kapitel ZELLBIOLOGISCHE GRUNDLAGEN beschrieben, unterscheiden sich Pro- und Eukaryonten in vielen wesentlichen Eigenschaften voneinander. An dieser Stelle stehen die spezifischen Eigenschaften der Bakterien im Mittelpunkt.a) Plasmide Plasmide sind extrachromosomale, doppelsträngige DNA-Moleküle, die in Bakterienzellen als "autonome", ringförmig angeordnete Elemente vorliegen und auf denen bestimmte Eigenschaften ...

... Bakterien zeigt einen komplexen Aufbau. Sie besteht aus einer äußeren und einer inneren Membran mit spezifischen Transportproteinen. Den Raum zwischen beiden Membranen bezeichnet man als Periplasmatischer Raum. Dort befindet sich auch das im Falle gram-negativer Bakterien geringer ausgeprägte Mureingerüst. Ein Lipoprotein verankert sie Mikrobiologische Grundlagen Bakterien - Plasmide - Zellwand von Bakterien Lipopolysaccharid (LPS) - LPS besteht aus dem sogenannten Lipid A, einem Phospholipid aus einem Glukosamindisaccharid, das anderen Hydroxyl- und Aminogruppen mit unterschiedlichen Fettsäuren verestert ist. Es stellt eine wesentliche ...

... Pili finden sich sowohl bei geißeltragenden als auch bei geißellosen Bakterien. Es handelt sich um röhrenförmige Gebilde und enthalten u.a. das Protein Pilin. Sie besitzen einen Durchmesser von ca. 5 nm und eine Länge zwischen 0,5 und 5 µm. Den Pili lassen sich zwei wesentliche Funktionen zuordnen: - sie dienen der Anheftung an bestimmte Strukturen auf den Wirtszellen - sie dienen als Sex-Pili zur Anheftung an die F-Stämme) Kapseln Einige Bakterienarten verfügen über zusätzliche, meist dicke und schlecht anfärbbare Schicht, welche die Zellhülle umgibt. Diese Kapsel besteht meist aus einem ...

... der Begeißelung: Bakteriengeißeln sind viel einfacher aufgebaut als die Geißeln von Eukaryonten. Sie bestehen aus einem dünnen Faden von etwa 12 nm und besitzen keine besonderen inneren Strukturen. Bakteriengeißeln enthalten Flagellin als kontraktiles Protein. Nach der Zahl der Geißeln werden bei Bakterien z.B. monotrich (einfach begeißelt) und multitrich (mehrfach begeißelt) begeißelte Formen unterschieden. Bei einer peritrichen Anordnung sind die Geißeln scheinbar zufällig über die ganze Zelle verteilt. Befindet sich eine oder mehrere Geißeln nur an einem Pol, spricht man von einer monopolaren, bei zwei Polen von bipolar. Im Falle einer lophotrichen Anordnung treten ...

... zu den gram-positiven Bakterien (Sepsis, Endokarditis). c) Nach der Fähigkeit, Sporen zu bilden Unter ungüngstigen Lebensbedingungen sind einige Bakterien in der Lage, Dauerformen (Sporen, Endosporen) zu bilden. Bei den Sporen handelt es sich um Zellen mit einem stark herabgesetzten Stoffwechsel (hypomet abolische Zellformen). Sie sind im Gegensatz zu den vegetativen Formen der Bakterien gegen Austrocknung, Hitze (Thermoresistenz) und Chemikalien widerstandsfähig. Gegenüber UV-Strahlen besitzen sie nur eine mäßige Resistenz. Unter den Sporenbildnern finden sich Clostridien und Bazillen. Dabei entsteht aus einem Bakterium auch nur eine Spore. Es sind also Überdauerungs- und ...

... führt eine bakterizide Wirkung zu einem Abtöten der Keime. 6.3.6 Bakterientoxine: Man spricht von Exotoxinen, wenn die Toxine von den Bakterien gebildet und ausgeschieden werden und von Endotoxinen, wenn sie in die Zellmembran eingelagert werden. Bei den Endotoxinen handelt es sich meist um Lipopolysaccharide. Die Exotoxine sind meist mit dem Auftreten einer definierten Krankheit verbunden. a) Diphtheria-Toxin Exotoxin von Corynebakterium diphtheriae, das den eukaryontischen Elongationsfaktor eEF-2 ADP-ribosyliert und damit inaktiviert. Die Proteinbiosynthese kommt zum Stillstand. Die ADP-Ribosylierung erfolgt an einem modifizierten Histidin-Rest, der als Diphthamid bezeichnet wird. b) Cholera-Toxin Es handelt sich hierbei um das Exotoxin von Vibrio cholerae. Durch ADP-Ribosylierung eines spezifischen Arginin-Restes wird die GTPase-Aktivität das aktivierende G-Protein (Gs) außer Kraft ge- ...

... sich anaerob im infizierten Gewebe (Befall von Motoneuronen). Das Toxin führt zu einer Hemmung der Freisetzung von Glycin und GABA. Das Toxin besitzt proteolytische Aktivität. e) Botulinum-Toxin Das Toxin geht auf Clostridium botulinum zurück. Bei diesem Bakterium handelt es sich um einen strengen Anaerobier. Das Toxin hemmt die präsynaptische Freisetzung von Acetylcholin (wirkt auf die peripheren cholinergen Nervenendigungen, incl. der neuromuskulären Verbindungen, der parasympathischen Nervenendigungen und der peripheren Ganglien). Es führt somit zu motorischen Lähmungen. Das Toxin besitzt proteolytische Aktivität. 6.3.7 Ausgewählte Chemotherapeutika Antibiotika und deren Wirkmechanismus a) Hemmstoffe der ...

... Kombination mit Sulfonamiden eingesetzt. c) Gyraseinhibitoren Bei der Gyrase handelt es sich um ein bakterielles Enzym (Topoisomerase II der Bakterien), welches für die Transkription und Replikation der Bakterien-DNA unerlässlich ist. d) Hemmstoffe der bakteriellen RNA-Polymerase Das Rifampicin ist ein Beispiel für einen Wirkstoff, der spezifisch die prokaryontische RNA-Polymerase hemmt. Rifampicin verhindert weder die Bindung der RNA-Polymerase noch die Initiation der RNA-Synthese, ...

... spektrenantibiotika, die an die kleine Untereinheit bakterieller Ribosomen binden und die Assoziation der Aminoacyl-tRNAs unterbinden. Puromycin Das Puromycin ähnelt in seiner Struktur dem 3’-Ende der Tyrosyl-tRNA. Es bindet an die Ribosomale A-Stelle (siehe Biochemie-Script) und wird anstelle einer Aminosäure in die Peptidkette eingebaut. Da keine weitere Verlängerung stattfinden kann, kommt es zu einem Kettenabbruch. Streptomycin Das Streptomycin ist ein Vertreter der medizinisch sehr wichtigen Klasse der Aminoglykosid-Antibiotika. Bei niedrigen Konzentrationen führt ...